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 представляют⁹⁰Sr и⁴⁷Cs, 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 и¹³⁴Cs. 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 поступлении¹³⁴Cs и¹³⁷Cs 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 поступления⁹⁰Sr и¹³⁷Cs 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 почвы¹³⁷Cs. 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. 1 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.