Динамика поглощенной дозы внутреннего облучения мышечной ткани дикого кабана от 137Cs, обитающего в условиях Полесского радиационно-экологического заповедника

0
132
Динамика поглощенной дозы внутреннего облучения мышечной ткани дикого кабана от 137Cs, обитающего в условиях Полесского радиационно-экологического заповедника

Динамика поглощенной дозы внутреннего облучения мышечной ткани дикого кабана от 137Cs, обитающего в условиях Полесского радиационно-экологического заповедника

Радиоактивное загрязнение и миграция источников ионизирующего излуче­ния является одним из наиболее сложно устранимых экологических факторов, которые ока­зывают негативное воздействие на биоту территорий, подвергшихся радиоактивному загряз­нению в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Основными источниками радиоактивно­го загрязнения являются радионуклиды 137Cs и 90Sr. Представители фауны, обитающие на загрязненных чернобыльскими радионуклидами территориях, подвергаются хроническому внешнему и внутреннему облучению. Формирование дозы облучения в органах и тканях обусловливает возникновение радиобиологических эффектов, которые могут быть оценены с помощью поглощенной дозы на единицу времени [1]—[3].

Между процессами формирования дозы внешнего и внутреннего облучения существу­ют значимые различия [4]. Для процессов формирования дозы внутреннего облучения важ­ными являются процессы поступления, накопления и распределения радионуклидов по орга­нам и тканям. Эти процессы зависят от физиологических особенностей животного организ­ма, поэтому вопрос о формировании доз внутреннего облучения имеет не только физическое, но биологическое содержание. В результате поступления и накопления радионуклидов в ор­ганизм животных формируются достаточно высокие дозы внутреннего облучения. Среди на­земных позвоночных животных максимальные активности радионуклидов Cs регистриру­ют в организме дикого кабана [5]. Показатели радиоактивности в мышечной ткани этих жи­вотных варьируют в широких пределах от 1,0 • 102 Бк/кг до 6,6 • 105 Бк/кг [5].

Дикий кабан (Sus scrofa L.) населяет разные биотопы, предпочитает широколиственный лес с заболоченными участками или участки с зарослями кустарников по берегам водоемов. Зимой собирается в ельниках и на непромерзающих болотах. Животные держаться группами по 6-16 особей, за исключением взрослых самцов и самок с сеголетками. Во время гона и на жировке размеры стада увеличиваются. Размеры участка обитания у одиночных самцов дос­тигают летом 10 км2, а зимой сокращаются до 0,5-2,5 км2. В неурожайные годы мигрируют на расстояние 100-200 км. Животные всеядны, преимущественно растительноядные. В структуру питания входят орехи, желуди, семена, опавшие плоды диких яблонь, груш, наземные и подземные части растений. Охотно поедают дождевых червей, моллюсков, насеко­мых и их личинок, мышевидных грызунов. В поисках пищи разрывают почву и лесную под­стилку на больших участках [6].

Результаты наблюдений, проводимые в рамках радиоэкологического мониторинга территории радиоактивного загрязнения Республики Беларусь, показывают, что накопление 137Cs в мышечной ткани диких животных связано с радиоактивным загрязнением кормовой базы. В зависимости от сезона состав кормовой базы существенно изменяться — в составе зимнего рациона дикого кабана преобладают подземные части растений (корневища, клубни) и листовой опад, в летнем рационе — осока, крапива, гравилат, калужница, иван-чай, плоды зерновых злаков, фруктовых деревьев, желуди, ягоды и орехи. Кроме того, в состав летнего рациона также входят насекомые, черви, рыба, мелкие позвоночные (мыши, крысы). В ве­сенне-летний период кабаны потребляют до 6-8 кг пищи в сутки, в неурожайные годы об­гладывают кору деревьев, питаются грибами и падалью.

Из приведенных данных видно, что экология и структура питания дикого кабана тесно связаны с нижним ярусом фито-, и зооценоза, кроме того, животные могут использовать пред­ставителей ихтиофауны, в которой накапливается наибольшая удельная активность радионук­лидов. Рассматривая возможность пребывания поголовья дикого кабана в границах зоны от­чуждения и широкий ареал обитания, можно сделать вывод о том, что дикий кабан является активным аккумулятором и источником миграции чернобыльских радионуклидов на террито­рии Европы. Из чего следует закономерный вопрос о том, какие дозы облучения формируются у дикого кабана, и какие возможные дозовые эффекты могут при этом возникать.

Цель работы: оценить динамику мощности поглощенной дозы внутреннего облучения от инкорпорированного в мышечной ткани дикого кабана 137Cs, обитающего в условиях По­лесского радиационно-экологического заповедника.

Объект и методы исследования

Для достижения цели использованы данные многолет­них исследований содержания 137Cs в органах и тканях дикого кабана. Данные получены в наи­более загрязненных чернобыльскими радионуклидами участках, расположенных в зоне отчуж­дения аварийного выброса ЧАЭС в районе дд. Борщевка, Молочки, Погонное, Радин, Аревичи, Дроньки Хойникского района Гомельской области, уровень загрязнения территории 137Cs составлял 1100-8184 кБк/м2. Территория исследования расположена в междуречье рек Припять и Днепр на расстоянии 10-35 км от Чернобыльской АЭС. Наряду с зоной отчуждения отбор проб также проводился на территории зоны отселения Брагинского района Гомельской области в окрестностях деревень Савичи, Пучин, Жердное. Плотность поверхностного загрязнения (ППЗ) участка по 137Cs находилась в пределах 185-1480 кБк/м2. Район, в основном, с низким и плоским рельефом, с конечноморенными грядами, террасами и равнинами. Он расположен в междуречье рек Припять и Днепр на расстоянии 30-35 км от ЧАЭС. Контрольным районом служила территория Гомельского района Гомельской области, расположенная вблизи деревни Кравцовка, на границе с Черниговской областью Украины, на притоке реки Днепр (р. Сож). Данная местность находится на расстоянии 40 км от г. Гомеля и около 100 км от Чернобыльской АЭС. Уровень загрязнения территории Cs составлял 18,5-37,0 кБк/м и Sr — 1,0-1,85 кБк/м2.

Объектом исследований являлся дикий кабан (Sus scrofa L.), обитающий на территории с различной плотностью радиоактивного загрязнения. Все пробы взяты от 117 голов дикого ка­бана, среди которых 54 животных изъяты из зоны отчуждения, 30 — из зоны отселения и 33 — из контрольного района. От каждого животного отбирались пробы мышечной ткани массой 0,1­0,5 кг. Данные удельной активности мышечной ткани дикого кабана от 137Cs использовали для оценки мощности поглощенной дозы внутреннего облучения. В ходе оценки поглощенной до­зы внутреннего облучения допускали, что в организме радионуклид находится в условиях рав­новесия и его концентрация в органах и тканях постоянная на протяжении года. Расчет мощ­ности поглощенной дозы внутреннего облучения от 137Cs проводили по формуле (1):

D(t) = А х К,      (1)

где P(t) — мощность поглощенной дозы, мкГр/сутки; А — удельная активность 137Cs в мышеч­ной ткани, Бк/кг; К — дозовый коэффициент, равный мощности дозы, создаваемой 1 Бк/кг 137Cs, составляет 6,65 х 10-3 мкГр/сутки [7].

При выборе коэффициентов дозового преобразования для внутреннего облучения жи­вотных исходили из того, что формирование дозы облучения не зависит от видовой принад­лежности, а зависит только от уровня накопленной животным удельной активности.

Результаты и их обсуждение

На основании проведенных дозиметрических расчетов получены средние значения мощности поглощенной дозы от инкорпорированного в мышеч­ной ткани дикого кабана 137Cs для трех пробных участков ПГРЭЗ — зоны отчуждения (ППЗ > 555 кБк/м2), зоны отселения (ППЗ от 185 до 555 кБк/м2) и контрольного района (ППЗ < 37,0 кБк/м2). Оцененные значения средней мощности поглощенной дозы и границы варьирования ее величины представлены в таблице 1.

Таблица 1 — Мощности поглощенной дозы внутреннего облучения дикого кабана

Год Контроль Отселение Отчуждение
мкГр/сут Гр/сут мкГр/сут Гр/сут мкГр/сут Гр/сут
1991 2,79 ± 0,80 (49 %*) 3E-06 9,58 ± 1,73 (26 %) 1E-05 79,53 ± 6,38 (14 %) 8E-05
1992 64,31 ± 1,45 (40 %) 6E-05 228,96 ± 11,40 (10 %) 2E-04
1993 3,26 ± 0,93 (49 %) 3E-06 14,96 ± 2,00 (23 %) 1E-05 125,42 ± 28,73 (69 %) 1E-04
1994 62,24 ± 3,48 (11 %) 6E-05 688,74 ± 40,83 (15 %) 7E-04
1995 2,66 ± 0,53 (28 %) 3E-06 71,42 ± 3,19 (10 %) 7E-05 263,34 ± 14,83 (8 %) 3E-04
1996 4,46 ± 2,89 (112 %) 4E-06 217,79 ± 5,65 (8 %) 2E-04 1615,29 ± 139,38 (15 %) 2E-03
1997 1,73 ± 0,73 (60 %) 2E-06 121,43 ± 4,75 (9 %) 1E-04 346,27 ± 209,48 (105 %) 3E-04
1998 5,65 ± 2,00 (86 %) 6E-06 40,23 ± 2,33 (12 %) 4E-05 66,43 ± 12,97 (34 %) 7E-05
1999 3,86 ± 2,66 (154 %) 4E-06 37,57 ± 1,43 (5 %) 4E-05 1103,17 ± 93,90 (17 %) 1E-03
2000 2,39 ± 0,90 (75 %) 2E-06 12,37 ± 5,79 (94 %) 1E-05 68,50 ± 17,96 (45 %) 7E-05
2001 45,15 ± 13,97 (44 %) 5E-05
2002 36,44 ± 12,40 (90 %) 4E-05
2003 2,46 ± 1,13 (65 %) 2E-06 4,19 ± 1,63 (67 %) 4E-06 94,66 ± 26,53 (68 %) 9E-05
2004 343,14 ± 22,88 (15 %) 3E-04
2005 137,39 ± 11,84 (31 %) 1E-04
2006 199,63 ± 11,84 (17 %) 2E-04
2007 222,44 ± 49,88 (100 %) 2E-04
2008 243,32 ± 14,76 (19 %) 2E-04

* — коэффициент вариации

Из данных, представленных в таблице 1, видно, что между территориями с разным уровнем ППЗ 137Cs наблюдается достоверное различие мощности поглощенной дозы, досто­верная вероятность различия не превысила уровень значимости 0,05. Средние значения мощности поглощенной дозы у животных, отловленных в контрольном районе, составили 3,25 ± 1,40 мкГр/сут, в зоне отселения — 59,64 ± 3,04 мкГр/сут, в зоне отчуждения 328,23 ± 41,11 мкГр/сут. Методом корреляционного анализа установлено, что увеличение ППЗ ведет к нелинейному росту удельной активность Cs и мощности поглощенной дозы. На рисунке 1 представлены две динамические модели: 1) удельной активности 137Cs в мы­шечной ткани животного и 2) мощности поглощенной дозы от ППЗ. Из рисунка 1 видно, что с увеличением ППЗ мощность поглощенной дозы растет пропорционально росту удельной активности.

Рисунок 1 - Удельная активность и мощность поглощенной дозы от 137Cs мышечной ткани дикого
Рисунок 1 – Удельная активность и мощность поглощенной дозы от 137Cs мышечной ткани дикого

Отдельный интерес вызывает вариация мощности поглощенной дозы на территориях с разным уровнем ППЗ. Из таблицы 1 видно, что в течение всего периода наблюдения не было получено однородной выборки в отношении как удельной активности 137Cs, так и оцененной мощности поглощенной дозы. В контрольном районе среднее значение коэффициента вариации составило 37 %, разброс значений — от 49 % (1991-92 гг.) до 154 % (1999 г.), в зоне отселения — 106 %, разброс — от 5 % (1999 г.) до 94 % (2000 г.), в зоне отчуждения — 127 %, разброс — от 8 % (1995 г.) до 105 % (1997 г.). Можно предположить, что вариация мощности поглощенной дозы в большей степени связана не с фактором плотности загрязнения почвы, а с миграцией и возмож­ностью поступления Cs в организм животных. В данном случае ППЗ влияет на уровень мощ­ности поглощенной дозы, а не ее вариацию — методом ANOVA анализа установлено, что сила влияния фактора ППЗ на величину мощности поглощенной дозы оценивается в 22 % (Р = 0,01).

Экологический принцип толерантности распространяется на пределы приемлемых дозовых нагрузок, границы которых обеспечивают выживание количества особей достаточного для того, чтобы поддерживать необходимую для воспроизведения численность популяции. Диапазон толерантности радиационного фактора установлен в работе [8] и реализован в рам­ках европейского проекта PROTECT. В результате исследования [9]-[11] методом построе­ния «распределения чувствительности видов» (species sensitivity distribution) установлена и оценена величины безопасного порога облучения биоты. Для животных нижняя граница об­лучения определена на уровне 10 мкГр/ч, или 2,410-4 Гр/сут — это скрининговая величина, предназначенная для первичной оценки безопасности биоты. В случае, если нижняя граница облучения не превышает скринингового уровня, ситуацию можно считать безопасной [9].

Рисунок 2 - Динамика мощности поглощенной дозы внутреннего облучения от 137Cs инкорпорированного в
Рисунок 2 — Динамика мощности поглощенной дозы внутреннего облучения от 137Cs инкорпорированного в мышечной ткани дикого кабана

Предложенный критерий использован нами для оценки возможных радиационных эффектов для случаев хронического облучения дикого кабана. В результате анализа временной динамики мощности поглощенной дозы внутреннего облучения было установлено, что в зоне отчуждения в течение 15 лет после аварии сохранялась высокая вероятность слабых эффектов, влияющих на за­болеваемость и репродуктивную систему дикого кабана (более 50 %). В последующий период среди особей имело место увеличение вероятности цитогенетических эффектов (около 30 %). В зоне отселения и контрольном районе не установлено превышения скрининговой величины.

Общая для разных территорий динамика мощности поглощенной дозы представлена на рисунке 2, где видно, что в зоне отчуждения на протяжении 20 лет после аварии сохранялась выраженная флуктуация поглощенной дозы, выходящая за границу предела скрининговой вели­чины. Максимальное значение поглощенной дозы в зоне отчуждения наблюдалось в 1996 г. и составило 1615,29 ± 139,38 мкГр/сут, новый всплеск произошел в 1999 г. — 1103,17 ± 93,90 мкГр/сут, после чего наблюдалось более чем 15-ти кратное падение мощности дозы до значений, характерных для зоны отселения 68,50 ± 17,96 мкГр/сут. Последний участок флуктуации наблю­дался в зоне отчуждения в 2004 г. — 343,14 ± 22,88 мкГр/сут, после чего значения мощности поглощенной дозы внутреннего облучения не превышали предел скрининговой величины.

Таким образом, наиболее интенсивное влияние аккумулированный в мышечной ткани 137Cs оказывал на частоту цитогенететических изменений, заболеваемость и репродуктивную систему диких кабанов в период с 1994 по 1999 гг. в зоне отчуждения. В этот период проис­ходило волнообразное увеличение поглощенной дозы облучения — периоды подъема прихо­дятся на 1994, 1996, 1999 гг., спад — на 1995, 1998, 2000 гг. Циклическую динамику погло­щенной дозы, по-видимому, можно объяснить характером кормовой базы, изучение которой на тот период времени можно рассматривать как самостоятельную научную задачу.

Заключение

Таким образом, для диких кабанов, обитающих на территории Полесско­го радиационно-экологического заповедника, отмечается высокая вариация поглощенной дозы внутреннего облучения. Мощности поглощенной дозы 137Cs в мышечной ткани диких кабанов, обитающих на территориях зоны отчуждения, достоверно отличаются от доз облу­чения животных зоны отселения и контрольного района. Увеличение плотности загрязнения территории Cs ведет к нелинейному росту поглощенной дозы.

Наблюдаются периодические колебания дозовых величин, выходящих за предел скри­нинговых показателей (7 • 10-4 — 2 • 10-3 Гр/сут). Наиболее интенсивная аккумуляция 137Cs приходится на 1994, 1996, 1999 гг., когда доза облучения у диких кабанов, превысила предел скрининговой величины в 2-6 раз. Последний всплеск мощности поглощенной дозы регист­рировался в 2004 г., когда показатель превысил скрининговый порог на 40 %. Для зоны отсе­ления и контрольного района превышение скрининговой величины не установлено за весь период наблюдения. Однако на этой территории на протяжении всего периода наблюдения сохранилась высокая аккумуляция радионуклида в мышечной ткани диких кабанов, которые могут представлять опасность в качестве источника миграции радионуклидов 137Cs.

Литература

  1. Корнеев, Н.А. Основы радиоэкологии сельскохозяйственных животных / Н.А. Корнеев, А.Н. Сироткин. — Москва: Энергоатомиздат, 1987. — 208 с.
  2. Карабанов, А.К. Радон и дочерние продукты распада в воздухе зданий на территории Белару­си / А.К. Карабанов [и др.] // Природопользование. — 2015. — Вып. 27. — С. 49-53.
  3. Сельскохозяйственная радиоэкология / Р.М. Алексахин [и др.]; под ред. Р.М. Алексахина, Н.А. Корнеева. — М.: Экология, 1991. — 400 с.
  4. Рожко, А.В. СИЧ-ориентированный метод оценки годовых доз внутреннего облучения насе­ления в отдаленный период чернобыльской аварии / А.В. Рожко [и др.] // Радиация и Риск. — 2009. — Т. 18, № 2. — С. 48-60.
  5. Gulakov, A.V. Accumulation and distribution of 137Cs and 90Sr in the body of the wild boar (Sus scrofa) found on the territory with radioactive contamination / A.V. Gulakov // Journal of Environmental Radioactivity. — 2014. — Vol. 127. — P. 171-175.
  6. Фауна Беларуси. Позвоночные [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://gurkov2n.jimdo.com. — Дата доступа: 17.09.2019.
  7. Спирин, Е.В. Метод расчета доз облучения животных для оценки последствий загрязнения окру­жающей среды / Е.В. Спирин // Радиационная биология. Радиоэкология. — 2009. — Т. 49, № 5. — С. 608-616.
  8. Planel, H. Paramecium aurelia as a cellular model used for studies of the biological effects of natural ionizing radiation / H. Planel [et al.] // Methodology for assessing impacts of radioactivity on aquatic ecosystems. IAEA Tech. rep. ser. № 190. — Vienna : IAEA, 1979. — P. 335-346.
  9. Andersson, P. Numerical benchmarks for protecting biota from radiation in the environment: proposed levels, underlying reasoning and recommendations / P. Andersson [et al.] // PROTECT Deliverable 5. EC contract number: 036425 (FI6R). — 2008. — 112 p.
  10. Крышев, И.И. Радиационная безопасность окружающей среды: необходимость гармониза­ции российских и международных нормативно-методических документов с учётом требований феде­рального законодательства и новых международных основных норм безопасности ОНБ-2011 / И.И. Крышев, Т.Г. Сазыкина // Радиация и риск. — 2013. — Т. 22. № 1. — С. 47-61.
  11. Effects of ionizing radiation / United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation // UNSCEAR 2006 Report to the General Assembly with Scientific Annexes — New York : United Nations, 2009. — Vol. II Scientific Annexes C, D and E. — 81 р.

Авторы: А.В. Гулаков, Д.Н. Дроздов
Источник: Известия Гомельского государственного университета имени Ф. Скорины. Сер.: Естественные науки. — 2019. — № 6 (117). С. 29-34.