ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ СОДЕРЖАНИЯ ¹³⁷Cs В ПОЧВЕ И ФИТОКОМПОНЕНТАХ СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ В 2003-2008 ГГ.    

 

Раздайводин А.Н., Радин А.И., Ромашкин Д.Ю., Белов А.А.

(ФГУ ВНИИЛМ, г. Пушкино, Московской обл., РФ)

 

The results of measurements of ¹³⁷Cs content in the soil and essential components of forest stands are discussed. The reasons of   the dynamics of this radionuclide  in the soil, the trunk wood and the bark of pine trees are considered.   

 

Исследование динамики загрязнения радионуклидами различных компонентов природной среды остается насущной задачей радиобиологии. Результаты таких исследований обеспечивают надежную основу для дифференцирования отдельных территорий с учетом качественных особенностей биогеоценозов и специфики их загрязнения и разработки оптимальных вариантов реабилитации загрязненных территорий и их хозяйственного использования.

При проведении радиационного мониторинга леса на стационарных участках в Злынковском и Клинцовском лесхозах Брянской обл. в период с 2003 по 2008 г. проведены измерения плотности загрязнения почвы и  удельного содержания в стволовой древесине, ветвях и коре деревьев основного яруса, в ветвях подроста и подлеска и растениях живого напочвенного покрова.  

По данным анализа проб почвы плотность загрязнения этого компонента биоценоза радиоактивным цезием в 8 сосновых древостоях в среднем за период исследований колебалась от 209,5∙10³ до 1067,1∙10³ Бк/м² в разных участках; средняя удельная активность ¹³⁷Сs в стволовой древесине деревьев сосны – от 128,3 до 813,3 Бк/кг, в коре сосны – от 569,3 до 3946,8 Бк/кг. Отмечен сравнительно высокий уровень вариативности показателей содержания ¹³⁷Сs по годам во всех трех компонентах биоценоза: на отдельных опытных участках коэффициент вариации удельной активности ¹³⁷Сs в почве колебался от 5,5 до 24,7%, в стволовой древесине от 18,4 до 53,6% и в коре от 7,1 до 26,9%.

Величина коэффициента вариации иллюстрирует колебания удельного содержания ¹³⁷Сs в компонентах биоценоза под влиянием двух процессов. С одной стороны, происходили хаотичные колебания удельного содержания ¹³⁷Сs от одного года к другому без определенной тенденции к его увеличению или уменьшению за весь период исследований. Так, на участке СУ-5 плотность загрязнения почвы радиоцезием сначала уменьшилась с 337,8∙10³ Бк/м² в 2004 г. до 281,9∙10³ Бк/м² в 2005 г., затем последовательно возросла до 323,4∙10³ Бк/м² в 2008 г.  С другой стороны, в ряде случаев на фоне флуктуации показателей удельного содержания ¹³⁷Сs по годам достаточно отчетливо проявлялся определенный – отрицательный или положительный – тренд. В частности, на участке СУ-3 плотность загрязнения почвы сначала уменьшилась с 498,4∙10³ Бк/м² в 2004 г. до 456,9∙10³ Бк/м² в 2005 г., затем она несколько возросла – до 466,2,9∙10³ Бк/м² в 2007 г., после чего снизилась до 432,2∙10³ Бк/м² в 2008 г. Изменения плотности загрязнения почвы на данном стационарном участке в целом за период исследований находятся в довольно тесной обратной зависимости от фактора времени: коэффициент корреляции r = -0,821±0,330 (численные значения фактора времени t = 4 для 2004 г., t = 5 для 2005 года и т.д.).

Отрицательный временной тренд изменений плотности загрязнения почвы (хотя и менее выраженный), помимо СУ-3, выявлен лишь на одном стационарном участке. На 5 опытных участках в течение периода исследования проявлялся положительный тренд в динамике содержания ¹³⁷Сs в почве, причем на трех стационарных участках тенденция к увеличению плотности загрязнения почвы характеризуется достаточно высокими показателями связи с фактором времени: коэффициент корреляции колеблется от 0,831±0,321 до 0,886±0,268; в последнем случае он достоверен с вероятностью Р > 95%.

В одном древостое сосны определенная тенденция изменения плотности загрязнения почвы радионуклидом за период исследования не выявлена.

Тенденция к уменьшению удельного содержания ¹³⁷Сs в стволовой древесине деревьев сосны с течением времени отмечена на двух опытных участках при значениях коэффициента корреляции, равных соответственно        -0,563±0,477 и -0,413±0,526. На остальных опытных участках проявлялся положительный тренд в изменениях удельного содержания ¹³⁷Сs, причем на одном из участков он характеризуется коэффициентом корреляции r = 0,889±0,264 при вероятности Р > 95%.

Проявление отрицательной тенденции в динамике удельного содержания ¹³⁷Сs в коре деревьев сосны отмечено на трех опытных участках, причем в двух из них отрицательный временной тренд характеризуется сравнительно высокими значениями коэффициента корреляции: -0,764±0,373  и -0,882±272. Для 5 участков получены положительные значения коэффициента корреляции, причем на одном участке положительная динамика удельного содержания ¹³⁷Сs в коре характеризуется значением r = 0,912±0,237 при вероятности Р > 95%.

При анализе приведенных экспериментальных данных мы исходили из возможной многопричинности отмеченных колебаний удельного содержания ¹³⁷Сs в почве, древесине и коре деревьев сосны. В числе возможных причин рассматривалось несовпадение фенологических сроков отбора проб на радиоактивность в разные годы: известно, что удельное содержание ¹³⁷Cs в  органах древесных пород  колеблется по сезонам года. Однако этот фактор, безусловно, не может  объяснить  разнонаправленность временных трендов в динамике содержания ¹³⁷Сs в разных опытных участках с учетом относительно однородных условий вегетации, с одной стороны, и безусловного соблюдении условия одновременности отбора проб при проведении полевых работ в разные годы, с другой стороны. Оценка вероятных систематических ошибок измерений или ошибок, связанных с обычным варьированием выборочных данных, показала, что их влияние явно недостаточно для объяснения наблюдаемого размаха колебаний удельной активности ¹³⁷Сs, поскольку выборки   репрезентативны, методика отбора проб достаточно стандартизирована, при анализе проб используется современная сертифицированная измерительная аппаратура.

Теоретически возможно поступление ¹³⁷Сs на опытные участки извне, из смежных участков леса с большей плотностью загрязнения. Однако не только экспериментальное, но и теоретическое исследование этого аспекта в настоящее время практически невозможно, поскольку детальная картина пространственного распределения плотности загрязнения отдельных участков района исследований за пределами стационарных участков отсутствует (при этом при осуществлении такого исследования в расчет необходимо принимать не только плотность загрязнения почвы, но и содержание ¹³⁷Сs в древесно-кустарниковой и травянистой растительности).  В связи с этим основное внимание было обращено на изучение возможностей миграция радионуклида в почву, стволовую древесину и кору сосны из других компонентов в пределах стационарных участков. 

 Как показал анализ материалов радиационного мониторинга, целый ряд компонентов исследованных биоценозов отличается весьма высоким удельным содержанием ¹³⁷Сs, существенно превышающим его уровень в стволовой древесине сосны (причем в отдельных случаях более, чем в 100-150 раз!), а во многих случаях и уровень содержания радионуклида в коре. К таким компонентам относятся ветви деревьев сосны основного яруса, древесина подроста и подлеска, растения живого напочвенного покрова. Соотношение удельной активности ¹³⁷Сs в отдельных растительных компонентах лесных насаждений иллюстрирует коэффициент пропорциональности, рассчитанный путем деления величины удельного содержания ¹³⁷Сs  в данном компоненте на его содержание в стволовой древесине. В частности, для коры деревьев сосны основного яруса этот показатель на отдельных стационарных участках колебался от 2,8 до 13,1, а в среднем составил 5,27±1,23. В среднем за весь период исследований удельное содержание ¹³⁷Сs в ветвях деревьев сосны основного яруса оказалось в 6,04±1,04 раз выше, чем в стволовой древесине. Для дубового подроста средний коэффициент пропорциональности равен 12,78±1,43, для елового подроста – 8,51±1,61. Для менее распространенных видов подроста, встречающихся на 1-3 стационарных участках, значения коэффициента пропорциональности оказались следующими: для осины от 4,53 до 11,61, для клена от 1,35 до 4,99, для ясеня – 2,76, для сосны – 2,68, для березы – 1,62.

Удельное содержание ¹³⁷Сs в основных подлесочных породах превысило его содержание в стволовой древесине сосны в среднем в 6,32±0,45 раз для рябины и в 3,33±0,52 раза для крушины. Кроме того, для других подлесочных пород на отдельных стационарных участках получены следующие значения коэффициента пропорциональности: для лещины от 5,38 до 5,78, для малины от 1,79 до 6,62 и для бузины – 3,05.

Удельное содержание ¹³⁷Сs в наиболее распространенных растениях живого напочвенного покрова в среднем по всем стационарным участкам превысило  данный показатель в стволовой древесине сосны более чем в 25 раз: для черники средний коэффициент пропорциональности составил 26,88±3,85, для мха Dicranum undulatum -  28,63±8,80 и для мха Pleurozium Schreberi – 28,10±7,37. Кроме того, для ряда других видов травянистой растительности значения коэффициента пропорциональности относительно стволовой древесины сосны оказались следующими: для дрока – 2,23, для чабреца – 2,27, для вейника – 4,38, для грушанки – 4,82, для костяники и подмаринника – 9,20, для майника от 24,75 до 38,27,  для осоки – 60,26, для ландыша – 64,54, для вереска – 109,07, для папоротника орляк – 105,31 и для папоротника кочедыжник женский от 47,13 до 178,62.

Проведенный статистический анализ показал, что на всех стационарный участках в течение периода исследований доминировала тенденция к уменьшению удельного содержания ¹³⁷Сs в ветвях сосны основного яруса и древесной растительности подроста (дуб, ель, ясень, клен, сосна, береза, осина). Аналогичная тенденция зафиксирована для большинства исследованных насаждений в отношении подлеска. Уменьшение удельного содержания ¹³⁷Сs в течение 2003-2008 гг. отмечено в ветвях рябины, крушины (для обеих пород на 5 из 7 участков – в разных сочетаниях), лещины, бузины, малины.

Динамика удельного содержания ¹³⁷Сs в растительности живого напочвенного покрова была менее однозначной. Уменьшение уровня содержания ¹³⁷Сs во всех пунктах учета выявлено лишь для мха Dicranum undulatum (5 участков), в то же время для мха Pleurozium Schreberi отмечено как снижение (5 участков), так и  увеличение (2 участка) удельного содержания ¹³⁷Сs. Для черники  зафиксирована отрицательная динамика содержания ¹³⁷Сs на 2 и положительная – на 3 стационарных участках, для майника двулистного соответственно на 2 и 1, для папоротника кочедыжник женский – на 1 и 2. Для растений, произраставших лишь на каком-либо одном из 8 стационарных участков, в основном была характерна более или менее выраженная тенденция к увеличению удельного содержания ¹³⁷Сs; к ним относятся костяника и грушанка, осока, вереск, вейник, папоротник орляк.

Учитывая общую биомассу проанализированных растительных компонентов, можно сделать вывод, что наблюдаемые изменения удельного содержания ¹³⁷Сs в исследованных насаждениях в течение в основном определялись перераспределением имеющегося в них запаса радионуклида. Увеличение содержания радионуклида в стволе и коре деревьев сосны основного яруса, по-видимому, является следствием его миграции из ветвей этих деревьев. Дополнительным источником поступления ¹³⁷Сs в стволы и кору деревьев сосны по всей видимости  является почва, увеличение плотности загрязнения которой на 5 из 8 стационарных участков, на наш взгляд, обусловлено поступлением нуклида из растительности подроста и подлеска.

Динамика содержания ¹³⁷Сs  в травянистой растительности, по-видимому, не оказала существенного влияния на плотность загрязнения почвы в связи с относительно малой общей фитомассой живого напочвенного покрова в исследованных древостоях.