Russian Federation
UDK 639 Охота. Рыбное хозяйство. Рыболовство
UDK 546.36 Цезий
The purpose of the study is to determine the intensity of 137Cs movement along the trophic chain “soil – diet – livestock products” in the agricultural landscapes of the Krasnoyarsk Region with additional radiation load. A literature review of scientific data characterizing the features of the migration activity of 137Cs in the links “soil – feed – livestock products” in agrobiocenoses with radioactive contamination above established standards is given. Based on the results of a radioecological survey of agricultural landscapes in the central regions of the Krasnoyarsk Region and calculation of absorbed doses, the author identified agricultural landscapes with additional technogenic pollution and determined the specific activity of 137Cs in feed and cow's milk in agricultural landscapes with additional technogenic load. The specific activity values of 137Cs in agricultural landscape feeds with doses of 1.33 and 1.55 mGy/year are higher than the background va¬lue for the Krasnoyarsk Region. The content of 137Cs in livestock products produced in farm biogeocenoses with additional technogenic load is higher than the average for the region, but does not exceed the criterion of regulatory documents; accordingly, radiation-safe agricultural products are produced on the territory of the Krasnoyarsk Region. For agricultural landscapes with absorbed doses of 1.33 and 1.55 mGy/year, a KP for the link “feed – livestock products” has been established. When the radioecological situation changes, the established Kp values can be used to predict the migration of 137Cs in the chain “soil – feed – livestock products”. A direct linear moderate Spearman rank correlation was identified between the specific activity of 137Cs in feed and the concentration of 137Cs in cow's milk. Linear regression equations have been determined to determine the specific activity of cow's milk based on data on the specific activity of 137Cs in feed. The revealed direct linear relationship indicates that even a slight increase in the 137Cs activity of the diet leads to an equivalent increase in the specific activity of technogenic cesium in cow's milk.
137Cs, feed, agrobiocenoses, specific activity, cow's milk, accumulation coefficients, linear regression, correlation
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.
1. Akmullina N.V. Radio`ekologicheskij monitoring ob`ektov veterinarnogo nadzora // Uchenye zapiski Kazanskoj gosudarstvennoj akademii veterinarnoj mediciny im. N.`E. Baumana. 2014. T. 220, vyp. № 4. S. 14–16.
2. Zakonomernosti izmeneniya soderzhaniya 137Cs v moloke v otdalennyj period posle avarii na Chernobyl'skoj A`ES / S.V. Fesenko [i dr.] // Radio`ekologiya. 2004. T. 44, № 3. S. 336–345.
3. Kadochnikov M.Yu. `Ekologo-biologicheskie osobennosti krupnogo rogatogo skota v rajonah intensivnogo tehnogennogo zagryazneniya okruzhayuschej sredy: avtoref. dis. … kand. veterinar. nauk. Ekaterinburg, 2007. 23 s.
4. Krivonogova A.S. Teoreticheskoe obosnova¬nie i razrabotka sistemy polucheniya kachest-vennoj produkcii molochnogo zhivotnovodstva v regione s kombinirovannym tehnogennym zagryazneniem: avtoref. dis. … d-ra biol. nauk. M., 2017. 44 s.
5. Isamov N.N., Fesenko S.V. Analiz zakonomer¬nostej vsasyvaniya radionuklidov v zheludochno-kishechnom trakte sel'skohozyajstvennyh zhivotnyh // Radiacionnaya biologiya. Radio`ekologiya. 2021. T. 61, № 1. S. 87–104. DOI:https://doi.org/10.31857/S0869803121010069.
6. Review of Russian language studies on radionuclide behaviour in agricultural animals: Transfer to animal tissues / S. Fesenko [et al.] // Journal of Environmental Radioactivity. 2018. T. 192. P. 233–249. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jenvrad. 2018.06.012.
7. Predicting the transfer of radiocaesium from organic soils to plants using soil characteristics / J.P. Absalom [et al.] // Journal Environmental Radioactivty 52. 2001. P. 31–43.
8. Okunev A.M. Osobennosti perehoda tehno-gennyh radionuklidov iz raciona v moloko i myaso korov pri pastbischnom soderzhanii na yuge Tyumenskoj oblasti // Vestnik KrasGAU. 2018. № 6. S. 250–254.
9. Kimakovskaya N.A., Perepelyatnikov G.P. Radio`ekologicheskoe obosnovanie principa nor¬mirovaniya soderzhaniya ceziya-137 v pochvah sel'skohozyajstvennyh ugodij // Bezopasnost' i tehnika. 2014. T. 33. S. 45–50.
10. Osobennosti formirovaniya doz v naselennyh punktah, raspolozhennyh na beregah Eniseya v zone nablyudeniya Gorno-himicheskogo kombi¬nata / A.I. Grigor'ev [i dr.] // Radio`ekologiya XXI veka: mat-ly Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., Krasnoyarsk, 14–16 maya 2012 g. Kras¬noyarsk: SFU, 2012. S. 235–246.
11. Sravnitel'naya ocenka soderzhaniya perehod-nyh metallov (Cu, Zn,Mn, Pb, Cd) i radioceziya (137Cs) v schuke (Esox lucius) i nalime (Lota lota) r. Enisej / T.A. Zotina [i dr.] // Sibirskij `ekologi¬cheskij zhurnal. 2022. T. 29, № 1. S. 111–121. DOI:https://doi.org/10.15372/SEJ20 220110.
12. Atlas sovremennoj radiacionnoj obstanovki na territorii Krasnoyarskogo kraya / M-vo `ekologii i racional'nogo prirodopol'zovaniya Krasnoyar-skogo kraya. Krasnoyarsk, 2019. 84 s.
13. Rakitskij V.N., Bondareva L.G., Fedorova N.E. Raschet dozy oblucheniya dlya nekotoryh komponentov pischevoj cepochki presnovod¬noj `ekosistemy reki Enisej v period deya¬tel'nosti predpriyatiya yaderno-toplivnogo cik¬la – Gorno-himicheskogo kombinata, g. Kras¬noyarsk // Radiacionnaya gigiena. 2018. T. 11, № 3. S. 22–29. DOI:https://doi.org/10.21514/1998-426H-2018-11-3-22-29.
14. Zakonomernosti raspredeleniya radionuklidov v doline reki Enisej / F.V. Suhorukov [i dr.]. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2004. 286 s.
15. MU 13.5.13-00. Organizaciya gosudarst-vennogo radio`ekologicheskogo monitoringa agro`ekosistem v zone vozdejstviya radia-cionno-opasnyh ob`ektov. M.: VNIISHRA`E, 2000. 28 s.
16. Fedotova A.S. Osobennosti rascheta pog-loschennyh doz oblucheniya dlya krupnogo rogatogo skota v usloviyah Krasnoyarskogo kraya // Agrarnyj vestnik Urala. 2021. № 12 (215). S. 77–86. DOI:https://doi.org/10.32417/1997-4868-2021-215-12-77-86.
17. Fedotova A.S. Tehnogennoe radioaktivnoe zagryaznenie senokosnyh biogeocenozov agrarnyh landshaftov lesostepnoj zony Kras-noyarskogo kraya // Vestnik KrasGAU. 2009. № 5. S. 75–81.
18. SanPiN 2.3.2.2401-08. Dopolneniya i izmene-niya № 10 k sanitarno-`epidemiologicheskim pravilam i normativam SanPiN 2.3.2.1078-01 «Gigienicheskie trebovaniya bezopasnosti i pischevoj cennosti pischevyh produktov». M.: `EKSPRESS, 2008. 27 s.
19. Okunev A.M., Merzlyakov L.I. Osobennosti nakopleniya nekotoryh tehnogennyh radionuk-lidov v kormovyh kul'turah na tipovyh pochvah yuga Tyumenskoj oblasti // Izvestiya Orenbur-gskogo gosudarstvennogo agrarnogo univer-siteta. 2015. № 1, Ch. 2. S. 144–146.
20. Karpenko A.F. O proizvodstve moloka v chast-nom sektore na territorii radioaktivnogo zag-ryazneniya // Vestnik Bryanskoj gosudarst-vennoj sel'skohozyajstvennoj akademii. 2020. № 1 (77). S. 33–37.
