Введение к работе
Актуальность исследования Предприятие ФГУП «ПО «Маяк»» является первым промышленным ядерным объектом России, введенным в эксплуатацию более 60 лет назад. Исторически на предприятии сложилась система обращения с жидкими радиоактивными отходами, предусматривающая их выдержку в водоемах-накопителях. Водоемы-накопители образуют так называемый Теченский каскад водоемов (ТКВ), который оказывает значительное влияние на экологическую обстановку в районе деятельности предприятия. В настоящее время в системе ТКВ накоплено 200 тыс. Ки (7.41012 кБк) активности (Слюнчев, 2007).
Особенностью головного водоема ТКВ – В-3 – является наличие большого количества искусственных долгоживущих радионуклидов, в частности 90Sr, 137Cs, 239+240Pu, 241Am и др. (Cleaning…, 2009). До недавнего времени современное состояние данного техногенного водоема оставалось за рамками детального радиоэкологического изучения. Исследователи обращались преимущественно к анализу запасов в таких компонентах, как вода и донные осадки водоема.
Сегодня приходится констатировать почти полное отсутствие специальных исследований размеров накопления радионуклидов в макрофитах данного водоема. Между тем, водная растительность обладает высокой способностью к их аккумуляции. Масштабы формирующихся запасов радионуклидов в ходе развития макрофитов определяются их продуктивностью, способностью к накоплению и влиянием внешних и внутриводоемных факторов среды.
Цель и задачи исследования Проблема изучения депонирования радионуклидов в макрофитах сплавин, представляющих собой естественный компонент водоема, испытывающего заболачивание, каковым является В-3, и состоящих из комплекса водных растений и продуктов биогеохимической переработки их остатков в виде торфяного субстрата, предполагает решение задач определения различных радиоэкологических показателей. Их определение может дать представление о составе радионуклидов, тенденции и направленности процессов их миграции, рассеяния и концентрации в конкретном водоеме.
Поэтому основной целью работы было охарактеризовать роль макрофитов в депонировании двух основных долгоживущих радионуклидов 90Sr и 137Cs в водоеме-накопителе низкоактивных отходов – В-3. В связи с поставленной целью решались следующие задачи:
описание условий произрастания и видового состава и состава формаций макрофитов сплавин водоема В-3;
экспериментальное исследование закономерностей поглощения долгоживущих радионуклидов 90Sr и 137Cs из воды водоема В-3, загрязненного радиоактивными веществами, растительными биоматериалами на основе макрофитов контрольного водоема;
изучение накопления 90Sr и 137Cs в различных видах растений и их формациях, представление количественных показателей накопления, сравнение их для стабильных элементов и радионуклидов;
выявление характера проявления и моделирование пространственной динамики радионуклидов, а также расчет запасов радионуклидов, связанных с макрофитами сплавин водоема В-3.
Положения, выносимые на защиту:
-
Водоем В-3 характеризуется высокой степенью зарастания, сплавинам принадлежит ведущая роль в продуцировании органического вещества.
-
Высокая способность субстратов водных растений (торфа и сапропеля) контрольного водоема В-1 к сорбции обоих радионуклидов из воды технологического водоема В-3, установленная в лабораторных экспериментах, соотносится с коэффициентом накопления – КН, полученным для субстратов водоема В-3. Из двух изученных радионуклидов лучше сорбируется субстратами 137Cs, чем 90Sr.
-
Накопление 90Sr и 137Cs в макрофитах сплавин водоема В-3 претерпевает видовую и пространственную изменчивость, обусловленную как индивидуальными свойствами растений, так и экологическими особенностями условий произрастания. В целом для макрофитов водоема отмечается высокая корреляция между 90Sr и Са, 90Sr и Sr и не отмечается для 137Сs и К.
-
Величина запасов радионуклидов, формирующихся в надземной части макрофитов растительно-торфяных сплавин, зависит от параметров распределения фитомассы и активности радионуклидов. Макрофиты сплавин играют основную роль в накоплении радионуклидов макрофитами водоема В-3.
Научная новизна и практическая значимость работы Впервые проведено изучение накопления двух радиоэкологически значимых радионуклидов – 90Sr и 137Cs – в макрофитах водоема В-3.
Установлены закономерности пространственного распределения макрофитов, включающие составление перечня видов и их сообществ. На основе проведенных исследований определена степень зарастания водоема В-3 и составлена карта-схема зарослей макрофитов.
Получены количественные данные по уровням накопления 90Sr и 137Cs в макрофитах водоема В-3: коэффициенты накопления (КН), построение рядов видов по накоплению каждого отдельного радионуклида. Это позволило установить видовую и связанную с условиями произрастания специфичность биоаккумуляции, а также выявить избирательную способность макрофитов к накоплению двух радионуклидов.
В сочетании с описанием видового состава группировок макрофитов, определением площади зарастания, оценкой фитомассы, информация о показателях накопления использована для оценки как интегральных годичных запасов радионуклидов в составе отдельных формаций и видов растений. Использование долевого соотношения погруженных и полупогруженных видов при оценке распределения их в водоеме позволяет установить запасы радионуклидов для массовых видов макрофитов.
Полученные данные, которые описывают взаимосвязь накопления долгоживущих радионуклидов в макрофитах и других компонентах, позволяют располагать более полной информацией о характере их биогенной миграции в водоеме В-3. Они могут быть использованы при анализе структуры сообществ макрофитов, для детальных исследований по оценке антропогенного воздействия радионуклидного состава вод на макрофиты, для составления краткосрочного прогноза состояния водных экосистем. Разработанные подходы и использованные методы могут найти применение при обосновании скорректированных уровней ПДК радионуклидов для гидробионтов.
Работа выполнена в соответствии с планами НПР: «Изучение радиационной и санитарно-гигиенической обстановки в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения предприятия, разработка и совершенствование системы контроля загрязняющих веществ в объектах окружающей среды»; гос. регистрационный номер № 1-12-06-00-08: за 2005 г. (п.14 «Современная оценка состояния водной растительности водоемов ТКВ и В-2 и определение уровней накопления цезия-137, стронция-90, плутония-239 фитопланктоном и высшей водной растительностью»), 2006 г. (п. 15 «Изучение радионуклидного состава растительно -торфяных сплавин водоема В-3 ТКВ»), 2008 г. (п.15 «Особенности накопления долгоживущих радионуклидов в водных растениях водоема В-3 ТКВ»), 2009 г. (п.17 «Исследование закономерностей аккумуляции долгоживущих радионуклидов растительными ассоциациями водоема В-3 ТКВ: научные и практические аспекты»).
Апробация результатов исследования: Ключевые положения диссертационного исследования были изложены автором в 9 научных публикация. Материалы диссертационной работы представлялись на: научно-практических конференциях, посвященных актуальным экологическим проблемам Южного Урала, Всероссийских и региональных научных конференциях, вторых чтений памяти В.И. Корогодина и
В.А. Шевченко научного общества «Биосфера и человечество» им. Н.В. Тимофеева-Ресовского, III молодежной конференции «Ядерно-промышленный комплекс Урала: проблемы и перспективы» (Ярославль, 2007; Дубна, 2009; Озерск, 2006).
Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 136 страницах компьютерного текста. Состоит из введения, шести глав и выводов. Список использованной литературы содержит 178 источников, из них 67 иностранных авторов. Работа иллюстрирована 25 рисунками, в частности одна карта-схема, и 17 таблицами.
