РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2009, том 49, № 1, с. 97-106
ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ^^^^^^^^^^^^ РАДИАЦИОННЫХ АВАРИЙ
УДК 582:539.1.047:631.039.58
ПОСЛЕДСТВИЯ ХРОНИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ РАДИАЦИИ ДЛЯ ФЛОРЫ ВОСТОЧНО-УРАЛЬСКОГО РАДИОАКТИВНОГО СЛЕДА
© 2009 г. В. Н. Позолотина*, Е. В. Антонова, Э. М. Каримуллина, О. В. Харитонова, Л. А. Пустовалова
Институт экологии растений и животных УрО РАН, Екатеринбург
В зоне Восточно-Уральского радиоактивного следа удельные активности основного загрязнителя 908г в верхних слоях почвы превышают глобальный уровень в 40-17000 раз, уменьшаясь с расстоянием от места аварии согласно экспоненциальному закону. Обусловленные ими дозовые нагрузки на 1-3 порядка выше фоновых величин. Растительность в головной части ВУРСа представлена комплексом синантропных и полуестественных сообществ на различной стадии деградации и восстановительных сукцессий. Деградация фитоценозов обусловлена нарушениями во время аварии, последующими рекультивационными мероприятиями, а также первоначальной антропогенной нагрузкой. Эколого-генетические последствия хронического облучения для растений проявляются в расширении диапазона изменчивости всех показателей жизнеспособности семенного потомства, и повышении его мутабильности. Эффект радиоадаптации, т.е. повышение устойчивости к дополнительному облучению у растений из зоны ВУРСа не обнаружен.
Хроническое облучение, малые дозы, Восточно-Уральский радиоактивный след, растительность, семенное потомство, жизнеспособность, мутабильность, радиочувствительность.
Сообщества растительных организмов на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРСа) с 1957 г. подвергаются действию ионизирующей радиации. Публикации, касающиеся истории и оценки последствий Кыштымской аварии, появились в открытой печати лишь в 90-е годы XX в. [1-3]. Отмечено, что изменения в составе и структуре травянистых сообществ в зоне ВУРСа были выявлены через 2 года после аварии. В первую очередь из состава сообществ выпали полностью или снизили проективное покрытие гемикриптофиты и хамефиты, а также однолетники [4]. В некоторых случаях изменения состава сообществ были вызваны не прямым действием радиации, а косвенными экологическими факторами. К этому сроку завершилась дефолиация пораженных деревьев. Увеличение освещенности и количества осадков способствовало лучшему развитию травянистых растений [5]. Анализ цитогенетических изменений, учет хлорофильных и генных мутаций у растений, обитающих в условиях хронического облучения, выявил увеличение мутационного груза и формирование феномена радиоадаптации [6, 7]. В связи с этим оценка состояния флоры в зоне ВУРСа в градиенте радиоактивного загрязнения через 50 лет после аварии представляется актуальной задачей.
* Адресат для корреспонденции: 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202, Институт экологии растений и животных УрО РАН; тел.: (343) 260-82-55; факс: (343) 260-65-00; e-mail: pozolotina@ipae.uran.ru
Цели данной работы - дать краткий анализ современного состояния фитоценозов в головной части ВУРСа и оценить жизнеспособность, мутабильность и радиочувствительность семенного потомства некоторых видов травянистых растений.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
При проведении геоботанических исследований использовали шкалу обилия видов, предложенную О. Друде [8]. В ней выделены следующие градации: un. (unicum) - вид представлен в сообществе единственным экземпляром, проективное покрытие (ПП) которого составляет 0.1-1.0% от учетной пробной площади; sol. (solitariae) - вид встречен единично или в очень малых количествах, с ПП 1-5%; sp. (sparsae) - вид встречен в небольших количествах или редкими вкраплениями, с ПП 6-10%; cop.1 (copiosae) - вид произрастает достаточно обильно, с ПП 11-25%; cop.2 - вид произрастает обильно или разбросано, с ПП 2650%; cop.3 - вид произрастает очень обильно или рассеяно, но по всему сообществу, с ПП 51-70%; soc. (sociales) - вид является фоновым в данном сообществе, его ПП может достигать 100%. Кроме того применяли классификацию К. Раункиера, выделившего пять типов травянистых растений по расположению почек возобновления относительно поверхности почвы: 1) фанерофиты -почки расположены высоко над землей; 2) хаме-
фиты - почки близко к поверхности, но в слое снега; 3) гемикриптофиты - почки на уровне поверхности; 4) криптофиты - почки возобновления в почве и 5) терофиты - однолетники, у которых зимуют семена.
Биологические последствия хронического облучения исследовали у 11 видов травянистых растений: дрема белая (Melandryum album Mill.), щавель конский (Rumex confertus Willd.), звездчатка злаковая (Stellaria graminea L.), кострец безостый (Bromopsis inermis (Leyss.) Holub), подорожники большой и средний (Plantago major L. и P. media L.), гравилат алеппский (Geum aleppicum Jacq.), икотник серый (Berteroa incana L.), крапива двудомная (Urtica dioica L.), бодяк шерстистый или осот розовый (Cirsium setosum (Willd.) Bess.) и одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Wigg). Выбор этих растений обусловлен их широким распространением в градиенте радиоактивного загрязнения, а также высокой семенной продуктивностью. Семена растений собирали по мере их созревания. Проращивание проводили в рулонной культуре в условиях постоянной температуры и освещенности, учитывая энергию прорастаний и всхожесть семян, выживаемость проростков, длину корней, скорость формирования листьев, частоту встречаемости в выборках морфологических изменений.
У всех изученных видов отмечали хлорофиль-ные нарушения, которые классифицировали согласно Определителю, составленному Ю. Каламом и Т. Оравом [9]. Учитывали изгибы корней, гипокотилей, побегов (генетическая природа подобных нарушений показана у редиса) [10]. Мутации типа monopterus [11] и сросшиеся близнецы отмечены у одуванчика и кровохлебки. Другие часто встречаемые типы нарушений - некрозы корней и семядолей - также генетически обусловлены. В работе А.А. Томилова с соавт. [12] показано, что некрозы корней у проростков ара-бидопсиса возникают при мутации определенных генов. В другой работе этих авторов [13] обнаружено, что образование некрозов семядолей связано с мутацией, в основе которой лежит инсерция определенного участка ДНК.
Для оценки радиоустойчивости семян использовали метод дополнительного острого облучения на у-установке типа "Исследователь" с источником 60Со. Облученные семена проращивали, учитывая комплекс перечисленных выше критериев. Сопоставление полученных результатов с необлученным собственным контролем позволяет четко выявить эффект провокационного облучения и таким образом оценить адаптивный потенциал ценопопуляций в отношении радиационного фактора.
Полученные данные по жизнеспособности, мутабильности и радиочувствительности семен-
ного потомства были обработаны статистически с использованием метода анализа пропорций R.G. Newcombe [14] и E.B. Wilson [15] для независимых выборок. Проверяли следующую нулевую гипотезу H0: P1-P2 = 0, где P1 и P2 - сравниваемые пропорции двух выборок. Если нижние и верхние границы 95%-ных доверительных интервалов (CI) для разностей сравниваемых пропорций не охватывали нулевое значение, то различия между выборками считали статистически значимыми (нулевую гипотезу H0 отвергали на уровне значимости p = 0.05). Кроме того, для проверки гипотез использовали дисперсионный анализ и анализ пропорций [16-18].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Современная радиоэкологическая характеристика ВУРСа, включая его головную часть, дана в работах [19-21]. Условно эта территория ранжирована на импактную зону, расположенную вдоль центральной оси в пределах Восточно-Уральского государственного заповедника (ВУГ-За) на расстоянии 6-30 км от эпицентра взрыва, и буферную, охватывающую восточную и западную периферии следа, а также участок центральной оси на расстоянии 30-100 км от места аварии. Установлено, что в пределах центральной оси следа содержание 90Sr и 137Cs в почвах снижается согласно экспоненциальному закону. Максимальная плотность загрязнения 90Sr (=25 000 кБк/м2) и 137Cs (670 кБк/м2) обнаружена в почвенном покрове на расстоянии 6 км от эпицентра аварии. На западной и восточной перифериях следа в пределах заповедника плотность загрязнения почв 90Sr составляет 30-80 кБк/м2, а на более отдаленных территориях - незначительно превышает фоновый уровень, который равен 1.5 кБк/м2. Поглощенные растениями дозы, обусловленные 90Sr и 137Cs превышают фоновый уровень в буферной зоне на один, а в импактной - на 2-3 порядка величин [21].
Растительность в головной части ВУРСа типична для лесостепной зоны и характерна для Зауралья. Она представлена березовыми лесами, остепненными травянистыми сообществами, а также располагающимися в понижениях рельефа осиновыми колками. Согласно исследованиям И.М. Крашенинникова [22], первоначально здесь господствовали сосновые леса, впоследствии вытесненные березовой лесостепью. Этот процесс был ускорен рубками и распашкой земель. До аварии на данной территории располагались небольшие деревни и поселки, имелись поля и покосы. После аварии в связи с радиоактивным загрязнением почвы пашни были заброшены, и на них развивались временные растительные сообщества, являющиеся стадиями в процессе восстановления естественной растительности [4]. В настоя-
щее время большая часть залежей заповедника прошла стадию сукцессий, которая предшествует стадии либо молодого леса, либо степи (в зависимости от типа почвы), т.е. первоначальных фито-ценозов. После аварии на месте выселенных деревень проводили рекультивационные работы. Впоследствии такие участки зарастали обычной для данной территории нитрофильной растительностью. Она сохраняется на данных участках и в настоящее время. Причиной этого, по мнению Е.Г. Смирнова [4], является прочное удерживание азота глинистыми почвами.
Лесные сообщества занимают значительную часть территории ВУГЗа - до 45%; их возраст чаще всего около 60-80 лет.
Травянистые березовые леса представлены разнотравным березовым лесом, разнотравно-вейниковым чистым березовым лесом и разно-травно-вейниковым березовым лесом с единичными соснами и осинами
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.