CC BY
48
УДК 551.521:630*524.6
РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ
ЛЕСОСТЕПИ
DEVELOPMENT OF CRITERIA FOR ASSESSMENT OF RADIATION
IMPACTS ON FOREST ECOSYSTEMS OF THE CENTRAL FOREST-STEPPE
Щетинкин С.В. (филиал ФБУ «Рослесозащита» - «ЦЗЛ Воронежской области», г.
Воронеж, РФ)
Щетинкина Н.А. (Воронежская государственная медицинская академия, г. Воронеж, РФ)
Shchetinkin S.V. (FBI Branch «Russian Centre of Forest Protection» - «Centre of Forest Protection in Voronezh Region») Shchetinkina N.A. («Voronezh State Medical Academy»)
Показано, что количественная оценка изменений морфологии листа березы и осины может служить критерием радиационного воздействия на лесные экосистемы Центральной лесостепи.
It is shown that the quantification of changes in the morphology of the sheet birch and aspen can be a criterion of radiation effects on forest ecosystems of Central forest-steppe.
Ключевые слова: Индекс формы листовой пластинки, радиационное воздействие
Keywords: Index of leaf blade, radiation exposure
Радиоактивно-загрязненные лесопокрытые территории Центральной лесостепи РФ почти полностью относятся к зоне радиоактивного загрязнения 1л
4,99 Ки/км2 [1]. Однако, при этих, сравнительно невысоких, уровнях загрязнения, отдельные виды лесной продукции (грибы и травянистые растения) аккумулируют радиоцезий в количествах, превышающих соответствующие гигиенические нормативы [2], что делает необходимым разработку критериев оценки радиационного воздействия на лесные экосистемы в зависимости от типа леса, лесорастительных и природно-климатических условий.
До настоящего времени остается открытым вопрос о последствиях воздействия хронических ионизирующих излучений на лесные экосистемы при несущественных дозах радиации в условиях Центральной лесостепи, не были получены данные, однозначно свидетельствующие о характере такого воздействия.
В тоже время при сравнительно невысоких дозах ионизирующей радиации в условиях Брянской области установлены изменения генеративной и вегетативной сфер древесных растений [3, 4]. Показано, что количественная оценка изменений морфологии листа может служить критерием радиационного воздействия на лесные экосистемы [5].
В целях регистрации биологического эффекта хронического облучения лесных насаждений определяли индекс формы (If) листовой пластинки [6] осины и березы, произрастающих на радиоактивно-загрязненных территориях лесфонда Белгородской и Липецкой областей в диапазоне плотностей радио-
активного загрязнения (Пз) 0,7-2,2 Ки/км . Контролем служили естественные насаждения осины на чистых территориях Алексеевского лесничества Белгородской области и культуры березы повислой в Семилукском лесничестве Воронежской области. На числовой основе с помощью данного методического приема дифференцировали также формы листовых пластинок независимо от их линейных размеров, формы основания и верхушки. Полученные значения (1^ для выборки листьев использовали для статистической обработки с целью выявления характера и направления их индивидуальной изменчивости под влиянием хронического облучения, а также выбора «типового» по форме листа.
Полученные данные обработаны с использованием стандартных статистических методов [7].
Нами исследовались листья осины в Белгородской области в зоне с плотностью радиоактивного загрязнения 0,7 Ки/км2 и 2,2 Ки/км2 и в Липецкой области, где плотность загрязнения 1,5 Ки/км .
Для контрольных образцов характерна треугольная форма листовой пластинки. Варьирует положение самой широкой части листа (либо посередине, либо в основании листовой пластинки) и оттянутость верхушки по сравнению с остальными частями. Верхушка листа, как правило, тупая, редко острая (таблица 1). Основание листовой пластинки у доминирующей формулы 3-3 3 округлое. Для менее значимых формул 3-4 2 и 2-4 3 характерно сердцевидное или усеченное основание. Форма верхушек листовой пластинки остается та же. Заметно изменяется форма основания - от округлого до тупого.
Таблица 1 - Типы верхушек (КА) и оснований (КВ) листовой пластинки осины при разных плотностях загрязнения и их процентное содержание_
Пз,
2
Ки/км2
Верхушка листовой пластинки
тупая
острая
Основание листовой пластинки
сердцевидное
усеченное
округлое
тупое
0,7 (контроль)
78%
22%
20%
26%
46%
8%
1,5
77,5%
22,5%
12,5%
15%
30%
42,5%
2,2
90%
10%
6%
50%
44%
По мере увеличения плотности загрязнения наблюдается значительное изменение в соотношении форм листовых пластинок и их оснований. Появляются новые формулы и формы листовых пластинок.
Так, при плотности загрязнения 1,5 Ки/км2 в 2 раза снижается процентное содержание основных формул листовых пластинок (по сравнению с кон-
тролем) 3-3 3 и 3-4 2. Преобладающей формой листовой пластинки (25%) является формула 3-3 2-1, отсутствующая в контроле. Основание листовой пластинки приобретает тупые очертания в отличие от округлых в контроле. Появляются и другие новые формы листовой пластинки: 4-2 2-1; 4-5 и 3-2 4, которые составляют 22,5%. Формулы 2-5 2 и 3-6 отсутствуют в загрязненной области. Количество формул листовой пластинки увеличивается с 6 (в контроле) до 8 штук. Очертания верхушки листовой пластинки в основном тупое. В контроле на листья с такой верхушкой приходится 78%, а в загрязненной области - 77,5%. Процентное содержание листьев с острой верхушкой - 22% (таблица 1). Значительно изменяется процентное соотношение форм оснований листовой пластинки. Наблюдается тенденция к заострению основания по мере увеличения плотности радиоактивного загрязнения. Так, в контроле на долю плоских оснований (усеченного и сердцевидного) приходится 46% всех листьев, а в зоне загрязнения всего 27,5%. При плотности загрязнения 1,5 Ки/км2 появляется значительный процент (32,5%) яйцевидных листьев, отсутствующих в контроле.
Также как и в двух первых вариантах, в зоне с плотностью радиоактивного загрязнения 2,2 Ки/км2 встречаются листья с формой листовой пластинки 3-3 3; 3-4 2; 4-3 2. Процентное содержание листьев с формулами листовой пластинки: 3-3 3 - сокращается в 4,6 раз и составляет 10%; 3-4 2 - в 2,4 раза и составляет 10% (по сравнению с контролем). Заметно возрастает (в 6 раз) количество листьев с формулой листовой пластинки 4-3 2 - в контроле и Дан-ковском лесничестве их процент составляет 4-5%, а в Алексеевском лесничестве - 24%. Можно сказать, что для этой плотности загрязнения формула 4-3 2 является одной из основных. Третья по встречаемости в контроле форма листовой пластинки 2-4 3 в Алексеевском лесничестве вообще отсутствует и появляется новая форма листовой пластинки 4-3 1-1, которая составляет 24% от общего количества листьев. Это листья треугольной формы с более вытянутым основанием по сравнению с формулой 4-3 2, о чем свидетельствует последняя цифра формулы - -1, 14% приходится на листья с новыми формулами - 5-2 2 (4%) и 4-2 3 (10%). Они не встречаются в контроле и Данковском лесничестве. Две формулы характерны для Данковского и Алексеевского лесничеств и отсутствуют в контроле - это 4-2 2-1 (12%) и 4-5 (6%).
Показатели индекса основания листовой пластинки свидетельствуют о переходе от плоского основания (сердцевидного и усеченного) к вытянутому основанию (округлому и тупому). Вытянутое основание имеют 94% листьев, тогда как в контроле на их долю приходится 54%.
Таким образом, у деревьев осины, произрастающих на радиоактивно-загрязненных территориях Центральной лесостепи, отмечены изменения в морфологии листовой пластинки. Заметно уменьшается площадь листовой пластинки (в 2 раза) на загрязненных территориях. В результате аномальных процессов гисто-органогенеза происходит значительное сокращение доли типичных формул листа осины (3-3 3, 3-4 2, 4-3 2) и появление новых формул листа, не отмеченных в норме (4-2 2-1, 4-5, 4-3 1-1, 4-2 3, 5-2 2). При этом основание листовой пластинки при плотности загрязнения 2,2 Ки/км2 становит-
ся более вытянутым: КВ - 1 (округлое основание) и КВ - 0,99-0,79 (тупое основание) имеют 94% листьев. Последние из указанных формул листа осины, по-видимому, могут служить критерием воздействия радиации на лесные экосистемы, как в условиях островных дубрав, так и лесных массивов.
Наряду с осиной, анализируем форму листовой пластинки березы повислой. На незагрязненных территориях листьям березы характерна треугольная форма, верхушка листа у 2/3 исследованных листьев имеет острые очертания, 1/3 листьев имеет оттянутую верхушку (таблица 2). Основание листовой пластинки у 45% листьев округлое и у 50% - тупое, небольшой процент листьев имеет сердцевидное основание - 5%. Всего в контроле выделено 7 формул листовых пластинок, из них 2 встречаются и при плотности загрязнения 1,5 Ки/км2 - 2-5 2 и 3-4 2.
Таблица 2 - Типы верхушек (КА) и оснований (КВ) листовой пластинки березы при разных плотностях загрязнения и их процентное содержание
Пз,
2
Ки/км2
Верхушка листовой пластинки
оттянутая
острая
Основание листовой пластинки
сердцевидное
усеченное
округлое
тупое
0,4 (контроль)
А
37,0%
63,0%
5,0%
45,0%
50,0%
1,5
А
I/
72,5%
27,5%
95,0%
2,5%
2,5%
2
При плотности радиоактивного загрязнения 1,5 Ки/км в Данковском лесничестве выделено 6 формул листовых пластинок. Основная масса листьев приходится на формулы 2-5 2; 3-4 2; 3-5 1 - 32,5%; 40%; 20% соответственно, причем последняя формула характерна только для радиоактивно-загрязненных территорий. Небольшой процент листьев (7,5%) приходится на формулы 4-4 1; 2-6 1; 4-3 2, они также отсутствуют в контроле.
Наиболее типичными листьями для березы повислой являются, очевидно, листья треугольной формы с формулами 2-5 2 и 3-4 2, они встречаются как в контрольных образцах, так и в условиях радиоактивного загрязнения. Надо отметить, что в последнем случае процентное содержание таких листьев возрастает в 1,7 раз. Вероятно, это происходит за счет того, что у контрольных растений часть листьев имеет тупое основание и формулы имеют несколько модифицированный характер (появляется четвертая цифра в индексе листовой пластинки —1). При плотности радиоактивного загрязнения 1,5 Ки/км2 основание листовой пластинки становится плоским и процент таких листьев возрастает.
Третья по встречаемости в загрязненной зоне формула листовой пластинки 3-5 1, она характеризуется оттянутой верхушкой и широким плоским
основанием. Листья березы, собранные в Данковском лесничестве, отличаются от таковых в контроле тем, что основание листа у 95% листьев сердцевидное КВ - 1,08-1,29, тогда как в норме оно имеет более вытянутое очертание. Верхушка листа преобладает оттянутая - у 72,5% листьев КА - 1,59-1,72, в норме верхушка листа менее вытянутая и имеет острые очертания.
Все перечисленные выше изменения обусловлены тем, что в зоне загрязнения возрастает количество листьев с первыми цифрами в индексах листовой пластинки 3 и 4 (65%), что вызвано вытягиванием верхушки листа. Преобладание 1 в последней цифре индексов при плотности загрязнения 1,5
л
Ки/км отражает уплощение основания листовой пластинки, тогда как в контроле значительное количество листьев имеет последнюю цифру в индексе (1), что свидетельствует о вытянутой форме их основания.
Вышеизложенное свидетельствует о том, что в условиях радиоактивного загрязнения у деревьев березы повислой имеют место значительные изменения в морфологии листовой пластинки, обусловливающие наличие новых формул, не отмеченных в контроле: 3-5 1; 4-4 1; 2-6 1; 4-3 2. Основание листовой пластинки уплощается и становится сердцевидным (в контроле оно округлое и тупое, то есть более вытянутое). Верхушка, напротив сильно вытягивается, по сравнению с контролем, и становится оттянутой.
Появление у деревьев березы повислой листьев с формулой листовой пластинки 3-5 1; 4-4 1; 2-6 1 и 4-3 2 может служить, по нашему мнению, критерием воздействия радиации на лесные насаждения, представленные простыми и сложными суборями, произрастающими на серых лесных почвах.
Список использованных источников
1. Информация об аварии на Чернобыльской АЭС и ее последствия, подготовленная для МАГАТЭ [Текст]. - М.: Атомная энергия, 1986. - Вып. 5. - С. 301-320.
2. Щетинкин, С.В. Некоторые аспекты экологии высших грибов в условиях радиоактивного загрязнения лесных экосистем [Текст] / С.В. Щетинкин, Н.А. Щетинкина // История и развитие идей Семенова-Тян-Шанского в современной науке и практике школьного образования: материалы Всероссийской научно-практической конференции, Липецк, 16-18 мая 2002 г. Липецк: ЛГПИ, 2002. - Т. 2. - С. 209.
3. Последствия Чернобыльской катастрофы: Здоровье среды [Текст] / Под ред. В.М. Захарова и Е.Ю. Крысанова. - М.: Центр экологич. политики России, 1996. - 170 с.
4. Щетинкин, С.В. Некоторые аспекты влияния радиоактивного загрязнения на генеративную сферу сосны обыкновенной [Текст] / С.В. Щетинкин, Н.А. Щетинкина // Лесотехнический журнал. - 2013. - № 2. - С. 168-172.
5. Щетинкин, С.В. Особенности морфогенетического гомеостаза древесных растений при радиоактивном загрязнении территорий [Текст] / С.В. Щетинкин // Приспособления организмов к действию экстремальных экологических факторов: матер. VII Международной науч.-практич. экологич. конф., Белгород, 5-6 ноября 2002 г. Белгород: БГУ, 2002. - С. 149-150.
6. Гендельс, Т.В. Изучение изменчивости формы листовой пластинки (Populus deltoides (Salicaceae) с помощью числового индекса [Текст] / Т.В. Гендельс, Л.Ю. Будан-цев // Ботанический журнал. - 1991. - Т. 76. - № 5. - С. 747-752.
7. Плохинский, Н.А. Алгоритмы биометрии [Текст] / Н.А. Плохинский. - М.: Из-во Московского ун-та, 1980. - 150 с.
