РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 2, с. 204-223
ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ^^^^^^^^^^ РАДИАЦИОННЫХ АВАРИЙ
УДК 539.16.577.39.632.118:634.94:582:539.1.047
ОСОБЕННОСТИ МОРФОГЕНЕЗА И РОСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ У ХВОЙНЫХ РАСТЕНИЙ В РАЙОНЕ АВАРИИ НА ЧАЭС
© 2007 г. Г. М. Козубов*, А. И. Таскаев
Институт биологии Коми научного центра УрО РАН, Сыктывкар
Приведены данные о процессах морфогенеза и роста вегетативных органов у сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и ели обыкновенной (Picea abies (L.) Karst.) после радиационного воздействия в зоне аварии на ЧАЭС. Изложены материалы об аномалиях в морфогенетических процессах при различных поглощенных дозах. Установлено, что гибель сосновых лесов наступила при поглощенных дозах 80-100 Гр и выше, массовое пожелтение хвои в них - при 50-60 Гр, максимум образования морфозов - при 8-12 Гр. Изучены явления ингибиции ростовых процессов при остром облучении и гигантизма хвои при пролонгированном хроническом облучении. Охарактеризованы особенности радиационного воздействия на ростовые процессы у сосны и ели в различных фазах онтогенеза. Установлена повышенная радиочувствительность ели обыкновенной.
Радиоэкологическая обстановка, чернобыльские леса, морфогенетические процессы, радиационное воздействие, радиоморфозы, сосна, ель, рост, фазы онтогенеза.
Имеющиеся в довольно обширной литературе радиоэкологические экспериментальные данные свидетельствуют, что степень радиационного воздействия на растения во многом зависит от состава и физических свойств радионуклидов, путей их поступления в растительные организмы (аэральный, с водными растворами), от видового состава древесного и напочвенного покрова. При этом особое значение имеют тип гидрологического режима почв (автоморфный или гидроморфный), глубина залегания грунтовых вод, механический состав почв, мощность лесной подстилки и т.д. Район расположения промышленных и административно-бытовых структур Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) относится к Восточному Полесью, в котором преобладают сосново-широколиственные леса на дерново-подзолистых почвах, часто с признаками оглее-ния. В северных и северо-восточных частях зоны преобладают торфяно-глеевые и торфяно-бо-лотные почвы. Почвообразующими породами почти повсеместно являются флювиогляциаль-ные пески [1]. Хозяйственная структура землепользования в доаварийный период в зоне аварии на ЧАЭС была следующей: лесные фитоце-нозы - 40.0% общей площади, луга и травяные болота - 14.0, агроценозы (богарные) - 27.5 и мелиорированные агроценозы - 14.5% [2].
Климатические и почвенные условия северной части Украинского Полесья, где расположена
*Адресат для корреспонденции: Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28, Институт биологии Коми НЦ УрО РАН; тел.: (8212) 24-11-68; факс: (8212) 24-01-63; e-mail: kozubov@ib.komisc.ru.
30-километровая зона ЧАЭС, благоприятны для произрастания лесных древесных пород, особенно сосны обыкновенной. Более половины лесопо-крытой площади Северного Полесья Украины занято свежими борами со сравнительно высокой производительностью [3]. Около 80% лесопокры-той площади этой зоны к моменту аварии занимали сосновые насаждения в основном 3040-летнего возраста, с высокой полнотой и обладающие повышенной поглощающей способностью к аэральным поллютантам и высокой чувствительностью к радиационному воздействию. Лесопокрытые площади в основном расположены в 30-километровой зоне мозаично. Широкое распространение сухих и свежих боров обусловило сравнительно медленное разложение опада и вымывание органических и минеральных веществ из лесной подстилки, способствовало длительному сохранению радионуклидов в верхних горизонтах почв. В зоне аварии на ЧАЭС преобладают рыхлые и связнопесчаные (на 57% всей площади) и супесчаные (на 13%) почвы, 30.7% зоны имеют среднюю и 28.7% высокую предрасположенность к ветровой эрозии [4]. Таким образом, лесорастительные условия в районе аварии во многом способствовали повышенному уровню радиационного поражения сосновых лесов при остром облучении в начале вегетационного периода 1986 г., отличавшегося также довольно высокой засушливостью.
Загрязнение территории радионуклидами в результате Чернобыльской аварии характеризуется высоким соотношением в- и у-излучений, которое в начальный период аварийного выброса до-
стигало 100 и более крат, мощным выносом из аварийного реактора биологически высокоактивных короткоживущих радиоизотопов (133Xe, 131I, 132Te, 95Zr, 103Ru, 140Ba, 141Ce, 89Sr), высоким удельным содержанием трансурановых элементов (238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Am), причем в отдельных плутониевых пятнах плотность радиоактивного загрязнения в 10-километровой зоне достигала от 7.4 х 1010 до 74.0 х 1010 Бк/км2. Из общей массы радионуклидов (около 30000 г), поступивших в окружающую среду (без инертных газов), около 17900 г составили трансурановые элементы [5]. Радиационные особенности аварии на Чернобыльской АЭС, а также анализ возможных причин, вызвавших эту грандиозную техногенную катастрофу, неоднократно рассматривались в литературе [5-8]. Однако однозначного ответа на эти важнейшие вопросы до сих пор не получено.
Значительный вклад в облучение древесных растений внесли конденсационные аэрозоли, характерные для ядерных взрывов (около 5%) и более тяжелые высокоактивные топливные "горячие" частицы (95%). Подобные частицы, выжигавшие на поверхности хвои некротические воронки, были обнаружены нами на соснах в зонах сублетального и летального воздействия [9, 10]. Основную часть поглощенных доз - до 9095% лесные насаждения получили в первые дни или часы после взрыва реактора [9, 11, 12].
Можно считать, что период острого облучения в зоне аварии на ЧАЭС длился с 26 апреля до 20-25 мая 1986 г. По материалам Ю.Д. Абатурова и А.В. Абатурова [13, 14], пожелтение хвои в кронах сосен наступало при поглощенных дозах 50-60 Гр и МЭД 129.0 х 10-4 Кл/(кг ч)-154.8 х х 10-4 Кл/(кг ч). Поглощенные дозы в "рыжем" лесу достигали 100 Гр и выше. Таким образом, можно считать, что мощности экспозиционных доз в первые дни после аварии в летальной зоне составили 258.0 х 10-4 Кл/(кг ч) и более, в сублетальной - 103.2 х 10-4-124.8 х 10-4 Кл/(кг ч), а в зоне среднего поражения сосны - 25.8 х 10-4-51.6 х х 10-4 Кл/(кг ч).
Период острого облучения завершился резким спадом экспозиционных доз (рис. 1) и с началом третьей декады мая сменился в зонах летального и сублетального повреждения сосны периодом пролонгированного хронического облучения, который длился в зависимости от плотности радиоактивного загрязнения и состава радионуклидов до осени 1988-1989 гг., т.е. от 17 до 29 мес. На завершающих этапах пролонгированного хронического облучения лесов существенную роль стало играть поступление радионуклидов из почвы в древесные растения - наступил период хронического квазиравновесного состояния [15]. Длительность этого периода определяется про-
1986 г.
Рис. 1. Динамика мощностей экспозиционных доз (Р/ч) на поверхности почвы в сосновых насаждениях в 1986 г. по "западному следу": 1 - "рыжий" лес; 2 - зона сублетального облучения и 3 - средняя зона. Вертикальная линия - окончание периода острого облучения (Р/ч = 2.58 х 10-4 Кл/(кг ч).
цессами естественного распада радионуклидов, их составом и содержанием в почве. Исследования, проведенные в Белоруссии И.М. Булавиком и А.Н. Переволоцким [16], показали, что с 1986 по 1996 г. парциальный вклад радионуклидов в активность почвы кардинально изменился: 144Се снизился с 70 до 0.1%, 106Яи - с 15-17 до 0.3%, а повысился с 7 до 96% (рис. 2). В настоящее время радиационная обстановка в зоне аварии на ЧАЭС фактически определяется двумя радионуклидами - 137Сs и 9^г, хотя в ряде мест, особенно в ближней зоне, имеются участки с высоким уровнем загрязнения изотопами плутония [17].
К концу 2000 г. мощности экспозиционных доз на почве даже в лесах ближней зоны снизились в среднем на 3-4 порядка и составили около 0.0013 х х 10^-0.0065 х 10-4 Кл/(кг ч). Наиболее загрязненными оказались места захоронения "рыжего" леса, на которых МЭД на почве составила 0.0052 х х 10-4-0.0156 х 10-4 Кл/(кг ч), а суммарная доза (с учетом поступления в растения 9^г из почвы) достигала 6.43 Гр/год [18]. На произрастающих на этой территории посадках сосны, проведенных после корчевки "рыжего" леса в 1987-1988 гг., вновь появились радиоморфозы. По всей вероятности, корневые системы высаженных сосен за 15 лет достигли уровня грунтовых вод, куда захо-ронялись усыхающие и уже погибшие деревья,
Парциальный вклад, % Ku/км2
Годы
—■— Плотность загрязнения, Ки/км2
144се -о- 106Ru —^— 137С
Рис. 2. Динамика парциального вклада в плотность радиоактивного загрязнения почвы у-излучателя-ми,% суммарной плотности. По материалам И.М. Бу-лавика и А.Н. Переволоцкого Г16]. (Ки/км2 = 3.7 х х 1010 Бк/км2 или 3.7 х 104 Бк/м2).
подвергшиеся в 1986 г. облучению в дозе 110— 130 Гр. В целом, даже в ближней 10-километровой зоне МЭД на поверхности почвы к началу XXI века, как уже отмечалось выше, снизилась даже быстрее, чем это прогнозировалось. Прежде всего это явление, по-видимому, объясняется на ряде участков более активным, чем ожидалось, перемещением радионуклидов в нижние слои подстилки и верхние горизонты почвы. Таким образом, в целом к 2000 г. в зоне аварии на ЧАЭС сложилась радиоэкологическая обстановка, не препятствующая нормализации ростовых и репродуктивных процессов у основной лесообразующей породы -сосны обыкновенной. При этом не следует забывать, что лесные экосистемы способны аккумулировать, перераспределять и задерживать радионуклиды, но не способны нейтрализовать поглощенную ими радиоактивность [19].
Целью наших работ в зоне аварии на ЧАЭС являлось изучение особенностей реакции морфо-генетических и ростовых процессов у хвойных древесных растений при радиационном воздействии, а также установление основных закономерностей в репарационных процессах в поставарийный период. Для достижения подобной цели были поставлены следующие задачи:
- изучить особенности морфогенетических процессов у хвойных растений (сосны обыкновенной и ели обыкновенной) после облучения с различными поглощенными дозами;
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.