Geum.ru

Ю. А. Александров Основы радиационной экологии Учебное пособие

Вид материалаУчебное пособие

Содержание


4.2. Пресноводные экосистемы
4.2.2. Накопление радионуклидов пресноводными животными
Подобный материал:
1   ...   28   29   30   31   32   33   34   35   36

4.2. Пресноводные экосистемы



Бассейны континентов особенно уязвимы в отношении загряз­нений антропогенного генезиса, в том числе и радиоактивных, пос­кольку в них слабо работает фактор разбавления из-за небольшого объема воды. Положение пресноводных водоемов усугубляется еще и тем, что все нечистоты, производимые человеком, попадают в пер­вую очередь в них. Вследствие этих причин крайне важно изучить закономерности миграции радионуклидов, попавших в водные бас­сейны суши, и воздействие их на гидробионты.

Обычно пресноводные растения и животные обогащены радионук­лидами, по сравнению с водой, в которой они обитают. Отношение со­держания радионуклида в организме к содержанию его в воде называ­ется коэффициентом накопления или дискриминации (КН или КД). Установлено, что последний за­висит от химической природы радионуклида, видового состава водных обитателей, концентрации в воде различных солей, рН водной среды, ее температуры, освещенности водного бассейна и других факторов.


4.2.1. Накопление радионуклидов пресноводными
растениями


Эксперименты показывают, что наиболее интенсивно накапли­ваются в водных растениях следующие элементы: фосфор, желе­зо, цинк, кобальт, иттрий, цирконий, ниобий, церий, ртуть. Несколь­ко медленнее концентрируются в растениях сера, хром, кальций, стронций, рубидий, цезий. Особенно сильно накапливают стронций харовые водоросли.

Коэффициенты накопления радионуклидов в растениях можно значительно снизить (на целый порядок), если внести в воду стабильные изотопы, имеющие с радиоизотопами геохимическое родство. Напри­мер, КН стронция-90 в пресноводных растениях обратно пропорциона­лен содержанию в воде кальция и магния. В такой же зависимости от ка­лия находится второй важный искусственный радионуклид – цезий-137.

В Институте экологии растений и животных УО РАН проводи­лись исследования влияния рН водной среды, температуры и ос­вещенности водного бассейна на накопление радионуклидов харовыми водорослями (Куликов, Чеботина, 1988; Чеботина, Куликов, 1998). Установлено, что КН радионуклидов водорослями с увеличе­нием рН воды снижается. Это связано с разными причина­ми. Накопление кобальта и железа снижается в связи с появлением в щелочной среде коллоидных форм этих элементов, плохо усваива­емых растениями. Радиоактивный стронций при рН = 7-9 выпадает в осадок в виде карбоната и не может усваиваться растениями. Одна­ко карбонат стронция осаждается на поверхности растений, что со­здает ложное впечатление об увеличении его концентрации в пре­сноводной флоре при подщелачивании водной среды. Накопление цезия не зависит от кислотно-щелочных свойств воды.

В накоплении некоторых радионуклидов большую роль играет свет. Установлено, что КН кобальта, стронция и цезия с увеличением освещенности возрастает. Харовая водоросль на свету накапливает больше этих радионуклидов, чем в темноте. Элодея при повышенной освещенности интенсивнее накапливает лишь стронций (КН увели­чивается в 2 раза). Накопление пресноводными растениями железа, иттрия и церия не зависит от освещенности водоема. Коли­чество поглощенных растениями радионуклидов зависит и от тем­пературы воды. Харовая водоросль при повышении температуры до 28°С предпочтительнее поглощает стронций (КН возрастает в 1,5 раза), а роголистник – цезий. Элодея в теплой воде концентрирует оба эти радионуклида (КН увеличивается в 1,5-3 раза).

Таким образом, свет и температура влияют на поглощение ра­дионуклидов водными растениями, но природа этих химических элементов и индивидуальные особенности растений вносят в это правило свои поправки.

Концентрация химических элементов, в том числе и радиоизо­топов, в зимней воде возрастает в несколько раз, по сравнению с лет­ним периодом, что связано с вымораживанием воды зимой. Накопление же радионуклидов вод­ными растениями имеет про­тивоположную тенденцию. Это объясняется неодинако­вой степенью биологической активности растений в раз­ное время года.

Известно, что каждый континентальный водоем ха­рактеризуется определенным сочетанием физико-химичес­ких и биологических показа­телей. В зависимости от этого пресноводные бассейны подразделяются на олиготрофные, мезотрофные, эвтрофные и дистрофные. Иссле­дования показали, что в ряду олиготрофные – дистрофные водоемы КН стронция и цезия в растениях возрастает (Кули­ков, Чеботина, 1988).

Обогащенные радионук­лидами водные растения в кон­це вегетационного периода от­мирают и формируют донные отложения. При этом в самой отмершей органике не происходит значи­тельной концентрации радиоактивных элементов. Однако многие радио­нуклиды могут мигрировать в илистую фракцию, постепенно накаплива­ясь в ней. Значительная часть стронция, как наиболее подвижного радио­нуклида, при разложении растений переходит обратно в водную среду.


4.2.2. Накопление радионуклидов пресноводными
животными


Радионуклиды накапливаются не только растениями континен­тальных водоемов, но и пресноводными животными. Продвижение радионуклидов сопровождается увеличением их концентрации в каждом звене цепи. Схема пищевых цепочек и коэффициенты накопления в сообществе пресноводного водоема представлены на рисунке 17.

В икре пресно­водных рыб КН их может достигать десятков единиц. По степени кон­центрации в икре ряд искусственных радионуклидов выглядит так: Y > Се > Zr > Cs = Sr. Интересен тот факт, что личинки, выклюнувши­еся из радиоактивной икры, содержат крайне мало радионуклидов, порой их количество даже меньше, чем в окружающей воде. Это свидетельствует о защитной роли оболочек икры, которая поглощает большую часть радионуклидов, заимствованных из водной среды.





Рис. 17. Пищевые связи и коэффициенты накопления в сообществе

пресноводного водоема


Накопление радионуклидов резко возрастает через 6-7 дней, когда личинки переходят к самостоятельному питанию. Причем, хищные рыбы (щука, окунь) накапливают радиоактивный цезий быс­трее, чем растительноядные (линь, карп). Концентрация стронция не подчиняется этой закономерности. Например, КН стронция одина­ков у щуки и карпа (табл. 70).

Известно, что радионуклиды неравномерно распределяются в организме рыб. Так, коэффициент накопления стронция в костных тканях и чешуе рыб колеблется от 300 до 900, а в плавниках дости­гает 2500, тогда как в мягких тканях содержание его на 3 порядка ниже. Для цезия характерно прямо противоположное распределе­ние. Больше всего этого радиоизотопа в мышцах и внутренних ор­ганах (табл. 71).

Таблица 70 – Коэффициенты накопления (КН) радионуклидов
в организме пресноводных рыб в расчете на сырую массу
тушки без внутренностей (Куликов и др., 1988)

Виды рыб
Коэффициент накопления (КН)

90Sr
137Cs

Щука

160
920

Окунь

310
1465

Сиг

240
640

Карась

600
520

Линь

310
250

Карп

155
100


Таблица 71 – Распределение цезия-137 по органам и тканям рыб
(сырая масса, по А.И. Ильенко, Т.П. Крапивко, 1989)

Органы
и ткани
Плотва
Окунь
Щука

мкКи/кг
%
мкКи/кг
%
мкКи/кг
%

Скелет

1,5
14,9
2,3
5,5
3,1
86

Чешуя

0,9
8,9
0,5
1,2
0,6
1,7

Жабры

0,8
7,9
2,4
5,7
1,9
5,2

Плавники

0,3
2,9
1,2
2,9
1,5
4,1

Печень

0,8
7,9
6,3
14,9
4,5
12,4

Селезенка

1,8
17,8
5,4
12,8
4,9
13,5

Сердце

1,7
16,9
7,2
17,0
8,1
22,3

Мышцы

1,9
18,9
9,0
21,3
4,9
13,5

Кишечник

–
–
5,8
15,8
4,3
12,0

Икра

0,4
3,9
2,2
5,2
2,1
5,7


Хотя радионуклиды могут проникать в тело рыб через его на­ружные покровы, все же основным источником поступления радио­изотопов в организм является пища.