СОДЕРЖАНИЕ И ДИНАМИКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В ЛЕСНОЙ ПОДСТИЛКЕ

В лесных почвах подстилка является одним из важнейших экологобиосферных факторов, определяющих пространственно-временное поведение химических элементов, в том числе радионуклидов [8, 90, 102, 103, 238, 239, 242].
Одним из показателей интенсивности вертикального перераспределения радионуклидов может служить их доля (% от суммарной плотности загрязнения), оставшаяся в отдельных слоях и лесной подстилке в целом. В настоящее время в подстилке в среднем удерживается от 27 до 91% 137Cs (табл. 58). По мере удаления от источника выброса наблюдается нарастание количества радионуклидов, мигрирующих из подстилки в минеральную толщу. Однако размах колебаний частных определений рассматриваемого показателя в различных
Таблица 58 Диапазон колебаний содержания ,37Cs в подстилке лесных БГЦ на загрязненной территории Европейской части СНГ (по данным на 1992 г.), %

Регион	По средним значениям	По данным частных определений
Россия
Тульская обл.	0,1-0,5	0,1-1,0
Калужская обл.	26,5-76,0	8,9-91,8
Брянская обл.	33,3-64,8	7,1-87,4
Украина
30-километровая зона ЧАЭС	58,3-90,5	9,5-95,5

Рис. 51. Удерживающая способность подстилки в зависимости от ее мощности

почвенно-климатических зонах при очевидной неадекватности физикохимических форм радиоактивных выпадений достаточно близок, что свидетельствует о доминирующем влиянии на миграцию радионуклидов другого фактора - мощности и строения лесной подстилки (рис. 51).
Степень влияния подстилки на интенсивность перераспределения 137Cs в различном диапазоне ее мощностей неодинакова. Наиболее тесная зависимость наблюдается в интервале до 3,5-4,0 см; начиная с до 5,5 см, эта связь ослабевает. В данном диапазоне отмечается расширение облака частных определений, что свидетельствует о влиянии других факторов, способствующих как увеличению, так и снижению аккумулирующей роли подстилки. В интервале от 6,0 до 12,0 см зависимость удерживающей способности лесной подстилки от изменения ее мощности минимальна, т.е. доминирование данного фактора становится абсолютным. Такая ситуация чаще всего складывается в хвойных фитоценозах: мертвопокровных сосняках и ельниках-зеле- номошниках с развитым моховым покровом и подстилкой типа мор или модер-мор, а также у приствольных повышений (табл. 59). В этих условиях удерживающая способность подстилки по отношению к 137Cs максимальна, что обусловлено несколькими причинами: слабой трансформацией опада в составе подстилки и незначительным смешиванием с минеральной массой [197]. Последнее и большая мощность подстилки (gt; 6 см) приводят к нарушению капиллярных связей и передвижения влаги и веществ в толще почв и, следовательно, способствуют аккумуляции радионуклидов в подстилке; аккумулирующей ролью микобиоты, которая в хвойных ценозах развита в наибольшей степени по сравнению с другими БГЦ. Мицелий
Таблица 59. Влияние мощности и состава растительного опада лесной подстилки на аккумуляцию в ней ]37Cs (л = 5-30)

Участок	Тип БГЦ (состав опада в подстилке)	Мощность подстилки, см			Содержание l37Cs, % от суммы в профиле
		М	max	min	М	max	min

Л-1	Широколиствен нососновый (лиственно-хвой ный)	3,9	7	1,5	26,5	50,1	10,3
E-l	Широколиствен но-еловый (хвойнолисг- венный)	4,9	7,5	2,5	52,8	69,1	21
Х-1	Сосняк (хвойный)	4,3	5	3,5	59,3	78 ,	16
Ш-5	Сосняк (хвойный)	4,5	12	0,5	83,4	98,4	9,5
Е-3	Ельник (моховохвойный)	7,3	7,5	6,5	91,8	93	68,4
Л-2	Сосняк на верховом болоте (сфагновый очес)	11,3	18,5	5,5	76	89	60
Х-4	Черноолынат- ник (лиственный)	3,1	4	2	23,1	38	12

Примечание Уел. обозн. см. в табл. 26.

Таблица 60. Влияние мохового покрова на аккумулирующую роль лесной подстилки (по данным на 1992 г., средние значения при л= 16)

Участок	БГЦ	Мощность подстилки (см), наличие мохового покрова*	Спой	l37Cs, %**
Кл-1	Широколиственно-	4.5(+)	Подстилка	50,9
	сосновый лес		Минеральная часть	49,1
Зл-1	Сосняк	3,5(-)	Подстилка	35,3
			Минеральная часть	64,7
НЗ-2	Сосняк	4.4С-)	Подстилка	35,7
			Минеральная часть	64,3
Км-1	Сосняк	4,3(+)	Подстилка	59,9
			Минеральная часть	40,1
*(+)-	моховой покров хорошо выражен; (-) -		моховой покров отсутствует.
** От суммарного содержания в почвенном профиле.

Глубина, см	Год образования	Содержание 137Cs, %	Глубина, см	Год образования	Содержание l37Cs, %
0-2,0	1992	14,2	8,0-9,5	1977-1979	3,3
2,0-3,5	1989-1991	19,3	9,5-11,0	1974-1976	4,1
3,5-5,0	1986-1988	24,0	11,0-12,5	1971-1973	4,4
5,0-6,5	1983-1985	18,5	12,5-14,0	1968-1970	5,6
6,5-8,0	1980-1982	6,8	Вся толща	1968-1992	100,0
			(0-14,0)

Таблица 61. Распределение 137Cs в толще сфагнума (Sphagnum girgensohnii Russ) верхового болота, % от суммарного содержания в 0-14-сантиметровой толще

грибов является "депо” по отношению к радионуклидам, от 10 до 60% общих запасов 137С$ в лесных почвах может сосредоточиваться в грибном комплексе [304, 312, 335,357]; развитием мохового покрова. В БГЦ с хорошо выраженным моховым покровом лесная подстилка характеризуется более высокой удерживающей способностью (табл. 60). Роль напочвенного мохового и лишайникового покрова в перераспределении радионуклидов связана с тем, что мхи и лишайники являются растениями-накопителями радиоактивных элементов, тем самым они сдерживают их миграцию в ландшафтах.
В ряду болотных лесных ценозов наименьшее содержание радионуклидов в верхнем слое (О) наблюдается в черноольховых низинных болотах и наибольшее - в сосняках верховых болот с мощным слоем сфагнового очеса (см. табл. 57). В толще сфагнового очеса верхового болота также наблюдается неравномерность распределения 137Cs по его толщине (табл. 61). Основной процент 137 Cs приурочен к верхнему

5-сантиметровому слою очеса с абсолютным максимумом в отмерших

остатках сфагнума 1986-1988 гг., что вполне закономерно. Ниже этого уровня отмечается довольно резкое падение концентрации 137Cs, а затем - относительно равномерное распределение его по подстилающим слоям очеса. Такой характер распределения 137Cs в толще очеса обусловлен спецификой его формирования и сложения, что выражается в слоеватости- чередовании слоев лиственного опада и отмерших частей мха.
При отсутствии сплошного мохового покрова, маломощности и близости качественного состава и сложения подстилки с торфяным горизонтом интенсивность миграции радионуклидов из горизонта О в нижележащие слои гидроморфных лесных ландшафтов максимальна. Очевидно, повышенная миграция радионуклидов в этих условиях обусловлена также высокой насыщенностью влагой профиля почв (рис. 52, 53). Так, в черноольшатниках в подподстилочную толщу практически во всех регионах мигрировало по истечении 10 лет около 80% от их суммарного содержания в почве.
В лесах, где преобладает лиственный опад и формируется маломощная неполнопрофильная подстилка, ее аккумулирующая роль невелика. В этих ценозах также отмечается интенсивная миграция радионуклидов в минеральную толщу (см. табл. 59).
Особую же роль в миграции радионуклидов играет подстилка лесных БГЦ лесостепи, сформированных на черноземах и серых лесных почвах, где ее удерживающая способность минимальна вследствие слабой выраженности, малой мощности и фрагментарности [280]. Здесь подстилка неполнопрофильная и практически полностью состоит из свежего растительного опада, который довольно быстро перерабатывается почвенной зоофауной.
Таким образом, в лесных ландшафтах миграция радионуклидов во многом определяется наличием в профиле почв специфического органогенного горизонта - подстилки. Как правило, она является биогеохи- мическим барьером на пути вертикальной миграции радионуклидов, степень выраженности которого зависит от ее типа, строения и мощности, наличия или отсутствия мохового покрова. В лиственных лесах, где подстилка неполнопрофильная и маломощная, ее удерживающая способность невелика. Здесь наблюдается наибольшая интенсивность миграции основных дозообразующих радионуклидов, в частности 137 Cs, в минеральную толщу. В целом по удерживающей способности подстилки исследуемые БГЦ можно расположить в следующий ряд: лиственный лес lt; широколиственно-хвойный лес lt; lt; хвойный лес с невыраженным моховым покровом lt; хвойный лес с выраженным моховым покровом.
Внутри подстилки удерживающая способность ее подгоризонтов неодинакова. Вследствие этого со временем внутри подстилки происходит перераспределение радионуклидов (см. рис. 53). На начальных этапах после поступления радиоактивных веществ на поверхность
Рис. 53. Многолетняя динамика перераспределения 137Cs в подстилке (01, 02, 03) и органо-минеральной толще лесных почв различных БГЦ почвы вся активность в лесных и луговых экосистемах сосредоточивается в верхнем листовом слое подстилки 01 и ветоши (более 90% от суммарной плотности). В последующем наблюдаются существенные различия в поведении радионуклидов в подстилках рассматриваемых биогеоценозов, которые с течением времени нарастают.

Многолетняя динамика. В динамике в листовом слое 01 происходит интенсивное однонаправленное снижение запасов радионуклидов (137Cs) в многолетнем ряду, особенно в первые годы после аварии (рис. 54). В последующем темпы этого снижения существенно замедляются, и к 5 году после выпадений количество 137Cs в слое 01 лесной подстилки всех ценозов стабилизируется приблизительно на одном уровне - около 1%. Такой характер динамики самоочищения Ol, несомненно, связан с динамикой поступления растительного опада и изменением степени его загрязнения. Самоочищение листового слоя более выражено в хвойных БГЦ с полнопрофильной подстилкой. Последнее обусловлено особенностями сложения и мощности слоя Ol, а также скоростью разложения опада в этих условиях. В лиственных ценозах с фрагментарно выраженной подстилкой, состоящей в основном из листового слоя, самоочищение Ol более растянуто во времени, несмотря на кажущуюся очевидность более быстрого протекания процесса самоочищения (цикл полного обновления листьев - 1 год, хвои - 2-3 года). Это связано с неадекватностью подгоризонта Ol в хвойных и лиственных ценозах, а также с большей загрязненностью ассимилирующих органов лиственных пород по сравнению с хвоей [98].
Иной вид имеет динамика содержания 137Cs в ферментативном (02) и гумифицированном (03) подгоризонтах лесной подстилки. Она характеризуется неоднозначностью изменения запасов I37Cs в многолетнем ряду: отмечаются периоды нарастания запасов 137Cs до определенного максимума, затем их снижения и стабилизации на соответствующем уровне в зависимости от типа БГЦ, ландшафтно-экологических условий и характера подстилки. В подгоризонте 02 этот уровень почти на порядок выше, чем в Ol и несколько ниже, чем в 03. Вместе с тем, если на территории дальней части зоны выпадений стабилизация (на уровне 10- 20% в слое 02) наступает к 8-9 годам, то на участках ближней части зоны выпадений этот момент сдвинут на более поздний период. Последнее, очевидно, обусловлено различиями в фазовом состоянии радионуклидов в почвах на территории зоны загрязнения [2-6]. В ряду БГЦ более высокий уровень относительной стабилизации запасов 137Cs в слое 02 отмечается в хвойных ценозах на автоморфных ландшафтах и минимальный - в ценозах гидроморфных ландшафтов вследствие различий в процессах трансформации органического вещества подгоризонта 02, его удерживающей способности и скорости вертикальной миграции радионуклидов в профиле указанных почв в целом.
В гумифицированном слое лесной подстилки (03) по сравнению с ферментативным все периоды в динамике запасов 137Cs более растянуты во времени. Если в 02 максимум содержания 137Cs приходится на 6 годы, а стабилизация запасов данного радионуклида происходит примерно на 8 год после выпадений, то в подгоризонте 03 до настояще-

Рис, 54. Динамика вертикального перераспределения 137С$ в подстилке лесных БГЦ 30-километровой зоны ЧАЭС, Украина 1 - слой 01; 2 - слой 02; 3 - слой 03

го времени, как правило, наблюдается увеличение количества 137Cs, хотя темпы этого роста спустя 6 лет замедляются. Исключение составляют лесные ценозы ближней части зоны выпадений, где темпы отмеченного роста в слое 03 сохраняются и по истечении 9-10 лет. Правомерно также предположить, что, в силу отличий в интенсивности и глубине процессов трансформации гумифицированного слоя подстилки и его сорбционной емкости, динамика содержания 137Cs в данном слое, несмотря на сходство с таковой в 02, не будет иметь выраженных пиков.
Заключая'анализ, можно констатировать, что ведущими процессами, обусловливающими перераспределение радионуклидов в слоях лесной подстилки, являются поступление на поверхность почвы относительно более чистого растительного опада и скорость трансформации органического вещества. Вследствие этого самоочищение и перераспределение радионуклидов (137Cs) в различных слоях лесной подстилки характеризуются неодинаковой динамикой и интенсивностью. Наибольшая скорость самоочищения с выраженной однонаправленной динамикой приурочена к верхнему листовому слою 01 с периодом полуочищения около 2 лет. В этом слое уже к 4-5 году после выпадений содержание ,37С$ достигает уровня, близкого к квазирав- новесному состоянию - приблизительно 1%. В ферментативном и гумифицированных подгоризонтах подстилки динамика запасов 137Cs характеризуется периодами их нарастания до определенного максимума, затем снижения и стабилизации на соответствующем уровне в зависимости от типа БГЦ, ландшафтно-экологических условий и слоя подстилки. В настоящее время содержание 137Cs в слое 02, как правило, уже стабилизировалось на уровне 10-20% (исключение составляют ценозы ближней части 30-километровой зоны ЧАЭС), тогда как в слое 03, напротив, состояние, близкое к квазиравновесному, еще не достигнуто. Оно сдвинуто во времени на более поздний период. Все это свидетельствует о том, что расчет периодов полуочищения различных подгоризонтов подстилки должен проводиться дифференцированно, с учетом присущей этим слоям динамики и периодов неравновесного состояния в содержании радионуклидов.
Исходя из существующего распределения радионуклидов (на большей части территории в ней удерживается до 70% радиоактивных выпадений, а содержание 137Cs в большинстве ее слоев близко к уровню квазиравновесного состояния), количественная оценка их перехода в минеральную толщу и расчет периодов полуочищения лесной подстилки показывают следующее (табл. 62).
Средняя величина годового перемещения радионуклидов из подстилки в минеральную толщу почв составляет на автоморфных ландшафтах Украинского Полесья 1,9-3,7%, Российской Федерации 5-6% и около 7% на гидроморфных ландшафтах всей территории загрязнения. Вариации этого показателя обусловлены: почвенно-экологическими условиями экотопа. Средняя многолетняя величина годового перераспределения радионуклидов среди лесных БГЦ автоморфных ландшафтов примерно в 2 раза выше в
Таблица 62 Многолетняя динамика перераспределения l37Cs в толще лесных почв, % от суммарного содержания в почвенном профиле

Учас ток	Слой	Годы								Вынос, % в год
Учас ток	Слой	1987	1988	1989	1990	1991	1992	1994	1995	Вынос, % в год
		30-километровая зона ЧАЭС (Украина)
Д-1	ЛП*	93,9	92,9	92,4	88	83	80,4	68,9	66,3	3,7
	МТ	6,1	7,1	7,6	12	17	19,6	31,1	33,7	0,0
д-з	ЛП	93,4	88,2	85,6	74,6	66,4	58,3	60,1	51,3	5,4
	МТ	6,6	11,8	14,4	25,4	33,6	36,7	39,9	48,7	0,0
К-2	ЛП	97,4	95,9	91,8	90,4	89,9	90,5	86	82,6	1,9
	МТ	2,6	4,1	8,2	9,6	10,1	9,5	14	17,4	0,0
Ш-1	ЛП	94,1	91	93,3	91,6	88,2	86	82,8	81,5	2,0
	МТ	5,9	9,0	6,7	8,4	11,8	14	17,2	18,5	0,0
				Тульская обл. (Россия)
Пл-1	ЛП	_**	58,3	42,1	15,2	5	0,5	-	-	14,2
	МТ	-	41,7	57,9	84,8	95	99,5	-	-	0,0
Пл-2	ЛП	-	44,9	35,4	П,5	2,4	0,1	-	-	14,3
	МТ	-	55,1	64,6	88,5	97,6	99,9	-	-	0,0
				Брянская обл. (Россия)
Кл-1	ЛП	-	79,2	75,3	70,5	69,1	62,5	-	-	5,4
	МТ	-	20,8	24,7	29,5	30,9	37,5	-	-	0,0
Кл-2	ЛП	-	80,4	70,1	57	57,2	50,9	-	-	7,0
	МТ	-	19,6	29,9	43	42,8	49,1	-	-	0,0
Зл-1	ЛП	-	91,5	90	80,9	70,8	58,1	-	-	6
	МТ	-	8,5	10	19,1	29,8	41,9	-	-	0,0

* ЛП - лесная подстилка; МТ - подподсгилочная толща почвы. ** Прочерк означает отсутствие данных.
широколиственно-хвойных лесах по сравнению с чистыми сосняками и широколиственно-хвойными ценозами ближней части 30-километровой зоны ЧАЭС, что, как неоднократно подчеркивалось, обусловлено физико-химической природой радиоактивных выпадений и спецификой процессов почвообразования, протекающих в чисто хвойных и лиственно-хвойных лесах [59, 157]; удаленностью территории от источника выброса. На территории Российской Федерации величина годового выноса 137Cs из подстилки примерно в 1,5 раза выше, чем в аналогичных. БГЦ ближней части зоны выпадений (см. табл. 62); климатическими показателями отдельных лет. Диапазон колебаний величины годового поступления 137Cs из подстилки в минеральные слои составляет примерно 0,5-11%. Варьирование рассматриваемого показателя хорошо согласуется с многолетней динамикой суммы осадков за период вегетации. Во влажные годы происходит заметное усиление интенсивности миграции радионуклидов в почвах на территории зоны загрязнения.

<< | >>

↑

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 СОДЕРЖАНИЕ И ДИНАМИКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В ЛЕСНОЙ ПОДСТИЛКЕ:

- 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 -