| 1 |
1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. |
Биогеохимический цикл Cs-137 в травянистых экосистемах черноземной зоны, загрязненных чернобыльскими выпадениями - Этап 2014 года |
| Результаты этапа: Проведен сбор литературных материалов и картографических данных по природным особенностям территории Плавского радиоактивного пятна Тульской области. Исследовано современное состояние изученности процессов перехода Cs-137 в растения в условиях лабораторных модельных опытов и природных наземных экосистем радиоактивно загрязненных земель.
Проведены полевые работы на территории Плавского радиоактивного пятна Тульской области, в ходе которых произведен выбор опорных площадок в различных агро- и природных фитоценозах с ландшафтной привязкой и описанием общих свойств почв и растительности; определением плотности сложения почв и их полевой влажности; определение биопродуктивности наземной и подземной частей растительности; отбор монолитов почв по микропрофилю, загрязненному Cs-137; отбор образцов надземной и подземной фитомассы растительности; транспортировка образцов почв и растений в лабораторию и их пробоподготовка к химическим и радиологическим анализам; начато определение величин удельной активности Cs-137 и природных радионуклидов в пробах почв и растительности.
Предварительные результаты проведенных исследований доложены, обсуждены и опубликованы в виде тезисов и материалов международных конференций: Актуальные проблемы экологии и природопользова-ния = The Urgent Ecological and Environmental Management Problems (РУДН, Москва); Генеральная Ассамблея Европейского Союза Геонаук (EGU General Assembly-2014, Вена, Австрия); Международная конференция по Радиоэкологии и Радиоактивности окружающей среды (International Conference on Radioecology & Environmental Radioactivity, Барселона, Испания); 9-ый Международный конгресс по почвоведению «Душа Почвы и Цивилизации» (9th International Soil Science Congress on “The Soul of Soil and Civilization", Сиде, Турция); VII Съезд по радиационным исследованиям (Москва); Международная научная конференция «Экология и биология почв» (Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону). Принята к публикации в журнале “Eurasian Journal of Soil Science” статья на английском языке «Modern parameters of caesium-137 root uptake in natural and agricultural grass ecosystems of contaminated post-Chernobyl landscape, Russia (Современные параметры корневого поглощения цезия-137 в природных и сельскохозяйственных травянистых экосистемах загрязненного пост-чернобыльского ландшафта, Россия)». Первичные результаты работ переданы в Тульский НИИ сельского хозяйства (пос.Молочные Дворы), на землях которого частично проходят полевые исследования по теме проекта.
|
| 2 |
1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. |
Биогеохимический цикл Cs-137 в травянистых экосистемах черноземной зоны, загрязненных чернобыльскими выпадениями - Этап 2015 года |
| Результаты этапа: В отдаленный период после чернобыльской аварии исследованы качественные особенности и количественные параметры биогеохимического цикла Cs-137 в агроценозах и природных луговых экосистемах Плавского пятна Тульской области, территория которого относится к наиболее выраженным ореолам радиоактивного загрязнения центральной части РФ.
Показано, что хотя за прошедшее после 1986 г. время количество Cs-137 в наземных экосистемах сократилось почти вдвое (за счет процессов радиоактивного распада), современные уровни накопления радионуклида в пахотных черноземах Плавского радиоактивного пятна составляют 170-280 кБк/м2 (460-710 Бк/кг), что в 5-8 раз превышает допустимый нормативный показатель (37 кБк/м2) и свидетельствует о долговременности эффекта радиоактивного загрязнения. При этом геохимическое поле радиоактивного загрязнения почв характеризуется высокой неоднородностью, которая определяется как неравномерностью первичных выпадений Cs-137, так и его значительным вторичным перераспределением. По сравнению с неэродированными пахотными черноземами водораздельных пространств намытые разности нижних частей склонов накапливают Cs-137 больше в 1,2-1,3 раза, а целинные черноземы террас и аллювиальные луговые почвы пойм – больше в 1,2-1,6 раз. Пространственная гетерогенность величин запасов Cs-137 в пахотных почвах водоразделов и их склонов характеризуется коэффициентом вариации 20% (в почвах опорных площадок под различными агроценозами – 7-23%), в целинных почвах лугов – 18% (в почвах опорных площадок под различными фитоценозами – 9-24%). Глубина массового проникновения Cs-137 по профилю пахотных почв (>80% запасов) составляет 25-30 см (старопахотный горизонт), в целинных почвах лугов ограничивается верхними 10-12 см (дерновый горизонт).
Травянистая растительность агрофитоценозов основных культур полевого севооборота (пшеница, ячмень, кукуруза, картофель, рапс, соя, амарант, козлятниково-кострецовая травосмесь) и природных фитоценозов (суходольный луг и влажный пойменный луг) по сравнению с почвами характеризуется существенно меньшими показателями удельной активности Cs-137 (5-120 Бк/кг), а параметры накопления радионуклида в биомассе растений составляют не более 0,13% от общих запасов Cs-137 в системе «почва-растение». В целом, несколько повышенными величинами удельной активности Cs-137 в общей биомассе характеризуется растительность природных лугов со значительным участием многолетних видов растений. При этом уровни содержания Cs-137 в поедаемой части растительной продукции (зерно пшеницы и ячменя, зеленые части кормовых культур, клубни картофеля) соответствуют нормативным требованиям радиационной безопасности.
Биологические особенности корневого потребления Cs-137 из радиоактивно загрязненных почв выявляются при сравнении коэффициентов накопления (Кн) радионуклида в различных растениях и их отдельных частях (надземной и подземной). Установлено, что по интенсивности перехода Cs-137 в общую биомассу исследованные агро- и фитоценозы группируются по мере снижения показателя в следующий ряд: влажный злаковый луг > пшеница > кукуруза > суходольный разнотравно-злаковый луг > ячмень > бобово-злаковая травосмесь > картофель > соя > амарант > рапс. В целом, относительно более высокие значения Кн характерны для растительных сообществ с доминированием семейства Злаковые (однодольные растения, обладающие мочковатой корневой системой), наименьшие – для представителей семейств Амарантовые и Капустные (двудольные растения с выраженной стержневой корневой системой). При этом зерновые сельскохозяйственные культуры и дикорастущие злаки отличаются накоплением Cs-137 в подземных органах (величины удельной активности Cs-137 в подземной биомассе превосходят величины удельной активности Cs-137 в надземной биомассе в 5-14 раз), а представители класса двудольных растений характеризуются менее контрастным распределением радионуклида по органам с 1,5-6-кратным преобладанием величин удельной активности Cs-137 в надземной биомассе. Для исследованных агро- и фитоценозов выявлен тренд к увеличению величин Кн в общей биомассе при повышении биологической продуктивности травянистых сообществ (r=0.64 при P=0,95), установлены положительные корреляции между величиной Кн в подземной биомассе и продуктивностью подземных органов (r=0.81 при P=0,95), величинами Кн в общей биомассе и объемом или удельной поглотительной способностью подземных органов (r=0.89 и r=0.88 соответственно при P=0,95). В целом, с учетом количественных параметров надземной и подземной биомассы растений, а также распределения по этим фракциям Cs-137, исследованные растительные сообщества с доминированием однодольных культур накапливают в среднем 94% радионуклида в своей подземной части, в то время как в ассоциациях с доминированием двудольных культур в среднем 71% Cs-137 сосредоточено в надземных органах.
Параметры корневого поглощения Cs-137 растениями и его распределения по надземным и подземным частям биомассы заметно отличаются от характеристик биогеохимического цикла калия. В отличие от Cs-137, К является элементом биологического накопления, причем значения Кн стабильного К в общей биомассе минимальны для агроценозов кукурузы и ячменя (5,1-5,7) и максимальны для картофеля (17,4), что не совпадает с вышеуказанным порядком ранжирования Кн Cs-137. Помимо этого, концентрации К в надземной биомассе всех исследованных растительных сообществ в 1,5-10 раз больше, чем в их подземной биомассе, что свидетельствует об отсутствии дискриминации при корневом поглощении из почвы и активном переносе в вегетирующие и генеративные части растений. Таким образом, биогеохимические аспекты поведения Cs-137 требуют отдельного (не аналогового) тщательного изучения.
|
| 3 |
1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. |
Биогеохимический цикл Cs-137 в травянистых экосистемах черноземной зоны, загрязненных чернобыльскими выпадениями - Этап 2016 года |
| Результаты этапа: В отдаленный период после чернобыльской аварии на территории Плавского радиоактивного пятна Тульской области исследовались особенности поведения Cs-137 в системе «почва-растение» культурных и природных травянистых экосистем.
Показано, что современные уровни накопления Cs-137 в почвах территории составляют 140-280 кБк/м2 (350-710 Бк/кг), что в 5-8 раз превышает допустимую норму и свидетельствует о долговременности эффекта радиоактивного загрязнения наземных экосистем. При этом геохимическое поле радиоактивного загрязнения почв характеризуется неоднородностью как на микроуровне (коэффициенты вариации величин запасов Cs-137 составляют в среднем 20% для пахотных почв и 18% для целинных почв), так и выраженным трендом вторичной пространственной дифференциации на мезоуровне: по сравнению с неэродированными пахотными черноземами водораздельных пространств намытые разности нижних частей склонов накапливают Cs-137 больше в 1,2-1,3 раза, а целинные черноземы подножий склонов и аллювиальные луговые почвы пойм – больше в 1,4-1,6 раз.
Растительность агроценозов (пшеница, ячмень, кукуруза, картофель, рапс, соя, амарант, горчица, гречиха, бобово-злаковая травосмесь) и природных биогеоценозов (суходольный луг и влажный пойменный луг) по сравнению с почвами характеризуется существенно меньшими показателями удельной активности Cs-137 в общей биомассе (5-120 Бк/кг), а параметры годичного накопления радионуклида в растительности не превышают 0,13% общего пула Cs-137 в системе «почва-растение».
Биологические особенности корневого потребления Cs-137 выявляются при сравнении коэффициентов накопления (КН) радионуклида в различных растениях и их частях. Установлено, что по интенсивности перехода Cs-137 в общую биомассу исследованные агро- и фитоценозы группируются в следующий ряд: влажный злаковый луг (0,19) > пшеница (0,15) > кукуруза (0,13) > суходольный разнотравно-злаковый луг (0,10) > ячмень, горчица, бобово-злаковая травосмесь (0,06) > картофель (0,05) > соя (0,04) > амарант, гречиха (0,03) > рапс (0,01). В целом, относительно более высокие значения КН характерны для растительных сообществ с доминированием представителей семейства Злаковые (однодольные растения с мочковатой корневой системой), наименьшие – для представителей семейств Амарантовые и Капустные (двудольные растения с выраженной стержневой корневой системой). При этом показатели КН Cs-137 в подземной биомассе однодольных растений превосходят КН в надземной биомассе в 5-14 раз, в то время как двудольные растения характеризуются 1,5-6-кратным преобладанием КН Cs-137 в надземной биомассе. Для исследованных агро- и фитоценозов установлены положительные корреляции между величиной КН в подземной биомассе и продуктивностью подземных органов (r=0.81), величинами КН в общей биомассе и объемом или удельной поглотительной способностью подземных органов (r=0.89 и r=0.88 соответственно). С учетом запасов биомассы исследованные растительные сообщества с доминированием однодольных культур (злаков) 94±5% запасов Cs-137 депонируют в своей подземной части, в то время как в ассоциациях с доминированием двудольных культур 71±14% Cs-137 сосредоточено в надземных органах.
Сопоставление параметров корневого потребления Cs-137 с вовлечением в биомассу калия и зольных элементов в целом выявляет специфику биогеохимического цикла радионуклида, который не рекомендуется оценивать по аналогии с макроэлементами.
Сезонная динамика величин КН Cs-137 незначительна; межгодовая выражена более существенно, но явных корреляций между интенсивностью корневого поглощения радионуклида и обеспеченностью вегетационного сезона теплом и влагой не обнаруживается.
В целом, благодаря процессу дискриминации корневого потребления Cs-137 его содержание в растительной продукции, выращиваемой на землях Плавского радиоактивного пятна (зерно пшеницы и ячменя, зерна гречихи и горчицы, зеленые части кормовых культур, клубни картофеля), полностью соответствует требованиям радиационной безопасности.
|
