WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Айкэбайэр Илахун

Распределение 137Cs и 90Sr по фракциям органического

вещества серо-коричневой почвы СУАР КНР и поглощение их

растениями из водных растворов и разных почв в присутствии

различных лигандов

(Специалность-03.00.27 – почвоведение

06.01.04 – агрохимия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2009

Работа выполнена на кафедрах почвоведения и радиологии Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А.Тимирязева Научные руководители – доктор биологических наук, профессор Анатолий Иванович Карпухин доктор биологических наук, профессор Сергей Порфирьевич Торшин

Официальные оппоненты – доктор биологических наук, профессор Лев Оскарович Карпачевский кандидат биологических наук, профессор Николай Константинович Сюняев

Ведущая организация – ГНУ «ВНИИ агрохимии имени Д.Н.Прянишникова».

Защита состоится «28» декабря 2009 г. в 14 час. 30 мин. На заседании диссертационного совета Д 220.043.02 при Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А.Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. Учёный совет РГАУ– МСХА имени К.А.Тимирязева.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке РГАУ–МСХА имени К.А.Тимирязева.

Автореферат разослан «28» ноября 2009 г. и размещён на сайте университета www.timacad.ru Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Т.В.Шнее

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность темы. Несмотря на то, что история аварии на ЧАЭС насчитывает уже более 20 лет, значительные территории РФ и сопредельных стран остаются загрязнёнными осколочными радионуклидами, среди которых наибольшее значение имеют 137Cs и 90Sr (Алексахин и др., 1992;

Алексахин, 2006; Круглов и др., 1995, Фокин и др. 2005). Около половины этих территорий занято пашней и другими угодьями сельскохозяйственного назначения, что обеспечивает загрязнение продукции растениеводства и по пищевым цепям – животноводства, часто сверхнормативными уровнями.

В настоящее время в современном почвоведении достаточно хорошо изучена сорбция, миграция, трансформация этих радионуклидов в почвах и поступление их в растения. В меньшей степени освоено влияние органических веществ на состояние и транспорт 137Cs и 90Sr в системе почварастение. Проведено сравнительное изучение поступления этих радионуклидов из разных типов почв, где прослеживается закономерность уменьшения поступления изучаемых радионуклидов с увеличением содержания общего углерода в исследуемых почвах. Отмечено, что почвы с высоким содержанием гумуса в большей степени поглощают эти радионуклиды и прочней удерживают. В литературе имеются отдельные сведения о содержании 137Cs и 90Sr в органическом веществе. При этом остается неясным как эти радионуклиды распределяется по группам и фракциям органических веществ почвы, что в значительной мере определяет закрепление, миграцию и поступление ионов металлов, в том числе радионуклидов в растения.

Цель работы. Оценить комплексообразующую способность различных органических лигандов в отношении 137Cs и 90Sr и в связи с этим барьерную функцию комплексов пути поступления радионуклидов в растения для химического мониторинга почв.

Задачи исследований:

1.Определить параметры гумусового состояния серо-коричневой почвы СУАР КНР.

2.Изучить молекулярно-массовое распределение 137Cs по группам гумусовых вещеcтв.

3.Установить влияние искусственных и природных комплексонов на молекулярно-массовое распределение углерода, радиоцезия и радиостронция.

4.Изучить природу взаимодействия органических веществ с цезием- и стронцием-90.

5.Определить влияние различных комплексонов на поступление радионуклидов в растения в условиях водной и почвенной культуры.

Научная новизна. Впервые определены параметры гумусового состояния серо-коричневой почвы СУАР КНР. Проведено изучение распределения 137Cs и 90Sr по группам и молекулярно-массовым фракциям гумусовых веществ. При взаимодействии радионуклидов с органическими соединениями происходит образование сложных органо-минеральных комплексов и комплексно-гетерополярных солей. Исследовано влияние органических лиганд на молекулярно-массовое распределение углерода, радиоцезия и радиостронция. Изучено поступление 137Cs и 90Sr в растения под влиянием искусственных комплексонов и гуминовых кислот, а также из разных органо-минеральных источников из водных растворов, так из различных почв.

Научно-практическая значимость. Данные, полученные в работе, посвящены специфическим механизмам закрепления радионуклидов в почвах, в частности влияния разных лигандов и отдельных фракций органического вещества серо-коричневой почвы. Проведена апробация и рекомендуется радиогель-хроматография для изучения влияния органических лигандов на поведение Cs и Sr в системе «почва-растение».

Предложены эмпирические формулы для расчета молекулярных масс органических и органо-минеральных соединений. Полученные результаты могут быть использованы для целей химического мониторинга окружающей среды при разработке контрмер, направленных на усиление закрепления радиоцезия и радиостронция в почве, что в свою очередь позволит снизить коэффициенты накопления этих радионуклидов сельскохозяйственными растениями.

Защищаемые положения.

Гуминовые кислоты влияют на ММР 137Cs. При этом высокомолекулярная фракция содержит 70% углерода от введённого в колонку, а низкомолекулярная – 30%.

Органические лиганды удерживали 8,4% 137Cs, соответственно, высокомолекулярная и низкомолекулярная – 5,9 и 2,6%.

Гуминовые кислоты более активно влияют на ММР 90Sr по сравнению с 137Cs и удерживают по комплексному типу 90% ионов стронция, меченых радиоактивным изотопом 90Sr.

3. Радиоцезий связывается органическими лигандами более прочно, чем по ионообменному типу и может образовывать внешнесферные комплексные органо-минеральные соединения, а Sr образует как внешнесферные, так и внутрисферные органоминеральные комплексы.

4. Органические лиганды, включая соединения гумусовой природы, снижают размеры поступления радиоцезия и радиостронция в 5. Цезий-137 более интенсивно поступает в растения из органических форм по сравнению с минеральной (хлорид цезия).

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды (экологические и правовые аспекты)» (Махачкала, г.), на III Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг природных экосистем» (Пенза, 2009 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в т.ч. 2 в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 144 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов. Содержит таблиц, 16 рисунков. Список литературы включает 145 наименований, в том числе 44 иностранных авторов.

В этой главе обобщены и систематизированы литературные данные о содержании и формах цезия-137, стронция-90 в почвах. Показана взаимосвязь радионуклидов с различными компонентами почвы. Рассматриваются соединения гумусовых кислот с различными химическими элементами и соединения металлов с почвенными органическими веществами гумусовой и индивидуальной природы. Влияние органических соединений на подвижность цезия и стронция в почве, органических лигандов на десорбцию 137Cs и 90Sr, влияние качественного состава почвенно-поглощающего комплекса на подвижность этих радионуклидов. Радионуклиды рассматриваются как почвенные поллютанты. Приведены характеристика цезия-137, стронция-90 как загрязнителей окружающей среды, сведения о составе соединений радионуклидов в почвах и корневом поступлении 137Cs и 90Sr в растения. Особо рассматриваются вопросы, касающиеся механизмов закрепления радионуклидов в почве и комплексообразования органических веществ с 137Cs и 90Sr в модельных и натурных опытах – в системе «почва-растение».

В качестве основного объекта использовали серо-коричневую почву Северо-западного Уйгурского автономного района КНР с содержанием органического углерода 0,68% и рН 7,1. Для сравнения выбрали образцы тёмно-серой лесной почвы Владимирского Ополья (Владимирская область, РФ) с содержанием гумуса 6,31% и рН 6,5.

Выделение и очистка препаратов гуминовых кислот проводили по общепринятой методике (Орлов Д.С., 1974).

Для изучения молекулярно-массового распределения 137Cs, 90Sr, углерода и их органо-минеральных производных использовали гель-проникающую хроматографию (гель-фильтрацию). При этом применяли колоночную хроматографию, динамический способ элюентной хроматографии при направленном движении фаз, когда жидкая фаза (элюент) перемещается относительно твердой фазы (носитель Молселект марок G-10 и G-25).

Фракционирование и расчёты проводили строго в соответствии с методическими рекомендациями (Карпухин, 1984).

Водная культура. Проростки фасоли (Phaseolus vulgaris L.), сорт Грибовская 92, и кукурузы (Zea mays indurate Sturt.), сорт Воронежская выращивали в стеклянных сосудах на воде (объем 50 мл), в которую для взаимодействия лигандов и радионуклидов и установления равновесия за одни сутки до высаживания растений добавляли растворы хлоридов 137Cs и Sr вместе с соответствующими носителями и лиганды в количестве по 1 мг углерода на сосуд. В качестве комплексонов использовали тартрат натрия, трилон Б, тетрафенилборат натрия и гуминовую кислоту. Опыты проводили на двух уровнях активности – 0,5 и 1,0 кБк. После недельной экспозиции растения вынимали из сосудов, Тщательно обмывали корни, взвешивали, высушивали, определяли сухую массу и активность радионуклидов, используя соответствующие эталоны активности.

Почвенная культура. Растения фасоли (Phaseolus vulgaris L.), сорт Грибовская 92, выращивали в пластиковых сосудах (объем 200 мл) на разных почвах, в которые добавляли 137Cs в виде хлорида (минеральный радиоцезий) и в составе органического вещества (органический радиоцезий) активностью 20 кБк. Метку в органическом веществе приготовляли следующим образом:

растения фасоли выращивали на питательной смеси с добавкой 137Cs, затем растения срезали, высушивали, измельчали и определяли удельную активность. В вариантах с минеральным цезием количество органического вещества в почве компенсировали внесением органического вещества в виде высушенных и измельчённых растений фасоли без метки. Растения выращивали до полного созревания в опыте с серо-коричневой почвой и до фазы 7 листьев в опыте с серо-коричневой почвой и тёмно-серой лесной почвой, срезали, высушивали, измельчали и определяли содержание радиоцезия. Активность определяли, используя соответствующие эталоны:

Cs – на спектрометре CompuGamma-1285 (LKB, Швеция), 90Sr – на радиометре «Бета» (Украина).

Результаты опытов обрабатывали статистически с использованием критерия Стьюдента при Р=0,05.

3. Распределение радиоактивного изотопа цезия-137 по группам и молекулярно-массовым фракциям органических веществ почв.

Гумусовое состояние изучаемой почвы Синь-Цзанского Уйгурского Автономного района КНР характеризуется средними параметрами соответствующими серо-коричневой почве.

Определение параметров гумусового состояния серо-коричневых почв СУАР КНР позволило установить очень низкое значение содержания органического углерода, запасов гумуса, степень гумификации органического вещества, содержания свободных гуминовых кислот и гуминовых кислот, связанных с кальцием; низкое значение содержания прочно связанных гуминовых кислот и оптической плотности гумусовых веществ; среднее значение обогащённости азотом, содержания негидролизуемого остатка и гуматно-фульватный тип гумуса.

Применение методики И.В.Тюрина в модификации В.В.Пономарёвой и Т.А.Плотниковой определения группового и фракционного состава гумуса показало, что содержание фракции гуминовых кислот составляет убывающий ряд: IIIIII, содержание фракции фульвокислот составляет убывающий ряд:

II Iа I III. При этом максимальное содержание обнаружено во II фракции, где гумусовые кислоты связаны с кальцием.

В модельном опыте количество 137Cs в составе гумусовых веществ зависело от формы внесения и изменялось от 28,4% при внесении К-II и TФБ Na до 13,2%. При этом гуминовые кислоты связали от 26,25 до 9,6%, фульвокислоты – от 6,6 до 3,6% в зависимости от варианта опыта.

При помощи гель-проникающей хроматографии на колонках с гелем Gи G-25 показан сложный ММС гуминовых веществ серо-коричневой почвы и выделено 4 фракции с ММ 5000, 2030, 803, 446.

Для выяснения участия отдельных групп, гумусовых соединений проведён модельный опыт с внесением разных форм 137Cs. При этом использовали ионные формы, комплексы с тетрафинилборатом и компосты после разложения растительных остатков, в которые 137Cs поступил через корневую систему целых растений или в который радиоактивный изотоп был добавлен в ионной форме перед компостированием. Активность 137Cs составляла в каждом варианте опыта 20 кБк с содержанием 0,5 мг хлорида После 24 часов взаимодействия было определено содержание 137Cs в группах гумусовых веществ (табл.1).внесенного. Компостированные органические остатки – I, II, III (К- I), (К- II), (К- III) Варианты Примечание: над чертой активность Сs в Бк, под чертой – % от внесённого Количество 137Cs в составе гумусовых веществ зависело от формы внесения и изменялось от 28,40% при внесении компоста - II до 13,20% при внесении в компоста - I и TФБ Na. При этом в составе групп гуминовых кислот содержание 137Cs изменяется от 26.25% при внесении компоста - III до 9,60% - в виде комплексов с тетрафинилборатом. В составе группы фульвокислот содержание радиоактивного изотопа изменяется от 6,60% в варианте внесения ионных форм до 3,63% модельного опыта в варианте компоста II. В составе группы негидролизуемого остатка (гумины) содержание 137Сs изменяет от 9,25% в варианте модельного опыта с внесением ионных форм до варианта с K-III.

Для изучения молекулярно-массового распределения 137Cs использовали гумусовые вещества переходящие в пирофосфатную вытяжку из модельного опыта, где 137Cs вносили в почву в составе различных источников. В наших исследованиях рассматривался вариант опыта, где имитировалось загрязнение почвы ионами цезия меченного радиактивным изотопом цезий Хлористый цезий вносили прямо в почву с А = 20 кБк и содержанием носителя 40 мг CsCl на 1 г. При помощи геля "Молселект" марки G- выделено три фракции по углероду и цезию-137 и четыре фракции по 137Cs (рис. 1). Молекулярные массы фракций составили 700, 475 и 163.

Четвёртая фракция выделенная только по 137Cs имеет Ve = 23 мл, что превышает Vmax для данной марки геля и не позволяет рассчитать её значение.

Величины молекулярных масс для второй и третьей фракции гумусовых веществ представляют усреднённое значение, полученное из калибровочных графиков при пределах разделений 0-700 и 100-700.

Молекулярно-массовый состав гумусовых кислот При помощи геля "Молселект" марки G-25 выделено четыре фракции по углероду и цезию-137 (рис.2). Молекулярные массы фракций гумусовых веществ (табл.2) составляют 5000, 2070, 812 446. Величины молекулярных масс II, III и IV фракций гумусовых веществ полученные по калибровочным графикам лежат в пределах разделения данной марки геля, где проявляется обратный молекулярно-ситовой эффект. При этом (табл. 2) содержание углерода в составе фракции изменяется в следующем ряду: I=25,27% II 23,75% III 21,01 % IV 15,34.

Распределение углерода и радиоактивного изотопа цезий-137 по молекулярно-массовым фракциям гумусовых кислот, выделенных на геле Проявляется чёткая тенденция увеличения содержания с возрастанием молекулярных масс фракций гумусовых веществ, выделенных с помощью гель-проникающей хроматографии. Ещё более неравномерно распределился Cs по молекулярно-массовым фракциям и составил убывающий ряд:

III=30,62% I=22,11% II=16,22% ~ IV=15,37%.

Использование колоночной гель-проникающей хроматографии с применением геля "Молселект" марки G-10 показало широкие возможности определения молекулярно-массового распределения 137Cs и 90Sr под влиянием различных органических лиганд. Все используемые лиганды влияют на молекулярно-массовые распределения 137Cs и 90Sr. При этом усреднённое значение молекулярных масс рассчитанных при помощи калибровочных графиков удовлетворительно совпадает с табличными данными соединений цезия с тартратом, трилоном Б и тетрафенилборатом.

Особый интерес представляет исследование действия естественных комплексонов на молекулярно-массовое распределение радиоактивных изотопов, что имеют особое значение в природных условиях. На примере препаратов гуминовых кислот, применение гель-проникающей фильтрации на геле "Молселект" марки G-10 позволило пространственно отзделить ионные формы цезия от 137Cs связанного органическими лигандами (рис. 2).

При этом выделено две фракции гумусовых кислот содержащих ионы цезия, меченные радиоактивным изотопом 137Cs. Первая фракция имеет значение молекулярной массы 700 т.е. выходит со свободным объёмом (Vo). Вторая фракция имеет усреднённое значение (319), полученное из калибровочных графиков. При этом углерод и 137Cs неравномерно распределён по молекулярно-массовым фракциям гумусовых веществ. Самая высокомолекулярная фракция содержит около 70% органического углерода, тогда как фракция с MM=319 – чуть меньше 30%. Органические лиганды удерживают 8,4% иона цезия-137, высокомолекулярная (700) и низкомолекулярная (319), соответственно -5,9% и 2,6%, т.е. относительно высокомолекулярная фракция гуминовых кислот в два раза больше связывает Как видно из рисунка 3 гуминовые кислоты в большей степени проявляют способность связывания ионов стронция меченных радиоктивным изотопом стронций-90. При этом фракционирование на геле "Молселект" марки G-10 позволяет пространственно разделить ионные формы Sr и ионы стронция удерживаемые органическими лигандами. Применение гельпроникающий хроматографии позволило выделить две фракции гумусовой кислоты, которые содержат стронций-90.

На основании рассмотрения особенностей применения радиогельхроматографии с использованием 137Cs и 90Sr, разных марок гелевых носителей, функций Kd=f(lnMM), Kd=f(lgMM) предлагаются следующие эмпирические формулы для расчёта молекулярных масс фракций, отдельных веществ и химических соединений:

для гелей "Молселект" марки G- для гелей "Молселект" марки G-25.

Для геля марки G-10 показано идеальное совпадение молекулярных масс для экспериментальных значений с расчётными по формуле (1) органоминеральных соединений с 137Cs, соответственно с 319 и 313 и с 90Sr – соответственно 317 и 313. Достаточно точное совпадение этих Рис. 1. Распределение 137Cs по молекулярно-массовым фракциям гумусовых кислот на геле “Молселект” марки G- Рис. 2. Распределение 137Cs по молекулярно-массовым фракциям гумусовых кислот на геле “Молселект” марки G- распределение 90Sr величин отмечено для искусственных комплексонов. Сравнение с табличными данными показало, что величины молекулярных масс соответственно составляет для тартрата-Cs 417 и 463, трилона Б-Cs 587.8 и 605. Для фракции гумусовых веществ с 137Cs идеальное совпадение для IV фракции, соответственно 163 и 162 и достаточно удовлетворительное – для III фракции соответственно 475 и 446. Апробирование формул для геля марки G-25 показано идеальное совпадение молекулярных масс эмпирических значений с расчётными по формуле (2) для органоминеральных соединений гумусовых веществ с 137Cs, соответственно 448 и 446. Для высокомолекулярных соединений отмечены значительные расхождения.

При исследовании ММР 90Sr первая фракция выходит со свободным объёмом, что согласно теории гель-проникающей фильтрации позволяет утверждать, что её ММ 700. Вторая фракция имеет усреднённое значение (317), полученное из калибровочных графиков в пределах разделений 0-700 и 100-700. При этом (табл.4.) углерод и 90Sr неравномерно распределён по молекулярно-массовым фракциям гумусовых веществ. Высокомолекулярная фракция содержит 69,0% углерода тогда, как относительно низкомолекулярная фракции (ММ 319) – чуть больше 30%.

Органические лиганды (табл. 4) удерживают по комплексному типу 90% ионов стронция меченных радиоактивным изотопом стронций-90.

Высокомолекулярная фракция (ММ700) обладает в два раза большей ёмкостью комплексного связывания по сравнению с относительно Влияние гуминовых кислот на молекулярно-массовое распределение низкомолекулярной фракций (ММ 317).

По данным гель-фильтрации ионы цезия, меченые радиоактивным изотопом 137Cs выходит с элюционным объёмом, соответствующим ионным формам этого элемента, а под влиянием органических лиганд элюируются с Ve соответствующим этим органическим веществам, что позволяет утверждать, что искусственные комплексоны и гуминовые вещества образуют координационные соединения с цезием.

Наряду с гетерополярными солями, согласно результатам гельфильтрации цезий связывается органическими лигандами более прочно, чем по ионообменному типу и образуются внешнесферные комплексные органоминеральные соединения.

На основании результатов исследования молекулярно-массового распределения углерода стронция-90 можно констатировать, что 90Sr образует как внешнесферные, так и внутрисферные органо-минеральные комплексы.

4. Поступление 137Cs и 90Sr в растения из разных источников Во второй части работы изучали поглощение радионуклидов растениями в условиях водной и почвенной культуры. Водная культура была выбрана нами для изучения влияния различных комплексонов – тартрата натрия, трилона Б, тетрафенилбората натрия (ТФБ Na) и гуминовой кислоты (ГК).

Опыты выполняли с использованием дистиллированной воды и питательной смеси «Кемира-универсал». В качестве тест-растений брали представителей разных семейств – фасоль и кукурузу. В воду или питательную смесь вместе с лигандами (или без них) добавляли радионуклиды с разными уровнями активности – 0,5; 1,0 и 5,0 кБк Результаты опытов показали, что сырая и сухая масса растений выращенных на воде и питательной смеси практически не различались.

Данные по размерам поступления радиоцезия в растения фасоли (рис. 4а) свидетельствуют об общей закономерности для обеих используемых активностей: для всех вариантов кроме варианта с ТФБ Na большая часть радионуклида была обнаружена в растениях.

Для вариантов с низкой активностью в растения поступило 0,59-0,86 кБк или 59-86% от внесенного, для большей активности – 3,1-3,8 кБк или 61-75% от исходного количества.

Внесение тетрафенилбората натрия резко сократило размеры поступления 137Cs в растения фасоли – до 0,17-0,21 Бк радионуклида (17от внесённого) при меньшей дозе и 1,17-1,73 Бк (23,4-35% от внесённого) – при большей.

В модельном опыте с кукурузой дозы радионуклидов были существенно снижены, так как предыдущий эксперимент показал, что радиоцезий активно поступает в растения из воды и питательной смеси, и такая высокая доза как 5 кБк – нецелесообразна.

При исходной меньшей активности 0,5 кБк почти весь радионуклид (97,3%) был обнаружен в проростках кукурузы. Добавление комплексонов по-разному снижало поглощение радионуклида. В вариантах с дозой 1 кБк органических Рис. 4 Поступление 137Сs в растения фасоли (а) и кукурузы (б) лигандов и 12,0-45,5% в их присутствии (Рис. 4б). В наименьшей степени радиоцезий поступал в проростки в варианте с ТФБ Na: большая часть 137Cs – 88-89% осталась в растворе и была недоступна растениям. Отметим, что двукратное увеличение исходной активности 137Cs привело к снижению его поступления в растения кукурузы во всех вариантах, за исключением тетрафенилбората натрия.

При внесении радиостронция (табл. 5) общая закономерность действия органических соединений сохранилась – в их присутствии поступление радионуклида в проростки кукурузы значительно сокращались – в 1,7-2, раза при меньшей дозе 90Sr и в 1,9-5,5 раз – при большем его количестве. На контроле радиостронций поступал в растения менее интенсивно при меньшей исходной его активности. Увеличение количества радиостронция в 2 раза практически не повлияло на размеры поступления его в растения. В Влияние различных органических лигандов на поступление 90Sr в растения кукурузы (данные приведены на сухую массу) Контроль, Н2О 0,28±0,03 56,0 0,97±0,05 0,60±0,05 60,0 1,82±0, Тартрат Na 0,14±0,02 28,0 0,54±0,02 0,31±0,03 31,0 1,07±0, Трилон Б 0,13±0,01 26,0 0,48±0,09 0,24±0,02 24,0 0,89±0, ТФБ Na 0,17±0,03 34,0 0,71±0,06 0,11±0,02 11,0 0,44±0, ГК 0,12±0,02 23,9 0,35±0,05 0,26±0,03 26,0 0,74±0, отличие от вариантов с радиоцезием не было обнаружено существенных различий в снижении поглощения 90Sr растениями под влиянием лигандов, за исключением варианта с тетрафенилборатом натрия при большей норме радиостронция.

В дальнейшем рассматриваются результаты двух опытов, которые касаются вопросов доступности растениям фасоли радиоцезия, внесённого в разных формах в различные почвы.

Первый опыт проводили по следующей схеме: 1.137Cs в минеральной форме; 2. 137Cs в минеральной форме + ТФБ Na; 3. 137Cs в составе размолотых растительных остатков; 4. 137Cs в составе перепревшей размолотой травяной массы; 5. 137Cs в составе перепревшей неразмолотой травяной массы.

Спектрометрические данные анализа растительного материала на содержание 137Cs показали, что наименьшее количество 137Cs поступило в растения фасоли в варианте с ТФБ Na. Это подтверждает возможность образования устойчивых комплексов цезия с этим лигандом и в условиях почвенной культуры. Следует отметить, что 137Cs в составе растительных остатков в большей степени поглощался растениями по сравнению с минеральной формой. Это явление в настоящее время мало изучено, но, тем не менее, было отмечено и в других работах (Фокин, Торшин, 2008).

Механическая обработка компоста существенно, в 1,4 раза, увеличивала поступление 137Cs в растения – с 57,7 до 78,4 Бк. Это, предположительно объясняется лучшим контактом размолотого компоста с корнями растений по сравнению с неразмолотым, что и увеличило поступление радиоцезия в растения.

Расчёт удельной активности целых растений позволил вычислить коэффициенты накопления (Кн) радиоцезия (отношение удельных активностей в растении и в почве) растениями фасоли (табл. 6.). Этот Удельная активность и коэффициент накопления Cs растениями фасоли для эксперимента брали 150 г серо-коричневой почвы + 150 г кварцевого песка показатель колебался в пределах 0,11-1,38. Наибольшие значения Кн были получены для варианта с компостом №1, наименьшие – с тетрафенилборатом натрия.

При рассмотрении распределения накопившегося радиоцезия по растениям (Рис. 5) обращали на себя внимание следующие закономерности:

во всех вариантах, кроме 3-го более половины 137Cs было найдено в корнях фасоли. В 3-ем варианте на долю корней также приходилась большая часть радионуклида, но достоверно меньше по сравнению с другими вариантами. В этом случае корни растений в меньшей степени выполняли барьерную функцию на пути поступления 137Cs в надземную часть. По-видимому, в этом случае радионуклид находился в более лабильной форме. Уменьшение содержания 137Cs в корнях растений 3-го варианта сопровождалось увеличением его концентрации в листьях и стеблях. Другая закономерность – большее накопление радиоцезия в листьях и стеблях растений в вариантах со всеми тремя компостам по сравнению с 137CsCl и 137Cs-ТФБ Na. Это предполагает поглощение и передвижение по растениям 137Cs в различных формах, возможно с участием комплексообразования.

Рис 5. Распределение радиоцезия по органам растений, % от общего количества Следующий рассматриваемый опыт во многом сходен с предыдущим.

Изменения заключаются в использовании двух почв (в дополнение к китайской серо-коричневой почве из СУАР в программу включили российскую тёмно-серую лесную почву Владимирского Ополья), одного компоста – размолотые перевшие с минеральным 137Cs растительные остатки на травяной основе (компост №2 предыдущего опыта) и более короткой экспозиции: растения выращивали в течение 2 недель. Схема опыта: 1.137Cs в минеральной форме, почва КНР; 2. 137Cs в минеральной форме, почва РФ; 3.

Cs в составе органических остатков, почва КНР; 4.137Cs в составе органических остатков, почва РФ Как и следовало ожидать, большая часть радиоцезия была поглощена почвой. Оставшийся 137Cs по-разному поступал в растения из различных почв и форм внесения радионуклида. Так растения, выращенные на тёмно-серой лесной почве содержали в 1,3-1,9 раз меньше 137Cs по сравнению с серокоричневой почвой – соответственно 10,9 и 13,9 Бк в вариантах с минеральной формой цезия и 31,1 и 60 Бк – при внесении радионуклида в составе компоста (табл. 7). Объяснение такой закономерности заключается в большем содержании и гуматном типе органического вещества в тёмносерой лесной почве по сравнению с серо-коричневой. Распределение радиоцезия по частям растений фасоли складывалось следующим образом.

Большая часть 137Cs – от половины до 84% накапливалась в корнях; 10,0в листьях и меньше всего – 7,0-19,6% – в стеблях.

Абсолютная активность и коэффициент накопления Cs растениями фасоли 1 1,33±0,21 0,97±0,11 11,6±1,2 13,9±1, 3 18,1±2,1 11,8±1,3 30,1±2,9 60,0±4, 4 6,0±0,8 3,4±0,6 21,7±2,8 31,1±4, Расчётные величины удельной активности, учитывая практически полное отсутствие существенных различий по биомассе, соответствовали абсолютному содержанию 137Cs в растениях – большие значения были присущи серо-коричневой почве и вариантам с компостом; меньшие – тёмно-серой лесной почве и вариантам с внесением радионуклида в минеральной форме. Так же и коэффициенты накопления были большими 1,41 и 3,12 для случаев, в которых радиоцезий вносили с компостом и меньшими – 0,60 и 0,80 для вариантов с минеральной формой Cs для российской и китайской почв, соответственно.

1. В лабораторном опыте при моделировании загрязнения, количество Cs в составе гумусовых веществ зависело от формы внесения и изменялось от 28,4% при внесении К-II до 13,2% при внесении ТФБ Na. При этом гуминовые кислоты связали от 26,2 до 9,6%, фульвокислоты – от 6,6 до 3,6% в зависимости от варианта опыта.

2. При помощи гель-проникающей хроматографии на колонках с гелем Gи G-25 показан сложный молекулярно-массовый состав гуминовых веществ серо-коричневой почвы и выделено 4 фракции с ММ 5000, 2030, 803, 446.

3. На основании экспериментальной проверки возможности применения радиогель-фильтрации для изучения органо-минеральных соединений цезия и стронция, предложены эмпирические формулы для расчета ММ, которые позволяют определять молекулярно-массовый состав без использования калибровки колонок эталонными веществами.

4. Использование гель-фильтрации выявило тенденцию увеличения содержания углерода с возрастанием значения ММ выделенных фракций гумусовых веществ. При этом распределение 137Cs по ММ-фракциям гумусовых веществ составляет следующий убывающий ряд: III = 30,62% I = 22,11 II = 16,22%~ IV = 15,37.

5. По данным гель-фильтрации ионы цезия, меченые радиоактивным изотопом 137Cs выходят с элюционным объёмом, соответствующим ионным формам этого элемента. При внесении органических лиганд Cs связывается искусственными комплексонатами и гуминовыми веществами более прочно, чем при ионообменном поглощении, что даёт основание утверждать об образовании координационных соединений.

Гуминовые кислоты влияют на ММР 137Cs. С помощью радиогельхроматографии выделено две фракции с ММ 700 – высокомолекулярная и низкомолекулярная с ММ 313. При этом высокомолекулярная фракция содержит 70% углерода от введённого в колонку, а низкомолекулярная – 30%. Органические лиганды удерживали 8,4% 137Cs, соответственно, высокомолекулярная и низкомолекулярная – 5,9 и 2,6%.

Гуминовые кислоты более активно влияют на ММР 90Sr по сравнению с Cs и удерживают по комплексному типу 90% ионов стронция, меченых радиоактивным изотопом 90Sr. При этом высокомолекулярная фракция гуминовых кислот (ММ 700) обладает в 2 раза большей ёмкостью низкомолекулярной (ММ 317).

8. Согласно результатам гель-фильтрации цезий связывается органическими лигандами более прочно, чем по ионообменному типу и наряду с комплексно-гетерополярными солями может образовывать внешнесферные комплексные органо-минеральные соединения, а 90Sr образует как внешнесферные, так и внутрисферные органо-минеральные комплексы.

9. В модельных лабораторных опытах с 2-х недельными проростками фасоли и кукурузы (водная культура) большая часть (более половины) радиоцезия и радиостронция переходила из раствора в растения, причём различные лиганды в виде растворов гуминовых кислот, тартрата, трилона Б в разной степени препятствовали переходу радионуклидов в растения.

10. В наименьшей степени 137Cs переходил из раствора в растения в присутствии ТФБ Na. Для других лигандов, в том числе для гуминовых кислот это было выражено в меньшей степени. Гуминовые кислоты достоверно (более чем в 2 раза) снижали поступление 90Sr в растения кукурузы.

11. В опытах с почвенной культурой радиоцезий почти полностью (на 99,6-99,9%) поглощался почвой. Из оставшегося 137Cs в серо-коричневой почве, как и условиях водной культуры, наименьшее количество 137Cs поступало в растения фасоли в присутствии ТФБ Na (Кн = 0,11), среднее – из варианта с минеральной формой радионуклида (Кн = 0,25), наибольшее (Кн = 0,67-1,38) – из компостов, в которые предварительно инкорпорировали радионуклид.

12. Из более гумусированной тёмно-серой почвы 137Cs поступал в растения фасоли менее интенсивно (Кн = 0,60-1,41) по сравнению с серо-коричневой (Кн = 0,80-3,12) не зависимо от формы внесённого радионуклида, причём для обеих почв сохранялась закономерность большего поглощения 137Cs из органической его формы – Кн = 1,41-3,12 (компост), по сравнению с минеральной – Кн = 0,60-0,80.

Список опубликованных работ по теме диссертации 1. Илахун А., Карпухин А.И., Торшин С.П. Поступление радионуклидов в растения кукурузы с применением органических лигандов // Плодородие, 2008. № 4. С. 46-47.

2. Карпухин А.И., Илахун А., Торшин С.П. Распределение 137Cs по группам и молекулярно-массовым фракциям гумусовых веществ // Известия ТСХА C.169-173 (Работа выполнена при финансовой поддержке ГФУН (NSFC) грант № 40861010 и МНУ КНР 2005-129) 3. А.Илахун., С.П.Торшин., А.И.Карпухин. Доступность радиоцезия растениям фасоли из в разных почв при внесении его в минеральной форме и в составе растительных остатков. Мониторинг природных экосистем.

Сборник статей третьей Всероссийской научно-практической конференции.

Пенза 2009.г С.154-156.

4. Карпухин А.И., Бушев.Н.Н., А.Илахун. Системное изучение комплексных соединений гумусовых веществ почв с ионами тяжелых металлов и радионуклидов. Антропогенная динамика природной среды. Материалы международной научно-практической конференции. Пермь. 2006.г. Том 2.. С.

179-183.

5. Карпухин А.И., Илахун А., Торшин С.П. Влияние гуминовых кислот серокоричневых почв СУАР КНР на молекулярно-массовое распределение 137Cs.

Материалы Всероссийской научно-практической конференции, «Проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды (экологические и правовые аспекты) 22-25 апреля 2009 года в СевероКавказском (г. Махачкала) филиале Российской Правовой Академии Министерства Юстиции РФ. (Работа выполнена при финансовой поддержке ГФЕН (грант №40861010) и МНУ КНР ( 2005-129)

 


Похожие работы:

«УДК 574.4:504.054 + 631.46 Воробейник Евгений Леонидович Экологическое нормирование токсических нагрузок на наземные экосистемы 03.00.16-экология Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Екатеринбург - 2003 Работа выполнена в лаборатории популяционной экотоксикологии Института экологии растений и животных Уральского отделения РАН. Научный консультант - академик РАН, доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки...»

«РЕЩИКОВ Алексей Валентинович НАЕЗДНИКИ ТРИБЫ PERILISSINI ФАУНЫ РОССИИ И СОПРЕДЕЛЬНЫХ ТЕРРИТОРИЙ (HYMENOPTERA, ICHNEUMONIDAE, CTENOPELMATINAE) Шифр и наименование специальности 03.02.05 – энтомология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Санкт-Петербург 2012 2 Работа выполнена на кафедре энтомологии Санкт-Петербургского государственного университета. Научный руководитель : доктор биологических наук, профессор Клюге Никита Юльевич...»

«Брежнева Ирина Николаевна МЕТОДИКА ОЦЕНКИ АЭРОТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ФИТОСТРОМУ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СКВАЖИН (на примере Оренбургского Предуралья) 03.02.01 – ботаника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Оренбург – 2010 2 Работа выполнена в Волго-Уральском научно-исследовательском и проектном институте нефти и газа, г. Оренбург доктор биологических наук, профессор, Научный Рябинина Зинаида Николаевна руководитель доктор...»

«ОСИПОВ ДМИТРИЙ ОЛЕГОВИЧ ПОЛУЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА МУЛЬТИФЕРМЕНТНЫХ КОМПЛЕКСОВ КАРБОГИДРАЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ОСАХАРИВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 03.01.04 - биохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук МОСКВА – 2011 Работа выполнена в лаборатории биотехнологии ферментов Учреждения Российской академии наук Института биохимии им. А.Н.Баха РАН Научный руководитель : доктор химических наук,...»

«УДК 597.08.575.1 СУХАНОВА ЛЮБОВЬ ВАСИЛЬЕВНА МОЛЕКУЛЯРНО-ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БАЙКАЛЬСКОГО ОМУЛЯ Coregonus autumnalis migratorius (Georgi) Генетика - 03.00.15 Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Новосибирск-2004 Работа выполнена в лаборатории биологии рыб и водных млекопитающих Лимнологического института СО РАН, г. Иркутск. Научный руководитель : кандидат биологических наук С.Я. Слободянюк Институт цитологии и генетики СО...»

«Изикаев Венер Миниварисович НЕКОТОРЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКУЛЬТУР И СОКУЛЬТИВИРУЕМЫХ ВАРИАЦИЙ БАКТЕРИЙ РOДА ENTEROBACTER И STAPHYLOCOCCUS AUREUS И ОСОБЕННОСТИ ИХ ДЕЙСТВИЯ НА ПЕРИТОНЕАЛЬНЫЕ МАКРОФАГИ МЫШЕЙ 03.02.03 – Микробиология 14.03.09 – Клиническая иммунология, аллергология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Челябинск – 2013 Работа выполнена на кафедре микробиологии, вирусологии и иммунологии Государственного бюджетного...»

«ТАЛАНОВА Вера Викторовна ФИТОГОРМОНЫ КАК РЕГУЛЯТОРЫ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ К НЕБЛАГОПРИЯТНЫМ ФАКТОРАМ СРЕДЫ 03.00.04 – биохимия 03.00.12 – физиология и биохимия растений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Петрозаводск – 2009 Работа выполнена в лаборатории экологической физиологии растений Института биологии Карельского научного центра РАН Научный консультант : член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, профессор Титов...»

«БОРОВИКОВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА ФИЛОГЕОГРАФИЯ РЯПУШЕК COREGONUS ALBULA (L.) И C. SARDINELLA VALENCIENNES ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА РОССИИ 03.00.15. – генетика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2009 1 Работа выполнена в лаборатории эволюционной экологии Учреждения Российской академии наук Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН Научный руководитель : кандидат биологических наук Махров Александр Анатольевич...»

«БЛИНОВА Илона Владимировна БИОЛОГИЯ ОРХИДНЫХ НА СЕВЕРО-ВОСТОКЕ ФЕННОСКАНДИИ И СТРАТЕГИИ ИХ ВЫЖИВАНИЯ НА СЕВЕРНОЙ ГРАНИЦЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ Специальность 03. 00. 05 – ботаника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Москва - 2010 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук в Полярноальпийском ботаническом саду-институте им Н. А. Аврорина (ПАБСИ КНЦ РАН) Официальные оппоненты : доктор биологических наук Коломейцева Галина...»

«Дергунов Александр Дмитриевич СТРУКТУРНЫЕ ОСНОВЫ РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА ЛИПОПРОТЕИНОВ ПЛАЗМЫ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА ПРИ НОРМО- И ГИПЕРТРИГЛИЦЕРИДЕМИИ 03.00.04 – биохимия и 03.00.02- биофизика Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Москва – 2009 Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении Государственный научноисследовательский центр профилактической медицины Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи...»

«КУВЫКИН ИЛЬЯ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ПУТИ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА В ХЛОРОПЛАСТАХ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ Специальность 03.00.02 – биофизика 03.00.16 – экология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2009 г. Работа выполнена на кафедре биофизики физического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор Тихонов Александр...»

«УДК 577.3 Большаков Алексей Петрович Исследование механизмов митохондриальной деполяризации и кальциевой дизрегуляции, индуцируемой возбуждающим медиатором глутаматом в нейронах мозга 03.00.02 – Биофизика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2007 Работа выполнена на кафедре физики живых систем Московского Физико-Технического Института и в Научно-исследовательском институте патологии и патофизиологии РАМН Научный...»

«ЗЫКОВА ТАТЬЯНА ЮРЬЕВНА Характеристика ДНК и белкового состава междисковых районов хромосом Drosophila melanogaster Молекулярная генетика – 03.01.07 АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Новосибирск - 2011 Работа выполнена в лаборатории функциональной организации политенных хромосом Учреждения Российской академии наук Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, г. Новосибирск Научный руководитель : доктор...»

«Вазагова Залина Мировна Трихинеллез в природных биоценозах и основные направления противотрихинеллезных профилактических мероприятий в условиях Северо-Кавказского региона 03.02.11 – паразитология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2012 Работа выполнена на биолог-технологическом факультете в ФПБОУ ВПО Северо-Осетинский государственный университет имени К.Л. Хетагурова Научный руководитель : доктор биологических наук,...»

«МИХАЙЛИЧЕНКО Ксения Юрьевна РИСК ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННЫХ ПАТОЛОГИЙ У СОТРУДНИКОВ ДОРОЖНО-ПАТРУЛЬНОЙ СЛУЖБЫ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ АТМОСФЕРЫ АВТОТРАНСПОРТОМ 03.00.16 – Экология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2007 Диссертационная работа выполнена на кафедре радиоэкологии экологического факультета Российского университета дружбы народов. Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Анатолий...»

«Морозова Ольга Владимировна ЛАККАЗЫ БАЗИДИАЛЬНЫХ ГРИБОВ, ЛАККАЗА-МЕДИАТОРНЫЕ СИСТЕМЫ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Специальность 03.00.04 – биохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва-2006 Работа выполнена в лаборатории химической энзимологии Института биохимии им. А.Н. Баха РАН Научный руководитель доктор химических наук, профессор А.И.Ярополов Официальные оппоненты : доктор биологических наук, профессор Р. А. Звягильская...»

«ХОЛМОГОРОВА Надежда Владимировна ТРАНСФОРМАЦИЯ ФАУНЫ МАКРОЗООБЕНТОСА МАЛЫХ РЕК УДМУРТИИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ФАКТОРОВ НЕФТЕДОБЫЧИ 03.00.16 - экология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Казань – 2009 Работа выполнена на кафедре общей экологии ГОУ ВПО Удмуртский государственный университет (г. Ижевск) Научный руководитель : кандидат биологических наук, доцент Зубцовский Николай Егорович Официальные оппоненты : доктор биологических наук,...»

«Русанов Александр Леонидович СПЕКТРАЛЬНО-ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА KFP И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭТОГО БЕЛКА ДЛЯ СОЗДАНИЯ СЕНСОРОВ, ОСНОВАННЫХ НА ИНДУКТИВНОРЕЗОНАНСНОМ ПЕРЕНОСЕ ЭНЕРГИИ Специальность 03.01.04 – биохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук МОСКВА 2010 Работа выполнена в лаборатории физической биохимии Учреждения Российской академии наук Института биохимии им. А.Н. Баха РАН и на кафедре химической энзимологии Химического факультета...»

«Николаев Андрей Владимирович ФИБРИН-ПОЛИМЕРНЫЕ СЕТКИ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Специальность 03.00.02 Биофизика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2009 Работа выполнена в отделе строения вещества учреждения Российской Академии Наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор Лобанов Алексей Иванович доктор...»

«БИЧКАЕВА ФАТИМА АРТЕМОВНА РЕЗЕРВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЭНДОКРИННОЙ РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ У ЧЕЛОВЕКА НА СЕВЕРЕ 03.00.13 – физиология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Архангельск – 2006 2 Работа выполнена в отделе экологической эндокринологии Института физиологии природных адаптаций Уральского отделения Российской академии наук Научные руководители: заслуженный деятель науки РФ, доктор медицинских наук, профессор Анатолий...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.