CC BY
50
НАКОПЛЕНИЕ 137Cs В КОРНЯХ И НАДЗЕМНОЙ ФНТОМАССЕ ТРАВЯНИСТОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ЭКОСИСТЕМ
H.A. Сковородникова, Г.В. Чекин, Ю.Г. Поцепай, Е.В. Борздыко
Рассмотрено накопление 137Cs в корнях и травостое травянистых растений различных экосистем. Показано, что в дерново-подзолистых почвах активность 137Cs в корнях превышает активность травостоя, для болотных низинных осушенных почв наблюдается обратная тенденция. Биовынос радионуклида травостоем на осушенных гидроморфных почвах в 3-5 раз выше по сравнению с биовыносом корневыми системами, на автоморфных почвах биовынос 137Cs корнями превышает биовынос надземной фитомассой в 4-32 раза. Ключевые слова: 137Cs, накоплениерадионуклидов, биовыносрадионуклидов.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 11-04-97558-р_центр_а
Миграция радионуклидов чернобыльского происхождения в системе почва-растение-почва и включение их в биологический круговорот сформировали дополнительный фактор, действующий в экосистемах - радиационный, последействие которого, как источника радиобиологических эффектов, будет проявляться в течение достаточно длительного периода. Несомненный интерес для прогноза миграции 137Cs по пищевым цепям и оценки эффективности фитодезактивации земель представляет оценка накопления радионуклида надземной и подземной фитомассой травянистых растений в различных экосистемах.
Особенно немногочисленны данные о накоплении радионуклидов в корневых системах растений, по причине сложности проведения исследований с этими элементами фитомассы. Однако, например, для древесных растений имеются данные [1, с. 74] о том, что основное количество радионуклидов сосредоточено в корневой системе и средневзвешенная концентрация 137Cs в ней в 1,5-3 раза выше, чем в надземной фитомассе.
Непосредственным объектом исследования служила травянистая растительность открытой катены «Старый Вышков» (с. Старый Вышков Новозыбковского района Брянской области). В 1992 году вдоль трансекта, имеющего южное направление, сотрудниками кафедры почвоведения, агрохимии и сельхозрадиологии Брянской ГСХА Е.В. Просянниковым и В.Б. Осиповым, были заложены мониторинговые ключевые почвенные участки (КПУ). На каждом КПУ были выделены опорные почвенные площадки (Ol II I), имеющие площадь, равную 25-30 м2. ОПП различаются по степени агрогенного воздействия на почву: 1) естественная экосистема; 2) агроэкосистема, и расположены в непосредственной близости на одном и том же элементе рельефа [2, с. 49-54; 3, с. 63-68]. Однако с 2007 года почвы агроэкосистем выведены из сельскохозяйственного оборота и в настоящее время представляют собой залежи, на которых протекает вторичная (восстановительная) сукцессия.
Отбор проб растительности производился в конце вегетации (II декада августа). С фиксированной площади отбирались все без исключения травянистые растения. Для определения накопления 137Cs корневыми системами были отобраны монолиты почвы 25x25 см на глубину 20 см. Корни промывали на сите с размером ячейки 1 мм, высушивали и измельчали. Надземная фитомасса растений ополаскивалась проточной водой, высушивалась до воздушно-сухого состояния и измельчалась. Содержание 137Cs в почве, сухой массе травостоя и корневых систем определяли на универсальном спектрометрическом комплексе «Гамма плюс» с программным обеспечением «Прогресс 2000» по стандартным методикам.
Описание растительности проведено детально-маршрутным методом в сочетании с работой на ключевых участках. Оценка количественного участия видов дана по комбинированной шкале Браун-Бланке [4]: «г» - очень редки, 1-4 особи; «+» - разреженно и покрывают менее 1% площадки; «1» -особи многочисленны, но покрывают не более 5% площадки или довольно разрежены, но с такой же величиной покрытия; «2» - от 6% до 25%; «3» - покрыто от 26% до 50%; «4» - покрыто от 50% до 75%; «5» - более 75%.
Таблица 1
Накопление 137С8 в корнях и надземной фитомассе травянистых растений различных экосистем
Описание опорных почвенных площадок Удельная активность, Бк/кг
корни травостой
Естественные экосистемы
Р1, вершина холма, дерново-подзолистая почва, сообщество Festuca rubrae, опп*: Овсяница красная (45%), Колючник Бибирштейна (25 %), Пижма обыкновенная (3 %), Тысячелистник обыкновенный (5 %), Полынь горькая (1 %), Пырей ползучий (5 %), Полынь 138±12,1 39,9±7,6
V обыкновенная (1 %), Подмаренник цепкий (3 %), Клевер розовый (1 %), Латук компасный (3 %)
Р7, верхняя часть склона, дерново-подзолистая почва, сообщество Calamagrostis epigeios, опп: Вейник наземный (95 %) 3935±580 206,5±36,5
Р8, подножье склона, болотно-дерново-глубокоподзолистая почва, сообщество Bromopsis inermis, опп: Кострец безостный (95 %), Дрема белая (1 %) 3408±428 171±26,7
Р11, древняя ложбина стока, болотная низинная почва, сообщество Festuca rubrae, опп: Овсяница красная (45 %), Вейник наземный (7 %), Подмаренник мягкий (7 %), Подмаренниктопяной (3 %), Крапива двудомная (1 %), Вербейник обыкновенный (1 %), Бодяк полевой (3 %). 1548±296 2300±291
Агроэкосистемы (залежь)
Р2, вершина холма, дерново-подзолистая почва, сообщество Festuca rubrae, опп: Овсяница красная (75 %), Пырей ползучий (15 %), Синяк обыкновенный (1 %) 400±102 24,7±5,3
Р6, верхняя часть склона, дерново-подзолистая почва, сообщество Setaria glauca, опп: Щетинник сизый (45 %), Овсяница красная (10 %), Пырей ползучий (4 %), Хвощ полевой (1 %), Щавель скученный (1 %). 291±19 29,1±5,3
Р4, средняя часть склона, дерново-подзолистая почва, сообщество Setaria glauca, опп: Щетинник сизый (55 %), Овсяница красная (15 %), Пырей ползучий (3 %), Синяк обыкновенный (1 %). 65,2±6,6 15,6±5,2
Р9, подножье склона, болотная низинная перегнойно-глеевая почва, сообщество Festuca rubra, опп: Овсяница красная (3 5 %), Кострец безостный (15 %), Вейник наземный (4 %), Подмаренник мягкий (5 %), Подмаренник топяной (1 %), Бодяк полевой (5 %), Щавель скученный (1 %). 942±120 1005±140
Р10, древняя ложбина стока, болотная низинная перегнойно-мелкоторфяно- глеевая почва, сообщество Festuca rubrae, опп: Овсяница красная (35 %), Кострец безостный (10 %), Вейник наземный (4 %), Подмаренник мягкий (7 %), Полынь обыкновенная (4 %), Пырей ползучий (10 %), Бодяк полевой (1 %), Дербенник иволистный (1 %) 163±13,9 227,3±23,4
*опп - общее проективное покрытие вида
Анализ результатов исследований накопления 137С8 в травостое и корнях показал, что наибольшая удельная активность 137С8 в надземной части растений наблюдается на участках болотной низинной почвы древней ложбины стока ледниковых (естественная экосистема) и болотной низинной перегнойно-глеевой почвы подножья склона (агроэкосистема, залежь) (табл. 1). Известно, что коллоидный комплекс торфяных почв, обладая высокой адсорбционной способностью, большой емкостью катионного обмена и низкими буферными свойствами, имеет небольшой отрицательный поверхностный заряд и поэтому не может прочно фиксировать и удерживать радионуклиды. Характерным для торфяников является также низкое содержание вторичных высокодисперсных минералов с развитой кристаллической решеткой. Все это обуславливает слабое закрепление почвенно-поглощающим комплексом 137С8, которые в большинстве своем находятся либо в почвенном растворе, либо в обменносвязанном состоянии, и хорошо доступны растениям.
Сравнительный анализ накопления радионуклидов травостоем на различных 01III, расположенных на одном элементе ландшафта, показывает что, аккумуляция 137С8 несколько выше в естестественных экосистемах.
Более высокое накопление радионуклида в естественных экосистемах связано, видимо с тем, что основное количество 137С8 сосредоточено в самом верхнем слое почвы, где преимущественно концентрируются поглощающие корни травянистых растений. Менее благоприятные физико-химические и агрохимические свойства почв также способствуют более высокому накоплению радионуклида в естественных экосистемах.
Содержание 137С8 в корнях на автоморфных и полугидроморфных почвах значительно превышает содержание радионуклида в надземной фитомассе. Так, в естественных экосистемах это превышение составляет от 3 до 20 раз, в почвах агроэкосистем от 4 до 16 раз, что еще более наглядно доказывает влияние почвенных условий и биологических особенностей растений на накопление 137С8 травянистой растительностью.
В болотных низинных почв активность радионуклида несколько выше в травостое по сравнению с корнями (табл. 1).
Биовынос радионуклида корнями растений, произрастающих на дерново-подзолистых и болотно-дерново-глубокоподзолистых почвах превышает биовынос 137С8 надземной частью растений в 4-32 раза, при этом наибольший запас изотопа в корнях отмечается в естественных экосистемах верхней части склона и у подножья моренного холма (рис. 1). Следовательно корни растений в данных экосистемах выступают своего
±юда «депо», где происходит накопление вовлекаемых в биологический круговорот радионуклидов течение 2-3 лет (активная фаза минерализации корневой массы) радионуклиды депонируются в корневых системах и становятся лишь частично доступными для новых растений. 3500
3000
2500
S 2000 12 W , 1500
л н
о 1000
К ю
£ 500
<
Р 1 Р 2 Р 4 Р 6 Р 7 Р 8 Р 9 Р 10 Р 11 ■ корни ■ надземная фитомасса
Рисунок 1 - Биовынос 137Cs корнями и надземной фитомассой травянистой растительности
различных экосистем, Бк/м2
В болотных низинных осушенных почвах биовынос 137Cs травостоем в 3-5 раз выше по сравнению с корнями, что связано как с более лучшим развитием надземной массы растений по сравнению с корневыми системами, так и с большей биологической доступностью радионуклида в болотных почвах.
Таким образом, основное накопление 137Cs в автоморфных и полугидроморфных почвах происходит в корневых системах травянистых растений, а в осушенных гидроморфных почвах - в надземной фитомассе.
В целом биовынос 137Cs растительностью в естественных экосистемах выше, чем биовынос в аналогичных агроэкосистемах в несколько раз. Наибольшая разница отмечена для экосистем подножья склона.
1^П 1
Accumulation of Cs in roots and grasses in various ecosystems is studied. The activity of Cs in roots sod-podzolic soils tended to increase productivity of grasses compared with the grasses grown in swamp drained soils which proved to show downgrading tendency. Removal of radionuclides in grasses grown in swamp drained soils is 3-5 times higher in comparison with removal of radionuclides accumulated in roots, in automorphic soils removal 137Cs roots than aboveground phytomass removal is 4-32 times.
The key words: 137Cs, the accumulation of radionuclides biovynos radionuclides.
Список литературы
1. Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах: По материалам 10-летних исследований в зоне влияния аварии на ЧАЭС / А.И. Щеглов. М.: Наука, 2000. - 268 с.
2. Осипов В.Б. Физико-химические особенности поведения 137Cs, 90Sr и их стабильных изотопов в почвах экосистем Брянской области, подвергшихся загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС: Дис. ... канд. биол. наук: 03.00.01 / В.Б. Осипов; ВНИИСХРАЭ. Обнинск, 1995. - 149 с.
3. Просянников Е.В. Взаимовлияние почв и радиоактивности в экосистемах полесья и ополья юго-запада России: Дис. ... д-ра. с.-х. наук: 03.00.27 / Е.В. Просянников; Почв. ин-т им. В.В. Докучаева. Москва, 1995. - 464 с.
4. Braun-Blanquet, J. Pflanzensociologie / Braun-Blanquet J. 3. Aufl. Wien, N.-Y., 1964. 865 S.
0
Об авторах:
Сковородникова Н. А. - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского skovorodnikova_n@mail.ru.
Чекин Г.В. - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Брянской государственной сельскохозяйственной академии, GB-swamp@yandex.ru.
Поцепай Ю.Г. - кандидат биологических наук, доцент Брянской государственной сельскохозяйственной академии, girlfromkokino@rambler.ru.
Борздыко Е.В. - кандидат биологических наук, Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского, kafbot2002@mail.ru.
