ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ ¹³⁷Cs В ПРОДУКЦИИ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА (*)

 

Щеглов А.И., Цветнова О.Б. (МГУ, г. Москва, РФ)

 

The peculiarities of spatial and temporary dynamics in pine tree components are considered. The conclusions are based on original material of 14-year study in forest ecosystems  of  Bryansk and Tula regions of Russian Federation.

 

В Российской Федерации площадь земель лесного фонда, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС, составляет 982,3 тыс. га [1]. В Брянской области по сравнению с другими регионами РФ экологические последствия этой катастрофы оказались наибольшими. Площадь загрязненных лесов на ее территории составила 171 тыс. га, при варьировании плотностей загрязнения  от десятых долей до тысяч кБк/ км². В Тульской области такими лесами занято 77,5 тыс. га и уровни загрязнения значительно ниже, в основном до 185 кБк/ км² [1]. В целом чернобыльские выпадения охватили очень неоднородные по ландшафтно-экологическим условиям территории. Все это оказало влияние на биологическую доступность радионуклидов, их подвижность в системе почва-растение и динамику загрязнения лесохозяйственной продукции в поставарийный период. Отсюда очевидно, что для разработки специальных технологий по ведению хозяйственной деятельности  в загрязненных лесах необходимы фундаментальные исследования закономерностей изменения  содержания радионуклидов в используемой продукции.

По данному направлению лабораторией радиоэкологии МГУ им. М.В. Ломоносова с 1988 года по настоящее время ведутся исследования в лесных экосистемах загрязненных регионов РФ, в том числе Брянской и Тульской областях. В Брянской области площадки долгосрочного мониторинга были заложены в Злынковском, Клинцовском и Климовском лесхозах (Ущерпское, Злынковское, Климовское, Красногорское лесничества). В Тульской области - в Плавском лесхозе. Комплексные исследования проводились в основных ландшафтах изучаемых областей со сформированными здесь типичными растительными сообществами и почвенными разностями. Подробная ландшафтно-экологическая характеристика ключевых участков представлена в наших  предыдущих работах [2,3].

Многолетние наблюдения показали, что в начальный период после чернобыльских выпадений на территории Тульской области уровни загрязнения основной лесохозяйственной  продукции – древесины по содержанию ¹³⁷Cs не превышали ВДУ–92 [1]. На большей части территории Брянской области  уровни загрязнения древесины по содержанию ¹³⁷Cs в коре превышали нормативы ВДУ–92, хотя окоренная древесина была относительно чистой за исключением таковой на участках Красногорского лесничества. В последующем динамика содержания ¹³⁷Cs в компонентах древесного яруса, по которым нормируется продукция (кора, древесина), менялась неоднозначно (табл. 1). В значительной степени она определялась не плотностью загрязнения  почв, а лесорастительными условиями и физиологической ролью отдельных структурных органов древостоя. Так, в наружных слоях коры содержание ¹³⁷Cs однонаправленно снижалось и за 10-летний период уменьшилось примерно в 2 – 3 раза. В коре внутренней и древесине столь однозначного изменения содержания ¹³⁷Cs не  отмечалось. На участках с полугидроморфными и гидроморфными почвами, доминирующими в почвенном покрове лесов Брянской области (уч.2,3), в динамике  наблюдался рост этого показателя в  рассматриваемых структурах.

 

Таблица 1 - Динамика содержания (1) и КП ¹³⁷Cs (2) в структурные компоненты сосны  обыкновенной в лесных экосистемах Брянской области (*)

Год	Структурные компоненты
	Древесина		Кора наружная		Кора внутренняя
	1	2	1	2	1	2
Ущерпское лесничество, уч. 2 (кв. 15)
1988	1,30	2,11	9,25	15,0	10,7	17,4
1989	1,37	2,27	15,9	26,4	15,2	25,2
1990	1,89	3,20	6,29	10,7	15,9	27,0
1991	1,67	2,89	6,66	11,6	15,2	26,3
1992	1,44	2,56	4,07	7,23	11,8	21,0
1998	1,80	3,67	3,10	6,31	21,1	42,9
Ущерпское лесничество, уч. 3 (кв. 15)
1988	1,37	2,48	5,56	10,1	11,5	20,7
1989	1,37	2,53	5,18	9,59	11,8	21,9
1990	2,63	4,98	7,77	14,7	21,3	44,1
1991	2,15	4,16	5,55	10,8	20,0	38,7
1992	0,78	1,54	3,26	6,45	7,0	13,9
1998	1,51	3,42	3,17	7,19	17,9	40,6
Злынковское лесничество, уч. 4  (кв. 152, 153)
1988	0,31	0,23	4,41	3,26	4,61	3,42
1989	0,41	0,31	4,07	3,08	5,18	3,92
1990	0,22	0,17	1,74	1,35	2,15	1,66
1991	0,21	0,17	1,52	1,20	1,89	1,50
1992	0,18	0,15	1,41	1,14	1,70	1,38
1998	0,22	0,20	1,83	1,70	3,19	2,96
Красногорское лесничество, уч. 6 (кв. 18, 19)
1998	14,4	2,76	21,25	4,07	299,3	57,3
2000	7,86	1,58	56,28	11,3	123,4	24,8
2002	4,80	1,01	12,10	2,54	68,1	14,3

(*) 1 – содержание ¹³⁷Cs, кБк/кг вещества, высушенного при 105°С; 2 – коэффициент перехода (КП) ¹³⁷Cs - кБк/кг / кБк/м²

 

На этих почвах выраженность отмеченного роста во временном ряду зависит от степени их гидроморфизма. Исключением являются экстремально сухие годы (1992, 2002), для которых характерно очень резкое снижение содержания ¹³⁷Cs в компонентах древостоя. На автоморфных почвах даже с превышением   плотности загрязнения (до 2-х раз) содержание ¹³⁷Cs в рассматриваемых структурах  уже в 1988 году было в 2 – 5 раз ниже, чем на участках с  гидроморфными и полугидроморфными разностями и не превышало ВДУ-92. Только при значительно больших значениях плотности загрязнения, что отмечается на участках Красногорского лесничества, загрязнение древостоя достигало максимальных величин. В целом многолетняя динамика содержания ¹³⁷Cs в растительности на автоморфных  почвах характеризуется трендом снижения, выраженность которого нарастает по мере усиления степени автоморфности. В более выраженной форме выявленные закономерности прослеживаются при рассмотрении динамики загрязнения продукции в лесных экосистемах Тульской области   с черноземными почвами (табл. 2). Здесь градиент падения удельной активности ¹³⁷Cs  в различных структурах стволовой древесины в многолетнем ряду однонаправлен и максимален по абсолютной величине.

 

Таблица 2 - Динамика содержания (1) и КП ¹³⁷Cs (2) в структурные компоненты сосны  обыкновенной в лесных экосистемах Тульской области (*)

Год	Структурные компоненты
	Древесина		Кора наружная		Кора внутренняя
	1	2	1	2	1	2
Плавское лесничества, уч. 1 (кв. 25)
1988	0,145	0.416	3,43	9.81	2,26	2.73
1989	0,070	0.206	1,70	4.98	1,52	1.41
1990	0,023	0.069	0,70	2.10	1,00	0.59
1991	0,024	0.075	0,74	2.27	0,41	0.50
1992	0,015	0.046	0,59	1.85	0,19	0.39
1998	0.003	0.012	0.34	1.21	0.09	0.08
2001	0.002	0.008	0.11	0.41	0.03	0.05

(*) условные обозначения – см. таблицу 1

 

В настоящее время на большей части территории Брянской области загрязнение основной лесохозяйственной продукции – древесины не превышает ВДУ –92 [1]. Исключением являются лесные массивы Красногорского лесничества, где в ряде кварталов для древесины отмечается превышение этих показателей.

Наиболее ярко все вышеотмеченные закономерности просматриваются при анализе коэффициентов перехода ¹³⁷Cs (КП) в продукцию лесного хозяйства. (КП = содержание ¹³⁷Cs в растительности, кБк/кг/ плотность загрязнения почв, кБк/м²). Так, КП ¹³⁷Cs в древесину  и кору внутреннюю на автоморфных почвах более чем на порядок ниже, чем таковые на гидроморфных разностях. Исключением вновь являются участки Красногорского лесничества, сформированные на автоморфных почвах. Здесь высокие КП ¹³⁷Cs в растительность  обусловлены особенностями физико-химической формы первичных выпадений. В этом случае величины КП определяются пролонгированным поступлением ¹³⁷Cs из частиц топливной компоненты, которая в значительной степени присутствовала в выпадениях на данной территории [2,3]. В целом в пространственно-временной динамике КП ¹³⁷Cs в компоненты древесного яруса  на фоне выявленных трендов отмечаются  значительные колебания по отдельным годам: рост во влажные периоды и резкое снижение в засушливые. При этом размах колебаний величин КП ¹³⁷Cs в структуры древесины в анализируемом временном ряду для различных почвенно-экологических условий территории загрязнения РФ неодинаков. Отмечается уменьшение размаха варьирования этого показателя по отдельным годам одновременно с уменьшением величин КП ¹³⁷Cs в растительность. Наиболее значительные  флуктуации  в многолетнем ряду наблюдаются в ландшафтах с полугидроморфными и гидроморфными почвами, где фиксируются наибольшие КП ¹³⁷Cs. Это положение необходимо учитывать при контрольных мониторинговых измерениях, поскольку для получения достоверных данных объем выборки будет различаться в 5-10 раз. Вместе с тем в ландшафтах с автоморфными почвами,  в особенности  черноземными, где КП ¹³⁷Cs минимальны, независимо от климатических условий отдельных лет прослеживается постоянное  падение величин КП и загрязнения продукции лесного хозяйства в поставарийный период. При этом на данных территориях в отличие от ценозов других регионов долевой вклад коры в загрязнение стволовой древесины не снижается, а возрастает.

Заключая анализ особенностей пространственно-временной динамики содержания радионуклидов в продукции лесного хозяйства можно констатировать, что в интегрированном виде данный показатель положительно коррелирует с пространственно-временной динамикой величин коэффициентов их перехода в указанную продукцию, а также с миграционной подвижностью элементов, обусловленной их химической природой. Среди биологически значимых радионуклидов максимальное варьирование отмечается для ⁹⁰Sr [2,3] и значительно меньшее для ¹³⁷Cs. В широтном ряду минимальное варьирование наблюдается в черноземных почвах, а максимальное в полугидроморфных почвах переходных ландшафтов. Во временном ряду пространственная неоднородность минимальна в начальный период после выпадений, с течением времени данный показатель изменяется в соответствии с изменением величин КП радионуклидов в растительность [2,3].

 

Литература

1.         Руководство по ведению лесного хозяйства в зонах радиоактивного загрязнения от аварии на Чернобыльской АЭС (на период 1997-2000 гг.). М.: ВНИИЦлесресурс, 1997.  111 с.

2.         Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах. М.:Наука, 1999. 268 с.

3.         Shcheglov F.I., Tsvetnova O.B., Klyashtorin A.L. Biogeochemical migration of technogenic radionuclides in forest ecosystems. M.: Nauka. 2001. 235 p.

 

(*) Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 01-00-48354)