CC BY
11
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
УДК 582.29:631.963: 632.15
Article info
Received 13.02.2017
ВПЛИВ ЛИШАЙНИК1В НА М1ГРАЦ1Ю В БОРОВИХ УМОВАХ
ПОЛ1СЬКОГО ПРИРОДНОГО ЗАПОВЕДНИКА
О. В. Бельська1, С. I. Матковська2
1Полкъкий природний заnовiдник, с. Селезiвка, Украша 2Житомирський нацюналъний агроекологiчнийушверситет, м. Житомир, Украша
Наведено результата дослвдження впливу ешгейних лишайниюв на м^рацш 137Св у системi "грунт - рослина" сухих i свiжих борiв Полюького природного заповiдника. Встановлено, що лишайники пришвидшують розкладання хвойного опаду в люових насадженнях, що призводить до ш-тенсивнiшого вивiльнення 137Сs з люовоТ пiдстилки i переведения його у доступш для рослин водо-розчиннi та обмiннi форми у грунтГ Це збiльшуe м^ращю радюнукладв в люових екосистемах. Ко-ефiцieнти переходу 137Сs до вищих рослини у сухих i св!жих борах з лишайниковим покривом вищ^ нiж у насадженнях без лишайниюв.
Ключовг слова: лишайники, сухий i свiжий бiр, лiсова шдстилка, грунт, радiонуклiди.
Вступ. Радiоактивне забруднення вищих рослин лiсових екосистем зумовлене, в основному, характеристиками грунту та факторами засвоення елеменпв з нього. 1нтенсившсть м^аци радiонуклiдiв залежить вiд бiологiчних та анатомо-морфологiчних особливос-тей рослин: життева форма, утворення симбiозу з мь коризою грибгв, потреба в елементах-аналогах та ш-ших катiонах, глибина розмiщення коренево! системи у грунтi тощо (Bulko, 1998; Shheglov, 1999).
Важливу роль в штенсивносп надходження радь онуклвдв до рослин вiдiграють такi фактори, як розта-шування коренево! системи, !! горизонтальна протяж-нiсть, стушнь заповнення коренями грунтових гори-зонпв, хiмiзм кореневих видiлень, симбiоз з мжори-зою та iн., а також таю показники грунпв, як зволо-ження, гранулометричний склад, вмкт органiчних та мiнеральних речовин тощо (Shheglov, 1999).
Невщ'емною складовою частиною лiсiв бореально-го типу, характерною для зони Полкся, е мохово-ли-шайниковий ярус. В Укра!нському Полка основш площi займають сосновi лки зеленомошнi, зелено-мошно-чагарничковi, довгомошнi, сфагнов^ ли-шайниковi (Andrienko, & Sheljag-Sosonko, 1983; Orlov, 1999). Дослiдники (Shheglov, 1999; Orlov, 1999; Orlov, & Kondratjuk, 2002) зазначають, що бюлопчш особли-востi мох1в та лишайниюв iстотно впливають на пере-розподш радiонуклiдiв у лiсових екосистемах. За !х свiдченням, мохово-лишайниковий ярус нагромаджуе радiонуклiди у 10-100 раз1в штенсившше, нiж види, що утворюють трав'яно-чагарничковий ярус лiсу.
Створюючи суцiльнi килими, лишайники стають бар'ером на шляху радюнуклвдв i поступово перево-дять !х у грунт. Таким чином лишайники виступають як посередники мiж атмосферним забрудненням та грунтом, з одного боку, i сорбентами радюактивних випадiнь, з iншого. Це дае шдстави розцiнювати лишайники як фактор, що впливае на млращю радюнук-лiдiв у лiсових екосистемах.
Об'екти до^джень - сухi та свiжi бори з еш-гейною лiхенофлорою у живому надгрунтовому пок-ривi.
Предмет до^джень - м^ащя 137Cs у системi "грунт - рослина" в борових умовах Полкького природного заповiдника.
Citation APA: Belska, O., & Matkovska, S. (2017). The Influence of Lichens To 137cs Migration in Pine Forest Conditions of Polissya Nature Reserve. Scientific Bulletin of UNFU, 27(1), 112-115. Retrieved from http://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/176
Матерiали та методи дослщження. Робота охоп-лювала маршрутно-експедицшш та лабораторш дос-лвдження. Для проведения дослвджень використано стандарта методики, прийняп для вщбору зразкiв, !х пiдготовки та здшснення лабораторних аналiзiв.
Вибiр та закладання пробних площ проведено згщ-но з програмою i методикою бюгеоценолопчних дос-лiджень (ОуИ8, 1974), шструкщею iз закладання пробних площ у лковому господарствi (ООБТ 56 69 83, 1983), а також з вщбору та шдготовки зразк1в для ра-дiометричного контролю продукцп лiсового госпо-дарства (Ка1е1:пук й а1., 1998).
Вiдбiр зразк1в для спектрометричних дослвджень проведено вiдповiдно до загальноприйнятих методик та шструкцш (Ог1оу, 1999). Грунт для визначення за-гально! щщьносп забруднення вiдбирали спецiальним буром (V = 200 см3) на глибину 0-10 см методом конверту (Ка1йпук й а1., 1998). Лишайники ввдбирали рiвномiрно по всiй площ^
Для визначення фiзико-хiмiчних властивостей грунту та розподшу радiоцезiю по грунтовому профь лю на кожнiй дшянщ методом конверта закладали п'ять профшв, на яких пошарово через 1 см ввдбирали грунт. Лiсову шдстилку вiдбирали окремо з подiлом на фракци залежно вiд ступеня мшерашзаци.
Хiмiчнi форми радiоцезiю у грунт визначено за прийнятими в радюекологп методиками (БоЬоушкоуа й а1., 1990): водорозчинну - дистильованою водою, обмшну - 1Н розчином СН3СООКН4, необмшну - 6Н розчином НС1, мщнофшсовану - за рiзницею мiж по-чатковою та екстрагованими активностями.
Вдабраш для дослiджень зразки висушували до повiтряно сухо! маси та подрiбнювали. Спектромет-ричнi дослiдження проводили лщензованими лабора-тор1ями 1нституту регюнальних екологiчних проблем Житомирського нацiонального агроеколопчного уш-верситету та Полiського фШалу УкрНД1ЛГА iм. Г.М. Висоцького.
На основi отриманих спектрометричних вишрю-вань виконано розрахунки коефшдештв переходу (КП) 137Сs для вищих рослин (Ка1еШук й а1., 1998)
КП = А, Р
де: Ар - питома актившсть Сs у рослиш, Бк/кг; Р -щщьшсть забруднення грунту, кБк/м2.
Результата дослвдження. Мiграцiя радiонуклiдiв у лiсових екосистемах залежить, передусiм, вiд грун-тово-пдролопчних умов та швидкостi розкладання т-сово! пiдстилки. Саме особливостi руйнування рос-линних решток вiдiграe ктотну роль, оскiльки, завдя-ки значному за товщиною рослинному опаду в хвойних лках, що нагромаджуеться на поверхн грунту, надходження елеменпв та iзотопiв до грунту спо-вiльнюеться i розтягуеться на кшька рок1в.
За результатами наших дослвджень (Bel'skaja, 2014), на дiлянках з ешгейною лiхенофлорою опадо-пiдстилковий коефщент становить 7,4-7,9, що е мен-
Табл. 1. Розподш
шим, шж на дшянках без лишайникiв (8,2-10,8). Тобто розкладання шдстилки пiд лишайниками ввдбуваеться швидше, нiж за !х вiдсутностi. Вiдповiдно, i запаси шдстилки в лишайникових борах меншi в середньому в 1,7 раза, залежно ввд характеристик насаджень. За таких умов перехщ радiонуклiдiв з рослинних решток до грунту збшьшуеться, що пришвидшуе !х залучення до колооб^у в екосистемi.
Щодо питомо! активностi пiдстилки (табл. 1), найбшьша И частка серед дослiджуваних насаджень характерна для сухих боргв без живого надгрунтового покриву (7,8 %) та свiжих бор1в з лишайниковим пок-ривом (9,3 %).
Складник грунту Тип люорослинних умов
А1 а2
лишайниковий без покриву лишайниковий моховий
Лк-ова п1дстилка 3,6 7,8 9,3 5,5
нерозкладена 0,7 0,9 0,6 0,8
розкладена 2,9 6,9 8,7 4,7
МИнеральна частина Грунту 96,4 92,2 90,7 94,5
0-1 50,5 31,3 31,7 39,8
1-2 21,2 23,8 26,5 15,0
2-5 9,1 9,4 12,9 12,0
5-10 6,8 13,3 9,2 10,9
10-15 4,2 8,3 3,6 7,6
15-20 2,4 3,6 2,9 5,1
20-25 1,4 2,1 1,7 2,7
25-30 0,5 0,4 1,3 1,0
30-35 0,3 - 0,7 0,3
35-40 0,1 - 0,2 0,1
Незважаючи на розрiдженiсть деревостан1в у сухих соснових борах, лкова шдстилка складаеться в основному з опаду хво! (68-75 %). Оск1льки серед компоненпв деревостану найб1льша питома актившсть мктиться саме у вегетативнш частинi, то, ввдпо-вiдно, саме вона i визначае забруднення шдстилки. Очищення крони вiд хво! сприяе переведенню радь онуклiдiв у лкову пiдстилку, яка зазнае механiчного (за допомогою вiтру, атмосферних опадiв, шших про-цесiв) та хiмiчного руйнування внаслвдок дiяльностi органiзмiв (у нашому випадку - переважно лишайни-кгв). Оскiльки механiчне руйнування проходить до-сить пов1льно (для соснових насаджень воно зумов-люе нагромадження 3-5^чного нерозкладаного опаду, що ввд загально! маси лково! пiдстилки становить 20-30 %), iнтенсивнiше проходить !х хiмiчне руйнування саме ферментною активнiстю лишайникiв.
Лишайники здеб1льшого створюють суцiльнi ки-лими, на як потрапляе вiдмерла частина крони. Ос-к1льки щiльний лишайниковий шар пропускае незнач-ну кiлькiсть нерозкладено! хво! (у шдстилщ пiд лишайниками И мктиться тiльки 17-19 %), б1льша час-тина опаду проходить попередне руйнування шд впливом лишайникових фермента, що доведено у дослвдженнях Е.М. Мокеево! (Moiseeva, 1961). Тобто лишайники сприяють швидкому вив1льненню радь онуклiдiв з рослинних решток. Отже, вони беруть без-
посередню участь у пришвидшенш мкрацп радюнук-лвдв у лiсовi грунти.
Грунти лишайникових борiв е бiдними на гумус, мають легкий механiчний склад, високу кислотшсть та низькi показники вмкту №К. Фактично органiчна речовина сконцентрована у верхньому шарi до 2-5 см. Проте вона мало засвоюеться рослинами, оскшьки через низьку актившсть мiкроорганiзмiв грунту складаеться в основному iз грубо! оргашчно! речовини. Отже, радiонуклiди, що мктить ця фракцiя грунту, е зв'язаними i не здатнi переходити в рослини. Зважа-ючи на вище зазначене, постае питання про високу ак-тившсть радiоцезiю у грунп пiд лишайниковими борами, яка становить тут 90-97 %.
Враховуючи малу ймовiрнiсть вимивання радь онуклвдв зi сланi лишайник1в та вегетативно! частини лково! рослинностi загалом, дшшли висновку, що т1льки ферментативна актившсть лишайникгв призво-дить до вившьнення цез1ю з лiсового опаду i переходу його у грунт. Дослвдженнями Е.М. Моiсеево! (Moise-eva, 1961) доведено високу актившсть таких фермента, як целюлоза, лшаза, лiхененiн i танiн, здатних розкладати вккозну пряжу, целофан, олi!', сахарозу, сечовину тощо. Тому забруднення грунту шд лишайниковим покривом е досить високим, пор1вняно з iншими умовами (див. табл. 1). Особливо це позна-чаеться на забрудненш шару грунту 0-1 та 1-2 см у сухих борах.
У свiжому 6opi з лишайниковим покривом забруд-нення грунту становить майже 91 %, що значно вiдpiз-няеться вiд сухих боpiв i свiжих з моховим покривом. У цих умовах запас тсово! пiдстилки в 1,5-2,0 рази биьший завдяки краще розвиненому деревостану, що збiльшуe i кшьюсть утриманих нею pадiонуклiдiв. Ок-piм цього, у лiсовiй шдстилщ свiжих боpiв з моховим покривом бшьшу частину пiдстилки становлять ввд-меpлi мохи, що також впливае на вмiст та pозподiл ра-дiонуклiдiв мiж пiдстилкою i грунтом.
Вщповщно, головним показником млраци радь онуклiдiв в екосистемi буде 1'х доступнiсть для зас-воення рослинами. Провгвши дослiдження розпод1лу хiмiчних форм 137Cs у гpунтi в piзних умовах (табл. 2), визначено, що тд лишайниками доступнi для рослин-ностi pадiонуклiди (водорозчинна та обмшна форми) на глибинi до 15 см значно перевищують показники в шших умовах.
Як видно з отриманих даних, доступнiсть радь онуклвдв також залежить вiд живого надгрунтового покриву. Найбiльша кiлькiсть водорозчинно! та об-мшно! форм 137Cs характерна для сухих тишв лкорос-линних умов, що пов'язано з бщшстю грунпв на мше-ральнi сол^ дефiцитом вологи та легким грануломет-ричним складом. На iнших дшянках у бiльш зволоже-них умовах, радюнуклщи переходять у необмiнну та мщнофшсовану форму, що i пояснюе !х меншу м^а-цiйну здатшсть.
Вiдповiдно, це позначаеться i на рiзницi в нагрома-дженнi 137Cs вищою рослиннiстю на пробних площах. Так, за результатами визначення коефщенпв переходу, видно, що цей показник мiж сухим i свiжим ли-шайниковими борами в середньому вiдрiзняеться в 1,4-2,5 раза, а у трав'яного ярусу (Festuca ovina) -майже в 4 рази (табл. 3).
Табл. 2. Розподш форм
Cs у гумусово-елювiальному горизонт в рiзних типах лкорослинних умов, %
Тип люорослинних умов Глибина Водорозчинна форма Обмшна форма (1Н H3OONH4) Необмшна форма (6Н HCl) Мщнофксована форма
Al лишайниковий покрив 0-5 2,2 3,4 3,6 92,2
5-10 17,4 18,3 15,9 48,4
10-15 3,2 7,6 75,6 13,6
ввдсутнш покрив 0-5 0,9 2,3 4,4 92,4
5-10 0,7 3,4 5,7 90,2
10-15 0,2 3,6 6,9 89,3
Ä2 лишайниковий покрив 0-5 2,0 2,2 3,3 92,2
5-10 7,5 13,5 16,7 62,3
10-15 2,4 10,6 59,0 28,0
моховий покрив 0-5 1,3 1,5 2,9 95,3
5-10 1,0 2,1 4,7 92,1
10-15 0,3 4,5 5,4 89,8
Табл. 3. Коеф^енти переходу (КП) 137Cs у фггомасу основних представнимв рiзних тишв лкорослинних умов
Елемент фггоценоз; Тип умов мюцезростань
Ä1 1 А2
f живий надгрунтовий покрив
лишайниковий | ввдсутнш | лишайниковий | моховий
Деревостан
Pinus .sylvestris L.
- хвоя 94,81 82,17 68,40 53,70
- гшки (без кори) 23,50 20,00 19,18 14,70
- стовбур (без кори) 8,60 7,40 6,80 1,60
- кора 49,10 42,70 54,40 47,50
Betula pendula
- листя - - 23,85 19,17
- гшки - - 14,75 10,90
- стовбур - - 4,20 3,70
- кора - - 12,70 6,10
Трав'яно-чагарничковий ярус
F. ovina 17,00 - 25,70 16,30
Calluna vulgaris - - 142,20 90,00
Vaccínium myrtillus - - 91,00 59,80
Отже, живий надгрунтовий покрив вiдiграе значну роль у нагромадженш радiонуклiдiв. Оскiльки шд лишайниками iстотно зб1льшуються доступш для рос-лин форми радюнуклдав, !х мiграцiя пришвид-шуеться, що видно з результапв дослiджень. Тому вплив лишайникового покриву на розподи 137Cs в т-сових екосистемах виражаеться, насамперед, у приш-видшеннi вившьнення радiонуклiдiв з лково! шдстил-ки та сприянш створенню доступних для рослин !х хь мiчних форм у грунтi.
Висновки:
1. Млрацш радiонуклiдiв у лiсових насадженнях залежить вiд багатьох факторiв, основними серед яких е Грунтово-пдролопчш умови та швидкгсть розкладан-ня лково!' пiдстилки. На процес розкладання лково!' пiдстилки значно впливають лишайники, пришвид-шуючи його. Вiдповiдно, в цих умовах величина опа-до-шдстилкового коефiцiента нижча, а вiдповiдно i запаси шдстилки в середньому в 1,7 раза менш^ нiж на дшянках без лишайникгв.
2. Визначальну роль у мпращ! радiонуклiдiв до рослин вдаграе розподiл i'x xiMi4HM форм у rpyHTi. За результатами до^джень, пiд епiгейною лiхенофлорою достyпнi для рослин водорозчиннi та обмшш форми 137Cs в рази перевищують i'x BMicT на дшянках без лишайников. Це пояснюе iнтенсивнy мiграцiю iзотопy в насадженш.
3. Визначення коефiцiентiв переходу показало, що в сухих i свiжиx борах з лишайниковим покривом мкра-ц1я 137Cs у вищi рослини вiдбyваеться iнтенсивнiше, нiж на площах без лишайникiв. При цьому для дерев-ного ярусу в сухих умовах цей показник найбшьший.
4. Лишайниковий покрив у лкових насадженнях пришвид-шуе вивiльнення 137Cs з лково! пiдстилки i переведения 1х у доступт для рослин форми у Груш1, що збшьшуе мiграцiю радiоиyклiдiв у лкових екосистемах.
Перелiк використаних джерел
Andrienko, T. L., & Sheljag-Sosonko, Yu. R. (1983). Rastitelnyj mir Ukrainskogo Polesja v aspektah ego ohrany. Kiev: Nauk. dumka. [In Russian].
Belskaja, O. V. (2014). Osobennosti zagrjaznenija lesnoj podstilki 137Ss pod lishajnikovym pokrovom v Polesskom prirodnom zapo-vednike. VestnikAltajskogo gosudarstvennogo agrarnogo univer-siteta, 10(120), pp. 74-79. [In Russian].
Bobovnikova, C. I., Virchenko, E. P., Konoplev, A. V. et al. (1990). Himicheskie formy nahozhdenija dolgozhivushhih radionuklidov
i ih transformacija v pochvah zony avarii na Chernobylskoj AJeS. Pochvovedenie, 10, pp. 20-25. [In Russian].
Bulko, N. I. (1998). Nakoplenie i raspredelenie zapasa 137Cs v ot-delnyh associacijah sosnjaka mshistogo. Problemy lesovedenija i lesovodstva: sb.nauch.trudov In-ta lesa NAN Belarusi, 49, pp. 115-160. [In Russian].
Dylis, N. V. (Ed.). (1974). Programma y metodyka byogeoceno-logycheskyhyssledovanyj. Moscow: Nauka. [In Russian].
GOST 56 69 83. (1983). Ploshhadi probnye lesoustroitelnye. Metod zakladki (in S. Yu. Sokolova tech. ed.). Moscow. [In Russian].
Kaletnyk, M. M., Savushhyk, M. P., Krasnov, V. P., Orlov, O. O. et al. (1998). Instrukcija z vidboru ta pidgotovky zrazkiv dlja radi-ometrychnogo kontrolju produkcii lisovogo gospodarstva. Kiev: Derzhkom. lisovogo gospodarstva Ukrainy, 21 p. [In Ukrainian].
Moiseeva, E. N. (1961). Biohimicheskie svojstva lishajnikov i ih prakticheskoe znachenie. Moscow-St.-Petersburg: AN SSSR. [In Russian].
Orlov, O. O. (1999). Radiacijna obstanovka ta ii dynamika v lisovyh ekosystemah Poliskogo pryrodnogo zapovidnyka v period kvazi-rivnovagy radionuklidiv u gruntovo-roslynnomu pokryvi (19911999 rr.). Poliskomu pryrodnomu zapovidnyku — 30 rokiv: zb. nauk. prac, 1, pp. 116-129. [In Ukrainian].
Orlov, O. O., & Kondratjuk, S. Ya. (2002). Porivnjalna ocinka roli riznyh komponentiv lyshajnykovogo boru u rozpodili sumarnoi aktyvnosti 137Ss. Ukr.botan.zhurn, 1, pp. 49-57. [In Ukrainian].
Shheglov, A. I. (1999). Biogeohimija tehnogennyh radionuklidov v lesnyh jekosistemah: Po materialam 10-letnih issledovanij v zone vlijanija avarii na ChAES. Moscow: Nauka. [In Ukrainian].
O. B. EeAbCKaa, C. K. MamKoecKaR
ВЛИЯНИЕ ЛИШАЙНИКОВ НА МИГРАЦИЮ "^S В БОРОВЫХ УСЛОВИЯХ
ПОЛЕССКОГО ПРИРОДНОГО ЗАПОВЕДНИКА
Приведены результаты исследований влияния эпигейных лишайников на миграцию 137Cs в системе "почва - растение" сухих и свежих боров Полесского природного заповедника. Определено, что лишайники ускоряют разложение хвойного опада в лесных насаждениях, что приводит к более интенсивному освобождению 137Cs из лесной подстилки и переведению его в доступные для растений водорастворимые и обменные формы в почве. Это приводит к увеличению миграции радионуклидов в лесных экосистемах. Коэффициенты перехода 137Cs в высшие растения в сухих и свежих борах с лишайниковым покровом выше, чем в насаждениях без лишайников.
Ключевые слова: лишайники, сухой и свежий бор, лесная подстилка, почва, радионуклиды.
O. V. Belska, S. I. Matkovska
THE INFLUENCE OF LICHENS TO "7CS MIGRATION IN PINE FOREST CONDITIONS OF POLISSYA NATURE RESERVE
The migration of radionuclides in forest ecosystems depends on soil and hydrological conditions and the rate of decomposition of forest litter. Ground lichens appear as intermediaries between air pollution and soil, and are depositors of radioactive substances. In the dry and fresh pine forest conditions they have a significant impact on migration in forest ecosystems. Thus, the purpose of research is to determine the effect of ground lichens on the 137Cs migration in system "soil - plant" in bor conditions of Polissya Nature Reserve. The research includes route-forwarding and laboratory tests by standard methods. The test samples were taken in the territory of Polesye Natural Reservation. Spectrometric studies are conducted by licensed laboratories of the Institute of Regional Environmental Problems of Zhytomyr National Agroecological University. We revealed that the migration of radionuclides in forest stands depends on several factors, the main of which are soil-hydrological conditions and the rate of decomposition of forest litter. The process of decomposition of forest litter depends on the composition of living ground cover. Ground lichens significantly accelerate it. We have also determined that the lichen accelerate the decomposition of litter in coniferous forest plantations, resulting in a more intense release of 137Cs from forest litter and transferred it to the available for plants and water-soluble forms of exchange in the soil. This leads to an increase in the migration of radionuclides in forest ecosystems. The coefficients of 137Cs transition in higher plants in dry and fresh forests with lichen cover are higher than in plantations without lichens. Thus, our conclusion evaluates that the effect of lichen cover on the distribution of 137Cs in forest ecosystems is expressed primarily in accelerating the release of radionuclides from the forest litter and promote access to plant their chemical forms in the soil.
Keywords: lichens; dry and fresh pine forests; forest litter; soil; radionuclides.
1нформащя про aBTopiB:
О. В. Бельська, мол. наук. сшвробиник, Полюький природний заповедник, Олевський район, Житомирська область,
УкраТна. E-mail: [email protected] С. I. Матковська, канд. с.-г. наук, доцент, Житомирський нацюнальний агроеколопчний ушверситет, м. Житомир, E-mail: [email protected]
