научная статья по теме СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ 137CS, 90SR И ИХ ХИМИЧЕСКИХ АНАЛОГОВ В КОМПОНЕНТАХ НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В КВАЗИРАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ Биология

Текст научной статьи на тему «СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ 137CS, 90SR И ИХ ХИМИЧЕСКИХ АНАЛОГОВ В КОМПОНЕНТАХ НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В КВАЗИРАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ»

РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2008, том 48, № 6, с. 654-659

^=РАДИОЭКОЛОГИЯ

УДК 574:539.163+582:539.1.047

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ 137Cs, 90Sr И ИХ ХИМИЧЕСКИХ АНАЛОГОВ В КОМПОНЕНТАХ НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В КВАЗИРАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

© 2008 г. С. В. Мамихин*, Д. В. Манахов, А. И. Щеглов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Факультет почвоведения, Москва

Проведены исследования распределения радиоактивных изотопов цезия и стронция и их химических аналогов в древостое лесных экосистем. По результатам исследований и анализа литературных данных подтверждено наличие аналогии в распределении этих элементов по компонентам в квазиравновесном (относительно радионуклидов) состоянии. Обсуждается вопрос о правомочности использования данных о поведении K и Ca при объяснении механизмов перераспределения 137Cs и 90Sr в древесных растениях и для построения математических моделей поведения данных радионуклидов в наземных экосистемах.

Радиоэкология, радиоактивное загрязнение, 137Cs, 90Sr, калий, кальций, древостой, математические модели.

Лесные экосистемы с радиоэкологической точки зрения всегда были и остаются очень сложным объектом изучения. Хотя исследование поведения радионуклидов в лесных экосистемах с развитым древесным ярусом ведется уже много лет, количественные закономерности перераспределения радионуклидов в растительном и почвенном покрове таких экосистем на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению, до сих пор изучены, по нашему мнению недостаточно, в частности, для выяснения механизмов поведения радионуклидов и построения адекватных математических моделей этих процессов. Имеющиеся оценки имеют весьма приблизительный характер, и объяснение многих аспектов поведения радионуклидов в лесных экосистемах основано на информации качественного характера. Одной из возможностей уточнить эти механизмы и получить более надежную количественную информацию может служить привлечение материалов по биологическому круговороту химических аналогов радионуклидов. Поскольку предметом наших исследований являются 137С$ и 90Бг и их поведение в древесных растениях, нас в первую очередь интересовало насколько похоже ведут себя в растительном покрове эти радионуклиды и их химические аналоги - калий и кальций. Априори следовало ожидать аналогии в их поведении, однако предварительное изучение литературных источников показало, что имеющиеся на момент

*Адресат для корреспонденции: 119992 Москва, Воробьевы Горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения; тел.: (495) 939-50-09; e-mail: svmamikhin@mail.ru.

начала наших исследований фактические данные, полученные различными исследователями, и их точки зрения по интересующему нас вопросу не всегда совпадают.

Литературный поиск показал, что преобладают высказывания в пользу существования прямой аналогии в поведении радионуклидов и их химических аналогов в растениях [1-4]. Однако опубликованных результатов целенаправленных исследований по этому поводу с проведением статистического анализа и определением корреляционных зависимостей найти не удалось. В то же время в литературе встречались и противоречащие этому фактические данные [5] и более скептические мнения по этому поводу (см., например, [6]). В связи с этим нами были проанализированы накопленные данные предыдущих лет и проведены дополнительные исследования в данном направлении с целью получения более определенной оценки гипотез наличия или отсутствия аналогии в поведении 137С$, 90Бг и их химических аналогов К и Са соответственно в древостое, а также для получения исходной информации, необходимой для построения и дальнейшего развития имитационных моделей поведения 137Св и 90Бг в лесных экосистемах.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

Объектами исследований послужили деревья трех основных видов древесной растительности, а именно: березы бородавчатой (Betula pendula Roth, 1788, syn. Betula verrucosa Ehrhart, 1791), дуба

черешчатого или обыкновенного (Quercus robur Linnaeus, 1753) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris Linnaeus, 1753), широко представленных на территории СНГ, подвергшейся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Отбор проб проводили в Тульской, Брянской и Киевской областях. Подробное описание участков, где проводили отбор проб, методики отбора и обработки образцов приведено в монографии Щеглова [7].

Здесь укажем, что отбор проб структурных компонентов надземной фитомассы дуба проводили по оригинальной методике мониторинговых системных наблюдений за поведением радионуклидов в лесных биогеоценозах, разработанной в лаборатории радиоэкологии (с 2006 г. кафедры радиоэкологии и экотоксикологии) 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. Кору наружную (мертвые покровные ткани, кутикула, эпидерма, пробка) и внутреннюю (флоэма или луб), древесину (в целом и с последующим разделением на заболонь и ядро) отбирали 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.

Для проведения сравнительного анализа использовали уже опубликованные ранее результаты наших предшествующих исследований 1986-1995 гг. [8-10], накопленные в базе данных радиоэкологической информационно-прогностической системы ЭКОРАД [10], данные других исследователей из литературных источников, а также материалы наших более поздних работ, представленные в настоящей статье.

Поскольку собственных исследований по изучению содержания K и Ca в компонентах древостоя мы не проводили, то в качестве источника данной информации мы использовали вполне исчерпывающие материалы по древесной растительности Припятского заповедника [11], непосредственно граничащего с большинством территорий, на которых проводились наши исследования.

В связи с необходимостью получить данные для калибровки имитационной модели поведения 137Cs и 90Sr в экосистеме широколиственного леса дополнительным объектом исследования был выбран дуб, произрастающий в Тульской области на оподзоленном тяжелосуглинистом черноземе на территории, подвергшейся в результате аварии на Чернобыльской АЭС мелкодисперсному радиоактивному загрязнению с преобладанием газоаэрозольной составной. В данном случае при

работе с образцами, предназначенными для измерения, использовали методику, направленную на получение максимально надежной информации. В дополнение к методике более ранних исследований образцы в процессе подготовки к измерению подвергали частичному озолению для повышения активности радионуклидов в счетных образцах.

Измерение активности радионуклидов в счетных образцах проводили на спектрометрическом комплексе "Прогресс-БГ", выполненном на базе сцинтилляционного детектора Nal 63 х 63 (для у-излучающих) и сцинтилляционного пластикового детектора диаметром 70 мм (для Р-излучаю-щих радионуклидов).

Статистическую обработку данных производили с помощью пакета математической статистики STADIA. Оценку гипотез осуществляли проверкой наличия линейной корреляции между парными переменными. Вычислялся коэффициент корреляции r Пирсона со статистикой Стью-дента и уровнем значимости p нулевой гипотезы "r = 0". При p > 0.05 коэффициент может быть признан незначимым. Использованный метод расчета позволяет обрабатывать парные выборки с равным объемом, содержащих не менее четырех чисел.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Для получения данных, необходимых для разработки модели поведения радионуклидов в древостое дубрав, нами были проведены исследования загрязнения компонентов дуба интересующими нас техногенными радионуклидами и 40К (табл. 1).

Отметим сильное загрязнение коры наружной обоими радионуклидами. Без сомнения, это остатки первоначального внешнего загрязнения, поскольку соотношение 137Cs к 90Sr составляет 610 к 1, что близко к их содержанию в выпадениях 1986 г. При корневом пути поступления эти радионуклиды накапливаются примерно в равном соотношении (как это видно по загрязнению листьев и древесины) или даже баланс больше склоняется в сторону 90Sr (например для коры внутренней). Это можно объяснить более высокой биологической доступностью радиостронция, содержащегося в почве.

Для того чтобы информацию по распределению радионуклидов в компонентах дерева можно было сравнить с данными по содержанию стабильных изотопов К и Са из литературных источников, непосредственные результаты измерений были усреднены (табл. 2).

Поскольку кора ствола до сих пор сохраняет остатки наружного загрязнения, данные по коре при проведении статистического анализа были

Таблица 1. Непосредственные результаты измерений, приведенные к дате отбора проб в 2001 г., на кг абс. сухого веса

137 Сэ 40 К 908г

Компоненты Бк/кг ошибка измерения, % Бк/кг ошибка измерения, % Бк/кг ошибка измерения, %

Комель

Середина

Вершина

Комель Середина

Комель Середина

8.82 6.38 4.09

14.71 18.1

508.1 2272

Древесина 16.7 47.96 19.6

21.3 30 28.1

24.6 55.9 21.2 Кора внутренняя

21.5 96.7 12.8 25.3 143.7 12.9

Кора наружная

10.7 76.6 13.0

10.6 60.8 11.6 Прочие компоненты

4.3 3.1

3.0

97.9 84.7

81.4 229.4

20.0 28.2 26.0

12.5 12.8

12.6 12.3

Кора, вершина 16 18.9 96.7 22.3 58.6 20.3

Ветки крупные 20.0 15.9 89.8 14.1 27.8 14.7

Ветки мелкие 12.8 18.7 83.8 15.9 25.4 19.4

Листья 33.0 19.4 254.8 27.9 23.4 26.9

Таблица 2. Усредненные данные по загрязнению компонентов надземной фитомассы дуба и удельное содержание в них стабильных К и Са

137Сэ 40К К* 908г Са*

Компоненты Бк/кг Бк/кг % сухого Бк/кг % сухого

вещества вещества

Древесина 6.34 44.6 0.096 3.47 0.222

Кора 474 95.2 0.205 101 2.0

Ветки крупные 19.9 120.2 0.213 27.8 1.37

Ветки мелкие 12.7 68.7 0.291 25.4 1.4

Листья 32.8 255 0.923 23.4 0.89

* Данные по Припятскому заповеднику [11].

удалены из выборки. После этого были получены следующие коэффициенты парной корреляции:

137Сэ/К - 0.9

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