Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Миграция изотопов урана и америция-241 в цепи "почва-растение" и их накопление в организме животных

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Миграция изотопов урана и америция-241 в цепи "почва-растение" и их накопление в организме животных"

На правах рукописи

Гулынин Александр Викторович

МИГРАЦИЯ ИЗОТОПОВ УРАНА И АМЕРИЦИЯ-241 В ЦЕПИ «ПОЧВА-РАСТЕНИЕ» И ИХ НАКОПЛЕНИЕ В ОРГАНИЗМЕ ЖИВОТНЫХ

03. 00. 01. - Радиобиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2006

Работа выполнена на кафедре радиобиологии, рентгенологии и ГО им. А.Д. Белова ФГОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К. И. Скрябина»

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Лысенко Николай Петрович

Официальные оппоненты:

доктор ветеринарных наук, профессор Исамов Нтаметдин Низаметдинович

кандидат биологических наук Тиганов Владимир Семенович

Ведущая организация: Государственное Унитарное Предприятие МосНПО «Радон»

диссертационного совета Д 220.042.04 в ФГОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К. И. Скрябина» по адресу: Москва, ул. Академика Скрябина, 23. тел.: 377-93-83

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К. И. Скрябина».

Автореферат разослан ноября 2006 г.

диссертационного совета

Ученый секретарь

В.Д.Фомина

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Исследования миграции природных радионуклидов являются актуальными в самых разных аспектах. На первом месте по практической значимости стоят экологические аспекты, интерес к которым в последнее время снова возрос в связи с увеличивающейся ролью ядерной энергетики в мире и, как следствие этого, усиление деятельности предприятий по переработке и хранению радиоактивных отходов и горнодобывающей промышленности (Агапкина Г.И., 1994). На всех вышеперечисленных этапах ядерного топливного цикла происходит высвобождение искусственных и естественных радионуклидов в окружающую среду и их последующее вовлечение в миграцию в биотическом круговороте. На этапе добычи уранового сырья и его первичной переработки в биосферу поступают биологически подвижные и способные включаться в биологические цепочки изотопы Ро-210, Pb-210, Ra-226, U-238 и некоторые другие тяжелые естественные радионуклиды (Алексахнн P.M., 1991; Пристер Б.С, 1992). При работе радиохимических заводов и захоронении высокоактивных отходов, кроме названных в окружающую среду поступают долгоживущие трансурановые радионуклиды (Np-237, Pu-239, Am-241 и др.), не обладающие высокой мобильностью в пищевых цепочках, однако относящиеся к высокотоксичным веществам (Ильин Л. А., 1996)

Включаясь в биологические миграционные цепочки, они попадают в организм животных и человека, что определяет необходимость исследования миграции радионуклидов в биосфере, их форм нахождения в почвах, поступления в растения, животных и человека (Алексахин P.M., 1991; Пристер Б.С., 1992; Агапкина Г.И.,2002; ИльязовР.Г„ 1996).

Сведения об уровнях загрязнения окружающей среды америцием до последнего времени были крайне немногочисленны и практически отсутствовали. Огромный вклад в радиационную ситуацию в целом внесла и авария на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 г (Алексахин P.M., 1991;

Ильязов Р.Г., 1996; Исамов Н.Н.,1998; Израэль ЮЛ.,1998). По имеющимся прогнозам, активность Аш-241 в почвах Брянской области, подвергшихся загрязнению в результате аварии на ЧАЭС будет возрастать вплоть до 2060 года и превысит начальную активность более, чем в 6 раз за счет распада выпавшего изотопа Ри-241, а суммарную активность изотопов плутония 238, 239, 240 - приблизительно в 2 раза (Израэль Ю.А.,1998).

Поэтому на современном этапе ликвидации последствий аварии на ЧАЭС в России особую актуальность приобретает сбор радиоэкологической информации и ее систематизация.

Цель и задачи исследования

Целью исследований является изучение миграции альфа-излучающих радионуклидов урана и америция в системе «почва — растения», а также их накопление и распределение в организме животных.

Для осуществления данной цели были поставлены следующие задачи:

• Изучить и проанализировать уровни загрязнения изотопов урана в окружающей среде вблизи мест залегания и добычи урановых руд;

• Провести исследование миграции изотопов урана и америция из почвы в луговые растения в модельных опытах в зависимости от физико-химических показателей почвы и видовой принадлежности растений.

• Провести исследование по накоплению и распределению изотопов и, Алг в организме животных в условиях острого поступления.

• Определить особенности накопления и распределения изотопов и, Ат в организме животных в условиях хронического поступления.

Научная новизна

С использованием современных методов исследования (а-

спектрометрии, радиохимического анализа) в экспериментальных условиях

проведено изучение поведения долгоживущих альфа-излучающих

радионуклидов (234и, 238и, и 241Ат) в системе «почва — растение». Дана оценка

изменения соотношения физико-химических форм радионуклидов в

зависимости от типа почв. Установлены уровни загрязнения изотопами урана

почв и отвалов Таргинского уранового месторождения (Якутия). Определены

4

количественные параметры перехода радионуклидов из почвы в растения. Установлены основные факторы влияющие на переход и, и, и Ат из почвы в растения. Установлены межвидовые различия в накоплении нуклидов растениями. Исследовано распределение и накопление

и Ахп в

тканях лабораторных животных и установлены параметры перехода радионуклидов в организм из рациона. Установлены количественные параметры перехода 234и, 238и, и 241 Ат в ткани лабораторных животных. Основные положения, выносимые на защиту:

" Уровни загрязнения изотопами урана почв и отвалов Таргинского уранового месторождения;

■ Параметры миграции изотопов урана и америция из почвы в луговые растения в модельных опытах в зависимости от значений рН, гумуса, Са, видовой принадлежности растений.

■ Показатели по накоплению и распределению изотопов и, Ат в организме животных в условиях острого поступления.

■ Особенности накопления и распределения изотопов и, Ат в организме животных в условиях хронического поступления.

Научное и практическое значение

Данная работа представляет интерес с точки зрения выявления особенностей поведения альфа-излучающих изотопов урана и америция на загрязненных территориях. Особую практическую значимость данная работа представляет для загрязненных в результате аварии на ЧАЭС территорий Российской Федерации. Полученные данные дают возможность предвидеть негативные последствия загрязнения экосистемы искусственными радионуклидами и принимать соответствующие контрмеры по предотвращению поступления продуктов ядерного деления в организм животных и человека.

Апробация работы

Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 5 печатных работах. Они были представлены на радиобиологическом съезде секции «Российской Сельскохозяйственной академии» (Москва, 2005),

конференции Московской ветеринарной академии им. К.И. Скрябина (Москва, 2005), на радиобиологическом съезде секции «Российской Сельскохозяйственной академии» (Москва, 2006). Публикации по теме работы По теме диссертации опубликовано 5 работ. Объём и структура диссертации Диссертация состоит из введения, обзора литературы, собственных исследований, включающих следующие главы: материалы исследования, методы исследования, результаты исследований, обсуждение результатов исследований, выводы, рекомендации по использованию научных выводов, список использованной литературы и приложения. Работа изложена на 117 страницах машинописного текста, содержит 41 таблицу, 23 диахраммы и 2 рисунков. Библиография включает 130 источников, в том числе 112 отечественных и 18 иностранных.

2. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1 Материалы и методы исследований

Работа выполнена в период с 2002 - по 2005 год в условиях специализированного вивария на кафедре радиобиологии, рентгенологии и ГО им. А.Д. Белова ФГОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К. И. Скрябина». Характерные дерново-подзолистые почвы отбирались в Якутии близ Таргинского уранового месторождения и в московском решоне и были представлены следующими типами: дерново-подзолистая аллювиальная, дерново-подзолистая песчаная, бурая лесная. При проведении работ были использованы следующие объекты:

Луговые растения: Горчица белая (Sinapis alba), Клевер розовый (Trifolium hybridum L.), Рапс яровой (Brassica napus), Клевер красный (Trifolium pratense L), Люцерна посевная (Medicago sativa); 2-х мес. цыплята;

белые беспородные лабораторные мыши; Исследования проводилось по схеме, включающей:

• Определение удельной активности изотопов урана в почвах и отвалах Таргинского уранового месторождения;

• Определение коэффициентов накопления изотопов урана и америция-241

для различных видов растений

• Определение перехода изотопов урана и америция-241 в растения в

зависимости от количества гумуса, рН, кальциевого состава почвы

• Изучение перехода изотопов урана в органы птицы и лабораторных мьппей

при однократном поступлении

• Изучение перехода америция-241 в органы лабораторных мышей при

однократном поступлении

• Изучение перехода изотопов урана и америция-241 в органы животных при

хроническом поступлении Вид и объем проведенных исследований показан в таблице 1.

Вид и объем проведенных экспериментальных исследований Таблица 1

Количество исследований

Вид пробы а-спектрометрия Радиохимический анализ Химических анализ (почва:Са, гидролит. кислотность, pH, гумус; растения: К, зола, Ca)

Почвы 18 18 24

Растения 75 75 11

Органы и ткани белых лабораторных мышей

Почки, мышечная ткань, кишечник, легкие, костная ткань, печень, сердце 238 238

Органы и ткани цыплят

Железистый желуд, почки, 12-перстная кишка, ободочная кишка, печень, сердце, легкие, зоб, тощая кишка 117 117

Всего 448 448 35

Семена растений (Горчица белая (Sinapis alba), Клевер розовый (Trifolium hybridum L.)> Рапс яровой (Brassica napus), Клевер красный (Trifolium pratense L), Люцерна посевная - (Medicago sativa) высаживали в пластиковые емкости с предварительно внесенной активностью 234U + 238U с соотношением 234U/238U=0.45 и Ат-241.- Активность вносили за месяц до высаживания растений

с соблюдением гидротермальных условий (20-23°С, влажность 65%). Растения выращивали в течение 1 месяца, после чего проводили измерение содержания в них изотопов урана и америция. Далее проводили контрольные определения внесенной активности изотопов альфа-спектрометрическим методом с радиохимическим выделением. На основании полученных данных рассчитаны значения коэффициентов накопления и и

234ц

для вегетативных органов растений. Для определения содержания урана и изучение миграции их в цепочке почва-растение был использован метод альфа-спектрометрии с радиохимическим выделением.

Для оценки количественных характеристик перехода нуклидов в луговые растения в зависимости от физико-химических характеристик почвы в почвы с содержанием обменного Са в концентрации 1.3 мг-экв/100 г почвы дополнительно вносился карбонат кальция из расчета 0.5, 1.5, 3, 6 мг-экв на 100г почвы, гумус из расчета получения 1.5, 2, 2.5, 3% на кг почвы, раствор азотной кислоты до достижения рН 5.5,6.0,6.5,7.0.

В опыте с однократным поступлением нуклидов животных перорально вводилась радиоактивная метка изотопов урана и америция с известной активностью. Убой проводили через 1,3, 8, 24, 48 часа после введения метки. Органы взвешивали и проводили мокрое химическое озоление с дальнейшей радиохимией и электролитическим нанесением. Активность изотопов в полученных образцах проводили на альфа-спектрометре по 10000 с. Полученные данные обрабатывались методом вариационной статистики. Для оценки взаимосвязи между рядами значений рассчитывался коэффициент корреляции Пирсона. Для количественного описания перехода исследуемых изотопов в органы при однократном поступлении были рассчитаны кратности накопления — активности радионуклидов в органе к суточному поступлению в организм. В опыте с хроническим поступлением нуклидов животных делили на группы в зависимости от возраста. Для опыта отбирали 1,3 и 5-и месячных животных. Растворы изотопов урана из расчета 1 Бк/мл и америция из расчета 2,5 Бк/мл вводились в воду животных. Убой проводили через месяц после начала эксперимента. Для оценки накопления исследуемых изотопов при

8

хроническом поступлении были рассчитаны удельные кратности накопления для органов лабораторных мышей — активность радионуклидов в на массу органа к суточному поступлению в организм.

2.2 Результаты исследований

Формы нахождения радионуклидов в почвах

Для получения полной картины миграции радионуклидов во внешней среде, а также для объяснения особенностей перехода их в вегетативные части растений, необходимо учитывать доступность радионуклидов из почвенного раствора. Это зависит от многих факторов, в частности от форм нахождения радионуклидов в почве. Водорастворимые формы радионуклидов легче взаимодействуют с почвенным поглощающим комплексом, чем малорастворимые. Результаты определения форм нахождения изотопов и и Ат-241 в почвах представлены в таблицах 2,3.

Формы нахождения изотопов урана 234+238 в дерново-подзолистой почве

Таблица 2

Почва Переход в почвенную вытяжку, %

н2о ЫН4Ас 1МНС1 6М НС1

1. Дерново-подзолистая аллювиальная 16 26 33 25

2. Дерново-подзолистая песчаная 18 24 31 27

Формы нахождения Ат-241 в дерново-подзолистой почве Таблица 3

Почва Переход в почвенную вьггяжку, %

н2о ШЦАс 1М НС1 6М НС1

1. Дерново-подзолистая аллювиальная 9 24 51 18

2. Дерново-подзолистая песчаная 14 35 32 19

Результаты исследований показали, что, для всех почв был характерен низкий переход и в водную вытяжку (Таб. 2). Содержание водорастворимого и в исследованных почвах составляло порядка 15-18%.

Фиксация изотопов урана в почве в почве обусловлена взаимодействием ионов нуклида как с кристаллической решеткой глинистых минералов, количество которых особенно высоко в суглинистых почвах, так и с органическим веществом почвы.

Переход Ат-241 в водную вытяжку для всех почв был незначительно ниже и составлял 9-14 % от валового содержания в почве (Таб.3).

Количество обменных форм урана составляло около 25% и было примерно одинаково для обследованных почв. Количество обменного Ам-241 заметно преобладало в дерново-подзолистой песчаной почве и составляло 35 %. Наибольшее количество изотопов урана и америция находилось в необменной форме (извлеченных 1М и 6М растворами НС1) и составляло 52-57% от общего содержания урана и 51-69% от общего содержания америция в почвах. Во фракции, извлекаемой горячим раствором 6М НС1 (необменные формы) содержание изотопов урана и америция было примерно одинаковым и находилось в пределах 18 - 25%.

Повышенное содержание изотопов урана, наблюдается как в районах хранения отвалов руды, так и непосредственно на территориях, прилегающих к перерабатывающим и обогатительным предприятиям. Нами определялось содержание изотопов урана в почвах и отвалах, отобранных близ Таргинского уранового месторождения (Таб.4).

Активность изотопов урана в пробах Таргинского уранового

месторождения Таблица 4

Код пробы/расстояние от устья шахты Аи-234, Бк/кг АЦ.238, Бк/кг Аи-235, Бк/кг Отношение U-234/U-238

№22 Отвалы /20-50м 288,4±24,4 323,6±25,8 11,8±6,6 0,9

№1 Отвалы /20-50м 248,1±22,7 252,6±22,9 10,0¿6,3 1,0

№2 Отвалы /20-50м 5564±105 6309±112 - 0,9

№20 бурая почва /100 м 119,6±16,1 П9,2±16,1 4,8±5,4 1,0

№10 бурая почва /100 м 243,1±22,5 271,1±23,7 10Д±6,4 0,9

№40 бурая почва /200 м 115,6±15,8 135,2±17,0 4,7±5,4 0,9

№27 бурая почва /200 м 240±22,4 211,5±21,0 10±6,3 1,1

№16 бурая лесная /200 м 42,9±10,3 37,2±9,7 1,43±4,8 1,1

Суммарное содержание урана в этих почвах доходило до 620 Бк/кг почвы, что в 15-30 раз выше средних значений для почв России.

Даже на расстоянии 200 метров от шахты активность изотопов урана в исследованных почвах превышала фоновые значения для почв по России (10-50 Бк/кг) в 3-6 раз (Таб.4), что говорит о горизонтальной миграции изотопов. Учитывая то, что миграция нуклидов вглубь по почвенному разрезу затруднена из-за вечной мерзлоты, то находящиеся в почве изотопы концентрируются в верхнем почвенном горизонте (корнедоступном слое) и становятся более доступными для растения.

Накопление изотопов урана и америция луговыми растениями

Результаты проведенной автором серии опытов показывают, что угнетающее влияние урана с 10-и кратным превышением среднестатистических по России фоновых количеств для почвы не оказало на рост и развитие растений существенного влияния. В ряде случаев наблюдался более интенсивный рост растений при низких уровнях загрязнения (100 Бк/кг) по сравнению с контрольной группой.

Исследования содержания радионуклидов в разных видах луговых растений показало, что для них характерны существенные межвидовые различия в накоплении растениями изотопов урана. Из обследованных растений наибольшее содержание изотопов урана регистрировалось в рапсе яровом и люцерне посевной. Существенно меньшее количество изотопов урала регистрировалось в клевере розовом — 7,0±0,1 Бк/кг сухой массы. Проведенный анализ накопления урана, в зависимости от видовой принадлежности, показал, что его концентрация у различных видов растений с одной почвы различается не более 4 раз.

Для оценки количественных показателей перехода радионуклидов в растения были просчитаны коэффициент накопления из почвы (Таб. 5)

В изучаемых культурах коэффициент накопления изотопов урана изменяется в диапазоне от 0.026 (клевер розовый) до 0,093 (горчица белая).

Коэффициенты накопления урана из экспериментальной почвы в растения . Таблица 5

Растение Е Активность изотопов X Активность к„и*

и в растениях, Бк/кг изотопов и в

сухого в-ва почве, Бк/кг

ДНА ДПП ДПА Д11П

Рапс яровой 18,6±0,7 19,0±0,5 249,0*14,0 0,075 0,076

Горчица белая 22,9±0,4 22,6±0,4 253,4±23,8 0,093 0,092

Клевер розовый 6,4±0,9 7,0±0,1 247,1±13,0 0,026 0,028

Люцерна посевная 16,5*4,2 17,9±4,3 249,2±15,3 0,066 0,071

Клевер красный 10,б±0,9 11,1±1,2 248,6±13,8 0,042 0,044

Из обследованных растений наибольшее содержание америция регистрировалось в горчице белой и люцерне. Существенно меньшее количество изотопа регистрировалось в клевере- 6-8 Бк/кг сухой массы. Исследование накопления америция в растениях показало, что для него также, как и для урана, характерны межвидовые различия в накоплении изотопа (Таб. 6). Его содержание в исследованных видах растений с одной почвы различается до 2 раз.

В отличие от изотопов урана, для америция проявляется на порядок более низкий КН в растениях. Разница значений КН между изотопами урана составляет от 4 (для клевера розового) до 30 (горчица белая) (Таб. 6). Накопление америция растениями из экспериментальной почвы

Таблица 6

Растение ^Активность америция в воздушно-сухой массе растений, Бк/кг £ Активность Ат-241 в почве, Бк/кг К„ Ат-241*

ДПА ДПП ДПА ДПП ДПА ДПП

Рапс яровой П.2±1,0 10.2±0,9 2380±11 2361±9 0,0047 0,0043

Горчица белая 7.5±0,7 7.6±0,7 2410±16 2360±21 0,0031 0,0032

Клевер розовый 15.7±1,4 14.2±1,3 2376±19 2407±15 0,0066 0,0059

Люцерна 11.4±1,0 12.6±1,1 2381±27 2412±18 0,0048 0,0052

Клевер красный 8.7±0,8 9.5±0,9 2359±31 2382±22 0,0037 0,0040

* К11= Аудрас^^ Ауд почвы

Как показали наши исследования, способность _ накапливать радионуклиды частями растений различна и убывает в следующем ряду: корни> листья, стебли. Более высокое значение содержания урана наблюдается в корнях и отличается от содержания нуклидов в надземной части в 10,5 раз. Это объясняется как адсорбцией изотопов на поверхности, так и высокой метаболической активностью корневой системы. В листьях и стеблях исследуемых растений содержалось до 12 Б к/кг урана, в то время как в корнях -до 65,0±2,9 Бк/кг (клевер красный). Для америция разница между содержанием нуклида в подземной и надземной "части растения достигает не более 1,5 раз. Более высокое значение содержания америция в корнях отмечено для клевера розового и люцерны, минимальное - горчицы белой.

Переход изотопов урана и америция-241 в растения в зависимости от количества гумуса, рН, кальциевого состава почвы

В системе с наибольшим содержанием гумуса (3%) доля связанного америция превосходит аналогичную долю изотопа на слабогумифицированной почве (1%) в 2,4 раза, тогда как для урана эта разница составляет лишь 10%(Диагр.1).

0,04 0,03 0,02 0,01 0

Иг = 0,9

' ♦ Кни I !

Р* =0,7313

: Кн Агл-| ' ; 241

1,5

2 2.5 Гумус, %

3,5

Диаграмма 1. КН изотопов урана и америция в зависимости от количества гумуса почвы.

По литературным данным (Агапкина Г.И., 2002) это обусловлено связыванием америция с гуминовыми кислотами в комплексы и переходом в

малорастворимую форму [20], и, как следствие, снижается поступление нуклида в растение. Снижение перехода урана в растения незначительно и составляет 18%, в то время как для америция это значение уменьшается в 2,5 раза по сравнению с контрольными пробами. Так, значение Кн для контрольных растений для америция 3.6*10"3, в то время как для почвы с 3% содержанием гумуса — 1.6*10"3.

Важнейшим фактором, влияющим на переход нуклидов из почвы в растения является содержание и концентрация макроэлементов-аналогов, в частности Са. Наибольшее значение КН урана и америция было характерно для растений, на почвах с наименьшим содержанием Са.

Анализ корреляционных отношений между значениями Са в почве и переходом нуклидов в растения выявил тенденцию снижения накопления и-234+и-238 и Ат-241 растениями при увеличении в почве обменного Са (Диагр. 2). При внесении в почву 6 мг-экв/100 г Са накопление изотопов урана растением снижается на 35% (г=-0,93).. Для америция отмечается снижение Кн на 28% (г=-0,83).

и

О Ат

РГ - 0,9265

К = и, «887

И2 = 0,7014

4 5 6

Добавлено Са, мг-экв/100г

Диаграмма 2. Динамика изменения КН америция и урана в клевере красном в зависимости от кальциевого состава почв (исходное содержание Са —1.3 мг-экв/100 г почвы).

На интенсивность и полноту поглощения радионуклидов, а также прочность их закрепления в твердой фазе почвы существенное влияние оказывает кислотность среды.

Было отмечено, что на почвах с низким значением рН возрастают значения перехода как изотопов урана, так и америция в растения (для урана г=-0.98, для америция г=-0.97). Для урана разница в накоплении составляет 44 %, для америция значение Кн возрастает на 63%.

I ■ |

5 5,5 6 6,5 7 7,5

рН почвы

Диаграмма 3. КН изотопов урана и америция-241 в зависимости от рН почвы.

Нами было установлено, что с повышением кислотности почвы, как для урана, так и для америция в почвенном растворе увеличивается общее количество водорастворимых и обменных форм на 32% (для изотопов урана) и на 34,7% для америция. В то же время содержание водорастворимых форм, доступных для растений, возрастает на 63,2% для изотопов урана и в 2,71 раза для америция. В целом, изотопы урана и америция характеризуются малой подвижностью в системе «почва-растение». КН в растениях америция на 1-2 порядка ниже по сравнению с КН цезия-137 или стронция-90.

Можно сделать вывод, что мероприятия, способствующие снижению поступления в растения 137Сз и "Бг, а именно: добавление в почвы минеральных удобрений, гумуса, известкование почв являются

универсальными и позволяют снизить переход в растения изотопов урана и америция.

Накопление изотопов урана и америция в органах лабораторных мышея при однократном поступлении

Характер накопления радионуклидов в растениях непосредственным образом влияет на поступление радионуклидов в организм животных. На первые 12 часов после поступления изотопа урана в организм лабораторных мышей высоким значением по содержанию урана отмечаются почки— 0,19±0,03 Бк/орган, легкие- 0,16±0,02 Бк/орган и печень - 0,07±0,01 Бк/орган. На 2 сутки происходит 2-х кратное снижение содержания в почках и легких. Высокая активность в почках объясняется как накоплением органом, так и выведением поступившего в кровь нуклида. Высокие значения кратности накопления в первые 24 часа отмечены для костной ткани, легких и почек — 0.43*10"3, 0.77*10"3, 0.8*10"3 соответственно; наименьшие - для мышечной ткани и сердца — 0,13*10"3 и 0,10-10"3 соответственно.

Кратность накопления (Р) изотопов урана в органах мышей при однократном поступлении Таблица 7

Время после введения метки, ч Значения Б для различных органов, «КГ*

Костная ткань Почки Печень Сердце Легкие Мышцы

12 0,10 1,23 0,43 0,13 1,03 0,10

24 0,43 0,80 0,90 0,10 0,77 0,13

48 0,50 0,57 0,70 0,17 0,57 0,17

Наибольшее содержание америция в первые 12 часов после введения метки отмечалось в печени - 1,9±0,1 Бк/орган и почках — 1,6±0,1 Бк/орган. В дальнейшем наблюдается спад активности в почках, и на 48 час она составила 1,1±0,1 Бк/орган. Для печени пик активности приходится на 24-й час после начала эксперимента — 3,1±0,2 Бк/орган, что составляет 0,33% от общего введенного количества.

Мышечная ткань, сердце и легкие содержат незначительные количества изотопа — не более 0.4-0.9 Бк/орган.

Основная доля от введенной активности сконцентрирована в органах ЖКТ — порядка 80 %, что связано с прохождением перорально заданной метки по ЖКТ и сорбцией на его стенках.

Высокие значения кратности накопления отмечены для костной ткани -2,4« 10"3, почек - 1,2*10"3 , печени - 1,7*1О"3 , наименьшие - для легких и сердца 1,1*10'4 и 1,7*10"4 (Таб. 8).

Кратность накопления (Р) америция в органы мышей при однократном поступлении Таблица 8

Время после введения метки, ч ' Значения Р для различных органов, *10'"1

Костная ткань Почки Печень Сердце Легкие Мышцы

12 0,947 1,684 2,000 0,095 0,316 0,421

24 1,158 0,947 3,263 0,211 0,968 0,632

48 2,421 1,158 1,684 0,168 0,105 0,316

Накопление изотопов урана и америция-241 в органах животных при хроническом поступлении

Наибольшее содержание изотопов урана для взрослых животных при хроническом поступлении отмечалось в легких - 0.45±0.04 Бк/орган, почках и печени — 0.19±0.02 Бк/орган и 0.16±0.02 Бк/орган. Для 5-месячных мышей была отмечена тенденция снижения накоплении изотопов урана в органах по сравнению с 1,3-месячными животными.

Высокие значения удельной кратности накопления для урана отмечены для легких, почек, наименьшие — для печени и сердца (Таб. 9).

Наибольшее значение Рудмол/Рудюросл для почек (в 3 раза), костной ткани (2,4 раза) показывают снижение перехода изотопов урана в органы с возрастом животных.

Незначительное изменение отношения Рыол/Рщросл было отмечено для печени и мышечной ткани (1.2 и 1.5 соответственно).

Руд изотопов урана в органы мышей при хроническом поступлении.

Таблица 9

Возрастная группа Значения руд для органов мышей при хроническом поступлении

Костная ткань Почки Печень Сердце Легкие Мышцы

Взрослые животные (5мес) 0,09 0,19 0,10 0,11 1,03 0,16

■ 1,3 мес 0,21 0,61 0,11 0,10 1,07 0,24

РуДтмЛ^УДмросл 2,41 3,16 1,18 0,94 1,04 1,45

Наибольшие значения активности Ат-241 на орган при хроническом поступлении отмечены для костной ткани и печени (0,61±0,07 Бк/кг и 0,48±0,05 Бк/кг).

Высокие значения Буд отмечены для костной ткани-0,96, печени — 0,11 для взрослых животных и 1,06 и 0,15 — для молодых (Таб. 10). Наименьшие значения отмечены для сердца, легких и мышц - 0,05-0,08.

Значения Руд америция для органов мышей при хроническом поступлении изотопа Таблица 10

Возрастная группа Значения Гуд для органов мышей при хроническом поступлении

Костная ткань Почки Печень Сердце Легкие Мышцы

Взросл жив (5мес) 0,96 0,06 0,11 0,05 0,06 0,07

1,3 мес 1,06 0,06 0,15 0,07 0,08 0,08

РУДМОЛ^РУДЯТРОСЛ 1,10 1,00 1,35 1,32 1,33 1,24

Как показывает опыт, изменения в накоплении для взрослых и молодых животных пропорциональны и различаются в 1,1-1,4 раза. Наибольшие значения отношения Рудч0[/Рудюр0СЛ отмечены для сердца -1,32, печени —1,35, легких-1.33 и мышечной ткани - 1.24. Значения Руд для других органов отклоняются незначительно и находятся на уровне 1,0-1,1, что говорит об отсутствии значимой дискриминации в накоплении Ат-241 этими органами в зависимости от возраста животных.

Миграция изотопов урана в организме цыплят при однократном введении метки

Основная доля активности в первые восемь часов приходилась на органы ЖКТ (толстый и тонкий кишечник, зоб), что связано с прохождением активного химуса и сорбцией нуклидов на стенках органов. Мышечная и костная ткани не накопили в себе значительного количества изотопов урана. В них перешли сотые доли процента от валового количества поступившей метки. В легких и сердце на 48-ой час содержится не более 0,06% от введенной активности изотопа (Таб. 11). В почках наблюдается пик активности, приходящийся на 3-ий час — 0,27%. В печени депонируется около 0,25% от введенной активности, причем данное значение остается на постоянном уровне до окончания эксперимента. Выведение 90 % от суммарной введенной активности изотопов урана из организма осуществляется в первые сутки после введения метки.

% от введенной активности изотопов урана в органах цыплят после введения метки

Таблица 11

Время после введения метки, ч Значения активности изотопов гз+и+гии на орган. Бк

Желсзис тый желудок Почки 12- перстная кишка Ободочная кишка Печень Сердце Легкие Зоб Тощая кишка

1 225.9± 13.3 б.6±0.8 95.3±11.2 3161.1±3.9 1.0±0.3 1.9±0.4 52.1 ±4.7 166.1± 12.4 -

3 53.0±4.7 19.5±2.4 57.2±5.8 2881.7±3.3 3.9±0.5 1.0+0.3 3.2±0.2 224.1±2.5 337.5±7.9

8 39.1±3.9 22.6±3.1 б.4±0.8 167.9±2.2 4.9±0.7 9.6±1.1 78.1±5.1 15.8±2.1 7.6±0.9

24 15.4±2.1 16.9±2.0 20.1±2.2 24.2±2.5 1,0±0.2 0.6±0.2 5.2±0.6 46.0*5.8 12.7±1.7

48 - 3.0±0.9 - 10.4±1.1 4.5±0.5 50.4±2. 1 3.2±0.4 14.7±2.3 -

Продолжение.

Время после введения метки, ч % от суммарной введенной активности

Железистый желудок Почки 12-иерстн ая кишка Ободочна я кишка Пече нь Сердце Легкие Зоб Тощая кишка

1 2.43 0.07 1.6 48.13 0 0.02 0.34 2.8 -

3 0.73 0.27 1.15 99.63 0.24 0 0.04 4.99 20.65

8 0.47 0.15 0.1 5.51 0.29 0.13 0.97 0.25 0.42

24 0.2 0.06 0.53 0.45 0 0.01 0.06 0.71 0.66

48 - 0.02 - 0.11 0.25 0.05 0.04 0.23 -

Таким образом, поведение радионуклидов при пероральном поступлении в организм животных разного возраста характеризуется общим уменьшением накопления в органах и тканях с увеличением возраста. Изотопы урана и америция обладают низким коэффициентом перехода в организм животных. Однако учитывая высокие значения ОБЭ (относительная биологическая эффективность) — 20 и ОГЭ (относительная генетическая эффективность) — 1060 для альфа — излучения по сравнению с другими ионизирующими излучениями, даже малые количества изотопов при попадании внутрь представляют опасность для организма.

З.ВЫВОДЫ

1. В модельных почвах на долю водорастворимых форм изотопов урана приходится шестая часть от общего содержания изотопов урана. Америций в тех же почвах на 33-49% содержится в водорастворимых и обменных формах, большая часть находится в необменной форме.

2. Для растений установлено увеличение накопления растениями изотопов урана и америция с уменьшением значения рН, гумуса и обменного кальция. Были отмечены высокие коэффициенты перехода изотопов урана для горчицы

белой и рапса ярового (7,5-9,3 *10"2) и низкие для клевера розового — 2,6*10"2. Разница значений коэффициентов перехода америция-241 в исследованных растениях составляет до 2 раз (для горчицы белой — 3,1 »Ю-3 и для клевера розового - 6,6*10"3.

3. Высокие значения кратности накопления изотопов урана в первые двое суток часов отмечены для костной ткани, легких и почек - 0.43*10"3, 0.77*10"3, 0.8*10~3 соответственно; наименьшие - для мышечной ткани и сердца - 0,13» 10° и 0,10*10"3. Высокие значения кратности накопления америция в первые сутки отмечены для костной ткани —до 2,4*10'3, почек — 1,2*10"3, печени — 1,7*10'3, наименьшие - для легких и сердца 1,1,104и 1,7*10"4.

4. Наибольшее содержание изотопов урана для взрослых животных при хроническом поступлении изотопа отмечалось в легких - 0,45±0,04 Бк/орган, почках — 1.9±0.2 Бк/орган и печени - 1.6±0.2 Бк/орган. Мышечная, костная ткани и сердце отличаются низким накоплением изотопов урана. Наибольшее содержание америция при хроническом поступлении изотопа отмечалось в костной ткани и печени (0,61±0,07 и 0,48±0.05 Бк/орган соответственно). Не проявляется значимой дискриминации в накоплении отдельными органами в зависимости от возраста.

5. Поведение радионуклидов при хроническом пероральном поступлении в организм животных разного возраста характеризуется общим уменьшением накопления в органах и тканях с увеличением возраста.

6. В природных условиях была отмечена горизонтальная миграция изотопов урана близ источников радиоактивного загрязнения. Активность изотопов урана в исследованных природных почвах превышала средние значения для почв по России (10-50 Бк/кг) в 3-6 раз, а в некоторых случаях и до 30 раз, что говорит о горизонтальной миграции изотопов.

4. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Разработанные рекомендации и научные выводы диссертации, методики определения радионуклидов в природных объектах включены в учебный процесс по радиобиологии и радиоэкологии в Московской государственной

21

академии ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина, а также в учебное пособие: Ведение животноводства в условиях радиоактивного загрязнения среды/Н.П. Лысенко, А.Д. Пастернак, Л.В.Рогожина, А.Г.Павлов //М.:Лань, 2005 и в практикум: Практикум по ветеринарной радиобиологии/ Пак В.В., Лысенко Н.П., Рогожина Л.В, Кусурова З.Г., выпускаемом в декабре 2006 года.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Гулынин A.B. Радиоактивность природных вод чеховского района МО/ A.B. Гулынин, В.А. Гудыменко, Е.А. Попова// Химическое загрязнение среды обитания и проблемы экологической реабилитации нарушенных экосистем: Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции 6-7 февр 2003.-Пенза, 2003. С. 127-50.

2. Гулынин A3. Распределение изотопов урана в органах цыплят при однократном поступлении/А.В. Гулынин, Н.П.Лысенко, Д. Р. Самерханова //Сборник материалов Россельхозакадемии.-Москва, 2005. — С. 112-114.

3. Лысенко Н. П. К вопросу об альфа-спектрометрическом определении изотопов урана в пробах биологического происхождения/ Н. П. Лысенко, А. В. Гулынин, В. А. Гудыменко, Л.В.Рогожина, Н.С. Горлович, С.С. Заика //Анри.-2005.-№2.-С. 48-50.

4. Лысенко НЛ. Природные альфа - излучатели в подземных водах МО/ Н.П.Лысенко, В.А. Гудыменко, A.B. Гулынин, В.А. Куделькина// Материалы научно-практической конференции,-Львов, 2003. — С. 61-64.

5. Гудыменко В.А. Радиоактивность природных вод Московской области/ В.А. Гудыменко, A.B. Гулынин, Б.А. Попова//Материалы 3-й конференции по учебно-методической работе академии: В 3-х частях. - Ч. 3. — М.ФГОУ ВПО МГАВМиБ им. К.И.Скрябина, 2006. - С. 44-47.

Принято к исполнению 10/11/2006 Исполнено 10/11/2006

Заказ № 912 Тираж: 100 экз.

Типография «11 -й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское га., 36 (495)975-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Гулынин, Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Радиоэкологическаятуация в РФ

1.2 Поступление изотопов урана и америция в биосферу

1.3 Общие закономерности поведения и формы нахождения радионуклидов в почве

1.3.1 Закономерности поведения и формы нахождения изотопов урана в почве

1.3.2 Закономерности поведения и формы нахождения америция в почве

1.3 Миграция и пути поступления радионуклидов в растения

1.4 Накопление и распределение изотопов урана в растениях, в экспериментальных и природных условиях

1.5 Накопление и распределение америция в растениях, в экспериментальных и природных условиях

1.6 Поступление и поведение изотопов урана в организме животных

1.7 Поступление и поведение америция в организме животных

2. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1.1. Характеристика объектов исследования

2.2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.2.1 Полупроводниковая альфа-спектрометрия

2.2.2. Методика выполнения измерений

2.2.3. Схема эксперимента

2.2.4. Отбор проб для исследования

2.2.5. Подготовка почвенных образцов для лабораторных исследований

2.2.7. Расчет количественных показателей перехода радионуклидов встеме почва - растение - организм животного

2.2.8. Математическая обработка полученных данных - 54 2.3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.3.1 Формы нахождения изотопов урана и америция в исследуемых почвах

2.3.2 Накопление изотопов урана различными видами растений

2.3.3 Накопление америция-241 различными видами растений

2.3.4 Переход изотопов урана и америция-241 в зависимости от кальциевогостава почвы

2.3.5 Переход изотопов урана и америция-241 в зависимости от количества гумуса почвы

2.3.6 Определение перехода изотопов урана и америция-241 в зависимости от рН почвы

2.3.7 Миграция изотопов урана в организме цыплят при однократном введении метки

2.3.8 Переход изотопов урана в органы лабораторных мышей при однократном поступлении

2.3.9 Переход америция-241 в органы лабораторных мышей при однократном поступлении.

2.3.10 Переход изотопов урана и америция-241 в органы животных при хроническом поступлении.

-74с.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

3. ВЫВОДЫ

СВЕДЕНИЯ О ПРАКТИЧЕСКОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ НАУЧНЫХ ВЫВОДОВ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Миграция изотопов урана и америция-241 в цепи "почва-растение" и их накопление в организме животных"

Среди многочисленных источников опасности, окружающих человека в биосфере, особое место занимают радиоактивные вещества. Необходимость изучения поведения альфа-излучающих нуклидов в окружающей среде обусловлена их высочайшей радиотоксичностью. Большинство из них относится к группе «А» радиационной опасности (особо высокорадиотоксичные) и отличаются максимально жесткими величинами предельно допустимых активностей в воде и пищевых продуктах [71]. Использование радиоактивных веществ и источников ионизирующего излучения в производственной деятельности человека привело к радиоактивному загрязнению окружающей среды как в локальных, так и в глобальных масштабах. Вследствие этого, помимо облучения от естественного радиоактивного фона все живые организмы, в т.ч. человек, стали объектами воздействия искусственных радионуклидов.

Актуальность проблемы

Исследования миграции природных радионуклидов являются актуальными в самых разных аспектах. На первом месте по практической значимости стоят экологические аспекты, интерес к которым в последнее время снова стал возрастать в связи с ухудшающейся экологической ситуацией в стране. Это связано с работой предприятий ядерного цикла, деятельностью предприятий по переработке и хранению радиоактивных отходов и горнодобывающей промышленности (разработка рудных месторождений). На всех вышеперечисленных этапах ядерного топливного цикла происходит высвобождение искусственных радионуклидов в окружающую среду, а также ускорение темпов миграции тяжелых естественных радионуклидов в биотическом круговороте. На этапе добычи уранового сырья и его первичной переработки в биосферу поступают биологически подвижные и способные включаться в биологические цепочки изотопы Ро-210, Pb-210, Ra-226, U-238 и некоторые другие тяжелые естественные радионуклиды. При работе радиохимических заводов и захоронении высокоактивных отходов, кроме названных в окружающую среду поступают долгоживущие трансурановые радионуклиды (Np-237, Pu-239, Am-241 и др.), не обладающие высокой мобильностью в пищевых цепочках, однако относящиеся к высокотоксичным веществам [38, 50].

Изотопы урана и америция являются долгоживущими альфа-излучающими нуклидами, представляющими опасность за счет внутреннего облучения. Сравнительная оценка биологической эффективности изотопов урана и америция и других нуклидов показала, что они в 20-100 раз токсичнее Sr-90 [83]. Включаясь в биологические миграционные цепочки, они попадают в организм животных и человека, что определяет необходимость исследования их миграции в биосфере, а также форм нахождения в почвах, поступления в растения, животных и человека.

Антропогенное загрязнение биосферы ураном происходит как за счет аварий АЭС, утечек на обогатительных предприятиях, так и вследствие повседневной хозяйственной деятельности; внесение в почву фосфатных удобрений [45], сжигание угля и др.

Сведения об уровнях загрязнения окружающей среды америцием до последнего времени были крайне немногочисленны и практически отсутствовали. Огромный вклад в радиационную ситуацию в целом внесла и авария на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 г [53]. По имеющимся прогнозам, активность америция в почвах брянской области, подвергшихся загрязнению в результате аварии на ЧАЭС будет возрастать вплоть до 2060 года и превысит начальную активность более, чем в 6 раз за счет распада выпавшего изотопа Ри-241, а суммарную активность изотопов плутония 238, 239, 240 - приблизительно в 2 раза. [53]. Поэтому на современном этапе ликвидации последствий аварии на ЧАЭС в России особую актуальность приобретает сбор радиоэкологической информации и ее систематизация. Все большее внимание уделяется действию малых доз ионизирующего излучения на биологические системы, а также совместному действию ионизирующего излучения и обычных биотических и абиотических факторов, постоянно действующих на организм животных и растения в среде их обитания.

Для оценки миграционной способности нуклидов по трофическим цепочкам принципиальное значение имеют формы их нахождения в почве и, как следствие, доступность для растений [3]. Сведения о физико-химических формах нуклидов в почвах способствуют пониманию механизмов, регулирующих их накопление растениями.

Аварийное радиационное загрязнение в ряде мест сделало опасным проживание и хозяйственную деятельность человека. Первейшая задача -предугадать возможные пути и скорости перераспределения радионуклидов, как в результате естественных процессов, так и под влиянием антропогенного фактора, дать свои предложения по организации мониторинга природной среды. В конечном итоге целью радиоэкологических исследований является разработка комплекса мер, направленных на снижение дозовых нагрузок населения, проживающего в условиях радиоактивного загрязнения.

Цель и задачи исследования

Целью исследований является изучение миграции альфа-излучающих радионуклидов урана и америция в системе «почва - растения», а также их накопление и распределение в организме животных. В связи с поставленной целью были поставлены следующие задачи:

• Изучить и проанализировать уровни загрязнения изотопов урана в окружающей среде вблизи мест залегания и добычи урановых руд;

• Провести исследование миграции изотопов урана и америция из почвы в луговые растения в модельных опытах в зависимости от физико-химических показателей почвы и видовой принадлежности растений.

• Провести исследование по накоплению и распределению изотопов U, Am в организме животных в условиях острого поступления.

• Определить особенности накопления и распределения изотопов U, Am в организме животных в условиях хронического поступления.

Теоретическая и практическая значимость работы. Данная работа представляет интерес с точки зрения выявления особенностей поведения альфа-излучающих изотопов урана и америция на загрязненных территориях. Особую практическую значимость данная работа представляет для загрязненных в результате аварии на ЧАЭС территорий Российской Федерации. Полученные данные дают возможность предвидеть негативные последствия загрязнения экосистемы искусственными радионуклидами и принимать соответствующие контрмеры по предотвращению поступления продуктов ядерного деления в организм животных и человека.

Научная новизна. С использованием современных методов исследования (а-спектрометрии, радиохимического анализа) в экспериментальных условиях проведено изучение поведения долгоживущих альфа-излучающих радионуклидов (234U, 238U, и 24lAm) в системе «почва -растение». Дана оценка изменения соотношения физико-химических форм радионуклидов в зависимости от типа почв. Установлены уровни загрязнения изотопами урана почв и отвалов Таргинского уранового месторождения (Якутия). Определены количественные параметры перехода радионуклидов из почвы в растения. Установлены основные факторы влияющие на переход и Am из почвы в растения. Установлены межвидовые различия в накоплении нуклидов растениями. Исследовано распределение и накопление 234U, 238U, и 24lAm в тканях лабораторных животных и установлены параметры перехода радионуклидов в организм из рациона. Установлены количественные параметры перехода 234U, 238U, и 241Аш в ткани лабораторных животных.

Положения выносимые на защиту:

Уровни загрязнения изотопами урана почв и отвалов Таргинского уранового месторождения;

Параметры миграции изотопов урана и америция из почвы в луговые растения в модельных опытах в зависимости от значений рН, гумуса, Са, видовой принадлежности растений.

Показатели по накоплению и распределению изотопов U, Am в организме животных в условиях острого поступления.

Особенности накопления и распределения изотопов U, Am в организме животных в условиях хронического поступления.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 5 печатных работах. Они были представлены на радиобиологическом съезде секции «Российской Сельскохозяйственной академии» (Москва, 2005).

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 113 страницах машинописного текста, включает таблицы, графики, библиографию из 129 наименований, в том числе иностранных. Диссертация состоит из введения, трех глав, обсуждения результатов, выводов, сведений о практическом использовании полученных результатов, рекомендаций по использованию научных выводов, списка литературы и приложений.

Заключение Диссертация по теме "Радиобиология", Гулынин, Александр Викторович

3. ВЫВОДЫ

1. В модельных почвах на долю водорастворимых форм изотопов урана приходится шестая часть от общего содержания изотопов урана. Америций в тех же почвах на 33-49% содержится в водорастворимых и обменных формах, большая часть находится в необменной форме.

2. Для растений установлено увеличение накопления растениями изотопов урана и америция с уменьшением значения рН, гумуса и обменного кальция. Были отмечены высокие коэффициенты перехода изотопов урана для горчицы белой и рапса ярового (7,5-9,3 • 10"2) и низкие для клевера розового - 2,6*10"2. Разница значений коэффициентов перехода америция-241 в исследованных растениях составляет до 2 раз (для горчицы белой - 3,1 •10' и для клевера розового - 6,6*10 .

3. Высокие значения кратности накопления изотопов урана в первые двое суток часов отмечены для костной ткани, легких и почек - 0.43* 10'3,0.77*10"3, 0.8*10'3 соответственно; наименьшие - для мышечной ткани и сердца

1 л

0,13*10" и 0,10*10'. Высокие значения кратности накопления америция в первые сутки отмечены для костной ткани - до 2,4*10'3, почек - 1,2*10"3, печени - 1,7*10'3, наименьшие - для легких и сердца 1,1 «Ю-4 и 1,7*10"4.

4. Наибольшее содержание изотопов урана для взрослых животных при хроническом поступлении изотопа отмечалось в легких - 0,45±0,04 Бк/орган, почках - 1.9±0.2 Бк/орган и печени - 1.6±0.2 Бк/орган. Мышечная, костная ткани и сердце отличаются низким накоплением изотопов урана. Наибольшее содержание америция при хроническом поступлении изотопа отмечалось в костной ткани и печени (0,61±0,07 и 0,48±0.05 Бк/орган соответственно). Не проявляется значимой дискриминации в накоплении отдельными органами в зависимости от возраста.

5. Поведение радионуклидов при хроническом пероральном поступлении в организм животных разного возраста характеризуется общим уменьшением накопления в органах и тканях с увеличением возраста.

6. В природных условиях была отмечена горизонтальная миграция изотопов урана близ источников радиоактивного загрязнения. Активность изотопов урана в исследованных природных почвах превышала средние значения для почв по России (10-50 Бк/кг) в 3-6 раз, а в некоторых случаях и до 30 раз, что говорит о горизонтальной миграции изотопов.

СВЕДЕНИЯ О ПРАКТИЧЕСКОМ ИСПОЛЬЗОВАНИМ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Разработанные рекомендации и научные выводы диссертации, методики определения радионуклидов в природных объектах включены в учебный процесс по радиобиологии и радиоэкологии в Московской государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина, а также в учебное пособие: Ведение животноводства в условиях радиоактивного загрязнения среды/Н.П. Лысенко, А.Д. Пастернак, Л.В.Рогожина, А.Г.Павлов //М.:Лань, 2005 и в практикум: Практикум по ветеринарной радиобиологии/ Пак В.В., Лысенко Н.П., Рогожина Л.В, Кусурова З.Г., выпускаемом в декабре 2006 года.

4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ НАУЧНЫХ ВЫВОДОВ

Главной особенностью территорий Брянской области, наиболее сильно подвергшихся радиоактивному загрязнению является то, что здесь расположены малоплодородные и слабоокультуренные почвы, что обуславливает повышенный переход радионуклидов в продукцию сельского хозяйства. С первого послеаварийного года разрабатываются мероприятия, снижающие поступление радиоактивных соединений в растения. Это прежде всего известкование, применение фосфатных и калийных удобрений, глубокая вспашка верхнего слоя почвы, культуротехнические работы. Сопоставление эффективности этих мероприятий показывает, что направленность действия таких приемов, как внесение мелиорантов в комплексе с различными способами обработки почвы, одинакова для всех типов лугов, но количественные показатели зависят от почвенных характеристик. Внесением извести, органических удобрений, варьированием доз и состава минеральных микро и макроудобрений достигается 2-4 кратное снижение поступления нуклидов в кормовую продукцию.

Основные мероприятия, проводимые с целью уменьшения поступления радионуклидов в сельскохозяйственные растения связаны прежде всего с воздействием на почву: внесение удобрений, извести, минеральных веществ. Принцип действия заключается в конкурентном их поступлении в растения или переводе нуклидов из подвижных форм, которые могут быть поглощены растениями в фиксированные, малодоступные формы. При этом радионуклиды остаются в почве и рано или поздно попадут в продукцию сельского хозяйства.

Возможности дезактивации почвы сводились к съему верхнего слоя почвы (10-15см) и захоронению его в могильниках. Существенно проще метод очистки растениями, избирательно поглощающие радионуклиды.

Подбор сельскохозяйственных культур и сортов с наименьшим накоплением ТЕРН можно использовать для получения более чистой продукции сельского хозяйства на загрязненной территории.

Потребление пищевых сельскохозяйственных продуктов, а также продуктов из естественных экосистем потенциально является важным путем облучения изотопами урана и америция. Неравномерность загрязнения означает трудность предсказания доз, которые могут быть получены населением на основе уровней потребления и активностей в продуктах питания, без подробной информации по каждому населенному пункту. Однако, среднее значение уровня регионального потребления может дать возможность прогнозирования порядка доз. До сих пор существенно недостает знаний относительно миграции изотопов урана и америция в лесной пресноводной экосистемах накопление в различных видах грибов, рыбы, а также влияние климатических условий на переход нуклидов в растения и животных.

В наших исследованиях было установлено, что применение минеральных и органических удобрений способствует уменьшению их доступности для растений, как за счет конкурентного связывания, так и за счет уменьшения доли водорастворимых и обменных форм, переводя их в нерастворимые формы, что как следствие снижает поступление нуклидов в растения. Учитывая то, что вышеописанные меры имеют разные механизмы снижения поступления нуклидов в продукцию, то целесообразно объединить их в единую систему, где: содержание гумуса должно быть - 2,5-3,5 % содержание обменного Са - от 6,0мг-экв/100г почвенная кислотность - от 6,0 и выше

Таким образом, комплексная система мероприятий, предложенная в данной работе позволит стабилизировать уровень радиационной обстановки на почвах «критических» хозяйств Брянской области, обеспечить повышение плодородия почв.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Гулынин, Александр Викторович, Москва

1. Агаджанян Н.А. Экология человека: Словарь-справочник/ Н.А.Агаджанян, И.Б. Ушаков. М.: Медицина, 1983.-115 с.

2. Агапкина Г.И. Органические формы соединений искусственных радионуклидов в почвенных растворах природных биогеоценозов / Г.И.Агапкина //Радиационная биология. Радиоэкология.-2002.-Т.42.-№4.-С. 25-27.

3. Агапкина Г.И. Органические соединения радионуклидов в почвенных растворах и их роль в поступлении элементов в растения/ Г.И. Агапкина, Ф.А. Тихомиров//Экология.-1991.-№6.-С.280-287.

4. Агапкина Г. И. Динамика содержания и органические формы соединений радионуклидов в жидкой фазе лесных почв зоны загрязнения ЧАЭС/Г. И. Агапкина, Ф.А.Тихомиров, А.И.Щеглов //Экология.-1994.-С. 2125.

5. Алексахин P.M. О миграции стабильных и радиоактивных изотопов щелочных и щелочноземельных элементов в биологической цепи почва-растение-молоко/Р.М.Алексахин, А.Н.Сироткин//Журнал общей биологии.-1974.-№3.-С.27-29.

6. Алексахин P.M. Сельскохозяйственная радиоэкология / P.M.Алексахин, А.В.Васильев, В.Т.Дикарев М.:Экология, 1991.-400 с.

7. Алексахин P.M. Проблемы радиоэкологии/ Р.М.Алексахин.-М.:ВИНИТИ,1983.-270 с.

8. Артамонова В.Г. Профессиональные болезни: Учебник/ В.Г.Артамонова, Н.Н. Шаталов.- 2-е изд., перераб. и доп. М.:Медицина, 1988.-265 с.

9. Бабаев Н. С. Ядерная энергетика и человек/ Н. С.Бабаев // Окружающая среда/Ред. А. П. Александров. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 296 с.

10. Бадурков В. А. Краткий радиоэкологический словарь/ В.А.Бадурков, А.С.Зенкин, В.А.Киршин. Саранск: Изд-во Морд. Ун-та, 1998.

11. Бандман A.J1., Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов 1-4 групп: Справ, изд./ A.J1. Бандман, Г.А. Гудзовский, JI.C. Дубейковская и др.-Jl.: Химия, 1988.-352 с

12. Баранов В. И. Радиогеология/ В. И.Баранов, Н. А. Титаева.-М.,1973.п. Барсуков О.А. Радиационная экология/ О.А.Барсуков, К.А.Барсуков М.: Научный мир, 2003.- 211 с.

13. Бахур А. Е. Радиоэкология и альфа-спектрометрия/ А. Е.Бахур, В.И.Малышев АНРИ, № 2,1995.

14. Белов А.Д. Радиобиология/ А.Д. Белов, В.А. Киршин, Н.П. Лысенко.- М., изд-во МГАВМиБ им. К.И. Скрябина, 1999г.

15. Бондарь П. Ф. Материалы конференции: Проблемы ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС в агропромышленном производстве — пять лет спустя: итоги, проблемы, перспективы: Тезисы докладов/П. Ф.Бондарь, А. И.Дутов. — Обнинск, 1991.-Т. 1.-С. 13-14.

16. Булдаков Л. А. Радиоактивные вещества и человек/ Л. А Булдаков. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 160 с.

17. Булдаков Л. А. Медицинские последствия радиационной аварии на Урале в 1957 г./ Л. А. Булдаков, С. Н.Демин, М. М.Косенко и др. // Мед. радиол.— 1990.—№12. —С. 11—15.

18. Вавилов A.M. Экологические последствия гонки вооружений. М.Международные отношения, 1984.

19. Вайгель Ф. Химия актиноидов: в 3-х т./Ред. Дж. Каца, Г. Сиборга, Л. Морса. М.: Мир, Т. 2.-1997. - 664 с.

20. Василенко И.Я. Радионуклидное загрязнение окружающей среды и здоровье население./Ред: И.Я. Василенко, Л.А. Булдакова. -М.: Медицина, 2004.

21. Василенко И. Я. Вопросы клиники и патологии острых радиационных поражений продуктами ядерного деления/ И.Я. Василенко //Медицинская. Радиология.-М. :Медицина, 1981. —№ 4.— С. 75—83.

22. Василенко И. Я. Вопросы клиники и патогенеза сочетанных радиационных поражений/ И.Я. Василенко // Медицинская. Радиология.-М.'Медицина, 1984. —№ 7. — С.70—76.

23. Василенко И. Я. Современные проблемы канцерогенной эффективности малых доз радиации/ Василенко И. Я., Москалев Ю. И., Стрельцова В. Н. //Вопр. онкологии.— 1985. — Т. 31, № 4. — С.З—11.

24. Верховская И.Н. Радиоэкологические исследования в природных биоценозах/Ред. И.Н. Верховская; М.,1972.

25. Всесоюзная конференция: Проблемы ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС в агропромышленном производстве — пять лет спустя: итоги, проблемы, перспективы: Тезисы докладов.-Обнинск, 1991. — Т. 1. — С. 6—7.

26. Галибин Г.П. Токсикология промышленных соединений урана. /Галибин Г.П., Новиков Ю.В.-М., 1976.- с. 91-95.

27. Гродзинский Д.М. Формирование радиобиологической реакции растений/ Д.М.Гродзинский, К.Д.Коломиец, В.А.Гудков и др. Киев: Наук, думка, 1984

28. Гринин А. С. Омнигенная экология/ А. С. Гринин- Брянск: Изд-во Брянской ГСХА, 1995.-Т. 1.-354 с.

29. Гусев Н. Г. Радиоактивные выбросы в биосфере: Справочник/ Н. Г.Гусев, А. В.Беляев.— М.: Энергоатомиздат, 1988. — 111 с.

30. Гуськова А. Г. Диагностика, клиническая картина и лечение пострадавших при аварии на Чернобыльской АЭС/ А. Г.Гуськова, А. В.Баранов, А. В. Барабанова и др.//Тер.арх. — 1989. — № 1. — С. 95—103.

31. Гродзенский Д. Э. Радиобиология/ Д. Э.Гродзенский. М.: Атомиздат, 1986 г.

32. Дебруг Ю. Гумус-основа почвенного плодородия/ Ю. Дебруг // Новое сельское хозяйство.-2004.- №1.-С.34-36.

33. Егоров Ю.А. Экология регионов атомных станций: Сборник статей. Вып.2./ Ю.А. Егоров.-М., 1994.

34. Журавлев В. Ф. Токсикология радиоактивных веществ/ В. Ф.Журавлев.- М.: Энергоатомиздат, 1982 г.

35. Всесоюзная конференция: Проблемы ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС в агропромышленном производстве — пять лет спустя: итоги, проблемы и перспективы/ Обнинск, 1991. — Т. I. — С. 36—37.

36. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник/ В.В. Иванов. -М.:Экология, 1997.

37. Игнатов П. А. Основы радиогеоэкологии/ П. А. Игнатов, А. А. Верчеба.- М.: изд. Моск. гос. геологоразв. университета (МГГРУ), 2002.

38. Иванов А. С. Патологическая анатомия лучевой болезни/ А. С. Иванов, А. И.Куриюкова, В. В. Шиходыров.— М.: Атомиздат, 1981. — 304 с.

39. Израэль Ю.А. Атлас радиоактивного загрязнения Европейской части России, Белоруссии и Украины /Ю.А. Израэль. М., 1998.

40. Ильин JI. А. Радиационная безопасность и защита: Справочник/ JI. А.Ильин, В. Ф.Кириллов, И. П.Коренков.— М.: Медицина, 1996. 336 с.

41. Ильенко А.И. Концентрирование животными радиоизотопов и их влияние на популяцию/ А.И.Ильенко. М.: Наука, 1974. - 169 с.

42. Информация об аварии на Чернобыльской АЭС, подготовленная для МАГАТЭ//Атомная энергия, 1986. — Т. 61, вып. 5. — С. 301—320.

43. Ильязов Р.Г. Радиологические аспекты животноводства -последствия и контрмеры после катастрофы на ЧАЭС/ Р.Г Ильязов, P.M. Алексахин-Гомель: «Полеспечать», 1996.

44. Искра А. А. Естественные радионуклиды в биосфере/ А. А. Искра, В. Г.Бахуров. М.: Энергоиздат, 1981.

45. Итоги науки и техники. Т. 4. Радиационная биология. Под редакцией Алексахина Р. М. М.: ВИНИТИ, 1983.-254 с.

46. Корнеев Н. А. Основы радиоэкологии сельскохозяйственных животных/ Н. А.Корнеев, А. Н.Сироткин. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 208 с.

47. Кузнецов В.А. Техногенные радиоактивные изотопы в ландшафтах Беларуси / В. А. Кузнецов, В.А. Генералова, М.П. Оношко, В.П. Кольненков, A.JI. Жуховицкая, В.П. Самодуров, И. К. Вадковская. Мн.: Институт геологических наук НАН Беларуси, 2000. - 192 с.

48. Кириллов В. Ф. Радиационная гигиена/ В. Ф.Кириллов, В.

49. A.Книжников, И. П. Корсаков.— М.: Медицина, 1988. — 336 с.

50. Киршин В. А. Ветеринарная радиобиология/ В. А.Киршин, А. Д.Белов, В. А.Бударков. — М.: Агропромиздат, 1986. — 175 с.

51. Корнеев Н. А. Основы радиоэкологии сельскохозяйственных животных/ Н. А.Корнеев, А. Н. Сироткин.— М.: Энергоатомиздат, 1987. — 208 с.

52. Карпов Ю.А. Методы пробоотбора и пробоподготовки/ Ю.А. Карпов, А.П. Савостин М.: Бином. Лаборатория знаний, 2003.- 243 с.

53. Методика выполнения измерений удельной активности изотопов урана (234; 235; 238) в пробах растительности и почвы альфа-спектрометрическим методом с радиохимическим выделением.-Менделеево:ВНИИФТРИ, 1997.-24 с.

54. Методика выполнения измерений удельной активности америция в пробах растительности и почвы альфа-спектрометрическим методом с радиохимическим выделением.- Менделеево:ВНИИФТРИ, 1998.-27 с.

55. Москалев Ю. И. Радиобиология инкорпорированных радионуклидов/ Ю. И.Москалев.— М.: Медицина, 1989. — 200 с.

56. Методическое руководство к практическим занятиям по курсу «основы радиохимии и радиоэкологии». Цикл «радиация и человек»/Ред

57. B.К.Власова. М.: Химический факультет им. М.В. Ломоносова, 1996.-32 с.

58. Моисеев А. А. Цезий-137. Окружающая среда — человек /А. А.Моисеев.— М.: Атомиздат, 1980. — 120 с.

59. Научно-практические аспекты сохранения здоровья людей, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС: Тезисы республиканской конференции 12—14 марта 1991. —Минск, 1991. —С. 137— 138.

60. Нефедов В.Д. Радиохимия: Учеб. Пособие/В.Д.Нефедов, Е.Н.Текстер, М.А. Топорова М.: Высш. Шк., 1987.

61. Никипелов Б. В. Взрыв на Южном Урале/ Б. В.Никипелов, Е. Г. Дрожко //Природа—1990 —№ 5,— С. 48—49.

62. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99, СП 2.6.1.758-99)

63. Орлов Д.С. Химия и охрана почв/ Д.С. Орлов // Соровский образовательный журнал.-1996.-№3.-С. 18-24.

64. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99, СП 2.6.1.799-99).

65. Основы высшей математики и математической статистики: учебник для вузов.-2-е изд., испр. -М.: Гэотар-МЕД, 2004. 424 с.

66. Павлоцкая Ф.И. Относительная подвижность, состояние и формы нахождения стронция-90, стабильного стронция и кальция в почвах.-М.: Атомиздат, 1973.- 39 с.

67. Павлоцкая Ф.И. Радиохимия/ Ф.И.Павлоцкая, Т.А.Горяченкова, Б.Ф.Мясоедов.-М.:1997.-Т.39.-№5.-С. 464-470.

68. Пределы поступления радионуклидов для работающих с радиоактивными веществами в открытом виде: Публикация 30 МКРЗ. 4.2. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 64 с.

69. Перельман А.И. Биокосные системы Земли/Ред. А.В.Щербаков; АН СССР.-М.: Наука, 1977.

70. Пономарева В.В. Гумус и почвообразование (методы и результаты изучения)/В.В.Пономарева, Т.А. Плотникова.-Л.:Наука, 1980.

71. Почвоведение: Лабораторный практикум./Ред. А.И. Горбылевой.-Мн.: Дизайн ПРО, 2000.-200 с.

72. Проблемы радиобиологии америция-241 /Ред Ю.И.Москалева.-М. 1977.- 168 с.

73. Программный комплекс «Прогресс-2000». -М.: НПП «Доза», 2001.- 16 с.

74. Пеннемен Р. Радиохимия америция и кюрия: пер. с англ/ Р. Пеннемен, Т.Кинен.- М., 1961.- 325 с.

75. Радиация. Дозы, эффекты, риск: Пер. с англ. М.: Мир, 1990.211 с.

76. Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: материалы II международной конференции. Томск: изд-во «Тандем-Арт», 2004. - 772 с.

77. Радиационная защита населения//Публ. 40 и 43 МКРЗ.— М.: Энергоатомиздат, 1987. — 80 с.

78. Радиационная защита//Публ. 26 МКРЗ. — М.: Атомиздат, 1978. — 88 с.

79. Сироткин А.Н. Радиоэкология сельскохозяйственных животных/ А.Н.Сироткин, Р.Г. Ильязов.- Казань: издательство «Фэн», 2000. -384 с.

80. Современные проблемы загрязнения почв./Сборник тезисов международной научной конференции. М.: МГУ им. Ломоносова, 2004.

81. Соколик Г.А. Распределение Ри и Am в системе почва вода -карбоксильная смола / Г.А. Соколик, С.В. Овсянникова, И.М. Кимленко// М.:Радиохимия, 2004.-Т.46.-№ 1.

82. Соколик Г.А. Влияние органических компонентов на состояние плутония и америция в почвах и почвенных растворах. / Г.А.Соколик, С.В.Овсянникова, И.М. Кимленко.- Радиохимия, 2003.-Т.45.-Ж2.

83. Соколов Э. М. Геоэкологические аспекты формирования дозообразующих полей вдоль восточного следа выбросов ЧАЭС / Э. М. Соколов, Н. М.Качурин, В. В.Соколов. М.: Гриф и К0, 2001.

84. Старик И.Е. Основы радиохимии/ И.Е.Старик.- Л.: Наука, 1969

85. Тихая М.Г. Медицинская радиология / М.Г.Тихая. -М, 1965.-№10.-С.50-54.

86. Токсикология продуктов ядерного деления.- М.: Медицина, 1999.—200 с.

87. Торшин Н.В. Экология/Ред. Н.А. Агаджаняна. М.: ММП «Экоцентр», издательская фирма «КРУК», 1997.loo. Тюрюканов А.Н. Биосферные раздумья/ А.Н.Тюрюканов, В.И.Федоров. М., 1996г.

88. Ю1 Усманов С.М. Радиация: Справочные материалы/ С.М.Усманов.-М.: Гуманит, изд. центр Владос, 2001.

89. Ю4. Фомин Г. С. ПОЧВА. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам. Справочник/ Г. С.Фомин, А. Г.Фомин. М., Издательство «Протектор», 2001.- 531 с.

90. Холл Э. Дж. Радиация и жизнь: пер. с англ/ Э. Дж. Холл. М.: Медицина, 1989.- 128 с.

91. Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах: По материалам 10-и летних исследований в зоне влияния аварии на ЧАЭС/ А.И. Щеглов.- М.: Наука, 2000. -268 с.

92. П5. Copplestone D. Behaviour and transport of radionuclides in soil and vegetation of a sand dune ecosystem/D. Copplestone, M.S. Johnson, S.R. Jones//Journal of Environmental Radioactivity.-Elsevier, 2001.- V. 55.-№l.-p. 93108.

93. Distribution and mobility of Cs-137, Sr-90, Pu-239, 240 and Am-241 in solid phase-interstitial soil solution system/Radioprotection-colloques.- 2002.-V. 37.

94. Hanson W.L. Radioloecological Concentration Processes/ Ed. B. Aderg and F.P. Hungate/- Pergamon Press.- p. 233.

95. Luckey T. D. Physiological Benefits from Low Levels of ionizing Radiation/ Luckey T. D. //Health. Physics.— 1982.— Vol. 43.— P. 771—789.

96. Mettler F. A. Medical Effects of Ionizing Radiation. HrW/ F. A.Mettler, A. C. Upton. -WB Second edition, 1995.

97. The metabolism of Plutonium a. related elements// Annals of the ICRP. 1986. -Publ. 48.- 237 p.

98. Muckerheide S. The health effects of lowlevel radiation: Science, data and corrective action/ S.Muckerheide.- Nuclear News. — September 1995. — P. 26—34.

99. New Study on radiation from nuclear activities// J. Nucl.med. — 1994. —Vol.35.

100. Outola I.E.J. Effect of industrial pollution on the behaviour of plutonium-239,240, americium-241 and cesium-137 in forest ecosystems/I.E.J. Outola//Dissertation Abstracts Intemational.-Proquest, 2004.-V. 64.-№4.

101. Passeck U. Effects of lowlevel radiation / U.Passeck, G.Linder, W.Zech // J. Environ. Radioactivity, 1995.-V. 28.-p. 223-238.

102. Szalay A. Cation exchange properties of humic acids and their importance in the geochemical enrichment of U02+ and other cations / A.Szalay // Geochim. Cosmochim.- Acta, 1964.