КОЭФФИЦИЕНТЫ ПЕРЕХОДА Cs И ^Sr В КОМПОНЕНТЫ ДРЕВЕСНОГО ЯРУСА, ПРЕДЕЛЫ ИХ ВАРЬИРОВАНИЯ И ДИНАМИКА

В условиях широкого диапазона плотностей загрязнения территории (4 математических порядка по 137Cs и 3 - по ^Sr) характеристика пространственной неоднородности накопления радионуклидов растениями на основании абсолютных показателей величин их концентраций малоинформативна. Факт влияния плотности загрязнения на накопление радионуклидов в растениях очевиден и не представляет особого научного интереса. Значительно больший научный и практический интерес представляют данные по нормированным концентрациям или так называемым коэффициентам перехода (КП) радионуклидов в растения. Величина этого показателя характеризует, в основном, различия в биологической доступности радионуклидов в лесных экосистемах и рассчитывается по формуле:
КП = удельная активность растений (Бк/кг)/плотность загрязнения почв (Бк/м2).
При расчете КП содержание радионуклидов в растении приводится к единице плотности загрязнения, что нивелирует влияние последней и позволяет выявить зависимость накопления радионуклидов от почвенно-экологических условий, видовых особенностей растений и других факторов.
Анализ диапазонов колебаний коэффициентов перехода радионуклидов показал их широкое варьирование на всех уровнях организации

Регион	КП ,37Cs	Kn^Sr
Прирост хвои/листъя
Тульская обл. (Россия)	0,1-Ю,6	1,5
Калужская обл. (Россия)	0,5-48,6	Не опр.
Брянская обл. (Россия)	0,5-37,4	2,3-67,6
Киевская обл. (Украина)	0,3-111,0	0,2-32,2
СНГ	0,1-111,0	0,2-67,6
Генеративные органы
Тульская обл. (Россия)	0,5-1,7	0,6
Калужская обл. (Россия)	1,2-37,8	Не опр.
Брянская обл. (Россия)	0,9-39,4	0,5-2,2
Киевская обл. (Украина)	1,6-88,5	0,02-0,6
СНГ	0,5-88,8	0,02-2,2

выборки: в пределах экотопа - почвенно-климатической зоны - территории загрязнения в целом, а также и среди структурных компонентов древесных пород. В этом же направлении наблюдается увеличение размаха варьирования КП (табл. 29). Так, в пределах одной почвенноклиматической зоны и по территории загрязнения в целом диапазон колебаний рассматриваемого показателя более, чем в 10 раз превышает таковой на мезоуровне (в пределах участков). По следу радиоактивного загрязнения в направлении от Украинского Полесья (30-ки- лометровая зона ЧАЭС) к лесостепи наблюдается тренд снижения размаха колебаний КП с резким падением этих величин в черноземной зоне. Последнее связано с соответствующим утяжелением гранулометрического состава, увеличением количества глинистых минералов в почвах, а также со снижением пестроты почвенного покрова (обусловленной, в первую очередь, изменением гидрологического режима) в указанном направлении. Все это свидетельствует о том, что вариации величин КП в основном определяются разнообразием почвенно-экологических условий. Сопоставляя размах варьирования КП 137Cs в различные компоненты древесного яруса, можно отметить, что наибольшими величинами данного показателя характеризуются те компоненты, загрязнение которых целиком определяется корневым поступлением 137Cs: ассимилирующие органы (листья и хвоя), кора внутренняя, а также древесина. Это свидетельствует об их высокой чувствительности к вариациям биологической доступности137 Cs в почвах.
Минимальным и относительно близким в различных зонах размахом колебаний КП характеризуется кора наружная. Это говорит о слабой зависимости ее загрязнения от биологической доступности 137Cs в почве и большей - от внешнего загрязнения по сравнению с другими структурными частями древостоя.
Для ^Sr характерен более узкий диапазон колебаний и более

Радио нуклиды	Сосна	Ель	Береза	Дуб	Осина	Ольха	Липа
шс$	0,04-6,1	0,05-13	Древесина 0,05-7,4 0,1-4,7		0,02-1,9	03-2,7	0,2
90 Sr	0,03-3,3	He олр.	03-12,1	0,02-2,8	03-1,9	оз-1,о	Не опр.
l37Cs	0,4-87,0	2Д-24,8	Кора внутренняя 0,3-23,0 03-19,8		0,09-13,2	5,4-10,4	0,5
«Sr	0,2-18,2	Неопр.	0,4-36,6	2,6-43,7	23-18,4	1,8-7,6	0,5
l37Cs	1,0-18,1	3,4-20,0	Кора наружная 0,8-11,8 12,5-28,6		5,7-30,6	93-37,3	9,9-11,6
«Sr	0,4-37,3	Не опр.	03-24,8	13-203	1,8-33,3	4,0-12,4	Не опр.
137Cs	0,2-8	0,7-11,7	Ветви крупные 03-ЮЗ 0,6-10,3		03-3,8	33-8,9	13-2,1
«Sr	ОД-8,8	Неопр.	0,6-31,4	1,0-4,7	13-203	1,7-2,8	Не опр.
IJ7Cs	0,2-28,8	1,0-123	Ветви мелкие 0,4-343 03-17,6		0,06-6,5	5,8-13,5	0,3
90 Sr	03-98,0	Неопр.	13-793	13-83	2,6-25,1	2,6-5,9	Не опр.
,37CS	0,4-111,0	1,6-25,7	Хвоя (прирост)1листья 0,5-55,3 0,3-37,5		0,1-24,3	4,9-13,1	03-0,6
«Sr	0,08-153	23-67,6	0,8-2,4	Не опр.	2,4-323	13-5,7	Не опр.
,37CS	0,9-883	13-2,4	Генеративные органы Не опр. Не опр.		Не опр.	Не опр.	Не опр.
«Sr	0,02-2Д	Не опр.	0-0,9	"	"	"	"

высокие величины граничных (шах, min) и средних значений КП по сравнению с таковыми для 137Cs. Последнее говорит о большей подвижности и меньшем влиянии на его биологическую доступность неоднородности почвенно-экологических условий. Обращает на себя внимание нарастание доступности ^Sr по мере удаления от источника выброса, что, несомненно, связано с исходными различиями в формах нахождения радионуклидов в выпадениях: значительная часть Sr, в отличие от Cs, поступила в составе труднорастворимых частиц диспергированного топлива. Влияние этого фактора на поведение 90Sr может сказываться в течение 10 и более лет [111]. Т.е. физико-химическая форма выпадений оказывает более длительное и значимое влияние на биологическую доступность ^Sr, чем это отмечается для ,37Cs. Среди структурных компонентов древостоя максимальным диапазоном колебаний КП 90Sr характеризуются листья и ветви и минимальным - кора внутренняя. Это также свидетельствует о высокой чувствительности ассимилирующих органов к вариациям биологической доступности стронция в почве.
У разных пород диапазон варьирования КП 137 Cs и 90Sr неодинаков (табл. 30). Наблюдается положительная корреляция КП радионуклидов с ареалом распространения видов. Наибольший диапазон варьирования КП отмечается для пород, ареал распространения которых достаточно широк. К ним можно отнести березу и сосну. Минимальным варьированием характеризуются виды с ограниченным ареалом распространения, такие как ольха черная, липа и дуб. Как известно, эти породы произрастают преимущественно на почвах, богатых элементами питания, а ольха - в условиях повышенного увлажнения. Нужно отметить также неоднозначность в накоплении 137Cs и ^Sr различными породами. Так, береза бородавчатая характеризуется почти в 2 раза большим КП 90Sr в отличие от КП 137С$ и практически максимальными величинами КП 90Sr по сравнению с другими породами. Ольха черная, напротив, имеет почти в два раза меньшие величины КП 90Sr по сравнению с КП 137Cs и минимальные в ряду различных пород (см. табл. 30). Это, видимо, обусловлено видовыми особенностями растений, в частности ольхи черной, а также относительно более низкой, чем Cs, подвижностью ^Sr на торфяных почвах.
Содержание радионуклидов характеризуется не только значительной пространственной, но и временно й (сезонной и многолетней) изменчивостью [135].
Сезонная динамика накопления радионуклидов (137Cs) в приросте сосны (как индикаторного органа загрязнения древостоя в целом) характеризуется практически однонаправленным изменением концентрации 137 Cs в сторону снижения от весны к осени (рис. 18). Наиболее отчетливо это проявляется у молодых особей и в несколько сглаженной форме у полновозрастных растений. Последнее, несомненно, обусловлено различиями в динамике интенсивности ростовых процессов и поглощении химических элементов у молодых и зрелых пород. Максимальные величины указанных различий наблюдаются в начальные периоды вегетации, затем они заметно сглаживаются.

Месяц
Рис. 7S. Сезонная динамика содержания l37Cs в приросте сосны разного возраста

/ - уч. Д-1, 20-летняя сосна (а = 185 кБк/м2); М - уч. Д-1, 60-летняя сосна (a = 185 кБк/м2); /// - уч. К-2,60-летняя сосна (сг= 1480 кБк/м2)
Отмеченные особенности сезонной динамики позволяют констатировать, что в лесных экосистемах интенсивность биогеохимичес- ких процессов, определяющих поведение радионуклидов в системе “почва-растение", нестабильна и изменяется в годовом цикле.

Максимальная интенсивность этих процессов отмечается весной, к осени она затухает.
Многолетняя динамика. При аэральном поступлении радиоактивных элементов загрязнение растительного яруса в многолетнем ряду резко меняется. В первые поставарийные годы отмечается наиболее существенное снижение. Например, в луговых ценозах ближней зоны ЧАЭС за 3-5 лет концентрация 137Cs в растениях по сравнению с начальным периодом снижается в десятки и сотни раз [255,256]. В последующем данный процесс замедляется, и динамика приобретает более сложный характер. Это связано с перераспределением радионуклидов в почвенном профиле и системе “твердая-жидкая часть почв", т.е. с вхождением радионуклидов в ППК. В случае с 137Cs последнее приводит к его необменному закреплению глинистыми минералами [29]. На этом этапе многолетняя динамика содержания радионуклидов в древесном ярусе в целом определяется соотношением двух основных процессов: естественного самоочищения и корневого поступления радионуклидов в растения, интенсивность протекания которых зависит от целого ряда факторов: физико-химической формы и дисперности радиоактивных выпадений, видового состава древостоя, почвенно-экологических и метеорологических условий. Вследствие этого, многолетняя динамика
КП радионуклидов в лесную растительность на территории зоны радиоактивного загрязнения характеризуется значительными колебаниями по отдельным годам и имеет неоднозначный тренд изменения в различных ценозах. В общем плане в лесных экосистемах выделяются три типа динамики КП 137 Cs в древесные растения (рис. 19, 20). тип - с выраженным трендом снижения КП l37Cs в растительность в многолетнем ряду. Такая динамика наблюдается в ценозах на автоморфных почвах элювиальных ландшафтов. Очевидно, что в этом случае тренд снижения КП l37Cs определяется однонаправленным влиянием на данный показатель процессов самоочищения древесного яруса и снижением биологической доступности радионуклидов вследствие их необменного закрепления твердой фазой почв. Подтверждением этому служит наиболее ярко выраженный характер данной динамики на черноземных почвах, где закрепление 137Cs в межпакетном пространстве глинистых минералов протекает с максимальной, интенсивностью [122]. Колебания исследуемого показателя по отдельным годам в многолетнем ряду видимо связаны с варьированием суммы осадков за вегетационный период, что приводит к сдвигу равновесия в системе "твердая-жидкая часть почв" в ту или иную сторону и, соответственно, изменению биологической доступности радионуклидов; тип - с выраженным трендом нарастания КП 137Cs в растительность. Указанная динамика отмечается в ценозах на гидроморф- ных почвах аккумулятивных ландшафтов и в лесах ближней зоны выпадений. В данном случае нарастание КП l37Cs в многолетнем ряду обусловлено доминированием процесса корневого поступления в растения над процессами их самоочищения. В различных ландшафтах ситуация, обусловливающая наличие биологически доступного 137Cs в почвах, определяется разными причинами: а) в аккумулятивных ландашафтах - поступлением радионуклида с прилегающих территорий, а также его перераспределением в корнеобитаемой толще органогенных почв при практически полном отсутствии необменного закрепления 137Cs в этих условиях; б) на участках ближней зоны выпадений ЧАЭС рост КП 137С$ связан с пролонгированным поступлением радионуклидов в жидкую часть почв в процессе разрушения частиц топливной компоненты и перехода радионуклидов в подвижное состояние при выщелачивании их из этих частиц. Колебания же КП I37Cs по отдельным годам обусловлены климатическими условиями, которые в данном случае влияют на интенсивность процессов выщелачивания радионуклидов; тип - с невыраженным трендом изменения КП 137Cs, где их динамика характеризуется значительными колебаниями по отдельным годам относительно некоторой средней величины. Данный тип многолетней динамики КП 137Cs наблюдается в БГЦ на полугидроморфных почвах переходных (транзитно-аккумулятивных) ландшафтов и в ценозах ближней 10-15-километровой зоны выпадений. Невыраженный тренд изменения КП 137Cs предопределен уравновешивающим взаимовлиянием перечисленных выше процессов, в частности поступлением

Рис 19 Динамика КП 137Cs в компоненты сосны, не подверженные (/) и подверженные (II) внешнему загрязнению, на автоморфных подзолистых (А) и гидроморфных торфяно-глеевых (5) почвах
/ - древесина; 2 - прирост, 3 - кора внутренняя; 4 - шишки; 5 - кора наружная; 6 - ветви крупные; 7 - ветви мелкие, 8 - хвоя прошлых лет

Рис 20. Динамика КП 137Cs в компоненты сосны, не подверженные (/) и подверженные (//) внешнему загрязнению, на автоморфных подзолистых почвах транзитно-аккумулятивных ландшафтов средней (S-Ю км) (А) и ближней (Б) частях 30-километровой зоны ЧАЭС
Уел. обознач. см. на рис. 19

радионуклидов с прилегающих территорий, а также из разрушающихся частиц топливной компоненты и их необменным закреплением твердой фазой почв. Т.е. в рассматриваемых условиях влияние данных процессов нивелируется в результате их равного, но противоположно направленного действия. Частные колебания по отдельным годам обусловлены вариациями количества осадков.
Компоненты древостоя по формам кривых многолетней динамики КП в них 137Cs делятся на две группы. В первую группу объединяются структуры, загрязнение которых практически полностью определяется корневым поступлением. Это - внутренние слои коры (камбий), ассимилирующие органы текущего года формирования, генеративные органы и древесина. Динамика КП 137Cs в компоненты этой группы в зависимости от местоположения участка характеризуется вышеописанными типами. Ко второй группе относятся структурные органы, изменение концентрации радионуклидов в которых в первую очередь определяется внешним загрязнением и процессами механического и биологического самоочищения. К данной группе можно отнести наружные слои коры, ветви, хвою прошлых лет формирования. Для этих компонентов, в основном, характерно экспоненциальное снижение величин КП 137Cs в многолетнем ряду в течение 5-6 лет с момента выпадений и неоднозначное изменение в последующем. Последнее свидетельствует о смене ведущего процесса, определяющего загрязнение компонентов в эти годы. Исключением являются ценозы, где в многолетнем ряду наблюдается рост корневого поступления радионуклидов в растения. В этих условиях в зависимости от интенсивности данного процесса наблюдается следующее: 1) динамика КП 137Cs в компоненты второй группы повторяет таковую в структурах, загрязнение которых определяется корневым поступлением. Это наблюдается в том случае, когда процессы корневого поступления доминируют над всеми другими процессами; 2) изменение КП 137Cs характеризуется невыраженным трендом с колебаниями по отдельным годам относительно некоторой средней величины. Последнее происходит, когда наблюдается относительная нивелировка интенсивности процессов корневого поступления в растительность и самоочищения древесного яруса.
Многолетняя динамика КП 90Sr в древесную растительность заметно отличается от таковой 137Cs (рис. 21), причем со временем различия усиливаются. Это связано с тем, что в начальный период биологическая доступность 137Cs на большей части территории была выше, чем 90Sr и, следовательно, КП 137Cs в растения были больше. В последующем биологическая доступность 137Cs падает, тогда как 90Sr возрастает как в ряду автоморфных почв: дерново-подзолистые - черноземы, так и в ряду гидроморфных почв: дерново-подзолистые - глеевые - перегнойно-глеевые - торфяные. При этом воздействие почвенных свойств на биологическую доступность 90Sr, в отличие от 137Cs, выражено слабее, а в ряде случаев является даже противоположным. Так, рассматриваемый показатель для ^Sr в автоморфных почвах в многолетнем ряду нарастает, а в торфяниках, напротив, даже несколько снижается, что, видимо, обусловлено различиями в кислотности

и степени насыщенности ППК рассматриваемых почв Са - неизотопным аналогом ^Sr. Возможно, это связано также и со способностью ^Sr (как и Са) прочно связываться с органическим веществом почв, что не характерно для 137Cs.
Динамика пределов варьирования КП 137 Cs в лесную растительность. Более наглядно многолетнюю динамику КП I37Cs в древесный ярус отражают такие статистические показатели как пределы (шах, min) и размах варьирования (max - min) (рис. 22). Они характеризуются неодинаковой динамикой. Для структурных компонентов, удельная активность которых в значительной степени определяется поверхностным загрязнением - кора наружная, ветви мелкие и хвоя прошлых лет - размах варьирования КП 137Cs в древесный ярус в первые послеава- рийные годы максимален, затем к 3-4 году отмечается его резкое падение и последующая стабилизация на определенном уровне с незначительными колебаниями по отдельным годам. Очевидно, такой характер динамики обусловлен изменением со временем степени влияния двух факторов, определяющих накопление радионуклидов в рассматриваемых структурах: внешнего загрязнения и корневого поступления. В начальный период (2-3 года) доминирующее воздействие оказывают внешнее загрязнение и интенсивность процессов дезактивации. В последующие годы на естественное самоочищение накладываются процессы корневого поступления и перераспределения радионуклидов по компонентам древостоя.
Структурные компоненты, загрязнение которых, в основном, происходит в результате корневого потребления - кора внутренняя, прирост текущего года - отличаются 3-5-кратным превышением размаха варьирования КП 137Cs (rV). По динамике КП 137Cs и факторам, ее обусловливающим, к данной группе примыкает и древесина, хотя среди всех структурных компонентов она характеризуется минимальным

Рис, 22, Пределы и размах варьирования КП I37Cs в структурные компоненты сосны на территории 30-километровой зоны ЧАЭС, Украина

размахом варьирования КП 137Cs. Для всех указанных структур в многолетней динамике отмечается резкое нарастание rV от минимальных значений в первые послеаварийные годы до максимальных в 1992 г., после чего в динамике наблюдается сначала сужение диапазона rV, а затем дальнейшее его расширение. Очевидно» что это определяется

динамикой интенсивности корневого поступления радионуклидов в растения в многолетнем ряду и нарастанием влияния на КП ,37С$ почвенно-экологических условий. Колебания же rV по отдельным годам в основном обусловлены воздействием на биологическую доступность радионуклидов климатических условий года.
КП 90Sr характеризуется меньшим размахом варьирования и близостью диапазонов колебаний как в пределах ограниченных площадей на мезоуровне, так и на макроуровне - в пределах территорий, охватывающих несколько почвенно-климатических зон. Причина заключается в относительно слабом влиянии на КП 90Sr почвенноэкологических условий и воздействии одного фактора - первичной неоднородности форм выпадений.

<< | >>

↑

Источник: Щеглов А.И.. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах: По материалам 10-летних исследований в зоне влияния аварии на ЧАЭС.. 2000

Еще по теме КОЭФФИЦИЕНТЫ ПЕРЕХОДА Cs И ^Sr В КОМПОНЕНТЫ ДРЕВЕСНОГО ЯРУСА, ПРЕДЕЛЫ ИХ ВАРЬИРОВАНИЯ И ДИНАМИКА:

- Геохимия -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -