Влияние загрязнения, вызванного радиационным излучением урана, на минеральное питание растений вида Artemisia dracunculus



Работа посвящена изучению влияние радиоактивного загрязнения на минеральное питание растении вида Artemisia dracunculus, произрастающей в окрестностях Каджи-Сайского хвостохранилища. В процессе радиологических исследований выявлен превышающий предельно допустимые нормы высокий уровень радиации в местах захоронения урановых отходов (36–300 мР/час). Содержание минеральных веществ Artemisia dracunculus были определены с помощью масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой ICP-MS. Установлено, понижение и увеличение количества некоторых элементов у образцов, показывающий уровень потребления минеральных элементов растениями в зависимости от радиоактивных загрязнений.

Ключевые слова: Каджи-Сай, полынь эстрагонная, радиоактивное загрязнение, минеральные элементы.

С развитием горной промышленности одновременно началось загрязнение окружающей среды. Одним из видов загрязнений окружающей среды является радиоактивное загрязнение. Аварии АЭС, испытательные ядерные взрывы и отходы уранового производства являются основными причинами облучения живых существ, а также попадания радиоактивных веществ в окружающую среду [1].

При Советском Союзе часть урана, используемый на атомных электростанциях производилась в Кыргызстане. И по этой причине, к сегодняшнему дню на территории Кыргызстана находится более 50 хвостохранилищ отходов производства урана [2]. Одним из этих хвостохранилищ расположен в 1,5 км от берега озера Иссык-Куль, вблизи села Каджи-Сай [3]. Оно образовалось в период с 1952 по 1966 гг. в процессе экстракции уранового концентрата из золы, сжигавшихся на ТЭЦ бурых углей с повышенным содержанием урана из расположенного рядом месторождения [2]. Объем накопленных хвостов уранового производства, а также других промышленных отходов здесь составляет около 400 тыс. м³ [3,4].

В настоящее время, под влиянием природных и антропогенных факторов идет постепенное нарушение защитного покрытия, под которыми находится радиоактивные отходы и утечка радиации [3]. Живые организмы, находящиеся в таких геохимических условиях, подвергаются воздействию радиоактивного излучения. Для дальнейшей реабилитации и решения проблемы в таких регионах, где до сих пор происходит радиоактивное загрязнение, необходимо оценить степень загрязнения почвы и влияния их на живые организмы [5].

Целью данной работы было изучение степени радиоактивных загрязнений окрестностей Каджи Сайского хвостохранилища и влияние этих загрязнений на минеральное питание растений вида Artemisiadracunculus.

Материалы иметоды исследований

Исследование проводились в урановой природно-техногенной провинции Каджи-Сай, который расположен на южном побережье оз. Иссык-Куль, в 270 км от столицы Кыргызстана — города Бишкек, на высоте 1978,9 м над уровнем моря (Рис.1).

В качестве объекта для исследований послужили образцы растений вида Artemisiadracunculus, произрастающие в окрестностях данного хвостохранилища. Artemisiadracunculus — многолетнее растение высотой в среднем 20–80 см. Стебли буро-фиолетовые, густооблиственные. Листья темно-зеленые, линейные. Полынь эстрагонная — многолетнее растение, из семейства сложноцветных. Странами происхождения полыни эстрагонной считается Средняя Азия и Сибирь [6].

Рис. 1. Космические снимки хвостохранилищи и завода по переработке урана в поселке Каджи-Сай (фотографии были сделаны с помощью программы Google Eаrth, 2018)

Координаты месторасположений хвостохранилищи и исследуемых станций определены с помощью GPS оборудования (Garmin, eTrex 12 Channel Handheld). Для определения радиационнного фона (в микрорентген/час, mR/h) был использован дозиметр SRP 68–01. Данные о координатах и уровнях радиационного фона исследованных станций представлено на таблице 1. Как показано в рис. 1, исследование проведено на пяти станциях. Для получения достоверных показателей с каждой станции было взято минимум по три образца растений. В качестве 1-станции взята сама хвостохранилище, 2-станция — территория завода по переработке урана, 3 и 4-станции немного отдалены от хвостохранилища в направлении озера и как контрольная станция выбрана территория, находящееся вдали от хвостохранилища на расстоянии 5,3 км в сторону запада.

Определение содержаний минеральных элементов в образцах растений вида Artemisiadracunculus и почвы произведено с помощью оборудовании масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой ICP-MS.

Результаты исследований

Как видно из данных табл. 1, наиболее высокий уровень радиации наблюдается на 1-станции, где расположено сама хвостохранилище. Здесь уровень радиации колеблется между 36 -100 мР/ч, а в местах, где нарушена защитное покрытие достигает до 200–300 мР/ч. В контрольной станции радиационный фон составляет 16–19 мР/ч. Во 2-станции уровень радиации находится в пределах 16–25 мР/ч, а в 3- и 4- станции этот показатель составил соответственно 18–21 и 17–20 мР/час.

Таблица 1

Станции замера радиационного фона, сбора образцов почвы ирастений

Станции	Очередность измерений	GPS— координаты	Высота над уровнем моря, (м)	Уровень радиации, мР/ч
1-станция (хвостохранилище)	1.	42.153995N 77.217800E	1716	36–38
	2.	42.154186N 77.217722E	1710	40–42
	3.	42.153632N 77.217969E	1720	60–100 (в местах, где нарушена целостность защитного порытия до 200–300)
2-станция	1.	42.152630N 77.219471E	1745	25
	2.	42.152032N 77.219475E	1755	16–17
	3.	42.153347N 77.219629E	1733	18–21
3-станция	1.	42.156696N 77.216006E	1682	20–21
	2.	42.157282N 77.216018E	1677	18–19
	3.	42.156398N 77.216226E	1684	19–21
4-станция	1.	42.164050N 77.213854E	1646	17–19
	2.	42.164558N 77.214250E	1648	17–18
	3.	42.163846N 77.213546E	1648	18–20
5-станция (контроль)	1.	42.158614N 77.153580E	1618	18–19
	2.	42.158314N 77.153589E	1621	17–19
	3.	42.158012N 77.153588E	1623	16–18

Результаты анализа на содержание калия, кальция и магния в образцах растений показаны на рис. 2. По представленным данным рисунка, видно, что, высокое содержание кальция в органах (листья, стебель, корень) наблюдается у образцов 1-станции, а самое низкое содержание данного элемента у образцов 5-станции, то есть, по мере удаления от места захоронения радиоактивных отходов уменьшается содержание данного элемента.

Рис. 2. Содержание некоторых минеральных элементов (мг. кг^-1) у полыни эстрагонной.

Наивысшее содержание калия в листьях наблюдается у образцов 3-станции (53984,7 мг/кг^-1), а самое низкое содержание на контрольной 5-станции (29510,22 мг/кг^-1). В стеблях самое высокое содержание калия обнаружено у образцов 1-станции (22454,052 мг/кг^-1), а самое низкое содержание у образцов 2-станции (5340,902 мг/кг^-1). В образцах корня 1-станции также наблюдается высокое содержание калия (7687,254 мг/кг^-1), тогда как, самое низкое содержание данного элемента наблюдалось у образцов 5-станции (9028,985 мг/кг^-1). Высокое содержание магния в листьях наблюдается образцах 3-станции (4897,913 мг/кг^-1), а самое низкое содержание в образцах 2-станции (3115,295 мг/кг^-1). В стеблях самое высокое содержание магния наблюдается на 4-станции (1378,302 мг/кг^-1) и самое низкое содержание на 2-станции (754,996 мг/кг^-1). Наивысшее содержание магния в образцах корня наблюдается на 3-станции (2549,855 мг/кг^-1) и самое низкое содержание на 2-ой станции (1089,543 мг/кг^-1)/

Данные о результатах анализа по содержанию минеральных элементов на образцах почвы исследуемых станций представлены на рис.3.

Рис. 3. Содержание некоторых минеральных элементов (мг. кг^-1) в почвах.

Как свидетельствуют полученные данные, представленные на рисунке, самое высокое содержание кальция обнаружено в образцах почвы 1-станции (7108,060 мг/кг^-1), а самое низкое содержание в образцах 5-станции (1717,558 мг/кг^-1). Такая тенденция наблюдается и по другим минеральным элементам. Наивысшее содержание калия установлено у образцов 1-станции (10595,179 мг/кг^-1), самое низкое содержание у образцов 5-станции (2710,528 мг/кг^-1). Высокая концентрация магния наблюдается на 1-станции (13222,528 мг/кг^-1), а низкая концентрация — в 5-станции.

Обсуждение результатов

Наиболее высокий уровень радиации обнаружено в районе хвостохранилище, который колеблется в пределах 36 -100 мР/ч, а в местах, где нарушена защитное покрытие достигает до 200–300 мР/ч. Сравнивая результаты измерений всех 5-ти станций, можно заметить, что уровень радиации на 1-станции немного выше, чем на других станциях. Это обусовлено нарушением целостности защитных покрытий хвостохранилища. Уровень радиации на контрольной станции составил 16–19 мР/ч.

По результатам исследований по содержанию минеральных элементов в образцах растений, можно заметить, что наивысшая концентрация кальция обнаружено в листьях полыни эстрагонной, произрастающих на 1-станции (5106.187 мг/кг^-1), а самое низкое содержание — в стеблях растений 5-станции (947.717 мг/кг^-1). Как представлено на рис. 3 в образцах почвы 1-станции установлена самый высокий уровень содержания кальция (7108.060 мг/кг^-1), а самый низкий уровень на 5-станции (1717.558 мг/кг^-1). По литературным данным, средний уровень содержания кальция в почве колеблется в пределах 1000–50000 мг/кг^-1, а в растениях от 200 до 300000 мг/кг^-1 [7]. В данном случае уровень содержания кальция в почве находится ниже нормы во всех станциях, в то же время в растениях содержания кальция находится в пределах нормы.

Калий является одним из макроэлементов входящих в состав растений. По нашим данным, самый высокий уровень кальция обнаружен в листовой части растений (49014.109 мг/кг^-1) 1-станции, а самый низкий уровень — в стеблевой части растений (5454.459 мг/кг^-1) 2-станции. Самое высокое содержание этого элемента в почвах установлено в образцах 1-станции (10595.913 мг/кг^-1), а самая низкое содержание — в образцах 5-станции (3889.793 мг/кг^-1). По данным некоторых исследователей содержания калия в почве колеблется в пределах 5000–25000 мг/кг (в среднем 12000 мг/кг^-1), а в растениях — 10000–50000 мг/кг^-1 [8]. Уровень содержания калия в Artemisiadracunculus колеблется в пределах нормы почти во всех исследованных станциях, за исключением 2-станции, где, в стеблях содержание данного элемента оказалось ниже нормативного показателя (3642,9). По результатам исследований установлено, что, в образцах почв 2-, 4- и 5-станции содержание калия ниже нормальных пределов. Также стоит отметить то, что на 1-станции с высоким уровнем радиации, содержание калия достаточно высокое.

Согласно результатам, самая высокая концентрация магния наблюдается в листьях растений 3-станции (4897.913 мг/кг^-1), а самая низкая концентрация во 2-станции (754.996 мг/кг^-1). Как наглядно видно на рис. 3,самый высокий уровень магния обнаружено в почвах 1-станции (13221.910 мг/кг^-1), а самый низкий — в почвах 2-станции (2710.528 мг/кг^-1). Обычно, в норме средний уровень содержания магния в почве составляет от 300 до 8000 мг/кг^-1, а в растениях от 1500 до 10000 мг/кг^-1 [8, 9]. По нашим данным, в листьях растений уровень содержания магния на всех станциях находится в пределах нормы. Самый низкий уровень содержания магния обнаружено на стеблях 2- и 1-станции и на корнях 2-станции.

Таким образом, понижение и увеличение количества некоторых элементов в большей степени характерно для образцов растений и почвы 1-станции, так как хранилище урановых отходов расположено именно там. Ссылаясь на данные, которые получены нами, можно сказать, что уровень радиационного фона на 1-станции намного превышает предельно допустимые нормы. Радиационный фон немного превышен также во 2- и 3-станциях, видимо, это связано с нарушением целостности защитного покрытия хвостохранилища.

Обобщая результаты, полученные данные, можно отметить, радиоактивное загрязнение в какой-то мере влияет на уровень потребления минеральных элементов растениями.

Литература:

1. Uslu, I. Environment Radioactivity and Ongoing Surveilance Programme in Turkey. Proceedings of the Second Eurasian Conference, Nuclear Science and its Application, 16–19 September 2002, Almaty, 2003.
2. Angelini, S. Environmental Issues in Central Asia. TEN Center, Venice Internatinal University. 2010, 46 с.
3. Djenbaev, B.M., Kaldybaev, B.K. ve Toktoeva, T. E. Radioecological research in areas of technical Issyk-Kul region. Perspectives of peaceful use of nuclear energy, The fifth international conference. Book of abstracts; Baku (Azerbaijan), Vol. 44, Issue 4 (1), 21–23 Nov 2012.
4. Torgoev, I. A., Losev, V. A. and Havenith, H. B.. Monitoring of sliding processes in populated territories of Kyrgyzstan. Materials of Intern. Symposium “End G’eol City — 2001”. Ekaterinburg, Vol 1: 2001, 385–393 с.
5. Metehan Tolon Necla Haliloğlu (Kilit Olmayan Uzmanlar). “Esnaf ve Sanatkârların Uyum Yeteneğinin Artırılması” Projesi Trh3.2adaptesk/P-01, Mevcut Durum Analizi Raporu, 19 Mart 2016 Ankara.
6. Gulpinar, Y. Tarhun Bitkisinin (Artemisia dracunculus L.) Wistar Albino Ratlarda Oluşturulmuş Akut Karaciğer Toksik Hasarına Karşı Koruyucu ve Tedavi Edici Etkisinin Araştırılması. Gaziantep Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyoloji Bölümü, Yüksek Lisans Tezi, 48, Gaziantep, 2012
7. Kacar, B. & Katkat, A. V. Plant nutrition. Nobel publication, (849), 2007, 29 с.
8. Unver, I. & Anac, D. Toprak Bilgisi ve Bitki Besleme, Second Edition, Anadolu University Press, Eskişehir, 2013. 201–211с.
9. Barker, A.V. & Pilbeam, D. J. Handbook of plant nutrition (Vol. 117). CRC press. 2007, 415–416 с.