Минеральный состав Perovskia abrotanoides Kar., произрастающей на территории Каджи-Сайского уранового хвостохранилища

Введение. Геохимические условия Иссык-Кульской котловины, находящейся на территории современного Кыргызстана, определяют повы­шенное содержание урана в почве и водах данного ареала, что является основой для выделения Иссык-Кульской котловины как естественной урановой биогеохимической провинции [5]. Для исполь­зования данной особенности местности с 1948 по 1969 гг. на южном берегу озера Иссык-Куль функционировал горнорудный комбинат по переработке урановой руды [3], производственные отходы которого были захоронены. Биомониторинг территории образованного хвостохранилища, содержащего опасные радиоактивные и химические элементы, точнее, изучение его влияния на растение семейства Губоцветных - перовскию полынную (Perovskia аbrotanoides Kar.) стало целью данного исследования.

С течением времени в результате разрушения защитных барьеров уранового отвала, в котором не последнюю роль играет антропогенный фактор, происходят размыв и распыление уран-содержащей горной массы [2], что приводит к поступлению радиоактивных и химических элементов в растения аэральным и почвенным путями, соответственно, при непосредственном загрязнении надземных частей растения и в процессе минерального питания растений [3].

Уран, который является основным компонентом отходов, захороненных в хвостохранилище Каджи-Сай, является актинидным тяжелым металлом, химически токсичным и радиоактивным [8]. В микроколичествах (10^-5–10^-6%) данный элемент обнаруживается во всех тканях растений, животных и человека [1], но при накоплении в достаточных количествах он может стать токсичным для них всех [15].

Как упоминалось ранее, одним из опасных свойств урана является радиоактивность. Экологи­ческие риски радиоактивных веществ давно привлекают внимание общественности во многих странах [1; 2; 3; 8; 14]. Согласно источникам литературы и данным собственных исследований, уровень радиации в поселке Каджи-Сай и прилегающей территории относительно невелик - 18-30 мкР/час [3], а непосредственно над хвостохрани­лищем в местах особенно выраженных эрозионных процессов достигает до 200-300 мкр/ч. Однако, по данным Б.К.Калдыбаева [3], в некоторых местах разрушенного изолирующего слоя хвостохранилища радиационный фон достигает до 1300 мкР/час, а верхний предел допустимой мощности дозы составляет около 50 мкР/час. Несмотря на это, ландшафт, а также поверхность уранового отвала не лишены растительности. Растения используются в качестве репрезентативной биоты для биологической оценки экологических рисков, таких как ионизирующая радиация, из-за их неподвижности [14]. В настоящее время антагонизм минеральных элементов и радионуклидов является актуальной темой современных исследований [10].

В районе Каджи-Сая, несмотря на угнетение ряда растений, наблюдается пышное развитие некоторых видов растений, в том числе перовскии полынной (Perovskia abrotanoides Kar.) из семейства губоцветных (Labiatae) [3]. Из литературных источников известно, что разные виды растений данного семейства содержат различные классы соединений, такие как эфирные масла, фенолы, флавоноиды и др. [13]. В народной медицине данное эфиромасличное растение применяется в качестве антисептического, антимикробного, седативного и обезболивающего средства, обладает фунгицидной активностью [4; 6; 13]. Основным компонентом эфирного масла, которое содержится в надземных органах растения, является камфора (до 26%), из-за чего растение востребовано и используется в фармацевтической промышленности [4].

Цель работы. В данном исследовании были проведены анализы на определение минерального состава перовскии полынной, произрастающей на территории Каджи-Сайского уранового хвосто­хранилища, для изучения распределения химических элементов в некоторых органах растения при влиянии разного количества радиационных доз.

Материалы и методы. Были взяты образцы растений (Perovskia abrotanoides Kar.) – листья, стебли, корни – и почвы из четырех условных станций, непосредственно над Каджи-Сайским урановым хвостохранилищем и на различной степени удаленности от него. Также, в качестве контрольной группы, были взяты образцы из станции, удаленной от хвостохранилища на 10 км. Координаты и высота станций были определены с помощью 12-канального устройства GPS Garmin eTrex, а уровень радиации с помощью радиомет­рического дозиметра СРП 68-01.

Анализы на количественное содержание кальция (Ca), магния (Mg) и калия (К) в образцах были проведены методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС).

Результаты и обсуждение

Измерение дозы радиации

Доза радиации на контрольной станции, удаленной от уранового отвала на расстояние 10 км, показывает значения от 16 до 19 мкР/час, в то время как на первой станции, которая находится непосредственно над хвостохранилищем от 36 до 100 мкР/час. При осмотре поверхности хвостохранилища были выявлены места выраженной эрозии почвы, и измерения в данных местах показали до 300 мкР/час. Результаты измерений радиации на пяти станциях показаны в нижеследующей таблице:

Таблица 1.

Результаты измерений радиации и географические данные станций

Кальций. Нормальные значения кальция составляют 7000-15000 мг/кг сухого вещества (далее СВ) в почве [12], но в городах могут достигать 53 800 мг/кг [7]. По сравнению с контрольной группой содержание Ca выше на других станциях, но ниже нормальных границ, за исключением 1-й станции (рис.1). Допустимое содержание Са в растениях составляет от 1000 до 5000 мг/кг СВ [11]. Значения Са находятся в пределах нормы для разных частей растения (рис.2).

Рисунок 1. Концентрация кальция в почве на территории Каджи-Сайского уранового хвостохранилища

Рисунок 2. Концентрация кальция в листьях, стеблях и корнях перовскии полынной
(Perovskia abrotanoides Kar.)

Рисунок 3. Концентрация магния в почве на территории Каджи-Сайского уранового хвостохранилища

Рисунок 4. Концентрация магния в листьях, стеблях и корнях перовскии полынной
(Perovskia abrotanoides Kar.)

Калий. Нормальные значения калия составляют 5000-25000 мг/кг СВ в почве [16]. Содержание K ниже допустимых пределов и почти одинаково на всех станциях, за исключением 1-й (рис.5). Нормальный уровень K варьируется от 20 000 до 50 000 мг/кг СВ в растениях [11]. На рисунке 6 видно низкое содержание K в стеблях по сравнению с контрольной станцией и повышенное - на 1-й станции в листьях. На всех станциях во всех частях растения (кроме листьев на 1-ой станции) уровень K ниже нормальных пределов.

Рисунок 5. Концентрация калия в почве на территории Каджи-Сайского уранового хвостохранилища

Рисунок 6. Концентрация калия в листьях, стеблях и корнях перовскии полынной
(Perovskia abrotanoides Kar.)

Выводы. На 2 - 4-ой и на контрольной станциях наблюдается низкое содержание минеральных элементов в почве (за исключением магния). При этом, на 1-й станции, где расположено хвостохранилище заметно увеличение содержания в почве всех трех исследуемых элементов в несколько раз. На 1-ой станции наблюдаются повышенные по сравнению с остальными станциями дозы радиации, и уровень излучения здесь намного выше нормы. Высокое содержание калия, кальция и магния в почве на 1-ой станции при довольно низком содержании на остальных станциях, в совокупности с высокой дозой радиации может являться следствием техногенной загрязненности.

Судя по корневым и листовым показателям, происходит вынос элементов осадочными и грунтовыми водами с 1-ой на 3-ью и 4-ую станции, так как 2-ая станция находится на более высоком уровне, чем 1-ая. Также, низкое поглощение магния растениями при его нормальных значениях в почве может быть обусловлено антагонизмом с возможными тяжелыми металлами.