Мохообразные как фактор накопления 137Cs черникой (Vaccinium myrtillus L.) Собченко, Владимир Анатольевич

Введение к работе

Актуальность темы диссертации. В лесных биоценозах, загрязненных ^{1 7}Cs, в моховом покрове до 12 % суммарного содержания нуклида в экосистеме находится в формах, легко вовлекаемых в биологический круговорот. Черника является видом-аккумулятором радиоцезия, в силу чего при употреблении населением ягод в пищу, играет заметную роль в формировании доз внутреннего облучения. Высокие значения удельной активности Cs ягод определяются следующими биологическими особенностями черники: корневая система черничников расположена в аккумулирующем радионуклид почвенном горизонте -лесной подстилке; черничники приурочены к условиям с повышенным увлажнением; диапазон высокого обилия черничников по показателю кислотности почвы - рН составляет 3,6-4,1; черника является микоризообразователем. При высоких показателях проективного покрытия мхам отводится ведущая роль в формировании лесной подстилки. Прижизненные выделения мхов и их биологические особенности формируют условия с повышенным увлажнением, рН = 3,9-4,4 и благоприятными условиями для развития микро- и макромицетов. Моховой покров способен влиять на факторы, во многом определяющие биологическую доступность ⁱ³⁷Cs для минерального питания сопряженной с ним Vaccinium myrtillus L. Поэтому представляется актуальным оценить роль мохового покрова в накоплении ^mCs черникой.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского Республиканского Фонда Фундаментальных Исследований в рамках выполнения проекта «Исследование механизма влияния мохообразных на миграцию цезия-137 в недревесную продукцию леса» (Б02М-062) № ГР 20022282, 2002 г., а также ГНТП «Природопользование и охрана окружающей среды» (договор № 60-99/54) - исполнитель Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича. (раздел 2.5.2.6. «Провести инвентаризацию, картирование и создание банка данных особо ценных в хозяйственном отношении, редких и исчезающих видов растений Беларуси»), 2000 г.

Цель и задачи исследования. Целью работы являлась оценка роли мохового компонента лесных экосистем в изменении миграционной доступности ³⁷Cs в звене «почва-лесные ягоды» на примере наиболее распространенного ягодника - Vaccinium myrtillus L. Задачи исследования:

1. Оценить ценотическую роль мохового покрова в развитии Vaccinium myrtillus L.;

2. Определить количественные параметры миграции ¹³⁷Cs в системе «мох-субстрат питания» в эксперименте и природных условиях;

3. Оценить влияние мохового покрова на содержание и подвижность ¹³⁷Cs в корнеобитаемой сфере Vaccinium myrtillus L.;

4. Разработать способ оценки радиоактивности ягод черники исходя из данных о плотности загрязнения территории, типа условий местопроизрастания, проективного покрытия и видового состава сопряженного мохового покрова. Объект исследования: лесные биогеоценозы (хвойные и лиственные леса), расположенные в различных зонах загрязнения ¹³⁷Cs, с разной степенью выраженности мохового покрова и различным проективным покрытием черничников.

Гипотеза

Моховой напочвенный покров лесных экосистем является депо ^wCs и способствует более длительному удержанию нуклида в корнеобитаемых горизонтах сопряженной со мхами растительности;

Моховой покров формирует условия, наиболее благоприятные для повышения биологической доступности ^mCs;

Уменьшение проективного покрытия мхов способствует снижению накопления ¹³⁷Cs черникой.

В процессе исследований первоначальная гипотеза подтвердилась.

Методология и методы проведенного исследования

В основу исследований роли мохового компонента лесных экосистем в изменении миграционной доступности ¹³⁷Cs в звене «почва-лесные ягоды» положены основные методологические принципы лесной радиоэкологии. Автор исходил из положения о наличии причинно-следственных связей между особенностями накопления ¹³⁷Cs различными видами мхов, фитомассой и ягодами черники и комплексом факторов, влияющих на эти процессы.

Исследования выполнялись в натурных и лабораторных условиях. В лабораторных условиях проводилось изучение процессов сорбции и десорбции ¹³⁷Cs фоновыми видами мхов в зависимости от способа внесения радионуклида в модельную систему; изучалась роль площади поверхности мхов в накоплении ими ¹³⁷Cs; роль клеточной стенки мхов в поглощении ими ¹³⁷Cs; особенности накопления ¹³⁷Cs мхами при различной начальной активности модельного раствора; скорость десорбции радионуклида из различных видов мхов со сменой и без смены модельных растворов.

В полевых условиях изучалась сопряженность черничников с моховым покровом различного видового состава; особенности накопления ¹³⁷Cs различными видами мхов и черникой. Полевые исследования проводились на временных пробных площадях, расположенных в различных зонах загрязнения ^mCs зонах в условиях сосновых, еловых и некоторых типов березовых лесов. Методами дисперсного и корреляционного анализа оценивалась зависимость величины Кп ¹³ Cs в звене «почва-черника» от таких факторов, как условия увлажнения мест произрастания, их трофность, суммарное проективное покрытие сопряженных мхов, их видовой состав.

Научная новизна и значимость полученных результатов 1. Для юго-востока Беларуси впервые показана ценотическая роль мохового покрова в развитии Vaccinium myrtillus L.

!. Получены новые данные об особенностях накопления ^l37Cs фитомассой мхов, являющихся доминантами и субдоминантами в напочвенном покрове лесных биогеоценозов. 1. Впервые показана роль мохового покрова в увеличении доли наиболее подвижных форм ¹³⁷Cs в корнеобитаемом слое черники на фоне различных ле-сотипологических условий. I. Впервые предложен метод оценки удельной активности ¹³⁷Cs в ягодах черники на основании данных о плотности загрязнения лесных насаждений ¹³⁷Cs, типа условий местопроизрастания, проективного покрытия и видового состава сопряженных мхов.

Практическая значимость полученных результатов заключается в определении плотности загрязнения лесных территорий, на которых удельная активность ягод черники не превысит нормативных величин при различных зна-іениях проективного мохового покрытия в наиболее характерных для произрастания черники лесотипологических условиях. Эти результаты используются в республиканском Центре контроля и мониторинга окружающей природной :реды для разработки мероприятий по снижению дозовых нагрузок на населе-*ие, проживающего и работающего на загрязненных радионуклидами террито-эиях.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

4. Продуктивные популяции Vaccinium myrtillus L. в 90% случаев сопряжены с развитым моховым покровом.

5. Для мхов характерны высокие показатели накопления ^l37Cs, связанные с их анатомо-морфологичесюши особенностями.

6. Коэффициенты перехода ^l37Cs в чернику и мхи определяются условиями увлажнения и степени богатства почвы мест произрастания, а также зависят от проективного покрытия зеленых и сфагновых мхов.

Личный вклад соискателя. Работа выполнялась с 1999 по 2003 год на кафедре ботаники и физиологии растений Учреждения образования «Гомельский государственный университет имени Ф.Скорины». Соискателем самостоятельно выполнен отбор проб в природных условиях, лабораторные эксперименты, биометрические и спектрометрические измерения, статистическая обработка полученных данных. Автором был выполнен сбор информации Главгидро-мета Республики Беларусь, Областного центра гигиены и эпидемиологии, НИКИ Радиационной медицины и эндокринологии (Гомельский филиал), Гомельского ПЛХО о плотности загрязнения регионов исследования и удельной активности ягод черники. Общий объем собранных данных составил 27 000. Выделение типов леса при закладке пробных площадей для натурных исследований и отбора проб произведено по таксационным описаниям, планам насаждений и почвенным картам лесхозов; натурные и лабораторные бриологиче-ские исследования были проведены в ходе выполнения ГНТП «Природопользование и охрана окружающей среды» (исполнитель - ГНУ «ИЭБ им.

В.Ф.Купревича»), а также в рамках выполнения научно-исследовательских работ по финансируемой Республиканским Фондом Фундаментальных Исследований теме «Исследование механизма влияния мохообразных на миграцию цезия-137 в недревесную продукцию леса» (Б02М-062, руководитель - Собченко В.А.) № ГР 20022282,2002 г.

Апробация результатов. Результаты работы докладывались на научных мероприятиях: Республиканской конференции молодых ученых и студентов «Сахаровские чтения» (Минск, 2000); Международной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологического образования Полесья в постчернобыльский период» (Мозырь, 2000); Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Н.В.Тимофеева-Ресовского (Минск, 2000); II Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы Полесья и сопредельных территорий» (Гомель, 2000); третьей Международной конференции молодых ученых «Экологические проблемы XXI века» (Минск, 2000); V Республиканской конференции студентов, магистрантов и аспирантов Республики Беларусь (НИРС-2000) (Гродно, 2000); IV Международной научно-практической конференции «Проблемы физической культуры населения, проживающего в условиях неблагоприятных факторов окружающей среды» (Гомель, 2001); Международной конференции молодых ученых и студентов «Сахаровские чтения 2001 года: экологические проблемы XXI века» (Минск, 2001); III Международном симпозиуме «Актуальные проблемы дозиметрии (15 лет после Чернобыльской катастрофы)» (Минск, 2001); Научно-практической конференции молодых ученых «Фундаментальные и прикладные проблемы радиобиологии и радиоэкологии» (Минск, 2002); Международной конференции ведущих специалистов, молодых ученых и студентов «Сахаровские чтения 2002 года: экологические проблемы XXI века» (Минск, 2002); IV международной научно-практической конференции «Экологические проблемы Полесья и сопредельных территории» (Гомель, 2002); II Региональной научно-практической конференции ведущих специалистов, аспирантов и студентов «Экологической науке - творчество молодых» (Гомель, 2002); Международной конференции ведущих специалистов, молодых ученых и студентов «Сахаровские чтения 2003 года: экологические проблемы XXI века» (Минск, 2003); Международной научной конференции молодых ученых «Лес в жизни восточных славян от Киевской Руси до наших дней» (Гомель, 2003); IV международном симпозиуме «Актуальные проблемы дозиметрии» (Минск, 2003).

Опубликованность результатов. По теме диссертации опубликовано 23 научные работы, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, 5 статей в сборниках научных трудов, 11 статей в научных сборниках и материалах конференций, 4 тезиса докладов конференций. Общий объем публикаций 112 страниц.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, заключения и 3 приложений. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 24 иллюстрации, 20