Накопление 137CS растениями лесных экосистем приграничных территорий Гомельской и Черниговской областей

0
118
Накопление 137CS растениями лесных экосистем приграничных территорий гомельской и черниговской областей

В результате аварии на Чернобыльской АЭС территории Украины и Беларуси были подвер­жены загрязнению радиоактивными изотопами, в первую очередь 137Cs. В значительной степени радиоактивное загрязнение охватило леса, имеющие хозяйственное значение. Поэтому в настоя­щее время очень актуальна проблема использования растений лесных экосистем в постчернобыльский период. Проблеме радиоактивного загрязнения дикорастущих лекарственных расте­ний, кормовых растений лесных экосистем посвящены публикации отечественных и зарубеж­ных исследователей [1-4, 11-17].

Цель и задачи исследования

Целью исследований было выяснение степени радиоактивного загрязнения 137Cs лекарствен­ных и других хозяйственно полезных видов растений лесных экосистем. Для достижения по­ставленной цели решались следующие задачи: определение типа леса; отбор и проведение агро­химических анализов проб почвы изучаемых объектов; распределение содержания радиоцезия в почвенном горизонте 0-10 см, 10-20 см, 20-30 см, сравнение полученных результатов с нормативом РДУ/ЛТС-2004.

Объекты и методика исследований

Объектами исследований служили лекарственные и другие хозяйственно ценные виды рас­тений. Всего с шести объектов отобрано 73 образца растений и 36 проб почвы. Изучение видо­вого состава лекарственных растений выполняли с использованием флористических методов [7]. Анализировали виды растений, произрастающих в растительных сообществах вблизи населен­ных пунктов. Отбор образцов растений и проб почвы для анализа выполнен по существующим методикам [5, 6, 8, 9]. На каждом объекте отбирали 6 проб почвы специальным пробоотборником с глубины 0-10, 10-20, 20-30 см. Определение содержания 137Cs в почвенных и растительных образцах производили на гамма-спектрометрах Теппеіес-Oxford и Canberra-Packard (США).

Степень радиоактивного загрязнения лекарственных растений и возможность их безопасно­го использования оценивали путем сопоставления полученных результатов с нормативными по­казателями Республиканского допустимого уровня содержания 137Cs в лекарственно-техническом сырье (РДУ/ЛТС-2004) [10].

Результаты исследований и их обсуждение

Летом 2010 г. выполнены полевые исследования по изучению радиоактивного загрязнения 137Cs лекарственных и других хозяйственно полезных видов растений в лесных экосистемах при­граничных территорий: 4 объекта в Гомельском районе Гомельской области и 2 — в Семеновском районе Черниговской области.

Объект № 1 — сосняк чернично-мшистый в 1 км северо-восточнее д. Глыбокое Гомельского района. Координаты: N 52°; 03′; 85.3″, Е 31°; 15′; 24.1″. Высота 234 м над уровнем моря. Почва дерново-подзолистая супесчаная, свежая, сильнокислая, рНКС1 — 4,1 [10]. Содержание обменного кальция и магния очень низкое, соответственно 277 и 32 мг/кг, содержание подвижного калия низкое — 133 мг/кг, фосфора повышенное — 235 мг/кг, органического вещества также повышен­ное — 3,46 %. Основное количество 137Cs в почве находится в горизонте 0-10 см (50,0 % или 60 Бк/кг), в нижележащих горизонтах его зафиксировано, соответственно, 37,5 и 12,5 %. На этом объекте для радиологического анализа отобрано 15 образцов растений и 6 проб почвы.

Объект № 2 — сосняк дубняково-мшистый в 0,5 км юго-восточнее деревни Марковичи Гомельского района. Координаты: N 52°; 06′; 41.3”, Е 31°; 12′; 95.5”. Высота 178 м над уровнем моря. Почва дерново-подзолистая супесчаная, свежая, сильнокислая, рНКС1 — 3,3. Содержание об­менных кальция и магния очень низкое, соответственно, 353 и 45 мг/кг.

Обеспеченность подвижными калием и фосфором низкая и высокая, то есть 80 и 345 мг/кг, соответственно. Содержание органического вещества выше среднего — 6,20 %.

Основное количество радиоцезия находится в горизонте 0-10 см (65,6 % и 63 Бк/кг). В нижележащих горизонтах, соответственно, 18,8 и 1,2 %. Из этой экосистемы для радиологиче­ского анализа взято 12 образцов растений и 6 проб почвы.

Объект № 3 — сосняк дубняково-мшистый в 1 км юго-западнее деревни Кравцовка Гомель­ского района. Координаты: N 52°; 06′; 60.8”, Е 31°; 04′; 98.2”. Высота 167 м над уровнем моря. Почва дерново-подзолистая супесчаная, свежая, сильнокислая, рНКС1 — 4,0.

Как и на предыдущих объектах, содержание обменных кальция и магния — очень низкое, 253 и 24 мг/кг. Обеспеченность подвижными формами калия и фосфора также очень низкое, 58 и 50 мг/кг, соответственно. Содержание органического вещества высокое — 4,97 %.

Основное количество 137Cs в почве находится в горизонте 0-10 см — 150 Бк/кг (67,0 %). В нижележащих горизонтах, соответственно, 19,6 и 13,4 %. Для радиологического анализа из этой экосистемы отобрано 12 образцов растений и 6 проб почвы.

Объект № 4 — сосняк ракитниково-мшистый в 0,5 км южнее д. Новая Гута Гомельского района. Координаты: N 52°; 05′; 96”, Е 30°; 59′; 17.8”. Высота 148 м над уровнем моря. Почва дерново-подзолистая супесчаная, свежая, сильнокислая, рНКС1 — 3,9. Содержание обменного каль­ция и магния очень низкое, 228 и 23 мг/кг; подвижного калия и фосфора также очень низкое — 53 и 56 мг/кг, органического вещества высокое — 5,74 %. Из этой лесной экосистемы для ра­диологического анализа взято 11 образцов растений и 6 проб почвы. Содержание 137Cs в почве в горизонте 0-10 см — 150 Бк/кг (70 %); 10-20 см — (20,6 %); 20-30 см — (9,3 %).

Объект № 5 — сосняк березово-разнотравный в Блешнянском лесничестве Семеновского рай­она Черниговской обл. Координаты: N 52°; 15′; 38.4”, Е 32°; 40′; 28.2”. Высота 158 м над уровнем моря. Почва дерново-подзолистая супесчаная, свежая, сильнокислая, рНКС1 — 4,2. Содержание обменного кальция и магния очень низкое — 283 и 27,5 мг/кг, соответственно. Обеспеченность почвы подвижным калием и фосфором низкая и повышенная, 124 и 243 мг/кг. Содержание орга­нического вещества высокое — 4,25 %.

Содержание 137Cs в почве в горизонте 0-10 см — 90 Бк/кг (60,0 %); в нижележащих горизон­тах 21,4 и 12,0 %. На этом объекте для радиологического анализа отобрано 12 образцов растений и 6 проб почвы.

Объект № 6 — сосняк чернично-мшистый в квартале 19 Орликовского лесничества Семе­новского района. Координаты: N 52°; 15′; 56.8”, Е 32°; 40′; 59.9”. Высота 164 м над уровнем моря. Почва дерново-подзолистая супесчаная, свежая, сильнокислая рНКС1 — 4,0. Обеспеченность обменным кальцием и магнием очень низкая — 225 и 24 мг/кг. Содержание подвижных калия и фосфора в почве также очень низкое — 49 и 48 мг/кг. Как и на предыдущих объектах, почва харак­теризуется повышенным содержанием органического вещества — 4,25 %.

Содержание 137Cs в почве в горизонте 0-10 см — 65 Бк/кг (67,7 %); в нижележащих горизон­тах 10-20 см — 23 Бк/кг (23,40 %); 20-30 см — 12 Бк/кг (15,5 %). Из этой лесной экосистемы для радиологического анализа взято 11 образцов растений и 6 проб почвы.

Следует отметить, что почвы исследуемых экосистем схожи по ряду агрохимических и радиологических показателей.

Результаты радиологического анализа видов растений на содержание 137Cs представлены в таблице.

Накопление 137Cs различными видами растений зависит от плотности загрязнения почвы радионуклидом, биологических особенностей видов накопителей 137Cs из почвы, почвенных условий и др.

Анализируя полученные данные, можно отметить, что при концентрации радионуклидов в верхнем горизонте и кислой реакции почвы, низком содержании калия и кальция возможны высокие переходы радионуклидов в растения. Особо следует отметить факты высокого содержания органического вещества, которое существенно снижает интенсивность миграции радионуклидов.

Таблица. Аккумуляция 137Cs растениями в лесных экосистемах Гомельской и Черниговской областей

Дата отбора образцов Вид, растительный образец Содержание 137Cs в растениях, Бк/кг КН по 137Cs, Бк/кг : Бк/кг

09.07.2010

Объект № 1

Lamium purpureum L. — трава Меньше МДА
  Fragaria vesca L. — трава Меньше МДА
  Chamaenerion angustifolium L. — трава 8,0 0,13
  Betula pendula Roth — ветви с листьями Меньше МДА
  Sorbus aucuparia L. — ветви с листьями, дер. 153,0 2,55
  Hypericum perforatum L. — трава 20,0 0,33
  Rubus idaeus L. — побеги с листьями, куст. 21,0 0,33
  Frangula alnus Mi11. — ветви с листьями, куст. Меньше МДА
  Pyrus communis L. — ветви с листьями, дер. Меньше МДА
  Lapsana communis L. — трава Меньше МДА
  Lycopodium clavatum L. — трава Меньше МДА
  Veronica officinals L. — трава 170,0 2,83
  Pinus sylvestris L. — ветви с хвоей, дер. Меньше МДА
  Sambucus racemosa L. — ветви с листьями 7,0 0,12
  Athyrium filix-femina (L.) Roth — трава 80,0 1,33
09.07.2010

Объект № 2

  Quercus robur L. — ветви с листьями, дер. 33,0 0,52
  Lapsana communis L. — трава Меньше МДА
  Oenothera biennis L. — трава Меньше МДА
  Helichrysum arenareum (L.) Moench — трава Меньше МДА
  Pinus sylvestris L. — ветви с хвоей, дер. Меньше МДА
  Frangula alnus Mi11. — ветви с листьями, куст. Меньше МДА
  Sorbus aucuparia L. — ветви с листьями, дер. Меньше МДА
  Rubus idaeus L. — побеги с листьями, куст. Меньше МДА
  Betula pendula Roth — ветви с листьями Меньше МДА
  Calamagrostis epigeios (L.) Roth — трава 181,0 2,86
  Chamaenerion angustifolium (L.) Scop. — трава Меньше МДА
  Athyrium filix-femina (L.) Roth — трава Меньше МДА
09.07.2010

Объект № 3

  Artemisia vulgaris L. — трава 74,0 0,49
  Quercus robur L. — ветви с листьями, дер. 415,0 2,76
  Athyrium filix-femina (L.) Roth — трава 383,0 2,55
  Frangula alnus Mi11. — ветви с листьями, куст. Меньше МДА
  Rubus idaeus L. — побеги с листьями, куст. 152,0 1,01
  Vaccinium myrtillus L. — ветви с листьями, куст. Меньше МДА
  Hypericum perforatum L. — трава Меньше МДА
  Pinus sylvestris L. — ветви с хвоей, дер. Меньше МДА
  Betula pendula Roth — ветви с листьями Меньше МДА
  Daucus carota L. — трава 13,0 0,08
  Sorbus aucuparia L. — ветви с листьями, дер. 53,0 0,35
  Conyza canadensis (L.) Cronq. — трава 42,0 0,28
09.07.2010

Объект № 4

  Frangula alnus Mi11. — ветви с листьями, куст. Меньше МДА
  Solidago virgaurea L. — трава 141,0 0,94
  Convallaria majalis L. — трава 209,0 1,39
  Pinus sylvestris L.  — ветви с хвоей, дер. 137,0 0,91
  Quercus robur L. — ветви с листьями, дер. 122,0 0,81
  Rubus idaeus L. — побеги с листьями, куст. 189,0 1,26
  Sorbus aucuparia L. — ветви с листьями, дер. Меньше МДА
  Athyrium filix-femina (L.) Roth — трава 122,0 0,81
  Chimaphila umbellate (L.) W. Barton — трава 32,0 0,21
  Melampyrum sylvaticum L.  — трава 13,0 0,09
  Chamaecytisus ruthenicus (Fisch. ex Wo1oszcz. — трава 18,0 0,12
13.08.2010

Объект № 5

  Pinus sylvestris L. — ветви с хвоей, дер. Меньше МДА
  Chamaenerion angustifolium (L.) Scop. — трава 9,0 0,10
  Betula pendula Roth — ветви с листьями Меньше МДА
13.08.2010 Sorbus aucuparia L. — ветви с листьями, дер. Меньше МДА
  Hypericum perforatum L. — трава 18,0 0,20
  Rubus idaeus L. — побеги с листьями, куст. Меньше МДА
  Fragaria vesca L. — трава Меньше МДА
  Frangula alnus Mi11. — ветви с листьями, куст. Меньше МДА
  Convallaria majalis L. — трава 182,0 2,02
  Calamagrostis epigeios (L.) Roth — трава 160,0 1,78
  Lycopodium clavatum L.  — трава 19,0 0,21
  Dryopteris carthusiana /Vi11.) H.P.Fuchs — трава 27 0,30
 

Объект № 6

  Pinus sylvestris L.  — ветви с хвоей, дер. Меньше МДА
  Betula pendula Roth — ветви с листьями Меньше МДА
  Frangula alnus Mi11. — ветви с листьями, куст. Меньше МДА
  Vaccinium myrtillus L. — ветви с листьями, куст. 232 3,57
  Chamaenerion angustifolium (L.) Scop. — трава Меньше МДА
  Pteridium aquilinum (L.) Kuhn — трава 116 1,78
  Calluna vulgaris (L.) Hi11. — трава 124 1,90
  Sorbus aucuparia L. — ветви с листьями, дер. Меньше МДА
  Orthilia secunda (L.) House — трава 68 1,05
  Chimaphila umbellate (L.) W. Barton — трава 92 1,42
  Chamaecytisus ruthenicus (Fisch. ex Wo1oszcz.  — трава Меньше МДА


Примечание.
Удельная активность — это содержание радионуклида в единице массы, Бк/кг; КН — коэф­фициент накопления, характеризует отношение содержания радионуклида в единице массы растения к содержанию радионуклида в единице массы почвы, Бк/кг: Бк/кг; МДА — минимальная детектируемая активность.

Известно, что один и тот же вид в бедных и более влажных условиях местопроизрастания накапливает 137Cs в большем количестве, чем в более богатых и сухих. В отобранных образцах растений не ожидалось увеличения накопления радионуклида, поскольку во всех случаях рас­тения отбирались из экосистем с дерново-подзолистыми почвами со свежими типами местопро­израстания.

Заключение

Полученные данные свидетельствуют о том, что в исследованных лесных экосистемах про­исходят разнонаправленные процессы миграции 137Cs в их компонентах — очищение одних и уве­личение радиоактивного загрязнения других. Только на объекте № 3 Quercus robur L. и Athyrium filixfemina (L.) Roth превышали норматив РДУ/ЛТС-2004 по 137Cs, равный 370 Бк/кг. В большей части образцов растений содержание 137Cs имело значение меньшее минимальной дозы акку­муляции и отвечало нормативу РДУ/ЛТС-2004 по 137Cs, поэтому они могут быть использованы как лекарственное сырье. Наблюдается не только видовая специфичность накопления 137Cs рас­тениями, но и варьирование накопления радионуклидов растениями различных семейств и си­стематических групп. Наибольшее накопление характерно для папоротникообразных, а также представителей семейств Pyrolaceae Lind1., Ericaceae Juss. В большей мере 137Cs накапливается у растений, корневые системы которых размещены в верхних слоях почвы (Veronica officinals L., Calamagrostis epigeios (L.) Roth, Convallaria majalis L.).

  1. Краснов В.П. Радиоактивное загрязнение цезием-137 лекарственных растений Украинского Полесья / В.П. Краснов, А.А. Орлов, С.П. Ирклиенко и др. // Растительные ресурсы. — 1996. — Т 32, вып. 3. — С. 6-43.
  2. Краснов В.П. Коэффициенты перехода цезия-137 в системе «почва-фитомасса черники» в различных экологических условиях / В.П. Краснов, А.А.Орлов, Е.З. Короткова // Тез. докл. 2-ой межд. конф. «Проблемы сельскохозяйственной радиологии — десять лет спустя после аварии на Чернобыльской АЭС». — Житомир, 1996. — С. 60-63.
  3. Елиашевич Н.В. Накопление радионуклидов хозяйственно полезными растениями / Н.В. Елиашевич, Т.Г. Иванова // 1-й Всесоюзн. радиологич. съезд: тез. докл. — Пущино, 1989. — С. 441-442.
  4. Елиашеваич Н.В. Накопление радионуклидов лекарственными растениями по типам их местообита­ний / Н.В. Елиашевич, Р.В. Рубанова // Радиологич. съезд (г. Киев, 20-25 сентября 1993 г.): тез. докл. — Часть I. — Пущино, 1993. — С. 338.
  5. Крупномасштабное агрономическое и радиологическое обследование почв сельскохозяйственных угодий Беларуси : методические указания / Науч. ред. академик НАН РБ И.М. Багдевич . — Минск. : Хата, 2001. — 60 с.
  6. Методика полевых геоботанических исследований. — М. ; Л. : Изд-во АН СССР, 1938. — 215 с.
  7. Определитель высших растений Беларуси / Под ред. В.И. Парфенова. — Минск : Дизайн ПРО, 1999. — 472 с.
  8. Программа и методика биогеоценологических исследований / Под ред. Дылиса Н.В. — М. : Наука, 1974. — 404 с.
  9. Радиоактивное загрязнение растительности Беларуси (в связи с аварией на Чернобыльской АЭС) / Под общ. ред. В.И. Парфенова, Б.И. Якушева. — Минск.: Наука и техника, 1995. — 112 с.
  10. Постановление Главного государственного санитарного врача Республики Беларусь от 24.12.2004 № 152 «Об утверждении Гигиенического норматива 2.6.1.8-10-2004 «Республиканский допустимый уровень содержания цезия-137 в лекарственно-техническом сырье (РДУ/ЛТС-2004)».
  11. Ciuffo L. E. C. Comparison of spatia1 patterns of 137Cs and 40K in natura1 grass1and soi1-to-p1ant re1ationship / L. E. C. Ciuffo, J. H. U1acco, R. H. Ve1asco // ECORAD — 2001 — Vo1. 1. — The radioeco1ogy — ecotoxico1ogy of continenta1 and estuarine environments / Proc of the Internationa1 Congress. — Aix-en-Provence: EDP Sciences, 2002. — 559-564.
  12. Gillit A.G. A review of 137Cs transfer to fungi and consequences for mode1ing environmeta1 transfer / A.G. Gi11it, N.M.J. Grout // J. of Environ. Radioact. — 2000. — № 48. — P. 95-121.
  13. Goor F Processes, dynamics and mode11ing of radiocaesium cyc1ing in a chronosequence of Chernoby1 — contaminated Scots pine (Pinus sylvestris L.) p1antations / F. Goor, Y Thiry // Science of the Tota1 Environment.  — 2004. — Vo1. 325. — P. 163-180.
  14. Modeling the migration and accumu1ation of radionuc1ides in forest ecosystems: Report of the forest working group of the biosphere mode11ing and assessments (BIOMASS) programme. — Viena: IAEA, 2002. — 127 p.
  15. Fesenko S. V Identification of processes governing 1ong-term accumu1ation of 137Cs in forest trees fo11owing the Chernoby1 accident / S.V. Fesenko, N.I. Sanzharova, P.P.Avi1a [et a1.] // Radiat. Environ. Biophys. — 2001. — Vo1. 40. — P. 105-113.
  16. EUR 16531 — The behavior of radionuc1ides in natura1 seminatura1 ecosystems / M. Be11i, F. Tikhomirov // European Commission, Luxemburg: office for officia1 pub1ications of the European Communities, 1996. — Vo1. 8. — P. 136.

Авторы: Л.М. Сапегин, Н.М. Дайнеко, С.Ф. Тимофеев, А.В. Лукаш
Источник: Промышленная ботаника. — 2011. — Вып. 11. — С. 26-31. С. 26-31.