04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
08.08.2017
14.07.2017
06.07.2017
19.06.2017
19.06.2017
Радионуклиды в лесных экосистемах
 13.09.2012

Основными первичными поглотителями радионуклидов аэральных выпадений в лесных экосистемах являются листья и хвоя древесных пород, лесного подроста, растений кустарникового яруса и напочвенного покрова, а также лесная подстилка. В периоды между активной вегетацией растений основная роль в первичном закреплении радионуклидов принадлежит лесной подстилке. Однако и в случае первичного захвата загрязнений листовой поверхностью спустя непродолжительное время часть поглощенных радиоактивных веществ также переходит в состав лесной подстилки за счет смыва части загрязнений с листовой поверхности или в результате ежегодного опадания листьев и хвои, а также отмирания наземных органов лесных трав. Только мхи и лишайники могут удерживать в своем составе радионуклиды неопределенно продолжительное время. Таким образом, независимо от времени года, в которое произошло выпадение, основная часть загрязнений оказывается в составе лесной подстилки, причем ее поверхностного слоя, представленного свежим опадом. Этот слой обозначается символом L (от англ. litter).
Однако с течением времени максимальное количество радионуклидов перемещается из слоя L в нижележащие слои подстилки ферментативный (F) и гумусовый (Н). Это происходит в результате абиотической миграции в составе нисходящего потока почвенной влаги, а также за счет ежегодного погребения слоя L, новыми порциями поверхностного опада и постепенной трансформации слоев в направлении L → F → Н. Слой подстилки Н обладает резко повышенными сорбционными свойствами по отношению к любым загрязняющим веществам, поэтому максимальное содержание радионуклидов в течение десятков лет наблюдается именно в данном слое почвы или на контакте этого слоя с минеральным горизонтом (А1; А1А2; АЕ), которые и выполняют основные барьерно-геохимические функции по отношению к радионуклидам в лесных экосистемах. В минеральной части почвы происходит резкое уменьшение содержания радионуклидов с глубиной. На рис. 7.5 показана типичная картина вертикального распределения радионуклидных загрязнений в лесных экосистемах.

Радионуклиды в лесных экосистемах

Проникновение радионуклида в минеральную часть почвенного профиля в лесной экосистеме объясняется несколькими причинами:
1) вертикальной абиотической миграцией с нисходящим потоком почвенной влаги;
2) перемещением и переотложением в составе отмерших корней растений и поступлением в почву в составе корневых выделений;
3) диффузией.
Очень важным моментом в вертикальном распределении радионуклидов по профилю лесной почвы является тот, что горизонты с максимальным накоплением загрязнений (обычно глубина 2-7 см) совпадают с глубиной максимальной поглощающей активности корневых систем растений. Известно, что даже древесные породы с распространением корневых систем на глубины более 1 м не менее половины элементов минерального питания получают из контактных горизонтов лесной подстилки и минеральной части почвы мощностью в несколько сантиметров. Лесные травы, кустарничковые (черника, брусника, голубика) почти целиком используют элементы минерального питания из наиболее загрязненных горизонтов почвы. Этим обстоятельством объясняется высокий уровень загрязнения лесного сена, а также лесных съедобных ягод даже при относительно низком радионуклидном загрязнении территории. Например, в средней части Швеции при уровне загрязнения территории 137Cs около 1 Ки/км2 количество радионуклида в ягодах, грибах и мясе дичи нередко превышало допустимое здесь содержание 1500 Бк/кг (для сравнения: в России для 137Сs значение ВДУ - 600 Бк/кг; по СанПиН - 160 Бк/кг).
Особенно высоким накоплением радионуклидов отличаются грибы, как, впрочем, и другие организмы, использующие органическое вещество лесной подстилки, опад и корневые выделения в качестве основного источника углеродного питания (почвенная мезофауна, микоризные грибы, микроорганизмы).
Основная часть мицелия грибов локализована в лесной подстилке или в древесном опаде. Отмечены случаи, когда грибной мицелий в лесных экосистемах удерживал десятки процентов от общего 137Сs, поступившего на поверхность почвы. Различные виды грибов по-разному накапливают радионуклиды, что объясняется различным характером локализации мицелия в отдельных частях лесной подстилки и характером вертикального распределения загрязняющих веществ в почве на данный период. Для условий квазиравновесного распределения радионуклида в почве с максимальной локализацией его в нижних слоях лесной подстилки и самом верхнем слое минерального горизонта наблюдался следующий ряд по увеличению содержания 137Сs в различных видах съедобных и условно съедобных грибов в условиях Украинского полесья (А.И. Щеглов и др., 1996): опенок < лисичка < рядовка < подосиновик < мухомор < черный груздь < белый гриб < подберезовик < сыроежка < говорушка < масленок < польский гриб < свинушка < горькушка.
Лесные травы, ягоды и грибы являются источником загрязнения мяса диких животных и птиц. Особенно высок уровень загрязнения мяса животных, активно использующих в своем рационе грибы: лосей, оленей, косуль. Поскольку наибольшие масштабы поступлений в организм животных отмечены для 137Са, который довольно быстро и выводится из организма при переходе на менее загрязненные корма, то часто прослеживается четкая сезонная динамика загрязнения мяса дичи, питающейся грибами. Пик приходится на конец лета - осень, когда доля грибов в рационе животных максимальна.
Отметим особенности распределения радионуклидов между основными пулами лесной экосистемы в условиях квазиравновесного состояния.
Инертный почвенный пул даже для прочно сорбирующегося почвой 137Cs в лесах с развитой и ненарушенной антропогенными воздействиями лесной подстилкой не является безусловна доминирующим, хотя и составляет десятые доли от общего содержания радионуклида в экосистеме. Преимущественная локализация в лесной подстилке, высокие уровни поступления из лесной подстилки в растения с последующим возвратом радионуклида также в состав подстилки, создают условия для формирования значительных и соизмеримых по объемам обменного почвенного пула и пула в составе БГХЦ.
Из живых компонентов лесной экосистемы наибольшее по масштабам накопление радионуклидов, в особенности 137Са, можно ожидать в составе грибного мицелия, мхов и лишайников, затем, в составе лесных трав и кустарничковых растений. В меньшей степени радионуклиды концентрируются и накапливаются в составе древесных культур. По различным данным, древостой лесов различного типа содержит, как правило, не более одной десятой от общего количества радионуклида, выпавшего на территорию, при этом основная часть радионуклидов находится в коре деревьев, листве или хвое, а также в тонких растущих ветвях.
Вынос радионуклидов из лесной экосистемы и рассеяние внутри нее происходит в результате естественно протекающих процессов массопереноса в рамках БГХЦ, а также при возникновении природных и антропогенных катастроф, в основном, лесных пожаров, а также вывоза древесины к разрушения лесной подстилки, использования человеком лесных ягод, грибов, мяса диких животных.
Естественный вынос из лесной экосистемы происходит в результате вымывания радионуклидов из верхней части лесной подстилки (слои L и F) водами талого стока. Основная часть талых вод выносится с поверхностным стоком. Это главный путь самоочищения лесных экосистем. Вертикальное перемещение радионуклида из подстилки в нижележащие горизонты почвы незначительно благодаря высокой сорбционной емкости почвы по отношению к большинству радионуклидов. Размеры ежегодных потерь радионуклидов из лесных экосистем невелики, они не превышают единиц процента от их общих запасов в экосистеме, при этом со временем интенсивность ежегодного выноса уменьшается. Последнее обстоятельство объясняют постепенным снижением содержания радионуклидов в слоях L и F лесной подстилки и соответствующим обогащением нижележащих слоев и горизонтов почвы, Солее прочно сорбирующих радионуклиды. Уменьшение интенсивности выноса загрязнений с талым стоком выразительно иллюстрировано снижением объемов выноса строиция-90 речным стоком таежных рек после снижения интенсивности атмосферных выпадений продуктов испытаний ядерного оружия в 1963-1964 гг. (рис. 7.6).
Радионуклиды в лесных экосистемах

Интенсивность выноса и рассеяния радионуклидов существенно возрастает и достигает максимальных значений во время лесных пожаров, особенно верховых, при которых температура возрастает особенно сильно. При этом возникают мощные восходящие воздушные потоки, захватывающие огромные количества радиоактивно загрязненной золы. Кроме того, 137Cs при температуре выше 450°С легко переходит в результате испарения в воздушную фазу и переносится ветром. Масштабы перемещения загрязнений в результате лесных пожаров могут составлять сотни и тысячи километров.
Возрастает вынос радионуклидов из лесных экосистем также в результате антропогенной деятельности, например, раскорчевки, которая приводит к деградации лесной подстилки. Распространенная в нашей стране сплошная вырубка леса способствует развитию эрозионных процессов (преимущественно водной эрозии), что неизбежно приводит к попаданию значительной части радиоактивных загрязнений в речной сток и загрязнению водных экосистем.
Последствия распространения радионуклидных загрязнений в результате лесных пожаров или антропогенной водной эрозии опасны своей непредсказуемостью и сложностью прогностических расчетов процессов вторичного перераспределения.
Наоборот, последствия использования дикорастущих лесных растений и дичи вполне предсказуемы и могут быть приведены в соответствие с действующими санитарными нормативами при условии нормального функционирования соответствующих органов санитарно-эпидемиологического контроля.