Биологический круговорот 137Cs и K в лесных фитоценозах южной тайги и лесостепи в отдаленный период после чернобыльских выпадений

• Автор: Касацкий, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 03.02.13, 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Объекты и методы исследований
1.1. Объекты исследований
1.2. Методы исследований
Глава 2. Почвенно-радиоэкологическая характеристика региона исследований
2.1. Характеристика почвенного покрова СПП Тульской и Брянской областей
2.2. Радиоэкологическая характеристика территории Тульской и Брянской областей
Глава 3. Биологическая продуктивность и круговорот органического вещества в лесныхфитоценозах Тульской и Брянской
областей
3.1. Биологическая продуктивность и круговорот органического вещества в лесных фитоценозах Брянской области
3.2. Биологическая продуктивность и круговорот органического вещества в лесных
фитоценозах Тульской области
Глава 4. Накопление 137СТ и К в растительном покрове лесных фитоценозов Брянской иТульской
областей
4.1. Накопление 137Сэ и К в растительном покрове лесных фитоценозов Брянской области
4.2. Накопление 137Сз и К в растительном покрове лесных фитоценозов
Т ульскойобласти

Глава 5. Биологический круговорот 137С.З и К в лесных фитоценозах южной тайги и лесостепи в отдаленный период после чернобыльских выпадений
5.1. Показатели биологического круговорота! 37Сэ и К в сосняках Брянской области
5.2. Показатели БК 137Сз и К в березняках Брянской области
5.3 Показатели БК 137Св и К в сосняках Тульской области
5.4 Показатели БК 137Св и К в березняках Тульской области
Глава 6.Динамика показателей биологического круговорота 137Ся в лесах ближней и дальней зон выпадений
6.1. Динамика распределения загрязнения 1 ЗТСэ по компонентам древесного яруса ближней и дальней зон чернобыльских выпадений
6.2. Динамика показателей биологического круговорота 137Св в сосновых лесах ближней
и дальней зон выпадений
Выводы
Литература

1. ВВЕДЕНИЕ
Согласно официальным данным, на территории Российской Федерации 57 тыс. км2 подверглось радиоактивному загрязнению (Руководство..., 1995; Прудников и др., 2007). Наибольшие площади и уровни загрязнения зафиксированы в Брянской области, где, по данным на 1 января 1995 года, площадь загрязненных земель составляла 171 тыс.га, в том числе с плотностью загрязнения от 37 до 185 кБк/м2 - 60%; 185-555 кБк/м2 - 23%; 155-1480 кБк/м2 - 15% и более 1480 кБк/м2 около 2 %. Меньшие показатели отмечались на территории Тульской области, где загрязнено 74,8 тыс. га, их них от 37 до 185 кБк/м2-97%; 185-555 кБк/м2 - 3 % (Руководство, 1992). При этом радиоактивному загрязнению на данных территориях подверглись практически все лесные угодья.
Лесные экосистемы с радиоэкологической точки зрения представляют собой сложное природное образование с множеством прямых и косвенных связей между их компонентами, что накладывает существенный отпечаток на перераспределение в них техногенных радионуклидов. Наряду с этим поведение радиоактивных элементов, поступивших в лесные экосистемы аэральным путем в результате глобальных и аварийных выбросов, имеет свою специфику. По сравнению с литогенными стабильными изотопами и химическими аналогами оно первоначально сопровождается интенсивным поглощением растительным ярусом, а в последующем специфическим перераспределением в системе «почва-растение». При этом для стабильных изотопов и химических аналогов радионуклидов характерны устоявшиеся показатели биологического круговорота (БК), выработанные эволюционным путем, для искусственных радионуклидов данное равновесное состояние не выражено, поскольку они являются новыми элементами, поступившими в природную среду аэральным путем.
Исследования по данному направлению в лесных экосистемах проводятся на протяжении многих лет. Так, в ряде классических трудов Н.В. Тимофеева-Ресовского, В.М. Клечковского была разработана система представлений о типах круговорота радиоизотопов в биогеоценозах, их избирательном накоплении в организмах и миграции по трофическим цепям (Клечковский, 1956; Тимофеев-Ресовский, 1962 и др.). В последующем разработки их учеников и последователей: P.M. Алексахина, Н.В. Куликова, Ф.А. Тихомирова, Э.Б. Тюрюкановой и других (Алексахин, Нарышкин, 1977; Алексахин, Тихомиров, 1976; Куликов, Пискунов, 1979; Тихомиров, Алексахин, 1972; Тюрюканова, Беляева, 1973 и др.) позволили сформулировать ряд положений БК техногенных радионуклидов.
В постчернобыльский период эти работы были продолжены. Особенности биологического круговорота техногенных радионуклидов на первых этапах после чернобыльских выпадений наиболее полное отражение нашли в работах А.И. Щеглова с соавторами (Щеглов, 1999; Щеглов, Тихомиров, 1996; Щеглов, Цветнова, 2000; 5Ис1^1оу, ТвУеЬоуа, КЛуаБНЮпп, 2001 и др.). В этих исследованиях впервые было показано, что в биогеохимических циклах техногенных радионуклидов соотношение потоков существенно отличается от таковых макроэлементов, в частности, неизотопных аналогов |37Сз и Ч)Яг - К и Са. Для указанных макроэлементов возврат в почву с опадом в большинстве случаев в 2 - 3 раза меньше, чем их поступление в растения за счет корневого потребления. Для радионуклидов данное соотношение меняется, причем степень изменения зависит от ландшафтных особенностей. В лесах аккумулятивных ландшафтов ежегодное корневое поступление радионуклидов в годичную продукцию по абсолютной величине приблизительно равно ихвозврату с опадом. В лесах элювиальных ландшафтов возврат с опадом в 2 -5 раз больше их годового накопления корневым путем. Полученные закономерности позднее были подтверждены и дополнены в работах других исследователей (Орлов, 2005; Переволоцкий, 2006; Сак, 1997; Мамихин и др., 2014 и др.).
Следовательно, в рамках данной проблемы большое значение приобретают положения, связанные не только с количественной оценкой потоков радионуклидов и макроэлементов в системе «почва - растение» и соотношением данных потоков, но и с оценкой изменения этого соотношения во времени. По мнению ряда специалистов, в отдаленные периоды после выпадений, когда состояние радионуклидов достигает динамического квазиравновесия в системах «техногенные радионуклиды - стабильные изотопы - химические аналоги» и «почва-растение», различия в показателях БК техногенных радионуклидов и их химических аналогов сглаживаются (Основи.,,1999; Переволоцкий, 2006; Санжарова, Фесенко,1994 и др.). Однако на сегодняшний день эта гипотеза остается дискуссионной, в связи с чем возникает необходимость проведения сравнительной оценки показателей биологического круговорота данных элементов в различных биогеоценозах и зонах радиоактивных выпадений в отдаленные периоды после их поступления
Одним из путей получить более надежную количественную информацию может послужить привлечение материалов по биологическому круговороту химических аналогов радионуклидов.
В связи с этим целью настоящих исследований явилось выявление особенностей биологического круговорота шСь и К в лесных фитоценозах южной тайги и лесостепи в отдаленный период после чернобыльских выпадений.

Исследуемые темно-серые лесные почвы Тульской области под березняком в отличие от почв под сосняком характеризуются среднекислой реакцией среды в верхней части профиля (гор-ты А и АВ) и слабокислой - в нижней (гор-ты В1 и В2). В профиле рНводн.варьирует в диапазоне 5,80-6,57; рНксг- 4,84-5,49. С глубиной реакция среды изменяется в сторону подщелачивания (таблица 7).
Величина гидролитической кислотности в почвах березняка варьирует от 2,33 до 6,08мг-экв/100 г с максимальными в верхней части профиля, с глубиной отмечается падение значений Нг.
Почвы березняков так же, как и почвы сосняка, высокогумусны, его содержание в горизонте А достигает 6,59%, с глубиной количество гумуса снижается, особенно резко в гор-те АВ.
В составе обменных катионов ППК также преобладают Са2+ и Mg2+. Степень насыщенности основаниями колеблется в интервале 82,6-91,1% и закономерноувеличивается с глубиной. В целом, концентрация данных элементов и степень насыщенности основаниями почв под березовым насаждением выше аналогичных показателей в почвах сосняка.
Таблица 7. Основные физико-химические и химические свойства почв березняка
Тульской области
Гори- рн Г идроли- Обменные £ Степень Гумус,
зонт гнческая основания Са2+ и насыщен- %
рНШО рНКС1 кислотность Са2+ м82+ ности ос-
Смоль(+)/кг %
А 5,80 4,84 6,08 20,8 8,0 28,8 82,6 6,
АВ 5,90 4,95 3,78 18,2 7,2 25,4 87,0 2,
В1 6,28 5,49 2,94 15,8 11,0 26,8 90,1 0,
В2 6,57 5,46 2,33 16,55 7,45 247,0 91,1 0,
Определение содержания в почвах березового насаждения подвижного К показало,что его концентрация незначимо отличается от аналогичных показателей в почвах соснового насаждения и также выше по сравнению с почвами березняков Брянской области (рис. 6).
В микропрофиле (0-20 см) темно-серой лесной почвы березняка количество К колеблется от 0,05 до 4 г/кг с минимальными показателями в низлежащих горизонтах и максимальными - в подстилке. Вниз по исследуемой толще содержание К снижается до 0,03 г/кг в слое 15-20 см. Следует подчеркнуть, что концентрация К в соответствующих