Изучение аккумуляционной способности сфагновых мхов по отношению к долгоживущим изотопам Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Химия растительного сырья. 2011. №1. С. 163-167.

Торф и продукты его переработки

УДК 541.182:662.33

ИЗУЧЕНИЕ АККУМУЛЯЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ СФАГНОВЫХ МХОВ ПО ОТНОШЕНИЮ КДОЛГОЖИВУЩИМ ИЗОТОПАМ

© Н.К. Рыжакова1, Л.Г. Бабешина2, Н.С. Рогова1

1 Томский политехническийуниверситет, пр. Ленина, 30, Томск, 634050 (Россия) e-mail: [email protected]

2Сибирский государственный медицинский университет, Московский тр., 2,

Томск, 634050 (Россия)

В работе представлены данные у-спектрометрического анализа используемых в медицине сфагновых мхов о содержании в них долгоживущих радионуклидов Th232, Ra226, K40, Cs137. Изучены аккумуляционные способности 21 вида сфагновых мхов. Мхи отобраны в различных природно-климатических зонах Западно-Сибирской равнины. Показано, что условия произрастания и виды мха не оказывают существенного влияния на содержание в них радионуклидов. Средние концентрации Th232, Ra226, K40, Cs137 хорошо согласуются с данными, полученными для другого лекарственного сырья - Bergenia crassifolia.

Ключевые слова: сфагновый мох, аккумуляционная способность, радионуклиды, гамма-спектрометрия.

Введение

Широко распространенные в природе сфагновые мхи издавна используются в народной медицине как лекарственное растение. В Великобритании, Шотландии, Ирландии и Америке его употребляют при лечении фурункулов и гнойных ран. В Китае сфагновым отваром лечат болезни глаз, в России это растение применяют для лечения инфицированных ран, ревматизма, радикулита, артритов, заболеваний кишечника. Всеобщее признание получил сфагновый мох как великолепный перевязочный материал. С этой целью он использовался во время Русско-японской, Первой и Второй мировых войн [1]. В настоящее время выявлено сочетание противовоспалительной и анальгезирующей активности, антибактериального и антигрибкового действия, а также ранозаживляющих свойств экстракта сфагнового мха. Это позволяет рекомендовать его для использования в комплексной терапии раневых и воспалительных процессов, ожоговых поражений кожи, инфицированных ран [2]. Кроме того, результаты последних исследований показывают целесообразность комплексного использования сырья растений рода Sphagnum в официальной медицине. Речь идет о создании энтеросорбента из шрота сфагнового мха, который остается после получения экстракта из этого растения. Шрот проявляет более высокую адсорбционную способность по сравнению с широко используемыми энтеросорбентами: до 4,6 раза выше, чем активированный уголь и до 2,5 выше, чем литовит [3].

Использование сфагновых мхов в качестве лекарственного сырья ставит задачу по определению содер-жания в них долгоживущих радионуклидов естественного и техногенного происхождения. Актуальность данной задачи обусловлена в том числе высокими сорбционными свойствами мхов. Литературные данные по содержанию Sr90 и Cs137 в сфагновых мхах отражают в основном динамику концентрации этих радионуклидов после глобальных выпадений в результате проведения ядерных испытаний, Чернобыльской катастрофы и аварийных ситуаций на предприятиях ядерно-топливного цикла [4-8]. В работе [9] приведены данные

232 238 226

по содержанию Th , U и Ra в некоторых видах мхов, отобранных вблизи уранового месторождения Южной Якутии. Однако использованные в работе методы определения содержания радионуклидов (фото-

232 238 226

метрический для Th , люминесцентный для U и эманационный для Ra ) обладают сравнительно невысокой чувствительностью. Эти методы пригодны для измерения больших концентраций радионуклидов, что не характерно для растений, в том числе мхов.

* Автор, с которым следует вести переписку.

Цель данной работы - измерение содержания долгоживущих радионуклидов Th232, Ra226, K40, Cs137 в различных видах сфагновых мхов и изучение влияния условий их произрастания на удельную активность данных радионуклидов в исследуемых растениях.

Экспериментальная часть

В проведенном исследовании содержание вышеперечисленных радионуклидов измеряли с помощью полупроводникового гамма-спектрометра на основе германиевого детектора типа ДГДК-100В. Детектор помещен в низкофоновую камеру, которая представляет собой комбинированную защиту в виде последовательного набора слоев из свинца (100 мм), стали (10 мм) и алюминия (10 мм). В качестве контейнера при измерениях использовали пластиковые сосуды объемом 0,22 литра. Спектрометрическая информационная обработка выполнялась по программе «AnGamma 3.24» на фотопиках с энергиями 295, 352, 609 (Ra226); 583,

ллл 1 'in ЛС\

911 (Th ); 661 (Cs ); 1460 кэВ (K ). Для получения результатов с погрешностью не более 20% время измерения составляло двое-трое суток. Всего проанализировано 40 проб мха.

Мох отбирали в 2004-2009 гг. в экспедиционных условиях на территории Западно-Сибирской равнины в лесной и лесотундровой растительных зонах: в подзоне мелколиственных лесов (болото Чагинское, в черте Томска, болото Кирсановское, на расстоянии 25 км от Томска), в подзоне южной тайги (Бакчарское болото, 15 км от пос. Плотниково Томской области), в подзоне средней тайги (болото Кукушкино, Ханты-Мансийский автономный округ) и в зоне лесотундры (тундро-болото, в радиусе 20 км от Нового Уренгоя, Ямало-Ненецкий автономный округ). Для сравнения: один из видов сфагнового мха собран на территории Восточной Сибири (берег оз. Байкал). Сбор сырья производили ручным способом в естественных местах обитания видов. Собранные образцы сырья высушивали в тени в хорошо проветриваемом месте до воздушно-сухого состояния, очищали от посторонней примеси. Далее образцы мха измельчали до размера частиц не более 1-3 мм, чтобы обеспечить равномерное распределение плотности исследуемого материала по объему контейнера.

Объектами исследования являлся 21 вид растений рода Sphagnum: S. aongstroemii Hartm., S. angustifolium (C. Jens. ex Russ.) C. Jens., S. balticum (Russow) C. Jens., S. capillifolium (Ehrh.) Hedw., S. centrale C. Jens., S. compactum Lam. & DC., S. fallax (H. Klinggr.) H. Klinggr., S. fmbriatum Wilson, S. fuscum (Schimp.) Klinggr., S. girgensohnii Russow, S. jensenii H. Lindb., S. lenense H. Lindb. ex Saviez, S. lindbergii Schimp., S. magellani-cum Brid., S. majus (Russow) C. Jens., S. papillosum Lindb., S. riparium Ângstr., S. russowii Warnst., S. squarro-sum Crome, S. subsecundum Ness., S. warnstorfii Russ.

Обсуждениерезультатов

В ходе исследования изучено влияние следующих факторов на удельную активность радионуклидов во мхах: увлажненность мест произрастания; влияние вида мхов и природно-климатических условий, характеризующихся разным количеством выпадающих осадков, температурным режимом, составом почв и т.д.

Для оценки влияния степени увлажненности мест произрастания мхов в качестве критерия использовано

относительное среднеквадратичное отклонение 5 = ———100%. Здесь <A> - усредненная по степени увлаж-

< A >

ненности удельная активность, с - среднеквадратичное отклонение удельной активности. Влияние степени увлажненности на накопление радионуклидов в пределах одного болота оценивали на примере S. magellanicum (болото Кукушкино) и S. fuscum (болото Бакчарское). Выбор данных видов обусловлен большой толерантностью этих мхов к степени увлажнения мест произрастания. Они могут доминировать в сосново-кустарничково-сфагновом сообществе в условиях сравнительно малой (рям) и средней (гряда) обводненности, а также встречаться при высокой степени увлажнения в кустарничково-осоково-сфагновых топях. Как видно из данных таблицы 1, значительного влияния степени увлажнения на содержание измеренных радионуклидов не обнаружено - разброс удельной активности во мхах, произрастающих в ряму, топи и на гряде, не превышает десятков процентов, что по порядку величины совпадает с погрешностью измерений.

Самый большой разброс наблюдается для Ra226, причем максимальные значения концентрации этого радионуклида обнаружены в образцах мха, произрастающего при средней степени увлажнения. Для Th232, K40, Cs137 какой-либо общей закономерности в накоплении этих радионуклидов не выявлено. Для S. fuscum наи-

232 40 137

меньшие концентрации Th , K , Cs соответствуют средней степени увлажнения, а для S. magellanicum наибольшие концентрации K40 и Cs137 наблюдаются у мхов, произрастающих в условиях высокой влажности.

Таблица 1. Содержание радионуклидов в сфагновых мхах в зависимости от места обитания с разной степенью увлажнения

Место Вид рода Радионуклид <A>, [Бк/кг] <A>, 5, %

нахождения вида Sphagnum рям гряда топь [Бк/кг]

Ra226 7±1,1 9±1,3 2±0,3 6,0±0,9 51%

Болото S. fuscum Th232 6±0,7 3±0,4 6±0,7 5,3±0,6 29%

Бакчарское K40 180±18 71 ±7,2 99±10 117±12 40%

Cs137 77±7,8 49±5,0 63±6,4 63±6,4 18%

Ra226 8±1,2 23±2,7 13±2,0 15±1,9 43%

Болото S. magellanicum Th232 6±0,7 7±0,8 7,5±0,9 7,0±0,9 7,0%

Кукушкино K40 76±7,9 78±7,9 130±13 95±9,6 26%

Cs137 38±3,9 32±3,3 92±9,3 54±5,5 49%

Для анализа влияния природно-климатических условий измерено содержание радионуклидов во мхе рода X /шсит. произрастающих в ряму в разных растительных зонах Западно-Сибирской равнины (табл. 2). Данный вид мха является доминантом и строителем верховых болот по всей территории Западно-Сибирской равнины. Оценка влияния природно-климатических условий произведена с помощью критерия Фишера [10]:

*-4.

где = —

r -1

r Пі

ZZ( xj - x)2 i=1 j=1

межгрупповая и внутригрупповая дисперсии соответствен-

но, вычисленные на одну степень свободы (табл. 3). Здесь x - общая средняя, xi - групповые средние, nt -

число проб в группе, n - общее количество проб, r - число групп, в нашем случае 3.

Заключение о влиянии природно-климатических условий на удельную активность радионуклидов во мхах сделано на основе сравнения расчетного значения критерия Фишера с критическим значением FKp = 6,9, которое определено по таблице для доверительной вероятности 0,95 [10]. На основе данных таблицы 3 можно сделать вывод об отсутствии значимого влияния природно-климатических условий на содержание радионуклидов в сфагновых мхах.

Этот вывод подтверждается также данными по природным радионуклидам для S. squarrosum, собранного на территориях Западной и Восточной Сибири, достаточно сильно отличающимися природно-климатическими условиями (табл. 4). Однако содержание техногенного Cs137 в этом виде мха, отобранном на Байкале, в семь раз меньше средней удельной активности Cs137 в образцах, отобранных на Западно-Сибирской равнине. Эту разницу можно объяснить влиянием Семипатинского полигона, где в 1950-е гг. проводились испытания ядерного оружия (оз. Байкал расположено на значительно большем расстоянии от полигона, чем обследованная нами территория Западно-Сибирской равнины).

Средние удельные активности радионуклидов, измеренные во мхах рода сфагнум (табл. 5), хорошо согласуются с данными, полученными в работе [11] для лекарственного растительного сырья Bergenia crassifolia (бадан толстолистный), удельная активность корневища которого для Th232 составляет 12 Бк/кг, для Ra226 - 20 Бк/кг, для K40 - 210 Бк/кг, для Cs137 - 5,0 Бк/кг. Следовательно, несмотря на высокие аккумуляционные свойства моховидных, содержание в сфагновых мхах Th232, Ra226, K40, Cs137 примерно такое же, как и в других видах лекарственных растений.

Из данных таблицы 5 видно, что наименьшее значение удельной активности Ra226, Th232 и Cs137 наблюдается для мха вида S. warnstorfii. Необходимо отметить также широко распространенные и удобные с точки зрения сбора лекарственного сырья мхи вида S. angustifolium, S. balticum, S. capillifplium, S. fallax, S. fuscum,

S. girgensohnii, S. magellanicum, S. papillosum, которые имеют средние и ниже среднего значения удельных активностей исследуемых радионуклидов. S. russowii имеет сравнительно высокие удельные активности Ra226, Th232 и K40, поэтому применение его в медицинских целях нежелательно.

Таблица 2. Содержание радионуклидов в Sphagnum fuscum в зависимости от места произрастания

на Западно-Сибирской равнине (1 - подзона мелколиственных лесов и подзона южной тайги,

2 - подзона средней тайги, 3 - зона лесотундры)

Радионуклид Ra226 Th232 K40 Cs137

Подзоны 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

<A>, [Бк/кг] 18±3,2 17±2,3 43±5,0 8,2±1,2 13±1,5 11±1,2 208±22 277±28 353±35 63±6,4 76±8 78±8

n-r

Таблица 3. Общая, межгрупповая, внутригрупповая дисперсии и отношение дисперсий

для разных радионуклидов

Компоненты дисперсии Сумма квадратов Число степеней свободы Средний квадрат F

Ra226

Между группами 543 2 272 1,1

Внутри групп 997 4 249

Общая 1540 6

Th232

Между группами 23 2 11,7 1,0

Внутри групп 45 4 11,3

Общая 68 6

K40

Между группами 19249 2 9625 0,4

Внутри групп 106411 4 26602

Общая 125660 6

Cs137

Между группами 294 2 147 0,1

Внутри групп 4903 4 1226

Общая 5197 6

Таблица 4. Содержание радионуклидов в X squarrosum. собранного на территории Западно-Сибирской равнины и Восточной Сибири. Бк/кг

Радионуклид Западная Сибирь Восточная Сибирь

Ra226 25±3,2 17±2,3

Th232 15±1,7 30±3,3

K40 313±31 255±26

Cs137 42±4,4 6,6±0,7

Таблица 5. Значения удельных активностей Ra226, Th232, К40и Cs137 в различных видах рода Sphagnum, Бк/кг

Вид мха Ra226 Th232 K40 Cs137 Вид мха Ra226 Th232 K40 Cs137

S. aongstroemii 20,5±3 16±2,0 168±17 1 S. lenense 15±1,9 10±1 186±19 20±2,1

S. angustifolium 17±4,0 5±1,0 280±29 43±5 S. lindbergii 29±3,6 16±2,0 272±27 68±7

S. balticum 9±1,3 5±0,6 129±13 86±8,7 S.magellanicum 16±2,0 8±1,0 125±13 46±4,8

S. centrale 60±7,3 17±2,0 150±15,2 18±2,1 S. majus 26±3,6 13±1,8 178±18 127±13

S. compactum 36±4,0 19±2,0 304±30 71±7,2 S. papillosum 17±0,8 5,5±0,2 149±2,0 50±0,7

S. capillifolium 4±1,0 19±2 260±26 83±8 S. riparium 20±4,0 9±1,2 498±50 57±6,1

S. fallax 21±2,7 8±1,0 255±25 52±5,4 S. russowii 48±6,0 20±2,4 452±46 55±6

S. fimbriatum 32±4,0 16±2,0 312±31,6 60±6,3 S. squarrosum 19±2,5 19±2,0 328±33 25±2,6

S. fuscum 18±3,0 8±1,0 205±21 64±6,6 S. subsecundum 7±1,4 14±2,0 270±27 51±5,3

S. girgensohnii 22±2,5 6±1,0 225±23 16±2,0 S. warnstorfii 3±0,4 3±0,3 196±19 10±1,0

S. jensenii 10±2,0 7±1,0 147±15 128±13

Выводы

1. Природно-климатические условия, в том числе и степень увлажненности мест произрастания, не оказывают существенного влияния на содержание радионуклидов Th232, Ra226 , K40, Cs137.

2. Во мхах вида S. angustifolium, S. balticum, S. capillifplium, S. fallax, S. fuscum, S. girgensohnii, S. magellanicum, S. papillosum содержание радионуклидов не превышает среднего значения.

3. Наибольшими аккумуляционными способностями по отношению к радионуклидам Th232, Ra226, K40 и Cs137 обладает мох вида S. russowii.

4. Средние значения удельной активности сфагновых мхов составляют для Ra226 21, Th232 - 12, K40 - 242, Cs137 - 54 Бк/кг, что хорошо согласуется с данными для корневища лекарственного сырья Bergenia crassifolia (бадан толстолистный).

Список литературы

1. Подтероб А.П., Зубец Е.В. История применения растений рода Sphagnum в медицине // Химикофармацевтический журнал. 2002. Т. 36, №4. С. 27-29.

2. Белоусов М.В., Ахмеджанов P.P., Дмитрук В.Н., Юсубов М.С., Бабешина Л.Г., Дмитрук С.Е. Фармакологическая активность эталонного экстракта из сфагнума бурого (sphagnum fuscum (Shimp) Klinggr) // Химия растительного сырья. 2008. №3. С. 129-134.

3. Клаус Н.В., Бабешина Л.Г., Дмитрук C.E., Субботина Н.С., Нифонтова Л.А. Адсорбционная активность сырья водно-болотных растений Западной Сибири // Бюллетень сибирской медицины. 2009. №4. С. 37-40.

4. Lux D., Kammerer L., Rühm W., Wirth E. Cycling of Pu, Sr, Cs, and other longliving radionuclides in forest ecosystems of the 30-km zone around Chernobyl // Science of The Total Environment. 1995. V. 173-174. P. 375-384.

5. Spezzano P., Giacomelli R. Radionuclide concentrations in air and their deposition at Saluggia (Northwest Italy) following the Chernobyl nuclear accident // Journal of Environmental Radioactivity. 1990. V. 12, N1. Pp. 79-91.

6. Нифонтова М.Г. Содержание долгоживущих радионуклидов в моховом покрове зоны восточно-уральского ра-диоактивного следа // Экология. 1995. №4. С. 326-329.

7. Нифонтова М.Г. Долговременная динамика содержания техногенных радионуклидов в мохово-лишайниковом покрове // Экология. 2006. №4. С. 275-279.

8. Покаржевский А.Д., Успенская Е.Ю., Филимонова Ж.Б. Глобальный фон радиоактивного загрязнения в наземных экосистемах спустя 13 лет после Чернобыльской аварии // Экология. 2003. №2. С. 83-89.

9. Собакин П.И. Накопление тяжелых естественных радионуклидов мхами Южной Якутии // Сибирский экологический журнал.2002. №1. С. 29-34.

10. Венецкий И.Г., Венецкая В.И. Основные математико-статистические понятия и формулы в экономическом анализе. М., 1974. 279 c.

11. Санаров Е.М., Баландович Б.А., Кузьмин Э.В., Корниенко М.Г., Алтынников В.В. Экологическая оценка радионуклидного загрязнения лекарственного растительного сырья в Алтайском крае и проблема регламентирования // Химия растительного сырья. 1998. №1. С. 19-24.

Поступило в редакцию 9 марта 2010 г.

После переработки 28 апреля 2010 г.