Как было показано в предыдущих разделах, проблеме накопления радиоактивных изотопов пресноводными растениями и их роли в процессах миграции излучателей в водоеме посвящается в последние годы большое число исследований.
Вместе с тем в настоящее время очень мало данных о судьбе радиоизотопов после гибели растений и при детритообразовании. Можно отметить отдельные работы, проведенные в этом плане с морскими гидробионтами. Однако специфика морской среды не позволяет в непосредственном виде использовать полученные данные для интерпретации радиоэкологических процессов, имеющих место в пресном водоеме.
Нами проведена специальная серия опытов по изучению накопления основных осколочных радионуклидов (стронция-90, рутения-106, цезия-137 и церия-144) живыми и мертвыми тканями пресноводных растений. Объектами исследования служили главным образом мох (Drepanocladus sendtneri) и роголистник (Ceratophyllum demersum).
Методика этих опытов заключалась в следующем. В одни стеклянные сосуды с 4 л озерной воды помещали живые растения, в другие растения, убитые нагреванием в термостате при 105° в течение десяти минут. Радиоизотопы концентраций около 10 мккюри/л воды вносили в виде хлоридов. Через 2, 4, 8 и 16 суток с начала постановки опытов определяли содержание радиоизотопов в биомассе растений и в воде. На 16-е сутки все живые растения и разлагающиеся остатки убитых растений, накопивише радиоизотопы, переносили в аквириумы с чистой озерной водой. После этого на 2, 4, 8 и 16-е сутки вновь отбирали пробы на радиометрический анализ. По истечении 16 суток эти аквариумы полностью очищали от радоиоактивных растений и детрита, а в водный раствор вместо них помещали живые растения. По радиоактивности растений и воды судили о характере поведения радиоизотопов, поступивших в растор из живых растений и мертвых остатков. Детальнее методика постановки этих опытов описана ранее. Коэффициенты накопления цезия-137 для роголистника по живым и мертвым растениям существенно не отличаются друг от друга (имеющаяся разница статистически недостоверна), а для мха значения этих величин у живых растений несколько превышают таковые у мертвых. Данные по рутению-106 и цезию-144 отчетливо показывают, что эти изотопы сильнее накапливаются мертвыми органическими остатками, чем живыми растениями. Отмечено, что процесс накопления разных радиоизотопов протекает во времени по разному. Для стронция равновесие в системе вода — растения (живые и мертвые) устанавливалось уже в течение первых двух суток, а коэффициенты накопления рутения, цезия и церия возрастали вплоть до 16-х суток как у живых растений, так и, соответственно, у органических остатков убитых растений.
По способности накапливаться в растениях изученные радиоизотопы располагаются в следующем порядке: для живых растений — церий > цезий > рутений > стронций, а для мертвых — церий > рутений > стронций > цезий.
О прочности связи разных радиоизотопов в растениях можно судить по результатам опытов, в которых изучали выделение излучателей из живых и убитых растений через 16 дней после того, как их перенесли из соответствующих радиоактивных растворов в чистую озерную воду. Все радиоизотопы из живых растений роголистника выделяются несколько в большей степени, чем из мха. Из мертвых остатков обоих видов растений стронций выделяется примерно так же, как из живых, а цезий — в относительно большем количестве (особенно у мха) выделяется из мертвых растений. Рутений и церий из мертвых остатков мха переходят в раствор в значительно меньших количествах, чем из живых растений, а из мертвого роголистника они практически не выделяются вовсе. Все изучавшиеся радиоизотопы по их способности выделяться из растений в водный раствор располагаются в следующей последовательности: для живых растений — стронций > церий > рутений > цезий, а для мертвых — цезий > стронций > рутений > церий.
Значительное выделение радиоизотопов из растений происходит в течение первых двух суток, после чего устанавливается равновесие и радиоактивность их существенно не изменяется. Стронций из живых и мертвых тканей обоих видов растений выделяется практически одинаково, а цезий сильнее выделяется из мертвых, чем из живых растений. Отмеченные различия в выделении стронция и цезия особенно четко выступают в опытах с многократной сменой окружающего раствора чистой озерной водой.
Стронций-90 к 12-му дню (после четырехкратной смены растворов) из разлагающейся массы всех видов растений выделяется почти полностью (98—99%), в живых же растениях его остается около 1% у мха, 7% в роголистнике и 20% в кладофоре. Цезий-137, так же как и стронций, гораздо сильнее выделяется из мертвой массы растений, однако к концу опыта цезия остается в нем несколько больше, чем стронция. Значительно прочнее цезий фиксируется живыми тканями. За двенадцать дней после четырехкратной десорбции из живых растений роголистника выделилось только 58%, из кладофоры — 48%, а из мха — всего лишь 25% цезия.
Таким образом, можно отметить, что стронций-90 у изученных нами трех видов пресноводных растений как в живых тканях, так и в мертвых находится преимущественно в подвижной, обменной форме. Цезий-137 относительно подвижен в мертвой массе растений, но значительно прочнее стронция фиксируется живыми растениями.
Выше указывалось, что для проведения опытов мертвую растительную массу получали прогреванием живых растений при температуре 105° в течение десяти минут. Можно ожидать, что растения, отмирающие в естественных условиях, иначе накапливают и удерживают в себе радиоизотопы, чем убитые растения. Однако, как показали специальные опыты, существенной разницы в этом отношении отметить не удалось. Коэффициенты накопления стронция и цезия у отмершего в природных условиях мха остаются примерно такими же, что и у убитых растений. Темпы и характер выделения радиоизотопов из тканей естественно отмерших растений также почти не отличаются от убитых растений. Следовательно, принятая в наших опытах методика не изменяет сорбционных свойств естественно отмершего растительного субстрата.
Интересными оказались данные о накоплении растениями радиоизотопов, поступающих в воду с выделениями из живых и мертвых растительных тканей. Коэффициенты накопления стронция-90 во всех опытных вариантах превышают таковые цезия-137. Однако, значения этих величин для каждого изотопа в отдельности оказались весьма близкими как в вариантах с внесением излучателей в воду в форме хлоридов, так и в вариантах, где водный раствор загрязнялся радиоизотопами в форме выделений из живых и мертвых растений. Такое сходство в поведении радиоизотопов стронция и цезия в условиях проведенных опытов дает основание полагать, что эти изотопы выделяются из живых и разлагающихся растений в подвижной форме, легко вступающей в повторные циклы биологического круговорота веществ пресного водоема.
В целом по материалам, изложенным в настоящем разделе, можно отметить, что отмирающая водная растительность наряду с живыми растениями играет существенную роль в судьбе радиоизотопов в водоеме. Коэффициенты накопления стронция-90 и цезия-137 у мертвых растений оказались близкими с живыми растениями, а коэффициенты накопления рутения-106 и церия-144 в несколько раз выше таковых у живых растений. Прочность фиксации рутения и церия органическим веществом мертвых растений также оказалась более высокой, чем у живых растений, и только цезий-137 прочнее фиксируется живыми тканями, чем мертвыми органическими остатками.
Можно предполагать, что рутений-106 и церий-144 благодаря прочной их фиксации в отмирающей массе растений будут переходить вместе с детритом в донные отложения; стронций-90 и цезий-137, наоборот, должны легко переходить обратно в раствор и вновь включаться в биологический круговорот веществ водоема.