РОЛЬ МОХОВОГО ПОКРОВА ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ В БИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ МИГРАЦИИ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ (*)
Цветнова О.Б., Щеглов А.И. (МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва, РФ)
Хорошо известно, что в структуре напочвенного покрова лесных экосистем повышенными уровнями накопления элементов –загрязнителей в частности радионуклидов и тяжелых металлов (ТМ), характеризуются мхи. Они довольно быстро реагируют на изменение концентрации поллютантов в окружающей среде, что позволяет отнести их к растениям индикаторам техногенного загрязнения [3,5]. Показано, что моховой покров является выраженным биогеохимическим барьером на пути вертикальной и горизонтальной миграции радионуклидов в лесных биогеоценозах (БГЦ) [1]. Вместе с тем, исследований, посвященных оценке роли мохового покрова в биогеохимической миграции элементов-загрязнителей различной природы при смешанных типах загрязнения, крайне мало. Актуальность таких исследований не вызывает сомнений, поскольку глобальное загрязнение окружающей среды радионуклидами и ТМ обусловливают необходимость изучения их совместного действия на различные компоненты природных БГЦ. Это определило цель настоящих исследований.
Изучение особенностей накопления радионуклидов (на примере 137Cs) и тяжелых металлов (на примере Pb, Сd, Zn, Cu) в моховом покрове и оценка его роли в биогеохимической миграции загрязнителей проводились в сосновых БГЦ, характеризующихся различными уровнями техногенной нагрузки. Участок с умеренной техногенной нагрузкой (1) находится в зоне влияния Смоленской АЭС и расположен в сосняке лещиновом кустарничково-разнотравном на иллювиально-железистой супесчаной почве на флювиогляциальных отложениях (Смоленская область, Десногорский район, Десногорское лесничество). Участок с высокой техногенной нагрузкой (2) приурочен к зоне радиоактивного загрязнения чернобыльского выброса и расположен в сосняке - зеленомошнике на слабоподзолистых иллювиально-железистых песчаных почвах на флювиогляциальных отложениях (Брянская область, Красногорский район, Красногорское лесничество). В моховом покрове уч.1 присутствуют виды, распространенные в свежих хвойных лесах – из зеленых мхов: Pleurozium Schreberi (Willd.) Mitt., Ptilium crista – castrensis (Hedw.) De Not, Hylocomium splendens (Hedw.) B.S.G., Dicranum rugosum Hedw.; из сфагновых - Sphagnum flexuosum Dozy et Molk. Проективное покрытие зеленых мхов на исследуемом участке составляет приблизительно 30%, сфагновые мхи распространены фрагментарно. Моховой покров на уч.2 более хорошо выражен (проективное покрытие до 60%) и образован зелеными мхами, которые в основном представлены Pleurozium Schreberi c незначительным включением Dicranum rugosum.
Проведенные исследования показали, что плотность загрязнения почв ключевых участков по 137Cs на момент исследований (2001 г.) различалась более чем на 3 математических порядка и составляла 21,3 (уч.1) и 2659 кБк/м2 (уч.2). Основные запасы этого радионуклида сосредоточены в подстилке (уч.2) и 0-1 см подподстилочном слое (уч.1) и, соответственно, составляют 75 и 67%. Значимое загрязнение 137Cs на больших глубинах отмечается на участке с высокой техногенной нагрузкой. По содержанию ТМ почвы исследуемых участков различаются не столь значимо, как по плотности радиоактивного загрязнения. Вместе с тем почвы Смоленской области более обогащены тяжелыми металлами, чем почвы Брянского полесья, что связано с генезисом почвообразующих пород. В то же время характер распределения ТМ по профилю почв исследуемых участков относительно сходен. Максимальное валовое содержание и количество подвижных форм тяжелых металлов приурочено к подстилке с последующим снижением с глубиной. Для некоторых элементов в иллювиальном горизонте отмечается второй максимум. Минимальное содержание ТМ характерно для верхней подподстилочной элювиальной толщи почв. Совокупный анализ концентрации и распределения 137Cs и ТМ в почве и моховом покрове исследуемых сосновых БГЦ показал следующее. Накопление 137Сs мхами более чем на порядок выше величины его максимального накопления травянистыми видами. Причем, как правило, у мхов основная часть активности сконцентрирована в их отмершей части [6]. Содержание 137Сs в видах зеленых мхов в зависимости от плотности радиоактивного загрязнения варьирует от 0,36-0,62 кБк/кг (уч.N1); до 74,9 - 217,4кБк/кг (уч.N2). Максимальное количество радиоцезия концентрируется в Pleurozium Schreberi и в меньшем количестве в других видах, причем приблизительно в одинаковом соотношении. Минимальным накоплением характеризуется Ptilium crista – castrensis. Вместе с тем в сфагновых мхах аккумуляция 137Сs примерно в 1,5 выше, чем в Pleurozium Schreberi - виде накопителе зеленых мхов, поэтому при доминировании в напочвенной покрове сфагнума, аккумулирующая роль мохового покрова в целом будет существенно возрастать. На исследуемых территориях моховой покров не столь резко отличается по накоплению ТМ, как 137Сs. Так, содержание свинца и кадмия в видах мохового покрова на исследуемых участках примерно одинаково, при этом отмечается относительное накопление Сu в Pleurozium Schreberi и в меньшей степени Dicranum rugosum, а Zn – в Ptilium crista – castrensis и Pleurozium Schreberi. Как правило, у мхов содержание тяжелых металлов увеличивается по длине побега сверху вниз [4]. В целом повышенное содержание этих элементов в различных видах мхов отмечается на уч.1, что, вероятнее всего, связано с различиями в их содержании в почвах Смоленской области и Брянского полесья. В первом приближении можно констатировать, что повышенным накоплением тяжелых металлов среди видов мохового покрова характеризуется Pleurozium Schreberi. Таким образом, проведенные исследования показали, что наибольшими биоиндикаторными свойствами среди видов зеленых мхов по отношению к техногенному загрязнению в целом характеризуется Pleurozium Schreberi. Расчет коэффициентов накопления элементов-загрязнителей различной природы в моховом покрове свидетельствует, что характер их накопления зависит от уровня техногенной нагрузки [КН=концентрация 137Сs (ТМ) в растениях, Бк/кг (мг/кг)/концентрация 137Сs (ТМ) в почве, Бк/кг (мг/кг)]. Так, в моховом покрове территорий с сильной техногенной нагрузкой (уч.2) в максимальной степени накапливается 137Сs, а из тяжелых металлов - Сu и Zn. В целом по величине КН исследуемые элементы составляют следующий ряд: 137Сs > Zn > Cu > Cd >Pb. На территориях с умеренной техногенной нагрузкой (уч.1) моховой покров характеризуется другим характером накопления этих элементов. По величине КН рассматриваемые загрязнители образуют иной ряд: Zn > Cu >137Cs > Cd > Pb.
Несмотря на значительное накопление элементов-загрязнителей в моховом покрове вклад этого компонента в общее загрязнение лесного БГЦ 137Cs и ТМ невелик и составляет десятые (для 137Cs) и сотые (для ТМ) доли процента и в ряду различных субблоков биоты занимает предпоследнее место. Это связано с небольшими по сравнению с другими растительными ярусами запасами фитомассы мохового покрова в исследуемых экосистемах. В целом по величине вклада в общее загрязнение сосновых БГЦ 137Сs субблоки биоты ранжируются следующим образом: грибной комплекс > древесный ярус > моховой покров > травяно-кустарничковый ярус. Для тяжелых металлов этот ряд имеет следующий вид: древесный ярус > грибной комплекс > моховой покров, травяно-кустарничковый ярус. В растительных ассоциациях гидроморфных ландшафтов, особенно болотного ряда вклад данного компонента в общее загрязнения БГЦ будет выше. Так, ярус зеленых мхов в зависимости от его биомассы, проективного покрытия, степени увлажненности экотопа удерживает 5-20% валовых запасов 137Сs лесных БГЦ, а ярус сфагновых мхов – 35-40% [2,6]
(*) Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 01-04-48354)
1. Болюх В.А., Вирченко В.М. Накопление радионуклидов мхами Украинского полесья// Украинский ботанический журнал. 1994. Т. 51. N 4. С. 39-45.
2. Орлов А.А., Краснов В.П., Ирклиенко С.П. Геохимическая роль различных ярусов фитоценозов в биогенной миграции 137Cs в лесах //Тез.докл.4 съезда по радиационным исследованиям. М., 2001. Т.2. С.606
3. Нифонтова М.Г., Алексашенко В.Н. Накопление 90Sr и 134,137Cs в грибах, лишайниках и мхах из ближней зоны Чернобыля //Экология. 1992. № 3. С. 26-30
4. Соколова О.А., Черников В.А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Пущино, 1999. 164 с.
5. Guillite O., De Brabant B., Gasia M.C. Use of mosses and lichens for the evaluation of the radioactive fallout, deposits and flows under forest-cover // Mem. Soc. Roy. bot. Belg.1990. Vol.12. P. 89-99
6. Shcheglov А.I., Tsvetnova O.B., Klyashtorin A.L. Biogeochemical migration of technogenic radionuclides in forest ecosystems. M.: Nauka. 2001. 235 p.