CC BY
58
УДК 502.3:614.77:613.169(470.313)
А. Ф. Мирончик, канд. техн. наук, доц.
МЕЖВИДОВАЯ ДИНАМИКА АККУМУЛЯЦИИ 137Сз ОСНОВНЫМИ ДРЕВЕСНЫМИ ПОРОДАМИ ЛЕСОВ МОГИЛЕВСКОЙ ОБЛАСТИ
Представлены сведения о загрязнении лесов 137Cs и динамике его накопления основными древесными породами лесов Могилевской области. Определены основные факторы, влияющие на переход и накопление 137Cs древесными растениями, относящимися к различным систематическим группам.
Введение
Лесные экосистемы, обладая большой емкостью поглощения радионуклидов и способностью к прочному включению их в свой биологический круговорот, являются действенным биогеохимиче-ским средообразующим фактором, играющим существенную роль в регуляции радиоактивных выпадений на радиоактивно загрязненных территориях. В Беларуси воздействию радиации (свыше
37 кБк/м2) подвергся каждый четвертый гектар лесного фонда республики, а это около 2 млн га, из которых более 200 тыс. га полностью выведены из хозяйственного оборота из-за высокой плотности загрязнения. 44 % от загрязненного лесного фонда (3950 тыс. га) наиболее пострадавших от аварии на ЧАЭС России, Украины и Беларуси приходится на долю последней (рис. 1).
Беларусь Украина Россия Рис. 1. Распределение загрязненных лесов по государствам СНГ
Наиболее рельефно выражена сдерживающая роль лесных экосистем в распространении радионуклидов для Гомельской области, отличающейся самой высокой лесистостью в республике (более 42 %, средняя - более 35 %). Леса Гомельской области покрыты радиоактивными выпадениями на площади 1036 тыс. га, что составляет 26,2 % от всех загрязненных лесов трех стран и 60 % от загрязненных лесов Беларуси. Высокий уровень и большая
площадь загрязнения области обусловлены, с одной стороны, близостью ее к ЧАЭС (10 км), а с другой - сложившейся метеорологической ситуацией в период радиоактивных выбросов. Значительные площади лесов загрязнены и в Могилевской области - 422,1 тыс. га (42,8 % общей площади лесов области), меньшие - в Брестской (102,5 тыс. га), Минской - 86,3 тыс. га и Гродненской -
70,6 тыс. га [1-3].
Поскольку леса произрастают на территориях с различной плотностью загрязнения 137Сб, то в соответствии с Законом Республики Беларусь «О правовом режиме территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате
катастрофы на Чернобыльской АЭС» выделено четыре зоны радиоактивного загрязнения лесов с различными уровнями ограничений по ведению лесохозяйственной деятельности (табл. 1).
Табл. 1. Распределение территории Гослесфонда Республики Беларусь по зонам радиоактивного загрязнения
Область Распределение загрязненных территорий по зонам в зависимости от запаса 137Ся в почве, кБк/кг (%) Всего загрязнено, тыс. га К общей площади, %
Зона 1 Зона 2 Зона 3 Зона 4
подзонаІА подзонаІБ 185-555 555-1480 св. 1480
37-74 74-185
Гомельская 421,8 (40,7) 334,4 (32,3) 187,8 (18,1) 77,8 (7,5) 14,7 (1,4) 1036,5 (100) 62,3
Могилевская 116,2 (27,5) 133,2 (31,5) 98,7 (23,4) 52,8 (12,5) 21,2 (5,1) 422,1 (100) 42,8
Гродненская 58,5 (82,9) 12,1 (17,1) - - - 70,6 (100) 10,6
Брестская 55,4 (54,0) 36,7 (35,9) 10,3 (10,0) 0,1 (0,1) - 102,5 (100) 12,1
Минская 54,2 (62,8) 28,7 (33,2) 3,4 (4,0) - - 86,3 (100) 6,4
Витебская 1,5 (83,3) 0,3 (16,7) - - - 1,8 (100) 0,2
Всего 707,6 (41,1) 545,4 (31,7) 300,2 (17,5) 130,7 (7,6) 35,9 (2,1) 1719,8 (100) 25,6
В целом по республике преобладающая площадь загрязненных лесов (72,8 %) имеет плотность загрязнения менее 185 кБк/м2, 17 % - от 185 до 555 кБк/м2, остальные - свыше 555 кБк/м2. Следовательно, более 90 % общего загрязненного лесного фонда приходится на зону от 37 до 555 кБк/м2. Из них 85,4 % относится к лесопокрытой площади с запасом древесины более 212 млн м3. При этом спелых лесов в этой зоне с запасом древесины 11,32 млн м находится 51 тыс. га (3,8 %), почти половину из которых составляют хвойные леса.
Динамику формирования радиоактивного загрязнения территории республики с учетом перспективы разделяют на четыре этапа:
1) апрель-июль 1986 г.; радиационная обстановка определялась, в основном, короткоживущими радионуклидами 1311,
133т 135т 140т 140та„ 99Лт 132т„ 239Ат _
I, I, Ьа, Ва, Мо, Те, ^, ра-
дионуклидами с периодом полураспада до 1 года;
2) 1986-1987 гг.; наряду с долгоживущими радионуклидами еще при-
144 106
сутствовали радионуклиды Се, Ки,
134Св, 242Ст;
3) с 1988 г. радиационная обстановка определяется в основном радионуклидами 137Сб, 90Бг, а в ближней зоне ЧАЭС (зоне отселения) - еще и 238Ри,
239 240 241
Ри, Ри, Ри;
4) радиоактивное загрязнение почвы, кроме указанных в третьем периоде радионуклидов, будет определяться и изотопом 241Ат (дочерним изотопом
241Ри).
Степень загрязнения компонентов лесных биогеоценозов 137Сб определяют следующие факторы:
- плотность радиоактивного загрязнения почвы;
- формы нахождения выпавших радионуклидов;
- характер миграции и распределение радионуклидов по профилю почвы;
- агрохимические характеристики и водный режим лесных почв;
- биологические особенности видов растений и их возраст;
- климатические особенности года и ряд других факторов.
Постановка проблемы
Несмотря на то, что после аварии на Чернобыльской АЭС прошел почти 21 год и многие вопросы поведения радионуклидов в лесных экосистемах довольно хорошо изучены, в научной литературе ощутим недостаток сведений по многолетней динамике накопления радионуклидов в древесных растениях, произрастающих в лесах Могилевской области, расположенных в зоне радиоактивного загрязнения. С учетом того, что каждому виду растений свойственны определенные требования к среде обитания, существенно влияющей на ход его физиологических процессов, в том числе и поглощение радионуклидов из почвы, можно утверждать, что аккумуляция 137Сб растениями находится в прямой зависимости от изменения почвенных и климатических условий (колебания составляют в среднем 10-15, а в некоторых случаях даже 30-55 раз).
Основной материал
Леса Могилевской области, подвергшиеся радиоактивному загрязнению, находятся в различных условиях произрастания, имеют разный породный состав, возраст, расположены на различных расстояниях от ЧАЭС. Последний фактор в некоторой мере обуславливает различную физико-химическую форму выпадений. В результате многолетних исследований, а также с учетом литературных данных, установлено значительное влияние указанных факторов на уровень накопления 137Сб в различных органах древесных растений. Например, отмечено, что иногда более высокая способность поглощения 137Сб различными породами компенсируется превосходством в накоплении фитомассы, что порой не позволяет количественно судить
137
0 выносе и накоплении Сб только по интенсивности его поступления в органы растений.
В опытах были использованы древесные растения 5-, 6-летнего возраста (береза, дуб, ель, клен, липа, ольха, осина и сосна), относящиеся к различным систематическим группам и, следовательно, обладающие различными био-экологическими свойствами. Деревья произрастали в условиях различного
137
радиоактивного загрязнения лесов Сб (240-2330 кБк/м2). Образцы (корни, листва, кора, древесина) исследуемых растений были проанализированы на содержание 137Сб. Одновременно отбирались пробы почвы с целью определения коэффициентов перехода 137Сб в различные органы растений [4] в следующем порядке: лесная подстилка (с площади 25^25 см), затем почва слоями по
1 см до глубины 6 см, по 2 см до глубины 20 см и далее по 10 см до уровня
137
1,2 м. Запас Сб выражали в процентах от общей плотности загрязнения профиля.
В лесных экосистемах изменение содержания радионуклидов происходит только за счет естественных факторов.
137
Уменьшение содержания Сб в верхних слоях почвы, в которых расположено основное количество корней растений, происходит в большей степени за счет их миграции. Этот процесс зависит от ряда факторов, в том числе от темпа миграции радионуклидов по почвенному профилю. Миграция 137Сб в вертикальном профиле почвы зависит от условий местопроизрастания растений. В зависимости от мощности лес-
137
ной подстилки запас Сб в ней может достигать 70 %.
В Чериковском лесхозе проведены исследования по изучению распре-
137
деления Сб по вертикальному профилю почвы сосновых насаждений, относящихся к различным эдафотопам или типам условий местопроизрастания
(ТУМ) (А2, А3, В2 и С2) [5, 6]. Поверхно-
137
стная активность Сб в почве составляла 415-870 кБк/м2, мощность экспозиционной дозы - 55-140 мкР/ч в воздухе на уровне 1 м от почвы (лес вблизи д. Веприн). В ходе исследований установлено, что наибольшее количество 137Сб продолжает содержаться в лесной подстилке, удельная активность которой достигала 40,3±1,4 кБк/кг. Причем, запас
137
Сб в ней находится в прямой зависимости от мощности подстилки (коэффициент корреляции 0,903±0,134) и составляет от 8-15 % при мощности 1,8-3,0 кг/м2 до 67-79 % при 11,5-14,1 кг/м2 [7, 8].
Среди минеральной части почвы наиболее загрязнен 137Сб верхний односантиметровый слой - от 8 до 34 кБк/кг (до 45 %); с глубиной удельная актив-
137
ность Сб в почвенных слоях снижается по экспоненциальному закону. Минимально значимое содержание отмечено в 16-20-сантиметровом слое - менее 1,5 %. Запас 137Сб в почвенных слоях минеральной части почвы различен в зависимости от эдафотопа. По мере снижения богатства почвы от С2 к А2 прослеживается более
137
интенсивная миграция Сб в вертикаль-
ном профиле почвы (от 1,2 до 5,2 раз).
В районе д. Семукачи (Могилевский лесхоз) на характерных ТУМ (А2 и С2, дерново-подзолистая почва) наибольшее содержание 137Сб определено в верхнем слое почвы (до 5 см) - 85-89 % (табл. 2). Необходимо отметить, что в лиственных насаждениях (серые лесные почвы, Б2) минерализация растительного опада происходит намного интенсивнее, слой лесной подстилки практически отсутствует (представлен опадом текущего года), поэтому в слое почвы до 5 см содержится только 54-60 % 137Сб [9, 10].
137
Проникновение Сб в нижние слои почвы на глубину до 15 см на участке с ТУМ Б2 происходит в три и более раза быстрее, чем на участках с ТУМ А2 и С2. На глубине 25 см интенсивность миграции выравнивается и составляет 96-99 %. Глубже 25 см активность 37Сб продолжает убывать и на глубине 50 см составляет менее 1 % от его общей активности. На пашне заглубление радионуклидов происходит со значительно большей скоростью [4] (табл. 3).
Табл. 2. Миграция радионуклидов 137Сб по почвенному профилю
Глубина слоя, см ТУМ, А2 ТУМ, С2 ТУМ, Б2 [11, 12]
удельная активность удельная активность удельная активность
Бк/кг % Бк/кг % Бк/кг %
До 5 1213,3±20,4 84,67 1789,1±98,8 88,79 2817,7±36,7 53,70
5-10 55,5±0,8 3,87 175,3±72,8 8,70 1418,9±30,9 27,04
10-15 59,9±0,4 4,18 26,5±3,2 1,32 539,7±16,9 10,29
15-20 21,1±0,7 1,47 9,2±1,2 0,46 145,6±5,4 2,77
20-25 28,8±0,8 2,01 2,8±0,8 0,13 105,5±2,4 2,02
25-30 8,8±0,1 0,60 4,9±0,6 0,24 56,7±1,1 1,08
30-35 15,5±0,7 1,08 1,5±0,5 0,07 61,1±1,3 1,16
35-40 8,8±0,3 0,60 2,9±0,7 0,14 34,3±0,8 0,65
40-45 11,1±0,1 0,76 1,9±0,5 0,09 33,4±0,8 0,64
45-50 11,1±0,2 0,76 0,8±0,2 0,04 34,3±0,9 0,65
Всего 1433,9 100 2014,9 100 5247,2 100
Табл. 3. Распределение радионуклидов 137Сб в лесной почве и на пашне
Активность Плотность Активность Плотность
Точка отбора Глубина слоя, см Бк/кг % кБк/м2 Бк/кг % кБк/м2
Почва лесных экосистем Пашня
До 20 1059 98 18,13* 43 53 16,41
1 20-40 20 2 - 38 47 -
Всего 1079 100 - 81 100 -
До 20 1358 96 20,35* 30 56 11,47
2 20-40 6 4 - 24 44 -
Всего 141 100 - 54 100 -
До 20 1969 99 59,77* 142 51 53,28
3 20-40 13 1 - 137 49 -
Всего 1982 100 - 278 100 -
До 20 1492 95 37,74* 64 54 24,05
4 20-40 26 5 - 54 46 -
Всего 518 100 - 118 100 -
Примечание -* - в слое почвы до 5 см
137
Определение содержания Сб на пашне проводили в пахотном слое (до 20 см), где ежегодно проводится перемещение почвенных горизонтов, и в подпахотном (20-40 см) слое, где земля остается нетронутой. В верхнем пахотном
137
слое активность Сб составила 53-56 %, а 44-47 % перешло в нижние слои почвы.
В лесу в слое до 20 см аккумулируется
137
95-99 % Сб и лишь 1-5 % мигрировало в нижние слои.
В целом (Краснопольский, Чериков-ский, Могилевский лесхозы) выявлено, что в автоморфных песчаных почвах максимальное содержание 137Сб наблюдалось в верхнем (до 5 см) слое: в сосняке лишайниковом - 69,9±4,6 %, в сосняке мшистом -85,2±5,1 %, в дубраве орляковой -89,5±4,3 %. В сосняке лишайниковом с глубины 5 до 20 см количество 137Сб уменьшается с 27,3±1,4 % до 1,0±0,1 %, в сосняке мшистом - с 10,1±0,9 % до 0,8±0,1 % (на глубине 60 см и более 0,1 % от общего запаса 137Сб, 10-100 Бк/кг), в дубраве орляковой на супесчаной почве -
с 2,8±0,7 % до 0,8±0,1 %. В сосняке черничном на полугидроморфных почвах
137
запас Сб в слое до 5 см составил 55,7±5,1 % (на глубине 20 см -
2,2±0,8 %), в почве сосняка багульникового - 30,9±4,6 % (повышенное содер-
137
жание Сб в 5-10-сантиметровом слое -46,8±6,4 %), в черноольшанике крапивном - 42,9±4,2 % (на глубине 20 см -1,8±0,9 %). Наиболее высокорадиоактивным компонентом почв в сосновых насаждениях остается лесная подстилка,
137
удельная активность которой по Сб варьирует в широком диапазоне - от 72,7±8,7 кБк/кг сухой массы на реперной точке с минимальным радиоактивным загрязнением до 1011±20,3 кБк/кг на реперной точке с максимальным за-
137
грязнением по Сб.
Содержание водорастворимых форм 137Сб в аккумулятивном горизонте лесных почв незначительно и составляет 1,03-3,73 %. Наибольшая концентрация обменных форм 137Сб установлена в почвенном профиле сосняков чернич-
ных (24,63 %) и багульниковых (20,81 %). Доля кислоторастворимой фракции возрастает с увеличением степени гидро-морфности почв от сосняков лишайниковых (3,14 %) к соснякам багульниковым (17,81 %). Промежуточное положение занимают почвы сосняков мшистых (4,55 %) и черничных (6,19 %). В целом, в настоящее время содержание подвижных форм 137Сб в легких песчаных почвах лесных фитоценозов варьирует и пределах 15-25 % [13].
Из растений почвенного покрова анализировались зеленые мхи, удельная
137
активность Сб в которых составила от 119±20,7 до 1361±46,2 кБк/кг.
Как уже отмечено, аккумуляция радионуклидов растениями находится в зависимости от изменения почвенных и климатических условий и может колебаться в среднем в 20-30 раз, в некоторых случаях даже до 100-200 раз. Например, исследования [12], проведенные на загрязненной радионуклидами территории Полесского государственного радиационноэкологического заповедника (ГРЭЗ) в сосновых типах леса (сосняке лишайниковом, сосняке черничном и сосняке багульниковом), различающихся условиями водно-минерального питания, при близких уровнях радиоактивного загрязнения почв 137Сб, в течение 1997-1999 гг. (в значительной мере отличались по погодным условиям), показали, что различия в содер-
137
жании Сб в различных органах сосны исследованных типов леса достигают 3-4 раз. Коэффициент накопления Кн для однолетней хвои сосны в сосняке лишайниковом в 1997 г. составлял 0,43; с повышением уровня увлажнения в сосняке черничном он возрастал до 0,83; в сосняке багульниковом достигал максимального значения - 1,54. Подобная закономерность наблюдается и по накоплению 137Сб другими органами сосны.
Хотя у дуба черешчатого и ольхи черной спектр ТУМ (эдафотопов) не такой широкий как у сосны обыкновенной, тем не менее, влияние эдафических факторов на
137
накопление Сб древесиной этих пород представляет научный и практический интерес [14, 15]. В северной части Полесского ГРЭЗ на каждом из наиболее распространенных ТУМ для чистых дубовых и ольховых спелых насаждений (для дуба - С2, С3, Б2, Б3, ольхи - С4, С5, Б3, Б4) были отобраны почвенные и древесные пробы . Исходя из данных по
137
удельной активности Сб в древесине и
137
коре, поверхностной активности Сб в почве, рассчитаны коэффициенты перехода радионуклида в древесину и сгруппированы по ТУМ. В пределах опытных насаждений поверхностная
137
активность Сб в почве находилась в пределах от 450 до 990 кБк/м2, мощность экспозиционной дозы составляла 57-100 мкР/ч в воздухе и 70125 мкР/ч - на уровне почвы. Отмечено, что по обоим древесным породам несколько большие величины коэффи-
137
циентов перехода Сб в древесину и кору отмечаются в дубравах (С) по сравнению с дубравами (Б), причем более четко это заметно для ольхи. Оптимальные условия произрастания дуба (Б3) и ольхи (Б4) характеризуются от-
137
носительно низким накоплением Сб среди исследованных условий место-
137
произрастания. Расчет запаса Сб в биогеоценозе выполнен исходя из поверхностной активности почвы 1100 кБк/м2 (табл. 4).
Исходя из нормативов РДУ/ЛХ-2001, определяющих допустимое содержание
137
Сб в деловой древесине, отмечены существенные ограничения на ее использование в условиях радиоактивного загрязнения. Например, при поверхностной активности 137Сб в почве более 74 кБк/м2 возможно превышение указанных нормативов в древесине ольхи. У дуба превышение норматива 740 Бк/кг в неокоренной древесине возможно при поверхностной активности более 185 кБк/м2. Знание этих закономерно-
137
стей в накоплении Сб позволяет оптимизировать лесопользование на за-
грязненных территориях. В древесине 10-12 % 137Сб от общего запаса в лес-
ольховых лесов на загрязненных радио- ном биогеоценозе.
нуклидами территориях накапливается
Табл. 4. Коэффициенты перехода и запас 137Сб в древесине ольхи и дуба в различных типах условий местопроизрастания
ТУМ Бонитет Биомасса, кг/м2 Коэффициент перехода, п*10"3 м2/кг Запас 137Сй в фитомассе
кБк/м2 процент от общего в биогеоценозе
Дубовые насаждения
С2 З 22,7* 4 о** 1,6±0,1* 7,7±0,5** 8,8* 7 9** 0,8* 0 7** 1 5***
СЗ З 22,7* 4 о** 1,8±0,1* 5,8±0,4** 9,9* 7 8** 0,9* 0 7** 1 6***
Б2 2 27,8* 4 9** 1,2±0,1 * 5,8±0,4** 6,6* 8,0** 0,6* 0 7** 1 з***
БЗ 1 З2,8* 5,8** 1,З±0,1* 5,5±0,4** 28,1* 18,9** 2,4* 1,6** 4 1***
Ольховые насаждения
С4 2 16,6* 1,8** 7,З±0,4* 10,7±0,6** 1З5* 22** 10,6* 1 7** 12 4***
С5 2 16,6* 1,8** 6,7±0,5* 10,1±1,З** 126* 21** 10,0* 1,6** 117***
БЗ 1 20,6* * * СП 2, 5,7±0,4* 9,З±0,8** 1З0* 24** 10,З* 1 9** 12,2***
Б4 1а 24,1* 2 7** 4,9±0,6* 9,4±1,З** 1З1* 28** 10,4* 2,2** 12,6***
Примечание -* - окоренная древесина; ** - кора; *** - неокоренная древесина
Необходимо отметить, что прямая зависимость между поступлением в дре-
137
весные растения из почвы Сб и содержанием его в почве справедлива для всех исследованных типов лесов. При оптимальных погодных условиях наиболее активно
137
Сб поступает из почвы в органы растений сосны в сосняке черничном, что связано с умеренным увлажнением и благоприятным сочетанием других свойств эда-фотопа (содержание физической глины, гумуса, рН и др.). Засушливый вегетационный период способствует более активной аккумуляции 137Сб сосной обыкновенной на гидроморфных и полугид-роморфных почвах, а на автоморфных наблюдается некоторое снижение поступления продуктов распада в растения. Коэффициент накопления Кн у сосны обыкновенной на автоморфных почвах в сосняке лишайниковом в более теплый и сухой вегетационный период 1997 г. был равен 0,23, в более влажный и менее теплый ве-
гетационный сезон 1998 г. он увеличился в 2,6 раза и достигал величины 0,61. На полугидроморфных и гидроморфных почвах эти различия менее значительны, например, в сосняке черничном это увеличение составило 1,4, в сосняке багульниковом - 1,1 раза [15, 16].
Результаты исследований показали, что поглощение, накопление и
137
транслокация Сб древесными растениями изменяются в широких пределах в зависимости от их видовой принадлежности (до 15 раз), условий местопроизрастания (до З раз), уровня радиоактивного загрязнения лесов (на порядок и выше), погодных условий (в 2-3 раза). Наибольшая часть поступающего в древесные растения из поч-
137
вы корневым путем Сб накапливается в их надземной части (до 91 %). Исключение составляет клен остролист-
137
ный, у которого 53-69 % Сб, поступившего в растения, остается в корне-
вой системе. В целом деревья, произрастающие в условиях повышенного увлажнения гидроморфных почв, накапливают 137Сб в 2-7 раз больше, чем на автоморф-ных почвах [15-17]. Это объясняется тем, что в гидроморфных почвах практически все формы 137Сб являются доступными для растений.
137
Биологическую доступность Сб
для растений оценивали по коэффициенту перехода Кп. Наибольшие значения Кп характерны для физиологически активных органов растений - хвои однолетней (листьев) и мелких корней (ё < 1 мм). Прослеживается тенденция увеличения пере-
137
хода Сб в органы древесной растительности на полугидроморфных (сосняки черничные) и гидроморфных (сосняки багульниковые) почвах, где в наибольшей степени присутствуют обменные формы 137Сб (для хвои однолетней коэффициент перехода составляет в среднем 0,208, а для мелких корней - 0,854) [10].
Влияние возраста сосны, произрастающей в лесах мшистого типа леса юга
Могилевской области, незначительно
1З7
сказывается на концентрации Сб в различных элементах фитомассы, что, по всей вероятности, объясняется густотой деревьев в насаждениях. Из этого можно сделать вывод о том, что на накопление 137Сб в лесообразующих древесных породах (в данном случае для сосны) площадь питания деревьев оказывает более сильное влияние, чем возрастные различия (табл. 5). В надземной фитомассе средневозрастных сосновых
137
насаждений содержание Сб составляет 2,4-4,5 % общего загрязнения биогеоценоза, большая часть которого может быть отнесена на счет корневого поступления (исключение составля-
1З7
ет накопление Сб в мертвом наружном слое коры, отложившегося с его выпадениями после аварии). Долевой вклад отдельных компонентов сосновых древостоев в общее загрязнение следующий: древесина - З9-59 %, ветви и побеги - 11-20 %, хвоя - 9-16 %, кора - 15-З0 % [2, 10].
Табл. 5. Коэффициенты перехода 137Сє в надземную фитомассу сосны мшистого типа лесов юга Могилевской области
Наименование Год исследований
1988* 1989* 1990* 1991 1992 1993 1994 1995 1996
Древесина, (Бк/кг)/(кБк/м2) 0,30 0,53 0,71 0,48 0,55 0,50 0,44 0,64 0,57
Хвоя однолетняя, (Бк/кг)/(кБк/м2) 2,75 5,00 15,00 11,10 8,28 6,98 6,09 4,87 4,69
Продолжение табл. 5
Наименование Год исследований
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
Древесина, (Бк/кг)/(кБк/м2) 0,40 0,68 0,49 0,40 0,47 0,32 0,39 0,31 0,37 0,31
Хвоя однолетняя, (Бк/кг)/(кБк/м2) 4,21 6,60 4,30 4,03 3,60 3,19 3,41 2,98 3,42 3,02
Примечание -* - данные [9, 14] для лесов севера Гомельской области
У одновозрастных (5-6 лет) растений различных видов максимальное количество (до 80 %, а иногда до 89 %) по-
137
ступающего Сб, как правило, концентрируется в их надземных частях, главным образом в фитомассе листьев (до 40-46 %). Выявлено, что видовые различия также значительны. Так, вынос 137Сб
елью превышает его вынос березой того же возраста в 3,8-4,7 раза, дубом - в 3,6-4,2 раза, кленом - в 8,9-12,1 раза, липой - в 3,0-3,5 раза. Аналогичной зависимости подчиняется и накопление 137Сб в фитомассе древесных пород (рис. 2).
Рис. 2. Коэффициенты перехода 137Сб в органы древесных растений лесов юга Могилевской области
Сравнение исследований, проведенных на различном удалении от Чернобыльской АЭС, показывают, что физикохимические формы выпадений оказывают очень сильное влияние на коэффициенты перехода радионуклидов в различные элементы фитомассы, определяя их подвижность в почве и биологическую доступность растениям. Например, в первые годы после аварии в лесах южной части Могилевской области, где преобладает конденсационная форма радиоактивных выпадений, коэффициент перехода 137Сб был выше (максимум в 1990-1992 гг.), чем в 30-километровой зоне (в ближней зоне максимум перехода наблюдался в 1994-1995 гг.). В 1996-1997 гг. в ближней зоне коэффициент перехода 137Сб в 3-4 раза превосходил таковой для восточной радио-геохимической цезиевой зоны, что свиде-
103
тельствует о наличии интенсивного выщелачивания радионуклидов из топливных частиц и включении их в биологический круговорот [18]. После достижения максимального значения переход
137
Сб в древесные породы лесов юга Могилевской области стабилизировался с некоторыми колебаниями в ту или иную сторону (табл. 6).
Результаты исследований при
137
удельной активности Сб в почвенном покрове 7780 Бк/кг показали, что различия в его накоплении растениями различной видовой принадлежности достигают 10 раз (коэффициент накопления
137
Кн Сб у ели равен 0,592, у клена -
0,059). Наиболее высокие коэффициенты накопления среди лиственных пород характерны для дуба (Кн = 0,410) и березы (Кн = 0,404). Минимальная акку-
муляция этого элемента отмечена у клена (Кн = 0,059); мало различаются по этому
Продолжение табл. 6
Имеются весьма существенные межвидовые различия и в величине накопления радиоактивного цезия разными органами исследуемых древесных растений. Так, если Кн, характеризующий поступле-
137
ние Сб в мелкие корни ели равен 3,617, то для других видов опытных растений (дуба, березы, липы, сосны и клена) этот показатель составляет 1,957; 1,136; 1,866;
0,523 и 1,196 соответственно [15, 19]. Большой интерес представляют сведения о выносе и накоплении радионуклидов различными древесными породами. Однако судить об этом лишь по интенсивности поступления радиоактивных веществ не
показателю сосна (Кн = 0,210) и липа (Кн = 0,251) [15, 19].
представляется возможным, так как иногда более высокая способность поглощения их компенсируется превосходством в накоплении фитомассы.
Полученные данные показали, что у одновозрастных растений различных видов на начальном этапе их онтогенеза максимальное количество (до 80 %) поступающего 137Сб, как правило, концентрируется в их надземных частях, главным образом в фитомассе листьев (хвое) (до 40-45 %). Что касается видовых различий, то они весьма значи-
137
тельны. Вынос Сб одним средним пятилетним растением ели превышает
Табл. 6. Динамика перехода 137Сб в древесину некоторых пород
Наименование Год исследований
1987* 1988* 1989* 1990* 1991 1992 1993 1994 1995 1996
Береза**, (Бк/кг)/(кБк/м2) 1,46 2,57 3,85 5,03 2,43 1,86 1,93 3,46 3,60 4,84
Ольха**, (Бк/кг)/(кБк/м2) - 1,14 2,10 2,60 2,60 2,01 1,68 2,71 2,71 3,17
Осина**, (Бк/кг)/(кБк/м2) 1,24 2,38 2,68 3,70 4,81 2,37 2,71 2,93 3,28 3,34
Сосна***, (Бк/кг)/(кБк/м2) - 0,30 0,43 0,65 0,48 0,48 0,45 0,45 0,46 0,43
Наименование Год исследований
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
Береза**, (Бк/кг)/(кБк/м2) 1,35 2,02 1,43 1,51 1,39 1,27 1,68 1,39 1,42 1,30
Ольха**, (Бк/кг)/(кБк/м2) 1,68 2,11 1,97 2,09 1,88 1,91 2,43 1,86 1,92 1,66
Осина**, (Бк/кг)/(кБк/м2) 1,78 2,30 2,09 2,13 1,94 1,95 2,19 1,99 1,91 1,77
Сосна***, (Бк/кг)/(кБк/м2) 0,23 0,61 0,36 0,29 0,31 0,27 0,46 0,38 0,34 0,25
Примечание - * - данные [16, 18]; ** - на гидроморфных почвах; *** - на автоморфных почвах
вынос его липой в 3,6 раза, дубом - в
4,2 раза, березой - в 4,3 раза, кленом - в
13,6 раза. Подобная закономерность наблюдается и в накоплении 137Сб надземной фитомассой исследуемых растений. Так, содержание 137Сб в надземной массе березы в 3,1 раза выше, чем у сосны того
137
же возраста. Разница в содержании Сб в надземной фитомассе дуба и клена достигает 4,5 раз, дуба и сосны - 3 раз, а ели и березы - 5,4 раза [20].
Многолетняя динамика 137Сб зависит от ландшафтных особенностей. Кумуля-
137
тивный характер накопления Сб в древесном ярусе проявляется лишь на территориях, где интенсивность корневого поступления 137Сб близка или превосходит интенсивность его необменного закрепления в почве. В условиях автоморфных ландшафтов кумулятивный эффект практически не выражен, и многолетняя динамика в общем виде характеризуется однонаправленным снижением содержания 137Сб, что обусловлено значительным преобладанием процесса необменного закре-
137
пления Сб в почве над его поступлением в растения. В гидроморфных ландшафтах и ближней зоне выпадений многолетняя динамика накопления 137Сб иная. Так, в первые 2-3 года здесь отмечалось сни-
137
жение концентрации Сб, затем рост до абсолютного максимума (примерно через 10-15 лет) и последующее экспоненциальное снижение. Причина такого характера динамики в первые годы после выпадений - внекорневой путь поступления
137
Сб в растения, а в последующем - пролонгированное поступление радионуклидов из труднорастворимых частиц топливной компоненты (на участках ближней пятикилометровой зоны выпадений) или с прилегающих водосборных территорий (на гидроморфных ландшафтах) [21].
Общим для всех опытных растений является более высокая активность поступления в них 90Бг (до 2,8 раз) по сравне-
137
нию с Сб. Исключение составляет сосна обыкновенная, активность поступления в
137
которую Сб превышает активность перехода 90Бг в 4 раза. Наибольшей активностью перехода из почвы в растения 137Сб отмечено у ели обыкновенной (коэффициент перехода равен 4,649).
Выводы
1. Миграция 137Сб в вертикальном профиле почвы различается по типам условий местопроизрастания сосновых насаждений. Вертикальная миграция 137Сб в автоморфных почвах происходит очень медленно, и основная часть радионуклидов в течение многих лет остается в верхнем слое до 10 см. В полу-гидроморфных и гидроморфных почвах происходит более активная миграция 137Сб из слоя почвы глубиной до 25 см.
137
Максимальная миграция Сб в вертикальном профиле лесных почв среди исследованных типов условий произрастания отмечена в эдафотопе А3.
2. За прошедшее с момента аварии время радионуклиды в лесных почвах мигрировали на глубину не более 50 см. Миграция 137Сб происходит в 4,5 раз медленнее, чем на пашне. Такое «замедление» связано, прежде всего, с характерным только для леса почвенным горизонтом - лесной подстилкой, которая и определяет распределение радионуклидов. Лесная подстилка содержит
137
значительное количество Сб, и эта величина находится в прямой зависимости от ее мощности.
3. Наибольшие значения коэффициентов перехода характерны для физиологически активных органов растений: хвои однолетней (листьев) и мелких корней (ё < 1 мм).
4. К настоящему времени по основным видам древесных растений лесов Могилевской области поступление в них 137Сб стабилизировалось.
5. Уровни аккумуляции и выноса
137
из почвы Сб древесными растениями опосредованы совокупностью целого ряда взаимосвязанных факторов, но первостепенное значение в этом про-
цессе принадлежит способности растений к развитию мощной корневой системы, характеру распределения ее по почвенным горизонтам и, особенно, размеру рабочей поглощающей поверхности корней, а также особенностям физиолого-биохими-ческих свойств корневых систем.
6. Выявленные закономерности должны учитываться при ведении лесного хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения. Полученные результаты могут быть использованы при дезактивации земель, подверженных радиоактивному загрязнению, а также при прогнозировании накопления радионуклидов в продукции лесного хозяйства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ипатьев, В. А. Лес. Человек. Чернобыль /
B. А. Ипатьев // Европа - наш общий дом. Экологические аспекты (пленарные доклады) : материалы междунар. науч.-практ. конф. - Минск : НАН РБ, 2000. - С. 168-173.
2. Характеристика радиоактивного загрязнения территории Могилевской области в результате аварии на Чернобыльской АЭС / А.Ф. Мирон-чик [и др.] // Труды Могилевского врачебного общества Белоруссии. - Могилев, 1993. - С. 179-180.
3. Мирончик, А. Ф. Состояние и перспективы использования древесины радиационно загрязненных регионов в строительстве / А. Ф. Ми-рончик // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь : сб. науч. тр. междунар. на-уч.-метод. межвузов. семинара. - Могилев : Бело-рус.-Рос. ун-т, 2005. - С. 293-297.
4. Мирончик, А. Ф. Радиоактивное и техногенное загрязнение лесов пригородной зоны Могилева / А. Ф. Мирончик // Чернобыль: 20 лет спустя. Стратегия восстановления и устойчивого развития пострадавших регионов : сб. тез. междунар. конф. - Гомель : Ин-т радиологии, 2006. -
C. 202.
5. Правила ведения лесного хозяйства в зонах радиоактивного загрязнения : 8/5440. - Введ. 27.03.01 // Правовые акты Нац. банка, мин-в, иных респ. органов гос. управления. - Минск : Дикта, 2001. - С. 29-76.
6. Переволоцкий, А. Н. Влияние эдафиче-ских факторов на коэффициент перехода 137Сб в древесину сосны и ели / А. Н. Переволоцкий, И. М. Булавик // Леса Европейского региона - устойчивое управление и развитие : материалы междунар. науч.-практ. конф. - Минск : БГТУ, 2002. - Ч. 2. -
С. 77-80.
7. Шубин, В. А. Радиоэкологическая классификация типов леса: обзорн. информ. / В. А. Шубин, И. И. Марадудин, А. В. Панфилов. -М. : ВНИИЦлесресурс, 1999. - 46 с.
8. Марадудин, И. И. Основы прикладной радиоэкологии леса / И. И. Марадудин, А. В. Панфилов, В. А. Шубин. - М. : Высш. шк., 2001. - 224 с.
9. Мирончик, А. Ф. Содержание 137Cs и 90Sr в основных древесных породах лесов Могилевской области в послечернобыльский период / А. Ф. Мирончик // Региональные проблемы экологии: пути решения : материалы III междунар. эколог. симп. - Полоцк : ПГУ, 2006. - С. 25-26.
10. Мирончик, А. Ф. Видовые различия аккумуляции 137Cs и 90Sr древесными растениями лесных природных комплексов / А. Ф. Ми-рончик // Региональные проблемы природопользования и охраны природных ресурсов Верхнего Поднепровья и сопредельных территорий : материалы междунар. науч.-практ. конф. - Могилев : МГУ им. А. Кулешова, 2005. - С. 123-125.
11. Результаты 10-летних исследований аккумуляции радионуклидов древесными растениями в зоне Чернобыльских эмиссий / Б. С. Мартинович [и др.] // International Conference one decade after Chernobyl : summing up the Consequences of the Accident : Book of extended Synopses. - Austria : Center Vienna, 1996. -Р. 151-153.
12. Сак, М. М. Влияние эдафоклимати-ческих факторов на переход радиоцезия в растения сосны обыкновенной / М. М. Сак // Радиоактивность при ядерных испытаниях : тез. науч.-практ. конф. - СПб. : Гидрометеоиздат, 2000. - С. 185.
13. Щеглов, А. И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах / А. И. Щеглов. - М. : Наука, 1999. - 268 с.
14. О влиянии эдафических факторов на накопление радионуклидов березой / А. Н. Пе-револоцкий [и др.] // Преодоление последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС : Состояние и перспективы : сб. науч. тр. II междунар. науч.-практ. конф. - Минск : Комчернобыль при СМ РБ, Минздрав РБ, НАН РБ, 2004. - С. 255-258.
15. Накопление 137Cs ольховыми и дубовыми насаждениями Полесского ГРЭЗ в различных условиях местопроизрастания / А. Н. Пере-волоцкий [и др.] // Преодоление последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС : Состояние и перспективы : сб. науч. тр. II междунар. науч.-практ. конф. - Минск : Комчернобыль при СМ РБ, Минздрав РБ, НАН РБ, 2004. - С. 258-262.
16. Булавик, И. М. Многолетняя дина-
мика накопления 137Cs в лесной продукции / И. М. Булавик // Фундаментальные и прикладные аспекты радиобиологии: биологические
эффекты малых доз и радиоактивное загрязнение среды : тез. докл. междунар. науч. конф. - Минск : ИРБ НАНБ, 1998. - С. 161-164.
17. Алексахин, Р. М. Миграция радионуклидов в лесных биогеоценозах / Р. М. Алексахин, М. А. Нарышкин. - М. : Наука, 1977. - 144 с.
18. Ипатьев, В. А. Лес. Человек. Чернобыль. Лесные экосистемы после аварии на Чернобыльской АЭС : состояние, прогноз, реакция населения, пути реабилитации / В. А. Ипатьев, В. Ф. Багинский, И. М. Булавик. - Гомель : Ин-т леса НАН Беларуси, 1999. - 454 с.
19. Якушев, Б. И. Поглощающая поверхность корневых систем растений и факторы, влияющие на ее развитие / Б. И. Якушев // Корневое
питание растений в фитоценозах : сб. науч. тр. -Минск : Наука и техника, 1971. - С. 101-146.
20. Мирончик, А. Ф. Межвидовая динамика аккумуляции 137Сб древесными породами в лесах Могилевской области / А. Ф. Мирончик // Сахаровские чтения 2006 года : экологические проблемы XXI века : материалы VI междунар. науч. конф. - Гомель : Ин-т радиологии, 2006. -
Ч. 1. - С. 89-94.
21. Щеглов, А. И. Особенности многолетней динамики накопления 137Сб и 908г в древесном ярусе лесных ландшафтов / А. И. Щеглов, О. Б. Цветкова // Радиоактивность при ядерных испытаниях : тез. науч.-практ. конф. -СПб. : Гидрометеоиздат, 2000. - С. 185.
Белорусско-Российский университет Материал поступил 01.02.2007
A. F. Mironchik
Interspecific dynamics of accumulation 137Cs by the basic wood breeds of woods of the Mogilev region Belarusian-Russian University
The results of experiments on influence of solutions of the sodium chloride and other chemical additives on processes of removal 137Cs from muscular tissue and losses by it of nutritious substances.
Представлены сведения о загрязнении лесов 137Cs и динамике его накопления основными древесными породами лесов Могилевской области. Определены основные факторы, влияющие на переход и накопление 137Cs древесными растениями, относящимися к различным систематическим группам.
