РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 1, с. 72-76
РАДИОНУКЛИДЫ
УДК 574::539.1.04:582.475.4:539.163
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ 13^, 9(^г И ИХ ХИМИЧЕСКИХ АНАЛОГОВ В КОМПОНЕНТАХ НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В КВАЗИРАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ © 2014 г. С. В. Мамихин*, Д. В. Манахов, А. И. Щеглов
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Факультет почвоведения, Москва
Проведены дополнительные исследования распределения радиоактивных изотопов цезия и стронция и их химических аналогов по надземным компонентам сосны обыкновенной в отдаленный от аварии период. По результатам исследований подтверждено наличие аналогии в распределении этих элементов по компонентам данного вида древесной растительности в квазиравновесном (относительно радионуклидов) состоянии. Также показана избирательная возможность использования в качестве информационного аналога данных по зольности компонентов древостоя сосны и дуба.
Радиоэкология, радиоактивное загрязнение, 137С8, 90$г, калий, кальций, сосна. БОТ: 10.7868/80869803114010093
Несмотря на то, что исследования в области лесной радиоэкологии проводятся уже несколько десятков лет, исходная информация, необходимая для прогнозирования поведения радионуклидов в лесных экосистемах путем аналитических обобщений или количественно более строгим методом математического моделирования, продолжает оставаться в дефиците и нуждается в пополнении и уточнении. С этой целью нами ранее был проведен сравнительный анализ распределения 137Cs, 90Sr и их химических аналогов в компонентах надземной части древесных растений в квазиравновесном состоянии, основанный как на результатах собственных исследований, так и на литературных данных [1]. Важными результатами этого исследования было подтверждение наличия аналогии в распределении 137Cs, 90Sr и их химических аналогов по компонентам древостоя в квазиравновесном (относительно радионуклидов) состоянии и получение количественных данных, необходимых для создания математических моделей поведения 137Cs и 90Sr в компонентах древостоя дубравы. Для получения аналогичной исходной информации, также необходимой для построения и дальнейшего развития имитационных моделей поведения 137Cs и 90Sr в компонентах древостоя экосистемы соснового леса, нами было проведено дополнительное исследование, результаты которого представлены в данной статье.
* Адресат для корреспонденции: 119992 Москва, Ленинские Горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, Факультет почвоведения; тел.: (495) 939-50-09; e-mail: svmamikhin@mail.ru.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Объектами исследований послужили деревья сосны обыкновенной (Pinus sylvestris Linnaeus, 1753) — вида, широко представленного на территории стран СНГ, подвергшейся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Отбор проб компонентов соснового древостоя проводился в Плавском лесничестве Тульской области.
Отбор проб структурных компонентов надземной фитомассы древесных растений разных видов осуществлялся по единой оригинальной методике мониторинговых системных наблюдений за поведением радионуклидов в лесных биогеоценозах, разработанной в лаборатории радиоэкологии (с 2006 г. — кафедра радиоэкологии и экоток-сикологии) факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Модельные деревья выбирали по результатам предварительно проведенного лесотаксационного описания. Затем их спиливали и разделяли на следующие структурные части: листва, ветви крупные и мелкие — равномерно по кроне. Кора наружная (мертвые покровные ткани, кутикула, эпидерма, пробка) и внутренняя (флоэма или луб), древесина (в целом и при необходимости с последующим разделением на заболонь и ядро) отбирались на разной высоте ствола — у комля, в середине и вершине. Пробы измельчали, высушивали до абсолютно сухого состояния при температуре 105°С и размалывали на мельнице до однородной массы. Подробное описание участков, где проводился отбор проб, методики отбора и обработки образцов приведены в [2].
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ 137Cs, 90Sr И ИХ ХИМИЧЕСКИХ АНАЛОГОВ 73
Таблица 1. Непосредственные результаты измерений, приведенные к дате отбора проб в 2001 г., на кг абс. сухого веса
90Sr 137Cs 40K
Компоненты Зольность, % Бк/кг ошибка измерения, % Бк/кг ошибка измерения, % Бк/кг ошибка измерения, %
Древесина
Комель 0.23 0.89 131 1.81 95.6 9.34 22.8
Середина 0.26 2.01 54 2.24 73.3 8.35 22.1
Вершина 0.3 1.83 77.5 1.58 117 13.1 21.2
Кора внутренняя
Комель 4.63 19.8 29.5 29.3 26.1 172 13.9
Середина 2.96 13.9 36 13.9 40.2 86.5 16.0
Вершина 2.32 9.91 37.4 14.48 33 71.7 15.6
Кора наружная
Комель 1.13 43 19.6 335 12.5 22.6 31.6
Середина 2.23 17 31.6 168 13.5 33.3 23.8
Вершина 1.62 6.65 51.8 27.5 24.6 20.1 27.5
Ветки
Крупные 0.675 3.87 37 3.28 42.7 17.9 17.9
Мелкие 1.88 8.09 49.8 16.3 33.5 82.5 15.5
Шишки 0.464 - - 14 36.2 36.5 17.9
Хвоя старая 2.5 7.91 53 10.65 48.5 126 14.2
Прирост 2.06 5.21 61.8 21.5 26.2 139 13.2
Для данных исследований в качестве анализируемого материала были использованы образцы из банка проб кафедры радиоэкологиии и экоток-сикологии, отобранные нами в 2001 г.
Измерение активности радионуклидов в счетных образцах, как и раньше, проводилось на спектрометрическом комплексе "Прогресс-БГ", выполненном на базе сцинтилляционного детектора Nal 63 х 63 (для у-излучающих радионуклидов) и сцинтилляционного пластикового детектора диаметром 70 мм (для р-излучающих радионуклидов).
Статистическая обработка данных производилась с помощью пакета математической статистики STADIA. Оценка гипотез осуществлялась проверкой наличия линейной корреляции между парными переменными. Вычислялся коэффициент корреляции r Пирсона со статистикой Стью-дента и уровнем значимости р нулевой гипотезы "r = 0". Прир > 0.05 коэффициент признается незначимым. Использованный метод расчета позволяет обрабатывать парные выборки с равным объемом, содержащих не менее четырех чисел.
Как и ранее, для проведения сравнительного анализа в качестве источника данных по содержанию K и Ca в компонентах соснового древостоя мы использовали вполне исчерпывающие мате-
риалы по древесной растительности Припятского заповедника [3].
РЕЗУЛЬТАТЫ
В табл. 1 представлены непосредственные результаты измерений, приведенные к дате отбора проб в 2001 г. Также как и при рассмотрении данных, полученных нами для дуба черешчатого или обыкновенного (Quercus robur Linnaeus, 1753) [1], наблюдается относительно сильное загрязнение коры наружной обоими радионуклидами. Отметим здесь, что у обследованных деревьев дуба из этого же района наиболее загрязненным компонентом была наружная кора с середины ствола, а у деревьев сосны — наружная кора комлевой части ствола. Установлено, что соотношение содержания 137Cs к 90Sr в коре наружной составляет для комлевой части ствола сосны 5 : 1, что близко к соотношению их содержанию в выпадениях 1986 г. Это свидетельствует о том, что даже в рассматриваемый временной интервал, достаточно удаленный от момента аварии, на обследованных деревьях сосны сохранились в большом количестве остатки первоначального внешнего загрязнения. В то же время обнаружено, что на других частях ствола сосны процессы самоочищения коры идут более активно. Для образцов наружной
Таблица 2. Коэффициенты перехода и С8 в компоненты надземной фитомассы сосны (10—3 м2/кг)
Компоненты 90Sr 137Cs
Древесина
Комель 0.146 0.0069
Середина 0.329 0.0086
Вершина 0.299 0.006
Кора внутренняя
Комель 3.24 0.11
Середина 2.28 0.053
Вершина 1.62 0.055
Кора наружная
Комель 7.03 1.28
Середина 2.78 0.64
Вершина 1.09 0.11
Ветки
Крупные 0.63 0.013
Мелкие 1.32 0.063
Шишки 0.11 0.053
Хвоя старая 1.3 0.041
Прирост 0.85 0.082
коры, отобранных с середины ствола, эта величина составила уже 4.2 : 1; а для образцов с вершины ствола — 2 : 1.
Для оценки биологической доступности 137С8 и 908г, содержавшихся в 2001 г. в почвах данного региона, были рассчитаны коэффициенты переноса этих радионуклидов из почвы в отдельные фракции надземной части сосны (табл. 2).
Для сравнения с литературными данными по содержанию К и Са в компонентах соснового древостоя Припятского заповедника [3] непо-
средственные результаты измерений были усреднены и представлены в табл. 3.
В результате статистического анализа выборок, из которых были убраны данные по коре, получены следующие коэффициенты корреляции между содержанием радионуклидов и их химических аналогов: 137С8/К - 0.77; 137С8/40К - 0.87; 908г/Са — 0.69 (для всех коэффициентовр < 0.05). Отметим здесь, что аналогичные коэффициенты, полученные нами ранее для дуба [1], были заметно выше, а именно: 137С8/К — 0.96; 137С8/40К — 0.98; 908г/Са — 0.95. Тем не менее мы считаем, что в данном случае также наблюдается очевидная корреляция уровня загрязнения компонентов сосны 137Сб и 908г с их химическими аналогами К и Са.
Для сравнения отметим, что по результатам исследований, проводившихся в лесных экосистемах Брянского Полесья в 2008—2010 гг., коэффициент корреляции между содержанием 137С8 и К в компонентах надземной фитомассы сосны составил 086. [4], причем удельная активность коры наружной к этому моменту сравнялась с активностью древесины. Это согласуется с нашими данными по 137Сб и свидетельствует о том, что квазиравновесное состояние относительно этого радионуклида в надземной части соснового древостоя Тульской области в целом (за исключением коры наружной) было достигнуто уже в 2001 г.
ОБСУЖДЕНИЕ
К сожалению, исследований с одновременным изучением поведения как 137Cs , так и 90Sr в древесных растениях в отдаленный после аварии период проводилось не так много, как хотелось бы. Для сравнения рассмотрим данные по относительному загрязнению компонентов сосны, полученные Институтом леса НАН Беларуси в ходе исследований 1996—2001 гг. [5] (табл. 4). В качестве критерия сравнения нами использовались отношения активностей компонентов к их
Таблица 3. Усредненные данные по загрязнению компонентов надземной фитомассы сосны С8 и и удельное содержание в них 40К и стабильных К и Са
Компонент 137Cs 40К К* 90Sr Ca*
Бк/кг Бк/кг % сухого вещества Бк/кг % сухого вещества
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.