IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

Проблема реакций растений на радиационный фон в настоящий момент является актуальной в связи с недавним открытием месторождения урановых руд (Добровольное) в Звериноголовском районе. Это единственное месторождение в Курганской области, которое находится вблизи реки Тобол.

Распространение изотопов урановых руд может оказаться связанным с поверхностными водами реки, которые являются источником обеспечения пойменных биоценозов, а также изотопы урана разносятся при помощи ветра.

Во главу своего доклада на встрече населения Звериноголовского района с представителями корпорации РОСАТОМ и руководством АО «Далур» В.С. Святецкий в октябре 2016 года поставил фразу президента РФ В.В.Путина: «Все страны мира считают необходимым развивать атомную энергетику, и я думаю, что это неизбежно. Невозможно развернуть прогресс в обратную сторону» [9]. Судя по словам Святецкого В.С., в основу решений по обеспечению ядерной, радиационной и экологической безопасности ядерного энергетического комплекса, включая добычу природного урана, положены требования национальных нормативов, которые опираются на рекомендации МАГАТЭ и Международной комиссии по радиационной защите [6].

РАДИОАКТИВНОСТЬ - самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся выделение энергии в виде потока частиц (альфа- и бета-частицы) и квантов электромагнитной энергии (гамма-излучение)[4].

АЛЬФА-ИЗЛУЧЕНИЕ — это поток тяжелых положительно заряженных частиц. Возникает в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. В воздухе альфа-излучение проходит не более пяти сантиметров и, как правило, полностью задерживается листом бумаги или внешним омертвевшим слоем кожи. Однако если вещество, испускающее альфа-частицы, попадает внутрь организма с пищей или воздухом, оно облучает внутренние органы и становится опасным.

БЕТТА-ИЗЛУЧЕНИЕ — это электроны, которые значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. От него можно защититься тонким листом металла, оконным стеклом и даже обычной одеждой. Попадая на незащищенные участки тела, бета-излучение оказывает воздействие, как правило, на верхние слои кожи.

ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ — это фотоны, т.е. электромагнитная волна, несущая энергию. В воздухе оно может проходить большие расстояния, постепенно теряя энергию в результате столкновений с атомами среды. Интенсивное гамма-излучение, если от него не защититься, может повредить не только кожу, но и внутренние ткани. Плотные и тяжелые материалы, такие как железо и свинец, являются отличными барьерами на пути гамма-излучения.

Проблемой нашего исследования является разрешение вопроса- существует ли угроза загрязнения наземно-воздушной среды в районе залегания урановых руд, если да, то как проявляется данное загрязнение на биоценозах территории?

Объектом нашего исследования являются растительность биоценозов предполагаемой территории загрязнения продуктами распада урана.

Предмет исследования: морфо-функциональные реакции растений на воздействие радиационного фона.

Целью данной работы является проведение теоретического обоснования и выявление в естественных фитоценозах влияния радиационного фона на рост и развитие растений.

Поставленные задачи:

1. Диагностическая задача: провести анализ радиационного фона и выявить направление воздействия (положительное или отрицательное).

2. Теоритическая задача: провести теоретическое обоснование влияния радиационного фона на растения.

3. Методическая задача: подобрать методы мониторинга и лабораторного эксперимента.

4. Опытно-экспериментальная задача: провести диагностику и наблюдение за влиянием радиационного фона на растительность региона.

5. Прикладная задача: разработать рекомендации по потреблению растений, ягод, грибов.

Гипотеза исследования:

Влияние радиационного фона на растительные сообщества может быть выявлено если:

• Обосновать влияние радиационного фона на растительные сообщества

• Разработать методику наблюдений за изменением радиационного фона;

• Выявить динамику радиационного фона, выявить факторы, влияющие на состояние радиационного фона и оценить их воздействие (направление ветра, подземные воды)

• Доказать, что гигантизм и другие аномалии у растений могут быть последствием повышенного радиационного фона.

Методы исследования: полевые наблюдения, биоиндикация растительных покровов, сбор материалов, озоление и анализ полученной золы растительных остатков.

Научная значимость исследования заключается в изучении влияния радиационного фона на морфологические характеристики растений.

Практическая значимость заключается в выявлении токсичности растительности в районе месторождения урана.

Глава 1 - Круговорот урана в биосфере

Основной источник природного урана – это литосфера и гидросфера. Благодаря им уран попадает в организм растений, животных и человека. А также при употреблении в пищу растений, уран попадает в организмы животных и человека. Уран широко используется в атомной энергетике и в изготовлении ядерного оружия. Уран может попасть в окружающую среду при авариях на атомных электростанциях или при использовании ядерного оружия. Все это негативно влияет на все живые организмы и может накапли-ваться в атмосфере, гидросфере и литосфере [20].

В составе морской воды преобладают изотопы урана, наиболее устойчивые в этих условиях. Максимальную активность имеет ²³⁴U, а отношение активностей ²³⁴U/ ²³⁸U постоянно и равно 1,15 [17].

Концентрации естественных радионуклидов в донных осадках зависят как от состава последних, так и от самих радионуклидов.

Рис.1. Круговорот урана в окружающей среде

В составе глинистых прибрежных осадков преобладает терригенная компонента, и они во многом отражают области сноса. Среди глубоководных осадков наиболее высокой радиоактивностью отличаются красные глины. Соотношение радионуклидов в осадках существенно отличается от их распределения в воде. По массе преобладает ²³²Тb, затем ²³⁸U, по величине активности на первом месте находятся продукты распада урана: ²³⁰Th и ²²⁰Ra

Таблица 1

Активность природных радионуклидов в глубоководных океанических осадках, Бк/кг

Тип осадков	238U	234U	230Th	226Ra	235U	232Th
Красная глина	11 - 30	11 - 30	590- 2400	420- 1700	0,7 - 1,5	22 - 96
Глобигериновый ил	7,4	7,4	150	85	0,4	13

Уран наиболее устойчив в воде океана. Его концентрация стабильна и составляет в среднем 3 10^-6 г/л. Отклонения от этой величины наблюдаются лишь в прибрежных зонах за счет разбавления речным стоком. Максимальное осаждение урана происходит на шельфе в процессе диагенеза на органическом веществе, фосфоритах. Так, коэффициент распределения между фосфоритами и морской водой весьма высок: 2000 - 170000. В то же время у глубоководных глинистых осадков он невелик: до 340. Наблюдается накопление урана и на гидроксидах Fe и Мn в железомарганцевых конкрециях океана. Органическое вещество выступает как сорбент-восстановитель уже после гибели организма.

Источником естественных радионуклидов морей и океанов является литосфера:

1) твердый и жидкий сток с континентов;

2) береговая абразия;

3) выщелачивание из донных осадков;

4) осаждение аэрозолей из атмосферы (пыль);

5) осаждение материала вулканических извержений (сравнительно мало и не постоянно) [21].

Состав морской воды достаточно стабилен, поэтому и концентрации природных радионуклидов в ней довольно постоянны.

Таблица 2

Концентрация и активность естественных радионуклидов в морской воде

Радионуклид	Концентрация, г/л	Активность, Бк/л
238U	3,3*10-6	3,3*10-2
234U	2*10-10	3,3*10-2
230Th	1*10-12	6,7*10-4
226Ra	3*10-14	3,3*10-3
235U	2*10-8	1,7*10-3

Уровень содержания радионуклидов в почвах определяется их содержанием в подстилающих породах, от форм нахождения радионуклидов в почве зависит их доступность для растений.

Некоторые организмы, такие как лишайники Trapelia involuta, или микроорганизмы, такие как бактерии Citobacter, могут поглощать уран в количествах в 300 раз больших, чем его содержание в окружающей среде. Citobacter извлекают уранил-ионы из глицерофосфата (или другого аналогичного органического фосфата). Через день усилий, грамм бактерий инкрустирует себя девятью граммами кристаллов уранилфосфата. Это позволяет считать, что подобные организмы можно будет использовать в системах биоочистки загрязнённых ураном воды [22-24].

Растения поглощают уран из почвы, на которой они произрастают. Концентрации урана в высушенных растениях варьируются в пределах 5 – 60 ppm, а зола от сожжённых растений содержит до 4 ppm урана. Количество урана, поступающее в организм человека с растительной пищей обычно меньше 1-2 микрограмм/день. Наиболее доступны для растений радионуклиды, находящиеся в почве в растворенном виде. Однако растения могут извлекать химические элементы, в том числе и радионуклиды, из твердой фазы почвы. Кислые корневые выделения растений способны растворять относительно подвижные формы радионуклидов, связанные в минерально-обломочной фракции почв и растворимые в слабых кислотах. Сорбция на гумусовом веществе с последующим переходом в необменные формы делает радионуклиды слабо доступными для растений, тем более, что гумусовые кислоты растворяются лишь в щелочах. На тех почвах, где основная масса радионуклидов прочно связана в гумусовых горизонтах, наблюдается снижение коэффициентов накопления растениями радионуклидов (КН). В качестве иллюстрации в табл.3 приведены КН (коэффициент накопления) и K_вод (коэффициенты водной миграции) для ряда районов Урала и Тимана, где подстилающими породами являются гранитоиды.

Таблица 3

Средние значения КН и Kвод для ряда районов Урала и Тимана.

Природно- климатическая зона	Район	238U			226Ra			232Th
		КН	Kвод	КН		Kвод	КН		Kвод
Тундра	Полярный Урал	0,21	0,09	8,5		-	0,5		0,02
Тайга	Северный Урал	0,08	1,7	3,4		11,2	0,03		0,2
	Тиман	0,17	0,07	4,4		0,3	0,30		0,07
Лесостепь	Южный Урал	0,005	0,9	0,7		1,2	0,46		-

Для U отчетливо наблюдается обратная зависимость между КН и K_вод. В районах Полярного Урала и Тимана, где U и Th изоморфно входят в минералы редкоземельных элементов и слабо подвижны, K_вод имеют минимальные значения. В то же время U здесь, очевидно, доступен для растений, так как величины его КН максимальны. В аналогичном Тиману таежном районе Северного Урала преобладают рассеянные формы урана в подстилающих гранитах. Он сравнительно легко извлекается природными водами из обломков пород, а затем прочно связывается гумусом на восстановительных барьерах и становится слабо доступным для растений. Здесь КН урана низкие. Для черноземов Южного Урала, где гумус представлен слаборастворимыми гуматами Са, подобный процесс наиболее характерен.

Уран не является биогенным элементом. КН урана обычно ниже 1. При этом наблюдается довольно отчетливая зависимость КН от содержания урана в почвах. При содержаниях U, близких или равных 10-3%, КН уменьшается. Это объясняется существованием в корнях растений определенного биологического барьера, препятствующего проникновению в надземную часть концентраций выше нескольких миллиграммов на 1 кг золы. Поэтому в корнях накапливается существенно больше U, чем в надземных органах. В одном и том же растении различные органы содержат U в неодинаковых количествах, что обусловлено его накоплением помимо корней в более старых органах (древесине, крупных ветках, коре) в отличие от сравнительно молодых листьев и хвои. Самой высокой способностью к накоплению U обладают мхи, в которых его содержание на порядок выше, чем в других видах растений того же биогеоценоза. Например, для Полярного Урала КН урана для мхов достигает 6,9 при среднем значении 2,3, в то время как для кустарников и кустарничков эта величина не превышает 1. В целом низшие растения концентрируют уран в большей степени, чем высшие. В накоплении U высшими растениями также наблюдаются видовые различия. Из древесной растительности наиболее высокие КН отмечены у березовых. Так, на Южном Урале КН для березы пушистой достигает 0,9 при среднем значении для всех видов растительности, равном 0,05. Минимальное накопление U повсеместно отмечается у травянистой растительности, прежде всего у злаковых. У культурных зерновых растений зерно содержит в 2 раза меньше U, чем солома.

Проблема реакций растений на радиационный фон вызывает интерес ученых достаточно длительный период- последние 50-60 лет, в России- с середины 50-х годов прошлого столетия, времени, относящегося к Уральской трагедии, «подарившей» ученому миру материал для наблюдений и исследований под общим названием «Восточно-уральский радиационный след».

В настоящее время эта проблема не становится менее актуальной на территории нашего региона в связи с тем, что в его подземных богатствах хранится запас урановых руд, являющихся значимым сырьем для промышленности. Актуальна она и в связи с недавним открытием месторождения урановых руд (Добровольное) в Звериноголовском районе, расположение которого вызывает множество неоднозначных мнений и отношений к перспективе его разработки в связи с тем, что оно находится в пойме реки Тобол.

Сам уран и продукты его распада, преодолев расположенные выше него слои осадочных пород и вод могут попасть в грунтовые поды и подстилающие породы, а с различными движениями воды достичь в итоге и почвы.

Растительный покров не может не реагировать на проникновение в клетки и ткани через корневое питание содержащихся в почве радиоизотопов, в том числе и морфологическими реакциями растений. Так О.К. Власов создал математическую модель и описал закономерности основных процессов и динамику выпадения некоторых радионуклидов, выявил ряд особенностей динамики загрязнения растительности [2].

Ульяновой Е.В., Позолотиной В.Н. изучена изменчивость восьми ферментных систем в ценопопуляциях триплоидного апомикта Taraxacum officinale s.l., длительное время произрастающих в зоне Восточно-Уральского радиоактивного следа. Ими выявлено, что в условиях хронического облучения у растений наблюдается увеличение фенотипического разнообразия большинства ферментных систем, повышение в них доли редких морф [8]. В то же время ими обнаружено, что эколого-генетические последствия хронического облучения у растений проявляются в расширении диапазона изменчивости всех показателей жизнеспособности семенного потомства, и повышении его мутабильности [11].

Глава 2. Объект и методика исследования

2.1.Описание Добровольного месторождения урана в Звериноголовском районе

Звериноголовский район расположен в южной части Курганской области и граничит с Республикой Казахстан, а также с Куртамышским, Притобольным, районами области [13].

На территории района находятся реликтовые леса. Основное производственное направление сельхозпредприятий в районе - выращивание зерновых и кормовых культур.

Территория района находится преимущественно в зоне лесостепей — одной из природных зон, входящих в состав умеренного климатического пояса. Главная особенность лесостепной зоны — это наличие сочетания луговых ландшафтов с покровом из травянистых растений и лесополос.

Рис.2. Добровольное месторождение урана в Звериноголовском районе

Климат лесостепи, как правило, умеренно-континентальный. Годовое количество осадков 600 мм. Иногда испаряемость практически равна осадкам. Иногда же в лесостепи зимой могут свирепствовать и суровые морозы, и мягкие зимы. Абсолютный минимум в зоне лесостепи обычно равен −36… −40 градусов.

Лето в лесостепи часто бывает жаркое и засушливое, особенно на юге лесостепи, однако в среднем оно всё же менее жаркое, чем в степной зоне. Иногда же оно может быть холодным и дождливым, но это редко.

Территория Звериноголовского района имеет несколько видов почв:

• Черноземы выщелоченные - более плодородные. Они расположены между оподзоленными и мощными черноземами. Горизонт А в них темной окраски, достигает 50-70 см. Структура преимущественно зернистая, хорошо выражена, достаточно водопрочная. В горизонте А содержится 6-10% гумуса. В отчетливо выражена комковато-призматическая структура. Реакция почвы нейтральная (рН 6-7,0). Горизонт вскипания (карбонатный) залегает на глубине примерно 70-110 см. В горизонте В и даже С встречаются «кротовины» [19].

• Черноземы обыкновенные - занимают центральную часть черноземной зоны. Верхний горизонт темного цвета. Почвы содержат 6-8% гумуса. Мощность горизонта А-40см, А ₊ В-50-80 см. Структура комковато-зернистая. Вскипание на глубине 50- 60 см. В горизонте С глубже 70 см встречаются выцветы карбонатов в форме белоглазки. Обыкновенные черноземы имеют рН 7,0, но среди них попадаются карбонатные почвы, т. е. вскипающие с поверхности. Реакция почвенного раствора их слабощелочная (рН 7,2-7,5) [12].

• Лугово-черноземные почвы - по содержанию и запасам гумуса они несколько превосходят черноземы, в составе их гумуса относительное содержание гуминовых кислот выше, чем в черноземах. В типичных черноземах Среднерусской возвышенности запас гумуса в метровой толще колеблется в пределах 500-650 т/га [12].

• Солонцы - солонцы и солонцеватые почвы широко распространены в степных районах. Характерная особенность солонцов — наличие в коллоидной части почвы обменного натрия, который находится там в поглощенном состоянии [13].

• Пойменные почвы - типы почв, развивающиеся на аллювиальных отложениях в поймах рек. Они довольно разнообразны по водному режиму, строению почвенного профиля и свойствам [14].

• Серые лесные почвы - формируются в лесостепной зоне в условиях периодически-промывного водного режима под пологом смешанных или мелколиственных лесов с разнообразной и обильной травяной растительностью [15].

В докладе Ладейщикова А.В. об особенностях геологии урановых руд в южном Зауралье отмечается, что месторождения могут локализоваться в депрессионных структурах типа палеодолин. Примерами подобных месторождений в Зауралье являются: Далматовское, Хохловское, Добровольное, размещённые в системе палеодолин юрского возраста, расположенной в краевой части Западно-Сибирской плиты.

По мнению ученого, на границе платформенного чехла и складчатого основания развит структурно-морфологический ярус, образованный врезанной в фундамент древней речной сетью из осадков позднеюрского возраста . Размеры палеодолин составляют в длину десятки километров при ширине от 0,5 до нескольких километров, глубина врезов 90-150 м. Сверху отложения палеодолин перекрыты мощной толщей (до 100 и более м) красноцветных глин позднеюрско-нижнемелового возраста, способствующих полной консервации сформированного оруденения, при этом накрывая его сверху как широким плащом. Надрудный чехол представлен мощной терригенной толщей континентальных и морских отложений, включающих четыре надрудных водоносных горизонта, два из которых (олигоцен-четвертичный и палеоцен-эоценовый) находятся в зоне активного водообмена [6].

Рис.3. Геологический разрез по профилю Добровольного месторождения урана.

Как правило, по окончании активного периода формирования месторождения происходит его консервация вышезалегающей толщей глинистых пород, в которых создается застойный гидродинамический режим, о чём свидетельствуют имеющиеся гидрогеологические исследования химического состава вод и радиологические исследования руд говорят о том, что установленный Крр близок к 1,0.

Добровольное месторождение Звериноголовского района локализовано в пределах Убаганской палеодолины. В отличии от Далматовского и Хохловского месторождений на Добровольном воды рудовмещающего горизонта способны к самоизливу из-за низких отметок рельефа поверхности.

По мнению Шумилина М.В. на всех месторождениях урана подземные воды всегда изначально заражены ураном [1]. Эта фраза ученого вызывает тревогу – а не происходит ли со временем заражение поверхностных вод и почвы? На этот вопрос могут ответить лишь те, кто ведет постоянный мониторинг за состоянием территории, окружающих сред (ее атмосферы, вод, почвенного и растительного покрова).

2.2 Методика выявления влияния радиоизотопов урана на живые организмы

Для выявления влияния радиоизотопов урана мною были выбраны несколько методик в области биоиндикации растительного покрова.

Это группа методов с использованием живых организмов для оценки состояния окружающей среды.

Как и биомониторинг биоиндикация опирается на нормативные показатели, благодаря которым можно определить состояние биоценоза.

Для биондикации используют организмы в репродуктивной фазе (период цветения, плодоношение и т.д.)

При помощи биондикации можно диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах сообщества (микроорганизмы, водоросли, грибы)

Алгоритм биоиндикации:

1. Выделяется фактор среды (1 или несколько);

2. Собираются полевые и экспериментальные наблюдения;

3. Путем визуального сравнения делается вывод об индикаторной значимости (для того чтобы получить достоверные данные, необходимо выделить 5 видов растений, подтверждающие аналогичные изменения);

4. Оценивается лимитирующий уровень (ограниченная жизнеспособность);

5. Выполняется анализ биологически-значимых нагрузок.

Выполняются операции индикации с биоиндикаторными показателями признаков изменений.

Следующий метод – озоление

Методика озоления кустарничков для изучения радиоактивности района. Целью ее является получение золы растений, концентрирующих радиоактивные элементы, для последующего изучения гамма - и бета -спектров этой золы с целью обнаружения изотопов элементов, имеющих закономерное распределение по территории. Интерес должен представлять тот изотоп или изотопы, распределение которых по территории имеют геометрические особенности, сопоставимые с геометрией разрушений, мутаций, ускоренного прироста леса.

Отсюда следует, что пробы золы должны отбираться по геометрически правильной или вероятностной сетке более или менее равномерно по всей территории и примерно на такой же территории за его пределами. Желательно также иметь примерно 10 контрольных проб из удаленных районов. На территории вывала следует взять 40 проб, за его пределами - 20 проб в фоновых районах - 10 проб.

Для того чтобы диагностировать состояние радиационного фона, была выбрана методика работы с дозиметром ДБГ-01Н.

Дозиметр ДБГ-01Н предназначен для обнаружения радиоактивного загрязнения и оценки с помощью звуковой сигнализации уровня мощности полевой эквивалентной дозы а также для измерения мощности полевой эквивалентной дозы фотонного ионизирующего излучения.

Дозиметр ДБГ-01Н применяется для оперативного радиационного контроля на различных предприятиях при работах, связанных с фотонным ионизирующим излучением.

Результаты авторских исследований и их обсуждение

Маршрут наблюдений и отбора проб для анализа предусматривал наличие на изучаемой территории различных элементов рельефа (возвышенность, склон, низина) для учета не только горизонтальных, но и вертикальных движений воды и химических элементов в почве. Расстояние между точками наблюдений не менее 200 метров. Отбор проб соответствовал методике.

Отбор проб растительного материала и почвенного покрова был проведен в пойме реки Тобол у с.Звериноголовское, левый берег. Отчет начат на территории старой геологоразведочной шахты (точка №1), в 100м от соснового бора, на холме; точка №2 - на окраине соснового бора, в низине; точка №3 – в сосновом бору, на холме, точка №4 – в сосновом бору, по рельефу на склоне; точка №5- в искусственной лесополосе с вкраплениями участков с естественным возобновлением леса, в низине; точка №6 – на холме данной территории; точка №7 – участок молодого леса, возобновленного естественным путем, низина; точка №8 – склон на данной территории.

Рис.4. Левый берег с.Звериноголовское, сосновый бор.

Глава 3 - Результаты исследования и их обсуждение

В процессе дозиметрических наблюдений нами выяснено, что исследуемая территория имеет радиационный фон, показания которого подвержены колебаниям от 0,06 мЗв в воздухе и 0,05 мЗв на коре деревьев точки 6 до показаний в два раза превышающих минимальный результат.

В меньшей степени эти колебания характерны для воздуха, чаще связаны с почвой и растительностью (деревьями сосны лесной). Что касается характера рельефа, то статистический анализ эмпирических данных выявил его слабое влияние на уровень альфа-излучения как в воздухе, почве, так и растительности.

Исследуя растительность, мы обнаружили признаки, которые указывают на наличие измененных форм растений и их болезненность: в точке №1 произрастают молодые сосны, у 50% которых наблюдается некроз; в точке №2 – 17% возрастных сосен являются уродливыми с искривлениями стволов и ветвей, частично отсутствует кора на верхних ветках и стволе, хвоинки с некрозом.

Рис.5. Результаты измерения альфа – излучения (мЗв)

В точке №3 33% молодых сосен уродливы; в точке №4 у всех сосен, есть участки с отсутствием коры, много хвоинок с некрозом. В точке №5 искусственной лесополосе все сосны, выросшие из семян, сформировавшихся и проросших на данной территории, имеют искривления стволов; в точке №6 среди нескольких холмов и разрушенной постройки есть одиночные деревья с некрозом. В точке №7 в естественных молодых (8-10-летних) посадках у деревьев искривлений практически не наблюдается; в точке №8 – нет уродливых деревьев, но обильно произрастают травы, указывающие на содержание в почве тяжелых металлов (например, смолевка хлопушка).

При отсутствии связи уровня альфа-излучения и рельефа территории выявлено тесное взаимодействие между количеством деревьев с различными повреждениями и уродствами растительности и рельефом местности.

Повышенные показатели изменчивости главного побега (ствола) и ветвей первого порядка, состояния хвои наблюдается в понижениях рельефа, т.е. в местах, где, возможно, происходит стекание естественных радионуклидов, содержащихся в почве, в том числе и с более высоких мест с весенне-осенними паводками и при разливе в пойме р.Тобол.

Повышенные показатели альфа-излучения отмечены у сосен, продолжающих интенсивный рост и накапливающих в своих тканях, особенно в коре радионуклиды. У старых, погибающих сосен иные, более низкие показатели альфа-излучения, это связано, возможно с тем, что в период старения, деревья, теряя кору и хвою, отдают накопленные ими вещества в окружающую среду, в первую очередь, в лесную подстилку и почву.

Кроме того, сделаны предположения о том, тератогенный эффект (массовые уродства стволов) растений сосны местного происхождения обусловлен тем, что местный семенной материал мог быть уже претерпевшим мутационные изменения в процессе развития.

Для подтверждения выдвинутых предположений необходимо учесть результаты изучения уровня бетта- и гамма излучения с помощью методики озоления и последующего анализа растительного покрова.

Целью данного этапа является получение золы растений, концентрирующих радиоактивные элементы для последующего изучения гамма - и бета - спектров этой золы с целью обнаружения изотопов элементов, имеющих закономерное распределение по территории. Интерес должен представлять тот изотоп или изотопы, распределение которых по территории имеют геометрические особенности, сопоставимые с геометрией разрушений, мутаций, ускоренного прироста леса.

Полученные результаты проведенного анализа золы растительного материала позволяют сделать следующие выводы.

Выявлено и доказано наличие радионуклидов в растительности изучаемой территории.

Выявлена динамика накопления изучаемых радиоактивных элементов в древесных растениях. В корнях накапливается существенно больше радионуклидов, чем в надземных органах. В одном и том же растении различные органы содержат радионуклиды в неодинаковых количествах, что обусловлено их накоплением помимо корней в более старых органах (древесине, крупных ветках, коре) в отличие от сравнительно молодых листьев, исключением является хвоя.

Рис.6. Результаты измерения бетта- и гамма- излучения в растительном покрове (Бк/кг)

Различные растения обладают различной способностью поглощать и накапливать радиоактивные элементы. Самой высокой способностью к накоплению радионуклидов обладают мхи, в которых его содержание на порядок выше, чем в других видах растений того же биогеоценоза.

Это связано с тем что, у мхов высокоразвитая поверхность (мхи имеют удельную поверхность площади в 10 раз больше, чем у травянистых растений) моховой покров является хорошим сорбентом, а низкий уровень метаболизма способствует накоплению в биомассе многих мутагенных веществ, в том числе радионуклидов, тяжелых металлов и т.д.

Содержание 40K в образцах мха значительно выше, чем 232Th и 226Ra. Это объясняется тем, что калий является макроэлементом, необходимым живым организмам при обменных процессах, в отличие от тория и радия, которые не участвуют в жизнедеятельности мхов и лишайников.

В почве содержание изотопа калия также превосходит содержание тория и радия, что является нормой, исходя из данных о средней концентрации активности 40K(300-400 Бк/кг) и 232Th (25-35 Бк/кг) в почвах по всему миру. Важно учесть, что адсорбция данных радионуклидов у мхов происходит в основном двумя способами: во-первых, при поглощении взвешенных в воздухе частиц почвы, и, во-вторых, при поглощении жидких атмосферных выпадений (дождь, роса, снег и др.). Наземные мхи используются для оценки содержания естественных радионуклидов 226Ra, 232Th и 40Kи искусственного 137Cs в почвах, в том числе их сезонного поведения.[10]

Также высокое содержание 40К наблюдается в пластинчатых грибах, которые представлены мухоморами, сыроежками, лисичками и белыми грибами. Аккумуляция 40К аналогична как и в моховом покрове.

Таблица 3 Содержание некоторых радиоактивных изотопов

в теле человека в расчете на 70 кг массы [по Шумилину М.В.]

Изотоп	Количество изотопов, г	Число атомов	Активность
			Ки (кюри)	распад/с
3Н	1,0*10-13	2,0*1010	1,0*10-9	37
14С	1,8*10-8	7,5*1014	8,0*10-8	3*103
40К	1,6*10-2	2,4*1020	1,1*10-7	4*103
226Ra	7,5*10-11	2,0*1011	7,5*10-11	2,8
228Ra	2,1*10-13	5,5*108	5*10-11	1,9
210Po	2,2*10-12	6,3*109	2*10-11	7,4
238U	2*10-5	5,0*1016	6,6*10-12	0,24
235U	1,4*10-7	3,6*1014	3,0*10-13	0,011

Сравнительный анализ табличных данных и результатов нашего исследования позволяют сделать следующие выводы:

- в естественных условиях в тканях человека отсутствуют изотопы тория, обнаруженные в древесной растительности (хвое и коре) и в моховом покрове, который отличается и высокой концентрацией радия. В грибах выявлено значительное количество изотопов калия;

- повышенный уровень альфа-излучения выявлен у активно растущих сосен , находящихся преимущественно в понижениях рельефа местности;

- повышенная концентрация радионуклидов бетта- и гамма-излучений выявлена в тех органах, которым свойственна накопительная функция.

Растения обладают избирательной способностью к накоплению химических элементов. В целом низшие растения концентрируют уран в большей степени, чем высшие. В накоплении радионуклидов высшими растениями также наблюдаются видовые различия. Из древесной растительности наиболее высокие КН отмечены у березовых и сосновых.

Также следует отметить, что содержание органики (гумусированной и негумусированной), азота и фосфора в почвах существенным образом влияют на накопление радионуклидов в растениях.

Заключение

Теоретический анализ литературных источников позволил обосновать связь между морфологическими отклонениями в строении растений и содержанием радионуклидов в тканях растений.

Выявлена динамика накопления изучаемых радиоактивных элементов в древесных растениях. В одном и том же растении различные органы содержат радионуклиды в неодинаковых количествах, что обусловлено их накоплением.

Растения обладают избирательной способностью к накоплению химических элементов. В целом низшие растения концентрируют уран в большей степени, чем высшие. В накоплении радионуклидов высшими растениями также наблюдаются видовые различия.

Поглощение радионуклидов и накопление их в органах и тканях растений способствует формированию измененных морфологических признаков.

Список литературы

1. Бровин К.Г., Грабовников В.А., Шумилин М.В., Язиков В.Г. Прогноз, поиски, разведка и промышленная оценка месторождений урана для отработки подземным выщелачиванием. – Алматы: Гылым, 1997. – 384 с.

2. Власов О.К. радиоэкологическая модель транспорта радионуклидов йода и цезия по пище­вым цепочкам после радиационных аварий с выбросом в атмосферу для исследований закономерностей формирования доз внутреннего облучения населения. Радиация и риск (Бюллетень Национального радиационно-эпидемиологического регистра). - Выпуск № 2. – Т. 22., 2013. - С. 16-34.

3. Добыча Урана на Добровольном месторождении – ближайшая перспектива // Звериноголовские вести, http://zvvesti.ucoz.ru

4. Дозиметры ДБГ-01Н // http://td-str.ru

5. Звериноголовский район Курганской области // http://zverinka.kurganobl.ru

6. Истомин А.Д., Ладейщиков А.В., Лаптев Ю.И., Носков М.Д., Чеглоков А.А. Опыт применения геолого-математического моделирования пластово-инфильтрационных систем на примере Далматовского месторождения урана / Разведка и охрана недр. - №1. – 2016. – С.22-27.

7. Кюри М., Радиоактивность, пер. с франц., 2 изд., М. - Л., 1960

8. Ладейщиков А.В. Геология месторождения урана Зауралья, особенности Добровольного месторождения // Общественные слушанья. – Курган. – Звериноголовское, 16 октября 2016. – 12 с.

9. Методика категорирования закрытых радионуклидных источников по потенциальной радиационной опасности РБ-042-07 / URL: http://infosait.ru/norma_doc/52/52952/index.htm (дата обращения 21.11.2016)

10. Основные свойства радионуклидов и процессы их переноса в биосфере // http://phys.rsu.ru

11. Позолотина В.Н., Антонова Е.В., Харитонова О.В., Пустовалова Л.А., Каримуллина Э.М. Последствия хронического действия радиации для флоры восточно-уральского радиоактивного следа (публикация автора на scipeople) - Радиационная биология. Радиоэкология , №1. 2009. С. 97-106.

12. Свойства лугово-черноземных почв // http://mse-online.ru

13. Солонцы и солонцеватые почвы // http://www.activestudy.info

14. Uchilok, Пойменные почвы // http://uchilok.net

15. Серые лесные почвы // https://ru.wikipedia.org

16. Тунгусский феномен, программа и методика озоления кустарничков для изучения радиоактивности района Тунгусского падения // http://tunguska.tsc.ru

17. Тыква.Ру, Естественные радионуклиды в морских экосистемах // http://bibl.tikva.ru

18. Ульянова Е.В., Позолотина В.Н. Изменчивость ферментных систем в ценопопуляциях одуванчика лекарственного из зоны восточно-уральского радиоактивного следа (публикация автора на scipeople). Радиационная биология. Радиоэкология. - 2004. Т. 44. №5. С. 598-603.

19. Чернозем выщелоченный и обыкновенный, характеристика // http://redreferat.ru

20. Уран как химический элемент // http://megabook.ru

21. УРАН. ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ: УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Автор/составитель: Черноруков Н.Г., Нипрук О.В., // http://window.edu.ru

22. Экология урана, Уран в различных природных средах, растениях и животных // http://profbeckman.narod.ru

23. Ядерная энергия, человек и окружающая среда / Новости Национального исследовательского центра «Курчатовский институт». – М., январь 2014. – 4 с.

24. Особенности аккумуляции радионуклидов наземными мхами в зоне многолетнего техногенного воздействия, научная статья, Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону.

26

Код для цитирования: Скопировать