Биологический контроль радиоактивного загрязнения

Осуществляется путём анализа аккумулирующей способности отдельных компонентов экосистем по отношению к природным и техногенным радионуклидам. Биоиндикаторы различны по чувствительности и устойчивости к радиационному фактору, по своей накопительной способности, а также по задачам, которые решаются в результате использования биоиндикации.

Для ранней биоиндикации состояния природных экосистем при радиоактивном загрязнении эффективно использовать виды хвойных пород, в частности сосну обыкновенную и ель европейскую, которые характеризуются повышенной радиочувствительностью. При аварийном поступлении техногенных радионуклидов в экосистемы радиационное поражение хвойных пород проявляется в условиях острого облучения, отличительными признаками которого являются некрозы ассимиляционного аппарата, радиационные морфозы побегов и др. При этом лучевые эффекты у травянистых растений оказываются незначительными, изменения в травяном покрове носят вторичный характер: их появление вызвано изменениями в экологической обстановке.

Древесный ярус. Выявление аккумулятивных биоиндикаторов среди древесных пород затруднено, поскольку их структурные компоненты характеризуются высоким варьированием накопительной способности по отношению к радиоактивным элементам. При одной плотности загрязнения экотопа (почв) удельная активность радионуклидов в структурных органах фитомассы древесных растений различается более чем в 10 раз, при этом имеются индикаторные органы, которые с высокой степенью достоверности отражают загрязнение других структур и древостоя в целом. Для ¹³⁷ Cs это ассимилирующие органы (листья, хвоя текущего года формирования), для ⁹⁰ Sr – пробка (наружные слои коры), которые характеризуются максимальной удельной активностью и наиболее высокими коэффициентами корреляции с уровнями загрязнения других структур древостоя, в том числе древесины.

Травяно-кустарничковый ярус.''' У представителей этого яруса кратность межвидовых различий по накопительной способности выше, чем у древесных пород, что связано с большим видовым разнообразием и особенностями распределения корневых систем травянистых растений, которые в основном локализованы в слоях с максимальной плотностью радиоактивного загрязнения. Среди видов травянистой растительности аккумулятивными биондикаторами по отношению к ¹³⁷ Cs в лесных экосистемах выступают представители папоротниковидных (например, орляк обыкновенный Pteridium aquilinum) и ландыш майский, к ⁹⁰ Sr – земляника лесная. Универсальным индикатором по отношению к ¹³⁷ Cs и ⁹⁰ Sr является ландыш майский. В луговых и болотных экосистемах к таковым относятся представители семейства злаков (мятликовых).

Мохово-лишайниковый покров'''. Аккумулирующая способность мохово-лишайникового покрова по отношению к радионуклидам выше, чем у концентраторов в травяно-кустарничковом ярусе. При этом наиболее высокими уровнями аккумуляции данных элементов характеризуются мхи. Биоиндикатором загрязнения ¹³⁷ Cs являются сфагновые мхи, а среди зелёных мхов – политрихум обыкновенный, или кукушкин лён обыкновенный (Polytrichum commune), и плеврозиум Шребера (Pleurozium Schreberi), в несколько меньшей степени виды рода дикранум (Dicranum), представители которого также характеризуются повышенным накоплением ⁹⁰ Sr.

Кустистые лишайники, обладая большей сорбционной поверхностью, характеризуются большим накоплением радионуклидов, чем листовые. Среди них наибольшей накопительной способностью по отношению к ¹³⁷ Cs характеризуются представители рода кладония.

Для целей биоиндикации целесообразно использовать не отдельные виды, а мохово-лишайниковый покров в целом в связи со значительными видовыми колебаниями накопительной способности этих компонентов биоты.

Грибной комплекс. При аэральных радиоактивных выпадениях происходит заметное обогащение плодовых тел высших грибов техногенными радионуклидами, особенно ¹³⁷ Cs. Грибы являются абсолютными концентраторами ¹³⁷ Cs в природных экосистемах. На начальных этапах после выпадений среди видов высших грибов по накопительной способности выделяются польский гриб, горькушка и свинушка тонкая (Paxillus involutus). В отдалённом периоде после выпадений в связи с перемещением максимума активности в глубь почвенного профиля и различной локализацией мицелия грибов к числу видов-биоиндикаторов может быть причислен жёлчный гриб, аккумуляция ¹³⁷ Cs в котором уступает только аккумуляции ¹³⁷ Cs в Imleria badia.

Наряду с высшими грибами в качестве биондикаторов радиоактивного загрязнения могут также выступать микромицеты. В условиях радиоактивного загрязнения, несмотря на высокую устойчивость почвенной микобиоты, в её видовом составе происходят изменения, изменяется также частота встречаемости микромицетов. Для низкого уровня загрязнения (3,7–3,7×10³ Бк×кг^–1 ) биоиндикаторами являются Paramyrothecium roridum, Metarhizium anisopliae, Penicillium roseopurpureum, Apiospora sphaerosperma, для низкого и среднего (3,7×10³ –3,7×10⁵ Бк×кг^–1 ) – Arcopilus aureus, для среднего и высокого (3,7×10⁵ –3,7×10⁷ Бк×кг^–1 ) – Arcopilus aureus, Purpureocillium lilacinum.

Для прогноза отдалённых последствий радиационного воздействия и экологических рисков могут быть использованы методы биотестирования. В строго контролируемых условиях лабораторного или натурного эксперимента по изменению параметров функционирования тест-организмов и их сообществ получают информацию о токсичности различных уровней радиоактивного загрязнения среды для биосистемы.

Для ранней индикации эффектов хронического облучения при разработке системы экологического нормирования радиационного воздействия используются наиболее чувствительные к радиационному фактору биологические тест-системы – меристемы растений, генеративные клетки видов-индикаторов, в числе которых сосна обыкновенная, василёк шероховатый (Centaurea scabiosa), лук репчатый, представители рода традесканция и др.

Молекулярные механизмы влияния радиоактивного загрязнения на генетические процессы выявляют методами цитогенетики по изменению показателей, отражающих патологии деления соматических и генеративных клеток биотестеров. Для условий острого облучения информативны биотесты на основе ростовых показателей проростков высших растений, для которых выявлен дозозависимый эффект.

В первом приближении к разработанным тест-системам ценотического уровня можно отнести видовой состав почвенных микроорганизмов, включающий и микобиоту. В условиях радиоактивного загрязнения отмечается изменение структуры микробного сообщества, которое выражается в сокращении численности некоторых бактерий (представителей родов Aeromonas, Pseudomonas, Rhodococcus), наиболее чувствительных к действию этого фактора, а также в увеличении численности высокоустойчивых микобактерий и грибов (особенно тёмноокрашенных форм).