Ионизирующая радиация превратилась в постоянно усиливающийся фактор внешней среды, воздействующий на все живое. Водная экосистема рек Иртыш – Тобол находятся в зоне риска радиационного воздействия, так как на территории р. Теча (Уральский регион), входящая в речную систему Теча-Исеть-Тобол-Иртыш, расположено производственное объединение «Маяк», где в 1949-1951, 1957 и 1967 годах произошли три тяжелейшие радиационные катастрофы. Также, в настоящее время в Уральском регионе функционируют 8 ядерных реакторов, 6 мощных центров по переработке радиоактивных материалов, 6 центров по захоронению ядерных отходов [9].
Разработке методологических подходов к исследованию миграции радионуклидов в биогеоценозах, посвящены многие научные работы [1, 4, 8, 9].
На сегодняшний день подробно представлены радиоэкологические исследования водных систем Уральского региона, северной части Тюменского региона (река Обь), но недостаточно работ, направленных на изучение накопления и распределения радиоактивных веществ в основных компонентах гидробиоценозов водной системы реки Иртыш [9, 10].
В современных условиях актуальны исследования по миграции радионуклидов в крупных биогеоценозах, каким является водная система Иртыша. Р. Иртыш является крупнейшей рекой Западной Сибири. В её бассейне сосредоточена значительная часть населения Тюменского региона, она является основной транспортной артерией, главным источником питьевого и хозяйственного водоснабжения, промыслового и любительского рыболовства [10].
Известно, что по сравнению с водой донные отложения могут быть более информативным источником информации о внешнем воздействии в конкретном районе, поскольку перемещаются с гораздо меньшей скоростью, чем водные массы [5].
Рыбное население рек активно аккумулируют радионуклиды и другие токсиканты в первую очередь, из воды, донных отложений, кормовых гидробионтов [2, 5]. Следует отметить, что в Тюменском регионе, для населения, расположенного в пойме системы рек Иртыш – Тобол (деревни, поселки и т.п.), рыба является одним из основных источников питания. А, следовательно, и одним из наиболее значимых путей поступления радионуклидов по пищевой цепочке в организм человека.
.Объектом исследования являются донные отложения, ихтиофауна рек Иртыша и Тобола (в районе устья).
Цель работы – провести радиоэкологическое исследование на содержание природного и естественного радионуклидов 137Cs и 40K в мышечных тканях наиболее массовых видов рыб речной системы Иртыш – Тобол, получить современные данные о содержании 137Cs в донных отложениях реки Иртыш и устья р. Тобол.
В процессе работы проведен отбор и пробоподготовка образцов проб пойменных почв, донных отложений, видового состава ихтиофауны рек Иртыша и Тобола (в районе устья). В результате гамма-спектрометрического анализа в исследуемых образцах проб было определено количественное содержание радионуклидов 137Cs и 40K и получена современная характеристика количественного состава техногенного и природного радионуклидов 137Cs и 40K в гидробионтах (рыбное население) и абиотических компонентах (донные отложения) реки Иртыш.
Материалы и методы исследования
В 2015 году в период весенне-летнего половодья (май – август) проведены экспедиционные работы по отбору донных отложений и рыбного населения в р. Иртыш и устье р. Тобол в пяти створах:
створ 1 – р. Иртыш, 865 – 868 км (д. Вторые Салы, верхнее течение р. Иртыш, Тюменская область);
створ 2 – р. Иртыш, 630 – 633 км (д. Дурынина, до слияния с р. Тобол, Тобольский район, Тюменская область);
створ 3 – устье р. Тобол, 5 км (д. Медянки, Тобольский район, Тюменская область);
створ 4 – р. Иртыш, 340 – 343 км (д. Ищик, после слияния с р. Тобол, Уватский район, Тюменская область);
створ 5 – р. Иртыш, 537 – 541 км (НИС «Миссия», после слияния с р. Тобол, Уватский район, Тюменская область).
Лов рыбы осуществляли сотрудники лаборатории водных экосистем ТКНС УрО РАН ставными и плавными разноячейными сетями ячеей 24-38 мм 5-ти метровыми отрезками, с шагом ячеи 2 мм, длина ставной сети – 40 м, длина плавной сети – 60 м, высота – 2 м.
Отбор образцов проб донных отложений проведен из верхнего слоя до глубины 10 см с помощью специального пробоотборника с площадью сечения 36 см2 с левого и правого берега р. Иртыш и устья р. Тобол [3]. На станциях 2, 3 и 5 взяты по три объединенные пробы донных отложений.
Методики пробоподготовки и гамма-спектрометрического анализа исследуемых образцов приведены в [3, 9]. Сотрудниками лаборатории радиоэкологии ТКНС УрО РАН определено содержание радионуклидов 137Cs и 40K в исследуемых образцах проб на цифровом многоканальном анализаторе DSPEС-jr-2.0-POSGE с программным обеспечением Gamma Vision-32 и с коаксиальным ОЧГ детектором гамма-излучения Р-типа, модель ORTEC GEM 40-P4. Нижний предел обнаружения для данного спектрометра составляет 0.01 Бк, а ошибка счета не превышает 15 %.
Результаты исследования и их обсуждение
В 2015 году было отобрано 1811 проб наиболее массовых видов рыб: щука (Esox lucius L.), окунь (Perca fluviatilis L.), налим (Lota lota L.), язь (Leuciscus idus L.), плотва (Rutilus rutilus L.), лещ (Abramis brama L.) и судак (Lucioperca lucioperca L.) (табл. 1).
Таблица 1
Содержание 137Cs и 40K в наиболее массовых видах рыб водной системы рек Иртыш – Тобол (в Бк/кг сырого веса, ± среднеквадратичное отклонение)
|
Створ |
Вид рыбы |
137Cs |
40K |
|
створ 1 |
Язь |
0,10 ± 0,05 |
178 ± 2 |
|
Плотва |
0,15 ± 0,05 |
185 ± 2 |
|
|
Окунь |
0,54 ± 0,08 |
191 ± 1 |
|
|
Щука |
0,92 ± 0,10 |
178 ± 7 |
|
|
Лещ |
0,09 ± 0,05 |
189 ± 2 |
|
|
Судак |
0,19 ± 0,06 |
200 ± 8 |
|
|
створ 2 |
Язь |
1,60 ± 0,13 |
192 ± 8 |
|
Щука |
61,3 ± 1,7 |
206 ± 9 |
|
|
Налим |
2,31 ± 0,16 |
201 ± 9 |
|
|
створ 3 |
Язь |
0,13 ± 0,06 |
195 ± 8 |
|
Плотва |
0,63 ± 0,13 |
8 ± 5 |
|
|
Щука |
0,04 ± 0,04 |
180 ± 2 |
|
|
Лещ |
0,19 ± 0,11 |
195 ± 3 |
|
|
Судак |
0,37 ± 0,09 |
203 ± 9 |
|
|
створ 4 |
Язь |
0,26 ± 0,05 |
192 ± 8 |
|
Щука |
0,61 ± 0,09 |
198 ± 8 |
|
|
Лещ |
0,07 ± 0,03 |
21 ± 2 |
|
|
створ 5 |
Язь |
0,18 ± 0,07 |
176 ± 7 |
|
Лещ |
0,09 ± 0,06 |
195 ± 2 |
Проведен сравнительный анализ накопления 137Cs и 40K в тканях рыб на разных участках рек Иртыша и Тобола. Результаты определения содержания данных радионуклидов в рыбе представлены в табл. 1.
В верхнем течении Иртыша (створ 2) наблюдался скачок концентрации 137Cs до 61,3 Бк/кг сырого веса в мышечной массе Esox lucius L. по средней величине отобранных проб. В осенний период 2015 года было установлено резкое увеличение удельной активности 137Cs в тканях промысловых видов рыб, отловленных в створе 2. Удельная активность 137Cs в мышечной массе Leuciscus idus L. составила 1,6 Бк/кг сырого веса, что почти в 8 раз выше показателей 2013-2014 гг., когда удельная активность составляла около 0,2 Бк/кг сырого веса [6, 7]. Удельная активность 137Cs в тканях Lota lota L. в 2014, 2013 и 2012 г. была 2,3, 0,2 и 0,3 соответственно, а в 2015 г. она сохраняется на отметке 2,31 Бк/кг сырого веса [6, 7].
Максимальные значения удельной активности радионуклида 137Cs были отмечены среди хищных видов рыб (Esox Lucius L. и Perca fluviatilis L.) – 0,54 … 0,92 Бк/кг сырого веса. Представители «мирных» видов рыб характеризовались более низкими уровнями накопления этого радионуклида – минимальные значения зафиксированы у особей Abramis brama L. – 0,07 Бк/кг сырого веса, а максимальные в тканях Leuciscus idus L. – 0,26 Бк/кг сырого веса.
У рыб, отобранных на р. Тобол (створ 3) минимальные значения удельной активности 137Cs были отмечены в тканях Esox lucius L. – 0,04 Бк/кг с.м., а максимальные в тканях Rutilus rutilus L. – 0,63 Бк/кг с.м.
Таблица 2
Содержание 137Cs в донных отложениях системы рек Иртыш-Тобол ( ± среднеквадратичное отклонение)
|
Створ |
Берег |
Концентрация 137Cs, Бк/кг |
|
2 |
левый |
0,11 ± 0,03 |
|
правый |
< 0,03 |
|
|
3 |
левый |
0,25 ± 0,05 |
|
правый |
0,26 ± 0,08 |
|
|
5 |
левый |
0,21 ± 0,02 |
|
правый |
0,11 ± 0,04 |
В целом, как в верхнем течении, так и в нижнем течении р. Иртыш в отловленных образцах рыб содержание 137Cs варьировало в пределах 0,10 … 2,31 Бк/кг сырого веса.
Различия в накоплении 137Cs разными видами рыб можно объяснить их видовыми особенностями и свойствами поедаемого корма [9].
Концентрация 40K доходила до двух сотен Бк/кг сырого веса в мышечной массе практически во всех исследуемых видах рыб. Минимальные концентрации 40K выявлены только в Rutilus rutilus L. – не более 8 Бк/кг сырого веса. Соотношение природного и техногенного радионуклидов 40K и 137Cs в тканях рыб составило от 13:1 до 1780:1 соответственно.
В табл. 2 приведены данные по содержанию 137Cs в донных отложениях рек Тобол и Иртыш. Концентрация 137Cs в донных отложениях системы рек Иртыш-Тобол не превышает 0,26 Бк/кг грунтов.
Выводы
1. Радиоэкологический мониторинг наиболее массовых видов рыб на разных участках рек Иртыша и Тобола, проведенный в 2015 году, не выявил превышения удельной активности 137Cs над предельно допустимым уровнем (ПДУ) для рыбной продукции, принятым в Российской Федерации (130 Бк/кг) [9].
2. В процессе исследований с 2000 по 2015 гг. была подтверждена специфика накопления 137Cs в тканях рыб, принадлежащих к разным трофическим уровням: максимальные показатели удельной активности 137Cs в теле рыб характерны для хищных видов – щуки и окуня; среди «мирных» видов рыб максимальная удельная активность радионуклида зафиксирована в тканях язя.
3. Соотношение природного и техногенного радионуклидов 40K и 137Cs в тканях
рыб варьировало в пределах от 13:1 до 1780:1 соответственно.
4. Концентрация 137Cs в донных отложениях системы рек Иртыш-Тобол не превышает 0,26 Бк/кг грунтов.
5. Несмотря на низкую удельную активность 137Cs в объектах рек Иртыш и Тобол в настоящее время, наличие на водосборной территории бассейна производственного объединения «Маяк» и других предприятий ядерно-топливного комплекса требует постоянного радиоэкологического мониторинга, как для контроля загрязнения рыбных ресурсов, так и для оценки радиоэкологического риска для населения.
Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы по теме: «Миграционные процессы радионуклидов и химических поллютантов в экосистеме водоемов Обь-Иртышского бассейна» (№ государственной регистрации 116020510088).
Авторы выражают искреннюю благодарность профессору, доктору биологических наук Тестову Б.В. за научное руководство при проведении исследований.