• Напечатать
• Спросить
• Отправить другу
• Поделиться
  • Facebook
  • Twitter
• Подписаться на новости

Вплив агрохімічних властивостей ґрунту на рухливість радіонуклідів

Значна кількість радіонуклідів уже в перші роки після переміщення у ґрунт досить міцно фіксується. На перший погляд їх міграція має визначатися співвідношенням водорозчинної, обмінної та інших форм. Відомо, що чим більше водорозчинних і обмінних форм радіонуклідів у ґрунті, тим швидше вони рухаються. Але після того, як радіонукліди потрапили у ґрунт, з ними відбуваються різноманітні процеси, що змінюють їх рухливість. Внаслідок утворення важко- і нерозчинних сполук відбувається хімічне осадження радіонуклідів, завдяки сорбції глинистими мінералами з часом збільшується кількість радіоактивного елемента в кристалічній решітці. На перебіг усіх цих процесів впливає близько 10 характеристик ґрунтових умов.

Кислотність ґрунту. У лісах території радіоактивного забруднення України найбільше поширені дерново-підзолисті, оторфовані та торфові ґрунти. Вони відрізняються значною кислотністю, тому тут відмічається зростання частки водорозчинних і обмінних форм 90Sr і І37Сs. У зв'язку з цим в ґрунтах таких типів рухливість 90Sr та І37Сs підвищується, знижується міцність їх фіксації у фунті і зростає інтенсивність надходження їх у рослини. У той же час 60Со, 59Fe, 65Zn та деякі інші радіонукліди у кислих ґрунтах створюють різноманітні гідролізні та комплексні сполуки, то знижує їх рухливість.

Втім, швидкість переміщення радіоактивних елементів з лісової підстилки у мінеральну частину ґрунту слід відрізняти від рухливості їх у ґрунті та у системі "ґрунт-рослини". Зростання швидкості міграції радіонуклідів у мінеральну частину ґрунту не завжди збігається із зростанням темпів їх надходження у рослини. У мінеральній частині ґрунту радіоактивні речовини можуть міцно фіксуватися, що зменшує темп їх надходження у рослини.

Накопичення радіонуклідів видами трав'яно-чагарничкового ярусу лісу

Трав'яно-чагарничковий ярус лісів ценотично і флористично різноманітний. В Україні до специфічного лісового фітоценокомплексу належить близько 600 видів судинних рослин, радіоактивне забруднення яких варіює в широких межах і відіграє важливу роль у накопиченні радіонуклідів компонентами лісових біогеоценозів. Зокрема, він бере участь у накопиченні гумусу ґрунтами лісових екосистем і в міграції радіонуклідів у них; види, що входять до його складу, є першими ланками трофічних ланцюгів, і їх радіоактивне забруднення зумовлює міграцію радіонуклідів до наступних ланок, зокрема, мисливських тварин - козулі, кабана, лося; до його складу входять господарські цінні види рослин (ягідні, лікарські та ін.), при використанні яких у їжу до людини радіонукліди можуть надходити у значних кількостях.

Інтенсивність накопичення радіонуклідів видами трав'яно-чагарничкового ярусу значною мірою зумовлюється ізотопним складом радіоактивних випадінь, їх фізико-хімічними властивостями, формою і шляхом надходження радіонуклідів до екосистеми. З усього ізотопного складу глобальних випадінь радіонуклідів 1960-х - 1970-х років та аварійних викидів Чорнобильської АЕС (більше 100 ізотопів) види трав'яно-чагарничкового ярусу найбільше накопичують І37Сs та 90Sr.

Трансуранові радіонукліди накопичуються у рослинах у 10-100 разів менше. Загальна закономірність полягає в тому, що інтенсивність надходження кожного радіонукліда до рослин залежить від ступеня його участі у метаболічних процесах рослинного організму. Саме тому радіонукліди, схожі за хімічною природою з біогенними елементами, активніше накопичуються у рослинах (І37Сs як аналог калію, 90Sr - кальцію).

Накопичення радіонукліда в певному виді рослин, крім цього, залежить і від інших факторів. їх доцільно об'єднати у дві групи за відношенням до рослинного організму: внутрішні, (притаманні конкретному виду) та зовнішні (екосистемні).

Групу внутрішніх факторів складають біологічні особливості видів:

• систематичне положення;
• життєва форма;
• утворення симбіозу з мікоризою грибів;
• потреба у К+, Са2+та інших катіонах;
• глибина розміщення кореневої системи у ґрунті;
• екологічна амплітуда.

Для рослин трав'яно-чагарничкового ярусу лісу характерна видоспецифічність накопичення радіонуклідів. Це явище проявляється у всіх фітоценозах та типах умов місцезростання. Зокрема, міжвидова різниця накопичення І37Сs судинними рослинами наземного покриву у свіжих сугрудках Українського Полісся в ценозі дубових лісів різнотравно-конвалієвих сягає 50-кратної величини, а у свіжих суборах в ценозі соснового лісу різнотравно-чорнично-зелсномошного-250-кратної.

Тому в межах типів умов місцезростання доцільно згрупувати рослини за інтенсивністю накопичення ними певного радіонукліда, зокрема, І37Сs. Показником згаданого параметру може бути величина коефіцієнта переходу радіонукліда з ґрунту до фітомаси виду. Зважаючи на величину КП, інтенсивність надходження І37Сs до надземної фітомаси поділяють на дуже сильну (КП > 100), сильну (100 >КП > 50), помірну (50 >КП > 10), слабку (10 > КП > 1), дуже слабку (КП < 1). В таблиці 1 наведено середні значення КП І37Сs із ґрунту до надземної фітомаси, характерні для видів трав'яно-чагарничкового ярусу лісів у двох типах умов місце зростання.

Таблиця 1 - Інтенсивність накопичення І37Сs у надземній фітомасі видів трав'яно-чагарничкового ярусу лісу у свіжих сугрудках та свіжих суборах.

Систематична належність рослин істотно впливає на накопичення в них І37Сs. Зокрема, підвищене накопичення цього радіонукліда характерне для папоротей та плаунів. У борах та суборах концентраторами його є види з родин вересових (верес, багно болотне, підбіл білолистий) та брусничних (чорниці, брусниці, буяхи); у сугрудках - види родин розових, лілійних, ранникових; у грудах - види родин осокових, губоцвітих, маренових. У виділених рядах рангове положення виду за інтенсивністю накопичення І37Сs із ґрунту в певних екологічних умовах досить стабільне.

Останнє має важливе практичне значення, адже дає змогу, зважаючи на систематичне положення певних господарських видів, на якісному рівні оцінити їх можливе радіоактивне забруднення. У видів різних систематичних груп різниця в інтенсивності накопичення І37Сs із ґрунту проявляється в істотно відмінних темпах цього процесу протягом різних частин вегетаційного періоду та у різному перерозподілі радіонукліда між надземною та підземною частинами рослин. Наприклад, для видів родини осокових вміст І37Сs у надземній фітомасі зменшується від початку вегетаційного періоду до його закінчення, у злаків - навпаки, спостерігається зростання цього показника наприкінці вегетації.

Важливу роль у кореневому живленні рослин (і в надходженні радіонуклідів) відіграє їх симбіоз з мікоризою грибів. Як правило, підвищена інтенсивність накопичення І37Сs характерна для мікосимбіотрофних видів, особливо в бідних умовах місцезростання. Наприклад, у борах та суборах Полісся України види родин вересових та брусничних (облігатні мікотрофи) дуже сильно накопичують радіонукліди, зокрема І37Сs із ґрунту.

Проте із загальної закономірності є й окремі винятки. Наприклад, у видів родин осокових, кропивових, макових (рід чистотіл) симбіоз з мікоризою відсутній, а інтенсивність накопичення радіонуклідів - значна. Значення мікосимбіотрофності для накопичення рослинами радіонуклідів зменшується із збільшенням трофності ґрунту.

Існує ще одна закономірність. Як правило, чим глибше розміщена коренева система виду, тим слабше надходження І37Сs до його фітомаси з ґрунту. Це явище зумовлюється закономірностями вертикального розподілу цього радіонукліда у ґрунті - експоненційним зменшенням його активності із збільшенням глибини. Згадане зменшення активності І37Сs дуже різке у верхніх горизонтах ґрунту і поступове у нижніх.

На інтенсивність надходження радіонуклідів до рослин також істотно впливають такі параметри їх кореневих систем, як горизонтальна протяжність, ступінь заповнення коренями ґрунтових горизонтів, хімізм кореневих виділень.

Механізм кореневого засвоєння радіонуклідів рослинами схожий в цілому до засвоєння їх стабільних аналогів. Найважливіші з радіоекологічної точки зору радіонукліди - І37Сs та 90Sr - інтенсивно накопичують рослини, у яких підвищена потреба відповідно у калії та кальції. Наприклад, па лісових мезотрофних сфагнових болотах максимальне значення КП І37Сs - 390 спостерігається у рінхоспори білої, а мінімальне - у підбілу білолистого (КП=90). Відповідно вміст стабільного калію в згаданих видах в тому самому екотопі становив 110 та 32 мк-моль/г сухої ваги.

За винятком радіоцезію, інтенсивність накопичення радіонуклідів рослинами із ґрунту вивчено лише фрагментарно. При цьому найбільшу увагу дослідники приділили накопиченню рослинами 90Sr. За даними російських учених, у вологих березових лісах види наземного покриву за інтенсивністю накопичення згаданого радіонукліда утворюють такий ряд: щучка дерниста > купальниця європейська > конюшина проміжна > герань лісова > купина лікарська > медунка м'яка > орляк-костяниця > буквиця лікарська. Спостерігається тенденція посиленого накопичення 90Sr рослинами, що мають розгалужену кореневу систему поверхневих шарах ґрунту, та тих, що утворюють дернину.

Для цього радіонукліда, як і для радіоцезію, характерна видоспецифічність накопичення різними видами, причому у різних екологічних умовах вона проявляється по-різному.

Зокрема, за величиною КН90Sr видами у суходольних лісах формується такий ряд видів: яглиця > таволга в'язолиста > хвощ лісовий, а у заболочених – істотно відмінний: хвощ лісовий > яглиця > таволга в'язолиста.

Вміст радіонуклідів у видах трав'яно-чагарничкового ярусу є результатом складної взаємодії внутрішніх факторів, коротко проаналізованих вище, із зовнішніми факторами, особливо - з ґрунтовими параметрами місцезростань. Найважливішими з них є:

• тип ґрунту;
• мінералогічний та гранулометричний склад;
• багатство (кількість мінерального азоту);
• вологість;
• кислотність (рН);
• вміст органічної речовини;
• вміст обмінних К+, Са2+;
• ступінь насиченості основами ґрунтового поглинального комплексу.

У трофотопному ряду одного пгротопу зростання інтенсивності накопичення І37Сs відбувається із зменшенням родючості ґрунту.

Таким чином, можна зробити висновок, що для типу умов місцезростання величина накопичення І37Сs рослинами із ґрунту буде більшою при меншій родючості та більшій вологості ґрунту. Наведена вище закономірність зумовлює необхідність заготівлі ягідної та лікарської сировини у лісах, забруднених радіонуклідами, на лісотипологічній основі.

Вплив інших параметрів ґрунту на накопичення І37Сs в узагальненому вигляді можливо сформулювати так, інтенсивність надходження радіонукліда із ґрунту до фітомаси тим більша, чим менший в ньому вміст дрібнодисперсних фракцій - мулистої та глинистої; менше значення рН (більша кислотність); менший вміст обмінних форм К+, як іона-антагоніста І37Сs; менший ступінь насиченості основами ґрунтового поглинаючого комплексу.

Література

1. Анненков Б. Н., Юдинцева Е. В. Основы сельскохозяйственной радиологии. – М.: ВО "Агропромиздат", 199, - 287 с.
2. Балашев Л. С., Сипайлова Л. М. Накопление І37Сs доминантами пойменных луговых фитоценозов в зоне отчуждения ЧАЭС//Тез. Доклад. Радиобиолог. Съезда (Киев 1993) – 63 с.
3. Вирченко В. М., Болюх В. А. Накопление радионуклидов мхами в фітоценозах Украинского полесья// Тез. Доклад радиобиолог. Съезда. – Пущино, 1993. – с. 183-184.
4. Доповідь про стан навколишнього природного середовища в Черкаській області Джигирей В. С. Екологія та охорона навколишнього природного середовища: Навч. Посібник. – 3-тє вид., - К.: Т-во "Знання", КОО, 2004. – 309 с.
5. Кондратюк С. Я., Навроцкая И. Л. К изучению содержания радионуклидов в лишайниках Украины// Тез. Доклад радиобиолог. Съезда. – Пущино, 1993. – с. 487-488.
6. Куликов Н. В., Боченина Н. В. Особенности накопления І37Сs и 90Sr некоторыми видами мхов// Экология. – 1976. - № 6. – с. 82-85.
7. Куликов Н. В., мол чанова И. В. Радиоэкология почвенно-растительного Покрова. – Свердловськ: УрО АН СССР, 1990. – 170 с.
8. Маргулис У. Я. Атомная энергия и радиационная безопасность. – 2- е узд., перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 224 с.
9. Мокроносов М. Г., Куликов Н. В. Радиоэкологическое изучение природних екосистем в зоне атомных электростанцый// Екологія. – 1988. - № 3. – с. 40-45.
10. Молчанова И. В., Боченина Н. В. Мхи как накопители радионуклидов// Екологія. – 1980. - № 3. – с. 42-47.
11. Нифонтова М. Г. Динамика содержания долгоживущих радионуклидов в мохово-лишайниковой растительности// Екологія. – 1997. - № 4. – с. 273-277.
12. Чернобыльская катастрофа (Гл. ред. В. Г. Барьяхтар). - Киев, Наукова думка, 1996. – 575 с.
13. Экология города. Учебник. – К.: Либра, 2000. – 464 с.
14. Ядерная энергетика, человек и окружающая середа/ Н. С. Бабаев, В. Д. Демин. Узд. 2-е, М.: Энергоатомиздат, 1984.

11.07.2011