научная статья по теме РАДИОНУКЛИДЫ ГЛОБАЛЬНЫХ ВЫПАДЕНИЙ В РАСТЕНИЯХ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА Охрана окружающей среды. Экология человека

Текст научной статьи на тему «РАДИОНУКЛИДЫ ГЛОБАЛЬНЫХ ВЫПАДЕНИЙ В РАСТЕНИЯХ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА»

ЭКОЛОГИЯ, 2015, № 1, с. 9-15

УДК 574.577.39

РАДИОНУКЛИДЫ ГЛОБАЛЬНЫХ ВЫПАДЕНИИ В РАСТЕНИЯХ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА

© 2015 г. Л. Н. Михайловская, И. В. Молчанова, М. Г. Нифонтова

Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 e-mail: molchanova_i_v@mail.ru Поступила в редакцию 15.10. 2013 г.

На территории Уральского региона между 55° и 57° с.ш. фоновый уровень загрязнения почвы составляет 0.2—3.5 кБк/м2 для и 1.0—7.6 кБк/м2 для С8. Среднее содержание 90$г в надземной массе травянистых растений, мхов и лишайников совпадает, а для 137С8 во мхах и лишайниках оно значительно выше, чем в травянистых растениях. Максимальный диапазон изменчивости накопительной способности по отношению к

отмечен у травянистых растений, а к С8 — у мхов. Внутри каждой таксономической группы содержание радионуклидов определяется видовыми особенностями растений.

Ключевые слова: радионуклиды, глобальные выпадения, региональный фон, накопление растениями, Уральский регион.

DOI: 10.7868/S0367059715010126

Формирование глобального радиоактивного загрязнения биосферы Земли искусственными радионуклидами началось в середине прошлого века в результате массированных испытаний ядерного оружия. В настоящее время в поясе между 50° и 60° с.ш. содержание в почвах 908г, обусловленное глобальными выпадениями из атмосферы, составляет 1.3 кБк/м2, а 137С8 — 2.2 кБк/м2 (Атлас гео-экол. карт ..., 2007). Определенный вклад в формирование глобального загрязнения почвенно-растительного покрова вносят дополнительные источники, имеющиеся в регионах с высокой техногенной нагрузкой. В результате почвенно-рас-тительный покров на территории Уральского региона характеризуется повышенным содержанием 137Сб, по сравнению с его средним уровнем, наблюдаемым на тех же широтах Северного полушария (Трапезников и др., 2007).

Сформировавшийся глобальный радиоактивный фон загрязнения биосферы Земли искусственными радионуклидами стал одним из экологических факторов. Изучение закономерностей его формирования и включения искусственных радионуклидов в биологический круговорот остается актуальной задачей современных радиоэкологических исследований.

Цель настоящей работы заключается в изучении особенностей накопления 908г и 137С8 глобальных выпадений представителями разных так-

сономических групп наземных растений Уральского региона.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Исследования проводили в период с 2000 по 2012 г. на территории Уральского региона, ограниченной 55°—57° с.ш., которая в административном отношении находится в пределах Свердловской, Челябинской и Курганской областей. Согласно лесорастительному и геоботаническому районированию, северная часть территории относится к тагило-исетскому южно-таежному плоскоувалистому макрорайону таежной области Уральской равнинно-горной страны, южная — к Зауральской лесостепи. На обследованной территории распространены смешанные сосново-лиственные леса, березовые, березово-осиновые колки, реже — сосновые леса. Широко представлена луговая и лугово-степная растительность. Видовое разнообразие травянистых растений включает сотни видов, относящихся к десяткам семейств (Дьяченко и др., 1988; Позолотина и др., 2008). Вся территория носит следы интенсивного воздействия человека, на лугах и опушках леса часто встречаются рудеральные растения: Urtica dioica, Achillea millefolium, Arctium tomentosum, Tussilago farfara, Taraxacum officinale, Cirsium heterophyllum, Bromopsis inermis, Leonurus quinquelobatus и др. Мо-хово-лишайниковый покров развит слабо. Сооб-

Таблица 1. Запас техногенных радионуклидов в почвах

Ландшафт Экосистема 90Sr, кБк/м2 137Cs, кБк/м2 90Sr/137Cs

Min-max M ± а Min-max M ± а

Автоморфный Лес Луг 0.4-3.5 0.8-3.4 1.5 ± 0.3 1.8 ± 0.4 1.4-7.6 1.2-7.6 4.4 ± 0.7 4.0 ± 1.3 0.48 ± 0.10 0.55 ± 0.12

Гидроморфный Луг 0.2-1.5 0.9 ± 0.2 1.0-6.7 3.9 ± 0.7 0.28 ± 0.07

Примечание. M - среднее значение, а - среднеквадратическая ошибка.

Таблица 2. Удельная активность почв автоморфных и гидроморфных элементов ландшафта (1 — лес, 2 — суходольный луг, 3 — пойменный луг)

Образец, глубина, см 90Sr, Бк/кг 137Cs, Бк/кг

1 2 3 1 2 3

Ветошь - 50.9 ± 11.8 102.0 ± 36.0 - 31.1 ± 1.5 3.1 ± 0.3

Лесная подстилка 42.2 ± 7.9 - - 9.6 ± 0.7 - -

Почва: 0—5 22.0 ± 2.0 15.2 ± 1.5 9.3 ± 1.0 45.7 ± 3.2 102.2 ± 4.6 74.8 ± 3.7

5-10 4.8 ± 0.5 7.9 ± 0.7 2.8 ± 0.3 12.6 ± 0.9 56.2 ± 3.9 37.0 ± 2.5

10-15 3.7 ± 0.4 2.8 ± 0.3 2.8 ± 0.3 3.7 ± 0.3 21.3 ± 1.8 5.7 ± 0.8

15-20 2.2 ± 0.3 3.2 ± 0.3 Не обн. 1.5 ± 0.3 6.1 ± 0.5 Не обн.

щества лишайников и мхов образованы в основном представителями родов Cladina, Cladonia, Cetraria, Dicranum, Hylocomium, Pleurozium, Polytrichum.

Реперные участки располагали на контрастных по водному режиму автоморфных (водораздельных) и гидроморфных (прирусловые поймы рек, берега озер и болот) элементах ландшафта. Исключали территории, находящиеся в зоне воздействия предприятий ядерного топливного цикла, как, например, Белоярская атомная электростанция и производственное объединение "Маяк".

Пробы почв, надземной массы травянистых и древесных растений, слоевищ лишайников, дер-новинок мхов (2—5 повторностей) отбирали в наиболее распространенных экосистемах (смешанные леса, березовые колки, луга). Всего в ходе исследований было опробовано 46 реперных участков.

Содержание 137,134Cs определяли на многоканальных гамма-анализаторах фирмы "CanberraPackard" и "ORTEC" (США), 90Sr - на бета-спектрометре с программным обеспечением "Прогресс" (Россия) или радиохимическим методом по дочернему 90Y, с последующей радиометрией осадков на альфа-бета радиометре УМФ-2000 (Россия). Пределы обнаружения 0.1-0.2 Бк. Погрешность методов не превышала 20%.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты проведенных исследований показали, что запасы 908г на обследованной территории Уральского региона варьируют в пределах 0.2-3.5 кБк/м2, а 137Сз - 1.0-7.6 кБк/м2 (табл. 1). Уровни загрязнения почв лесных и луговых экосистем автоморфных участков ландшафта практически одинаковы (?эксп = 1.00-2.047, ^еор = 2.086 при p = 0.05) и в среднем составляют 1.5-1.8 и 4.0-4.4 кБк/м2 для 908г и 137Сз соответственно. В почвах гидроморфных участков с близким залеганием грунтовых вод и регулярно затапливаемых паводковыми водами запасы 137Сз примерно такие же, а 908г достоверно ниже, чем на автоморфных элементах рельефа (£ = 2.086 при p = 0.05).

Вертикальное распределение радионуклидов в профиле типичных для Уральского региона почв приведено в табл. 2. Максимальная удельная активность 908г наблюдается в органогенных образованиях (лесная подстилка, ветошь), а 137Сз - в верхнем 0-5 см слое почв. Вниз по почвенному профилю содержание обоих радионуклидов снижается, достигая минимальных значений на глубине 15-20 см.

Таким образом, в настоящее время искус -ственные радионуклиды, формирующие современный фоновый уровень загрязнения, находятся в пределах верхнего корнеобитаемого слоя почв.

эксп= 5.63-7.06, ^еор =

Удельная активность, Бк/кг

10000

1000

100

10

1

(а)

у = 4Е + 57е В2 = 0.51

3 2 1

-0.065х

у3 = 5Е + 69е-В2 = 0.73

у2 = 1Е + 65е В2 = 0.68

10000

1000

100

10

1970 1980 1990 2000 2010 1975 1985 1995 2005 2015

у = 3Е + 172е-

1970

1980 1990 1975 1985 1995

2000 2010

2005 2015

Годы наблюдений

Рис. 1. Удельная активность 908г (а) и 137С8 (б) в биомассе растений разной таксономической принадлежности. 1 — травы, 2 — мхи, 3 — лишайники.

1

Учитывая длительный период и сложный характер формирования фонового загрязнения почвенного покрова, мы оценили изменение содержания радионуклидов в биомассе растений разной таксономической принадлежности с течением времени (рис. 1), использовав имеющуюся базу данных за период с 1975 г. по 2012 г. Видно, что удельная активность 908г в биомассе травянистых растений, напочвенных мхов и эпифитных лишайников совпадает и уменьшается с течением времени по экспоненциальному закону. По такому же закону изменяется и содержание 137С8. Однако в 1986 г., после Чернобыльской аварии, уровень загрязнения растительного покрова этим радионуклидом резко возрос. В поставарийный период его содержание в растениях продолжало закономерно снижаться, и в настоящее время оно примерно на порядок величин ниже, чем в 1975 г. Частично это обусловлено радиоактивным распа-

дом, за счет которого содержание в растениях в период наблюдения могло уменьшиться лишь в 2.5 раза. Следует отметить, что удельная активность 137Сб во мхах и лишайниках была достоверно выше, чем в надземной массе трав. В определенной степени это связано с тем, что многие представители низших растений относятся к ка-лиефильным организмам.

Оценка вклада аварийных выпадений АЭС "Фукусима-1" в загрязнение надземной массы растений в 2011 г. показала, что они привнесли от 1.9 до 26.6% 137Сб в расчете от его современного фонового содержания (табл. 3). Удельная активность 137Сб аварийных выпадений в эпифитных лишайниках (1.8 Бк/кг), напочвенных мхах (1.9 Бк/кг) и хвое древесных растений (0.5 Бк/кг) была выше, чем в листьях древесных и надземной массе травянистых растений, вегетационный период которых на Урале начался позже аварии.

Таблица 3. Удельная активность 137С8 в биомассе растений разной таксономической принадлежности (2011 г.)

Объект исследования Часть растения Удельная активность, Бк/кг Вклад аварийных выпадений

Бк/кг %

Деревья Хвоя 1.8 ± 0.7 0.5 ± 0.1 26.6

Листья 4.4 ± 1.2 0.2 ± 0.1 4.5

Травы Надземная масса 7.3 ± 3.5 0.3 ± 0.2 3.7

Лишайники Биомасса 96.3 ± 28.1 1.8 ± 0.8 1.9

Мхи Биомасса 43.7 ± 11.2 1.9 ± 1.1 4.4

Величина отношения 90$г/137С8 100

10 1 0.1 0.01

3 О А А ^ А

О

ФУ! = 1Е - 115е0

Я2 = 0.65 оу2 = 2Е - 96е0.1

Я2 = 0.46 АУз = 1Е - 101е0 Я2 = 0.53

0.001

1980 1990 2000 2010

1985 1995 2005 2015

Годы

Рис. 2. Величина радионуклидного отношения 908г/137С8 в биомассе растений разной таксономической принадлежности.

1 - травы, 2 - мхи, 3 - лишайники.

1

2

На фоне общего снижения содержания радионуклидов в растениях с течением времени имеет место относительное их обогащение 908г, о чем свидетельствует возрастание отношения

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»