Глава 2
РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ
Открытая гидросеть в районе наших исследований, проведенных в связи с изучением последствий взрыва атомной бомбы во время военных учений 1954 г. на Тоцком полигоне, в основном относится к бассейну р.Самары. В зоне Тоцкого радиоактивного следа нами проведено изучение содержания радионуклидов 90Sr, 137Cs и 3H в воде, донных отложениях и водных растениях прудов и рек.
Содержание радионуклидов в воде рек и прудов. Содержание в воде 90Sr в районах населенных пунктов, принятых в качестве контрольных (д. Нижнекристалка, д. Дмитриевка и с. Павлово-Антоновка), находятся в пределах 10.10-3-29.10-3 Бк/л (табл.8). Следует отметить, что близкие концентрации радионуклида (34.10-3- 44.10-3 Бк/л) обнаружены в воде соответственно Рефтинского водохранилища и в верховьях Белоярского водохранилища в Свердловской области (Чеботина и др., 1992). Эти водоемы находятся вне влияния Восточно-Уральского радиоактивного следа. Концентрация 90Sr в пробах воды, отобранных в других пунктах Оренбургской области, близка к контролю. Исключение составляют пробы воды, взятые вблизи д. Султакай из правого притока р. Ток и д. Рождественки из р. Неть, в которых содержание 90Sr превышает среднюю концентрацию радионуклида в контрольных пунктах (18.10-3 Бк/л) в 2,5 и 4,4 раза соответственно. Из таблицы 8 видно, что концентрация 137Cs в воде обследованных рек и прудов Оренбургской области ниже, чем концентрация 90Sr. При этом оказалось, что содержание 137Cs в воде ряда пунктов ниже предела измерения. Концентрация данного радионуклида в воде рек этого региона либо равна таковой в контроле (7,8.10-3 Бк/л), либо в 1,6-2,5 раза меньше. При этом в контрольном пункте концентрация 137Cs ниже, чем в воде указанных ранее водоемов Свердловской области и колеблется от 11.10-3 до 42.10-3 Бк/л (Чеботина и др., 1992). Таким образом, исследования, проведенные нами в 1994 г. показывают, что содержание 90Sr и 137Cs в воде обследованного участка бассейна р. Самары на несколько порядков величин ниже предельно-допустимого уровня для питьевой воды, определяемого по этим радионуклидам нормами радиационной безопасности - 1480 и 555 Бк/л (4,0х10-10 и 1,5х10-8 Ки/л) (НРБ-96).
Таблица 8 . Содержание 90Sr и 137Сs в воде рек и прудов ТРАС ( 1.10-3 Бк/л).
Место отбора проб |
90Sr |
137Cs |
д. Маховка, пруд |
18 |
НПИ |
д. Пронькино, пруд |
21 |
8,0 ± 1,4 |
д. Кинзелька, водохранилище |
21 |
НПИ |
д. Грачевка, спущенный пруд |
23 |
4,8 ± 0,6 |
д. Кирсановка, р. Сорочка |
31 |
8,5 ± 4,0 |
д. Султакай, правый приток р. Ток |
45 |
3,1 ± 1,0 |
д. Рождественка, р. Неть |
80 |
6,2 |
Контрольные пункты: |
||
Павлово-Антоновка, левый приток р. Самары |
29 |
НПИ |
д. Нижнекристалка, правый приток р. Ток |
10 |
НПИ |
д. Дмитриевка, верховье р. Ток |
15 |
7,8 ± 0,4 |
Примечание: НПИ - ниже предела измерений.
Таблица 9. Содержание трития в воде рек и прудов на территории ТРАС
Место отбора проб |
Бк/л |
Пункты на территории ТРАС: |
|
д. Маховка, пруд |
0,90 ± 0,02 |
д. Пронькино, пруд |
2,15 ± 0,05 |
д. Кинзелька, водохранилище |
4,81 ± 0,14 |
с. Тоцкое, р. Самара |
5,18 ± 0,16 |
д. Грачевка, спущенный пруд |
4,02 ± 0,09 |
д. Кирсановка, р. Сорочка |
2,63 ± 0,05 |
д. Султакай, правый приток р. Ток |
2,85 ± 0,07 |
д. Рождественка, р. Неть |
0,41 ± 0,01 |
Контрольные пункты: |
|
с. Павлово-Антоновка, левый приток р. Самары |
2,15 ± 0,05 |
д. Нижнекристалка, правый приток р. Ток |
0,30 ± 0,03 |
д. Дмитриевка, верховье р. Ток |
6,30 ± 0,14 |
Концентрация трития в воде исследованных рек и прудов Оренбургской области находится в пределах 0,30-6,30 Бк/л (табл. 9), что ниже чувствительности метода его измерения и, следовательно, не позволяет оценить различия в содержании этого радионуклида. Но полученные концентрации трития значительно ниже допустимых санитарными нормами уровней содержания его в питьевой воде (НРБ-96), поэтому по данному показателю вода этих рек и прудов может использоваться в хозяйственных целях.
Содержание 90Sr и 137Cs в донных отложениях рек и прудов. В таблице10 представлены данные о вертикальном распределении 90Sr в донных отложениях рек и прудов обследованного района ТРАС и контрольных пунктов. Приведенные в таблице концентрации представляют собой средние для водоема.
Таблица 10. Вертикальное распределение 90Sr в донных отложениях рек и прудов (Бк/кг воздушно-сухой массы)
Место отбора проб |
Глубина слоя, см |
|||
0-10 |
10-20 |
20-30 |
30-40 |
|
Пункты на территории ТРАС: |
||||
д. Маховка, пруд, |
10,0 |
6,0 |
4,0 |
18,0 |
д. Пронькино, пруд |
12,4 ± 0,7 |
37,6 ± 1,8 |
25,4 ± 8,3 |
27,3 ± 1,3 |
д. Грачевка, спущенный пруд |
3,1 ± 5,7 |
15,3 |
- |
- |
д. Султакай, правый приток р. Ток |
13,3 ± 6,7 |
6,1 |
7,0 ± 1,8 |
15,0 |
д.Рождественка, р. Неть |
22,8 ± 11,2 |
20,9 ± 12,7 |
28,8 ± 17,3 |
- |
Контрольные пункты: |
||||
д. Нижнекристалка, правый приток р. Ток |
16,4 |
18,0 |
18,4 |
- |
д. Дмитриевка, верховье р. Ток |
15,3 ± 6,2 |
- |
- |
- |
Представленные в таблице 10 данные показывают, что в донных отложениях пруда у д. Маховки, подвергшейся сильному воздействию атомного взрыва, содержание 90Sr находится в пределах от 4,0 до 18,0 Бк/кг воздушно-сухой массы, причем наибольшая концентрация радионуклида обнаружена в грунтах на глубине 30-40 см. В среднем более высокие концентрации радионуклида оказались в донных отложениях пруда у д. Пронькино, расположенной в 4 км к северу от д. Маховки. В пунктах, более удаленных от места взрыва атомной бомбы, концентрация 90Sr в донных отложениях была сходной с таковой в первых двух прудах, а также в контрольных водоемах. Концентрация радионуклида в грунтах обследованных рек и прудов Оренбургской области близка к наблюдаемым концентрациям его в некоторых водоемах Свердловской области, подвергшихся воздействию лишь глобальных радиоактивных выпадений (Чеботина и др., 1992).
Таблица 11. Вертикальное распределение 137Cs в донных отложениях рек и прудов (Бк/кг воздушно-сухой массы)
Место отбора проб |
Глубина слоя, см |
|||
0-10 |
10-20 |
20-30 |
30-40 |
|
Пункты на территории ТРАС: |
||||
д. Маховка, пруд |
8,2 ± 3,0 |
14,5± 0,8 |
3,7 ± 0,8 |
5,2 ± 0,5 |
д. Пронькино, пруд |
8,9 ± 1,6 |
9,9 ± 2,9 |
5,0 ± 0,8 |
6,5 ± 1,1 |
д. Кинзелька, водохранилище |
18,9± 1,2 |
9,1 ± 1,2 |
- |
- |
д. Грачевка, спущенный пруд |
7, 7 ± 1,5 |
5,4 ± 0,3 |
- |
- |
д. Кирсановка, р. Сорочка |
7,2 ± 1,3 |
6,4 ± 3,9 |
10,2 ± 3,6 |
9,6 ± 3,4 |
д. Султакай, правый приток р. Ток |
5,3 ± 1,2 |
5,3 ± 3,5 |
10,7 ± 5,2 |
6,0 ± 0,8 |
д. Рождественка, р. Неть |
8,9 ± 3,0 |
12,6 ± 2,7 |
17,2 ± 2,2 |
15,7± 3,4 |
Контрольный пункт: |
||||
с. Павлово-Антоновка, левый приток р. Самары |
7,3 ± 2,5 |
7,0 ± 1,8 |
7,8 ± 0,6 |
7,2 ± 4,4 |
Из таблицы 11 видно, что в прудах возле д. Маховки и д. Пронькино, расположенных вблизи места взрыва атомной бомбы, концентрация 137Cs в слое грунта 0-40 см находится в пределах 3,7-14,5 Бк/кг воздушно-сухой массы и отсутствуют закономерные существенные ее изменения с глубиной. Содержание этого радионуклида в донных отложениях в водоемах других пунктов практически такое же, что в указанных выше двух прудах и в контольном пункте. Следует отметить и довольно равномерное вертикальное распределение 137Cs по толще донных отложений. В целом концентрации данного радионуклида в грунтах неколько ниже, чем найденные в грунтах контрольного водоема на Среднем Урале (Чеботина и др., 1992). Очевидно, что на уровни содержания и характер вертикального распределения 90Sr и 137Cs в донных отложениях обследованных рек Оренбургской области оказало влияние перемещение илов и песка по руслам вниз по течению во время многоводных весенних паводков. Поэтому уровни радиоактивного загрязнения донных отложений не имеют тесной корреляции по этому показателю с сопряженными прибрежными участками водосбора (см. Главу 1).
Содержание 90Sr и 137Cs в водных растениях. В таблицах 12 и 13 представлены данные о накоплении 90Sr и 137Cs водными растениями. Из таблиц видно, что только в трех пунктах из девяти пробы водных растений были представлены одним и тем же видом - рдестом гребенчатым и в двух - рогозом.
Таблица 12. Содержание 90Sr и 137Cs в водных растения рек и прудов (Бк/кг воздушно-сухой массы)
Место отбора проб |
Вид растения |
Бк/кг воздушно-сухой массы |
|
90Sr |
137Cs |
||
Пункты на территории ТРАС: |
|||
д. Маховка, пруд |
Рогоз |
18,3 ± 7,6 |
1,2 ± 0,1 |
Рдест гребенчатый |
30,6 ± 6,6 |
8,9 ± 0,5 |
|
д. Пронькино, пруд |
Рдест гребенчатый |
34,5 ± 9,8 |
4,9 ± 0,9 |
д. Кинзелька, водохранилище |
Рдест гребенчатый |
21,3 ± 4,5 |
2,2 ± 0,8 |
д. Грачевка, спущенный пруд |
Лютик |
25,5 ± 16,0 |
3,2 ± 0,5 |
Поверхностно-плавающие растения |
24,3 ± 4,5 |
6,4 ± 1,4 |
|
д.Кирсановка, р. Сорочка |
Рогоз |
17,5 ± 2,9 |
3,4 ± 0,6 |
д. Рождественка, р. Неть |
Ряска |
22,3 ± 1,8 |
7,1 ± 1,8 |
Контрольные пункты: |
|||
с. Павлово-Антоновка, левый приток р. Самары |
Кладофора |
65,5 ± 25,4 |
43,4± 0,8 |
д. Нижнекристалка, правый приток р. Ток |
Кубышка |
7,4 ± 2,0 |
2,8 ± 1,1 |
Таблица 13. Коэффициенты накопления 90Sr и 137Cs водными растениями рек и прудов
Место отбора проб |
Вид растения |
90Sr |
137Cs |
Пункты на территории ТРАС: |
|||
д. Маховка, пруд |
Рогоз |
1020 |
- |
Рдест гребенчатый |
1700 |
- |
|
д. Пронькино, пруд |
Рдест гребенчатый |
165 |
610 |
д. Кинзелька, водохранилище |
Рдест гребенчатый |
1015 |
- |
д. Грачевка, спущенный пруд |
Лютик |
1110 |
670 |
Поверхностно-плавающие растения |
1110 |
1330 |
|
д. Кирсановка, р. Сорочка |
Рогоз |
1400 |
440 |
д. Рождественка, р. Неть |
Ряска |
280 |
1145 |
Контрольные пункты: |
|||
с. Павлово-Антоновка, левый приток р. Самары |
Кладофора |
22260 |
- |
д. Нижнекристалка, правый приток р. Ток |
Кубышка |
740 |
- |
По содержанию 90Sr растения этих видов из разных водоемов практически не различались. Наименьшая концентрация радионуклида (7,4 Бк/кг воздушно-сухой массы) оказалась у кубышки из контрольного пункта в верховьях р. Ток, а наибольшая (65,5 Бк/кг) - у кладофоры из другого контрольного пункта - из притока р. Самары около с. Павлово-Антоновка, что определяется в основном разной накопительной способностью этих видов водных растений по отношению к данному радионуклиду (Куликов, Чеботина, 1988). Концентрация 137Cs в растениях из разных пунктов близка, за исключением проб кладофоры, что связано с ее высокой способностью концентрировать и этот радионуклид. Это свойство кладофоры показано и для водоемов других регионов (Куликов, Чеботина, 1988; Чеботина и др., 1992). Высокие коэффициенты накопления 90Sr и 137Cs кладофорой свидетельствуют о возможности использовать ее в качестве индикатора на загрязнение воды рек и других водоемов обоими радионуклидами.
В заключение следует отметить, что радиоэкологическое изучение водных экосистем Оренбургской области в 1994 г. носило рекогносцировочный характер. В результате этих исследований впервые дана оценка радиоэкологического состояния важных природных объектов, получены реперные данные. Анализ результатов не выявил четкого градиента изменения содержания 90Sr и 137Сs в основных компонентах водных экосистем на обследованной территории. Из-за отсутствия радиоэкологической характеристики Оренбургской области к началу исследований и их малой продолжительности выбор объектов изучения проводился только к северо-востоку от места взрыва атомной бомбы по направлению господствующих ветров. Вследствие этого в программу изучения вошли почти исключительно реки и пруды бассейна рек Самара-Волга, поэтому в дальнейшем целесообразно расширить район исследований, включив в него, в частности, и территорию бассейна р. Урал.
Химическое загрязнение водных экосистем. Известно, что сильное отрицательное воздействие на здоровье человека оказывает загрязнение окружающей среды, и, в частности, водных экосистем, химическими неорганическими и органическими веществами. Переход этих веществ из основных компонентов водных экосистем к человеку осуществляется несколькими путями ( например, через питьевую воду и пищу). Биологическое действие этих веществ на человека находится в определенной зависимости от концентрации веществ-токсикантов в определенных компонентах водных экосистем. Содержание химических веществ - токсикантов в воде и рыбе регламентируется санитарными нормами. Определение загрязнения водных экосистем определенными индивидуальными химическими соединениями важно также и в связи с возможными синергическими эффектами сочетанного действия на биологические объекты химических агентов и ионизирующей радиации. Последнее может оказаться актуальным для районов Оренбургской области, подвергшихся радиационному воздействию в результате взрыва атомной бомбы над Тоцким полигоном.
Анализ показал, что в ряде мест отбора проб содержание в воде некоторых микроэлементов превышает ПДК (Никитин и др., 1990 г). Так, во всех местах отбора проб (кроме д. Нижнекристалки и с. Павлово-Антоновки) содержание Mn в воде в 5-10 раз превышает ПДК по этому элементу. В водных пробах, отобранных вблизи д. Дмитриевки, Рождественки и Султакая содержание Ni и Zn составляет 0.67- 1.43 мг/л, что выше ПДК. В воде из пруда около д. Пронькино найдено значительное превышение ПДК по Zn (больше 4 мг/л). В 6-7 раз выше ПДК оказалась концентрация Mg в воде всех обследованных рек и прудов. Концентрация в воде Pb, Cо, V, Mb, Cu, Sb, Ba и Аs во всех пунктах отбора проб не превышает ПДК.
Хорошими концентраторами химических элементов являются водные растения : рогоз, рдест гребенчатый, лютик, кладофора, ряска, кубышка и др. Установлено, что содержание в растениях практически всех включенных в анализ химических элементов на несколько порядков величин в выше, чем в воде. Это свидетельствует о высокой потенциальной возможности растений в процессах очищения воды от химических загрязнителей. Разумеется, что при отмирании водных растений вместе с биомассой часть химических веществ переходит в конечном счете в донные отложения. Однако в результате разложения растительных остатков часть химических соединений вновь переходит в водную среду. Некоторые из видов водных растений могут рассматриваться как потенциальные растения - индикаторы химического загрязнения водоемов (например, ряска, кладофора).
Так как санитарные нормы на содержание химических элементов в донных отложениях отсутствуют, то для его оценки использованы ПДК для почв. ПДК в почвах имеются для Mn, Pb, Ni, V, Cu, Zn и составляют соответственно: 3.0, 20.0, 4.0, 1500, 1000, 23.0 мг/кг. Пробы грунта для изучения послойного распределения химических элементов брали вблизи береговой линии.
Распределение химических элементов по профилю донных отложений в обследованных участках открытой гидросети позволило установить, что из 7 химических элементов, содержание которых определяли в грунтах послойно, концентрации 5 химических элементов (Mn, Ni, V, Cu, Zn) превышают ПДК для почв. При этом содержание Ni во всех слоях всех мест отбора проб на два порядка, а содержание Cu на порядок величин и более выше ПДК для почв. Превышение ПДК для почв в 1,5-2 раза отмечено по концентрации V в грунтах большинства обследованных пунктов. В 2-4 раза содержание Zn в донных отложениях во всех местах отбора проб, кроме д.Кирсановки и Дмитриевки выше ПДК. Следует отметить, что в большинстве мест отбора проб распределение химических элементов по глубине является равномерным.
Исследования показали, что растения содержат Mn и V столько же, что и донные отложения, а Co, Ni, Cu - значительно меньше. Следовательно, водные растения произрастающие в обследованных реках и прудах Оренбургской области, представляют собой такой же важный природный фактор самоочищения данных водоемов от избытка марганца и ванадия, что и грунты, но они менее эффективны по сравнению с последними в отношении кобальта, никеля и меди.
В итоге исследования можно заключить, что в воде верховий р. Ток и в некоторых ее притоках содержание Mn в 6-7 раз превышает ПДК. Установлено также, что в верховьях р. Ток и ее притоке (д.Султакай), а также в р.Неть (близ д. Рождественки) содержание Cr, Ni и Zn выше ПДК. В донных отложениях всех обследованных рек и прудов Оренбургской области на территории ТРАС концентрация Ni, V, Cu превышает ПДК по этим элементам для почв (ПДК химических элементов для донных отложений отсутствуют).