Аккумуляция радионуклидов в кормах западно-сибирского региона
На правах рукописи
БАРИНОВ Евгений Яковлевич
АККУМУЛЯЦИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В КОРМАХ
ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО РЕГИОНА
03.00.16 – Экология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Новосибирск – 2009
Работа выполнена в НИИ ветеринарной генетики и селекции при
ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет
Научный руководитель доктор биологических наук,
профессор, Короткевич
Ольга Сергеевна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор,
заслуженный деятель науки РФ
Цильке Регинальд Александрович
доктор биологических наук
Власенко Наталья Григорьевна
Ведущая организация ФГОУ ВПО Кемеровский государственный
сельскохозяйственный институт
Защита состоится «___ » октября 2009 года в ___ час. на заседании диссертационного совета Д 220.048.03 при ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет по адресу: 630039, г. Новосибирск,
ул. Добролюбова, 160;
Тел., факс 383 264-29-34, e-mail [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет
Автореферат разослан «____» сентября 2009 года.
Ученый секретарь Маренков В.Г.
диссертационного совета
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В ходе развития цивилизации человечество как биологический вид и социальная общность оказывает все большее влияние на процессы, происходящие в биосфере (Вернадский В.И., 1932). Нуждаясь для удовлетворения растущих потребностей в различных формах энергии, человек во все возрастающих масштабах черпает из окружающей среды (ОС) ресурсы, а затем загрязняет ее производственными отходами и продуктами жизнедеятельности. Это создает новую искусственную среду обитания, чуждую большинству биологических существ. До середины XX века антропогенная нагрузка на ОС компенсировалась адаптационными возможностями живых организмов. На рубеже XXI века ситуация изменилась. В связи с резким одновременным ростом численности населения и его потребностей изменились значения параметров ОС, что все чаще приводит к локальным и глобальным экологическим кризисам и катастрофам.
В ряду загрязнителей биосферы радиоактивные изотопы представляют особую опасность из-за высокой кумулятивности, токсичности и синергизма при сочетанном действии агентов физической (ионизирующее излучение) и химической природы. Радиотоксикация нашей планеты может привести к медленно развивающейся экологической катастрофе, предотвратить которую, по мнению ряда ученых, поможет изменение экологического мировоззрения от антропоцентрического – человек – «царь природы», к экоцентриескому, когда человек – часть глобальной развивающейся экосистемы, главная задача которого – не вывести её из динамического равновесия (Коптюг В.А., 1997; Пурмаль А.П., 1998; Луканин В.Н., Трофименко Ю.В., 2001, Коробкин В.И., Передельский Л.В., 2006 и др.).
Многочисленные исследования последних десятилетий направлены на выявление степени загрязнения различных звеньев биогеоценозов (БГЦ), включая агроценозы, и их объектов радионуклидами для предотвращения нарушения естественной биотической регуляции при превышении экологической емкости территорий (Gline J.F., 1981; Anspaugh L.R., 1988; Bariakhtar V.G., 1997; Алексахин Р.М., 1990 – 2007; Петухов В.Л., 1994 – 2007; Рихванов Л.П., Язиков Е.Г., Барановская Н.В., 1995 – 2007; Панин М.С., 2000 – 2007; Шалмина Г.Г., Новоселов Я.Б., 2002; Мармулева Н.И., 2004; Липихина А.В., 2005; Кайрамбаев С.К., 2006; Торопов А.В., 2006; Панов А.В., 2007; Пермитина Т.О., 2007 и др.).
Цель исследований. Изучить содержание радионуклидов (90Sr, 137Cs, 210Pb) и Са в кормах Западной Сибири в зависимости от экологических условий их производства.
Задачи исследований
- Изучить накопление радионуклидов (90Sr, 137Cs, 210Pb) и Са в кормах растительного происхождения.
- Сравнить уровень радионуклидов и Са в кормах Новосибирской, Кемеровской и Томской областей.
- Определить связи между концентрациями радионуклидов в различных кормах.
- Выявить степень влияние экологических факторов на содержание радионуклидов в различных кормах.
- Определить влияние видовой принадлежности растений на аккумуляцию радионуклидов.
Научная новизна. На основании комплексных исследований впервые установлен средний уровень содержания радионуклидов (90Sr, 137Cs, 210Pb) и Са в кормах Новосибирской, Кемеровской и Томской областей.
Определено, что видовая принадлежность влияла на степень аккумуляции радионуклидов в кормах. Наблюдалась большая индивидуальная изменчивость концентрации радионуклидов в различных кормах.
Накопление радионуклидов в кормах находилось в зависимости от уровня антропогенной нагрузки территорий.
Практическая значимость работы. Проведенные исследования позволяют систематизировать информацию о состоянии окружающей среды и объективно оценить радиоэкологическую обстановку Западной Сибири.
Материалы диссертации используются при чтении лекций для студентов Новосибирского государственного аграрного университета и в других сельскохозяйственных вузах Западной Сибири по курсам: «Экология», «Радиобиология», «Радиоэкология», «Безопасность жизнедеятельности» и «Нормативы по защите окружающей среды».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлены на региональной экологической конференции (Абакан, 1999), юбилейном экологическом семинаре Новосибирской государственной академия водного транспорта (Новосибирск 2000), 1-й Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора О.И. Ивановой (Новосибирск, 2001), региональной научной студенческой конференции, посвященной 65-летию Новосибирского государственного аграрного университета (Новосибирск, 2002), 2-й Международной конференции «Ветеринарная генетика, селекция и экология» (Новосибирск, 2003), Всероссийской научно-практической конференции «Экологическая безопасность Восточно-Сибирского региона» (Иркутск 2003), 12-й Международной конференции «Тяжелые металлы в окружающей среде» (Гренобль, Франция, 2003), «АГРОИНФО-2003» (Новосибирск, 2003), Х Международной школе-семинаре, посвященной 120-летию Н.И. Вавилова «Реализация идей Н.И. Вавилова на современном этапе развития генетики, селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур» (Новосибирск, 2007), Международной научной конференции «Биология, экономика и образование» (Новосибирск, 2008).
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 11 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 124 страницах, включает 46 таблиц и 17 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследований и их обсуждения, выводов и приложений. Список литературы включает 265 наименования, в том числе 29 на иностранных языках.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Накопление радионуклидов (90Sr, 137Cs, 210Pb) и Са в кормах растительного происхождения зависит от их видовой принадлежности.
2. Содержание радионуклидов (90Sr, 137Cs, 210Pb) и Са в кормах зависит от экологической специфики территорий произрастания.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В основу работы положены материалы собственных исследований автора, проведенных в НИИ ветеринарной генетики и селекции НГАУ и результатов исследований Новосибирской, Кемеровской и Томской областных ветеринарных лабораторий в течение десяти лет.
Автором проанализированы данные о содержании радионуклидов и кальция в 907 пробах кормов (рис. 1). Используемый в настоящей работе материал был получен в сельскохозяйственных предприятиях Новосибирской, Кемеровской и Томской областей.
В процессе исследования определены содержание радионуклидов (137Cs, 90Sr и 210Pb), Са, суммарная бета-активность и рассчитаны стронциевые единицы (СЕ) в пробах травы и сена естественных и сеяных трав, соломы, силоса, сенажа, комбикорма, зернофуража, картофеля, моркови и свеклы.
Для проведения контроля кормов на содержание радионуклидов выполнялись следующие основные процедуры:
- отбор проб;
- приготовление счетных образцов;
- измерение активности 137Cs, 90Sr и 210Pb в счетных образцах;
- расчет результатов измерений и погрешностей исследований;
- гигиеническая оценка кормов по критериям радиационной безопасности.
Отбор и подготовку проб для исследования на содержание радионуклидов проводили в соответствии с требованиями СанПиН 1.3.2.560-96 и МУК 2.6.1.1194-03.
Рис. 1. Схема исследований
Образцы зеленой массы для исследования отбирались непосредственно перед выпасом животных или скашиванием на корм. Усредненные пробы трав формировались из трех порций взятых на участках, расположенных по треугольнику и отстоящих один от другого на расстоянии 50 –100 м. Высота среза составляла 3– 5 см. Расстояние до транспортных магистралей было более 200 м. Масса пробы – 4 – 5 кг.
Образцы сена и соломы отбирались в 4 – 8 точках на высоте 1 – 1,5 м от поверхности земли со всех доступных сторон скирд, с глубины не менее 0,5 м. Затем готовилась усредненная проба массой 2 – 3 кг.
Аналитическая проба комбикорма и зернофуража массой 1 – 2 кг готовилась путем смешивания 3 – 5 порций из разных мешков.
Усредненная проба корнеклубнеплодов массой 4 – 6 килограмм готовилась посредством отбора по 2 экземпляра из разных мест бурта или ящиков.
Одновременно с отбором проб измерялась мощность дозы природного радиационного фона (радиометрами ИМД-5, РКС-107).
Измерение активности 137Cs и 90Sr производили с помощью универсального спектрометрического комплекса (УСК) «Гамма +» при использовании программного обеспечения «Прогресс». Прибор включает два блока детектирования: -тракт для исследования 137Cs и -тракт для исследования 90Sr.
При измерении 137Cs использовали метод нативных проб. В качестве радиометрических установок использовали полупроводниковый гамма-спектрометр с блоком детектирования в свинцовой защите (-тракт). Определение 90Sr производили с помощью бета-спектроматра (-тракт) после пробоподготовки.
Результаты исследований обработаны методами вариационной статистики (Плохинский Н.А., 1980; Меркурьева Е.К., 1970; Лакин Г.Ф., 1990, Васильева Л.А., 2001) на персональном компьютере IBM с использованием программы SТАТISTICA 6, StatSoft Inc. (USA).
Проведены корреляционный, регрессионный и дисперсионный (для неравномерных комплексов) анализы. Нормальность распределения оценивалась с помощью критерия Колмогорова-Смирнова (). На рис. 2 в качестве иллюстрации приведена гистограмма распределения вариант по суммарной бета-активности в сене естественных трав Новосибирской области. Достоверность разности между средними значениями двух выборочных совокупностей определяли с помощью критерия Стьюдента. Проведена ранговая оценка кормов по интегрированному уровню накопления радионуклидов (Меркурьева Е.К., 1970).
При отсутствии нормального распределения использовались методы и показатели непараметрической статистики: коэффициент корреляции Кендалла () вместо коэффициента корреляции Пирсона (r) и критерий Вальда-Вольфовича, являющийся аналогом критерия Стьюдента (Рунион Р., 1982; Холлендер М., Вулф Д., 1983).
Гигиеническая оценка кормов по критериям радиационной безопасности проводилась с использованием следующих нормативных документов:
Рис. 2. Распределение проб сена естественных трав Западносибирского региона по суммарной бета-активности.
1) Гигиенические требования к безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов: СанПиН 2.3.2.1078-01;
2) Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. Санитарные правила и нормы. СанПиН 2.3.2.500 – 96;
3) Радиационный контроль. Стронций-90 и цезий-137. пищевые продукты. Отбор проб, анализ и гигиеническая оценка. Методические указания.
МУК 2.6.1.1194-03;
4) Ветеринарно-санитарные требования к рационной безопасности кормов, кормовых добавок, сырья кормового. Допустимые уровни содержания радионуклидов стронция-90 и цезия-137: Ветеринарные правила и нормы. ВП 13.5.13/06 – 01.
Концентрацию кальция (Са) изучали на фотометре 5010 (Германия) при длине волны 578 нм, при помощи набора «КАЛЬЦИЙ-НОВО» ЗАО «Вектор-Бест». В фотометрическом методе используется свойство Са образовывать при взаимодействии в кислой среде с индикаторным реактивом Арсеназо-III комплекса малинового цвета, интенсивность окраски которого пропорциональна содержанию Са.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Содержание 137Cs в кормах
Новосибирской, Томской и Кемеровской областей
Сено естественных трав характеризуется наибольшей аккумуляцией 137Cs во всех изученных экологических зонах (табл. 1). Причем в пробах Кемеровской области средняя концентрация 137Cs в 3,7 раза выше (Р < 0,001), чем в образцах Новосибирской области. На наш взгляд, это обусловлено техногенным загрязнением объектов окружающей среды и орографической спецификой Кемеровской области, располагающейся большей частью в Кузнецкой котловине. В сене Восточно-Казахстанской области уровень 137Cs соответственно в 17,8, 5,2 и 4,8 раза выше (Р < 0,001), чем в пробах Новосибирской, Томской и Кемеровской областей.
Таблица 1. Содержание 137Cs в в кормах, пКи/кг
| Вид корма | Новосибирская | Томская | Кемеровская |
 |  |  | |
| Сено естественных трав | 24,32 ± 2,25 | 71,67 ± 1,96 | 84,59 ± 6,35 |
| Сенаж | 12,98 ± 0,88 | 59,36 ± 6,26 | 25,43 ± 1,34 |
| Силос | 13,19 ± 1,20 | 28,98 ± 1,06 | 23,80 ± 1,23 |
| Трава естественных пастбищ | 16,02 ± 1,49 | 25,10 ± 1,11 | 30,85 ± 1,18 |
| Комбикорм | 8,93 ± 0,69 | 57,68 ± 2,12 | 22,19 ± 1,64 |
В Томской области установлено максимальное содержание 137Cs в сенаже и комбикормах, которое соответственно в 4,6 и 2,3 и в 6,5 и 2,4 выше чем в Новосибирской и Кемеровской областях (Р < 0,001).
Наибольшей фенотипической вариацией в накоплении 137Cs характеризовались сенаж Томской области, а также комбикорм и сено естественных трав Кемеровской области. В некоторых пробах корма уровень 137Cs был в 35,4 раза выше, чем в других. Однако ни в одной пробе содержание изучаемого радионуклида не превышало допустимых уровней (ВП 13.5.13/06 – 01).
С целью определения силы влияния экологических факторов на накопление 137Cs был проведен дисперсионный анализ. Выявлено влияние (Р < 0,001)техногенного загрязнения на аккумуляцию радиоактивного цезия в кормах (табл. 2).
В наибольшей степени экологическая зона влияет на содержание 137Cs в комбикорме и сенаже (Р < 0,001). Можно предположить, что это, отчасти, обусловлено вышеупомянутыми пиками концентраций изотопа по этим объектам в Томской области.
Таблица 2. Дисперсионный анализ влияния экологических факторов
на аккумуляцию 137Cs в кормах
| Вид корма | df |  |  | F | P | rw |
| Сено естественных трав | 2 | 21443,80 | 847,57 | 25,30 | 0,000 | 0,39 |
| Сенаж | 2 | 12892,48 | 527,11 | 24,46 | 0,000 | 0,52 |
| Силос | 2 | 1609,71 | 85,17 | 18,90 | 0,000 | 0,32 |
| Трава естественных пастбищ | 2 | 2207,90 | 73,37 | 30,09 | 0,000 | 0,44 |
| Комбикорм | 2 | 35811,35 | 237,16 | 151,00 | 0,000 | 0,74 |
Влияние вида корма на уровень 137Cs (табл. 3) в Томской и Новосибирской областях значительно выше, чем в Кемеровской (соответственно в 3,1 и 2,4 раза).
Таблица 3. Дисперсионный анализ влияния вида корма на накопление 137Cs
| Экологическая зона | df |  |  | F | P | rw |
| Новосибирская область | 4 | 617,66 | 34,68 | 17,81 | 0,000 | 0,46 |
| Кемеровская область | 4 | 26,81 | 3,50 | 7,67 | 0,000 | 0,19 |
| Томская область | 4 | 23570,70 | 302,95 | 77,80 | 0,000 | 0,58 |
| Все области | 4 | 38785,33 | 539,61 | 71,88 | 0,000 | 0,39 |
Содержание 90Sr в кормах Новосибирской, Томской
и Кемеровской областей
Максимальное содержание 90Sr (как и 137Cs) во всех областях обнаружено в сене естественных трав (табл. 4). В пробах сена из Кемеровской области средняя концентрация 90Sr соответственно в 2,0 и 1,7 раза выше (Р < 0,001), чем в образцах Новосибирской и Томской областей.
Наибольшей фенотипической изменчивостью в аккумуляции 90Sr характеризовались сено естественных трав Томской и Кемеровской областей, а также сенаж Томской области. В некоторых пробах корма уровень 90Sr был в 56,8 раза выше, чем в других. Но ни в одной пробе содержание радиостронция не превышало допустимых и контрольных уровней (СанПиН 2.3.2.1078-01, ВП 13.5.13/06 – 01).
Дисперсионный анализ позволил определить доли изменчивости в накоплении 90Sr в кормах обусловленные экоспецифичностью исследуемых
территорий (табл. 5).
Таблица 4. Содержание 90Sr в в кормах, пКи/кг
| Вид корма | Новосибирская | Томская | Кемеровская |
 |  |  | |
| Сено естественных трав | 46,09 ± 1,95 | 53,69 ± 3,03 | 91,47 ± 8,19 |
| Сенаж | 22,98 ± 1,29 | 11,80 ± 1,07 | 29,65 ± 1,77 |
| Силос | 20,64 ± 1,68 | 19,80 ± 0,73 | 24,66 ± 1,18 |
| Трава естественных пастбищ | 32,33 ± 1,99 | 39,33 ± 1,77 | 37,97 ± 1,75 |
| Комбикорм | 16,32 ± 0,96 | 35,46 ± 1,60 | 21,18 ± 0,87 |
Таблица 5. Дисперсионный анализ влияния экологических
факторов на аккумуляцию 90Sr в кормах
| Вид корма | df |  |  | F | P | rw |
| 2 | 25539,54 | 1983,98 | 12,87 | 0,000 | 0,25 | |
| 2 | 2589,15 | 75,14 | 34,46 | 0,000 | 0,58 | |
| 2 | 298,29 | 52,73 | 5,66 | 0,004 | 0,11 | |
| 2 | 391,44 | 172,50 | 2,27 | 0,1096 | 0,05 | |
| 2 | 5925,64 | 127,13 | 46,61 | 0,000 | 0,47 | |
Сила влияния экологических факторов на уровень 90Sr в комбикорме оказалась несколько ниже, чем на содержание 137Cs. В отношении сенажа показатели влияния зоны были стабильно высокими по обоим вышеназванным радионуклидам. Резкое снижение силы влияния факторов среды на уровень 90Sr (в 9 и 3 раза по отношению к соответствующему показателю по 137Cs) отмечено соответственно в траве естественных пастбищ и силосе.
Влияние вида корма на уровень 90Sr (табл. 6) в Новосибирской области оказалось наибольшим – соответственно в 1,7 и 1,3 раза выше, чем в Томской и Кемеровской областях.
Таблица 6. Дисперсионный анализ влияния вида корма на накопление 90Sr
| Экологическая зона | df |  |  | F | P | rw |
| Новосибирская область | 4 | 2572,64 | 50,95 | 50,50 | 0,000 | 0,70 |
| Кемеровская область | 4 | 40336,02 | 815,63 | 49,45 | 0,000 | 0,53 |
| Томская область | 4 | 15789,16 | 429,18 | 36,79 | 0,000 | 0,42 |
| Все области | 4 | 46421,92 | 614,74 | 75.52 | 0,000 | 0,39 |
Содержание 210Pb в кормах Новосибирской, Томской
и Кемеровской областей
Максимальное содержание 210Pb во всех областях установлено в сене естественных трав (табл. 7). В пробах Кемеровской области средняя концентрация 210Pb соответственно в 3,0 и 1,9 раза выше (Р < 0,001), чем в образцах Томской и Новосибирской областей.
Наибольшей фенотипической изменчивостью в аккумуляции 210Pb характеризовались комбикорм и трава естественных пастбищ Кемеровской области, а также сенаж Томской и Новосибирской областей. В некоторых пробах сенажа Томской области уровень 210Pb был в 47,3 раза выше, чем в других.
Таблица 7. Содержание 210Pb в кормах, пКи/кг
| Вид корма | Новосибирская | Томская | Кемеровская |
 |  |  | |
| Сено естественных трав | 101,78 ± 4,98 | 64,08 ± 1,98 | 193,10 ± 12,61 |
| Сенаж | 47,77 ± 6,69 | 36,44 ± 3,37 | 29,70 ± 1,59 |
| Силос | 34,57 ± 2,51 | 53,23 ± 1,32 | 54,11 ± 3,36 |
| Трава естественных пастбищ | 43,80 ± 5,98 | 39,48 ± 1,68 | 49,02 ± 5,51 |
| Комбикорм | – | 46,14 ± 2,10 | 8,12 ± 2,01 |
Посредством дисперсионного анализа выявлены доли изменчивости в накоплении 210Pb в кормах обусловленные экологическими факторами (табл. 8). Наибольшее влияние зональной специфики проявилось в аккумуляции 210Pb сеном естественных пастбищ. Величина показателя силы влияния по 210Pb превосходила соответствующие индексы для 137Cs и 90Sr соответственно в 3,5 и 2,2 раза.
В отношении сенажа, наоборот, сила влияния экологических факторов на уровень 210Pb была соответственно в 6,5 и 7,3 раза ниже, чем на концентрацию 137Cs и 90Sr.
Таблица 8. Дисперсионный анализ влияния экологических факторов
на аккумуляцию 210Pb в кормах
| Вид корма | df |  |  | F | P | rw |
| Сено естественных трав | 2 | 25709,49 | 412,19 | 62,37 | 0,000 | 0,87 |
| Сенаж | 2 | 903,15 | 404,53 | 2,23 | 0,118 | 0,08 |
| Силос | 2 | 2131,77 | 142,57 | 14,95 | 0,000 | 0,46 |
| Трава естественных пастбищ | 2 | 123,50 | 299,85 | 0,41 | 0,6642 | – |
Влияние вида корма на уровень 210Pb (табл. 9) в Кемеровской области было максимальным – соответственно в 2,7 и 1,3 раза выше, чем в Томской и Новосибирской областях (Р < 0,001).
Таблица 9. Дисперсионный анализ влияния вида корма на накопление 210Pb
| Экологическая зона | df |  |  | F | P | rw |
| Новосибирская область | 3 | 12237,54 | 385,25 | 31,76 | 0,000 | 0,69 |
| Кемеровская область | 3 | 36776,00 | 516,96 | 71,14 | 0,000 | 0,91 |
| Томская область | 3 | 7249,73 | 256,13 | 28,30 | 0,000 | 0,34 |
| Все области | 3 | 23824,06 | 652,46 | 36,51 | 0,000 | 0,32 |
Бета-активность кормов Новосибирской, Томской
и Кемеровской областей
Наибольшая бета-активность отмечена в сене естественных трав Кемеровской области (рис. 3).
Наибольшей вариацией по бета-активности характеризовались сенаж, силос и трава естественных пастбищ Томской области. В некоторых пробах силоса Томской области уровень бета-активности был в 66 раз выше, чем в других.
Выявлены доли изменчивости бета-активности в кормах обусловленные экологическими факторами. Наибольшее влияние зоны на значение бета-активности проявилось в траве естественных пастбищ. Сила влияния территориальной специфики по бета-активности в этом виде корма превосходила соответствующие показатели для 137Cs и 90Sr соответственно в 1,8 и 16,2 раза.
В комбикорме, наоборот, сила влияния экологических факторов на уровень бета-активности была соответственно в 3,4 и 2,1 раза ниже, чем на концентрацию 137Cs и 90Sr.
Рис. 3. Бета активность кормов Новосибирской,
Томской и Кемеровской областей.
В Кемеровской области наблюдалось наибольшее влияние вида корма на уровень бета-активности. Оно в 1,6 раза выше чем в Новосибирской области.
Содержание Cа в кормах Новосибирской, Томской
и Кемеровской областей
Максимальное содержание Са обнаружено в сене естественных трав Кемеровской области (рис. 4). В Новосибирской и Томской областях отмечено пониженная концентрация кальция по отношению к средним по Западной Сибири уровням (4,05 – 7,82 г/кг; Токарев В.С., Лисунова Л.И., 2006). В сенаже всех областей и комбикорме Кемеровской области также обнаружен уровень Са ниже среднего по региону.
Наибольшей фенотипической изменчивостью по содержанию Са характеризовался комбикорм Томской и Новосибирской областей. В некоторых пробах уровень Са был в 44 раза выше, чем в других.
Доли изменчивости в накоплении Са в кормах обусловленные экоспецифичностью изучаемых территорий определены посредством однофакторного дисперсионного анализа.
Рис. 4. Содержание Ca в кормах
Влияние вида корма на уровень Са (табл. 10) в Новосибирской области оказалось в 9 раз выше, чем в Томской области и в 20 раз – чем в Кемеровской (Р < 0,001).
Таблица 10. Дисперсионный анализ влияния вида корма на накопление Са
| Экологическая зона | df |  |  | F | P | rw |
| Новосибирская область | 4 | 21,01 | 6,4100 | 3,2864 | 0,014 | 0,82 |
| Кемеровская область | 4 | 39,75 | 27,5611 | 1,4423 | 0,2312 | 0,04 |
| Томская область | 4 | 71,67 | 10,9672 | 6,5353 | 0,000 | 0,09 |
| Все области | 4 | 97,38 | 12,6672 | 7,6877 | 0,000 | 0,08 |
Содержание радионуклидов и кальция в кормах региона
Западной Сибири
В группе грубых кормов наибольшая аккумуляция всех изучаемых радионуклидов наблюдается в сене естественных трав, наименьшая в сенаже. Наивысшая суммарная бета-активность у сена сеяных трав (табл. 11).
В группе сочных кормов наблюдается высокая концентрация радионуклидов в траве естественных пастбищ, силосе, наименьшая в корнеклубнеплодах.
Необходимо отметить высокую концентрацию свинца-210 в траве естественной и силосе. Наивысшая суммарная бета-активность у травы сеяной.
В группе концентрированных кормов высокая концентрация радионуклидов наблюдается в комбикормах, при этом наблюдается и высокая суммарная бета-активность комбикорма.
Таблица 11. Содержание радионуклидов в кормах, пКи/кг
| Вид корма | 137Cs | 90Sr | 210Pb |
| Сено естественных трав | 57,11 ± 2,70 | 57,57 ± 3,35 | 77,53 ± 4,31 |
| Сено сеяных трав | 41,74 ± 3,04 | 56,88 ± 3,01 | 75,26 ± 7,50 |
| Солома | 43,37 ± 2,96 | 48,67 ± 2,40 | 63,14 ± 9,61 |
| Сенаж | 27,89 ± 4,86 | 19,85 ± 1,50 | 40,29 ± 3,79 |
| Силос | 25,70 ± 0,85 | 21,37 ± 0,61 | 49,29 ± 1,42 |
| Трава естественных пастбищ | 22,17 ± 0,93 | 36,26 ± 1,16 | 41,10 ± 2,14 |
| Трава сеяная | 24,12 ± 1,23 | 26,41 ± 1,14 | 20,29 ± 7,10 |
| Картофель | 3,82 ± 0,75 | 3,64 ± 0,29 | – |
| Морковь | 4,30 ± 0,58 | 4,83 ± 0,58 | – |
| Свекла | 3,89 ± 0,51 | 4,30 ± 0,59 | – |
| Комбикорм | 24,63 ± 2,67 | 22,97 ± 1,42 | 30,85 ± 3,77 |
| Зернофураж | 13,46 ± 1,11 | 21,80 ± 1,60 | – |
Ранжированные ряды кормов по содержанию радионуклидов выглядят следующим образом:
для 137Cs: сено естественных трав > солома > сено сеяных трав > сенаж > силос > комбикорм = трава сеяная > трава естественных пастбищ > зернофураж > морковь > свекла > картофель;
для 90Sr: сено естественных трав > сено сеяных трав > солома > трава естественная > трава сеяная > комбикорм > зернофураж = силос > сенаж > морковь > свекла > картофель;
для 210Pb: сено естественных трав > сено сеяных трав > солома > силос > трава естественных пастбищ > сенаж > комбикорм > трава сеяная.
Убывающий ряд кормов по интегральной аккумуляции изучаемых радиоизотопов был таким: сено естественных трав > сено сеяных трав > солома > трава естественных пастбищ = силос > сенаж > комбикорм > трава сеяная > зернофураж > морковь > свекла > картофель.
Ряд кормов по суммарной бета-активности:
сено сеяных трав > сено естественных трав > солома > комбикорм > трава сеянная > зернофураж > картофель = сенаж > трава естественных пастбищ > свекла > морковь > силос.
По уровню кальция корма расположились следующим образом:
комбикорм > сено сеяных трав > трава естественных пастбищ > трава сеянная > сено естественных трав > силос > солома > сенаж > зернофураж > морковь > картофель > свекла.
Ранжированные ряды кормов по значению стронциевых единиц был следующим:
картофель > свекла > сено естественных трав > морковь > зернофураж > солома > комбикорм > трава естественных пастбищ > сено сеяных трав > сенаж > силос > трава сеяная.
Таким образом, грубые корма характеризуются наибольшим накоплением радионуклидов и максимальными значениями суммарной бета-активности, что обусловлено низким содержанием влаги. Величины аналогичных параметров сочных кормов значительно ниже. В отношении стронциевых единиц ситуация противоположная – максимальные значения у корнеклубнеплодов. При дефиците кальция отмечается повышение значений СЕ у грубых кормов, что может быть объяснено относительно более интенсивной аккумуляцией двухвалентных радионуклидов подземными частями растений.
Корреляции уровней радионуклидов в кормах региона
Западной Сибири
Установлены связи между содержанием исследуемых радионуклидов в кормах (табл. 12).
Следует отметить, что в восьми видах кормов из двенадцати выявлены положительные корреляции уровней радиоцезия и радиостронция. На наш взгляд это объясняется общностью техногенных источников у этих изотопов.
Оба радионуклида являются наиболее вероятными долгоживущими осколками деления ядер урана и плутония.
Что касается взаимоотношений техногенных радионуклидов с геогенными, то здесь зафиксированы связи, различные не только по силе но и по направлению. Причем отрицательные корреляции характерны только для грубых кормов.
Таблица 12. Корреляции уровней радионуклидов в кормах
региона Западной Сибири
| Вид корма | 90Sr – 137Cs | 137Cs – 210Pb | 90Sr – 210Pb |
| Сено естественных пастбищ | – 0,070 ± 0,008 | – 0,399 ± 0,043*** | 0,196 ± 0,021 |
| Сено сеяных трав | 0,297 ± 0,039* | – 0,108 ± 0,024 | – 0,578 ± 0,129** |
| Трава естественных пастбищ | 0,687 ± 0,078*** | – 0,110 ± 0,014 | – 0,006 ± 0,001 |
| Трава сеяная | 0,345 ± 0,047* | 0,049 ± 0,015 | – 0,028 ± 0,008 |
| Солома | 0,696 ± 0,089*** | – 0,562 ± 0,120** | 0,715 ± 0,153*** |
| Силос | 0,294 ± 0,024*** | 0,493 ± 0,048*** | 0,112 ± 0,011 |
| Картофель | 0,662 ± 0,209* | – | – |
| Зернофураж | 0,807 ± 0,105*** | 0,049 ± 0,015 | – 0,028 ± 0,008 |
| Комбикорм | 0,629 ± 0,072*** | 0,584 ± 0,092*** | 0,604 ± 0,096*** |
На основе достоверных коэффициентов корреляции между уровнями исследуемых радиоизотопов были рассчитаны уравнения прямолинейной регрессии (табл. 13).
На рис. 5 приведена графическая иллюстрация регрессионной зависимости накопления Sr-90 и Cs-137 в траве естественных пастбищ.
Таблица 13. Регрессионные уравнения аккумуляции радионуклидов
| Коррелирующие признаки, y – x | n | x = a1 + b1y | y = a + bx |
| Sr-90 – Cs-137 в зернофураже | 59 | x = 1,1863 + 0,5629 y | y = 6,2411 + 1,1561 x |
| Sr-90 – Cs-137 в картофеле | 10 | x = – 2,3056 + 1,6849y | y = 2,6449 + 0,2597 x |
| Sr-90 – Cs-137 в комбикорме | 77 | x = – 2,5683 + 1,1841 y | y = 14,7419 + 0,3342 x |
| Sr-90 – Pb-210 в комбикорме | 40 | x = 0,4013 + 1,0452 y | y = 18,3502 + 0,3494 x |
| Cs-137 – Pb-210 в комбикорме | 40 | x = 8,6649 + 0,5664 y | y = 20,5698 + 0,6028 x |
| Cs-137 – Pb-210 в сене естественных трав | 87 | x = 120,9103 – 0,7091 y | y = 78,6267 – 0,225 x |
| Sr-90 – Cs-137 в сене сеяных трав | 57 | x = 24,6582 + 0,3002 y | y = 44,6043 + 0,2941 x |
| Sr-90 – Pb-210 в сене сеяных трав | 20 | x = 172,1503 – 2,3825 y | y = 51,2126 – 0,1401 x |
| Sr-90 – Cs-137 в силосе | 147 | x = 16,9778 + 0,4083 y | y = 15,9356 + 0,2115 x |
| Cs-137 – Pb-210 в силосе | 107 | x = 31,7931 + 0,6655 y | y = 8,329 + 0,3644 x |
| Sr-90 – Cs-137 в соломе | 61 | x = 1,6321 + 0,8575 y | y = 24,1652 + 0,565 x |
| Sr-90 – Pb-210 в соломе | 22 | x = – 18,9729 + 2,4778 y | y = 20,0994 + 0,2065 x |
| Cs-137 – Pb-210 в соломе | 22 | x = 143,3279 – 2,8867 y | y = 34,6756 – 0,1092 x |
| Sr-90 – Cs-137 в траве естественной | 78 | x = 2,1874 + 0,5512 y | y = 17,2997 + 0,8551 x |
| Sr-90 – Cs-137 в траве сеяной | 53 | x = 14,2918 + 0,372 y | y = 18,7137 + 0,3192 x |
Рис. 5. Регрессионная зависимость аккумуляции Sr-90 и Cs-137
в траве естественных пастбищ
ВЫВОДЫ
1. Проведен многолетний мониторинг накопления радионуклидов (90Sr, 137Cs, 210Pb) и Са в кормах растительного происхождения и установлено среднее значение 90Sr, 137Cs, 210Pb, суммарной бета-активности и Са в кормовых культурах Западной Сибири.
2. Продукция растениеводства и кормопроизводства различалась по уровню аккумуляции радионуклидов. Однако, ни в одной пробе не зафиксировано превышение ПДУ. Ранжированный ряд кормов западносибирского региона по интегральной аккумуляции 90Sr, 137Cs и 210Pb имел следующий вид: сено естественных трав > сено сеяных трав > солома > трава естественных пастбищ = силос > сенаж > комбикорм > трава сеяная > зернофураж > морковь > свекла > картофель.
3. На основании сравнительного анализа уровня радионуклидов и Са в кормах Новосибирской, Кемеровской и Томской областей установлено, что в большинстве видов кормов наибольшее содержание радионуклидов отмечено в Кемеровской области. В сене естественных трав Кемеровской области накопление 90Sr, 137Cs и 210Pb превышает аналогичные показатели для Новосибирской области соответственно в 3,7, 2,0 и 1,9 раза (Р < 0,001).
4. Установлены положительные и отрицательные корреляции уровней радионуклидов в различных кормах. Величина и направление связи зависели от вида корма (табл. 11).
5. На уровень аккумуляции радионуклидов в кормах влияла видовая принадлежность растений. Диапазоны долей изменчивости в аккумуляции 137Cs, 90Sr и 210Pb обусловленные влиянием вида корма (rw) в различных областях находились соответственно в диапазонах 0,19 – 0,58; 0,50 – 0,70 и 0,34 – 0,91.
6. Накопление радионуклидов в кормах зависело от экологической специфики территорий. Диапазоны долей изменчивости в аккумуляции 137Cs, 90Sr и 210Pb обусловленные влиянием средовых факторов (rw) в различных кормах были соответственно в диапазонах 0,32 – 0,74, 0,11 – 0,58 и 0,08 – 0,87.
7. Содержание радионуклидов в растениях и продуктах растениеводства не превышало ПДУ. В связи с этим агроценозы Новосибирской, Томской и Кемеровской областей пригодны для производства экологически безопасных кормов для животноводства и продуктов растениеводства, предназначенных для выработки продуктов диетического, функционального и детского питания.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ
Результаты исследований могут быть использованы для выбора в каждой области опорных хозяйств, где должны быть созданы посты постоянного мониторинга загрязнения радионуклидами объектов сельскохозяйственного производства с учетом природно-климатических условий и видового состава агроценозов.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ
ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Патрашков С.А. О механизме биологического действия ионизирующих излучений / С.А. Патрашков, Е.Я. Баринов // Социально-экономические и технические проблемы экологии Сибирского региона: Материалы юбилейного экологического семинара НГАВТ. – Новосибирск, 2000. – С 192-195.
2 Баринов Е.Я. Радиационный мониторинг Западно-Сибирского региона / Е.Я. Баринов, В.Л. Петухов // Тезисы региональной экологической конференции – Абакан, 1999.
3. Баринов Е.Я. Содержание радионуклидов в грубых кормах Кемеровской и Томской областей / Е.Я. Баринов, Короткевич О.С., Петухов И.В., Мазун С.А. Хайдукова Л.А. // Селекция, ветеринарная генетика и экология: Материалы 1-й Междунар. науч. конф., посвящ. 100-летию со дня рожд. проф. О.А. Ивановой. – Новосибирск, НГАУ. – 2001.
4. Patrashkov S.A. Of regulatory mechanism of radiobiological effects / S.A. Patrashkov, E.Ya. Barinov // Selection, Veterinary Genetics and Ecology: Proceeding of the first International scientific conference devoted to the 100th Anniversary of professor O.A. Ivanova’s birthday. – Novosibirsk, 2001. – Р. 97.
5. Barinov E.Ya. Radioactive isotopes concentrations in straw, grass and hay in natural fields of Tomsk region / E.Ya. Barinov, S.A. Patrashkov, N.I. Marmuleva, S.R. Mazun // Selection, Veterinary Genetics and Ecology: Proceeding of the first International scientific conference devoted to the 100th Anniversary of professor O.A. Ivanova’s birthday. – Novosibirsk, 2001. – Р. 85.
6. Barinov E.Ya. The content of heavy metals in feeds of the Tyva Republic / Barinov E.Ya. R.B. Chysyma, V.L. Petukhov, E.E. Kuzmina, Yu. A. Dukhanin, G. N. Korotkova // Journal de Physique IV Grenoble, France, 2003. – Vol. 107. – P. 297 – 299.
7. Barinov E.Ya. 137Cs level dynamics in the feed of Semipalatinsk region / E.Ya. Barinov, Yu. A. Dukhanin // Veterinary Genetics, Selection and Ecology: Proceeding of the 2-nd International Conference. – Novosibirsk, 2003. – P. 183 – 184.
8. Barinov E.Ya. 90Sr and 137Cs level in the soil and hay of Semipalatinsk region / E.Ya. Barinov, Yu. A. Dukhanin // Veterinary Genetics, Selection and Ecology: Proceeding of the 2-nd International Conference. – Novosibirsk, 2003. – P. 193 – 194.
9. Баринов Е.Я. Содержание радионуклидов в зерне злаковых культур семипалатинского региона / Экологическая безопасность Восточно-Сибирского региона: Материалы Всероссийской научно-практической конференции – Иркутск, 2003. – С. 25 –26.
10. Патрашков С.А. Генно-регуляторная (оперонная) гипотеза радиобиологического эффекта / С.А. Патрашков, Е.Я. Баринов // Доклады и сообщения Х генетико-селекционной школы посвященной 120 летию Н.И. Вавилова. – Новосибирск, 2007. – С. 252 – 262.
11. Баринов Е.Я. Аккумуляция цезия-137 в кормовых объектах растениеводства Западной Сибири//Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 2007.– № 8.– С. 35 – 38.
Редактор
Подписано в печать февраля 2009.
Формат 60 х 84 1/16 Объем 1,0 уч.-изд. л.
Тираж 100 экз. Изд. № Заказ №
