Йод в почвах, укосах трав пастбищ и местных продуктах питания некоторых областей России, пострадавших при аварии на Чернобыльской АЭС

Полный текст

Введение Йододефицит, по данным ВОЗ, - одна из глобальных медико-социальных проблем современного общества, наряду с инфекционными заболеваниями, загрязнением воздуха, изменением климата и др. По разным оценкам, от 1,5 до 2 миллиардов человек живут в условиях йодного дефицита, что часто является скрытой причиной многих заболеваний. При этом содержание йода в окружающей среде зависит от географического положения (удаленности от океанов), рельефа местности (равнины или горы), горных пород (карбонатных и бескарбонатных), почв (органическое вещество, гумусовые кислоты, засоление). Источниками йода в организме человека, безусловно, являются пищевые продукты, в том числе местного происхождения (трофическая цепь, замкнутая на почвы), а в меньшей степени - питьевые воды и атмосферный воздух. Недостаток йода в окружающей среде и, как следствие, его недостаточное поступление в организм человека провоцируют возникновение йододефицитных заболеваний у людей и сельскохозяйственных животных (в том числе гипотиреоза, узловых новообразований щитовидной железы, необратимых нарушений мозга у плода и новорожденного), приводят к умственной и физической утомляемости, снижению иммунитета, развитию эндемичного зоба [1-3]. На развитие йододефицитных заболеваний, безусловно, влияют и другие факторы, такие как недостаток в почвах Se, Co, Cu, Mn, но роль йода все же является определяющей [4; 5]. Природный йододефицит в некоторых регионах усугубил проблемы, вызванные поступлением в пищевые цепи короткоживущих радиоактивных изотопов этого элемента вследствие аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) в 1986 г. На территории Российской Федерации радиоактивному загрязнению в результате аварии ЧАЭС подверглись 16 областей, а наибольшие уровни загрязнения зафиксированы в Брянской, Тульской, Орловской и Калужской областях. При этом почвы этих областей до настоящего времени активно используются в сельском хозяйстве [6; 7]. Медицинское обследование различных групп местного населения в пострадавших регионах России после аварии выявило выраженный рост заболеваемости раком щитовидной железы, в том числе среди детей, что могло быть связано с сочетанным воздействием выпадения радиоизотопа 131I и с природным дефицитом стабильного йода в этих районах [7-12]. Дефицит или избыток йода наиболее выраженно проявляется в сельской местности, что связано с особенностями структуры питания сельских жителей, большая часть диеты которых состоит из продуктов питания, выращивается на приусадебных участках и личных подсобных хозяйствах (ЛПХ). При одном и том же уровне так называемого «йодного удара» (выпадения короткоживущих изотопов йода) на фоне йододефицита в некоторых районах исследуемых областей население могло пострадать сильнее, чем в районах с более высоким содержанием стабильного йода в окружающей среде вследствие более активного поступления радиоизотопов йода в испытывающую дефицит стабильного йода щитовидную железу. Целью исследований была оценка суммарного природно-техногенного риска заболеваемости населения Калужской, Брянской и Орловской областей раком щитовидной железы на уровне отдельных населенных пунктов на основе экспериментальных данных. Методы и материалы Полевые исследования проводились в летний период 2021-2023 гг. вблизи населенных пунктов (рис. 1). В каждом населенном пункте (НП) выбирались тестовые площадки на пастбищах с учетом рельефа: автономные (суходолы) и сопряженные с ними подчиненные (мезогидрофитные и гидрофитные луга). В ходе обследования тестовых площадок осуществлялись: 1) измерение плотности загрязнения почвы 137Cs с помощью переносной гамма-спектрометрической установки Violinist III (TSA Systems Ltd., США), оснащенной сцинтилляционным детектором типа SPA-3 с кристаллом NaI(Tl); 2) определение мощности эквивалентной дозы гамма-излучения дозиметрами MIRA-661 (Genitron Instruments GmbH, Германия) и RadiaCode-101 (ООО «Скан Электроникс», Россия) со сцинтилляционным детектором с кристаллом CsI(Tl); 3) отбор секатором на высоте 2 см от поверхности почвы средней пробы луговых трав с площадки 20 × 20 см либо 40 × 40 см (в зависимости от однородности и плотности фитомассы); 4) отбор образцов почв ручным буром из верхнего слоя мощностью 20 см, послойно: в интервале глубин 0-5; 5-10 и 10-20 см на пастбищах и 0-10; 10-20 см на личных подсобных хозяйствах (ЛПХ). Изображение выглядит как текст, карта, диаграмма, атлас Автоматически созданное описание Рис. 1. Карта фактического материала Источник: собственные полевые данные, наложенные на почвенную карту Восточно-Европейской равнины (фрагмент) масштаба 1:200000 / Figure 1. Map of the actual material Source: own field data superimposed on the soil map of the East European plain (fragment) scale 1:200000. Молоко коров отбирали в личных подсобных хозяйствах, из предоставленной хозяевами коров емкости в пластиковый флакон объемом 50 мл (под крышку). Ежедневно флаконы с молоком замораживались в морозильной камере. Транспортировка всех отобранных проб молока для последующего анализа осуществлялась в специальной сумке-«холодильнике». По прибытии пробы помещались в морозильную камеру. Клубни картофеля отбирались или непосредственно с картофельного поля, сопряженно с почвенным керном, или, при отсутствии такой возможности, - в личных подсобных хозяйствах из предоставленных хозяевами запасов. Содержание йода в почвах, растениях (измельченных укосах трав), молоке и клубнях картофеля определялось кинетическим роданидно-нитритным методом [13] в лаборатории биогеохимии окружающей среды ГЕОХИ РАН (Москва). Молоко перед измерением йода подвергалось разморозке, клубни очищали от перидермы и измельчали для гомогенизации пробы. Клубни, молоко и укосы трав проходили перед измерением единую стандартную пробоподготовку для растений и пищевых продуктов [13]. Статистическую обработку результатов проводили в программных комплексах Microsoft Excel и TIBCO STATISTICA 13.3. Всего было обследовано 45 индивидуальных точек отбора почв, характеризующих различные типы пастбищных почв (дерново-подзолистые, серые, черноземы и др. (названия почв даны по классификации почв России, 2004 г. [14]) вблизи 38 населенных пунктов. Полученные результаты заносились в базу данных, интегрированную в геоинформационную среду «Брянск-йод», созданную на базе ArcGIS 10.8.1. Результаты Установлено, что содержание йода в верхнем слое почвы (0-5 см) исследуемой территории варьирует в широких пределах (дерново-подзолистые 0,31-0,81 мг/кг, n = 10, серые 0,53-1,73 мг/кг, n = 18, черноземы 1,99-3,04 мг/кг, n = 13). Для более глубоких слоев (5-10 см, 10-20 см) наблюдалась схожая картина с меньшим размахом варьирования, за исключением дерново-подзолистых почв (рис. 2). При этом выявлено убывание медианных значений концентрации йода с глубиной для черноземов, в то время как для дерново-подзолистых и серых почв его содержание максимально в нижнем отобранном слое (10-20 см). По-видимому, выявленное распределение может быть связано с ролью органического вещества почв в фиксации йода. В более бедном органическим веществом верхнем горизонте серых и дерново-подзолистых почв происходит потеря йода из верхних слоев, в то время как в черноземах он образует прочное соединение с гумусовыми кислотами, оставаясь при этом доступным для растений. Рис. 2. Показатели варьирования содержания йода в верхних слоях разных типов почв пастбищ / Figure 2. Indicators of variation of iodine content in the upper layers of different types of pasture soils Содержание йода в пастбищной растительности также варьировало в широких пределах от 0,14 мг/кг до 0,29 мг/кг на воздушно-сухой вес (рис. 3). Рис. 3. Показатели варьирования содержания йода в почвах и укосах трав пастбищ / Figure 3. Indicators of variation of iodine content in soils and grass mowing pastures Обращает на себя внимание более высокое содержание йода в укосах трав с отдельных пастбищ на серых почвах в сравнении с укосами с более плодородных черноземов. По-видимому, для этих точек опробования большое значение имеет избирательное накопление микроэлементов, в том числе и йода, отдельными растительными ассоциациями (преобладание бобовых) (см. рис. 4). 25-75 % Рис. 4. Йод в клубнях картофеля ЛПХ исследованных областей / Figure 4. Iodine in potato tubers of private farms of the studied areas Содержание йода в клубнях картофеля варьировало в широких пределах от 0,08 мг/кг до 0,19 мг/кг на сырой вес. Основным фактором, обуславливающим варьирование, может являться низкое содержание йода в почвах ЛПХ. Следует обратить внимание что часть ЛПХ, где был отобран картофель, располагалась в долинах рек, на пойменных почвах. Содержание йода в отобранных там клубнях картофеля уступало в пределах варьирования йода лишь образцам, выращенным на серых почвах, но превосходило дерново-подзолистые почвы размахом и медианным значением (см. рис. 3). В западных районах Орловской области картофель не отбирался, что обусловлено сменой почвенного покрова (на черноземах картофель обычно не выращивают). Содержание йода в молоке коров, выпасаемых на исследованных пастбищах, варьировало от 5,4 до 57,7 мг/кг (n = 12). Содержание йода в молоке закономерно оказалось наиболее высоким у коров, выпасавшихся на приуроченных к серым почвам пастбищах (Ме = 15,9 мкг/л). Меньшие концентрации йода характерны для молока скота, выпасаемого на пастбищах на пойменных почвах (Ме = 14,9 мкг/л). Наименьшее содержание йода отмечено для молока коров, питающихся на пастбищах, приуроченных к дерново-подзолистым почвам (рис. 5). Выявленные ранее закономерности взаимосвязи йода в системе «почва - укосы трав - молоко коров», подтвержденные новыми данными, позволяют предложить, что максимальное значение йода в молоке коров исследуемого района следует ожидать для черноземных степей Орловской области. Однако отсутствие фактических данных по молоку за исследуемый период (2021-2023 гг.) пока оставляет данное утверждение рабочей гипотезой (рис. 6). 25-75 % Рис. 5. Содержание йода в молоке коров Калужской и Брянской области, выпасаемых на пастбищах с разным типом почв / Figure 5. Iodine content in milk of cows of Kaluga and Bryansk regions grazed on pastures with different soil types Рис. 6. Зависимость содержания йода в молоке коров от его содержания в почвах пастбищ / Figure 6. Dependence of iodine content in cow's milk on its content in pasture soils Предполагается, что большой разброс значений содержания йода, наблюдавшийся во всех типах почв, в особенности для серых почв (крайние точки и выбросы), может быть объяснен влиянием неучтенных в данной группировке факторов, например вариабельностью гранулометрического состава, а также спецификой использования угодий, предшествующей хозяйственной деятельностью и т.д. Обследованные пастбища характеризовались поверхностной активностью 137Cs, приведенной к 2021 г., от 12,5 до 114,7 кБк/м2 (медиана (Me) = 25,1 кБк/м2), эквивалентная доза гамма-излучения в приповерхностном слое варьировала в диапазоне 0,07-0,17 мкЗв/ч (Me = 0,10 мкЗв/ч), что позволяет ретроспективно (по [15]) оценить возможное выпадение 131I на 10 мая 1986 г. в изучаемых НП на уровне от 448 до 1466 кБк/м2 (Me = 760 кБк/м2) Наибольшие уровни загрязнения почв в обследованных НП были зафиксированы в Жиздринском районе Калужской области. Сопоставление результатов полевых измерений активности 137Cs с опубликованными данными [16] показали высокую (r = 0,890) значимую (p < 0,0001) сходимость (рис. 7) результатов. Рис. 7. Сопоставление полевых измерений активности 137Cs с опубликованными данными / Figure 7. Comparison of field measurements of 137Cs activity with published data Для оценки риска заболеваемости раком щитовидной железы (код МКБ-10 C73) среди сельского населения использовалась методика [17], учитывающая два ключевых фактора возникновения заболевания: природный дефицит, который оценивался на основе концентраций стабильных изотопов I в слое 0-20 см почвы с учетом пороговых концентраций Ковальского [3] и техногенное загрязнение почвы радиоизотопами йода, которое оценивалось ретроспективно, на основе данных полевых измерений активности 137Cs. По каждому из параметров каждый НП был отнесен к одной из шести групп риска (где 1 - минимальный риск, 6 - максимальный риск), после чего, в соответствии с методикой, проводилась взвешенная оценка, в которой вес фактора техногенного загрязнения составлял 72 %, природного йододефицита - 28 %. Обобщенные результаты оценки риска по районам приведены в таблице. Оценка риска заболеваемости раком щитовидной железы населения обследованных населенных пунктов Область, район (округ) Обследовано НП Балльная оценка риска Брянская обл., в т.ч.: 6 2,3 Карачевский район 3 1,9 Рогнединский район 3 2,8 Калужская обл., в т.ч.: 5 3,3 Думиничский район 1 1,8 Жиздринский район 2 4,1 Козельский район 1 2,1 Ульяновский район 1 4,2 Орловская обл., в т.ч.: 21 2,5 Болховский район 3 3,8 Дмитровский район 3 2,8 Знаменский район 2 1,8 Корсаковский район 1 2,4 Кромской район 2 2,1 Новосильский район 2 2,4 Орловский округ 2 2,1 Свердловский район 3 2,8 Сосковский район 2 2,3 Хотынецкий район 1 1,5 Assessment of the risk of thyroid cancer in the population of the surveyed settlements Region, district Settlements surveyed Risk score Bryansk region, including: 6 2.3 Karachevsky district 3 1.9 Rognedinsky district 3 2.8 Kaluga Region, including: 5 3.3 Duminichi district 1 1.8 Zhizdrinsky district 2 4.1 Kozelsky district 1 2.1 Ulyanovsk district 1 4.2 Oryol region, including: 21 2.5 Bolkhovsky district 3 3.8 Dmitrovsky district 3 2.8 Znamensky district 2 1.8 Korsakovsky district 1 2.4 Kromsky district 2 2.1 Novosilsky district 2 2.4 Oryol district 2 2.1 Sverdlovsk district 3 2.8 Soskovsky district 2 2.3 Khotynetsky district 1 1.5 Обсуждение Выявленное закономерное возрастание содержания йода в почвенном покрове и укосах трав от Калужской и Брянской к Орловской области не может быть объяснено в рамках нарастания континентальности как одного из важнейших факторов йододефицита. Очевидно, что наибольшее значение в закономерностях распределения йода в почвах исследуемых областей приобретает эдафический фактор: фиксация богатыми органическим веществом почвами (черноземами) йода в сравнении с более бедными серыми и дерново-подзолистыми почвами имеет решающее значение в сравнении с удаленностью от моря (основного источника йода в биосфере [4]). Подтверждено, что содержание йода в почвенном покрове пастбищ непосредственно отражается на его содержании в пастбищной растительности и молоке крупного рогатого скота. При этом широкое варьирование содержания йода в укосах трав пастбищ в пределах одного типа почв не может быть объяснено одним лишь эдафическим фактором. Большое значение может приобретать и избирательное накопление йода отдельными видами и, главным образом, ассоциациями растений. Содержание йода в клубнях картофеля в значительной мере может определяться не столько типом почв (на наиболее богатых йодом почвах исследуемого района картофель не культивируют), сколько применяемыми удобрениями и особенностями сельскохозяйственных работ на данной территории. Таким образом, выявленное низкое содержание йода в клубнях картофеля Брянской и Калужской областей свидетельствует в первую очередь о дефиците йода в традиционных продуктах питания местного населения. Выводы Проведенные исследования подтвердили зависимость содержания йода в верхнем горизонте пастбищных почв от содержания органического углерода, обусловленного, прежде всего, зонально-климатическими факторами (закономерной сменой зональных почв) и положением пастбищных угодий в рельефе. Выявлено закономерное убывание медианных и средних значений содержания йода в ряду: черноземы > серые > дерново-подзолистые почвы. Показано, что почвы обследованных пастбищ Брянской и юга Калужской областей в целом беднее йодом в сравнении с Орловской областью, что обусловлено сменой почвенного покрова с северо-запада на юго-восток. Низкое содержание йода в традиционных продуктах питания местного населения (молоке коров и клубнях картофеля), производимых на личных подсобных хозяйствах, обусловлено, в первую очередь, слабой фиксацией йода в почвах, бедных органическим веществом. Наибольший сочетанный природно-техногенный риск заболеваемости сельского населения раком щитовидной железы в результате последствий аварии на ЧАЭС 1986 г. характерен для обследованных населенных пунктов Жиздринского района Калужской области, Болховского, Дмитровского и Свердловского района Орловской области, Рогнединского района Брянской области. Риск заболеваемости в Знаменском и Корсаковском районе Орловской области оценен как низкий. Полученные данные могут быть использованы при организации мониторинга и проведении мероприятий по профилактике йододефицитных заболеваний в зонах потенциально возможного радиоактивного загрязнения.

Об авторах

Виктор Юрьевич Березкин

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН); Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: victor76@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-1025-638X
SPIN-код: 7074-9478

кандидат геолого-минералогических наук, доцент департамента экологии человека и биоэлементологии, институт экологии, Российский университет дружбы народов; старший научный сотрудник лаборатории биогеохимии окружающей среды ГЕОХИ РАН

Российская Федерация, 115093, Москва, ш. Подольское, дРоссийская Федерация, 119991, Москва, ул. Косыгина, д. 19

Владимир Сергеевич Баранчуков

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН)

Email: baranchukov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1519-9983
SPIN-код: 2266-2251

научный сотрудник лаборатории биогеохимии окружающей среды

Российская Федерация, 119991, Москва, ул. Косыгина, д. 19

Людмила Игоревна Колмыкова

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН)

Email: kmila9999@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4070-9869

кандидат геолого-минералогических наук, ученый-секретарь, научный сотрудник лаборатории биогеохимии окружающей среды

Российская Федерация, 119991, Москва, ул. Косыгина, д. 19

Гульнара Александровна Кулиева

Российский университет дружбы народов

Email: gkulieva@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0076-5762

кандидат биологических наук, доцент департамента экологии человека и биоэлементологии, институт экологии

Российская Федерация, 115093, Москва, ш. Подольское, д. 8/5

Александра Сергеевна Багаутдинова

Российский университет дружбы народов

Email: 1032201838@rudn.ru
ORCID iD: 0009-0006-4034-1231

студентка департамента экологии человека и биоэлементологии, институт экологии

Российская Федерация, 115093, Москва, ш. Подольское, д. 8/5

Юлия Всеволодовна Топильская

Российский университет дружбы народов

Email: 1032201815@rudn.ru
ORCID iD: 0009-0003-4084-9770

студентка департамента экологии человека и биоэлементологии, институт экологии

Российская Федерация, 115093, Москва, ш. Подольское, д. 8/5

Список литературы