Накопление радионуклидов растительными организмами имеет важное значение, так как через пищевые цепочки оно связано с поступлением радионуклидов в организм человека. Для водных биогеоценозов оно зависит от концентрации радионуклидов в среде обитания (питания) растений, химических свойств радионуклидов, химического состава водной среды и видовых особенностей растений.
Данные о содержании или активности природных радионуклидов в растениях пресноводных водоемов весьма разрознены. Так, активность 226Ra в пресноводной растительности Украины имела величину от 111 до 1369 Бк/кг. При этом максимальная активность при прочих равных условиях была отмечена у элодеи. Активность радия в роголистнике из р. Клязьмы Московской области
192
составляла 740 Бк/кг. В то же время водоросли из оз. Иссык-Куль, где концентрации U и Ra в воде и грунте повышены, имели активность 226Ra 48 100 Бк/кг (Искра, Бахуров, 1981). Таким образом, наблюдается зависимость между активностью гидробионтов и содержанием радионуклидов в воде.
Для того чтобы можно было оценить степень накопления радионуклидов организмами независимо от активности среды, используют так называемые коэффициенты накопления (КН) или коэффициенты биологического поглощения (КБП). В качестве примера приведены КН у гидробионтов оз. Иссык-Куль по данным И.Е. Воротницкой (табл. 8.2).
Таблица 8.2
КН урана у гидробионтов оз. Иссык-Куль
| Флора |
КН |
|
Фауна |
КН |
| Харовые водоросли |
800 |
|
Личинки комаров |
80 |
| Кладофора |
300 |
|
Планктон (рачки) |
70 |
| Роголистник |
200 |
|
Рыбы |
8-40 |
| Диатомовые водоросли |
200 |
|
Кости рыб |
170 |
| Рдесты |
120 |
|
Моллюски |
38 |
| Нитчатые водоросли |
45 |
|
Скелеты моллюсков |
100 |
| Отмершие харовые водоросли |
2040 |
|
Ракообразные |
30 |
| Ил возле них |
200 |
|
Личинки стрекоз |
8 |
Из таблицы видно, что КН у растений выше, чем у животных. Максимальное количество урана концентрируется отмершими растениями в результате его восстановления на гниющих растительных остатках. У животных организмов накопление урана происходит преимущественно в скелете.
КН в растительности пресноводных водоемов с кларковыми концентрациями природных радионуклидов, по данным К.Г. Кунашовой, для 226Ra составили у элодеи 370, у харовых водорослей - 50, у телореза - 30, у роголистника - 63 (Искра, Бахуров, 1981). КН радия зависит от его концентрации в воде. В ручье с повышенным содержанием радия (6 · 10-9 г/л) КН достигал 2470 на сырую массу. По способности концентрировать радий установлен следующий убывающий ряд видов растений: водяной мох → ежеголовник → триостренник → рдесты → осока → нордосмия → нитчатые водоросли. При этом растения, потребляющие питательные вещества из воды, отличались большими величинами КН, чем растения, имеющие корни в грунте. У осоки и других полупогруженных растений в подводных органах отмечена в несколько раз более высокая концентрация радия, чем в надводных. Водяной мох также был максимальным концентратором из воды урана с фоновой его концентрацией 1 · 10-7 г/л (Верховская и др., см.: Радиоэкологические исследования в природных биогеоценозах, 1972).
193
Более подробно исследовано накопление природных радионуклидов гидробионтами в экспериментальных условиях (Искра, Бахуров, 1981). Несмотря на большой разброс значений КН, были сделаны выводы о различии в поглощении отдельных радионуклидов группами растений (табл. 8.3).
Таблица 8.3
КН радионуклидов у водных растений (на сухую массу)
| Растения |
238U |
226Ra |
232Th |
210Pb |
210Po |
| Высшие |
3 400 (170 - 16 000) |
5 200 (470 - 33 400) |
8 900 (970 - 15 800) |
2 050 - 8 900 |
1 300 - 12 800 |
| Водоросли многоклеточные |
100 (40 - 310) |
1 120 (160 - 1 960) |
1 620 (1 900 - 30 500) |
2 000 |
2 100 |
| Водоросли одноклеточные |
350 (200 - 910) |
2 750 (880 - 12 200) |
117 400 (88 700 - 146 750) |
9 200 - 10 400 |
7 400 - 7 800 |
Эксперимент проводился в озерной воде с минерализацией 180 мг/л и рН 8,2 - 8,4, в которую добавлялись необходимые концентрации радионуклидов. По данным А.А. Искры и В.Г. Бахурова (1981), U заметно лучше накапливается высшими растениями (ряска, рдест). Накопление Th возрастает от высших растений к одноклеточным водорослям. Максимальное концентрирование Ra связано с ряской и одноклеточными водорослями. Активными накопителями Ро были также одноклеточные водоросли и ряска, а 210Рb - элодея и уруть. Равновесные концентрации устанавливались у высших растений через 12 - 15 суток, а у одноклеточных водорослей - через сутки.
Было отмечено влияние радионуклидного состава на КН у водной растительности. Наиболее высокие КН наблюдались для тех радионуклидов, которые легко гидролизуются и образуют в растворе радиоколлоиды (см. гл. 2): для Th и Ро. Наибольшая накопительная способность этих элементов была обнаружена у одноклеточных водорослей, обладающих максимальной удельной поверхностью. Это позволяет утверждать, что в данном случае имели место сорбционные процессы.
Влияние концентрации радионуклида в воде сказывается лишь на КН урана. Для концентраций U, существенно превышающих природные, возрастание их от 0,1 до 10 мг/л приводит к убыванию КН у элодеи с 448 до 180. Это может представлять интерес для техногенно загрязненных ураном водоемов. Изменение концентраций остальных радионуклидов, находящихся в воде в ультрамалых концентрациях, не влияет на величины КН.
194
Роль рН в накоплении радионуклидов гидробионтами определяется в связи с изменением поверхностного электрического заряда, осмотического давления, а также с переходом радионуклида в иные формы. Так, накопление U элодеей и хлореллой резко снижается при рН > 7. Изменение рН в ряду 6 - 8 - 10 дает изменение КН урана 5600 - 500 - 40. Накопление Ra в интервале рН 4 - 8 слабо изменяет КН. Для Th последовательность изменения рН 2 - 4 - 6 - 8 дает изменение КН у элодеи 14200 - 3700 - 24300 - 36200. При рН 4, видимо, преобладает биологическое поглощение ионов Th4+. По мере накопления продуктов гидролиза происходит их сорбционное поглощение поверхностью растений параллельно возрастанию рН.
Солевой состав вод особенно сильно влияет на поглощение Ra. Главным образом это касается его носителей. Так, возрастание концентрации Са в растворе последовательно с 27 до 370 мг/л приводит к снижению КН Ra от 3330 до 37.
Химические свойства радионуклидов отражаются и на распределении их между основными компонентами водоемов: растениями, водой, грунтом (табл. 8.4).
Таблица 8.4
Распределение радионуклидов между основными компонентами водоемов
(% к исходному количеству)
(Искра, Бахуров, 1981)
| Радионуклид |
Вода |
Растения, детрит, взвесь |
Грунт |
| 238U |
22,2 |
59,2 |
18,6 |
| 232Th |
1,6 |
64,3 |
34,1 |
| 226Ra |
45,9 |
16,6 |
37,5 |
| 210Po |
1,4 |
28,4 |
70,2 |
От общей массы системы эти компоненты составляли: вода - 74,6%, грунт - 24,9%, растения, детрит, взвесь - 0,5%. Несмотря на малую массу, последний компонент явился основным концентратором радионуклидов, прежде всего благодаря большой сорбционной поверхности. Удаление Th и Ро скорее всего произошло за счет физико-химических процессов. В удалении U и Ra могли играть роль также и биологические процессы.
Таким образом, накопление радионуклидов гидробионтами происходит по двум основным механизмам: 1) биологическому (поглощение живыми организмами в результате жизнедеятельности) и 2) физико-химическому (концентрирование на поверхности организмов в результате сорбции и соосаждения с макроэлементами). Накопление радионуклидов детритом и отмершими растительными остатками не связано с жизнедеятельностью организмов и имеет чисто химическую или физико-химическую природу.
195
