Variability of aggregated transfer factors of 90Sr in herbaceous plants of different taxonomic groups in the zone of influence of a nuclear enterprise

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The variability of the 90Sr aggregated transfer factors (Tag) in herbaceous plants of different taxonomic affiliation, the populations of which have been represented in the zone of influence of a large nuclear plant in the Urals for more than 65 years was studied. The main contamination of the territory occurred during the first period of the plant’s operation (1949−1957) due to imperfect methods of handling radioactive waste: 1) numerous discharges into the Techa River; 2) explosion of a container with radioactive waste (Kyshtym accident). At present, the range of Tag values of 90Sr in 54 grass species belonging to 20 families and 2 classes is (0.8−140.0) × 10–3 m2/kg. The accumulation of 90Sr by plants is primarily determined by their species characteristics and to a lesser extent depends on the affiliation of species to large taxa. In addition, the variability of the 90Sr Tag in individual plant species was influenced by a complex of physicochemical soil properties, heterogeneity of radioactive contamination, and weather and climate factors specific to different vegetation seasons. It was found that the relationship between the 90Sr Tag in herbaceous plants and the density of soil contamination is described by a power function under the condition of homogeneity of landscape elements and similarity of soil types.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. N. Mikhailovskaya

Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: mila_mikhaylovska@mail.ru
Russian Federation, 202, March 8 St., Yekaterinburg, 620144

V. N. Pozolotina

Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: mila_mikhaylovska@mail.ru
Russian Federation, 202, March 8 St., Yekaterinburg, 620144

Z. B. Mikhailovskaya

Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: mila_mikhaylovska@mail.ru
Russian Federation, 202, March 8 St., Yekaterinburg, 620144

V. P. Guseva

Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: mila_mikhaylovska@mail.ru
Russian Federation, 202, March 8 St., Yekaterinburg, 620144

References

  1. IAEA. Handbook of transfer parameter values for the prediction of radionuclide transfer in temperate environments. IAEA TECDOC 364. Vienna: IAEA, 1994.
  2. Молчанова И.В., Караваева Е.Н., Михайловская Л.Н. Радиоэкологические исследования почвенно-растительного покрова. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2006. 89 с.
  3. Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах. М.: Наука, 1999. 228 с.
  4. Prister B. Behavior of the Chernobyl-derived radionuclides in agricultural ecosystems // Behavior of radionuclides in the environment. V. II. Chapter 5 / Eds. Konoplev A. et al. Singapore: Pte Ltd. Springer Nature, 2020, P. 229 –283.
  5. McGee E.J., Johanson K.J., Keatinge M.J. et al. An evaluation of ratio systems in radioecological studies // Health Physics. 1996. V. 72. № 2. P. 215–221.
  6. Konshin O.V. Transfer of 137Cs from soil to grass-analysis of possible sources of uncertainty // Health Physics. 1992. V. 63. № 3. P. 307–315.
  7. Beresford N., Wright S. Non-linearity in radiocaesium soil to plant transfer: Fact or fiction? // Radioprotection. 2005. V. 40. № S1. P. 67–72.
  8. Молчанова И.В., Михайловская Л.Н., Позолотина В.Н. и др. Техногенные радионуклиды в почвах Восточно-Уральского радиоактивного следа и их накопление растениями различных таксономических групп // Радиац. биология. Радиоэкология. 2014. Т. 54. № 1. P. 77–84. doi: 10.7868/S086980311401010X
  9. Mikhailovskaya L.N., Pozolotina V.N., Modorov M.V. et al. Accumulation of 90Sr by Betula pendula within the East Ural radioactive trace zone // Journal of Environ. Radioactivity. 2022. V. 250. Art. 106914. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2022.106914
  10. Gillett A.G., Crout N.M.J., Absalom J.P. et al. Temporal and spatial prediction of radiocaesium transfer to food products // Radiat. Environ. Biophys. 2001. V. 40. № 3. P. 227–235. doi: 10.1007/s004110100107
  11. Willey N., Fawcett K. A phylogenetic effect on strontium concentrations in angiosperms // Environmental and Experimental Botany. 2006. V. 57. № 3. P. 258–269.
  12. Mikhailovskaya L.N., Pozolotina V.N., Antonova E.V. Accumulation of 90Sr by plants of different taxonomic groups from the soils at the East Ural radioactive trace // Behavior of strontium in plants and the environment / Eds. Gupta D. K., Walther C. Cham: Springer International Publishing, 2018. P. 61–73.
  13. Позолотина В.Н., Молчанова И.В., Караваева Е.Н. и др. Современное состояние наземных экосистем зоны Восточно-Уральского радиоактивного следа: уровни загрязнения, биологические эффекты. Екатеринбург: Гощицкий, 2008. 204 с.
  14. Pozolotina V. N., Shalaumova Y. V., Lebedev V. A. et al. Forests in the East Ural Radioactive Trace: structure, spatial distribution, and the 90Sr inventory 63 years after the Kyshtym accident // Environmental Monitoring and Assessment. 2023. V. 195. № 6. Art. 632. https://doi.org/10.1007/s10661-023-11300-y
  15. Мартюшов В.З., Смирнов Е.Г., Тарасов О.В. и др. Экологический мониторинг в Восточно-Уральском заповеднике // Координация мониторинга в ООПТ Урала. Екатеринбург: Изд-во «Екатеринбург», 2000. C. 96–110.
  16. Фирсова В.П., Молчанова И.В., Мещеряков П.В. и др. Почвенно-экологические условия накопления и перераспределения радионуклидов в зоне ВУРСа. Екатеринбург: Изд-во «Екатеринбург», 1996. 140 с.
  17. Молчанова И.В., Караваева Е.Н., Позолотина В.Н. и др. Закономерности поведения радионуклидов в пойменных ландшафтах реки Течи на Урале // Экология. 1994. № 3. С. 43–49.
  18. Трапезников А.В., Молчанова И. В., Караваева Е.Н., Трапезникова В.Н. Миграция радионуклидов в пресноводных и наземных экосистемах. Т. II. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2007. 400 с.
  19. Медико-биологические и экологические последствия радиоактивного загрязнения реки Течи / Ред. Аклеев А.В., Киселев М.Ф. М.: Мин-во здравоохранения РФ, 2000. 532 с.
  20. Aarkrog A., Trapeznikov A.V., Molchanova I.V. et al. Environmental modeling of radioactive contamination of floodplains and sorlakes along the Techa and Iset rivers // Journal of Environ. Radioactivity. 2000. V. 49. P. 243–257.
  21. Nikipelov B.V., Romanov G.N., Buldakov L.A. et al. About accident on Southern Urals of 29 September 1957 // Inform. Bull. Interdepartmental council for information and public relations in the atom energy. 1990. P. 39–48.
  22. Алексахин Р.М., Булдаков Л.А., Губанов В.А. и др. Крупные радиационные аварии: последствия и защитные меры / Ред. Ильин Л.А., Губанов В.А. М.: ИздАТ, 2001. 752 с.
  23. Aarkrog A., Dahlgaard H., Nielsen S.P. et al. Radioactive inventories from the Kyshtym and Karachay accidents: Estimates based on soil samples collected in the South Urals (1990−1995) // Sci. Tot. Environ. 1997. V. 201. № 2. P. 137−154.
  24. Molchanova I., Mikhailovskaya L., Antonov K. et al. Current assessment of integrated content of long-lived radionuclides in soils of the head part of the East Ural radioactive trace // Journal of Environ. Radioactivity. 2014. V. 138. № 6. P. 38−248. http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.09.004
  25. Modorov M., Seleznev A., Mikhailovskaya L. Heterogeneity of 90Sr radioactive contamination at the head part of the East Ural radioactive trace (EURT) // Journal of Environ. Radioactivity. 2017. V. 167. P. 117–126. http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvrad.2016.11.09
  26. Коробова Е.М., Тарасов О.В., Романов С.Л. и др. Исследование процессов миграции 90Sr и 137Cs в элементарных ландшафтно-геохимических системах Восточно-Уральского радиоактивного следа // Вопросы радиационной безопасности. 2020. № 3. С. 51–62.
  27. Большаков В. Н., Богданов В. Д., Князев М. С. и др. Красная книга Челябинской области. Животные. Растения. Грибы. М.: ООО «Реарт», 2017. 504 с.
  28. Смирнов Е.Г. Природные условия и растительность Восточно-Уральского радиоактивного следа // Экологические последствия радиоактивного загрязнения на Южном Урале. М.: Наука, 1993. C. 79–84.
  29. Позолотина В.Н., Антонова Е.В., Каримуллина Э.М. и др. Последствия хронического действия радиации для флоры Восточно-Уральского радио- активного следа // Радиационная биология. Радиоэкология. 2009. № 1. С. 97–106.
  30. Караваева Е.Н., Михайловская Л.Н., Молчанова И.В., Позолотина В.Н. Накопление 90Sr и 137Cs растениями из почв, загрязненных в результате эксплуатации предприятий ядерно-энергетического комплекса // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. 2010. Т. 12. № 1. С. 85–90.
  31. Атлас Восточно-Уральского и Карачаевского радиоактивных следов, включая прогноз до 2047 года / Ред. Израэль Ю.А. М.: ИГКЭ Росгидромета и РАН. Фонд «Инфосфера», НИА «Природа», 2013. 140 с.
  32. Методика измерений удельной активности 90Sr в пробах почв, грунтов, донных отложений и горных пород бета-радиометрическим методом с радиохимической подготовкой / Ред. Бахур А.Е., Мануилова Л.И., Зуев Д.М. [и др.]. ФР.1.40.2013.15383. М.: ФГУП “ВИМС”, 2013. 17 с.
  33. IAEA. Handbook of parameter values for the prediction of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments. Vienna: IAEA, 2010.
  34. Molchanova I.V., Pozolotina V.N., Antonova E.V., Mikhaylovskaya L.N. The impacts of permanent irradiation on the terrestrial ecosystems of the Eastern Ural radioactive trace // Radioprotection. 2011. V. 46. № 6. P. 567–572.
  35. Pozolotina V.N., Molchanova I.V., Mikhaylovskaya L.N. et al. The current state of terrestrial ecosystems in the Eastern Ural radioactive trace // Radionuclides: sources, properties and hazards / Ed. Gerada J.G. New York: Nova Science Publishers Inc., 2012. P. 1–20.
  36. Karavaeva Y.N., Molchanova I.V., Mikhailovskaya L.N. Peculiarities of the technogenical radionuclides transfer from soils into plants in the radioactive contaminated areas // Radioprotection. 2009. V. 44. № 5. P. 371‒375.
  37. Радиационная обстановка на территории России и сопредельных государств в 2003 году / Ред. Вакуловский С.М. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 2004. 274 с.
  38. Радиационная обстановка на территории России и сопредельных государств в 2016 году / Ред. Шершаков В.М. М.: Росгидромет, 2017. 350 c.
  39. Радиационная обстановка на территории России и сопредельных государств в 2020 году / Ред. Шершаков В.М. М.: Росгидромет, 2021. 330 c.
  40. Михайловская Л.Н., Молчанова И.В., Позолотина В.Н., Караваева Е.Н. Экспериментальная оценка водной миграции радионуклидов в почвах поймы р. Течи // Почвоведение. 2002. № 9. С. 1129‒1133. [Mikhailovskaya L.N., Molchanova I.V., Pozolotina V.N., Karavaeva E.N. Experimental assessment of the water migration of radionuclides in floodplain soils of the Techa river // Eurasian Soil Science. 2002. V. 35. № 9. P. 1003‒1006.]
  41. Мокров К.Ю., Мокров Ю.Г. Реконструкция плотности выпадений 90Sr и 137Cs в районе расположения ФГУП ПО “Маяк” за период 1950‒2020 гг. (на примере пос. Новогорный) // Вопросы радиационной безопасности. 2021. № 2. С. 35−45.
  42. Savinkov A., Semioshkina N., Howard B.J., Voigt G. Radiostrontium uptake by plants from different soil types in Kazakhstan // Science of the Total Environment. 2007. V. 373. P. 324–333.
  43. Mikhailovskaya L.N., Modorov M.V., Pozolotina V.N. et al. Heterogeneity of soil contamination by 90Sr and its absorption by herbaceous plants in the East Ural Radioactive Trace area // Science of the Total Environment. 2019. V. 651. P. 345−2353. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.119
  44. IAEA. Quantification of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments for radiological assessments. Vienna: IAEA, 2009.
  45. Михайловская Л.Н., Позолотина B.Н., Гусева В.П. и др. Накопление 90Sr основными лесообразуюшими породами на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа // Радиоактивность и радио- активные элементы в среде обитания человека: Мат-лы VI Междун. конф. Томск: Изд-во Томского политехнического ун-та, 2021. T. 2. C. 152–156.
  46. Howard B.J., Beresford N.A., Copplestone D. et al. The IAEA handbook on radionuclide transfer to wildlife // Journal of Environ. Radioactivity. 2013. V. 121. P. 55‒74.
  47. Тарасов О.В., Федорова О.В., Тананаев И.Г. и др. Формы состояния и миграция радионуклидов в почвах Восточно-Уральского радиоактивного следа // Вестник Дальневосточного отд. РАН. 2016. Т. 1. № 185. P. 47–52.
  48. Тихомиров Ф.А., Карабань Ф.А., Бочарова М.А. Накопление 90Sr и 137Cs в опытных саженцах хвойных деревьев // Лесоведение. 1975. № 1. С. 82–87.
  49. Karimullina E.M., Antonova E.V., Pozolotina V.N. Assessing radiation exposure of herbaceous plant species at East-Ural Radioactive Trace // Journal of Environ. Radioactivity. 2013. V. 124. P. 113–120.
  50. Михайловская Л.Н., Молчанова И.В., Нифонтова М.Г. Радионуклиды глобальных выпадений в растениях наземных экосистем Уральского региона // Экология. 2015. № 1. С. 9–15. [Mikhailovskaya L.N., Molchanova I.V., Nifontova M.G. Global fallout radionuclides in plants of terrestrial ecosystems of the Ural region // Russ. J. of Ecology. 2015. V. 46. №1. P. 7–13.]
  51. Мельчаков Ю. Л. Атмосферная миграция химических элементов на Урале. Екатеринбург: Урал. гос. пед. ун-т, 2005. 331 с.
  52. Penrose B., Beresford N.A., Broadley M.R., Crout N.M.J. Inter-varietal variation in cesium and strontium uptake by plants: a meta-analysis // J. of Environ. Radioactivity. 2015. V. 139. P. 103‒117. http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.10.005
  53. Железнов А.В., Железнова Н.Б., Сметанин Н.И., Сухановская В.С. Внутрипопуляционная изменчивость некоторых видов луговых растений по их способности концентрировать 90Sr // Генетика. 2002. Т. 38. № 5. С. 635–640.
  54. Переволоцкая Т.В., Булавик И.М., Переволоцкий А.М. О влиянии подтопления на распределение 90Sr и 137Cs в лесном биогеоценозе // Радиационная биология. Радиоэкология. 2009. Т. 49. № 3. С. 291‒301.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Appendix
Download (32KB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. Scheme of the research area: 1 - hydromorphic and 2 - automorphic sites; 3 - settlements; 4, 5 - soil 90Sr contamination density: 4 - 4-200 kBq/m2, 5 - 201-69 000 kBq/m2.

Download (245KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Change of 90Sr CP with time in Cirsium setosum (1), Urtica dioica (2) and Bromopsis inermis (3).

Download (106KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. Dependence of 90Sr CP in the aboveground mass of grasses of different taxonomic affiliation on the density of contamination of automorphic soils of the SDC: 1 - grasses, 2 - species of the family Sem. Asteraceae, 3 - Cirsium setosum, 4 - Urtica dioica.

Download (94KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences