17.07.2018
08.07.2018
22.06.2018
21.06.2018
20.06.2018
19.06.2018
17.06.2018
05.06.2018
05.06.2018
03.06.2018
Радионуклиды в болотных экосистемах
 13.09.2012

Интерес к исследованию поведения радионуклидов в болотных экосистемах обусловлен несколькими причинами.
1. Низинные болота нередко служат источником заготовки сена для домашних животных, а также являются потенциальными угодьями для распашки и выращивания сельскохозяйственных культур. В отдельных регионах эти типы болот являются важными кормовыми угодьями диких животных (кабаны, лоси и др.).
2. В таежно-лесной зоне болота участвуют в формировании гидрологического режима территории, являясь важным источником пополнения запасов грунтовых вод и открытых водоемов, используемых в качестве источников водоснабжения.
3. Болота используются населением для сбора ягод и грибов.
4. Торфяные залежи используются для производства органических удобрений и субстратов, применяемых в овощеводстве защищенного грунта. Болотные экосистемы отличаются особенностями гидрологического режима, существенно различного для верховых и низинных болот; своеобразием растительного покрова, в составе которого значительную, а иногда и доминантную роль играют различные виды мхов; формированием мощного органогенного слоя торфа различного ботанического состава и качества в зависимости от типа болотной экосистемы. Поведение радионуклидов весьма отличаются в низинных и верховых болотах.
В низинных болотах, растительность которых представлена несколькими видами осок, злаков, мхов и одновременно древесными породами (ольха, береза, сосна, вяз, различные виды ивы), первичное поглощение радионуклидов происходит живыми наземными органами растений, а также мертвыми растительными остатками на поверхности болота. Дальнейшее поведение радионуклидов имеет особенности, характерные одновременно для лесных и травянистых экосистем. После окончания вегетации значительная их часть переходит в состав мертвых растительных остатков, поступающих на поверхность болота с древесным опадом и отмершей травянистой растительностью, которая относительно легко вымывается из свежего растительного опада и мигрирует в торфяной горизонт, который, хотя и обладает определенной сорбционной способностью по отношению к радионуклидам, но значительно уступает сорбционной способности минеральных почв.
Данным обстоятельством обусловлено более глубокое проникновение радионуклидов в торфяную толщу низинных болот по сравнению с минеральными почвами лесных и травянистых экосистем. Однако и в низинных торфяных почвах в условиях квазиравновесного состояния мощность слоя, содержащего приблизительно 90% загрязнений, редко превышает 10-15 см. Сорбционному удержанию радионуклидных загрязнений в поверхностном слое способствует также минеральная пыль, содержащаяся в различных количествах во всех низинных торфах за счет поступления с окружающих земель, в особенности распаханных, в результате действия дефляционных и водно-эрозионных процессов.
Поверхностный характер распределения радионуклидов позволяет использовать торфяную залежь низинного болота для заготовки торфа на органические удобрения и субстраты при условии удаления верхнего слоя мощностью около 30 см.
Медленная нисходящая миграция радионуклидов и их постепенное сорбционное закрепление в торфяной залежи приводят к постепенному снижению уровня загрязнения болотного сена и съедобных ягод, которое, по оценкам разных авторов, не превышает единиц процента в год от начального уровня загрязнения.
Таким образом, большая часть радионуклидов в низинной болотной почве спустя 10-15 лет после загрязнения представлена формами, сорбированными материалом торфа.
Однако некоторая часть радионуклидов длительное время может удерживаться в составе многолетних растений низинного болота, включая и травянистые растения. Учитывая преимущественно поверхностный характер локализации корневых систем болотных растений, можно считать, что удержание радионуклидов в составе фитомассы одновременно способствует их удержанию в поверхностном слое торфяной почвы.
Особую роль в «фитоудержании» радионуклидов на поверхности играет моховая компонента растительности, почти всегда представленная в фитоценозе низинного болота. Этому способствуют некоторые биологические особенности мхов: отсутствие корней и формирование небольшого по мощности так называемого моховою очеса, представляющего собой плотный «биологический фильтр», пропускающий через себя влагу осадков и аккумулирующий многие элементы. У мхов отмирает только нижняя часть, а их поверхностный слой может функционировать как селективный фильтр или биологический барьер для загрязнителей при любых положительных температурах.
Разные виды мхов различаются по способности удерживать радионуклиды. В частности, гипновые и зеленые мхи, преобладающие на низинных болотах, существенно сильнее удерживают загрязнения по сравнению со сфагновыми мхами - типичными представителями верховых болот.
Слабой вертикальной миграции радионуклидов в низинных торфяных почвах способствует также застойный режим увлажнения, имеющий место во многих низинных болотах.
Следует отметить и еще одну важную особенность поведения радионуклидов в низинных болотных почвах. Низинные болота входят в группу так называемых аккумулятивных ландшафтов, в которые свободно могут поступать и накапливаться вещества и загрязнения с соседних территорий. Особенно это характерно для болот, расположенных в поймах рек. При этом вынос веществ за их пределы крайне ограничен. Из этого следует, что низинные болота относятся к экосистемам, подверженным «вторичному» загрязнению в результате общей направленности перераспределения веществ и загрязнений в наземных экосистемах. Общая схема направленности вторичного и глобального перераспределения радионуклидов будет рассмотрена в конце главы.
В верховых болотах поведение радионуклидов иное. Различия связаны с особенностями водного и пищевого режимов верховых болот, доминированием сфагновых мхов в составе растительного покрова, острым дефицитом практически всех элементов минерального питания и, в связи с этим, удержанием в составе биомассы основных радионуклидов, являющихся химическими аналогами дефицитных элементов питания. При этом сфагновые мхи слабее удерживают 137Cs по сравнению с зелеными мхами. 90SR более прочно удерживается всеми видами мхов.
Торф верхового болота существенно отличается от низинного и характеризуется более слабым сорбционным связыванием радионуклидов, в особенности 137Cs.
В верховом болоте очень сложный режим передвижения влаги. Преобладающими являются нисходящие вертикальные потоки. Однако в первой половине лета в период интенсинной транспирации можно наблюдать кратковременные восходящие потоки в поверхностном слое болота, глубиной до 10-20 см, включая растения сфагнума, по которым влага, как по фитилю, поднимается вверх, и в эти потоки могут вовлекаться некоторые радионуклиды, в частности 137Сs.
Наконец, на вертикальное распределение радионуклидов в верховой торфяной почве влияет специфика формирования и накопления торфа. Основной торфообразователь - мох сфагнум - не отмирает, а дает ежегодный прирост вверх на 1-2 см, при этом нижняя часть растения отмирает, увеличивая запас торфа. Таким образом, под нарастающей биомассой образуется погребенный слой из отмершей биомассы. При этом значительная часть зольных элементов, включая и радионуклиды, постоянно перемещается к точке роста растения, где осуществляется наиболее активная фотосинтетическая деятельность и другие биохимические процессы.
Таким образом, вертикальное распределение радионуклидов в верховой болотной почве является функцией нескольких очень сложных и часто противоположно направленных процессов. Их количественная сторона изучена пока недостаточно. Результаты имеющихся натурных наблюдений свидетельствуют, что и в условиях верховых болот радионуклиды формируют зону загрязнения в поверхностном слое торфяника мощностью порядка 20-30 см.
В условиях нормального функционирования верховой болотной экосистемы, вынос из нее радионуклидов маловероятен из-за отсутствия поверхностного стока и роста сорбционного удержания любых загрязнений торфяной залежью с глубиной. Однако верховые болота могут стать источником вторичного загрязнения при возгорании торфяников, а также при добыче и использовании верхового торфа без предварительного изучения и учета конкретных особенностей залегания торфяной залежи и распределения в ней радионуклидных загрязнений.