CC BY
19Journal of Siberian Federal University. Biology 1 (2013 6) 96-107
УДК [577.34:597.08:621.31](28)(477)
Эффективность трофического переноса радиоактивных и стабильных изотопов металлов к рыбам-бентофагам р. Енисей
Т.А. Зотина*, Е.А. Трофимова, А.Я. Болсуновский, О.В. Анищенко
Институт биофизики СО РАН, Россия 660036, Красноярск, Академгородок, 50/50
Received 22.05.2012, received in revised form 22.06.2012, accepted 29.03.2013
В статье исследовано накопление радиоактивных и стабильных изотопов металлов в компонентах трофической цепи р. Енисей, включающей промысловые виды рыб-бентофагов: ельца ^ви^с^ 1еи^с^ baicalensis) и хариуса (Thymallus arcticus). На основе анализа коэффициентов накопления (КН) оценивалась возможность переноса радиоактивных и стабильных изотопов металлов в трофических парах: водный мох (Fontinalis antipyretica) -гаммариды (Gammaridea), гаммариды-елец, гаммариды-хариус. В результате показано, что трофический перенос металлов (Ев, Zn, Си, Мп, Сг, Со, РЬ, Cd) и техногенных радионуклидов (65Zn и 137Cs) в мышцы рыб из тел гаммарид был неэффективен (КН<1). Эффективный перенос в данных трофических парах возможен только для калия (КН = 2.6-3.4) и его природного изотопа 40К (КН = 2.6-2.8). В печени хариуса возможно эффективное накопление К, Zn и Cd из биомассы гаммарид (КН = 3.2, 3.0 и 2.1 соответственно). В биомассе гаммарид возможно накопление меди и 65Zn из водного мха (КН = 2.9 и 2.2-8.7 соответственно). Перенос других исследованных стабильных и радиоактивных изотопов в данной трофической паре неэффективен. Сравнение КН стабильных и радиоактивных изотопов одного и того же элемента показало, что в исследованных трофических парах эффективность переноса совпадает только для пары изотопов-аналогов К и 40К. Эффективность переноса радиоизотопов элементов-аналогов 40К и 137С&' в исследованных трофических парах значительно различалась.
Ключевые слова: елец, хариус, гаммариды, водный мох.
Река Енисей загрязнена техногенными работы Горно-химического комбината (ГХК) радионуклидами в результате многолетней Росатома, который расположен на правом бе-
© Siberian Federal University. All rights reserved
* Corresponding author E-mail address: [email protected]
регу реки, в 60 км ниже г. Красноярска. После остановки прямоточных реакторов на ГХК в начале 1990-х гг. активность техногенных радионуклидов в воде и биоте р. Енисей значительно снизилась (Носов, Мартынова, 1996, Бондарева и др., 2008). Однако изотопы с наве -денной активностью регистрировались в биомассе водных организмов, включая рыб, и во время работы реактора с замкнутым контуром охлаждения (Болсуновский, Суковатый, 2004; Зотина и др., 2012). За время работы ГХК в донных отложениях реки накопились высокие активности долгоживущих техногенных радионуклидов (Bolsunovsky, Bondareva, 2007). В ближней к ГХК зоне в верхних слоях донных отложений Енисея регистрируются 60Со, 137Cs, 152Еи, 241Ат, изотопы плутония (Bolsunovsky, Bondareva, 2007; Бондарева, Болсуновский, 2008). При этом значительная доля 60Со, 152Еи и 241Ат находится в потенциально биодоступной форме (Бондарева, Болсуновский, 2008). Таким образом, донные отложения останутся источником радионуклидов для биоты р. Енисей в течение долгого времени.
Ихтиофауна связывает водные трофические сети с человеком и другими наземными животными. Рыбы могут накапливать техногенные радионуклиды из воды и пищи (Рябов, 2004). Основной пищей фоновых видов рыб р. Енисей, имеющих промысловую ценность для населения - хариуса и ельца, является зообентос. В спектр питания хариуса входит более десятка таксонов зообентоса р. Енисей, но основу рациона составляют гаммариды и личинки ручейников (Зуев и др., 2011). Целью данной работы являлась оценка эффективности трофического переноса техногенных радионуклидов в организмы рыб-бентофагов (хариуса и ельца) в р. Енисей. Известно, что химическое поведение изотопов сходно из-за одинаковой конфигурации их электронных оболочек (Галимов, 1981). Изотопы-аналоги и
элементы-аналоги широко используются для описания поведения радионуклидов в водных экосистемах (IAEA, 2009; Varga et al., 2009, Yankovich, 2009). В этой связи еще одной задачей исследования было сравнение эффективности переноса радиоактивных и стабильных изотопов металлов в трофических сетях, ведущих к рыбам-бентофагам Енисея.
Материалы и методы
Пробы биоты и воды р. Енисей отбирали на участке, расположенном на расстоянии до 20 км от ГХК в августе-октябре 2009 и 2010 гг. Воду отбирали с поверхности на расстоянии около 5-10 м от берега. Водный мох (Fontinalis antipyretica Hedw), вегети-рующий на камнях на дне реки, собирали с глубины 1.5-2 м при помощи модифицированных садовых грабель. Представителей зообентоса, гаммарид, собирали с биомассы водного мха. В пробах гаммарид преобладал вид Philolimnogammarus viridis Dyb. Рыб-бентофагов, ельца (Leuciscus leuciscus baicalensis Dyb.) и хариуса (Thymallus arcticus Pallas), ловили сетями и хранили в заморожен -ном виде. Абсолютная длина особи хариуса составляла 124-295 мм, ельца - 165-222 мм. Сырая масса хариуса составляла 102-348 г, ельца - 51-99 г. Возраст хариусов и ельцов, определенный по годовым кольцам на чешуе, составлял 2+ - 3+ г. Всего было проанализировано 61 экз. хариуса и 55 экз. ельца. Степень наполненности кишечников у рыб оценивали по пятибалльной шкале (Вышегородцев и др., 2002), коэффициент упитанности рассчитывали по формуле Фультона (Вышегородцев, 2002). Спектр питания хариусов исследовали, как описано ранее (Зуев и др., 2011).
Для измерения содержания радионуклидов пробы водного мха и зообентоса многократно промывали водопроводной водой и сушили сначала на воздухе, затем в сушильном
шкафу при 80 °С до постоянной массы. Масса проб мха составляла 200-300 г, гаммарид - 1370 г. Тела рыб разбирали на органы и ткани, как описано нами ранее (Зотина и др., 2012). Для дальнейшего анализа использовали мышечные ткани (кроме мышц головы) и печень рыб, каждая проба содержала ткани либо органы от 6-11 рыб. Сырые пробы рыб озоляли в смеси перекиси водорода (30 %) и азотной кислоты (конц.) и затем концентрировали до 100 мл.
Активность радионуклидов в пробах био-ты измеряли на гамма-спектрометре со сверхчистым германиевым детектором (Canberra, США), спектры анализировали с помощью программного обеспечения Genie-2000 (Canberra, США). Значения активности пересчитывали на дату отбора проб. Удельные активности радионуклидов в пробах переведены в Бк/кг сырой массы с учетом влажности организмов биоты (табл. 1).
Для измерения валового содержания металлов пробы биомассы мха и зообентоса (гаммарид) промывали дистиллированной водой, рыб разделывали на блестящей стороне алюминиевой фольги. Пробы воды фильтровали через мембраны (Millipore, RAWP, диам. 47 мм) с размером пор 1.2 мкм. При приготовлении проб рыб отделяли мышцы и печень; каждая проба содержала ткани одной особи. Все пробы биоты сушили при 105 °С. Мыш-
цы измельчали в фарфоровой ступке и брали навеску массой 1-2 г. Печень использовали полностью. Далее готовили концентрированные пробы для измерений, как описано ранее (Анищенко и др., 2009). Концентрацию K определяли на пламенном фотометре FLAPHO-4 (Carl Zeiss, Jena) в воздушно-пропановом пламени (ГОСТ 30504 - 97, РД 52.24.391-95). Содержание Fe, Mn, Zn, Cu, Cr, Cd и Pb - на атомно-абсорбционном спектрофотометре «ААС Квант 2А» (ГОСТ 30692 - 2000, ИСО 8288-86). Пределы обнаружения для K составляли 0.1; для Fe, Ni, Pb и Co - 0.01; для Cr -0.006; для Cu и Mn - 0.003; для Zn - 0.001; для Cd - 0.0003 (мг/л). Анализы проводили в двух повторностях. В качестве эталонов определяемых элементов использовали государственные стандартные образцы (Уральский завод химреактивов, Россия). Анализы выполнены в аккредитованной испытательной лаборатории Института биофизики СО РАН (аттестат аккредитации № ГСЭН^и.Ц0А.086.324). Результаты приведены в мг/кг или г/кг сырой массы.
Коэффициенты влажности оценивали как долю воды в исходных сырых пробах по отношению к их абсолютно сухой массе (после высушивания при 105 °С) и выражали в %. Коэффициенты накопления радионуклидов и тяжелых металлов в трофических парах (КН) рассчитывали как отношение удельной ак-
Таблица 1. Содержание воды в биомассе гидробионтов (влажность, % от сырой массы), среднее знач. ± станд. отклон.
Гидробионты Влажность Число проб
Водный мох (F.antipyretica) 80.1±1.5 5
Гаммариды (Philolimnogammarus viridis Dyb.) 78.0±1.2 4
Хариус (Th. arcticus) мышцы 72.5±3.8 20
Хариус (Th. arcticus) печень 70.6±7.4 19
Елец (L. l. baicalensis) мышцы 74.9±2.3 5
тивности или концентрации в биомассе кон-сумента к удельной активности или концентрации в биомассе его пищевого субстрата (объекта). КН между водой и биомассой мха рассчитывали как отношение концентрации или удельной активности в сырой биомассе мха к концентрации или удельной активности на единицу массы воды. Коэффициенты накопления металлов рассчитывали для средних величин, полученных за весь период исследования (август-октябрь 2009 и 2010 гг.).
Результаты
Активность радионуклидов в биомассе гидробионтов
Во всех пробах биоты присутствовал природный изотоп 40К, которому принад-
лежала максимальная удельная активность; в пробах мха регистрировался также 7Ве (рис. 1). Из техногенных радионуклидов в пробах биоты обнаружены изотопы с наведенной активностью 51Сг (Т1/2 = 27.8 сут.), 54Мп (Т1/2 = 312.3 сут.), 58Со (Т1/2 = 70.82 сут.), 60Со (Т1/2 = 5.27 лет), 65гп (Т1/2 = 243.9 сут.), 144Се (Т1/2 = 284.89 сут.), 152Еи (Т1Д = 13.5 лет) и продукт ядерного распада 13^ (Т1/2 = 30.1 лет). Самый большой перечень радионуклидов регистрировался в биомассе водного мха (рис. 1а). В пробах мышц хариуса и ельца из техногенных радионуклидов достоверно регистрировались 652п и 13^ (рис. 1в, г), в пробах печени - только 40К (до 4.3 Бк/кг).
Удельная активность 60Со и 652п в биомассе водного мха (рис. 1а) осенью 2010 г.
Бк/кг 30 п
20 -
10
100 -| 50 -0
:-7 К-40
Со-60 Zn-65 Cs-137 Се-144 Еи-152
Бк/кг 30 П
20 -
100 -| 50 -0
К-40
10
Сг-51 Со-60 Zn-65 Cs-137 Еи-152
Бк/кг
3.0
2.0 -
в 200 100 -
0 --
Бк/кг
3.0
2.0 -
г 200
100 -
□ авг.09 □ сен. 09
9 окт.09
] авг. 10
I сен. 10
]окт.10
б
а
0
0
0
К-40
К-40
1.0 -
0.0
Cs-137
Cs-137
Рис. 1. Удельная активность радионуклидов (± станд. отклон. точности измерения пробы) в пробах сырой биомассы (Бк/кг) водного мха (а), гаммарид (б), мышц хариусов (в) и мышц ельцов (г), отобранных в р. Енисей в августе-октябре 2009 и 2010 гг.
была ниже, чем осенью 2009 г. Удельные активности техногенных радионуклидов в биомассе гаммарид и мышцах рыб осенью 2009 и 2010 гг. оставались примерно на одном уровне (рис. 1б-г). Активность 65гп в мышцах ельца осенью 2010 г. была ниже пределов обнаружения (рис. 1г).
Концентрации металлов в воде и биомассе гидробионтов
Концентрации макроэлементов в пробах воды (п = 5) варьировали в меньшей степени (0.6-0.8 мг/л для К, 2.6-2.9 мг/л для №, 15-29 мг/л для Са, 2.7-3.7 мг/л для Mg), чем микроэлементов (0.01-0.04 мг/л для Fe, 0.0030.010 мг/л для гп, 0.0008-0.0015 мг/л для Си, 0.002-0.005 мг/л для Мп, 0.00001-0.0007 мг/л для Сг и РЬ) (табл. 2). Концентрации кобальта в воде и в большинстве проб мышц и печени рыб были ниже пределов аналитического обнаружения (табл. 2). Концентрации кадмия и свинца во всех пробах, кроме водного мха, нередко не превышали пределов аналитического обнаружения. Содержание металлов в пробах воды и биоты, собранных в 2009 и 2010 гг., значительно не отличалось. Поэтому для расчета КН использовались средние значения за этот период, приведенные в табл. 2.
Коэффициенты накопления радионуклидов и металлов гидробионтами
Расчет КН радионуклидов для проб, собранных в 2009 г., выполнили с использованием удельных активностей 137Cs - 120; 60Со -4.6; 65гп - 3.3 мБк/л (Бондарева и др., 2008), для проб, собранных в 2010 г. - 82; 0.8 и 0.3 мБк/л тех же радионуклидов, соответственно (Александрова, Болсуновский, 2012). Величины КН радионуклидов в биомассе водного мха из воды находились в пределах 500012000 для 60Со, 900-3200 - для 65гп, 60-140 -
для (рис. 2а). Величины КН металлов мхом из воды составляли от 1420 (для РЬ) до 233 000 (для Мп) (рис. 3а).
В трофической паре водный мох-гаммариды наиболее высокие КН отмечались для 65гп (2.1-8.7), КН остальных радионуклидов не превышали единицы (рис. 2б). Из металлов наиболее высокие величины КН в этой трофической паре получены для меди (2.9), КН других элементов были меньше единицы (рис. 3б).
Самые высокие величины КН радионуклидов в мышцах ельца и хариуса по отношению к биомассе гаммарид получены для 40К (рис. 2в, г). Величины КН 40К в печени хариуса из гаммарид не превышали 0.1. Величины КН 65гп в мышцах рыб по отношению к биомассе гаммарид составляли в среднем 0.13 и 0.21 для хариуса и ельца, соответственно, а КН - 0.21. Самые высокие величины КН металлов в мышцах и печени рыб по отношению к биомассе гаммарид получены для К (рис. 3б). КН цинка в мышцах рыб из биомассы гаммарид были близки к единице. КН цинка и кадмия в печени хариуса из гаммарид в 2-3 раза превысили единицу (рис. 3б).
Обсуждение
О накоплении элемента в биомассе ги-дробионта из воды или из пищевого субстрата могут свидетельствовать величины КН, превышающие единицу. Чем значительнее величина КН превышает единицу, тем выше эффективность накопления. Гидробионты могут накапливать радионуклиды и тяжелые металлы как из воды, так и пищи, и данные потоки трудно разделить. Концентрации металлов в воде р. Енисей, полученные нами, попадают в диапазон среднегодовых значений проб, собранных на разном удалении от г. Красноярска (Анищенко и др., 2010). Концентрации большинства металлов в биомассе гидробионтов
Таблица 2. Содержание металлов в пробах сырой биомассы гидробиоитов и воды (среднее знач. ± станд. отклон.) р. Енисей, отобранных в августе-октябре 2009 и 2010 гг.
Гидробионты Число проб К, т/кг Бе, мг/кг Си, мг/кг Ъп, мг/кг Мп, мг/кг Со, мг/кг Сг, мг/кг РЬ, мг/кг Сс1, мг/кг
Водный мох 4 2.58±0.57 982±231 3.79±0.75 15.23±4.18 593±239 1.24±0.18 7.40±2.85 0.40±0.06 0.04±0.01
Гаммариды 5 1.26±0.27 60.32±35.24 11.02±2.08 13.02±1.34 22.82±9.21 0.13±0.03 0.45±0.11 0.054±0.053 0.008±0.006
Елец (мышцы) 4 4.30±1.46 6.80±0.50 0.49±0.13 10.38±2.56 0.65±0.29 Н.О.* 0.22±0.03 н.о. 0.005±0.005
Хариус (мышцы) 5 3.31±0.87 5.30±1.00 0.39±0.08 7.42±1.48 0.42±0.36 н.о. 0.26±0.03 0.031±0,023 0.001±0.003
Хариус (печень) 4 4.10±0.79 64.21±60.94 2.71±0.99 26.29±5.01 1.97±0.65 н.о. 0.25±0.13 0.052±0.061 0.015±0.018
Вода 5 0.00065± 0.00011 0.023±0.011 0.001±0.000 0.005±0.003 0.003±0.001 н.о. 0.0002± 0.0003 0.0003± 0.0003 н.о.
* н.о. - величины меньше пределов аналитического обнаружения.
р. Енисей, исследованных нами, изменялись техногенных радионуклидов (таких как 60Со и
незначительно (табл. 2). Подобного нельзя ска- 652п) в воде р. Енисей значительно снизилась
зать о радионуклидах. В апреле 2010 г. прои- (Александрова, Болсуновский, 2012), следова-
зошла остановка реакторного производства тельно, снизился поток радионуклидов в био-
на ГХК, после чего активность большинства массу гидробионтов из воды.
КН 100000
10000
1000 -
100 -
10 -
1
4 П
Со-60
Zn-65
Cs-137
К-40
Zn-65
Со-60 Cs-137 Еи-152
КН 4 т
1.......1 1 ; 1_
¿N-65
□ авг.09 □ сен.09
I окт.09
1авг.10
I сен. 10
|окт.10 С ср.знач .±станц.отклон
Рис. 2. Коэффициенты накопления радионуклидов в биомассе водного мха из воды (а) и в трофических парах водный мох-гаммариды (б), гаммариды-хариус (мышцы) (в), гаммариды-елец (мышцы) (г)
КН 1000000 п
100000
10000
1000 -
100
Рис. 3. Коэффициенты накопления металлов в биомассе водного мха из воды (а) и в трофических парах (б): 1 - водный мох-гаммариды, 2 - гаммариды-хариус (мышцы), 3 - гаммариды-елец (мышцы), 4 -гаммариды-хариус (печень)
б
в
г
3
3
0
0
К-40
К-40
¿N-65
CS-137
Из рассмотренных нами организмов водный мох накапливает техногенные радионуклиды и металлы поверхностью фотоассими-лирующих органов из воды. Через несколько месяцев после полной остановки реакторного завода на ГХК в пробах биомассы водного мха (сентябрь-октябрь 2010 г.) не обнаружено короткоживущих изотопов, таких как 24№ (Т1/2 = 14.96 ч.), 51Сг и др., а также значительно снизилось содержание других изотопов с наведенной активностью. Так, активность 60Со и 65гп в биомассе мха снизилась в сентябре-октябре 2010 г. в 3-4 раза по сравнению с аналогичным периодом 2009 г. (рис. 1а). Накопление радионуклидов и металлов в биомассе мха из воды очень эффективно, о чем свидетельствуют высокие величины КН (рис. 2а, 3а). Благодаря способности эффективно накапливать тяжелые металлы и радионуклиды из воды, водный мох широко используется как индикатор техногенного загрязнения водотоков.
Активность 65гп в биомассе гаммарид осенью 2010 г. не уменьшилась по сравнению с осенью предыдущего года (рис. 1б), активность 60Со снизилась в меньшей степени, чем для водного мха, в среднем в полтора раза. Таким образом, вывод радиоактивного цинка из организмов гаммарид происходит медленнее по сравнению с таковым из макрофитов, что, возможно, свидетельствует о преобладании пищевого пути поступления этих изотопов в организмы гаммарид над водным. Вероятно, в дальнейшем следует ожидать снижения активности 65гп в гаммаридах за счет распада изотопа. Пищевым ресурсом гаммарид в р. Енисей служит, в основном, перифитон, а также эпифитон макрофитов. С помощью жирнокислотных маркеров было показано, что гаммариды, обитающие в Енисее, могут употреблять в пищу также биомассу водного мха (Kalachova et а1., 2011). Накопление 652и
гаммаридами из биомассы водного мха очень эффективно (рис. 2б). При этом величина КН 65гп в биомассе гаммарид возросла после остановки реактора за счет снижения содержания этого изотопа в водном мхе. Из стабильных изотопов металлов в трофической паре водный мох-гаммариды возможно эффективное накопление меди (рис. 3б). Ранее сообщалось о возможности трофического накопления меди гаммаридами из перифитона р. Енисей (Анищенко и др., 2009). Перенос других техногенных и природных радионуклидов и металлов в тела гаммарид из биомассы водного мха неэффективен.
Гаммариды являются основным компонентом питания хариуса в летне-осенний период (Зуев и др., 2011). Они преобладали в содержимом желудков исследованных нами хариусов (Зуев и др., 2011). Качественный анализ состава пищевых комков ельца позволил нам сделать вывод о сходстве рациона ельцов и хариусов в осенний период. Величины коэффициента наполненности кишечников в выборках ельцов были несколько ниже (1.8-3.7), а коэффициента упитанности (1.81.9) - немного выше, чем у хариусов. Активности техногенных радионуклидов в мышцах этих двух видов рыб были близкими. В мышцах хариусов активность 65гп не превышала пределы обнаружения в августе и сентябре, но была зарегистрирована в октябре 2010 г. (рис. 1в), что не может быть объяснено сменой рациона по сравнению с предыдущими двумя месяцами, т.к. состав пищи в желудках хариусов в августе-октябре 2010 г. был сходным. Также не отмечено значительных различий в возрасте, коэффициенте наполненности кишечников (3-4) и упитанности (1.4-1.6) хариусов в исследованных выборках.
Наши оценки показали, что в мышцах рыб-бентофагов возможно эффективное накопление калия и 40К из гаммарид. Другие ав-
торы (Анищенко и др., 2009) также отмечали возможность накопления калия в мышцах хариуса из гаммарид и других представителей зообентоса Енисея. Судя по величинам КН, накопление техногенных радионуклидов в мышцах рыб-бентофагов из биомассы гамма-рид неэффективно. Источником поступления техногенных радионуклидов в мышцы хариуса помимо гаммарид могут быть другие пищевые объекты либо вода. Так, известно, что металлы могут поступать в тела рыб из воды через жабры и пищеварительный тракт (Попов, 2002).
Концентрации ряда переходных металлов, относящихся к числу необходимых для жизнедеятельности рыб, в печени хариуса превышали концентрации в мышцах в 8.7 раз для железа, 6.9 раз для меди, в 4.7 раз для марганца, в 3.5 раз для цинка. Более высокие концентрации вышеупомянутых металлов в печени по сравнению с мышцами отмечаются для разных видов пресноводных рыб другими авторами (Леонова, Бачинский, 1998; По-годаева и др., 1998; Попов, 2002; Бияк и др., 2009). Таким образом, большая часть содержания металлов, попавших из крови в печень рыб, выводится из организма. В печени хариуса возможно эффективное накопление калия, цинка и кадмия из биомассы гаммарид (рис. 3б). Перенос других металлов в печень рыб малоэффективен. Радионуклиды в печени рыб нам обнаружить не удалось, хотя в конце зимы и весной 2010 г. они были зарегистрированы во внутренних органах хариусов Енисея (Зотина и др., 2012).
Предположение об аналогичности поведения радиоактивных и стабильных изотопов в экосистеме основано на их химическом сходстве, хотя известно такое явление, как фракционирование изотопов (Галимов, 1981). В рассмотренных нами трофических парах эффективность накопления калия сравнима
с эффективностью накопления 40K, который в природной смеси изотопов составляет 0.012 %. Такое поведение калия ожидаемо, поскольку соотношение изотопов этого элемента в природе постоянно. Накопление цинка и кобальта в пищевой паре водный мох-гаммариды в несколько раз менее эффективно, чем накопление радиоактивных изотопов 60Co и 65Zn. В трофических парах гаммариды-хариус (мышцы) и гаммариды-елец (мышцы), наоборот, накопление цинка более эффективно, чем изотопа 65Zn (рис. 2б, в; рис. 3б). В отличие от радиоактивного стабильный изотоп цинка может эффективно накапливаться из тел гаммарид в печени хариуса и менее эффективно - в мышцах (рис. 3б). В целом можно констатировать, что трофический перенос исследованных переходных металлов, а также их отдельных радиоактивных изотопов в мышцы рыб-бентофагов р. Енисей из гамма-рид малоэффективен.
В радиоэкологии K и Cs рассматриваются как элементы-аналоги (IAEA, 2009; Varga et al., 2009). Наши оценки показали, что значительная доля активности (до 70 %) 40K и 137Cs в телах хариусов находится в мышцах (Зотина и др., 2012). Близкие величины приводятся для пресноводных рыб другими авторами (Гудков и др., 2008; Yankovich, 2009). Таким образом, цезий распределяется в организме рыб так же, как его аналог - калий. Однако эффективность накопления 137Cs в мышцах рыб-бентофагов (хариусов и ельцов) из зообентоса в р. Енисей была значительно меньше, чем 40K и K. Известно, что эффективность накопления элементов-аналогов определяется биодоступностью макроэлемента-аналога в среде (Yankovich et al., 2009). На основе анализа рыб из разных пресноводных экосистем установлено, что накопление 137Cs пресноводными рыбами отрицательно коррелирует с концентрацией K+ в окружающей
среде (Rowan, Rasmussen, 1994). Очевидно, что концентрация биодоступного для рыб-бентофагов калия в р. Енисей значительно превышает концентрацию цезия.
Многие авторы отмечают зависимость эффективности накопления 137Cs пресноводными рыбами от типа их питания. В частности, показано, что самые высокие удельные активности 137Cs регистрируются в тканях (мышцах) хищных видов рыб (Рябов, 2004; Полякова и др., 2009; Зарубин и др., 2009). Мы также отмечали возможность эффективного трофического переноса 137Cs в мышцы щуки из тел хариусов и ельцов в р. Енисей (Трофимова и др., 2012). Следовательно, в телах рыб-бентофагов 137Cs приобретает более доступную форму для высших трофических уровней.
Заключение
Анализ удельных активностей радио-нуклидов и концентраций металлов в компонентах трофических сетей р. Енисей, ведущих к рыбам-бентофагам L. l. baicalensis,
П. arcticus, показал, что трофический перенос металлов ^е, 2п, Си, Мп, Сг, Со, РЬ, Cd) и техногенных радионуклидов, регистрируемых в мышцах рыб (652п и 137Cs), из одного из основных компонентов питания рыб - гам-марид - неэффективен (КН<1). Эффективное накопление в данных трофических парах возможно только для калия и его природного радиоактивного изотопа 40К. В печени хариуса возможно эффективное накопление калия, цинка и кадмия из биомассы гаммарид. В биомассе гаммарид возможно накопление меди и радиоизотопа цинка (652п) из водного мха, перенос других исследованных стабильных и радиоактивных изотопов в данной трофической паре неэффективен.
Сравнение КН стабильных и радиоактивных изотопов показало, что в исследованных трофических парах эффективность накопления совпадает только для пары изотопов-аналогов К и 40К. Эффективность накопления изотопов элементов-аналогов 40К и 137Cs в исследованных трофических парах не подчинялась аналоговому механизму.
Список литературы
1. Александрова Ю.В., Болсуновский А.Я. (2012) Радионуклиды в воде р. Енисей. В: С.В. Куркатов и др. (Ред.) Радиоэкология XXI века: материалы Международной научно-практической конференции, Красноярск, 14-16 мая 2012 г., 190-194 с.
2. Анищенко О.В., Гладышев М.И., Кравчук Е.С., Сущик Н.Н., Грибовская И.В. (2009) Распределение и миграция металлов в трофических цепях экосистемы реки Енисей в районе г. Красноярска. Водные ресурсы 36 (5): 623-632.
3. Анищенко О.В., Гладышев М.И., Кравчук Е.С., Калачёва Г.С., Грибовская И.В. (2010) Оценка антропогенного загрязнения р. Енисей по содержанию металлов в основных компонентах экосистемы на участках, расположенных выше и ниже г. Красноярска. Journal of Siberian Federal University, Biology 3(1): 82-98.
4. Бияк В.Я., Хоменчук В.А., Курант В.З., Грубинко В.В. (2009) Видовые особенности распределения тяжелых металлов в организме рыб Западного Подолья. Гидробиол. журн. 45 (3): 55-64.
5. Болсуновский А.Я., Суковатый А.Г. (2004) Радиоактивное загрязнение водных организмов реки Енисей в зоне влияния Горно-химического комбината. Радиац. биология. Радиоэкология 44 (3): 361-366.
6. Бондарева Л.Г., Болсуновский А.Я. (2008) Изучение форм нахождения техногенных радионуклидов 60Co, 137Cs, 152Eu и 241Am в донных отложениях р. Енисей. Радиохимия 50 (5): 475-480.
7. Бондарева Л.Г., Болсуновский А.Я., Трапезников А.В., Дегерменджи А.Г. (2008) Использование новой методики концентрирования трансурановых элементов в пробах воды реки Енисей. Докл. АН 423 (4): 479- 482.
8. Вышегородцев А.А., Скопцова Г.Н., Чупров С.М., Зуев И.В. (2002) Практикум по ихтиологии. Красноярск: КрасГУ, 127 с.
9. Вышегородцев А.А. (2002) Краткий словарь ихтиолога. Красноярск: КрасГУ, 320 с.
10. Галимов Э.М. (1981) Природа биологического фракционирования изотопов. М.: Наука, 247 с.
11. Гудков Д.И., Каглян А.Е., Назаров А.Б., Кленус В.Г. (2008) Динамика содержания и распределение основных дозообразующих радионуклидов у рыб зоны отчуждения Чернобыльской АЭС. Гидробиол. журн. 44 (3): 95-113.
12. Зарубин О.Л., Малюк И.А., Костюк В.А. (2009) Особенности содержания 137Cs у различных видов рыб Каневского водохранилища на современном этапе. Гидробиол. журн. 45 (5): 110-116.
13. Зотина Т.А., Трофимова Е.А., Болсуновский А.Я. (2012) Радионуклиды в хариусе сибирском на радиационно-загрязненном участке среднего течения р. Енисей. Радиац. биология. Радиоэкология 52 (3): 305-311.
14. Зуев И.В., Семенова Е.М., Шулепина С.П., Резник К.А., Трофимова Е.А., Шадрин Е.Н., Зотина Т.А. (2011) Питание хариуса Tymallus sp. в среднем течении р. Енисей. Journal of Siberian Federal University, Biology 4 (3): 281-292.
15. Леонова Г.А., Бычинский В.А. (1998) Гидробионты Братского водохранилища как объекты мониторинга тяжелых металлов. Водные ресурсы 25 (5): 603-610.
16. Носов А.В., Мартынова А.М. (1996) Анализ радиационной обстановки на р. Енисее после снятия с эксплуатации прямоточных реакторов Красноярского ГХК. Атомная энергия 81 (3): 226-232.
17. Погодаева Т.В., Смирнов В.В., Смирнова-Залуми Н.С., Титова Е.Ю. (1998) Тяжелые металлы (Zn, Fe, Cu, Mn, Pb) в тканях и органах байкальского омуля. Сиб. экол. журн. 5: 477-483.
18. Полякова Н.И., Пельгунова Л.А., Рябцев И.А., Рябов И.Н. (2009) Динамика накопления 137Cs и 40K в тканях промысловых видов рыб рек Тобол и Иртыш в 1995-2007 гг. Радиац. биология. Радиоэкология 49 (6): 721-728.
19. Попов П.А. (2002) Оценка экологического состояния водоемов методами ихтиоиндикации. Новосибирск: Новосиб. гос. ун-т, 270 с.
20. Рябов И.Н. (2004) Радиоэкология рыб водоемов в зоне влияния аварии на Чернобыльской АЭС. М.: Товарищество научных изданий КМК, 215 с.
21. Трофимова Е.А., Зотина Т.А., Болсуновский А.Я. (2012) Оценка переноса техногенных радионуклидов в трофических сетях реки Енисей. Сиб. экол. журн. 4: 497-504.
22. Bolsunovsky A., Bondareva L. (2007) Actinides and other radionuclides in sediments and submerged plants of the Yenisei River. J. Alloy. Compd. 444-445: 495-499.
23. IAEA (International Atomic Energy Authority) (2009) Quantification of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments for radioecological assessments. TECDOC-1616. Vienna: IAEA, 622 p.
24. Kalachova G.S., Gladyshev M.I., Sushchik N.N., Makhutova O.N. (2011) Water moss as a food item of the zoobenthos in the Yenisei River. Cent. Eur. J. Biol. 6 (2): 236-245.
25. Rowan D.J., Rasmussen J.B. (1994) Bioaccumulation of radiocesium by fish - the influence of physicochemical factors and trophic structure. Can. J. Fish Aquat. Sci. 51 (11): 2388-2410.
26. Varga B., Leclerc E., Zadyvai P. (2009) The role of analogues in radioecology. J. Environ. Radioactiv. 100: 802-805.
27. Yankovich T.L. (2009) Mass balance approach to estimating radionuclide loads and concentrations in edible fish tissues using stable analogues. J. Environ. Radioactiv. 100: 795-801.
Efficacy of Trophic Transfer of Radioactive and Stable Isotopes of Metals to Zoobenthos-Feeding Fish of the Yenisei River
Tatiana A. Zotina, Elena A. Trofimova, Alexandr Ya. Bolsunovsky and Olesia V. Anishenko
Institute of Biophysics SB RAS, 50/50 Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036 Russia
Accumulation of radioactive and stable isotopes ofmetals in trophic chain of the Yenisei River leading to zoobenthivorous fish species, dace (Leuciscus leuciscus baicalensis) and grayling (Thymallus arcticus), have been investigated. Concentration factors (CF) of radionuclides and metals in trophic pairs, aquatic moss (Fontinalis antipyretica) - gammarids (Gammaridea), gammarids - dace and gammarids - grayling, were estimated. Dietary transfer of metals (Fe, Zn, Cu, Mn, Cr, Co, Pb and Cd) and artificial radionuclides (65Zn and 137Cs) from gammarids to muscles of fish species was not effective (CF<1). Effective transfer of potassium (CF = 2.6-3.4) and its natural isotope 40K (CF = 2.62.8) is possible in these trophic pairs. Effective accumulation of K, Zn and Cd in liver of grayling is possible from biomass of gammarids (CF = 3.2, 3.0 and 2.1, respectively). Accumulation of copper and 65Zn is possible in biomass of gammarids from aquatic moss (CF = 2.9 and 2.2-8.7, respectively). Dietary transfer of other stable and radioactive isotopes of metals in this trophic pair is not effective. Efficacy of dietary transfer was similar for analogue isotopes K and 40K only. Efficacy ofdiet transfer of isotopes of analogue elements, 40K and 137Cs, differed considerably among the studied trophic pairs.
Keywords: aquatic moss, dace, gammarids, grayling, Fontinalis antipyretica, Gammaridea, Leuciscus leuciscus baicalensis, Thymallus arcticus.
