Аккумуляция радионуклидов растениями лесных фитоценозов

Особенности поведения радиоактивных элементов в почве и растениях приводят к так называемой биогенной сепарации, которая проявляется в различном изотопном составе загрязнен­ной почвы и произрастающих на ней растений. Распределение радионуклидов по их органам строго спе­цифично и зависит от подвижности данного элемента в расте­нии, его доступности, биологических особенностей растения и т. д.

Вопрос о поступлении и распределении в растениях (осо­бенно древесных) различных радиоизотопов изучен недоста­точно, что объясняется отчасти трудностями определения радио­нуклидов в растениях вследствие незначительного их содержания. А между тем изучение поведения различных радиоактивных веществ, особенно долгоживущих, имеет немаловажное значе­ние для лесного хозяйства, так как дает возможность оценить радиобиологические эффекты, связанные с их транспортом в системе почва—растение, и получить прогнозные данные для разработки лесохозяйственных мероприятий на загрязненных радионуклидами территориях (создание лесных культур, заго­товка хвойно-витаминной муки, селекция древесных растений и т. д.).

Из выпавших в результате аварии на ЧАЭС радионуклидов наибольший интерес для лесного хозяйства представляют ⁹⁰Sr и ⁴⁷Cs, которые при соответствующих условиях могут активно включаться в древесную растительность корневым путем, в зна­чительной мере влиять на ее жизнедеятельность и определять степень использования. Большинство других радиоактивных изо­топов (¹⁰³Ru, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Ce и. др.) усваивается корневыми систе­мами в небольших количествах и с точки зрения загрязнения растительной продукции несущественно. Поэтому необходимо было оценить роль основных лесообразующих дре­весных растений в вертикальной миграции радионуклидов по содержанию радиоактивных веществ в различных органах рас­тений и почве в зависимости от уровня ее загрязнения, устано­вить вклад основных продуктов распада в корневое питание опытных растений. Принималось во внимание, что динамика накопления изучаемых элементов отражает потребность расте­ний в них.

Результаты исследования показали, что из важнейших дол­гоживущих продуктов деления через корневые системы в надзем­ную часть древесных растении в наибольших количествах по­ступали ^l37Cs и ¹³⁴Cs. Они вносили основной вклад в удельную радиоактивность растений (в зависимости от их вида и плот­ности загрязнения почвы) — от 25 до 80% общей концентрации изучаемых элементов. Поглощение цезия-134 и - 137 надземными органами растений шло примерно одинаково (1: 1). Некоторое несоблюдение этой закономерности при поступлении ¹³⁴Cs и ¹³⁷Cs в хвою второго и третьего года жизни объясняется, по нашему мнению, частичным поверхностным ее загрязнением. Наблюдается и определенная видовая специфичность в по­глощении цезия-134 и цезия-137 из почвы. Максимальная акку­муляция этого элемента отмечена в листьях березы, несколько меньшая — у дуба. Близкие концентрации цезия обнаружены в фотосинтезирующих органах осины, ольхи, хвое сосны первого года жизни. Относительно высокое содержание цезия-137 и це­зия-134 (по сравнению с почвой) наблюдается в хвое сосны обыкновенной второго года жизни.

Поглощение радионуклидов растениями определяется еще и сорбционными процессами в почве. Так, при поступлении из водного раствора в наибольших количествах поглощается ¹³⁷Cs, в меньшей степени — ⁹⁰Sr, тогда как при поступлении из почвы коэффициент накопления ¹³⁷Cs намного меньше, чем ⁹⁰Sr.

При исследовании поступления ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в древесные рас­тения из почв в Гомельской и Могилевской областях, загрязнен­ных радионуклидами, такой закономерности не выявлено. Нао­борот, в значительно больших количествах в надземную часть древесных растений поступает из почвы ¹³⁷Cs. Повышенная миграция ¹³⁷Cs отмечалась и другими исследователями. Так, известно, что ¹³⁷Cs из дерново-подзо­листых торфяных, супесчаных и песчаных почв Белорусского Полесья поступает в травянистые растения интенсивнее, чем ⁹⁰Sr. На исследованных почвах наблюдается большее (в среднем в 10 раз) по сравнению с ⁹⁰Sr поступление ^I37Cs в растения, о чем свидетельствует увеличение отношения ¹³⁷Cs: ⁹⁰Sr (до 16 раз). Считается, что основной причиной значительного по­ступления ¹³⁷Cs в растительность данного региона является ма­лая фиксирующая способность почв по отношению к этому радионуклиду, что обусловлено особенностями их минералоги­ческого состава (невысоким содержанием илистых фракций, почти полным отсутствием глинистых минералов и высокой их гидроморфностью). Показано, что растениям доступен не только ¹³⁷Cs, находящийся в обменной форме, но и радионуклид в необ­менной форме.

Сравнительное перемещение радионуклидов в системе поч­ва—растение удобно оценивать с помощью коэффициентов накопления (отношение концентрации элемента в растении к содержанию этого элемента в почве). При расчете коэффициен­тов нами использовались данные о концентрации радионукли­дов в верхнем (0—5 см) слое почвы и листьях, где находится значительное количество исследуемых радионуклидов.

Обнаружены существенные различия в содержании радио­активных веществ, обусловленные неодинаковой избирательной поглотительной способностью древесных растений (табл. 1). Наиболее высокие коэффициенты накопления (КН) характер­ны для поступления цезия в березу (2,8—3,8). Коэффициенты накопления для дуба и осины достаточно близки (1,39—1,56 и 1,42—1,44 соответственно). Мало различаются по этому пока­зателю и ольха с сосной. Наиболее высокий уровень потребле­ния стронция у дуба: коэффициент накопления равен 0,79. Близки к нему осина и ольха. Минимальная аккумуляция этого элемента отмечена у сосны (КН = 0,45). Береза по этому пока­зателю занимает промежуточное положение (КН = 0,50). Потребление других радиоактивных элементов (церия, плутония, рутения, празеодима) также неодинаково.

Таблица 1 Коэффициенты накопления радионуклидов из почвы различными из древесными породами

Таблица 2. Содержание элементов питания в различных древесных растениях, %

Проведено сравнение поступления в исследуемые дре­весные растения изотопов стронция и цезия и их аналогов — калия и кальция, так как известно, что поведение стронция-90 в системе почва—растение сходно с миграцией кальция — его основного неизотопного но­сителя, а цезия-134 и -137 — с калием. Установленные кафедрой почвоведения МГУ закономерности в содержании калия и каль­ция в листьях исследуемых нами древесных пород в основном справедливы и для радиоактивных изотопов стронция-90 и це­зия-134 и -137 (табл. 2). Больше всего калия, кальция и ра­дионуклидов стронция и цезия поглощают и накапливают лист­венные древесные растения. Различия в поступлении и содер­жании радиоактивных изотопов цезия и стронция, обусловлен­ные биологическими особенностями древесных пород, сходны с усвоением растениями их химических аналогов — кальция и калия. Сопоставление данных табл. 3.3 и 3.4 показывает, что береза, осина и дуб накапливают в своих фотосинтезирующих органах радиоактивный изотоп цезия (как неизотопный калий) в количествах, превышающих их содержание в почве. Накоп­ление радиоактивного стронция из почв идет слабее, чем накоп­ление кальция, но видовая специфичность в основном сохра­няется. [5]