Введение. Увеличение радиоактивной антропогенной нагрузки на аграрные ландшафты является значимой радиобиологической проблемой. На сегодняшний день достаточно тщательно изучена радиационная обстановка в агарных ландшафтах с высоким уровнем радиоактивного загрязнения, сформированным благодаря радиационным катастрофам и испытаниям ядерного оружия.
Оценка удельной активности кормов является неотъемлемым этапом мониторинга радиационной безопасности. В результате радиоэкологического мониторинга в республике Татарстан в 2007–2011 гг. установлено, что содержание 137Cs в объектах ветнадзора не превышало установленных норм, содержание 137Cs в агропродукции: молоко коровье – 0,12 Бк/кг; говядина – 2,58; солома – 0,66; свекла кормовая – 0,25 Бк/кг [1]. С.В. Фесенко с соавторами установили, что в агробиоценозах юго-запада Брянской области плотность загрязнения почвы 137Cs находится в диапазоне 47–745 кБК/м2, авторы выделяют три периода полуснижения 137Cs в продукции растениеводства: с 1987 по 1993 г. – 0,58–1,4 года; с 1994 по 2006 г. – 4,4–34,7 лет и с 2007 по 2021 г. – 8,9–50 лет и более [2].
В агробиоценозах территории ВУРС в 2005–2007 гг., по данным М.Ю. Кадочникова, концентрация 137Cs в кормах составляла: силос – 0,4–0,7 Бк/кг; грубые корма – 1,8–2,2; концентрированные – 0,5–1,4 Бк/кг [3]. А.С. Кривоногова установила в 2012–2017 гг., что в агробиоценозах на территории ВУРС в готовой кормовой смеси концентрация 137Cs составляла (3,25 ± 0,10) Бк/кг, 90Sr – (3,83 ± 0,09) Бк/кг [4].
Поступление 137Cs в организм животных происходит алиментарным и аэрогенным путем. Н.Н. Исамовым с соавторами построены статистические модели, описывающие всасывание радионуклидов в желудочно-кишечном тракте сельскохозяйственных животных в зависимости от возраста, проведено ранжирование радионуклидов на основе коэффициентов всасывания для сельскохозяйственных животных, в результате установлена следующая последовательность: 144Ce, 91Y < 106Ru < 60Co < 90Sr, 65Zn, 45Ca < 137Cs < 131I [5].
Усвоение 137Cs происходит в тонком кишечнике, степень всасывания приближается к 100 % в связи с тем, что в биосфере он находится в водорастворимой форме, но по некоторым данным коэффициент всасывания 137Cs составляет 50 % [5]. Установлен высокий коэффициент перехода 137Cs во внутреннюю среду организма животных с однокамерным желудком, молодняка и беременных [6]. Концентрация 137Cs в молоке коровьем при однократном алиментарном поступлении медленно увеличивается в первые 24 ч, максимальные значения фиксируются на 48 ч, затем в течение 144 ч концентрация снижается [7]. При хроническом алиментарном поступлении 137Cs выделение зависит от продуктивности животных и составляет 0,25–13 % от суточного поступления на 1 л молока. С.В. Фесенко с соавторами изучили закономерности изменения концентрации 137Cs в молоке коровьем с территории, загрязненной при аварии на ЧАЭС, в результате работы выделены факторы, определяющие Кп: плотность загрязнения, свойства почвы, проведение защитных и реабилитационных мероприятий. Авторы пришли к заключению, что в данный момент на загрязненной территории происходит снижение миграционной активности 137Cs в сельскохозяйственную продукцию [2]. Коэффициент перехода 137Cs из рациона в 1 л молока составляет 1 % от суточного поступления, однако существуют данные, в которых значения Кп 137Cs из рациона в молоко – 0,4 % [8], по результатам ученых Республики Беларусь Кп изотопа составляет 10 % [9].
Из вышесказанного следует, что вопрос миграционной способности 137Cs в агробиоценозах с высоким уровнем радиоактивного загрязнения достаточно изучен. Изыскания преимущественно проводились в районах чрезвычайных ситуаций на предприятиях атомно-промышленного комплекса. Исследований по определению концентрации 137Cs в компонентах агробиоценозов, оценке его миграционной способности в условиях Красноярского края незначительное количество. В регионе внимание ученых привлекало загрязнение русла реки Енисей, на эту тему выполнено достаточно работ: оценены удельные активности основных антропогенных радионуклидов в воде, донных отложениях и водных объектах (водорослях и разных видов рыб) на всем протяжении р. Енисей: от точки сброса ФГУП ГХК до Карского моря. Исследованы закономерности их распределения, миграции в компонентах экосистемы и сформулированы модели [10–14]. Оценка особенностей миграционной способности техногенных радионуклидов в цепи «почва – корма – продукция животноводства», определение значения агробиоценозов в производстве радиобезопасной агропродукции в условиях точечного радиоактивного загрязнения относятся к важным вопросам региональной агроэкологии.
В связи с тем, что изотоп 137Cs относится к основным дозообразующим радионуклидам с большим периодом полураспада (Т1/2 = 30,167 лет) определение его миграционной активности в агробиоценозах является актуальным для аграрных ландшафтов, имеющих дополнительное техногенное загрязнение.
Цель исследования – в аграрных ландшафтах Красноярского края с дополнительным радиационным грузом определить интенсивность движения 137Cs по трофической цепи «почва – рацион – продукция животноводства».
Задачи: в аграрных ландшафтах с дополнительной техногенной нагрузкой установить уровни загрязнения 137Cs почвы, кормов и молока коровьего; рассчитать КП техногенного цезия в корма и молоко коровье; провести корреляционный анализ результатов; при помощи уравнений линейной регрессии описать миграционную активность 137Cs в звене «корма – продукция животноводства».
Объекты и методы. Исследование проведено в соответствии с нормативными документами [15] в течение 2016–2018 гг. в аграрных ландшафтах Сухобузимского и Казачинского районов Красноярского края. Аграрные ландшафты, исследованные в работе, имели дополнительную техногенную радиоактивную нагрузку и как результат большие величины поглощенных доз для продуктивных животных. Установление величин поглощенных доз для продуктивных животных выполнено А.С. Федотовой в 2021 г. [16]. Исследование выполнено в двух агроландшафтах: агроландшафт с. Момотово (в ферменных биогеоценозах этого ландшафта крупный рогатый скот испытывает действие поглощенной дозы в 1,33 мГр/год); агроландшафт с. Большой Балчуг (поглощенная доза для коров составляла 1,55 мГр/год). Аграрные ландшафты территориально принадлежат зоне наблюдения ФГУП «Горно-химический комбинат» (ФГУП «ГХК»). Аграрный ландшафт с. Момотово расположен в
Удельная активность 137Cs в грубых, сочных кормах и продукции животноводства определялась согласно методикам ФГУП ВНИИМ с предварительным озолением. Удельную активность определяли на гамма-спектрометрах МКГБ-01 «РАДЕК» и «Гамма-1С», дозиметре – радиометре МКС-АТ130 в геометрии сосуда Маринелли в течение 7 200 с. Исследования выполнены в радиологической лаборатории ФГБУ ГЦАС «Красноярский» и лаборатории радиационного контроля «ШАНЭКО Сибирь».
Результаты и их обсуждение. На сегодняшнее время миграция 137Cs по трофической цепи «почва – рацион – продукция животноводства» в аграрных ландшафтах с дополнительным техногенным грузом находится в изостатическом состоянии. Полученные значения при радиоэкологическом мониторинге тестируемых аграрных ландшафтов отражены в таблице 1.
Таблица 1
Концентрация 137Cs в звеньях миграции
|
Число проб |
Удельная активность 137Cs, Бк/кг |
||
|
Интервал значений |
Среднее значение |
||
|
Почва |
|||
|
1,33 |
30 |
14,1–435,3 |
284,2 ± 36,3 |
|
1,55 |
40 |
5,0–356,0,0 |
120,8 ± 18,7 |
|
Грубые и зеленые корма |
|||
|
1,33 |
30 |
1,22–14,17 |
6,81 ± 2,25 |
|
1,55 |
30 |
1,11–7,98 |
2,94 ± 0,84 |
|
Молоко коровье |
|||
|
1,33 |
15 |
0,58–2,41 |
1,33 ± 0,19 |
|
1,55 |
15 |
0,52–2,00 |
1,07 ± 0,20 |
Имеются данные, что удельная активность 137Cs в продукции животноводства на территориях с глобальным техногенным фоном во много раз ниже значений, установленных нормативными документами. В республике Татарстан удельное содержание 137Cs в молоке коровьем – 0,12 Бк/кг, в говядине – 2,58 Бк/кг [1]. Нами определено, что концентрация 137Cs в молоке коровьем в радиационно чистых ферменных биогеоценозах составила 0,16 Бк/кг, что полностью согласуется с данными, полученными в других районах РФ. Выявлено превышение содержания 137Cs в коровьем молоке агроландшафтов с дополнительной техногенной нагрузкой (1,07–1,33 Бк/л) по сравнению со средними данными РФ, но установленные значения много меньше гигиенического норматива [18]. На основании вышеприведенных данных можно заключить, что в ферменных биогеоценозах аграрных ландшафтов Красноярского края производится радиобезопасная агропродукция.
Миграцию 137Cs в цепи «почва – корма – продукция животноводства» оценивали при помощи коэффициента перехода (Кп), который рассчитывался как концентрационное отношение в звене миграции к предшествующему звену. Статистические методы использовались для вычисления коэффициентов корреляции и построения линейных регрессионных моделей. Наличие корреляционной зависимости (rxy) между удельной активностью 137Cs в звеньях цепи миграции определялось путем расчета коэффициента ранговой корреляции по Спирмену. Значение достоверности аппроксимации (R), уравнения регрессии рассчитывались в программе MS Excel.
Расчет Кп (табл. 2) проведен на стойловый период, для расчета использовались данные радиоэкологического обследования (см. табл. 1).
Таблица 2
Значение коэффициента перехода 137Cs в звеньях цепи
|
Звено |
Значение |
|
|
1,33 |
Почва – корма |
0,02 |
|
Корма – молоко |
0,2 |
|
|
1,55 |
Почва – корма |
0,02 |
|
Корма – молоко |
0,4 |
Значения Кп изотопов 137Cs в коровье молоко в агроландшафтах с дополнительным техногенным грузом принадлежат интервалу опубликованных результатов, полученных в других
субъектах РФ, на территории Казахстана и Республики Беларусь. Однако в этой работе они приобрели конкретные численные выражения и характеризуют миграционную активность 137Cs в аграрных ландшафтах Красноярского края. По данным источников Кп 137Cs в молоко коровье составляет 1 %, в мышечную ткань – 8 % от суточного поступления, однако существуют научные результаты, в которых значения Кп 137Cs из рациона в молоко – 0,4 % [19], по результатам ученых Республики Беларусь Кп 137Cs в продукцию составляет 1 % [20]. Установлено, что значение Кп 137Cs в молоко коровье в агробиоценозах Красноярского края с установленным техногенным загрязнением составляет 0,2–0,4, что соответствует интервалу результатов, полученных в аграрных ландшафтах других субъектов России. При изменении радиоэкологической ситуации коэффициенты могут быть использованы для прогнозирования миграции 137Cs в корма и молоко коровье.
На основе биометрической обработки данных с применением статистического пакета программы MS Excel в агроландшафтах с техногенной нагрузкой выявлена прямая линейная умеренная ранговая взаимосвязь по Спирмену между содержанием 137Cs в кормах и концентрацией 137Cs в молоке коровьем, в агроландшафте с дозой 1,35 мГр/год r = 0,96, с дозой 1,35 мГр/год r = 0,94. Практически важным является определение количественной связи между звеньями в любой период мониторинговых исследований. Линейное соотношение концентрации 137Cs в молоке от содержания изотопа в кормах в ферменных биоценозах в агроландшафте с дозой 1,33 мГр/год представлено на рисунке 1, А, в агроландшафте с дозой 1,33 мГр/год – на рисунке 1, Б.
|
|
|
|
А |
Б |
Рис. 1. Зависимость содержания 137Cs в молоке и кормах
в агроландшафтах с дозой 1,33 мГр/год (А), 1,55 мГр/год (Б)
Наличие линейной зависимости позволяет использовать уравнения линейной регрессии для расчета содержания 137Cs в молоке (у) на основе данных по удельной активности 137Cs (х) в кормах для агроландшафта с дозой 1,33 мГр/год (R2 = 0,64):
.
Для агроландшафта с дозой 1,55 мГр/год
(R2 = 0,65):
Полученные соотношения считаются предсказуемыми, поскольку концентрация изотопов 137Cs в продукции животноводства очевидно должна напрямую обуславливаться радиоактивностью кормов, составляющих рацион животных. Однако впервые они описаны уравнением, позволяющим рассчитать удельную активность 137Cs в молоке при определенной активности кормов, что имеет несомненную практическую значимость. Определенная в работе прямая линейная зависимость показывает, что незначительное повышение активности рациона, обусловленное присутствием 137Cs, приводит к эквивалентному увеличению удельной активности изотопа в агропродукции.
Заключение. В результате работы в аграрных ландшафтах с дополнительной техногенной нагрузкой установлены уровни загрязнения 137Cs почвы, кормов и молока коровьего, на основании чего можно утверждать, что в аграрных ландшафтах центральных районов Красноярского края производится радиационно-безопасная агропродукция. Рассчитаны Кп техногенного цезия в корма и молоко коровье. В результате корреляционного анализа в аграрных ландшафтах Красноярского края с дополнительным техногенным радиоактивным загрязнением выявлены коэффициенты миграции 137Cs. Концентрация 137Cs в почвах агробиогеоценозов может использоваться как объективный показатель удельной активности 137Cs в продукции животноводства и растениеводства. Это имеет практическую ценность, так как с применением уравнений линейной регрессии существует возможность прогнозировать степень радиационной опасности продукции животноводства на основании многочисленных сведений об уровне техногенного радиоактивного загрязнения почв. В результате у владельцев агробиоценозов есть возможность выбора, подбора, замены сенокосно-пастбищных агробиоценозов в аграрных ландшафтах с установленной техногенной нагрузкой для производства радиационно-безопасной агропродукции.
