Накопление токсикантов в ягодной и грибной продукции

 

Рисунок 3. Распределение мицелия грибов (слева) и 137 Cs в почвенном профиле

 

Рисунок 4. Многолетняя динамика 137 Cs в грибах с различной глубиной залегания мицелия.

Рисунок 5. Накопление различных радионуклидов в грибах, произрастающих в пределах одного экотопа. Кп – коэффициент перехода

 

Внутреннее  облучение человека. Экспериментальные исследования накопления 137Cs грибами послужили основой для разработки практических рекомендаций. Съедобные грибы, согласно коэффициентам перехода 137Cs в плодовые тела, разделили на группы, внутри которых эта величина изменяется в 2-4 раза. К слабонакапливающим в основном относятся виды из экологической группы древоразрушающих грибов, а к аккумуляторам - виды-симбиотрофы [23].

В странах Западной Европы, где радиоактивное загрязнение  природных экосистем невелико, а  грибы в рационе населения  играют значимую роль, дополнительные нагрузки от их потребления составляют примерно 2/3 дозы внутреннего облучения  от использованных всех пищевых ресурсов леса [23]. В ряде стран, в частности скандинавских, наблюдаются сезонные пики загрязнения мяса промысловых животных, связанные с потреблением ими грибов.

Следует учитывать и то обстоятельство, что основная масса  мелких сосущих корней, на которых  образуется микориза, располагается  в подстилке и верхнем 5-см слое почвы, где сосредоточена большая  часть радионуклидов – более 90-95%.

В этом отношении максимальной накопительной способностью выделяются гриб польский, свинушка тонкая, масленок поздний. Эти виды грибов можно использовать в качестве биоиндикатора радиоактивного загрязнения лесов. Дело в том, что  даже на относительно чистой территории (0,1 Ки/км²) они накапливают l37 Cs значительно выше допустимых норм (370 Бк/кг). Возможно, что в последующем, по мере миграции 137 Cs в более глубокие почвенные слои, в ряду накопления грибов могут происходить перестановки и максимальным накоплением станут характеризоваться другие их виды [26].

Другим, не менее значимым фактором, определяющим накопление радионуклидов  съедобными грибами, являются условия  их произрастания. По данным грибы в  условиях повышенного увлажнения накапливают  значительно большее количество радионуклидов, чем те же самые виды, но в условиях автоморфных почв.

Значительное содержание стабильных изотопов цезия в почве  предотвращает накопление в грибах радиоактивного цезия. Наибольшее содержание радионуклидов наблюдается в  грибах, растущих на кислых почвах.

Вместе с тем грибы  не отличаются повышенной накопительной  способностью по отношению к 90 Sr и изотопам плутония (238 Pu, 239 Pu, 240 Pu). Установлено, что грибы поглощают радиоцезий гораздо сильнее, чем такой элемент, как калий [22].

Подводя итоги, касающиеся накопления цезия грибами, можно кратко отметить, что концентрация радиоактивного цезия  в грибах определяется факторами:

1) величина плотности загрязнения участка произрастания гриба;

2) количеством стабильного цезия в почве;

3) местными характеристиками почв;

4) кислотностью среды;

5) видовыми особенностями  грибов.

Накопительные свойства грибов определяются также условиями их произрастания, и, в первую очередь, степенью увлажнения почв. На увлажненных  и переувлажненных лесных почвах грибы накапливают радиоактивного цезия на порядок больше, чем те же виды, растущие на почвах с глубоким залеганием грунтовых вод. Пространственная неоднородность загрязнения почв и  огромные площади, на которых растут грибы, не позволяют достоверно оценить  влияние на аккумуляцию 137Cs таких  свойств почвы как содержание гумуса, рН солевой и водныйи содержание обменных Са, Mg, К. Установлена только тесная связь между накоплением грибами 137 Cs и мощностью лесной подстилки [13].

Учеными предложена классификация  грибов по накопительной способности 137 Cs. В соответствии с этой классификацией съедобные грибы разделяются на четыре группы (приложение А):

1) слабо накапливающие: дождевик жемчужный, вешенка, сыроежка, шампиньон, гриб-зонтик пестрый, опенок осенний − Кп до 5;

2) средне накапливающие: подосиновик, рядовка серая, лисичка настоящая, белый гриб − Кп от 5 до 20;

3) сильно накапливающие:  сыроежки всех видов, груздь  черный, волнушка розовая, лисичка,  подберёзовик, зеленка − Кп от 20 до 50;

4) аккумуляторы радиоцезия: масленок поздний, моховик, рыжик, маслёнок, козляк, свинушка тонкая, польский гриб − Кп > 50.

Анализ коэффициентов  перехода радиоцезия в плодовые тела съедобных грибов, опубликованных в различных источниках, показывает, что различия в накоплении 137 Cs обусловлены принадлежностью грибов к различным экологическим группам: почвенным сапрофитам (организмы, существующие за счет разрушения отмерших органических остатков), подстилочным сапрофитам, микоризообразователям (грибы, образующие симбиоз мицелия гриба с корнем высшего растения), ксилофитам (живет на пнях и разлагающихся остатках деревьев), биотрофом (паразитирует на живых растениях). Наименьшие значения коэффициентов перехода наблюдаются у таких экологических групп грибов как подстилочные сапрофиты и ксилофитные паразиты. Максимальной концентрацией характеризуются виды микоризообразователи. Очевидно, это связано с широким варьированием глубины залегания грибного мицелия, а также приуроченностью его к наиболее загрязненным слоям органоминеральной толщи почв [15].

Итак, анализ коэффициентов накопления радиоактивного цезия (отношение концентрации элемента в компоненте к концентрации в почве) показал, что в биоте лесного биогеоценоза грибы – самые сильные накопители всех элементов (в особенности 137 Cs). В травяно-кустарничковой растительности и структурных частях древесного яруса этих элементов гораздо меньше. Значит, при употреблении грибов, собранных в загрязненных радионуклидами и тяжелыми металлами лесах, высока вероятность не только внутреннего облучения, но и усиленного воздействия этих элементов на организм человека. Отсюда очевидно, что в условиях техногенного загрязнения наиболее действенная мера – просто не есть собранные в лесу грибы и выращивать их в искусственных условиях. Сегодня современные технологии вполне могут обеспечить всех любителей грибов этим продуктом [1].

 

 

1.3 Аккумуляция тяжелых металлов грибами

 

Грибы могут накапливать тяжелые металлы: кадмий, ртуть, свинец, медь, цинк и другие. Концентрация этих металлов в грибах выше, чем в почве, на которой они растут. Этой концентрации часто недостаточно, чтобы вызвать тяжелое отравление, но тяжелые металлы могут влиять на ферментные системы, осложняя процессы обезвреживания токсинов, содержащихся в грибах [5, 25].

Концентрация тяжелых  металлов в шляпках грибов выше, чем в ножках. Многое зависит от вида гриба. Установлено, что свинушки, а также черные грузди особенно интенсивно накапливают медь, а шампиньоны и белые грибы – ртуть [6].

Грибы обладают избирательной  способностью к накоплению элементов, в частности опасных для здоровья людей. Особую опасность представляет тенденция съедобных грибов к  накоплению тяжелых металлов. Эта  способность выражена у них гораздо  резче, чем у высших растений и  других организмов. Так, содержание меди у грибов может быть больше в 13 раз, свинца – в 2 раза, кадмия – в 7, никеля – в 2, хрома – в 2.5 раза [16].

Все дело в том, что грибы  – нефотосинтезирующие растения (вообще-то, грибы – не растения и не животные, это отдельное царство в классификации живых существ), обладающие иным механизмом питания; они имеют специфическое сродство к некоторым элементам. Самая высокая степень накопления грибами (индекс аккумуляции) характерна для ртути, кадмия, меди, цинка и селена. Биологическим накоплением кадмия отличаются подберезовик и зонтик, а меди – груздь и дождевик. Особой способностью к накоплению кобальта и цинка выделяются опята [18].

Многие исследователи  отмечают, что грибы интенсивно накапливают  тяжелые металлы, более того, к  некоторым из них имеют специфическое  сродство. Они могут аккумулировать Cd, Cu, Zn, Hg и ряд других элементов. Так, ртути в них может быть в 550 раз больше, чем в субстрате, на котором они произрастают. Виды рода Leccinum (обабок), Macrolepiota (гриб-зонтик) хорошо поглощают Cd; свинушка тонкая (Paxillus involutus), груздь черный (Lactarius necator) и дождевик гигантский (Lycoperdon maximum) – Cu; виды рода Agaricus (шампиньон) и белый гриб (Boletus edulis) – Hg. Тяжелые металлы необратимо влияют на биохимический аппарат грибов, а их употребление приводит к тяжелым отравлениям [17].

В целом накопление тяжелых металлов, как и радионуклидов, определяется химической природой самого элемента, биологическими особенностями видов грибов, а также условиями их произрастания [24].

По литературным данным для некоторых грибов содержание отдельных элементов оказывается граничным или превышающим нормальное (Cd – в белом и желчном; Cu – в горькушке; Zn – в белом, горькушке и сыроежке). В этом случае их концентрация в грибах увеличивается в 2-5 раз. Среди элементов-загрязнителей минимальные колебания концентраций характерны для Pb, максимальные – для Cu. Более высокое содержание тяжелых металлов в грибах наблюдается в различных по накопительной способности экотопах. Как правило, это тесно связано с наличием в почвах подвижных форм элементов и слабо – с валовым содержанием. Видимо, грибы плохо или совсем не усваивают труднорастворимые формы. Известно, что обменные процессы наиболее интенсивны в шляпках, поэтому и концентрация макро- и микроэлементов там выше, чем в ножках. По мере развития плодовых тел меняется и интенсивность аккумуляции элементов. В молодых плодовых телах их, как правило, больше, чем в старых [7, 10].

Меньшая концентрация всех тяжелых металлов характерна для сапротрофов, большая – для симбиотрофов. Но поскольку селективность отдельных грибов по отношению к металлам неодинакова, для тяжелых металлов достаточно трудно выделить виды-биоиндикаторы. Так, Pb максимально поглощается желчным грибом; Zn – белым, горькушкой и сыроежкой; Cu – сыроежкой и горькушкой; Cd – белым. Тем не менее, в первом приближении можно сказать, что лучшими биоиндикаторными свойствами по отношению к тяжелым металлам обладают горькушка (Lactarius rufus) и желчный гриб (Tylopilus felleus) [19].

 

 

2. Накопление токсикантов в ягодной продукции

 

Леса Беларуси богаты ягодными растениями, которые не только обладают целебными свойствами, но и широко используются в качестве продуктов  питания. Традиционно население  собирает ягоды клюквы, брусники, черники, голубики, земляники, малины, калины, ежевики, рябины, крушины. В результате аварии на ЧАЭС сбор ягод сильно ограничился на загрязненной территории, максимальные потери пришлись на чернику и клюкву.

Полностью отказаться от использования  дикорастущих ягод населению не представляется возможным в связи с отсутствием  альтернативных продуктов питания. Обоснованные нормы потребления  ягод и фруктов составляют 115 кг в  год. Ягоды весьма богаты биологически активными веществами: сахарами, витаминами, ферментами, кислотами, минеральными солями. Содержание пектиновых веществ и  клетчатки в лесных ягодах обуславливает  защитные свойства организма по отношению  к радионуклидам, свинцу и другим тяжелым металлам [11].

 

 

2.1 Накопление  радионуклидов в ягодах

 

На поступление радионуклидов  в ягоды влияет множество факторов, таких как физиологические особенности  ягодника и условия произрастания. Наблюдается варьирование величины радиоактивного загрязнения ягод, собранных  даже с локальных деляночных участков. Тем не менее, выявлены некоторые общие закономерности накопления радионуклидов дикорастущими ягодами.

Установлено, что содержание радионуклидов в лесных ягодах находится  в прямой зависимости от плотности  радиоактивного загрязнения почв. Так, с ростом загрязнения почвы по ¹³⁷Cs в диапазоне 18-1200 кБк/м² активность черники возрастала от 70 до 5900 Бк/кг, а земляники от 20 до 3200 Бк/кг. На легких почвах происходит более интенсивное накопление радионуклидов, чем на тяжелых. Переход радионуклидов в ягоды, произрастающие в условиях повышенного увлажнения, больше, чем в ягоды, произрастающие в обычных и сухих местах. Выявлено влияние рельефа на накопление радионуклидов лесными ягодами. К примеру, концентрация ¹³⁷Cs в чернике, собранной на вершине бугра, в 1,5-2 раза ниже, чем на склоне и понижении.

В отличие от грибов лесные ягоды являются концентраторами ⁹⁰Sr. При равной плотности радиоактивного загрязнения лесных почв ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr последний накопится в 10 раз больше в землянике и в 5 раз больше в малине. Однако, в чернику переход ¹³⁷Cs из почвы по сравнению со ⁹⁰Sr выше [23].

Анализ многолетних данных по загрязнению ягод показывает устойчивую тенденцию к уменьшению содержания в них радионуклидов во времени. Тем не менее, проведенные в 1998 году службой радиационного контроля исследования показали, что в среднем по республике превышение допустимого уровня содержания цезия-137 наблюдалось в 25% проб клюквы (максимальная концентрация достигала 15750 Бк/кг), в 35% проб черники (содержание достигало 6650 Бк/кг) и 24% проб ягод брусники, голубики, малины и ежевики (содержание достигало 1110 Бк/кг). Допустимая концентрация радионуклидов в дикорастущих ягодах и консервированных продуктах из них составляет 185 Бк/кг. Даже на относительно чистых лесных землях (1-2 Ки/км²) ягоды из семейства брусничных (черника, клюква, брусника, голубика) накапливают радионуклиды в количествах, превышающих нормы РДУ [1].

По интенсивности накопления ¹³⁷Cs в порядке увеличения дикорастущие ягоды можно расположить следующим образом: калина, рябина, земляника, ежевика (куманика), малина, брусника, голубика, клюква, черника. При равных условиях черника накапливает ¹³⁷Cs в 2-3 раза больше, чем малина и земляника.

Ягоды по их способности накапливать ¹³⁷Cs, можно условно поделить на три группы: