ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ НАКОПЛЕНИЯ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ СИНАНТРОПНОЙ ФЛОРОЙ ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ НА ПРИМЕРЕ ТРАВЫ ТЫСЯЧЕЛИСТНИКА ОБЫКНОВЕННОГО

Полный текст

Введение Освоение минеральных ресурсов, интенсивные технологии в сельском хозяйстве, связанные с использованием пестицидов, последствия Чернобыльской трагедии - все эти факторы резко обострили проблему обеспечения медицинской и фармацевтической промышленности растительным сырьем в полном объеме и ассортименте. Мониторинговые исследования территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской атомной электростанции, и сегодня не потеряли своей актуальности в связи с длительным периодом полураспада радионуклидов, попавших в атмосферные осадки в 1986 году и разнесенных на значительное удаление от места трагедии. Известно, что источником поступления в окружающую среду техногенных радионуклидов являются, как правило, атомные электростанции, хранилища радиоактивных отходов, а также предприятия по их переработке, так как, преимущественно все они являются продуктом распада урановых ядер. Природные радионуклиды присутствуют в том или ином количестве во всех объектах природы, не связаны с деятельностью человека и техногенными катастрофами и распределены на планете относительно равномерно [2, 3]. Загрязненное лекарственное растительное сырье (ЛРС) и препараты, полученные из него, являются одними из значимых источников поступления экотоксикантов, в частности, радионуклидов, в организм человека. Учитывать особенности аккумуляции в ЛРС радионуклидов необходимо, так как некоторые лекарственные растения способны проявлять способность к накоплению изотопов, как техногенного (например, стронций-90 (Sr-90), цезия-137 (Cs-137)), так и природного происхождения (например, калий-40 (K-40), радий-226 (Ra-226), торий-232 (Th-232)), которые активно мигрируют по цепочке «почва → ЛРС → лекарственный препарат → человек» [4, 5, 19]. Одним из районов радиоактивного загрязнения более, чем 30-летней давности, является Воронежская область - традиционный район земледелия и растениеводства. Радионуклиды активно переходят из почвы в растения и далее по трофическим цепям [6, 9]. В Центральном Черноземье сосредоточена большая часть заготовок ЛРС России. Почвы Центрального Черноземья преимущественно представлены черноземами, которые отличаются высоким содержанием гумуса, глины, ила и других органических веществ, что обуславливает большую ёмкость поглощения радионуклидов и их прочную сорбцию. Поэтому содержание радиоактивных элементов в черноземных почвах всегда относительно более высокое, чем, к примеру, в подзолистых, серых лесных и красноземных [20]. Радиационный контроль ЛРС основывается на требованиях ФЗ №3 от 09.01.1996 г. «О радиационной безопасности населения» и проводится в соответствии с требованиями ОФС.1.5.3.0001 [1]. Тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.) - синантропное многолетнее травянистое растение, сырье которого заготавливается в дикорастущих особей. На территории РФ встречается практически повсеместно, кроме Крайнего севера и степей Калмыкии. К почве неприхотлив, приживается как на плодородных землях, так и на бедных супесях и суглинках, переносит зной и засуху. Для успешного роста и размножения предпочитает селиться на лужайках, пустырях, по обочинам лесных дорог и оврагам, а также по берегам водоёмов. В настоящее время используется в ландшафтном дизайне [7, 8, 14]. Повсеместное произрастание и высокая способность к накоплению различных элементов из почв делают тысячелистник обыкновенный перспективным растительным объектом для проведения эколого-гигиенических исследований, что неоднократно было использовано различными авторами. К настоящему времени подробно изучены особенности накопления тяжелых металлов и мышьяка в траве тысячелистника обыкновенного [7, 10, 12, 15, 16, 17, 18]. На примере лекарственного растительного сырья, заготовленного на территории Воронежской области показано, что трава тысячелистника обыкновенного способна избирательно концентрировать некоторые тяжелые металлы, входящие в активные центры ферментных систем (например, такие как медь и цинк), в том случае, если их содержание в окружающей среде ниже некоторого жизненно важного уровня; при значительном же содержании данных элементов в почвах, растение также физиологически блокировало их поступление в надземную часть. Данный факт свидетельствует, что для тысячелистника обыкновенного в условиях антропогенной нагрузки в результате действия отбора в условиях техногенного загрязнения внешней среды и проявления адаптации к этим условиям происходит формирование эдафотипа [7]. Особенности накопления радионуклидов для данного вида изучены гораздо меньше. Исследования Егоровой И.Н. показали преимущественное накопление природных изотопов К-40 (81% общей радиоактивности травы и 76% - соцветий). Аккумуляция техногенных радионуклидов - Sr-90 и Cs-137 характеризуется абсолютными значениями от 0,46 Бк/кг до 1,02 Бк/кг и коэффициентами накопления 0,41-0,56 [11]. Исследования Колчанова Р.А. по сравнительному анализу накопления радионуклидов в растениях позволили выявить относительно низкую аккумулирующую способность Cs-137 у тысячелистника обыкновенного (от 11 до 85 Бк/кг) [13]. Цель исследования - изучение закономерностей аккумуляции радиоизотопов природного и техногенного происхождения в растительных объектах на примере траве тысячелистника обыкновенного (Achillea millefolium L.), заготовленного на территории Воронежской области. Методика Для заготовки образцов использовали разные с точки зрения антропогенного воздействия территории Воронежской области: промышленные предприятия (рис. 1: 23, 24, 28); теплоэлектроцентраль (рис. 1: 27); атомная электростанция (рис. 1: 8); аэропорт (рис. 1: 30); улица г. Воронежа (рис. 1: 31); высоковольтные линии электропередач (рис. 1: 9); водохранилище (рис. 1: 29); городские населенные пункты (Борисоглебск (рис. 1: 25), Калач (рис. 1: 26)); зона месторождения медно-никелевых руд (рис. 1: 4); зоны загрязнения в результате аварии на Чернобыльской АЭС (рис. 1: 5-7); районы активной сельскохозяйственной деятельности (рис. 1: 10-22); дороги разной степени загруженности (трасса М4 (рис. 1: 32, 34), трасса А144 (рис. 1: 33), проселочная дорога (рис. 1: 35), железная дорога (рис. 1: 36); зоны контроля - Воронежский биосферный заповедник (рис. 1: 1), Хоперский заповедник (рис. 1: 2), Теллермановский лес (рис. 1: 3). Траву тысячелистника обыкновенного заготавливали в соответствии с требованиями ФС.2.5.0101.18 «Тысячелистника обыкновенного трава», в конце июня - начале июля, в фазу начала цветения от дикорастущих растений, в сухую погоду, срезая их ножницами, секатором или ножом верхушки стеблей и ветвей длиной до 15 см. Сушили ЛРС естественным теневым способом при хорошей вентиляции [1]. Также с исследуемых территорий отбирали с помощью лопат пробы верхних слоев почв (0-10 см от поверхности) в соответствии с ГОСТ Р 58595-2019 «Почвы. Отбор проб».Анализ образцов проводили на спектрометре МКГБ-01 «РАДЭК» (НТЦ «РАДЭК», Россия). Определение удельной активности радионуклидов в почве осуществляли по МР 2.6.1/2.3.7.0216-20, в ЛРС - в соответствии с первым вариантом измерений ОФС.1.5.3.0001 [21]. Измеряли удельную активность основных техногенных (Sr-90, Cs-137) и природных (К-40, Ra-226, Th-232) радиоизотопов. Для оценки аккумулирующей активности природных и техногенных радиоизотопов надземной частью полыни горькой из почв рассчитывали коэффициенты накопления (КН): , , где СЛРС - удельная активность радиоизотопов в травы тысячелистника обыкновенного, Бк/кг СВСП - удельная активность радиоизотопов в почве, Бк/кг [8]. Рис. 1. Карта-схема отбора образцов почв и травы тысячелистника обыкновенного (цифровые обозначения расшифрованы выше) Результаты исследования и их обсуждение Проведенные исследования позволили считать все проанализированное сырье тысячелистника обыкновенного соответствующим требованиям радиационной безопасности. Удельная активность природных и техногенных радиоизотопов в траве тысячелистника обыкновенного, заготовленной на территории Воронежской области, характеризуется невысокими числовыми значениями и равномерностью распределения по изучаемым районам заготовки ЛРС. Накопление Sr-90 в траве тысячелистника обыкновенного характеризуется значениями удельной активности 2,8-5,3 Бк/кг при среднем значении 3,7 Бк/кг, что значительно меньше предельно допустимых требований, установленных ГФ XV в 200 Бк/кг. Аккумуляция Cs-137 в траве тысячелистника обыкновенного характеризуется более высокими абсолютными значениями - 18,4-78,6 Бк/кг, а среднее значение удельной активности для всех изучаемых образцов ЛРС составило 44,1 Бк/кг, что также гораздо меньше предельно допустимого значения 400 Бк/кг. Значения сумм показателей соответствия требованиям радиационной безопасности и погрешностей их определения для анализируемых образцов травы тысячелистника обыкновенного не превышали 1,0, варьируя от 0,07 до 0,21, что дает основание признать ЛРС, заготовленное на территории Воронежской области, соответствующими критерию радиационной безопасности (первая группа) [1, 8]. Аккумуляция в траве тысячелистника обыкновенного природных радионуклидов, содержание которых в настоящее время не нормируется, характеризуется невысокими числовыми значениями. Удельная активность Th-232 варьировала от 2,6 Бк/кг до 8,2 Бк/кг, в среднем составляя 4,9 Бк/кг. Удельная активность К-40 варьировала от 316 Бк/кг до 948 Бк/кг при среднем значении 525 Бк/кг. Аккумуляцию Ra-226 травой тысячелистника обыкновенного характеризуют значения его удельной активности 2,7-7,7 Бк/кг, средняя удельная активность составила 5,2 Бк/кг [8, 20]. Корреляционный анализ удельной активности природных и техногенных радионуклидов в почве и траве тысячелистника обыкновенного (таблица 1) позволил выявить сильную взаимосвязь между определяемыми показателями для К-40, Sr-90, Cs-137, Ra-226, что подтверждает преимущественное транспочвенное загрязнение ими растительное сырье. Слабая корреляционная связь, установленная по удельной активности Th-232 в почве и растении, вероятно, связана с низкими числовыми значениями показателя в сырье, но также может свидетельствовать о загрязнении его аэрозольным путем. Таблица 1. Коэффициенты корреляции между удельными активностями природных и техногенных радиоизотопов в почве и траве тысячелистника обыкновенного ЛРС Sr-90 Cs-137 Th-232 К-40 Ra-226 Трава тысячелистника обыкновенного 0,89 0,99 0,12 0,95 0,83 Данные, представленные на рис. 2-6 показывают, что при увеличении удельной активности всех определяемых радионуклидов в почве возрастала их удельная активность в траве тысячелистника обыкновенного. Для описания закономерностей перехода природных и техногенных радиоизотопов выведены математические зависимости. Рис. 2. Зависимость удельной активности Sr-90 в траве тысячелистника обыкновенного от его удельной активности в почве Рис. 3. Зависимость удельной активности Cs-137 в траве тысячелистника обыкновенного от его удельной активности в почве Рис. 4. Зависимость удельной активности Th-232 в траве тысячелистника обыкновенного от его удельной активности в почве Рис. 5. Зависимость удельной активности К-40 в траве тысячелистника обыкновенного от его удельной активности в почве Рис. 6. Зависимость удельной активности Ra-226 в траве тысячелистника обыкновенного от его удельной активности в почве Анализ полученных расчетных коэффициентов накопления радионуклидов показал, что трава тысячелистника обыкновенного наиболее интенсивно кумулирует из верхних слоев почв К-40 (коэффициенты накопления составили 0,86-1,12 при среднем значении 1,04) и Cs-137 (коэффициенты накопления - 0,86-1,15 при среднем значении 1,02). Sr-90 и Ra-226 умеренно аккумулируются в траве тысячелистника обыкновенного - средние коэффициент накопления обоих радиоизотопов составили 0,59, варьируя в диапазонах 0,48-0,74 и 0,51-0,81 соответственно. В наименьшей степени в траве тысячелистника обыкновенного накапливается Th-232: коэффициенты его накопления составили в среднем 0,13, варьируя от 0,07 до 0,31 [8]. Для коэффициентов накопления К-40, Sr-90, Ra-226, Th-232 в траве тысячелистника обыкновенного (рис. 7-11) отмечены тенденции к снижению при увеличении их удельной активности в почве, что указывает на наличие физиологических механизмов регуляции их поступления в растение. Коэффициенты накопления Cs-137, напротив, несколько возрастают, что указывает на способность растительного сырья к аккумуляции данного радионуклида. Рис. 7. Зависимость коэффициентов накопления Sr-90 в траве тысячелистника обыкновенного от его удельной активности в почве Рис. 8. Зависимость коэффициентов накопления Cs-137 в траве тысячелистника обыкновенного от его удельной активности в почве Рис. 9. Зависимость коэффициентов накопления Th-232 в траве тысячелистника обыкновенного от его удельной активности в почве Рис. 10. Зависимость коэффициентов накопления К-40 в траве тысячелистника обыкновенного от его удельной активности в почве Рис. 11. Зависимость коэффициентов накопления Ra-226 в траве тысячелистника обыкновенного от его удельной активности в почве Заключение Изучено накопление природных и техногенных радионуклидов травой тысячелистника обыкновенного, заготовленной в естественных и искусственных фитоценозах Воронежской области. Все исследуемое растительное сырье соответствует существующим требованиям радиационной безопасности (первая группа). Корреляционный анализ удельной активности природных и техногенных радиоизотопов в почве и траве тысячелистника обыкновенного подтвердил преимущественное транспочвенное загрязнение ЛРС. При увеличении удельной активности К-40, Sr-90, Cs-137, Ra-226, Th-232, в почве возрастала их удельная активность в растительном сырье. Для травы тысячелистника обыкновенного, произрастающей в Воронежской области, отмечено интенсивное аккумулирование из верхних слоев почв К-40 и Cs-137. Коэффициенты накопления К-40, Sr-90, Ra-226, Th-232 из почв в траве тысячелистника обыкновенного имели тенденцию к снижению по мере увеличения удельной активности радионуклидов в почве, а Cs-137 - напротив, возрастали, что свидетельствует о высоких фиторемедиационных способностях вида в отношении данных природных радиоизотопов. Впервые выявленные в результате исследования закономерности и математические зависимости накопления техногенных и природных радионуклидов в траве тысячелистника обыкновенного позволяют прогнозировать особенности загрязнения растительного сырья данными экотоксикантами.

Об авторах

Нина Алексеевна Дьякова

Воронежский государственный университет

Email: email@example.com
доктор фармацевтических наук, доцент, доцент кафедры фармацевтической химии и фармацевтической технологии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет». Россия, 394006, Воронеж, Университетская площадь, 1

Список литературы

Дополнительные файлы