РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2009, том 49, № 2, с. 158-165
^ РАДИОЭКОЛОГИЯ
РАСТЕНИЙ
УДК 574.41.5:539.163
РОЛЬ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА В РЕГУЛИРОВАНИИ ПОТОКОВ ТЕХНОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ПОСЛЕ РАДИОАКТИВНЫХ ВЫПАДЕНИЙ
© 2009 г. О. Б. Цветнова *, А. И. Щеглов
МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, Москва
В отдаленный период после радиоактивных выпадений биологический круговорот (БК) 137С$ в сосновых фитоценозах, сформированных в северной лесостепи и Брянском Полесье, существенно различается. В сосняках северной лесостепи на темно-серых лесных почвах тяжелого гранулометрического состава нисходящий поток 137С$ в почву с опадом в 5 раз превосходит его поступление в фи-томассу. БК 137С$ отличается от БК стабильного К и по-прежнему характеризуется значительным доминированием нисходящих потоков элемента над его восходящими потоками. В сосняках Брянского Полесья на подзолистых иллювиально-железистых почвах легкого гранулометрического состава годовое накопление 137С$ в растительности превышает его возврат в почву с опадом. В рассматриваемых условиях БК 137С8 начинает приближаться к круговороту К.
Радиоактивные выпадения, техногенные радионуклиды, растительный покров, биологический круговорот, потоки.
Оценке роли растительного покрова в аккумуляции радионуклидов на начальных этапах после радиоактивных выпадений и динамики удерживающей способности различных видов напочвенного покрова в последующем посвящен целый ряд классических трудов Н.В. Тимофеева-Ресовского [1], В.М. Клечковского [2], Р.М. Алексахина [3, 4], Н.В. Куликова [5], Ф.А. Тихомирова [6], Э.Б. Тюрюкановой [7] и др.
Вместе с тем роль растительного покрова в регулировании потоков радионуклидов в динамике меняется. Это отчетливо прослеживается на основании анализа изменения показателей биологического круговорота и биогеохимических циклов техногенных радионуклидов. На первых этапах после выпадений в биогеохимических циклах этих элементов доминируют нисходящие потоки элементов за счет интенсивно идущих процессов самоочищения растительного яруса от внешнего загрязнения. В последующем, через 10-15 лет после выпадений соотношение нисходящих и восходящих потоков в биогеохимических циклах техногенных радионуклидов меняется [8-11]. В лесах аккумулятивных ландшафтов, а также в зоне выпадений топливной компоненты корневое поступление радионуклидов в годичную продукцию по абсолютной величине приблизительно соответствует их возврату с опадом. В лесах элювиальных
*Адресат для корреспонденции: 119991 Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, ф-т почвоведения, каф. радиоэкологии и экотоксикологии; тел./факс: (495) 939-22-11; e-mail: otsv@ soil.msu.ru.
ландшафтов возврат техногенных радионуклидов в почву с опадом в 2-5 раз больше их поступления в растения за счет корневого потребления, тогда как стабильных элементов, в том числе Са и К, возврат в почву с опадом в большинстве случаев в 2-3 раза меньше, чем их годовое потребление корневым путем. Таким образом, предшествующие исследования показали, что биологический круговорот техногенных радионуклидов имеет свои характерные особенности, отличные от БК их стабильных изотопов и химических аналогов. Полученные нами закономерности БК 137Св и 90Бг были также подтверждены и дополнены в работах других авторов [12-14].
Несмотря на определенные успехи, достигнутые в области изучения биологического круговорота и биогеохимических циклов техногенных радионуклидов, до настоящего времени нерешенным остается вопрос, касающийся изменений показателей БК и роли растительного покрова в регулировании потоков этих элементов в долгосрочной динамике. По мнению ряда специалистов, в отдаленные периоды после выпадений, когда состояние радионуклидов достигает так называемого динамического квазиравновесия в почвенном блоке и системе "почва-растение", различия в показателях БК техногенных радионуклидов и их химических аналогов сглаживаются [12, 14, 15 и др.]. В рамках этой проблемы не до конца решенными остаются также и вопросы изменения соотношения нисходящих и восходящих потоков техногенных радионуклидов в зависимости от физико-химической формы выпадений, состава и свойств
почв территории загрязнения. В связи с этим возникает необходимость сравнительной оценки показателей биологического круговорота техногенных радионуклидов на отдельных этапах после радиоактивных выпадений в природных экосистемах, сформированных на различных типах почв. Последнее явилось целью настоящих исследований.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Оценку основных показателей биологического круговорота 137Cs проводили в рамках многолетних комплексных исследований (1988-2007 гг.) на территории РФ с различными уровнями загрязнения, физико-химическими формами радиоактивных выпадений и типами почв. На участке, заложенном в северной лесостепи на территории дальней зоны выпадений (Тульская обл., Плав-ский район; 550 км на северо-восток от Чернобыльской АЭС), объектом исследований послужило искусственное 60-летнее 2-го бонитета насаждение сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на темно-серых лесных почвах.
В Брянском Полесье на территории, прилегающей в пределах РФ к зоне выпадений топливной компоненты [16] (Брянская обл., Красногорский район, Красногорское лесничество, 200 км на северо-восток от ЧАЭС), объектом исследований послужил сосняк-зеленомошник 60-летнего возраста, сформированный на выровненном участке зандровой равнины на подзолистых иллювиаль-но-железистых песчаных почвах.
Методика исследований, проводимых на стационарных пробных площадях (СПП), включала изучение биологической продуктивности, накопления, выноса и возврата 137Cs основными лесо-образующими породами. Кроме того, мы определяли запасы 137Cs в верхней корнеобитаемой толще почв исследуемых экосистем. Детальная методика отбора проб почв представлена в наших предшествующих работах [8, 10].
Экспериментальный материал для оценки показателей биологического круговорота органического вещества и 137Cs в древесном ярусе получали непосредственно на СПп на основании отбора проб основных структурных компонентов древостоя: прироста хвои текущего года формирования, хвои прошлых лет, ветвей крупных и мелких (толщиной > 1 и < 1 см), коры наружной (мертвые покровные ткани, кутикула, эпидерма, пробка) и внутренней (флоэма), а также древесины. Запасы фитомассы и годичной продукции в древесном ярусе исследуемых лесных насаждений рассчитывали на основании экспериментального материала и математических зависимостей, полученных для исследуемых фитоценозов в наших предшествующих исследованиях на СПП Туль-
Таблица 1. Статистические показатели запасов 137С$ (кБк/м2) в почвах сосновых фитоценозов исследуемых регионов (по данным на 2007 г., при п = 25-36)
Глуби- Статистические показатели
на, см M ± m xmin xmax О V, %
Северная лесостепь, темно-серые лесные почвы
0 0.8 0.06 0.3 1.4 0.3 37.5
0-5 226.0 7.9 163.1 308.8 39.4 17.4
5-15 83.8 6.8 35.9 157.3 33.8 40.3
Брянское Полесье, подзолистые иллювиально-же-
лезистые песчаные почвы
0 2233.4 130.6 1005 2975 783.9 35.1
0 -5 2465.2 142.3 1517 4164 877.6 35.6
5 -10 501.8 38.9 215 1027 233.3 46.5
Условные обозначения: М - среднее арифметическое; ±т -ошибка среднего; хтщ - минимальное значение, хтах - максимальное значение; о - среднее квадратическое отклонение; V, % - коэффициент вариации.
ской и Брянской областей [8, 9, 11]. Количественную оценку поступления органического вещества и химических элементов в составе опада осуществляли с помощью опадоуловителей, которые устанавливали на каждой площадке в 10-кратной по-вторности. Сбор опада проводили поздней осенью после окончания массового листопада. Определение удельной активности 137С8 в пробах почв и растений осуществляли стандартными методами на сцинтилляционном гамма-спектрометре с Ка1-детектором (Россия). Обработку амплитудного спектра импульсов проводили с помощью программы ПРОГРЕСС. Относительная погрешность определения радионуклидов составляла 10-25%.
В настоящей работе для сравнения особенностей БК 137С8 использовали литературные материалы по концентрации в структурных компонентах сосны обыкновенной стабильного калия [17-19].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Проведенные исследования показали, что исследуемые участки характеризуются различными уровнями радиоактивного загрязнения. На участке Брянского Полесья, относящегося к территории с максимально высокими уровнями радиоактивного загрязнения в РФ [20], по данным на 2007 г., суммарная плотность загрязнения почв 137С8 составляет 5200 кБк/м2 (табл. 1). Уровни загрязнения почвы соснового фитоценоза северной лесостепи (Тульская обл.) закономерно ниже -311 кБк/м2.
В настоящее время характер загрязнения почв исследуемых фитоценозов по-прежнему разли-
Таблица 2. Круговорот органического вещества в сосновых фитоценозах
Регион Общая фитомасса, Годичный прирост, Удерживается в фитомассе Поступает в почву с опадом и отпадом
т/га ц/га ц/га/год % ц/га/год %
Северная лесостепь 244.2 58.5 30.0 51.3 28.5 48.7
Брянское Полесье 348.8 89.4 48.9 54.7 40.5 45.3
чен. В сосняках Брянского Полесья основное количество активности сосредоточено в подстилке (42.9%) и подподстилочном 0-5 см слое (47.4%), в то время как в сосняках северной лесостепи - в слое 0-5 см (72.8%). При этом почвы лесных фи-тоценозов исследуемых регионов характеризуются также неодинаковыми показателями пространственной неоднородности плотности загрязнения в различных слоях профиля. В темно-серых лесных почвах северной лесостепи пространственное варьирование плотности загрязнения 137Св в слое 0-5 см (данный слой для этих почв является маркером пространственной неравномерности распределения радионуклида при первичных выпадениях [21]) почти в 2 раза ниже, чем в подстилке и 0-5 см слое почв Брянского Полесья. На наш взгляд, это обусловлено различиями в физико-химической форме выпадений на данных участках, что подчеркивалось выше.
Исследования продукционных процессов в лесных фитоценозах показали, что наибольшими показателями прироста органического вещества характеризуются
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.