Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2022, T. 506, № 1, стр. 422-426

Плутоний (²³⁸Pu, ^239+240Pu) поступает в р. Енисей в составе контролируемых радиоактивных сбросов Горно-химического комбината (ГХК). Изотопы плутония в силу большого периода полураспада (87.7 лет для ²³⁸Pu, 2.41 × 10⁴ лет для ²³⁹Pu и 6.54 × 10³ лет для ²⁴⁰Pu) накапливаются в экосистеме со временем и могут представлять опасность для биоты в долгосрочной перспективе как источник α-излучения. Недавние исследования показали, что содержание плутония в донных отложениях, представителях макрофитной растительности и зообентоса р. Енисей, возросло в ответ на увеличение сбросов плутония в реку [1, 2]. Биологически доступный плутоний способен переноситься в водных трофических сетях. Известно, что плутоний видоспецифично накапливается в тканях и органах морских и пресноводных рыб [3–7]. В настоящее время нет опубликованных данных по содержанию плутония в представителях ихтиофауны р. Енисей, несмотря на имеющиеся результаты оценки дозовой нагрузки для рыб [8]. Чтобы восполнить этот пробел, в данной работе мы оценивали содержание плутония в мышцах массовых промысловых рыб р. Енисей в период до и после увеличения контролируемых сбросов плутония. Данные результаты необходимы для сравнительной оценки индикаторного потенциала видов промысловых рыб и оценки относительной биодоступности плутония и радиоцезия для рыб, отличающихся типом питания.

Для исследования использовали щуку обыкновенную (Esox lucius) – представителя рыбоядных рыб, и ельца сибирского (Leuciscus baicalensis) – представителя всеядных рыб. Визуальный анализ содержимого желудков щук показал, что елец входит в спектр питания щуки. Елец и щука относятся к числу массовых промысловых видов на среднем участке Енисея. Отлов рыб производился в р. Енисей вблизи с. Большой Балчуг (участок 2, рис. 1). Участок отлова рыб расположен на 90–95 км ниже по течению г. Красноярска и на 10–15 км ниже места радиоактивных сбросов ГХК. Фоновый участок отлова располагался на 100 км выше места поступления радиоактивных сбросов в р. Енисей, вблизи с. Овсянка (участок 1, рис. 1). Рыбы получены из уловов местных рыбаков. Пробы мышц, снятые с осевого скелета рыб, сушили и озоляли, как описано ранее [9, 10]. В одну пробу объединяли мышцы от 18–72 ельцов, отловленных в одну дату. Мышцы щук объединяли в одну пробу в 2011–2014 гг. по 4–7 особей на пробу, с 2015 г. мышцы щук анализировали индивидуально. Сырой вес тел щуки составлял 0.24–2.51 кг, ельца – 0.044–0.116 кг. Содержание γ-излучающих радионуклидов в пробах золы мышц измеряли с помощью гамма-спектрометра с полупроводниковым германиевым детектором GX2320 (Canberra), как описано ранее [9], в ИБФ СО РАН (Красноярск). Удельные активности рассчитывали на дату вылова рыб. Для анализа использовали только величины, превышающие предел обнаружения. Плутоний экстрагировали из проб золы растворителем и выделяли с помощью ионообменной смолы, как описано ранее [2]. Выделенный плутоний осаждали электролитически на мишень из нержавеющей стали. Содержание изотопов  плутония (^239+240Pu, ²³⁸Pu) измеряли на 8-канальном альфа-спектрометре ALPHA-ENSEMBLE-8-RM с низкофоновыми кремниевыми детекторами ENS-U300 (Ametek, “ORTEC”) в ЦКП многоэлементных и изотопных исследований СО РАН (Новосибирск). Предел обнаружения изотопов плутония составлял 0.001 Бк. Удельные активности радионуклидов в пробах мышц приведены в Бк/кг сухого веса. В качестве ошибок результатов указаны погрешности измерения (стандартные отклонения), рассчитанные для случайных событий, описываемых распределением Пуассона как квадратный корень из среднего числа зарегистрированных импульсов.

Рис. 1.

Карта отрезка р. Енисей с указанием мест отлова рыб: 1 – место отбора фоновых проб, 2 – место отлова рыб, расположенное на расстоянии около 15–20 км ниже радиоактивных сбросов Горно-химического комбината (ГХК). Для создания рисунка был использован фрагмент космического снимка из GoogleEarth.

Согласно опубликованным данным в исследованный нами период времени произошли изменения в производственной деятельности ГХК, что повлекло за собой возрастание ежегодных разрешенных сбросов плутония в открытую гидрографическую сеть [11]. Наиболее сильное увеличение сбросов плутония произошло в 2018 г., в 4.7 раза по сравнению с предыдущим годом для ^239+240Pu. Данные о сбросах ²³⁸Pu приведены в отчетах только в 2018 и 2019 гг. (рис. 2а). Данные о сбросе ^239+240Pu в 2019–2020 г. в ежегодных отчетах не представлены. В исследованные нами годы содержание ^239+240Pu в пробах мышц ельца составляло 1–4 мБк/кг сух. веса, возрастания содержания плутония в пробах ельца после увеличения объема сбросов этого радионуклида не отмечено (рис. 2а). Содержание ^239+240Pu в мышцах щуки варьировалось в диапазоне 2–11 мБк/кг сух. веса. Максимальная величина, в 2.7–5.5 раза превышающая содержание плутония в другие годы, зарегистрирована в 2018 г. Следует отметить, что в 2018 г. была проанализирована самая крупная щука, весом 2.5 кг, возрастом не менее 7 лет, тогда как вес щук в других выборках не превышал 1.7 кг. Следовательно, в дальнейшей работе следует проверить наличие положительной зависимости между содержанием плутония в мышцах и размерно-весовыми характеристиками щук. Содержание ²³⁸Pu в мышцах рыб не превышало пределов обнаружения этого изотопа.

Рис. 2.

Содержание плутония, ^239+240Pu, (а) и радиоцезия, ¹³⁷Cs, (б) в мышцах ельца и щуки р. Енисей (гистограммы, Бк/кг сух. массы) и в ежегодных сбросах (графики, Бк/год). В отмеченные звездочками годы анализ проб не производился.

Содержание изотопов плутония в мышцах рыб с фонового участка р. Енисей не превышало пределов обнаружения, равно как и содержание радиоцезия. Анализ литературы показал, что удельные активности плутония в мышцах щуки и ельца из р. Енисей сопоставимы с величинами, зарегистрированными в мышцах морских и пресноводных рыб, обитающих вблизи радиоактивных сбросов предприятий ядерной промышленности [12, 13]. Например, в мышцах рыб из р. Рона (Rhone River), обитающих вблизи сбросов предприятия по переработке отработавшего ядерного топлива, содержание ^239+240Pu составляло 2–7 мБк/кг сух. веса [12], а в мышцах средиземноморских рыб вблизи АЭС Ванделлос (Vandellós NPP) – 7–31 мБк/кг сух. веса [13]. В целом следует отметить, что опубликованные данные по содержанию плутония в мышцах пресноводных рыб немногочисленны. Из публикаций известно, что содержание плутония в разных органах и тканях рыб может значительно различаться. Так, удельная активность плутония в мышцах рыб значительно ниже, чем в печени, гонадах и костях [3–7]. Например, удельная активность плутония в печени рыб из водоемов зоны отчуждения Чернобыльской АЭС на 1–3 порядка выше, чем в мышцах этих рыб [5], содержание плутония в печени морских рыб в 5–1000 раз превышает содержание в мышцах [3, 6, 7]. Также известно, что, помимо печени, плутоний имеет большее сродство к костным тканям, чем к мышечным, поэтому его удельная активность в костях рыб выше, чем в мышцах [3, 7]. Следовательно, при оценке дозовой нагрузки для ихтиофауны и прогнозировании отдаленных биологических эффектов следует учитывать особенности накопления плутония в органах и тканях рыб.

Из гамма-излучающих техногенных радионуклидов в пробах мышц щуки и ельца, отловленных вблизи точки радиоактивных сбросов, зарегистрирован только радиоцезий (¹³⁷Cs). В исследованный в настоящей работе период наблюдалось снижение сбросов ¹³⁷Cs в Енисей с 2011 по 2014 г., а в 2018 г. произошло увеличение сбросов, аналогично увеличению сбросов плутония (рис. 2б). В 2018 г. отмечено возрастание содержания радиоцезия в мышцах щуки в 3.2 раза по сравнению с предыдущим годом и в 3.8 раза относительно предшествовавшего трехлетнего периода с низким уровнем сбросов цезия (рис. 2б), что согласуется с магнитудой возрастания активности цезия, поступившей в 2018 г. в Енисей со сбросами, в 2.6 и 3 раз соответственно. Временные тренды содержания радиоцезия в мышцах рыб в целом согласуются с динамикой ежегодных сбросов этого радионуклида в Енисей, однако, статистически значимой корреляции между сбросами и содержанием радиоцезия в мышцах рыб выявить не удалось (R = 0.64, p = 0.119, n = 9 для щуки; R = 0.70; p = 0.079, n = 7 для ельца). Корреляционный анализ также не выявил статистически значимой зависимости между содержанием радиоцезия в мышцах ельца и мышцах щуки (R = 0.68, p = 0.089, n = 7), несмотря на схожие тренды.

Плутоний и радиоцезий, содержащиеся в мышцах рыб, представляют собой биологически доступную форму этих радионуклидов, которая ассимилировалась в мышцах из воды и/или пищи, и может быть перенесена в организмы потребителей рыбы. Сравнение с другими гидробионтами р. Енисей показало, что удельные активности ^239+240Pu (1–11 мБк/кг) в мышцах рыб были значительно ниже, чем в биомассе двух видов макрофитов (84–25915 мБк/кг), накапливающих радионуклиды из воды, и телах амфипод (96–7551 мБк/кг), получающих радионуклиды преимущественно из пищи [2]. Отношение удельных активностей ^239+240Pu/¹³⁷Cs в мышцах щуки и ельца варьировались в диапазоне 0.0002–0.0013, что на 1–3 порядка ниже соотношения активностей этих изотопов в ежегодных сбросах ГХК (0.006–0.040), а также в других представителях биоты Енисея (0.011–0.719 в водном мхе, 0.004–0.211 в рдесте блестящем, 0.006–0.66 в амфиподах) [2]. Это свидетельствует о значительно более низкой эффективности накопления плутония в мышцах рыб по сравнению с радиоцезием, что согласуется с существующими представлениями о специфике бионакопления этих радионуклидов в органах и тканях рыб [4, 14].

Содержание цезия в мышцах щук в 2011–2018 гг. в 1.4–4 раз превышало содержание цезия в мышцах ельца, что, вероятно, свидетельствует о биомагнификации радиоцезия в терминальном звене трофической цепи р. Енисей. Биомагнификация цезия в пресноводной трофической цепи – известное явление в радиоэкологии [9, 15], чего нельзя сказать о плутонии. Содержание плутония в мышцах енисейской щуки в 1.1–9.6 раза превышало содержание плутония в мышцах ельца, однако, для подтверждения биомагнификации плутония в пищевой цепи, необходимо собрать больше натурных данных.

Таким образом, в данной работе впервые оценено содержание плутония в съедобных мышечных тканях обыкновенной щуки и сибирского ельца, обитающих в среднем течении Енисея вблизи места поступления в реку радиоактивных сбросов. Удельные активности плутония в мышцах рыб попадают в диапазон величин, полученных другими авторами для ихтиофауны из водоемов, загрязненных радиоактивными сбросами АЭС и предприятий по переработке отработавшего ядерного топлива. Соотношение удельных активностей плутония и радиоцезия в мышцах рыб по сравнению с аналогичным соотношением в других гидробионтах свидетельствует о более низкой биологической доступности плутония для рыб. На основании полученных предварительных результатов обыкновенную щуку можно рассматривать как более перспективный, по сравнению с сибирским ельцом, индикатор биологически доступного плутония в р. Енисей. Полученные в данной работе результаты могут быть использованы для оценки отдаленных биологических эффектов у рыб, а также для разработки мер реабилитации загрязненных участков реки.