07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Радионуклиды в травянистых экосистемах
 13.09.2012

Данный вид экосистем широко распространен в различных почвенно-климатических зонах. В таежно-лесной зоне он представлен различными видами лугов на дерновых и аллювиальных почвах, в лесостепной и стенной зонах травянистые экосистемы занимают основную часть естественных угодий на черноземах.
Первичное взаимодействие радионуклидов, поступающих на поверхность данных экосистем, происходит преимущественно с наземными органами живых растений, если выпадения произошли в период активной вегетации, или с мертвым органическим материалом поверхностных органогенных горизонтов (дернина, степной войлок и др.), если вегетация в период выпадений ослаблена или отсутствует. В любом случае, после отмирания наземных органов основная часть радионуклидов оказывается поглощенной поверхностным органогенным горизонтом почвы. Сорбционная способность отмерших органических остатков по отношению к радионуклидам гораздо ниже, чем минеральной части почвы, поэтому радионуклиды уже в первые годы после выпадения вымываются в нижнюю часть органогенных горизонтов, где они локализуются в переходной зоне к минеральной части почвы. Толщина данного слоя, поглощающего основную часть радионуклидов, очень невелика и составляет обычно 1-3 см. Особенность состояния радионуклида в этом слое почвы заключается в том, что значительная его часть связана с органическими и органоминеральными соединениями. В данной форме радионуклиды достаточно хорошо доступны растениям. Кроме того, в начальные периоды вегетации растений, когда поверхностные горизонты почвы хорошо прогреты после зимы и еще не утратили запасов влаги, наиболее активное поглощение всех минеральных элементов происходит именно из поверхностных горизонтов почвы.
Перечисленные особенности локализации радионуклидов в почвах травянистых экосистем и особенности корневого питания травянистых растений приводят к тому, что растения естественных лугов оказываются на порядок и более загрязненными по сравнению с сеяными травами агроэкосистем и тем более с другими сельскохозяйственными культурами. При этом для естественных лугов отмечается характерная динамика накопления радионуклидов в составе растений: максимум поступления происходит в первые недели вегетации, затем, по мере накопления биомассы и смещения корневого поглощения в нижележащие горизонты почвы, а также частичного вымывания радионуклидов из вегетирующих растений происходит снижение их содержания на единицу биомассы растений.
Как видно из рис. 7.7. основная часть 137Cs поступила в луговые растения в период до 20 мая. За это время растения сформировали приблизительно 30% от максимальной надземной фитомассы. В дальнейшем прирост фитомассы почти не сопровождался общем выносом радионуклидов, а на заключительных этапах вегетации происходило даже некоторое снижение их содержания за счет отпада высохших частей растений, прижизненного вымывания 137Сs из надземных органов или оттока радионуклида к корням растений.

Радионуклиды в травянистых экосистемах

Изменение удельной активности травостоя существенно влияет на уровень загрязнения молока, что иллюстрируется данными табл. 7.4, полученными для того же региона.
Радионуклиды в травянистых экосистемах

Согласно данным таблицы, происходит увеличение связывания радионуклида почвой через промежутки времени в 5 лет и, соответственно, уменьшение уровня загрязненности сена естественного луга и молока. Период половинного снижения уровня загрязнения первичной биопродукции данного естественного луга составляет около 7-8 лет. Оно обусловлено, в данном случае, в основном усилением прочности связывания радионуклида почвой, а также (в меньшей степени) физическим распадом 137Cs. Как показали расчеты, вынос радионуклида из верхних горизонтов в период 1992-2002 гг. отсутствовал.
Приведенные примеры дают основания для поиска путей безопасного хозяйственного использования естественных лугов в качестве сенокосов и пастбищ.
Обнаруживаемые в почвах естественных травянистых экосистем радионуклиды на глубинах более 10 см могут поступать туда за счет одновременного действия разных процессов: в результате отмирания корневой массы загрязненных растений или с корневыми выделениями; за счет миграции почвенной мезофауны, использующей в качестве источника питания загрязненные органические остатки; за счет поступления сухого почвенного материала из верхних горизонтов в нижние по вертикальным трещинам, образующимся в сухие периоды года, особенно в сухостепных экосистемах, в результате конвективного переноса и диффузии радионуклидов.
Основной путь выноса радионуклидов из естественных экосистем, занятых травянистой растительностью, на территории Русской равнины происходит с водами талого стока за счет вымывания веществ из поверхностных органогенных горизонтов. В гидрографическую сеть выносятся не только экстрагируемые формы радионуклидов, но и частицы самого растительного материала, а также минеральной части почвы при наличии водно-эрозионных процессов.
Общая интенсивность выноса в первые годы после выпадений соизмерима с выносом радионуклидов из лесных экосистем. Однако в травянистых экосистемах часто происходит более резкое снижение интенсивности вымывания уже спустя 2-3 года после загрязнения. Оно связано с более быстрым переходом радионуклидов из растительного пула травянистых экосистем в почвенные с по сравнению с лесными экосистемами.
Основная причина ускоренного роста почвенных пулов - относительно слабое развитие поверхностных органогенных горизонтов, особенно на суходольных лугах и в сухих степях, при одновременном мощном развитии и глубоком проникновении корневых систем растений и относительно высокой величине ежегодного отмирания корневых систем растений и их быстрой минерализации.
Кроме того, в травянистых экосистемах происходит более быстрое обновление состава органогенных горизонтов за счет ускоренной минерализации растительных остатков, что также способствует переходу радионуклидов из растительного пула в состав минеральной части почвы и их более прочному сорбционному закреплению.
Процесс выноса и рассеяния радионуклидов в условиях травянистых экосистем существенно интенсифицируется при выжигании травянистой растительности в результате пожаров или намеренных поджогов, а также при любых формах развития эрозионных процессов.
Итак, в естественных экосистемах с травянистой растительностью наблюдается относительно быстрый переход радионуклидов из пула БГХЦ в почвенные пулы. В самой почве состояние радионуклида изменяется с разной скоростью и в разных направлениях. Это зависит от химической природы радионуклида, соотношения между различными его формами при выпадениях, типа почвы и экосистемы и некоторых других факторов.
В качестве примера приведем результаты изменения форм 90Sr и 137Cs в минеральной части дерново-подзолистой супесчаной почвы под окультуренным лугом (рис. 7.8). В течение первых восьми лет после выпадения радионуклидов наиболее существенные изменения наблюдались у 90Sr, для которого относительное содержание в составе мобильных форм возросло от 25-30 до 95%, при этом большая часть 90Sr перешла в состав обменной формы. Таким образом, основная часть почвенного 90Sr вошла в состав обменного пула почвы. Соответственно, содержание 90Sr в составе инертного пула почвы снизилось с 70-75 до 5% и менее. Такой характер трансформации связан, в основном, с выщелачиванием радионуклида из труднорастворимых топливных частиц, в составе которых выпала основная часть 90Sr в 30-километровой зоне Чернобыльской АЭС.
Радионуклиды в травянистых экосистемах

Для 137Cs наблюдалась совершенно иная картина. Основная часть его с самого начала находилась в составе инертного почвенного пула, объем которого за 8 лет возрос приблизительно с 80 до 95%. Соответственно, снизился объем обменного пула радионуклида, представленный мобильными формами. При этом основные изменения происходили внутри труднодоступной формы (2). Они состояли в увеличении содержания 137Cs в составе неэкстрагируемого остатка, который представлен преимущественно 137Cs, фиксированным почвенными силикатами.
В прямом соответствии с направленностью трансформации форм радионуклидов в почве находится их поступление в сельскохозяйственные растения. В частности, для 30-километровой зоны ЧАЭС в первые годы после загрязнений наблюдался рост коэффициентов накопления (КН) растениями 90Sr и снижение КН для 137Cs.