Полная версия

Главная arrow Экология arrow Биогеохимия радионуклидов

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Радиоцезий в лесных экосистемах

Леса занимают значительные площади в районах радионуклидных загрязнений. Так, на территории чернобыльских радиоактивных загрязнений на долю лесных экосистем приходится около половины (50—60%) земель, для восточно-уральского радиоактивного следа (ВУРС) — 20%. Техногенные радиоизотопы цезия поступают в лесные экосистемы аэральным и водным путями. При свежих выпадениях 137Сб поступает в лесные экосистемы в основном из атмосферы.

Лесные экосистемы характеризуются высокой задерживающей способностью и медленным самоочищением. При аэральном радионуклидном загрязнении проявляется «опушечный эффект» — наибольшее количество 137Сб обнаруживается в компонентах опушек с наветренной стороны. Плотность загрязнения опушек радиоактивным цезием, как правило, в 5—10 раз выше по сравнению с открытыми местами или в глубине леса (Лурье, 2010). Таким образом, леса являются биогеохимическим барьером на пути миграции радиоцезия в другие экосистемы и имеют большое значение в снижении распространения 137Сб в условиях радионуклидного загрязнения.

Радиоцезий в составе свежих радионуклидных загрязнений преимущественно оседает на листья деревьев, однако вскоре в результате полевых потерь (137Сз сдувается и смывается с листьев), а также листового опада поступает на подстилающую травянистую растительность (если она имеется) и в почву.

В постчернобыльский период (спустя 20 лет после аварии) основная масса 137Сб сосредоточена в верхней части лесных почв; в растениях содержится менее 10% радионуклида (табл. 5.9; Краснов и др., 2006).

Радиоцезий в лесных почвах. При попадании радиоцезия на поверхность лесных почв наибольшее количество радионуклида накапливается в верхнем слое — лесной подстилке, которая, обладая выраженными сорбционными свойствами, является первым биогеохи-мическим барьером на пути дальнейшего распространения |37Сз. Так, к началу XXI в. в поверхностном слое лесных почв чернобыльской зоны находилось около 93% общего запаса радионуклида.

Наибольший (50—70%) перехват радиоцезия, мигрирующего с водой из подстилки, происходит в слое 5—10 см. В автоморфных почвах |37Сз, мигрирующий из подстилки, в наибольших количествах накапливается в первых 1—2 см минерального слоя, ниже наблюдается резкое снижение его концентрации (удельной активности). В гидроморфных почвах интенсивность миграции в 2—3 раза выше, и снижение концентрации 137Сз вниз по профилю происходит более плавно. Таким образом, налицо определяющая роль горизонта А1 как барьера на пути миграции радиоцезия (Тихомиров и др., 1990,1992). Глеевый горизонт, ожелезненные слои песка моренных отложений тоже часто играют значительную роль геохимических барьеров, в которых |37Сз удерживается на аморфных окислах.

Таблица 5.9

Распределение 137Сб в сосновом биоценозе Украинского полесья

Элементы биоценоза

% от суммарной активности

Подстилка, всего

33,7

В том числе:

в современном опаде (Ь)

0,13

в полуразложившейся подстилке (Р)

12,8

в разложившейся подстилке (Н)

20,7

Минеральная часть почвы

57,0

В том числе в слое 0—15 см

52,4

В фитоценозе, всего

9,3

В том числе:

в древесном ярусе

8,5

в древесине ствола

4,56

в коре

2,35

в ветвях

1,33

в хвое

0,26

Темпы вертикальной миграции отдельных радионуклидов могут сильно различаться: 137Сз мигрирует заметно медленнее, чем 908г. В целом же снижение радиоактивного загрязнения |37Сз при вертикальной миграции и за счет поверхностного стока составляет обычно десятые доли процента от суммарной активности загрязнения. Время естественного самоочищения лесных почв от |37Сз мало отличается от времени снижения уровня загрязнения этим радионуклидом за счет радиоактивного распада. Эффективный период полуочищения дерново-подзолистой песчаной лесной почвы в зоне отчуждения ЧАЭС для |37С5 составляет 21—28 и 29—30 лет для слоев почвы 0—5 или 0—15 см, соответственно (Рудая и др., 2003).

Многолетняя динамика 137Сб отличается от 908г. Кумулятивный характер накопления 137Сз проявляется лишь в ландшафтах (преимущественно гидроморфных), где интенсивность корневого поступления близка или превосходит интенсивность процессов необменного закрепления в почве. На автоморфных почвах второе (необменное закрепление) значительно преобладает над первым.

Радиоцезий в лесных растениях. Несмотря на то что в постчернобыльский период большая часть |37Сз находится в лесных почвах, радионуклид постепенно включается в фитоценоз, причем большее его количество поступает в древесный ярус. Быстрорастущие органы древесных растений, листва или хвоя, а также мелкие ветви, наиболее интенсивно накапливают |37Сз (табл. 5.10; Гончаров, 2007). В молодом древостое обнаруживаются наибольшие активности радиоцезия, в старых деревьях радионуклида меньше; при этом хозяйственное использование древесины от рубок прореживания иногда становится невозможным.

Таблица 5.10

Ряды накопления 137Сз в различных частях древесных пород

Породы

Ряды по накоплению |37С$

Клен, липа, дуб

Кора > листва > ветви мелкие > луб > древесина

Осина

Листва > кора > ветви мелкие > луб > древесина

Береза

Листва > ветви мелкие > кора > луб > древесина

Сосна

Ветви мелкие > хвоя, кора > луб > древесина

Широколиственные древесные породы (дуб, клен и др.) накапливают радиоцезий в основном в коре вследствие ее повышенной удерживающей способности и сравнительно низкой скорости самоочищения. Периферическая древесина накапливает радионуклиды намного слабее в сравнении с корой и лубом, а в центральной (ядровой) древесине загрязненность оказывается еще ниже. Нуклиды цезия активно включаются в процессы транслокации из листьев по ветвям и стволу; некоторая часть их доходит до корневой системы и даже выделяется в почвенную среду. Вертикальное распределение 137Сб в древесных растениях показывает акропетальный тип — больше радионуклида накапливается в верхней части.

Корневое поступление радионуклидов в растительную массу начинается со второго вегетационного сезона и становится затем основным. Накопление радионуклидов по корневому пути у лиственных пород деревьев вдвое выше, чем у хвойных, ряд накопления обычно имеет вид: ольха > береза > дуб > осина > сосна > ель. В белорусских лесах отмечали следующий ряд по содержанию 137Сз в древесине (неошкуренной): дуб > осина > береза > ольха черная > > сосна > ель.

Накопление 137Cs в одновидовых древесных фитоценозах, например в чистых сосняках и ельниках, проявляется сильнее, чем в смешанных лиственно-хвойных лесах (объясняется это тем, что почвы чистых сосняков и ельников обычно сильно выщелочены и обеднены калием, а также отличаются более кислой средой). Для накопления l37Cs в древостое наибольшее значение имеют тип почвы и ее гидрологический режим, тип фитоценоза и возраст деревьев; видовая принадлежность деревьев имеет меньшее значение.

Травянистые растения лесных экосистем также активно участвуют в массопереносе l37Cs. Наибольшие количества радионуклида накапливают ратения-калиефилы и виды, предпочитающие кислые почвы — папоротники, плауны, представители семейств норичниковых (Scrophulariaceae) и брусничных (Vacciniaceae).

Для некоторых растений характерна видовая специфичность накопления 137Cs. К таким растениям относятся ландыш майский (?Convallaria majalis), брусника (Vaccinium vitis-iclaea), черника (Vaccinium myrtdlus) и др. Повышенное накопление l37Cs отмечено для растений-гигрофитов — осок (Carexsbsp.), ирисов (Irissbsp.), крапивы двудомной (Urtica dioica), череды трехраздельной (Bidens tripartite). Повышенное накопление l37Cs растениями из почв таежной зоны возможно объясняется высоким содержанием органического вещества в этих почвах и значительная часть радиоцезия связана с ним, а не фиксирована глинистыми минералами.

Травянистая растительность проявляет существенную сезонную динамику накопления радионуклидов. В гидроморфных условиях удельная активность 137Cs максимальна весной, а к осени постепенно снижается (иногда до 5—10 раз). На автоморфных почвах накопление I37Cs повышается от весны к концу лета и снижается к осени. Во влажные годы максимум накопления 137Cs в травах смещается на более поздние сроки. В засушливые годы концентрация радионуклидов в травянистой растительности значительно возрастает, накопление же в целом (по массе) увеличивается в условиях повышенного увлажнения.

Лесные грибы и другие организмы, использующие органическое вещество подстилки, опада и корневых выделений в качестве основного источника углеродного питания, как правило, являются аккумуляторами l37Cs. Загрязненность грибов бывает обычно на порядок выше, чем сосудистых растений, произрастающих в тех же самых местах. Грибы поглощают радиоцезий даже более интенсивно, чем калий, макроаналог цезия.

Основная масса грибов-базидиомицетов приходится на вегетативную часть — мицелий. Плодовые тела по массе составляют всего несколько процентов от полной грибной биомассы. Исходя из того что заметных различий по содержанию радионуклидов в плодовом теле и в микоризе не найдено, основная часть |37Сз находится в вегетативной части гриба, в мицелии.

Следует отметить видовые особенности накопления радиоцезия лесными грибами. Это определяется в основном различным характером локализации мицелия в отдельных частях лесной подстилки и характером вертикального распределения загрязняющих веществ в почве на данный период (табл. 5.11; Щеглов, 2000). А.И. Щеглов с сотр. (1996 г.), приводит следующий, в целом соответствующий данным табл. 5.11, ряд по увеличению содержания 137С8 в различных видах съедобных и условно съедобных грибов в условиях Украинского полесья: опёнок < лисичка < рядовка <подосиновик < мухомор < черный груздь < белый гриб < подберезовик < сыроежка < гово-рушка < масленок < польский гриб < свинушка < горькушка.

Таблица 5.11

Накопление 137С$ в грибах 30-километровой зоны ЧАЭС (удельная активность в грибах в пересчете на плотность загрязнения 1 Ки/км2), в первые 10 лет

после аварии

Виды грибов

КП, [(Бк/кг) / (Ки/км2)]

среднее

размах варьирования

Дождевик жемчужный (Licoperdon perlatum)

1300

400-2080

Лисичка настоящая (Cantharellus cibarius)

1360

670-2360

Говорушки (Clitocybesbsp.)

2400

690-3760

Опёнок осенний (Armillaria cepistipes)

2860

230-7400

Подосиновик красный (Leccinum aurantiacum)

6400

850-16 280

Белый гриб (Boletus edulis)

6980

2150-11 840

Мухомор красный (Amanita muscaria)

7160

810-22 200

Груздь черный (Lactarius necator)

10 560

1700-39 960

Подберезовик обыкновенный (Leccinum scabrum)

13 580

3790-35 520

Сыроежки (Russula sbsp.)

15 580

220-51 800

Ежовик желтый (Hydnum repandum)

18 900

1200-25 160

Волнушка розовая (Lactarius torminosus)

32 700

1400-51 340

Свинушка тонкая (Paxillus involutus)

39 420

330-111 000

Польский гриб (Xerocomus badius)

42 660

38480-47 360

Горькушка рыжая (Lactarius rufus)

45 340

740-111 000

Аккумуляция 137Сз в плодовых телах грибов, собранных на торфяных лесных почвах аккумулятивных ландшафтов, была гораздо выше, чем произрастающих на дерново-подзолистых почвах элювиальных ландшафтов; более высокое накопление обнаруживалось на почвах с большей кислотностью. Накопление 137Сз было больше в грибах хвойного леса, меньше — в лесу лиственном и еще меньше — на лугах. В шляпке грибов радиоактивность обычно выше, чем в ножке, но зависимость между массой гриба и содержанием 137Сз в нем («размерный эффект») не обнаружена.

Радиоцезий в мясе промысловых лесных животных. Содержание |37Сз в мясе промысловых животных зависит от загрязнения их кормовой базы. Лоси питаются листьями березы (Веш1а зЬвр.) и рябины (ЗогЬиБ аисирапа), кипреем (ЕрИоЫит angustifolium), черникой (Уасстшт тугШиз). В состав рациона глухаря, тетерева, рябчика, белой куропатки входят черника (Уасстшт тугШЫз), голубика (Уасстшт ийутозит) и брусника (Уасстшт уШь-Маёа), в снежный период — можжевельник {ёитрегиз) и сережки и почки березы (ВеШ1а .$%?.). Некоторые из этих растений отличаются повышенным накоплением радиоцезия.

Дикие копытные животные (лось, северный олень) поглощают существенное количество радиоцезия из пищевого рациона. Усредненный коэффициент перехода радиоцезия из корма в мясо животных, который рассчитывается по соотношению между суточным поступлением радионуклида с пищей (кБк/сут.) и удельной активностью в мясе (Бк/кг), у этих животных оказался значительно выше, чем у домашнего крупного рогатого скота: 0,1—0,3 сут./кг у лося ДоБашоп и др., 1994) по сравнению со значениями в диапазоне от 0,006 до 0,06 у крупного рогатого скота.

Подобно калию, цезий — очень подвижный элемент. В связи с этим 137Сз быстро выводится из организма животных при переводе их на незагрязненные корма, и поэтому зимой и в начале следующего лета удельная активность в мясе понижается. В отношении северного оленя это не выполняется: так как зимой в рационе питания преобладают лишайники («олений мох»), накопление 137Сб в организме оленя, наоборот, возрастает.

Радиоцезий и лесные пожары. Интенсивность включения |37С5 в миграцию по звеньям пищевой биогеохимической цепи существенно увеличивается и, вероятно, достигает максимальных значений во время лесных пожаров, особенно верховых, при которых температура возрастает особенно сильно. При этом возникают мощные восходящие воздушные потоки, захватывающие огромные количества радиоактивно-загрязненной золы. Радиоцезий при температуре выше 450 °С испаряется, переходит в атмосферу и переносится ветром. Масштабы перемещения загрязнений в результате лесных пожаров могут составлять сотни и тысячи километров.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>