научная статья по теме ВИДОВОЕ РАЗНООБРАЗИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ НА ТЕРРИТОРИЯХ, АНТРОПОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ ЕСТЕСТВЕННЫМИ РАДИОНУКЛИДАМИ Охрана окружающей среды. Экология человека

Текст научной статьи на тему «ВИДОВОЕ РАЗНООБРАЗИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ НА ТЕРРИТОРИЯХ, АНТРОПОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ ЕСТЕСТВЕННЫМИ РАДИОНУКЛИДАМИ»

УДК 581.55:631.453:546.44/.795(470.13)

ВИДОВОЕ РАЗНООБРАЗИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ НА ТЕРРИТОРИЯХ, АНТРОПОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ ЕСТЕСТВЕННЫМИ РАДИОНУКЛИДАМИ

© 2015 г. Е. С. Белых*, Т. А. Майстренко*, Б. И. Груздев*, О. М. Вахрушева*, А. В. Канева*, А. В. Трапезников**, В. Г. Зайнуллин*

*Институт биологии Коми НЦУрО РАН 167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28 e-mail: daryd22@gmail.com **Институт экологии растений и животных УрО РАН, 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 Поступила в редакцию 02.04.2014 г.

Изучено видовое разнообразие сообществ сосудистых растений, сформировавшихся за 50 лет на вторично свободных территориях с повышенным содержанием тяжелых естественных радионуклидов и тяжелых металлов в почве. Отличий в географической и экологической структуре растительных сообществ, произрастающих на техногенно загрязненных и фоновых участках, не выявлено. Показано, что площадки с наибольшим уровнем радиационного и химического воздействия характеризуются меньшим видовым разнообразием по сравнению с фоновыми и менее загрязненными участками.

Ключевые слова: тяжелые естественные радионуклиды, тяжелые металлы, разнообразие сосудистых растений.

DOI: 10.7868/S0367059715050054

Необходимым условием нормального функционирования экосистем и биосферы в целом является достаточный уровень видового разнообразия (Лебедева и др., 2002). Облик наземных экосистем определяют главным образом климат, почва и растительность, при этом тип растительного сообщества формируют сосудистые растения. Наземные растения (Mulder, Breure, 2003) и почвенные беспозвоночные (Krivolutsky, 1987) первыми среди представителей биоты реагируют на загрязнение почвы, что может приводить к изменению разнообразия и структуры сообществ (Sienkiewicz, 1986). Понимание закономерностей самовосстановления растительных сообществ, нарушенных в результате деятельности человека, становится особенно актуальным в связи с масштабным загрязнением экосистем токсичными тяжелыми металлами (ТМ), искусственными и естественными радионуклидами (Richards et al., 2008) и другими поллютантами. Достаточно подробно изучены последствия уничтожения растительности в результате механических воздействий, нарушения технологии добычи и транспортировки полезных ископаемых и аэрального антропогенного загрязнения (Миронычева-Тока-

рева, 1998; Москаленко, 1999; Ганичева и др., 2004; Позолотина и др., 2009, 2013). Данные о формировании сообществ сосудистых растений в холодных условиях северотаежной зоны на радиоактивно загрязненных почвах практически отсутствуют (Груздев и др., 1971).

Цель наших исследований — изучение разнообразия сообществ сосудистых растений на тех-ногенно загрязненных территориях и выявление его взаимосвязи с уровнем антропогенных нарушений.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Изучение видового разнообразия растительных сообществ на территории с антропогенно повышенным содержанием в почве радионуклидов земного происхождения проводили в окрестностях пос. Водный (Республика Коми), где более 50 лет назад функционировало предприятие по добыче радия из высокоминерализованных пластовых вод и из привозных отходов урановой промышленности (Иевлев, 2011). Район исследований расположен в подзоне северной тайги, охватывает бассейн нижнего течения р. Ухты. Исследования

проводили на трех экспериментальных участках, различающихся уровнем техногенного воздействия и спектром основных загрязняющих веществ. Контрольные участки расположены за пределами зоны влияния радиохимических заводов и заняты сходными природно-территориаль-ными комплексами.

Пробы почв на исследуемых площадках отбирали методом "конверта" с глубины 0—20 см (ГОСТ 17.4.4.02-84; ГОСТ Р 53123-2008). Физико-химический анализ состава почв проводили в лабораториях "Экоаналит" (аттестат аккредитации РОСС Яи.0001.511257) и миграции радионуклидов и радиохимии Института биологии Коми НЦ УрО РАН (аттестат аккредитации САРК Яи.0001.441623).

Основой для флористического анализа послужили видовые списки 27 геоботанических описаний, которые составлены на участках с естественной растительностью, характеризующихся фоновым и повышенным содержанием химических токсикантов в почве. На учетных площадках размером 100 м2 определяли видовой состав, а также проективное покрытие для отдельных видов травянистой растительности и всей площадки в целом. Учитывали жизненные формы растений по Раункиеру (Быков, 1978) и принадлежность видов к географическим и экологическим группам в соответствии с региональной сводкой (Марты-ненко, Груздев, 2008). Для оценки видового разнообразия растительности использовали такие показатели, как количество видов на каждой учетной площадке и индекс Шеннона (Лебедева и др., 2002).

Геоботанические площадки выбирали на одинаковых элементах рельефа ландшафта со сходным световым и тепловым режимами. По шкале Раменского (Раменский и др., 1965) оценивали условия водообеспеченности растений. Для характеристики экологического состояния территории по степени комплексного загрязнения почв химическими элементами I (Щ, Сё, РЬ, Zn, Аз) и II (Си, N1, Сг, Со, Мо) классов опасности рассчитывали суммарный показатель загрязнения (Дс) ландшафтов на основе данных о содержании ТМ в образцах почв (Ревич и др., 1982).

При обработке, анализе и интерпретации полученных данных использовали методы первичной статистической обработки результатов эксперимента и сравнения средних значений для двух выборок на основе критерия Манна-Уитни. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием программы ВТАТ^ТГСА 7.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Выбранные для геоботанического описания пробные площадки 81—б9 расположены на территории необорудованного хранилища радиоактивных отходов. Разлив по поверхности почвы ра-дийсодержащих пластовых вод и особенности технологического процесса обусловили повышенное содержание хлоридов, сульфатов, бария и минеральных солей в техногенно измененной почве (Гераськин и др., 2007). Подземные воды содержали также высокие концентрации Мп, РЬ, Са и других элементов. Размещение на исследуемой территории видоизмененной горной породы с высокой удельной активностью 238и и его дочерних продуктов распада привело к увеличению концентраций сопутствующих урановым минералам фторидов и некоторых тяжелых металлов (Иевлев, 2001). Для дезактивации участка в начале 1960-х годов территория была засыпана слоем песчано-гравийной смеси. Однако ввиду неравномерного латерального распределения природных изотопов и разной толщины насыпного грунта уровень у-фона в некоторых точках участка даже после дезактивации достигал 3000 мкР/ч (30 мкЗв/ч) и выше (Гераськин и др., 2007).

После проведенных рекультивационных работ началось интенсивное зарастание участка травянистой растительностью. К настоящему времени на возвышенной части рельефа сформировались сообщества злаково-разнотравной, а на заболоченной первой надпойменной террасе — осоково-разнотравной ассоциаций. Особенности рельефа обусловили выделение нами по три пробных площадки, расположенных на второй надпойменной террасе (пробные площадки б3), ее склоне (з4—з6) и первой надпойменной террасе (87—89). Почвы пробных площадок подзолистые, техно-генно измененные, до настоящего времени содержат высокие концентрации сульфатов (табл. 1), бария, ТМ и радионуклидов уранового ряда (табл. 2). Средняя мощность дозы облучения в воздухе варьирует от 0.57 до 1.18 мкЗв/ч (см. табл. 2).

Экспериментальные площадки 21—26 занимают территорию бывших радиевых заводов и характеризуются меньшим уровнем техногенного воздействия. Загрязнение почвы здесь обусловлено только компонентами химического состава пластовых вод и продуктами их переработки (Груздев и др., 1971). Сформировавшийся на маломощных дерново-подзолистых почвах фитоценоз площадок 21—23 представляет собой разнотравный луг. Как и на других исследуемых площадках, здесь была проведена дезактивация песчано-гравийной смесью. Уровень у-фона в настоящее время составляет 1.0 ± 0.2 мкЗв/ч. Содержание минеральных солей, ТМ и тяжелых естественных радионуклидов (ТЕРН) в верхних слоях

Таблица 1. Концентрации химических веществ и элементов (мг/кг в почве (слой 0—20 см) изученных участков

Показатели

Пробная площадка

81_ 83 84_ 86 87_ 89 z1- ^3 z4- ^6 к1 _к3 к4 _к6 к7 _к9 к10 _к12

11.8 ± 0.1 9.3 ± 3.1 7.2 ± 0.2 2.9 ± 1.3 6.4 ± 2.3 5.7 ± 1.9 7.5 ± 1.0 2.9 ± 0.2 7.1 ± 1.3

3 ± 2 10 ± 4 1 ± 0.1 11 ± 3 15 ± 7 9 ± 8 3 ± 2 2 ± 1 14 ± 7

1.7 ± 1.2 3.0 ± 0.7 1.8 ± 1.5 2.2 ± 0.1 1.5 ± 0.8 0.6 ± 0.3 0.9 ± 0.3 1.1 ± 0.2 4.8 ±1.8

21 ± 7 29 ± 5 290 ± 165 10 ± 6 23 ± 13 7 ± 2 8 ± 2 5 ± 1 31 ± 7

314 ± 138 590 ± 120 4600 ± 2000 77 ± 20 148 ± 77 64 ± 10 55 ± 4 63 ± 5 160 ± 17

90 ± 12 71 ± 8 3900 ± 2200 18 ± 7 582 ± 260 64 ± 12 63 ± 13 21 ± 4 23 ± 4

6 ± 1 6 ± 1 150 ± 84 2 ± 1 5 ± 1 3 ± 16 6 ± 2 4 ± 1 6 ± 1

21 ± 3 29 ± 15 11000 ± 6000 11 ± 4 30 ± 7 13 ± 1 15 ± 1 20 ± 10 32 ± 7

0.8 ± 0.5 1.0 ± 0.6 9.1 ± 8.1 0.4 ± 0.1 0.5 ± 0.3 0.9 ± 0.3 0.6 ± 0.3 0.6 ± 0.1 0.6 ± 0.2

39 ± 10 59 ± 11 599 ± 286 3 ± 2 45 ± 23 3 ± 2 4 ± 3 3 ± 2 36 ± 9

Гумус, % N О-

р о4

к+

Ва

Са С1_

2+ 2+

в о;

F_

д.

Примечание. Все полученные результаты представлены в виде значений среднего арифметического и его ошибки.

Таблица 2. Удельные активности основных дозообразующих радионуклидов в почве (0_20 см) участков и мощность дозы в воздухе

Удельная активность, Бк/кг

Пробная площадка

84_86

87-89

z1_z3

z4_z6

к1_к3

к4_к6

к7_к9

к10_к12

238 230' 226 210 210 232 228

и

ТЬ Яа Ро РЬ ТЬ ТЬ

Мощность дозы внешнего облучения в воздухе, мкЗв/ч

22 ± 3 543 ± 35 1690 ± 110 1600 ± 140 120 ± 10 5.1 ± 0.5 6.5 ± 0.6 0.57 ± 0.04

34 ± 4

1300 ±90 5080 ± 340 3180 ± 280 309 ± 27 7.5 ± 0.8 6.1 ± 0.6 1.2 ± 0.1

102 ± 12 3030 ± 190 6940 ± 480 5440 ± 470 1264± 110 10.0 ± 0.9 5.0 ± 0.4 1.6 ± 0.1

5 ± 1 43 ± 3 219 ± 30 184 ± 16 37 ± 3 1.5 ± 0.1 1.7 ± 0.1 1.0 ± 0.2

12 ± 3 153 ± 13 870 ± 420 264 ±134 357 ±167 6.8 ± 1.5

9.4 ± 3.0

1.5 ± 0.4

8 ± 1 19 ± 1 31 ± 6 134 ± 12 37 ± 3 0.8 ± 0.1 5.7 ± 0.5 0.11 ± 0.01

8 ± 1 18 ± 1 28 ± 6 151 ± 13 78 ± 7 6.0 ± 0.6 5.6 ± 0.5 0.11 ± 0.01

13 ± 2 36 ± 3 16 ± 4 66 ±

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Охрана окружающей среды. Экология человека»