Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
47
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА
Гудков Дмитро Ігорович
УДК [(577.34:574.63):621.311.25] (28)(477)
РАДІОНУКЛІДИ В КОМПОНЕНТАХ ВОДНИХ ЕКОСИСТЕМ ЗОНИ ВІДЧУЖЕННЯ ЧОРНОБИЛЬСЬКОЇ АЕС: РОЗПОДІЛ, МІГРАЦІЯ, ДОЗОВІ НАВАНТАЖЕННЯ, БІОЛОГІЧНІ ЕФЕКТИ
03.00.01 –радіобіологія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора біологічних наук
Київ –
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Інституті гідробіології НАН України та в Державному спеціалізованому науково-виробничому підприємстві “Чорнобильський радіоекологічний центр”МНС України (ДСНВП “Екоцентр”)
|
Науковий консультант: Офіційні опоненти: Провідна установа: |
доктор біологічних наук, професор Кузьменко Михайло Ілліч, Інститут гідробіології НАН України, завідувач відділу радіоекології доктор біологічних наук Єгоров Віктор Миколайович, Інститут біології південних морів ім. О.О. Ковалевського НАН України, завідувач відділу радіаційної та хімічної біології доктор біологічних наук Кутлахмедов Юрій Олексійович, Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, завідувач лабораторії радіоекологічної надійності біосистем відділу біофізики та радіобіології доктор біологічних наук, професор Серкіз Ярослав Іванович, Інститут експериментальної радіології Наукового центру радіаційної медицини АМН України, провідний науковий співробітник відділу радіобіології Дніпропетровський національний університет Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ |
Захист відбудеться “___”__________ 2006 р. о ____ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03127, м. Київ, просп. Академіка Глушкова, 2, корп. 12, біологічний факультет, ауд. 433.
Поштова адреса: 01033, Київ-33, вул. Володимирська, 64, біологічний факультет, спеціалізована вчена рада Д 26.001.24.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, Київ-33, вул. Володимирська, 58.
Автореферат розісланий “___”__________ 2006 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради
кандидат біологічних наук Т.Р. Андрійчук
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Випробування ядерної зброї та експлуатація підприємств атомної енергетики загострили проблему радіонуклідного забруднення довкілля, зокрема прісноводних екосистем. Внаслідок неминучого надходження радіоактивних речовин у навколишнє середовище в процесі виробництва ядерної енергії дослідження поведінки радіонуклідів у гідробіоценозах залишається надзвичайно актуальним, оскільки для прогнозування та попередження наслідків радіаційного впливу на водні екосистеми важливо мати найбільш повне уявлення про долю радіоактивних речовин, що надходять у водойми, їх розподіл по абіотичних і біотичних компонентах та вплив на водні організми. Необхідність таких досліджень зумовлена також важливістю розуміння бар’єрної ролі водних екосистем і автореабілітаційних процесів, що відбуваються у забруднених радіонуклідами водоймах.
Виключного значення набувають аварійні ситуації на об’єктах атомної енергетики, які супроводжуються надходженням радіоактивних речовин у водойми. Актуальність і масштабність цієї проблеми з усією серйозністю постали у 1986 р. після аварії на Чорнобильській АЕС (ЧАЕС), внаслідок якої значні території басейну річок Прип’яті і Дніпра зазнали інтенсивного радіонуклідного забруднення. І хоча минуло 20 років, відколи сталася ця аварія, забруднені території залишаються відкритим джерелом поширення радіонуклідів, а основні проблеми радіаційної безпеки зони відчуження ЧАЕС перш за все пов’язані зі змивом радіоактивних речовин з поверхневим стоком у річкові системи, їх виносом за межі зони відчуження і участю у формуванні якості вод Дніпра.
У галузі прісноводної радіоекології існує ряд узагальнень, більшість з яких стосується Уральського регіону, що знаходиться у зоні впливу ВО “Маяк”, де в 1949–, 1957 і 1967 роках сталися радіаційні аварії (Тимофеев-Ресовский, 1962; Тимофеева-Ресовская, 1963; Куликов, Молчанова, 1975; Биологические последствия радиоактивного загрязнения водоемов, 1983; Куликов, Чеботина, 1988; Чеботина и др., 1992; Трапезников, 2001). Значно менше робіт присвячено радіоекології водних екосистем, які зазнали впливу аварії на ЧАЕС (Романенко та ін., 1992; Радиогеоэкология водных объектов, 1997; Кузьменко та ін., 2001). При цьому водойми зони відчуження є унікальним радіоекологічним полігоном, який дозволяє з високим ступенем вірогідності оцінювати кількісні показники вмісту радіонуклідів у компонентах водних екосистем і аналізувати процеси поведінки радіоактивних речовин у біогідроценозах.
Процеси природного самоочищення водойм зони відчуження ЧАЕС відбуваються вкрай повільно, внаслідок чого екосистеми більшості озер, стариць і затонів характеризуються високим рівнем радіонуклідного забруднення з притаманними йому складною структурою розподілу і динамікою трансформації фізико-хімічних форм, що впливає на міграцію і концентрування радіонуклідів у компонентах екосистем. Зокрема, в останнє десятиліття в ґрунтах і донних відкладах водойм забруднених територій зони відчуження відзначено тенденцію до збільшення виходу рухливих форм радіонуклідів (Кашпаров, 1998; Іванов, 2001; Соботович и др., 2002 та ін.), які з поверхневим стоком надходять у гідрологічну мережу або локалізуються у безстічних замкнутих водних системах, де швидко включаються у біотичний кругообіг. Проте й досі відсутні дослідження з видоспецифічності та динаміки концентрування радіонуклідів гідробіонтами, а також розподілу радіоактивних речовин по основних компонентах водних екосистем зони відчуження. Не заповнено прогалину в оцінці дозових навантажень, зумовлених опроміненням гідробіонтів зовнішніми і внутрішніми джерелами іонізуючої радіації. Практично не проводилися дослідження з оцінки ступеня виявлення цитогенетичних і соматичних ефектів хронічного опромінення у водних організмів.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до планів наукових досліджень, що здійснювались в Інституті гідробіології НАН України: “Науково-технічна програма з питань ліквідації наслідків Чорнобильської катастрофи і соціального захисту населення на період 1994– рр.”(№ 359/95); “Вивчити механізми взаємодії радіонуклідів з абіотичними і біотичними компонентами і визначити роль біоти у процесах перерозподілу радіонуклідів у водних екосистемах”(1996– рр., № державної реєстрації 0198U003586); “Цитогенетичні ефекти у гідробіонтів за умов радіонуклідного забруднення водойм зони відчуження Чорнобильської АЕС”(2000–рр., № державної реєстрації 0102U003541); “Роль гідробіонтів у процесах міграції і трансформації радіонуклідів у системі донні відклади –водне середовище”(2001– рр., № державної реєстрації 0101U004987); “Вивчити вплив вмісту радіонуклідів у воді і донних відкладах на формування радіонуклідного забруднення угруповань водяних рослин”(2002– рр., № державної реєстрації 0102U004665).
Мета і завдання дослідження. Основною метою досліджень було вивчення особливостей поведінки штучних довгоіснуючих радіонуклідів і їхнього біологічного значення у водних екосистемах зони відчуження ЧАЕС.
Дослідженнями передбачалося вирішення таких задач:
Об’єкт дослідження – особливості поведінки основних штучних дозоутворюючих радіонуклідів у компонентах водних екосистем зони відчуження ЧАЕС з різним рівнем радіонуклідного забруднення та їх значення для гідробіонтів.
Предмет дослідження –основні компоненти водних екосистем зони відчуження ЧАЕС, дозові навантаження та біологічні ефекти у гідробіонтів за умов водойм зони відчуження.
Методи дослідження –гідробіологічні та радіоекологічні методи польових досліджень; радіохімічні та спектрометричні методи вимірювання питомої активності радіонуклідів у абіотичних і біотичних компонентах водних екосистем; інструментальні, математичні та комп’ютерні методи розрахунку доз зовнішнього і внутрішнього опромінення; цитогенетичні методи реєстрації радіобіологічних ефектів; статистичні методи аналізу отриманих результатів.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше для водних екосистем зони відчуження ЧАЕС встановлено:
– видоспецифічність концентрування Sr, Cs, Pu, +240Pu та Am вищими водяними рослинами, молюсками, рибами, водоплавними та навколоводними птахами у водних екосистемах різного типу;
– роль основних рослинних угруповань у процесах розподілу радіонуклідів у біотичній компоненті біогідроценозів і запаси радіонуклідів у вищих водяних рослинах;
– розподіл радіонуклідів по основних абіотичних і біотичних компонентах озерних екосистем ближньої (10-кілометрової) зони відчуження ЧАЕС;
– потужність поглинутої дози для гідробіонтів різного систематичного положення у водоймах з різним рівнем радіонуклідного забруднення;
– співвідношення потужності поглинутої дози, зумовленої зовнішнім γвипромінюванням і радіонуклідами, інкорпорованими у тканинах гідробіонтів, і вплив на цей показник видоспецифічності концентрування радіоактивних речовин водними організмами;
– цитогенетичні ефекти в клітинах ембріонів молюсків і кореневих меристемах повітряно-водяних рослин, а також можливі причини масового ураження очерету звичайного паразитичними грибами та галоутворюючими членистоногими.
Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень були використані при розробці “Концепції регіонального радіоекологічного моніторингу навколишнього середовища в умовах радіоактивного забруднення зони відчуження ЧАЕС”МНС України (1998 р.), а також покладені в основу системи і регламенту радіоекологічного моніторингу водних екосистем зони відчуження, який здійснюється ДСНВП “Екоцентр”МНС України, і є одним з основних напрямів діяльності відповідно до “Положення про державну систему моніторингу навколишнього середовища”(1998 р., № 391), затвердженого Кабінетом Міністрів України, а також закону України “Про правовий режим території, що зазнала радіоактивного забруднення внаслідок Чорнобильської катастрофи”(1991 р., № 791а-XII).
Виконані дослідження необхідні для аналізу радіоекологічної ситуації та оцінки ступеня біодоступності радіонуклідів у водоймах, а також для з’ясування процесів перерозподілу радіоактивних речовин і автореабілітації, що відбуваються у водних екосистемах зони відчуження ЧАЕС. Дані цитогенетичних досліджень, доповнені реконструкцією дозових навантажень на природні популяції та організацією постійного цитогенетичного моніторингу водних екосистем забруднених територій, є важливою і необхідною складовою при прогнозуванні та попередженні можливих негативних наслідків радіаційного впливу на біоту.
Особистий внесок здобувача. Дисертант безпосередньо брав участь у розробці та плануванні всіх складових проведених досліджень. Протягом 1997– рр. здійснив 27 експедиційних виїздів на водойми зони відчуження ЧАЕС, пов’язаних із збором матеріалу для визначення вмісту радіонуклідів у компонентах водних екосистем, дозиметричними та цитогенетичними дослідженнями. Брав також участь у підготовці, обробці й аналізі польових матеріалів. Здобувач закінчив навчальні курси і пройшов стажування з вивчення методів дозиметрії в радіобіології на базі Центру радіологічного захисту та дозиметрії (Лейден, Нідерланди, 1998 р.). Усі дозиметричні дослідження, розрахунки доз внутрішнього і зовнішнього опромінення виконані дисертантом особисто. Здійснено аналіз, інтерпретацію та узагальнення одержаних результатів.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації викладено та обговорено на таких міжнародних і вітчизняних симпозіумах, конференціях, з’їздах і конгресах: International Conference “Diagnosis and Treatment of Radiation Injury” (1998, Rotterdam, The Netherlands); 8th International Conference on the Conservation and Management of Lakes –Lake 99 (Срібна медаль префектури Ібаракі (Японія) за усну доповідь “Radioactive Contamination of Lakes within the Chernobyl NPP Exclusion Zone”, 1999, Copenhagen, Denmark); Науково-практичній конференції з радіаційної гігієни –радіаційна гігієна, радіоекологія, радіобіологія, радіаційна медицина (2000, Київ); International Conference “Modern Problems of Radiobiology, Radioecology and Evolution”, dedicated to centenary of N.W. Timofeeff-Ressovsky (2000, Dubna, Russia); Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Н.В. Тимофеева-Ресовского (2000, Минск); Міжнародній конференції “П’ятнадцять років Чорнобильської катастрофи. Досвід подолання”(2001, Київ); 13th Symposium on Microdosimetry –An Interdisciplinary Meeting on Radiation Quality, Molecular Mechanisms, Cellular Effects and Health Consequences of Low Level Ionising Radiation (2001, Stresa, Italy); 3-му та 4-му з’їздах Гідроекологічного товариства України (2001, Тернопіль; 2005, Курортне); 9th International Conference on the Conservation and Management of Lakes (2001, Otsu, Japan); 4-м Съезде по радиационным исследованиям –радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность (2001, Москва); NATO Advanced Research Workshop “Ecological Standardisation and Equidosimetry for Radioecology and Environmental Ecology” (2002, Kiev); 3rd International Symposium on the Protection of the Environment from Ionising Radiation. The development and application of a system of radiation protection for the environment (2002, Darwin, Australia); 5th, 6th, 7th and 8th International River Management Symposium (2002–, Brisbane, Australia); Міжнародному науковому семінарі “Радіоекологія Чорнобильської зони”(2002, Славутич, Україна); 5th International Conference on Environmental Future: “Environmental Future of Aquatic Ecosystems”(2003, Zurich, Switzerland); 3-му З’їзді з радіаційних досліджень –радіобіологія, радіоекологія (2003, Київ); 13th, 14th and 15th Stockholm Water Symposium (2003–2005, Stockholm, Sweden); 12th International Congress of Radiation Research (2003, Brisbane, Australia); 33rd Annual Meeting of the European Society for Radiation Biology – European Radiation Research 2004 (2004, Budapest, Hungary); Науково-практичній конференції “Парадигми сучасної радіобіології. Радіаційний захист персоналу об’єктів атомної енергетики”(2004, Київ – Чорнобиль); 2-й Международной конференции “Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека”(2004, Томск, Россия); Міжнародній конференції “Радіобіологічні ефекти: ризики, мінімізація, прогноз”(2005, Київ); 5-й Международной научной конференции “Сахаровские чтения 2005 года: экологические проблемы 21-го века” (2005, Минск); Modern Problems of Genetics, Radiobiology and Evolution: The Second International Conference dedicated to the 105th anniversary of the birth of N.W. Timofeeff-Ressovsky and the 70th anniversary of the paper “On the Nature of Gene Mutations and Gene Structure”by N.W. Timofeeff-Ressovsky, K.G. Zimmer, and M.Delbrьck (2005, Yerevan, Armenia); Международной конференции “Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды”(2006, Сыктывкар, Россия).
Публікації. Результати досліджень представлені у 88 друкованих роботах, із них: 2 –у колективних монографіях, 27 –у наукових журналах, 15 –у збірниках наукових праць і 44 –у тезах доповідей.
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 356 сторінках друкованого тексту, складається із вступу, аналітичного огляду літератури, опису матеріалів і методів досліджень, восьми розділів власних досліджень з обговоренням і узагальненням одержаних результатів, заключення, висновків і списку використаної літератури. Текст ілюстровано 101 рисунком і 27 таблицями. Список використаної літератури містить 597 найменувань.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Основними водними об’єктами досліджень у зоні відчуження ЧАЕС було обрано оз. Азбучин, Янівський (Прип’ятський) затон, водойму-охолоджувач (ВО) ЧАЕС, водойми лівобережної заплави р. Прип’яті –озера Глибоке і Далеке-1, Красненську старицю, а також ріки Уж (с. Черевач) і Прип’ять (м. Чорнобиль) (рис. 1).
Відбір проб біотичних і абіотичних компонентів екосис-тем полігонних водойм для визначення вмісту радіонуклідів здійснювали протягом 1997– рр. у різні сезони. Аналіз кількісного вмісту радіонуклідів у гідробіонтах проводили з використанням 28 видів вищих водяних рослин, 10 видів молюс-ків, 18 видів риб та 8 видів водо-плавних і навколоводних птахів.
d0. 1. - .
Відбір, підготовку проб та основні вимірювання вмісту радіонуклідів виконували у спів-робітництві з ДСНВП “Еко-центр”. Вміст Cs визначали за допомогою спектрометричного комплексу у складі детектора PGT IGC-25 (Франція), аналіза-тора “Nokia LP 4900 B”(“Nokia”, Фінляндія), джерела низьковольт-ного живлення –крейт NIM BIN, підсилювача NU 8210 (“Elektroni-cus Merokeszulekek Gyara”, Угор-щина) і свинцевого захисту товщиною 10 см. Для визначення вмісту Sr використовували низькофоновий радіометр NRR-610 (“Tesla”, Чехія). Мінімальна детектована активність приладу становить 0,04 Бк при експозиції препарату 1000 с. Вміст Pu і +240Pu в електролітично приготовлених зразках визначали з використанням спектрометричного тракту у складі камери з детектором, системи електроживлення, вакуумної системи та аналізатора імпульсів NUC-8192, зібраного з електронних блоків у складі “NIM”. Вміст Am вимірювали за допомогою рентгено-спектрометричного тракту у складі рентгенівського детектора EG&G Ortec LOAX-51370/20 CFG-SU-GMX (“EG&G Ortec”, США), аналізатора “Nokia LP 4900 B”і сталевого захисту товщиною 18 см.
Результати вимірів вмісту радіонуклідів у гідробіонтах наведені у беккерелях на кілограм (Бк/кг) маси при природній вологості. Здатність водних організмів акумулювати радіонукліди, що традиційно виражається коефіцієнтом накопичення, або концентрування (Кк), визначали за відношенням питомої активності радіонуклідів у тканинах до їх середньорічного (для молюсків і риб) і середнього протягом вегетаційного періоду (для вищих водяних рослин) вмісту у воді місць проживання.
Зовнішнє випромінювання вимірювали за допомогою дозиметрів ДКС-01 і СРП-68-03. Розрахунки поглинутої дози опромінення від інкорпорованих радіонуклідів, а також таких, що містилися у водному середовищі та субстраті, здійснювали за методиками B.D. Amiro (1997) та J. Brown et al. (2003).
Цитогенетичні дослідження проводили на матеріалі, фіксованому у суміші етилового спирту та льодяної оцтової кислоти (3:1). Тканини фарбували 1 %-ним розчином ацетоорсеїну, подрібнювали та готували давлені препарати в 60 %-ній молочній кислоті. Аберації хромосом досліджували на стадіях анафази і телофази мітозу.
Графічну, математичну і статистичну обробку отриманих даних здійснювали за допомогою пакетів прикладних програм “Excel-97”(Microsoft, Inc.) і “Statistica-5.5” (Stat Soft, Inc.).
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Абіотичні компоненти. Сучасний рівень і склад радіонуклідного забруднення водних екосистем зони відчуження ЧАЕС зумовлені насамперед кількістю радіоактивних речовин, що надійшли у перші тижні після аварії, інтенсивністю подальшого надходження радіонуклідів з території водозбору і гідродинамічними процесами їх транспорту за межі водойм. Істотне значення при цьому має трансформація радіонуклідів у ґрунтах водозбірних територій і донних відкладах водойм, а також їхня міграція з водними потоками.
Найбільш низькою питомою активністю радіоактивних речовин характеризуються компоненти річкових екосистем, донні відклади яких зазнали природної деконтамінації (особливо в паводки і періоди весняних повеней) і за роки, що минули з часу аварії, перестали відігравати істотну роль вторинного джерела забруднення водних мас. Основне надходження радіонуклідів у ріки тепер відбувається в результаті змиву з водозбірних територій і притоку з більш забруднених водних об’єктів. У той же час замкнуті водойми і, особливо, озера ближньої зони відчуження мають значно вищі рівні радіоактивного забруднення, зумовлені обмеженістю водообміну і порівняно високим вмістом радіонуклідів, депонованих у донних відкладах. Тому у більшості непроточних водойм вміст радіонуклідів у воді залежить переважно від інтенсивності обміну їх мобільних форм між донними відкладами і водними масами, а також зовнішнього змиву з території водозбору. У зв’язку з цим найбільшу значущість мають заплавні ландшафти р. Прип’яті, які внаслідок аварії на ЧАЕС зазнали інтенсивного радіонуклідного забруднення і є одним з найбільш істотних джерел надходження радіоактивних речовин з поверхневим стоком у річкові системи зони відчуження, що належать до басейну Дніпра.
Протягом досліджуваного періоду загальною тенденцією зміни вмісту радіонуклідів у воді практично всіх водних об’єктів зони відчуження було зниження питомої активності Sr і Cs, динаміка яких пов’язана, передусім, з інтенсивністю водообмінних процесів. Виключення становлять замкнуті водойми лівобережної заплави р. Прип’яті, розташовані на території одамбованої ділянки Красненської заплави, де останніми роками при стабілізації питомої активності Cs у воді відзначена тенденція до збільшення вмісту Sr (табл. 1).
Таблиця 1
Динаміка середньорічного вмісту радіонуклідів у воді основних полігонних водойм зони відчуження ЧАЕС, Бк/л
|
Рік |
Янівський затон |
Озеро Далеке-1 |
ВО ЧАЕС |
Озеро Азбучин |
Озеро Глибоке |
Ріка Прип’ять |
|
Sr |
Cs |
Sr |
Cs |
Sr |
Cs |
Sr |
Cs |
Sr |
Cs |
Sr |
Cs |
|
|
1997 |
,2 |
,5 |
2,2 |
,8 |
,7 |
,2 |
,25 |
,16 |
||||
|
1998 |
,3 |
,4 |
,8 |
,1 |
,2 |
,0 |
,30 |
,14 |
||||
|
1999 |
,7 |
,8 |
,9 |
,1 |
,8 |
,6 |
,50 |
,15 |
||||
|
2000 |
,8 |
,7 |
,7 |
,7 |
,0 |
,8 |
,22 |
,11 |
||||
|
2001 |
,7 |
,6 |
,5 |
,1 |
,9 |
,1 |
,23 |
,12 |
||||
|
2002 |
,2 |
,0 |
1,4 |
,1 |
,6 |
,2 |
,17 |
,05 |
||||
|
2003 |
,4 |
,3 |
1,7 |
,1 |
,7 |
,8 |
,15 |
,03 |
||||
|
2004 |
,8 |
,2 |
1,6 |
,8 |
,7 |
,2 |
,18 |
,03 |
Примітка. Тут і далі ВО ЧАЕС –водойма-охолоджувач ЧАЕС
Середньорічний вміст Sr у воді полігонних водойм у даний час коливається в широких межах –від 0,11 Бк/л в р. Ужі до 135 Бк/л в оз. Глибокому, Cs –від 0,05 Бк/л в р. Прип’яті до 7 Бк/л в оз. Азбучин.
Основними водними об’єктами зони відчуження, у донних відкладах яких депонована значна кількість радіоактивних речовин, є замкнуті водойми, і водойми з низьким ступенем проточності –озера, стариці, затони, занедбані іригаційні канали та ін. Більшість затонів і стариць має таку високу щільність забруднення донних відкладів, що з метою запобігання вимиванню радіонуклідів у періоди паводків і весняних повеней, були відгороджені від основного русла р. Прип’яті глухими намивними дамбами. Роботи з визначення рівнів забруднення донних відкладів ряду непроточних водойм дозволили уточнити морфометрію досліджуваних об’єктів, площу водяного дзеркала та об’єм водних мас, а також розрахувати щільність забруднення донних відкладів радіонуклідами.
Так, в оз. Далекому-1 максимальні значення щільності забруднення донних відкладів Sr досягали 19 000, Cs – 000, +239+240Pu – 550, Am – кБк/м і були зареєстровані в північній частині водойми. Середні значення цих показників становили, відповідно, 3 100, 4 000, 78 і 75 кБк/м.Загальний вміст радіонуклідів у донних відкладах озера був такий: Sr –,0, Cs –,8, +239+240Pu і Am –,1 ГБк.
В оз. Глибокому мули залягають практично по всій площі ложа. Найбільші значення щільності забруднення донних відкладів Sr, Cs, +239+240Pu і Am досягали відповідно 10 000, 14 000, 200 і 220 кБк/м, середні – 600, 5 600, 74 і 73 кБк/м. Загальний вміст радіонуклідів у донних відкладах становив відповідно 0,44, 0,96, 0,01 і 0,01 ТБк.
Біотичні компоненти. Вищі водяні рослини. Питома активність радіонуклідів Sr і Cs у вищих водяних рослинах досліджених водойм значною мірою визначається інтенсивністю радіоактивного забруднення водних об’єктів і прилеглих територій, а також особливостями гідрохімічного режиму водойм, що впливає на ступінь доступності радіонуклідів для гідробіонтів. Максимальні значення відмічено для замкнутих водойм зони відчуження, які характеризуються найбільшим вмістом радіонуклідів у воді, мінімальні –для річкових екосистем. У той же час при досить традиційному більш високому вмісті Cs порівняно зі Sr у водосховищах Дніпровського каскаду та інших водних об’ектах України у водоймах правобережжя р. Прип’яті (оз. Азбучин і Янівському затоні) спостерігається стала тенденція до більш високого вмісту Sr у рослинних тканинах.
Аналіз середньорічних значень іонно-сольового складу води полігонних водойм (табл. 2) свідчить про те, що визначальним у даному випадку є не співвідношення радіонуклідів у воді, а гідрохімічний режим полігонних водойм, відмінною рисою якого є більш високий вміст суми Na+ і K+ у воді оз. Азбучин і Янівського затону, а саме їхнє відношення до суми Ca+ і Mg+ у порівнянні з іншими водоймами, що досліджувалися (табл. 3).
Таблиця 2
Середньорічні значення показників іонно-сольового складу води полігонних водойм зони відчуження ЧАЕС
|
Водний об’єкт |
Катіони, мг/л |
Аніони, мг/л |
Загальна жорст-кість, мг-экв/л |
Сума мінераль-них речо-вин, мг/л |
|
Ca+ |
Mg+ |
Na++K+ |
HCO– |
SO– |
Cl– |
|||
|
оз. Далеке-1 оз. Глибоке оз. Азбучин Янівський затон ВО ЧАЕС р. Прип’ять р. Уж |
32,1 ,1 ,6 ,1 ,6 ,1 ,1 |
,8 ,2 ,6 ,1 ,8 ,1 ,6 |
,0 ,0 ,2 ,5 ,7 ,8 ,2 |
,8 ,8 ,2 ,9 ,8 ,8 ,2 |
,4 ,0 ,8 ,0 ,0 ,0 ,2 |
,9 ,9 ,3 ,3 ,0 ,0 ,7 |
,8 ,8 ,7 ,1 ,7 ,7 ,2 |
,5 ,5 ,3 ,9 ,8 ,6 ,4 |
Таблиця 3
Співвідношення деяких хімічних показників у воді та вищих водяних рослинах зони відчуження ЧАЕС
|
Водний об’єкт |
Ca++Mg+/Na++K+ у воді |
Sr/Cs у макрофітах |
Sr/Cs у воді |
|
оз. Далеке-1 оз. Глибоке оз. Азбучин Янівський затон ВО ЧАЕС р. Прип’ять р. Уж |
1,9 ,0 ,4 ,4 ,4 ,7 ,7 |
,9 ,4 ,9 ,8 ,2 ,7 ,4 |
,1 ,0 ,2 ,9 ,7 ,5 ,4 |
Очевидно, підвищений вміст калію, який є хімічним аналогом Cs, знижує інтенсивність накопичення радіонукліда тканинами макрофітів, зумовлюючи більш високий вміст Sr. У водоймі-охолоджувачі ЧАЕС, навпаки, створюються сприятливі умови для накопичення Cs, і тому тут його вміст значно перевищує вміст Sr.
Рис. 2. Видоспецифічність концентрування Sr вищими водяними рослинами зони відчуження ЧАЕС.
Вищі водяні рослини відзначаються видоспецифічністю концентрування Sr і Cs, про що свідчить як питома активність цих радіонуклідів у рослинах окремих водойм, так і їх середні коефіцієнти концентрування. Найменшими значеннями Кк Sr характеризувались куга озерна, ситник мілководний і сальвінія плаваюча. Найбільшими –рдесники, очерет звичайний і рогіз широколистий (рис. 2).
До видів, що мають високі Кк Cs, слід віднести насамперед осокові і ситник мілководний. Мінімальні значення цього показника зареєстровані у куги озерної, сальвінії плаваючої та різухи морської (рис. 3).
Рис. 3. Видоспецифічність концентрування Cs вищими водяними рослинами зони відчуження ЧАЕС.
Найбільші величини Кк трансуранових елементів (ТУЕ) серед досліджених видів виявлено у рогоза вузьколистого –у 7 разів вищі ніж середні значення для інших видів рослин. Найменші величини Кк ТУЕ відзначені для представників родини лілейних.
Динаміка питомої активності радіонуклідів у вищих водяних рослинах протягом вегетаційного періоду підлягала чіткій сезонній ритміці. Максимальні показники зареєстровані в кінці липня – серпні. При цьому значення Кк для деяких видів можуть відрізнятися у 4 рази.
Динаміка вмісту основних радіонуклідів у тканинах вищих водяних рослин річкових екосистем зони відчуження протягом 1989– рр. характеризувалася зниженням питомої активності Sr і Cs (рис. 4 а, б). У замкнутих водоймах і водоймах з низькою проточністю, як показали найбільш репрезентативні вибірки,
Рис. 4. Динаміка вмісту радіонуклідів у вищих водяних рослин зони відчуження ЧАЕС: а –рогіз вузьколистий (р. Прип’ять); б –рдесник гребінчастий (р. Прип’ять); в –різак водяний алоевидний (оз. Глибоке); г –глечики жовті (оз. Глибоке); д –глечики жовті (оз. Далеке-1); е –очерет звичайний (ВО ЧАЕС). Суцільна лінія –тренд питомої активності Sr, пунктирна лінія –тренд питомої активності Cs.
з кінця 1990-х років відзначається виражена тенденція до зростання вмісту Sr у тканинах вищих водяних рослин, що належать до різних екологічних груп (рис. 4 вд). Питома ж активність Cs у вищих водяних рослинах досліджуваних озер або знижувалась, або була порівняно постійною. При цьому, якщо в середині 1990-х років питома активність Cs у тканинах вищих водяних рослинах озер Красненської заплави значно перевищувала активність Sr, то наприкінці минулого десятиліття ці величини були порівнянні. У даний час питома активність Sr значно вища, ніж Cs.
Припускається, що зростання питомої активності Sr у тканинах макрофітів Красненської заплави пов’язано з динамікою трансформації радіонукліда у ґрунтах водозбірних територій і донних відкладах водойм. У зв’язку з тим, що Красненська заплава виявилася одним з найбільш забруднених радіонуклідами масивів зони відчуження, тут у період 1992–3 рр. був побудований комплекс протиповеневих дамб, що змінили гідрологічний режим заплавних потоків у періоди повеней (Шевченко та ін., 2001) і перешкоджають вимиванню радіоактивних речовин з ґрунтів забруднених територій. У свою чергу це стало причиною посилення процесів перезволоження і заболочування одамбованих територій. У результаті цього на тлі загальної тенденції збільшення кількості мобільних форм Sr у ґрунтах водозбірних територій і донних відкладах водойм зони відчуження, у заболочених ґрунтах Красненської заплави відбувається зростання кількості фульво- і гумінових кислот. Останнє зумовлює зменшення рН водного середовища, підсилення десорбції радіонуклідів та їх перехід у розчинний стан, насамперед Sr, який утворює з фульвокислотами розчинні комплекси. При цьому спостерігається збільшення концентрації мобільних форм радіонукліда і їхнє включення в біотичний кругообіг водних екосистем. Про це свідчить зростання в останні роки питомої активності Sr у воді озер Красненської заплави на тлі її стабілізації для Cs.
Молюски водойм зони відчуження містять високу кількість Sr, який концентрується переважно в черепашці, і значно меншу –Cs. Найбільші значення Кк радіонуклідів характерні для видів-фільтраторів –дрейсени та уніонід, більш низькі –для черевоногих молюсків (рис. 5). Видоспецифічність концентрування Sr і ТУЕ молюсками визначається в першу чергу питомим внеском черепашки, а Cs –особливостями функціональної екології і типом їх живлення.
У черевоногих молюсків зони відчуження спостерігається зворотний розмірно-масовий ефект концентрування Cs. Він зареєстрований як для репрезентативної вибірки окремих особин (рис. 6), так і для різних розмірно-масових груп.
Риби. Середні значення питомої активності Sr і Cs у річковій рибі зони відчуження не перевищують допустимі рівні (ДР-97) відповідно до прийнятих в Україні нормативів для рибної продукції. При цьому випадки перевищення концентрації Cs за період 1997–рр. у р. Прип’яті становили близько 20 % загальної кількості виловлених особин, у р. Ужі зареєстровано поодинокі випадки. У замкнутих і слабопроточних водоймах практично в усіх виловах відзначено істотне перевищення ДР вмісту радіонуклідів. В озерах Красненської заплави середні значення питомої активності радіонуклідів більш ніж на два порядки перевищували ДР. Найбільша питома активність Cs у всіх водоймах зони відчуження притаманна переважно хижим видам риб.
Рис. 5. Концентрування Sr і Cs прісноводними молюсками зони відчуження ЧАЕС.
Рис. 6. Залежність вмісту Cs у ставковика звичайного від розмірно-масових характеристик (оз. Глибоке, 2003 р.).
Розподіл радіонуклідів по основних компонентах водних екосистем досліджували в озерах Красненської заплави. Основна кількість радіонуклідів міститься в донних відкладах: Sr –і 95 % (відповідно для озер Глибоке і Далеке1), Cs – %, ТУЕ –практично 100 % від загального вмісту в екосистемах (табл. 4 і 5).
Відносно низький вміст Sr у донних відкладах озер зумовлений його підвищеною міграційною активністю порівняно з такою Cs і ТУЕ. Цим визначається і більш високий вміст Sr у водній компоненті обох озер (10,2 і 4,3 %) відносно Cs (0,6 і 0,5 %) і ТУЕ (0,04 і 0,03 %), і, навпаки, менший –Sr у сестоні (0,16 і 0,15 %) порівняно із Cs (0,25 і 0,30 %). Озеро Глибоке характеризується більш високим вмістом усіх радіонуклідів у біотичній компоненті і Sr –у водній. Такий розподіл Sr в екосистемах озер може бути пов’язаний насамперед з високою біомасою вищих водяних рослин, якими інтенсивно заростає оз. Глибоке. Відомо, що в міру збільшення й ущільнення заростей макрофітів погіршується кисневий режим, нагромаджується значна кількість органічних речовин і біогенних елементів, знижується pН водного середовища. При зменшенні pН підсилюється десорбція радіонуклідів, перш за все Sr, та їх перехід у розчинний стан. Про це свідчать більш низькі середні значення питомої активності Sr, а також її відношення у воді і донних відкладах відносно Cs в оз. Глибокому порівняно з оз. Далеким-1.
Таблиця 4
Вміст радіонуклідів в основних компонентах екосистеми оз. Далекого-1
|
Об’єкт |
Sr |
Cs |
+239+240Pu і Am |
|
МБк |
% |
МБк |
% |
МБк |
% |
|
|
Вода Донні відклади Сестон Біота |
1650 |
,25 ,35 ,15 ,25 |
,45 ,11 ,30 ,14 |
,27 ,81 |
,03 ,90 ,07 |
Примітка. Тут і в табл. 5: –вимірювання не проводили.
Таблиця 5
Вміст радіонуклідів в основних компонентах екосистеми оз. Глибокого
|
Об’єкт |
Sr |
Cs |
+239+240Pu і Am |
|
МБк |
% |
МБк |
% |
МБк |
% |
|
|
Вода Донні відклади Сестон Біота |
50900 |
,21 ,02 ,16 ,61 |
,64 ,64 ,25 ,47 |
,04 ,80 ,16 |
Близько 90 % Sr у біоті оз. Далекого-1 сконцентровано в макрозообентосі, близько 8,5% припадає на вищі водяні рослини, 1,5 % –на риб, близько 1 % –на черевоногих молюсків. Подібна картина спостерігається й у розподілі трансуранових елементів. Однак, при цьому, знижується внесок двостулкових молюсків (до 70– %), черевоногих молюсків і риб (до часток відсотка) і зростає значущість макрофітів (до 21– %).
а б
Рис. 7. Розподіл радіонуклідів по основних групах гідробіонтів у біотичній компоненті екосистем озер Далекого-1 (а) і Глибокого (б).
В угрупованні донних безхребетних частка двостулкових молюсків за вмістом Cs не перевищує 25 %. Це пов’язано з високими Кк радіонукліда у представників “м’якого”зообентосу –олігохет і хірономід, у яких, незважаючи на їх низьку, відносно двостулкових молюсків, біомасу (у 10 разів нижчу), вміст Cs становить близько 65 %. У загальному вмісті Cs у біоті озера близько 85 % припадає на вищі водяні рослини, 7 і 8 % –відповідно на зообентос і рибу, менше 0,1 % –на черевоногих молюсків (рис. 7).
Дозові навантаження на гідробіонтів. Потужність поглинутої дози опромінення для гідробіонтів досліджуваних водойм реєструвалася в діапазоні 1,8·10– – 3,4 Гр/рік (табл. 6). Найбільші рівні відзначені для озер одамбованої ділянки лівобережної заплави р. Прип’яті –Глибокого і Далекого-1, найменші –для проточних водних об’єктів –рік Ужа і Прип’яті.
Згідно із класифікацією радіаційних зон, запропонованою у 1977 р. і розвинутою Г.Г. Полікарповим (1998, 2001) і R.J. Pentreath (2002), досліджувані нами літоральні ділянки рік Ужа і Прип’яті належать до зони радіаційного благополуччя, ділянки станцій відбору проб в озерах Азбучин і Далекому-1, Янівському затоні і ВО ЧАЕС –до зон фізіологічного та екологічного маскування, а в оз. Глибокому наближаються до зони ураження екосистем, де може спостерігатися зменшення чисельності водних організмів і загибель радіочутливих видів.
Співвідношення доз, отриманих в результаті зовнішнього і внутрішнього опромінення, для гідробіонтів з різних водойм істотно варіювало і залежало від вмісту -випромінюючих радіонуклідів у донних відкладах літоральної зони і ґрунтах, що прилягають до берегової лінії. В оз. Глибокому, яке характеризується наявністю так званої смуги аномального забруднення на межі урізу води, близько 95 % дози гідробіонти одержують за рахунок зовнішніх джерел і лише близько 5 % –за рахунок радіонуклідів, інкорпорованих у тканинах (рис. 8). Схоже співвідношення спостерігається і для рік зони відчуження –Ужа і Прип’яті, однак тут закономірність пов’язана з високим ступенем проточності водних об’єктів і порівняно низьким вмістом радіонуклідів у воді і, відповідно, у тканинах гідробіонтів. У оз. Азбучин і Янівському затоні при невисокій дозі зовнішнього опромінення основний внесок у потужність поглинутої дози роблять радіонукліди, інкорпоровані в тканинах гідробіонтів. Це пов’язано як з високим вмістом радіонуклідів у воді, так і з низьким рівнем забруднення донних відкладів літоральної зони і ґрунтів прилеглих територій, піщаний тип яких зумовлює низький ступінь фіксації радіонуклідів.
Таблиця 6
Діапазони потужності поглинутої дози для гідробіонтів
зони відчуження ЧАЕС у 2000–рр.
|
Водні об’єкти |
Дози, Гр/рік |
|
р. Уж р. Прип’ять ВО ЧАЕС Янівський затон оз. Азбучин оз. Далеке-1 оз. Глибоке |
1,8·10– –,3·10– ,4·10– –,1·10– ,3·10– –,1·10– ,5·10– –,0·10– ,8·10– –,0·10– ,2·10– –,2·10– ,6 –,4 |
Рис. 8. Співвідношення дози внутрішнього та зовнішнього опромінення гідробіонтів зони відчуження ЧАЕС.
Основний внесок у дозу внутрішнього опромінення вищих водяних рослин зони відчуження визначає Cs – понад 90 % для більшості водойм. Виняток становлять Янівський затон і оз. Азбучин, вищі водяні рослини яких характеризуються найнижчими Кк Cs, і, відповідно, внесок Sr у дозу внутрішнього опромінення тут порівняно вищий. Частка ТУЕ у дозі внутрішнього опромінення вищих водяних рослин не перевищує 5 % (рис. 9).
Рис. 9. Внесок інкорпорованих радіонуклідів у дозу внутрішнього опромінення вищих водяних рослин зони відчуження ЧАЕС.
Рис. 10. Потужність поглинутої дози опромінення вищих водяних рослин від інкорпорованих радіонуклідів у зоні відчуження ЧАЕС.
Потужність поглинутої дози від інкорпорованих радіонуклідів для вищих водяних рослин літоральної зони водних об’єктів була найбільшою в оз. Глибокому (рис. 10). Дещо менші значення зареєстровано в озерах Далекому-1 і Азбучин. Далі йдуть водойма-охолоджувач ЧАЕС і Янівський затон. Характерне співвідношення дозових навантажень на рослини за рахунок Sr і Cs відзначено у двох останніх водоймах. У воді Янівського затону більш висока активність радіонуклідів, ніж у водоймі-охолоджувачі. Однак в останньому, внаслідок особливостей гідрохімічного режиму і більш інтенсивного концентрування рослинами Cs, внесок цього радіонукліда в дозу від інкорпорованих радіонуклідів більш ніж у два рази вищий, ніж у Янівському затоні. Найменші значення дозових навантажень зареєстровано для макрофітів рік Ужа і Прип’яті.
На прикладі вищих водяних рослин оз. Далекого-1 показано, що через видоспецифічність концентрування радіонуклідів потужність поглинутої дози опромінення від інкорпорованих у тканинах радіонуклідів може відрізнятися більш ніж у 5 разів (табл. 7).
Таблиця 7
Потужність поглинутої дози опромінення вищих водяних рослин від інкорпорованих радіонуклідів в оз. Далекому-1, Гр/рік
|
Рослини |
90Sr |
137Cs |
238Pu |
239+240Pu |
241Am |
Загальна |
|
Осока |
1,2·10– |
,3·10– |
,2·10– |
,2·10– |
,3·10– |
,5·10– |
|
Рогіз вузьколистий |
2,5·10– |
,1·10– |
,7·10– |
,6·10– |
,0·10– |
,5·10– |
|
Гірчак земноводний |
2,7·10– |
,9·10– |
,5·10– |
,5·10– |
,6·10– |
,2·10– |
|
Очерет звичайний |
6,1·10– |
,5·10– |
,5·10– |
,8·10– |
,2·10– |
,6·10– |
|
Кушир занурений |
1,4·10– |
,2·10– |
,8·10– |
,2·10– |
,7·10– |
,4·10– |
|
Глечики жовті |
9,5·10– |
,1·10– |
,3·10– |
,6·10– |
,0·10– |
,2·10– |
|
Пухирник малий |
7,1·10– |
,2·10– |
,4·10– |
,7·10– |
,4·10– |
,5·10– |
Рис. 11. Внесок інкорпорованих радіонуклідів у дозу внутрішнього опромінення молюсків зони відчуження ЧАЕС.
У прісноводних молюсків на відміну від вищих водяних рослин істотно збільшується внесок Sr у формування дози внутрішнього опромінення (рис. 11). Внаслідок цього поглинута доза від інкорпорованих у тканинах радіонуклідів у середньому в два рази більша, ніж у вищих водяних рослин.
Понад 90 % дози внутрішнього опромінення риб припадає на Cs. Мінімальна частка Sr у дозі внутрішнього опромінення риб, так само як і вищих водяних рослин і молюсків, відзначена у водоймі-охолоджувачі ЧАЕС. Порівняно незначний внесок у дозу внутрішнього опромінення риб роблять трансуранові елементи (рис. 12).
Рис. 12. Внесок інкорпорованих радіонуклідів у дозу внутрішнього опромінення риб зони відчуження ЧАЕС.
Біологічні ефекти. Дослідження цитогенетичних порушень в ембріональних клітинах ставковика звичайного (Lymnaea stagnalis) свідчать про підвищений рівень аберацій хромосом у молюсків водойм зони відчуження ЧАЕС порівняно з молюсками Голосіївських озер м. Києва, які вважалися умовно чистими (потужність дози не перевищувала 7,3·10 Гр/рік). Найбільші значення зареєстровані для безхребетних оз. Глибокого, у клітинах яких частота аберацій за період досліджень у середньому становила близько 25 %, а максимально – %, що більш ніж у 10 разів перевищує рівень спонтанного мутагенезу для водних організмів згідно з даними V.G. Tsytsugina (1990). Дещо менші рівні відзначені для молюсків озер Азбучин, Далекого-1 і Янівського затону. Ембріони молюсків у ріках Ужі і Прип’яті характеризувалися порівняно невисоким середнім рівнем аберантних клітин, який становив відповідно 2,5 і 3,5 %. Для молюсків Голосіївських озер цей показник дорівнював близько 1,5 %, максимальні значення –до 2,5 % (рис. 13 а).
Рис. 13. Середня частота і типи основних хромосомних аберацій у ембріонів ставковика звичайного (а) і в кореневих меристемах очерету звичайного (б) у водоймах зони відчуження ЧАЕС в 1999–рр.
Частота аберацій хромосом у клітинах меристематичних тканин коренів очерету звичайного і стрілолиста стрілолистого з найбільш забруднених озер зони відчуження становила близько 6– %. У рослинах рік Ужа і Прип’яті цей показник дорівнював у середньому 3 %, а в Голосіївських озерах не перевищував 2,6 % і становив у середньому 1,9 % (рис. 13 б). У ембріонів карася звичайного і лина з озер Глибокого та Азбучин кількість клітин з хромосомними абераціями протягом 2001–рр. становила близько 8– %.
Більш низький рівень частоти аберацій хромосом у риб порівняно з черевоногими молюсками пов’язаний, на наш погляд, з меншими дозовими навантаженнями, зумовленими зовнішнім опроміненням у водній товщі відкритих ділянок водойм. При цьому основна частина поглинутої дози для риб формується за рахунок Cs, інкорпорованого у тканинах. Навіть для бентосоїстівних риб зовнішня доза від випромінювачів, депонованих у донних відкладах водойм, невелика порівняно з такою у літоральній зоні, де щільність забруднення берегової лінії (зокрема, для оз. Глибокого) може бути істотно вищою. Доза зовнішнього опромінення для черевоногих молюсків, що живуть у заростях прибережної рослинності, значно перевищує таку для риб; крім того, багаторазово зростає доза від Sr і ТУЕ, інкорпорованих переважно у черепашці молюсків.
У водоймах з підвищеним рівнем радіонуклідного забруднення (озерах Красненської заплави р. Прип’яті) привертає увагу висока ступінь ураження очерету звичайного паразитичними сумчастими грибами та галоутворюючими членистоногими. У волотях очерету, відібраних в осінні періоди 2002– рр., досліджували частоту утворення склероціїв Claviceps purpurea. Найбільшу кількість склероціїв відзначено у рослин оз. Глибокого, де їх середня кількість у волоті становила 190 при середній масі склероція 485 мкг. Для інших досліджених водойм зони відчуження ці усереднені показники дорівнювали відповідно 57 і 301. В оз. Далекому-1 практично 100 % пагонів очерету тепер уражені галоутворюючими кліщами (Steneotarsonemus phragmitidis). Протягом 2003– рр. це явище достатньо швидко поширилось і в інших водоймах зони відчуження, істотно уповільнюючи темпи росту і знижуючи продукційні показники рослин.
Практично в усіх досліджених водоймах зони відчуження відзначено особини очерету, що формують пагони другого порядку (іноді до восьми), які звичайно не утворюються. Галуження відбувається перважно на пагонах з різним характером ушкодження верхівки рослини. Це або механічні ушкодження (злам), або ураження галоутворюючими членистоногими (кліщами і двокрилими). Іноді галуження виникає на пагонах очерету, які ростуть під кутом на крутому березі водойми або у яких на шляху росту трапляються різного типу механічні перепони. Проте виявлено особини з латеральними пагонами і за нормальних умов, без видимих ушкоджень і із сформованою волоттю, тоді як на більшості таких рослин волоть не утворюється. Очевидно, як і у випадках аномального галуження у наземних рослин при хронічному радіаційному впливові (Гродзинський, 2005), тут можна припустити зниження апікального домінування та втрату контролю над закладанням бокових бруньок, яке стимулює формування латеральних пагонів.
ВИСНОВКИ
1. У результаті виконаних досліджень встановлено кількісні параметри питомої активності радіонуклідів Sr, Cs і трансуранових елементів (ТУЕ) Pu, +240Pu та Am у біотичних і абіотичних компонентах водних екосистем, оцінено дозові навантаження на гідробіонтів різного систематичного положення і вивчено деякі біологічні ефекти у водних організмів за умов водойм зони відчуження Чорнобильської АЕС (ЧАЕС).
. Вміст Sr у донних відкладах озерних екосистем ближньої (10-кілометрової) зони відчуження становить 89– %, Cs – %, ТУЕ –практично 100 % загальної кількості в екосистемі. Підвищена міграційна активність Sr зумовлює більш високий його вміст у водній компоненті (4– %) порівняно із Cs (0,5–,6 %) і ТУЕ (0,03–,04 %) і, навпаки, менший –у сестоні (0,15–,16 %) порівняно із Cs (0,25–,30 %). Вміст Sr у біотичній компоненті становить 0,25–,61 %, Cs –,14–,47 %, ТУЕ –,07–,16 % загального вмісту в екосистемі.
. У двостулкових молюсках озерних екосистем сконцентровано до 99 % 90Sr від загальної його кількості в угрупованнях зообентосу. Загальний вміст Sr у цих безхребетних становить 38– % його кількості в біоті. При цьому 10– % припадає на вищі водяні рослини, до 2 % –на риб, близько 1– % –на черевоногих молюсків і менше 1 % –на представників “м’якого”зообентосу (олігохет і хірономід). Аналогічна картина спостерігається й у розподілі ТУЕ, однак при цьому знижується внесок двостулкових молюсків –до 15– %, черевоногих молюсків і риб –до часток відсотка і зростає частка макрофітів –до 20– %.
. У зв’язку з високими коефіцієнтами концентрування (Кк) Cs у представників “м’якого”зообентосу їх внесок у вміст радіонукліда в донних безхребетних тваринах становить до 65 %, частка двостулкових молюсків за вмістом Cs не перевищує 35 %. У загальному вмісті Cs у біоті озер близько 85– % припадає на вищі водяні рослини, 1–і 2– % –відповідно на зообентос і рибу, менше 1 % –на черевоногих молюсків.
. Інтенсивність заростання озер зони відчуження вищими водяними рослинами впливає на гідрохімічний режим водойм і змінює характер розподілу радіонуклідів у компонентах екосистем. При збільшенні біомаси макрофітів у водному середовищі створюються умови, за яких підсилюється десорбція радіонуклідів, насамперед Sr, з подальшим їх переходом у розчинний стан.
. Питома активність радіонуклідів у тканинах вищих водяних рослин характеризується видовою специфічністю. Найбільші Кк Sr зареєстровані у рдесників, Cs –у представників роду осок, ТУЕ –у рогозу вузьколистого. Внаслідок підвищеної здатності цих рослин накопичувати радіонукліди їх Кк у декілька разів перевищують середні значення аналогічного показника для інших досліджуваних видів. На цій підставі їх можна розглядати як специфічні накопичувачі основних дозоутворюючих радіонуклідів.
. Динаміка питомої активності радіонуклідів у вищих водяних рослин протягом вегетаційного періоду підлягає чіткій сезонній ритміці. Найбільші показники зареєстровані в пік вегетації –в кінці липня – серпні. При цьому значення Кк радіонуклідів для деяких видів можуть відрізнятися у 4 рази.
8. Будівництво комплексу протиповеневих дамб і деградація існуючих меліоративних систем на ділянці лівобережної заплави р. Прип’яті спричинили зміну гідрологічного режиму, підсилили процеси перезволоження та заболочування одамбованих територій. Внаслідок цього на тлі загальних тенденцій збільшення кількості мобільних форм Sr у ґрунтах водозбірних територій і донних відкладах водойм зони відчуження поступово зростає питома активність радіонукліда у воді озер, розташованих на цих територіях, та інтенсивність його концентрування вищими водяними рослинами. Для деяких видів макрофітів питома активність Sr порівняно з показниками початку 1990-х років зросла більш ніж на порядок і значно перевищила таку Cs.
9. Перезволоження та заболочування забруднених радіонуклідами територій призводить до прискорення процесів мобілізації фіксованих ґрунтовими частинками радіоактивних речовин і формування своєрідних “депо”рухливих форм, перш за все Sr, які у багатоводні періоди можуть стати джерелом збільшення виносу радіонукліда в р. Прип’ять і далі за межі зони відчуження ЧАЕС.
. При проведенні радіоекологічного моніторингу водних екосистем вищі водяні рослини, що мають високі Кк радіонуклідів, можуть бути одним з найбільш чутливих тест-об’єктів для реєстрації збільшення питомої активності мобільних форм радіонуклідів у водоймах.
11. Серед прісноводних молюсків найбільші Кк Cs притаманні видам-фільтраторам –дрейсені та уніонідам. Видоспецифічність концентрування Sr і ТУЕ молюсками визначається насамперед питомою часткою черепашки, а Cs –еколого-біологічними особливостями виду, і зокрема типом живлення. У черевоногих молюсків зареєстрований зворотний розмірно-масовий ефект концентрування Cs.
12. Середні значення питомої активності Sr і Cs у тканинах риб річок зони відчуження в основному не перевищують допустимі рівні державних гігієнічних нормативів (ДР-97). Випадки перевищення концентрації Cs за 1997– рр. у р. Прип’яті становили близько 20 % загальної кількості виловлених особин, у р. Ужі –виявлено поодинокі випадки. Риби замкнутих і слабопроточних водойм практично в усіх виловах характеризуються значним перевищенням ДР-97 питомої активності радіонуклідів. Середні її значення у тканинах риб озер Красненської заплави більш ніж на два порядки перевищують ДР-97. Максимальні значення питомої активності Cs в усіх водоймах зони відчуження спостерігали переважно у хижих видів.
13. На підставі досліджень гідрохімічного складу води та порівняльного аналізу співвідношення питомої активності Sr і Cs у тканинах гідробіонтів різних водних об’єктів встановлено кількісні закономірності інтенсивності концентрування Cs, яка визначається іонно-сольовим складом води, перш за все відношенням вмісту катіонів Ca++Mg+ до Na++K+.
14. Потужність поглинутої дози для гідробіонтів літоральної зони досліджуваних водних об’єктів реєструється в діапазоні 1,8·10– – 3,4 Гр/рік. Максимальні дози відзначено для озер одамбованої ділянки лівобережної заплави р. Прип’яті –Глибокого і Далекого-1, мінімальні –для проточних водних об’єктів –рік Ужа і Прип’яті.
15. Співвідношення доз, зумовлених зовнішнім і внутрішнім опроміненням гідробіонтів у різних водоймах, істотно варіює і залежить від вмісту випромінюючих радіонуклідів у донних відкладах літоральної зони і ґрунтах, що прилягають до берегової лінії. При високому рівні забруднення останніх до 95 % дози може формуватися за рахунок зовнішніх джерел і лише 5 % –за рахунок радіонуклідів, інкорпорованих у тканинах. Потужність дози зовнішнього опромінення для гідробіонтів однієї водойми може коливатися в межах трьох порядків і залежати від рівня радіонуклідного забруднення екологічної зони, яку займає вид у водоймі.
16. У клітинах гідробіонтів водойм зони відчуження спостерігається підвищений рівень аберацій хромосом: до 7,8 % у меристематичних тканинах вищих водяних рослин (очерет звичайний, стрілолист стрілолистий), до 10,5 % у ембріонів риб (карась звичайний, лин) і до 26,7 % у ембріонів черевоногих молюсків (ставковик звичайний). В умовно чистих водоймах частота хромосомних аберацій для видів, що досліджувалися, не перевищувала 2,6 %.
. Для очерета звичайного у найбільш забруднених водоймах ближньої зони відчуження виявлено високий рівень ураження паразитичними грибами Claviceps purpurea та галоутворюючими членистоногими Steneotarsonemus phragmitidis і Lipara sp. (іноді до 100 % популяції водойми), яке швидко поширюється в інших водоймах, істотно знижуючи темпи росту, насіннєву продуктивність і біомасу рослин. Зареєстровано численні випадки аномального галуження головного стебла рослин, які не мають видимих механічних та інших ушкоджень.
18. Процеси автореабілітації замкнутих водойм зони відчуження ЧАЕС відбуваються вкрай повільно, унаслідок чого екосистеми більшості озер, стариць і затонів й дотепер характеризуються високим рівнем радіонуклідного забруднення зі складною структурою розподілу і динамічністю фізико-хімічних форм, що впливають на міграцію і концентрування радіонуклідів у компонентах екосистем. За умов водойм зони відчуження у водних організмів зареєстровано численні ефекти, які свідчать про ураження біологічних систем на різних рівнях організації. Подальше вивчення цих ефектів є важливою складовою комплексу заходів, пов’язаних із прогнозуванням і мінімізацією наслідків аварії на ЧАЕС для біоти.
Список основних робіт, опублікованих за темою дисертації
АНОТАЦІЯ
Гудков Д.І. Радіонукліди в компонентах водних екосистем зони відчуження Чорнобильської АЕС: розподіл, міграція, дозові навантаження, біологічні ефекти. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.01 –радіобіологія. –Київський національний університет імені Тараса Шевченка. Київ, 2006.
Дисертація присвячена особливостям поведінки штучних довгоіснуючих радіонуклідів у водних екосистемах зони відчуження Чорнобильської АЕС і їхньому біологічному значенню для водних організмів в умовах хронічного радіаційного впливу. Вміст Sr у донних відкладах озерних екосистем ближньої (10- кілометрової) зони відчуження становить 89– %, Cs – %, ізотопів трансуранових елементів (ТУЕ) Pu, +240Pu і Am –практично 100 % загального вмісту в екосистемі. Підвищена міграційна активність Sr зумовлює більш високий його вміст у водній компоненті (4– %) порівняно із Cs (0,5–,6 %) і ТУЕ (0,03–,04 %) і, навпаки, менший –у сестоні (0,15–0,16 %) порівняно з Cs (0,25–,30 %). Вміст Sr у біотичній компоненті становить 0,25–,61 %, Cs –,14–,47 %, ТУЕ –,07–,16 % загального їх вмісту в екосистемі. Потужність поглинутої дози для гідробіонтів літоральної зони водойм реєструється в діапазоні 1,8·10– – 3,4 Гр/рік. Найбільші дози опромінення відзначено для озер одамбованої ділянки лівобережної заплави р. Прип’яті –Глибокого і Далекого-1, найменші –для проточних водних об’єктів –рік Ужа і Прип’яті. У клітинах гідробіонтів водойм зони відчуження зареєстровано більш високий рівень аберацій хромосом, ніж в умовно чистих водоймах: до 7,8 % у меристематичних тканинах вищих водяних рослин, до 10,5 % у ембріонів риб і до 26,7 % у ембріонів черевоногих молюсків.
Ключові слова: водні екосистеми, зона відчуження Чорнобильської АЕС, радіонукліди, дозові навантаження, біологічні ефекти.
АННОТАЦИЯ
Гудков Д.И. Радионуклиды в компонентах водных экосистем зоны отчуждения Чернобыльской АЭС: распределение, миграция, дозовые нагрузки, биологические эффекты. –Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.01 –радиобиология. –Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко. Киев, 2006.
Диссертация посвящена особенностям поведения искусственных долгоживущих радионуклидов в водных экосистемах зоны отчуждения Чернобыльской АЭС и их биологическому значению для водных организмов в условиях хронического радиационного воздействия.
Содержание Sr в донных отложениях озерных экосистем ближней (10- километровой) зоны отчуждения составляет 89– %, Cs – %, трансурановых элементов (ТУЭ) Pu, +240Pu и Am –практически 100 % общего содержания в экосистеме. Повышенная миграционная активность Sr обусловливает более высокое содержание радионуклида в водной компоненте (4–%) по сравнению с Cs (0,5–,6 %) и ТУЭ (0,03–,04 %) и, наоборот, –меньшее в сестоне (0,15–,16 %) по сравнению с Cs (0,25–,30 %). Содержание Sr в биотической компоненте составляет 0,25–,61 %, Cs –,14–,47 %, ТУЭ –,07–,16 % общего содержания в экосистеме.
Удельная активность радионуклидов в тканях высших водных растений характеризуется видовой специфичностью. Наибольшее содержание Sr зарегистрировано у рдестов, Cs –у представителей рода осок, ТУЭ –у рогоза узколистного. Значения этого показателя для названных растений в несколько раз выше, чем для других исследованных видов, что позволяет рассматривать их как специфические накопители радионуклидов.
Строительство комплекса противопаводковых дамб и деградация существующих мелиоративных систем на участке левобережной поймы р. Припяти повлекли за собой изменение гидрологического режима, усилили процессы переувлажнения и заболачивания одамбированных территорий. В результате на фоне общей тенденции увеличения количества мобильных форм Sr в почвах водосборных территорий и донных отложениях водоемов зоны отчуждения происходит постепенное повышение удельной активности радионуклида в воде озер, расположенных на одамбированной территории, а также интенсивности его концентрирования высшими водными растениями. У некоторых видов макрофитов содержание Sr по сравнению с величинами начала 1990-х годов возросло более чем на порядок и превысило этот показатель для Cs. Переувлажнение и заболачивание загрязненных радионуклидами территорий приводит к ускорению процессов мобилизации фиксированных ранее почвенными частицами радиоактивных веществ и формированию своеобразных “депо”подвижных форм, в первую очередь Sr, которые в многоводные периоды могут быть источником увеличения выноса радионуклида в р. Припять и далее за пределы зоны отчуждения.
Мощность поглощенной дозы для гидробионтов литоральной зоны исследуемых водных объектов регистрируется в диапазоне 1,8·10– – 3,4 Гр/год. Наибольшие значения отмечены для озер одамбированного участка левобережной поймы р. Припяти –Глубокого и Далекого-1, наименьшие –для рек Ужа и Припяти. Соотношение доз, обусловленных внешним и внутренним облучением гидробионтов в различных водоемах, существенно варьирует и зависит от содержания -излучающих радионуклидов в донных отложениях литоральной зоны и почвах, прилегающих к береговой линии. При высоком уровне загрязнения последних до 95 % дозы может формироваться за счет внешних источников и лишь 5 % –за счет радионуклидов, инкорпорированных в тканях гидробионтов. Мощность дозы внешнего облучения для гидробионтов одного водоема может изменяться в пределах трех порядков и зависит от уровня радионуклидного загрязнения экологической зоны, которую занимает вид в водоеме.
В клетках гидробионтов, обитающих в наиболее загрязненных радионуклидами водоемах зоны отчуждения, зарегистрирован повышенный уровень аберраций хромосом по сравнению с условно чистыми водоемами: до 7,8 % в меристематических тканях высших водных растений, до 10,5 % у эмбрионов рыб и до 26,7 % у эмбрионов брюхоногих моллюсков.
У тростника обыкновенного из наиболее загрязненных водоемов ближней зоны отчуждения выявлен высокий уровень поражения паразитическими грибами Claviceps purpurea и галлообразующими членистоногими Steneotarsonemus phragmitidis и Lipara sp. (иногда до 100 % популяции водоема), которое быстро распространяется, существенно снижая темпы роста, семенную продуктивность и биомассу растений. Зарегистрированы многочисленные случаи аномального ветвления главного стебля растений, которые не имеют видимых механических и других повреждений.
Процессы автореабилитации замкнутых водоемов зоны отчуждения ЧАЭС протекают крайне медленно, вследствие чего экосистемы большинства озер, стариц и затонов характеризуются высоким уровнем радионуклидного загрязнения со свойственной ему сложной структурой распределения и динамичностью физико-химических форм, влияющих на миграцию и концентрирование радионуклидов в компонентах экосистем. В условиях водоемов зоны отчуждения у водных организмов зарегистрированы многочисленные эффекты, свидетельствующие о поражении биологических систем на различных уровнях организации. Дальнейшее изучение биологических эффектов является важной составляющей комплекса мер, связанных с прогнозированием и минимизацией последствий Чернобыльской аварии для биоты.
Ключевые слова: водные экосистемы, зона отчуждения Чернобыльской АЭС, радионуклиды, дозовые нагрузки, биологические эффекты.
SUMMARY
Gudkov, D.I. Radionuclides in the components of aquatic ecosystems within the Chernobyl NPP exclusion zone: distribution, migration, dose rates, biological effects. – Manuscript.
Dissertation for the degree of Doctor of Science in specialty 03.00.01 –radiobiology. Taras Shevchenko Kiev National University. Kiev, 2006.
The dissertation is devoted to features of artificial long-lived radionuclides behaviour in aquatic ecosystems within the Chernobyl NPP exclusion zone and their biological importance for aquatic organisms in condition of chronic radiation impact. The content of Sr in bottom sediments of lake ecosystems within inner (10-km) exclusion zone was 89– %, Cs – %, transuranic elements (Pu, +240Pu and Am) –practically 100 % of the total content in ecosystem. The heightened migration activity of Sr causes the more content of radionuclide in water component (4– %) in comparison with Cs (0.5–.6 %) and transuranic elements (0.03–.04 %), and vice versa –the less content of Sr in seston (0.15–.16 %) in comparison with Cs (0.25–.30 %). The content of Sr in biotic component is 0.25–.61 %, Cs –.14–.47 %, transuranic elements –.07–.16 % of the total content in ecosystem. The absorbed dose rate for hydrobionts, living within littoral zone of the researched water objects, was in a range from 1.7·10– to 3.4 Gy year-1. The highest value was found for hydrobionts from lakes within the dammed territory on the left-bank flood plain of the Pripyat River –Glubokoe Lake and Dalekoe-1 Lake, the lowest – for specimens from the running water objects –Uzh River and Pripyat River. The increased level of chromosome aberration rate in cells of hydrobionts of exclusion zone in comparison with conditionally clear water bodies has been registered: up to 7.8 % in meristematic tissues of higher aquatic plants, up to 10.5 % in fish embryos, up to 26.7 % in embryos of gastropoda molluscs.
Key words: aquatic ecosystems, Chernobyl NPP exclusion zone, radionuclides, dose rates, biological effects.