Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

THE TRANSFER PARAMETERS OF 90Sr TO COW`S MILK IN THE SEMIPALATINSK TEST SITE CONDITIONS

Karataev S.S. 1 Baygazinov Zh.A. 1 Lukashenko S.N. 1 Panitskiy A.V. 1 Baygazy S.A. 1 Mamyrbaeva A.S. 1
1 Institute of Radiation Safety and Ecology NNC RK
The paper provides findings of field studies on parameters of 90Sr transfer in cow´s milk after a single and prolonged radionuclide intake into black cattle with water and meadow vegetation. Cattle were kept in conditions of radioactive contamination at "Degelen" site. A reduction was revealed in the concentrations of 90Sr in cow´s milk after we stopped feeding and watering contaminated food and water. After a single uptake of 90Sr with water in the cattle body the bulk of 90Sr in milk is observed from 12 to 22 hours, when with hay – from 18 hours to 60 hours. The maximal transfer factors in the chain of «water-milk» and «vegetation-milk» were 2.3×10-3 and 4.3×10-4. Transfer factors of 90Sr in cow´s milk after prolonged uptake with water and vegetation are 2.6×10-4 and 2.0×10-4, respectively. 24 hours after long term watering of the cattle with contaminated water 90Sr activity in milk decreased 5 times, after a long feeding with contaminated vegetation 90Sr activity in milk decreased 2 times. 20 days after feeding contaminated grass 0.0013% of 90Sr daily intake is excreted with milk per 1 liter of milk.
excretion of radionuclides.
migration of radionuclides
«Degelen» site
radioactive contamination
transfer factor
milk
strontium-90; black cattle
Semipalatinsk Test Site
Radioecology

Введение

До настоящего времени изучению перехода 90Sr в коровье молоко посвящено достаточно большое количество работ. Доказательством тому может служить опубликованный в 2010 г. документ МАГАТЭ, где представлены параметры перехода радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию [7], данные Грин Н. [6], а также обобщение Фесенко С. и др. [4; 5]. Однако имеющиеся знания не всегда применимы для условий Семипалатинского испытательного полигона (далее - СИП), так как параметры, характеризующие особенности миграции, могут различаться на порядки.

Для разработки комплекса мероприятий по прогнозированию и снижению содержания радионуклидов в продукции, получаемой в условиях радиационного загрязнения, до безопасных уровней, необходимо изучение перехода 90Sr в коровье молоко, которое, как известно из литературных источников, ранее не проводилось в условиях СИП.

Результаты исследований будут использованы для оценки параметров перехода 90Sr в молоко коров, выпасающихся вблизи технических площадок «Опытное поле», «Дегелен», «Балапан», «Сары-Узень».

Общая методология исследований

Исследования проведены на площадке «Дегелен» бывшего СИП, где проводились подземные ядерные испытания в штольнях. Основное загрязнение площадки обусловлено водотоками, которые вытекают из полости взрыва, перенося радионуклиды на дневную поверхность [1], тем самым формируя загрязнение экосистемы радионуклидами на значительной территории.

В исследовании использовались местные беспородные коровы, в условиях стойлового содержания. На месте проведения эксперимента был установлен загон с выгульной площадкой. Кормление и доение проводили утром (08.00 час.) и вечером (19.00 час.), в отдельных случаях доение проводилось через каждые 4 и 6 часов без подкормки. Рацион животного состоял из луговой растительности 16-18 кг (сырой вес) и концентрированного корма 2 кг. При каждом доении на всем протяжении эксперимента корова выдаивалась полностью.

Основными источниками поступления 90Sr в организм животного являются вода и луговая растительность радиоактивно загрязненной экосистемы.

Эксперимент был разбит 4 этапа: 1-й этап, при однократном поступлении с питьевой водой; 2-й этап, при однократном поступлении с луговой травой; 3-й этап, при длительном поступлении с питьевой водой; 4-й этап, при длительном поступлении с луговой травой.

Материалы и методика исследования

При однократном поступлении с водой. Экспериментальному животному было выпоено 20,0±0,5 литра загрязненной воды. Начиная со следующего дня поение проводилось «чистой» водой. Предварительно отобрана контрольная проба молока. Далее в течение следующих 10 суток наблюдали динамику изменения концентрации 90Sr в молоке.

При однократном поступлении с луговой травой. После утреннего доения животному начали скармливать свежескошенную траву. Время интенсивного поедания травы составило 3 часа, в течение которого корова съела 2,8±0,1 кг сухого вещества корма. Уже с вечера того же дня поение и кормление животного проводилось заготовленным «чистым» сеном и водой. В течение следующих 10 суток наблюдали динамику изменения концентрации 90Sr в молоке.

При длительном поступлении с питьевой водой. Ежедневно в течение 10 суток экспериментальное животное поили «грязной» водой. Далее животное переводили на поение «чистой» водой и в течение 30 дней наблюдалось выведение 90Sr с молоком. Кормили животное на всем протяжении только «чистой» травой. Доение проводилось 2 раза в день, утром и вечером. В процессе поения проводился ежедневный учет количества воды, выпиваемого экспериментальным животным.

При длительном поступлении с луговой травой. Ежедневно в течение 15 суток, два раза в день, экспериментальному животному выкашивали и скармливали растительность, произрастающую на «грязном» участке. В дальнейшем животное перевели на кормление «чистой» травой и в течение 20 дней продолжали наблюдение за изменением концентрации 90Sr в молоке. Доение проводилось 2 раза в день, утром и вечером. В процессе кормления проводился ежедневный учет количества травы, съеденной экспериментальным животным.

Подготовка проб и методика измерения 90Sr. Подготовку проб молока проводили методом мокрого озоления. Метод основан на полной минерализации органических проб концентрированной азотной кислотой и перекисью водорода при нагревании. Определение 90Sr в растениях проводилось прямым измерением на ПРОГРЕССЕ-БГ. Аналитическая ошибка измерений составляет не более 30%.

Расчет коэффициента перехода 90Sr в молоко. В качестве параметра уровня поступления 90Sr из внешней среды в сыворотку молока использовали коэффициент перехода радионуклида (Кп), рассчитываемый как отношение удельной активности сыворотки молока (Бк/л) к суммарному количеству радионуклида, поступившего в течение дня в организм животного (Бк/сут).

Результаты и обсуждение исследования

Исследование динамики изменения концентрации 90Sr в молоке при однократном поступлении со штольневой водой. На основании данных о концентрации 90Sr в штольневой воде, которая в среднем составила 830±80 Бк/л, и количестве выпоенной воды рассчитано поступление 90Sr в организм экспериментального животного, что на данном этапе составило 17,0±2,5 кБк/сут.

Динамика изменения концентрации 90Sr в молоке при однократном поступлении с водой представлена на рисунке 1А.

А)  Б) 

Рисунок 1 – Динамика выделения 90Sr с молоком коров после однократного поступления с водой (А) и луговой травой (Б)

В результате однократного поступления 90Sr с водой основное количество радионуклида выделяется с молоком за первые 24 часа. В первой пробе молока (через 4 ч) отмечается увеличение активности 90Sr. Основной пик активности 90Sr в молоке зафиксирован через 16 часов после выпаивания и составил – 39±1 Бк/л. Кп составил ~2,3×10-3 или 0,23% от суточного поступления на 1 л молока. В следующей пробе, отобранной через 6 часов, отмечается резкое снижение концентрации 90Sr в молоке, которое составляет 1,8% от максимальной активности 90Sr. Через 30 часов после поения концентрация 90Sr в молоке снижается до отметки ниже предела обнаружения используемого метода измерения (<0,3 Бк/л). В аналогичной работе [2] животным однократно вводили раствор с радионуклидами (в т.ч. 90Sr), основной пик активности 90Sr в молоке был через 24 ч, и составил 0,09% от введенного количества на 1 л молока. Отличие результатов может быть связано с особенностями рациона животных и их продуктивностью.

Исследование динамики изменения концентрации 90Sr в молоке при однократном поступлении с луговой травой. Определялась концентрация 90Sr в сухом веществе луговых растений, отобранных из общей массы корма перед скармливанием. Установлено, что активность 90Sr составляет 21,0±2,4 кБк/кг. Так, количество поступившего 90Sr с травой составило 60±6 кБк/ сут.

Динамика выделения 90Sr с молоком коров после однократного поступления с травой представлена на рисунке 1Б. Видно, что основное количество радионуклида выделяется с молоком за первые 4 дня. Первое повышение активности 90Sr происходит через 12 часов, тогда как при поступлении с водой повышение отмечается уже через 4 часа. Наиболее высокие активности отмечаются начиная с 30-го по 54-й час наблюдения. Кп в этот промежуток времени равен 4,3×10-4, или 0,043% от суточного поступления 90Sr в организм животного. После 3-х суток концентрация 90Sr в молоке снижается в несколько раз, но не выводится полностью на всем протяжении данного этапа. На 9-е сутки с молоком выходит 0,0041% от однократно поступившего 90Sr на 1 л молока. Результаты эксперимента, представленные в работе [3], показали, что когда в корм для животных добавляли раствор с различными радионуклидами (в т.ч. 89Sr), время наступления максимума выведения составляет 60 ч, Кп составил 3,2×10-4, а период полувыведения равен 2 суткам. За 4 дня выделение с удоем составило 0,6% от введенного количества, за 12 дней - 0,71%. Таким образом, получены разные уровни перехода, что, по-видимому, можно объяснить различиями условий в проведении эксперимента и биологическими особенностями животных.

Исследование динамики изменения концентрации 90Sr в молоке при длительном поступлении с питьевой водой. Для оценки поступления 90Sr с водой в течение 10 дней проводился учет ежедневно выпиваемой «грязной» воды. Животное ежедневно выпивало от 17 до 37 литров загрязнённой воды. Всего за десять суток было выпоено 223 л воды. Для оценки поступления в организм экспериментального животного 90Sr с водой проводилось исследование динамики изменения концентрации 90Sr в воде водотока шт. № 177. Концентрация 90Sr в воде на протяжении эксперимента в среднем составила 830±250 Бк/л. На основании этих данных был проведен расчет ежедневного поступления 90Sr с водой, которое варьировало в зависимости от количества выпитой воды и составило от 14 до 30 кБк/сут.

Динамика концентрации 90Sr в молоке при длительном поступлении с водой представлена на рисунке 2А.

А)  Б)

Рисунок 2 – Динамика выделения 90Sr с молоком коров после длительного поступления с водой (А) и луговой травой (Б)

Как видно из рисунка, изменение концентраций 90Sr в молоке связано с количеством поступившего радионуклида в организм животного. В среднем за 10 дней Кп 90Sr в молоко составил 2,9×10-4, n=8, или 0,029% от суточного поступления 90Sr с водой. Через 24 часа после последнего поения КРС «грязной» водой активность 90Sr в молоке снизилась в 5 раз, еще через сутки концентрация 90Sr в молоке была ниже предела обнаружения прибора (<0,1 Бк/л). Снижение концентрации радионуклида в молоке может достаточно точно (R² = 0,99) описано экспоненциальной функцией вида:

A = 3,3e-0,9t (1).

Исследование динамики изменения концентрации 90Sr в молоке при длительном поступлении с луговой травой. Для контроля поступления 90Sr в организм животного проводился ежедневный учет съеденной луговой травы. Животное ежедневно съедало 4,7 ± 0,4 кг сухого вещества корма. Определение активности 90Sr в корме проводили на основании анализа проб растений, отбиравшихся через каждые два дня по одной пробе. Результаты определения удельной активности 90Sr в пробах растительности показали, что средняя концентрация 90Sr в расчете на сухой вес растения составила 71±25 кБк/кг (n=8). С учетом поедаемого ежедневно количества корма и средней удельной активности 90Sr в растениях было рассчитано среднее суточное поступление 90Sr в организм животного с кормом, которое составило 340±110 кБк/сут.

На динамику (рис. 2Б) концентрации 90Sr в молоке при длительном введении с луговой травой на этапе «поступление» повлияла неоднородность активности 90Sr в корме. Повышение концентрации 90Sr в растительности на 6-е сутки эксперимента повлияло на увеличение активности 90Sr в молоке на 11-12-е сутки. В связи с этим коэффициент перехода был рассчитан по наибольшему значению удельной активности 90Sr в молоке на 12-е сутки и суточного поступления 90Sr в организм на 6-е сутки, так Кп составил 2,0×10-4.

Динамику концентрации 90Sr в молоке после завершения кормления загрязнённым кормом можно аппроксимировать следующим уравнением:

А = 33e-0,2t (2).

После прекращения кормления животного загрязнённым сеном активность 90Sr в молоке снижается в 2 раза через 24 часа, и еще в два раза через ~48 часов. Далее концентрация 90Sr в молоке снижается медленнее. Через 20 суток после прекращения кормления загрязненной травой с молоком выводится 0,0013% от суточного поступления 90Sr с кормом на литр молока.

Заключение

90Sr переходит в коровье молоко в 2 раза интенсивнее с водой, чем с кормом. Выделение 90Sr с молоком коров после однократного и длительного скармливаний загрязнённой луговой растительности равно 0,043% и 0,02% от суточного поступления 90Sr с кормом на литр молока. Выделение 90Sr с молоком коров после однократного и длительного поений загрязненной водой равно 0,23 и 0,026% от суточного поступления 90Sr с водой на 1 л молока.

Параметры перехода 90Sr в молоко при однократном и длительном поступлении с кормом одинаковы, а при однократном поении животного загрязнённой водой переход 90Sr на порядок больше, чем при длительном поступлении. Это объясняется тем, что при однократном поступлении с водой основное количество 90Sr в организме переходит в молоко в промежуток с 12 до 16 часов после поения.

Исследования проведены в условиях реального, но неоднородного и непостоянного радионуклидного загрязнения компонентов окружающей среды, что отличает их от лабораторных условий. Это дает возможность оценить реальные концентрации радионуклидов в продукции, что является научно доказанным обоснованием для разработки рекомендаций по особенностям ведения сельского хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения.

Рецензенты:

Кожебаев Б.Ж., д.с.-х.н., декан аграрного факультета Семипалатинского государственного университета им. Шакарима, г. Семей.

Арынова Р.А., д.б.н., профессор кафедры животноводства и охотоведения с основами морфологии Семипалатинского государственного университета им. Шакарима, г. Семей.