Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности прироста древесины по радиусу ствола у основных лесообразующих пород в районе аварии на Чернобыльской АЭС

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Особенности прироста древесины по радиусу ствола у основных лесообразующих пород в районе аварии на Чернобыльской АЭС"

РГб од

2 5 т ыо

На правах рукописи

КОЗЛОВ Валерий Александрович

Особенности прироста древесины

по радиусу ствола у основных лесообразующих пород в районе аварии на Чернобыльской АЭС

03.00.05 03.00.16

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата биологических паук

— ботаника

— экология

Сыктывкар 1996

Работа выполнена в лаборатории физиологаи древесных растений Института леса Карельского научного центра и отделе лесобиологаческих проблем Севера Института биологии Коми иаучпого центра Уральского отделения Российской академии наук.

Научный руководитель: доктор биологических наук, проф. Г.М. Козубов

Официальные оппоненты: доктор биологических наук К.С. Бобкова кандидат биологических наук П.И. Юшков

Ведущая организация — Санкт-Петербургская лесотехническая

академия

Зашита состоится О^КСьБрЗ 1996 г. в 10 часов на

заседании диссертационного совета в Институте биологии Коми научного центра УрО РАН по адресу: 167007, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28. ("К 2.00- ■ О 1 )

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра. Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями просим направлять по адресу: 167007, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28.

Автореферат разослан " /у" ноября 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биолошческих паук

Н.В. Ладанова

общая характеристика работы

введение

Актуальность темы. Авария на ЧАЭС поставила перед человечеством целый комплекс проблем как инженерно-технических так и биологических. Наличие больших леспых массивов вокруг ЧАЭС в значительной мере сократило возможный разнос выброшенных радионуклидов, однако обусловило возникновение ряда проблем в дезактивации лесных фитоиенозов, организаций радиомониторипга в них и разработки основ ведения хозяйства в лесах 30-км зоны. В связи с этим несомненный интерес представляет изучение динамики ростовых процессов, в том числе приростов древесины по радиусу ствола у основных лесо-образутощих пород при различных уровнях радиационного воздействия.

Цель исследований. Целью данной работы являлось выявление особенностей в динамике приростов древесины, формирование годичного кольца, его структура при ионизирующем облучении в зоне аварии на ЧАЭС в различных радиоэкологических условиях, а также оценка успешности прохождения репарационных процессов у древесных пород в поставариинъш период.

Задачи исследований. 1) Изучить реакцию хвойпых (сосны, ели) и лиственных (березы, осины) по приросту по диаметру на различные дозы ионизирующего излучения; 2) разработать и освоить методы массового полуавтоматического анализа структуры годичных колец; 3) провести сравнительные дендрометрические исследования хвойпых и лиственных пород в поставарийный период; 4) реализовать поисковые работы с целью использования показапнй по приросту древесины по радиусу ствола для биологической дозиметрии в леспых биогеоценозах.

Научная новизна проведенных исследований: Выявлены особенности реакции основных лесообразуюпшх пород Украинского Полесья на радиационное воздействие, проявившиеся, в частности, в нарушении естественной ритмики роста стволов по диаметру. Подтверждена большая радиорезистентность лиственных пород по сравнению с хвойными в условиях широкого спектра поглощенных доз. Разработано и изготовлено полуавтоматическое устройство для анализа структуры годичного прироста по диаметру с помощью которого изучена динамика репарапи-

онных процессов и выявлены особенности этих процессов у основных лесообразугощих пород, доказано наличие определенной стимуляции в росте у березы и ели в поставарийный период. На основании этого явления разработан оригинальный метод ретроспективной биологической дозиметрии.

Обоснованность и достоверность выводов подтверждается массовым сбором образцов древесины на экспериментальных участках (более 2000 кернов), проведением дендрометрических исследований с высокой точностью и использованием современных методов математической обработки полученных данных.

Основные положения, выносимые на защиту.

Результаты изучения годичного прироста по диаметру ствола у основных лесообразугощих пород в 30-км зоне аварии па ЧАЭС.

Научные предпосылки создания полуавтоматического сканирующего плотномера годичных колец древесины.

Способ биологической дозиметрии в лесных биогеоценозах.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Полученные в процессе выполнения диссертационной работы материалы были использованы при составлении практических рекомендаций для НПО "Припять" — "Оценка и прогноз состояния лесов 30-км зоны ЧАЭС (1992г.)". Разработан способ биологической дозиметрии в лесных биогеоценозах, защищенный патентным свидетельством. Подтверждена высокая эффективность использования рентгеновского сканирующего плотномера в дендрометрии.

Личное участие автора в исследованиях. Основной объем экспериментального материала получен в 1988-1992 гг. в ходе проработки Государственной темы 01.11 Н "Комплексная программа по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС". Автор диссертации являлся руководителем .и ответственным исполнителем разделов: "Структура годичных приростов по радиусу ствола при сильном техногенном воздействии" (1988-1990 гт.) и "Изучение динамики приростов древесины по радиусу ствола" (1991-1992 гг.)

Апробация и публикация результатов исследований. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на II и III Научно-практических конференциях "Чернобыль-1990" и "Чер-нобыль-94", на Международном совещании "Лес. окружающая среда и новые технологии в Северной Европе, Петрозаводск, 1994", на Между-

народном симпозиуме "Экологическая физиология хвойных, Абакан, 1991", на Международном совещании в Минске "Чсрнобыль-96" и др. По результатам исследований опубликовано более 20 работ, в том числе одна коллективная монография. Получено 3 авторских свидетельства па изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 116 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав и заключения. Список использованной литературы включает 144 псточпика, в том числе 29 иностранных. Работа содержит 19 таблиц, 26 рисунков.

содержание работы

1. Геоботаническое описание. Радиоэкологическая характеристика региона и объекты исследований.

Сосновые леса в 30-км зоне ЧАЭС занимают около 80% лесопо-крьггой площади при общей лесистости 42%. Преобладают древостой искусственного происхождения, большая часть которых создапа в послевоенный период и имеет возраст 30-40 лет. Средний класс бонитета для сосняков 1.5 (Козубов и др., 1990). В качестве примеси в сосповых древостоях чаще всего встречается береза повислая (Betula pendula Roth.), реже осина обыкновенная (Populus trémula L.). В суборях, особенно па свежих почвах, в виде отдельных куртин распространен дуб обыкновенный (Que reus robur L.). В посадках сосны обыкновенной в лесах 30-км зоны встречается сосна Банкса (Pinns banksiana Lamb.), имеются участки, занятые елью европейской (Picea exelsa Link.) и акацией белой (Robinia pseudoacacia L). В поймах рек распространены многочисленные древесные и кустарниковые виды ив (Salix alba L., S.fragilis L., S.caprea L., S.pentandra L., S. purpurea L и др.). На влажных хорошо аэрируемых почвах образуются высокопродуктивные насаждения из ольхи черной {Alnus glutinosa L).

Подлесок обычпо отсутствует, иногда встречается дрок красильный (Genista tinktoria L.) я ракитник Цингера (Chamaecytisus zingeri (Nenjuk.) Klask.).

В травянисто-кустарпичковом ярусе произрастают несколько видов псаммофитов, а также отдельные экземпляры мезофитов. Это овсяннпца овечья (Festuca ovina L.), тимьян обыкновенный (Thymus serpillum L.),

зачотарнк обыкновенный (Solidago virgaurea L.), толокнянка обыкновенная (Arctostaphylos uva-ursi (L.) Streng), ястребинка зонтичная {Hieraceium umbellatum L.), ястребинка волосистая (Я. pilosella L.), ке-лерия сизая (Koeleña glauca (Schkur.) DC), бессмертник песчаный {Heiichrysum arenariwn (L.) DC), вереск обыкновенный {Calima vulgaris (L.) Hill), белоус торчащий {Nardus stricta L.), горичник горный {Peucedanum oreoselinum (L.) Moench).

Лишайниковый покров (проективное покрытие 70-80%) состоит в основном из Cladonia rangeferina (L.) Web., С. sylvatica (L.) Harm., С. mitis S antis t., C. deformis Hof I'm., С. gracilis (L.) Willd., а также Cetraria islandica (L.) Ach. В небольшом количестве (5-10%) распространены настоящие мхи: Polytrichum piliferum Hedw., Dicranum rugosum Brid., Pleurocium schreberi (Brid.) Mitt Краткая геоботапиче-ская характеристика этих типов леса приводится по работам В.К. Мякушко (1978) и Ю.Р. Шеляг-Сосонко (1983). В сухих борах сосна наиболее чувствительна к экстремальным воздействиям, в том числе и к радиационному норажепшо.

Свежие боры или сосняки зеленомошные широко распространены в Украинском Полесье, в основном в северной его части. Подлесок обычно не выражен, в единичных группах бересклет бородавчатый {Evoninus verrucosa Scop.), ракитник Цингера {Chaecytisus zingeri (Nenjuk.J Klask.), можжевельник обыкновенный {Juniperus communis L.).

Травяписто-кустарничковый ярус имеет проективное покрытие от 10 до 40 %. Основу его составляют лесные бореальные виды: вереск {Calluna vulgaris (L.) Hill.), папоротник-орляк {Píeridium aguílinum (L.) Kuhn.), тимьян {Thymus serpyllum L.), осока (Carex ericetorum Pali.), плаун булавовидный {Lycopodium clavatum L.) и др. Хорошо выражен моховой ярус, доходящий до 70-90% покрытия. В нем: Pleurocium schreberi (Brid.) Mitt, Dicranum rugosum Brid., Hilocomium splendens (Hedw. j Bryol. eur., Mnium undulatum Hedw., Polytrichum commune Hedw. и др.

Таким образом, на исследуемой территории — 30-км зоне ЧАЭС, господствуют молодые сосновые леса, отличающиеся высокой поглощающей способностью по отношению к радиационным выпадениям и повышенной чувствительностью к радиоактивным излучениям.

Суммарная активность в 10-км зоне в начальный период после аварийного выброса только но 5 основным радионуклидам (144Се, 106Ru, 90Sr, 134Cs, 137Cs) составила 1300-2800 Ku/км2. Если принять во внимание, что при этом пе учитывали вклад 131I, 95Zr, 95Nb и благородных газов, то приведенные выше показатели суммарной активности, очевидно, следует еще значительно увеличить. Так, на части летальпой зоны даже в октябре 1989 г. плотности радиоактивного загрязнения составили 3900-11000 Ku/км2 (Тихомиров и др., 1993).

В райопе аварии иа ЧАЭС начиная с 1986 г. было выбрано 17 экспериментальных участков для проведения комплексных радиоэкологических исследований в лесных фитоцепозах — 14 участков в 10-км зоне ЧАЭС, 2 — в 30-км зоне и один за пределами зоны аварии. Участки имели площадь в среднем 2-2.5 га и, как правило, подбирались в привязке к транспортной системе и существующей квартальной cení. Из 17 участков 12 были заложены в сосняках с примесью березы, 3 — в посадках ели и 2 — в сосново-листвеиных насаждениях. Средний возраст древостоев па большинстве участков составлял 30-40 лет. Все участки закладывали в сходных экологических условиях. На каждом участке отбирали по 15-20 учетных деревьев. В работе приведена детальная характеристика всех экспериментальных участков.

Были проведены радиометрические исследоваши побегов и древесины сосны, ели и березы. Следует отметить, что даже на достаточно однородных по радиационному фону участках индивидуальная изменчивость по активности побегов и древесины у отдельных деревьев колебалась до 10 и более раз.

2. Рост и структура годичного кольца

Средшш прирост деревьев по диаметру и его динамика дают ценную информацию о процессе жизнедеятельности древостоев в зопе радиационного воздействия. При определении степени радиационного воздействия на лесные системы могут использоваться те же депдрохропо-логические методы, которые пашлн широкое применение в оценках техногенного загрязнепия окружающей среды (Шиягов и др., 1986; Алексеев, 1991; Мусаев, 1993).

Рассматривается влияние различных факторов на процесс формирования годичного кольца. В период сезонной активности происходит основное увеличение массы падземных и подземных органов растения и в этот период дерево наиболее активно взаимодействует с окружающей средой. Последнее особенно ярко проявилось в степени реакции древо-стоев на радиационное воздействие при аварии на ЧАЭС (Козубов и др., 1990).

Каждое годичное кольцо отражает сезонную активность продуцирующих клеток (камбия) и имеет свои специфические особенности: сравнительную простоту и симметрию клеточных структур древесины, сходство внутреннего строения ксилемы деревьев разных видов, достаточную величину самих годичных колец у многолетних растений. Преимущества годичных колец как объекта анализа определяются также фиксированным положением дерева и ограниченным количеством влияющих на рост дерева экологических факторов в течение онтогенеза, что позволяет выделить основные нз них и проследить их влияние на формирование неоднородности годичных колец (Веретенников, 1987).

Изменение условий нитания, плодоношение, болезни, антропогенное воздействие могут вносить коррективы в этот процесс, что в свою очередь позволяет использовать структуру годичного слоя для анализа роста отдельной особи и всего сообщества в целом (Ког1о?га1а, 1971).

Исследования хода сезонного роста и параллельная регистрация условий внешней среды показали, что низкая влажность почвы лимитирует радиальный прирост деревьев, особенно в поздние сроки роста. В начале вегетации, когда влаги в почве достаточно, рост ствола в толщину могут ограничивать низкие температуры (Смирнов, 1964; Габуко-ва, 1991). Обычно у хвойных умеренной зоны прирост достигает максимума в первой половине вегетационного периода, в условиях неуклонного повышения температуры и максимального освещения, хотя очень часто он имеет 2-3 пика в течение сезона (Козлов, 1991). В ряде случаев ход роста в толщину соответствует ходу изменения температуры воздуха (Смирнов, 1964; Козлов, 1991). При дефиците влаги он может прекратиться почти внезапно. В Институте леса и древесины СО РАН была сделана успешная попытка разработки имитационной модели формирования прироста (годичных колец) древесины, основанная на физиологических и биофизических зависимостях скорости сезонного

роста от температуры, влажности и освещепиости (Шапшш ц др., 1993).

Различия в интенсивности прироста в отдельные промежутки вегетационного периода обусловливают неоднородность строения анатомических элемептов ксилемы разных зон годичного кольца, что достаточно хорошо можно проследить по рентгеновским плотнограммам годичного кольца (Козлов, 1985).

Скорость роста п условия формирования годичного кольца влияют пе только на длину, но и на поперечные размеры и толщину степок трахеид. У хвойных в начале вегетационного сезона, когда прирост древесины максимальный, формируются трахеиды большего диаметра, плотность древесины при этом минимальна.

Плотность древесины функционально связана с количеством поздней древесипы, которая в единице объема содержит большую долю веществ клеточпых стенок и поэтому имеет повышенную в 3-4 раза плот-пость по сравнению с ранней (Полубояринов, 1976; Козлов, 1987). Во многих работах проанализирована зависимость внутрепнего строения годичных колец от погодных и экологических условий (Eklund, 1958; Jazewitsch, 1961; Залитис, 1967; Коржлцкая, 1978; Козлов, 1987).

Согласно Ларсону и Н.Е. Судачковой (Larson, 1964; Судачкова, 1977), фитогормоны, продуцируете в кроне, играют важпуго роль в регуляции диаметра трахеид. Преобладание стимуляторов роста в восстановительный период после радиационной аварии приводит к активизации белково-пуклеинового комплекса, стабилизации тпшдного обмена (Козубов, 1996).

Весьма серьезным фактором изменяющим ростовые процессы является радиационное воздействие и особенно, если оно приходится на период начала активных ростовых процессов, как это имело место при аварии на Чернобыльской АЭС. Именно этим можно объяспить ту глубину эффектов аномального роста, которая зафиксирована на значительных площадях в 30-км зоне..

Таким образом, структура годичных колец, выражеппая в строении анатомических элемептов и соотношении раппей н поздней древесины, отражает интенсивность роста дерева по диаметру и фиксирует специфические для данных условий погодные и экологические факторы.

3. Методологические основы изучения динамики прироста древесины.

Существует несколько способов анализа параметров древесных колец, различающихся в основном по используемым регистрирующим устройствам и их физическим характеристикам: световая микроскопия, сканирующие методы, поглощение рентгеновского излучения или параллельного пучка электронов, поглощение света в видимой области спектра, отражение света, частота и амплитуда механических колебаний пера профилометра и др. Все они направлены на объективное выявление и измерение структурной неоднородности древесины в отдельных годичных кольцах (Ваганов, Терсков, 1977; Ваганов и др., 1983; Ярмишко, 1989). Особый интерес в исследованиях структуры древесины представляет метод гамма- пли рентгеновской плотнометрии (Polge, 1966; Kuhn, 1978; Asplund, Johansson, 1984; Clauson, Wilson, 1991). В связи с этил! нами для исследований внутренней структуры ксилемпых колец был разработан и изготовлен сканирующий рентгеновский плотномер (Козлов, Филиппов, 1979).

В этой главе рассмотрены основные принципы взаимодействия рентгеновского излучения с древесиной. Показано, что поглощающие характеристики различных древесных пород отличаются между собой незначительно, если их влажность и содержание золы достаточно близки. Основным документом, получаемым па сканирующем плотномере является плотнограмма годичных колец (рис. 1).

По плотнограммам представляется возможным определить следующие параметры: величину годичного прироста, долю поздней древесины, плотность ранней и поздней древесины, общую плотность древесины годичного прироста, динамику сезонного изменения плотности (а — угол наклона кривой нлотпости) и, как следствие, выявление "ложных" годичных колец.

Рассмотренные в работе проблемы по созданию практического варианта рентгеновского шготномера годичных колец древесины, основанного на применении мягкого рентгеновского излучения позволяют сделать следующие выводы:

- древесина по своему вещественному составу является "удобным" объектом для исследования гамма-методом;

максимальная плопюсть

плотность дрспссины 1986г.

Рнс. 1 Диаграмма плотиости древесины в годичных кольцах сосны

- рентгеновский сканирующий плотномер годичных колец позволяет зпачительпо расширить диапазон проводимых исследований, в частности, в области древесиноведения;

- ускорить в 5-6 раз измерение плотности древесины. Разработанная пат установка пе только широко использовалась

для проведения исследований особенностей роста древесины по диаметру (Козлов и др, 1980; Козлов и др., 1987; Козлов 1991), но с ее помо-

щью были разработаны основные параметры прогрессивных способов контроля качества древесных материалов. Разработки были признаны изобретениями (Козлов и др„ 1987; Козлов, Филиппов, 1990).

Все экспериментальные образцы прошли радиометрический: контроль с целью установления наличия радиоактивности, так как отбор древесины для анализа проводился в загрязненной зоне. Непосредственное измерение активности отдельных кернов по гамма — излучению проведено на гамма-спектрометре BECKMAN (Gamma 4000) с кристаллом Na(I) специальной геометрии.

Если в первый период после черпобыльской аварии загрязнение древесины радионуклидами было незначительным, то с течением времени в миграцию почва — ствол активно стали включатся такие радиоизотопы, как 137Cs, mCs, 144Се, 106Ru, 95Nb и ряд других (Мамихин и др., 1994). Практически па всех участках, где поглощенная доза превышала 1.5- 2.5 Гр в древесине отмечено наличие такого подвижного ра/ дионуклида, как 137Cs. Несмотря на большую вариацию активности об-4 разцов древесины даже в пределах одного экспериментального участка, средние показатели по активности древесины могут быть соотнесены с уровнями общего первоначального загрязнения площади.

Выявлены различия в накоплении радионуклидов по основным исследованным породам и проведенные анализы позволили составить следующий ряд: осина>береза>ольха черная>ель>сосна.

Содержание радионуклидов в древесине варьировало по годам, а максимальное загрязнение ее зафиксировано в образцах, отобранных в 1990-1991 гг. Выполнены исследования по авторадиографии отдельных образцов. Характер авторадиограмм свидетельствует о наличии определенного градиента в распределении радиоактивности по поперечному сечешпо ствола. Прослеживается различие как по годам — увеличение от 1986 к 1989, так и в пределах одного года — ранняя древесина оказалась более активная, чем поздняя.

4. Динамика прироста древесины у хвойных пород при различном уровне радиационного воздействия

Изучение радиального прироста в древостоях 30-км зоны Чернобыльской АЭС показало, что исходные абсолютные показатели энергии

прироста по диаметру ствола значительно колебались и во многом определялись возрастом древостоев и их полнотой. Радиагаюнпое воздействие на ряде участков привело к массовому отмирашпо молодых побегов, повреждению хвои и сокращению ее биомассы (Козубов и др., 1990), что отразилось и на приросте стволов по диаметру.

На участках, где у сосны была зафиксирована высокая степень гибели ассимиляционного аппарата от полного па участке 9, до 70-80% па участке 16, отмечено падение радиального прироста уже в первый год воздействия. Однако основные изменения прироста по диаметру у сосны имели место не в аварийный, а в первый поставарийный год.

Частичная реабилитация деятельности камбия отмечена на второй поставарийный год только на участках со слабым и средним воздействием (при поглощенных дозах менее 20 Гр), тогда как па участках с сильным повреждением (60 и более Гр) — происходило дальнейшее падете радиального прироста (Рис. 2). При больших поглощенных дозах восстановителыше процессы у сосны не завершились даже на 6-ой по-ставарийпый год. Так на участке 16, при дозе 120 Гр, ширила годичного кольца составляла 1.32 мм вместо 3,61 мм в 1985 году.

1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

Рис. 2 Динамика радиального прироста у сосны при различных уровнях

поглощенных доз.

Структура годичного кольца характеризуется соотношением ранней и поздней древесины и размером трахеид. Однако проведенный анализ позволил установить достоверное изменение соотношения ранней и поздней древесины только для участка 1 (поглощенная доза 12 Гр). Это может бьпъ объяснено тем, что радиационное воздействие даже при значительных' поглощенных дозах, приводящих к аномальному росту древесины и отмиранию значительного количества молодых побегов н хвои, в целом не нарушает ритмпки морфогенетпческих процессов у камбиальных клеток.

Практически на всех экспериментальных участках при поглощенных дозах более 2-3 Гр отмечены нарушения в анатомическом строении древесины. На срезах отчетливо просматривается изменение в строении рядов трахеид, наблюдаются сильные колебания в их размерах, которые у отдельных деревьев достигали 4-6 крат, раздвоение рядов трахеид, зубчатость и искривление сердцевинных лучей. Эти локальные изменения структуры достаточно четко прослеживаются в таком интегральном показателе качества древесины как плотность.

Платность древесины ранних трахехщ достаточно стабильный показатель в отсутствии значительных внешних воздействий- для периода проведенных нами наблюдений (1982-1991 гг.), колебания на фоновых участках не превысили 4%. Радиационное воздействие привело к уменьшению плотности ранних трахеид, выявляемое на рентгеновских штотнограммах годичного кольца практически у всех облученных привело к увеличению средних показателей на 10-15% в сосновых насаждениях и на 20-25% в еловых. Прослеживалась определенная связь плотности ранних трахеид с поглощенной дозой. Для сосповых древо-стоев существенные изменения в плотности ранней древесины фиксировались при поглощенных дозах свыше 2 Гр.

Известно, что плотность трахеид обуславливается толщиной клеточных стенок и выявленное повышение плотности может быть объяснено, в первую очередь, нарушением механизма растяжения клеток, вызванное радиационным воздействием. Судя по полученным результатам, плотность трахеид в зоне ранней древесины, наряду с величиной годичного прироста, можно рассматривать как возможное последствие радиационного воздействия.

В результате радиационного воздействия произошло изменение структуры поздней древесины, что прежде всего проявилось в опреде-

лепном снижении плотности. При сильном воздействии (поглощенная доза более 20 Гр) снижение плотности древесины было отмечепо и на второй год после радиационной аварии, что свидетельствует о глубоких изменениях в деятельности камбия в период формирования поздпей древесины.

Вероятнее всего, такое нарушении в деятельности камбия обусловлено не радиационным поражением самого камбия, а значительными изменениями в ассимиляционном аппарате сосны за счет высокого процента поврежденной погибшей хвои, что подтверждают наши опьтгы по удалению части хвои у молодых сосен (10-15 летних), проведенные в зоне северпой тайги. При этом были получены аналогичные результаты по динамике плотности ранних и поздних трахепд, если удаление хвои проводилось в зимне-весенний период (Габукова, Козлов, 1991).

Радиационные эффекты для сосны, растущей в 30-км зоне, были установлены и в еловых насаждениях. В 1986 году погодные условия, особенно первой половины вегетационного периода, оказались неблагоприятными для роста ели. В сочетании с повышенной ее радиочувствительностью, это привело к более значительному, по сравнению с сосной, падению прироста уже в год воздействия: прирост по диаметру у нее снизился почти в 2-2.5 раз по отношению к 1985 г. При этом произошли изменения и в плотности древесины. Реакция на радиационное воздействие у ели, несмотря на различную радиочувствительность отдельных деревьев, зафиксировано практически па всех модельных деревьях.

В 1987 г., т.е. на следующий после аварии вегетационный сезон, радиальный прирост у ели практически восстановился до уровня 1985 г. Проведенные исследования показали, что при радиационном воздействии, даже при сравнительно небольших поглощенных дозах, происходило снижение прироста древесины по радиусу ствола, у сосны на следующий год после острого облучеиия, а у ели — уже в год облучения. Радиационное воздействие чернобыльского типа привело к сдвигу процессов формировашщ годичного кольца, вследсташ чего увеличилась плотность ранней и снизилась плотность поздней древесины, изменился характер перехода от ранней к поздпей древесине, увеличилась доля "ложных" колец. При этом реакция на облучение оказалась выше у деревьев, отличающихся повышенной энергией роста.

Репарационные процессы у сосны и ели протекали различно: в еловых древостоях прирост по диаметру восстановился ухе в цервый поставарийный год, тогда как в сосновых этот процесс растянулся на три-четыре года, а в ряде случаев и больше. Выявленные особенности в реакции ели на радиационное воздействие, по сравнению с сосной, вполне можно объяснить и тем фактом, что поглощенные дозы для ели не превысили 3-4 Гр, поражение ассимиляционного аппарата у ели было значительно слабее, чем у сосны (Козубов, Таскаев, 1994).

5. Динамика прироста древесины у лиственных пород при различном уровне радиационного воздействия

Пониженная радиочувствительность лиственных пород, в том числе березы и осины, отмечалась многими исследователями и до аварии на ЧАЭС (Тихомиров, 1972; Алексахин, 1979 и др.). Полученные нами материалы свидетельствуют о том, что радиационное воздействие в апреле 1986 года существенно снизило активность камбия у лиственных пород лишь при поглощенных дозах более 40-60 Гр, при этом уменьшилась корреляция дендрорядов в облученных и фоновых древостоях, при сохранении высокого уровня коэффициентов корреляции дендрорядов у облученных древостоев.

В поставарийный период па всех исследуемых участках у березы наблюдалась значительное повышение интенсивности радиального прироста за счет реализации невостребованной энергии роста предыдущего (1986) года. Достаточно наглядным подтверждением этого тезиса послужил введенный нам показатель среднего прироста за 1986-1987 гг. Несмотря на значительные вариации интенсивности радиального прироста в год аварии и последующий, средняя ширина годичного кольца за оба года (аварийный и поставарийный) оказалась близкой к средней ширине годичного кольца доаварийного периода. Следует обратить особое внимание на выявленный факт перераспределения прироста в аварийный и поставарийный годы, так как при анализе хода роста путем обмеров стволов, уже через 2-3 года после аварии различия между облученными и фоновыми участками в березняках уже практически не выявляются. В евзи с этим для изучения реакции на облучение в лист-

вепных древостоях необходим обязательный погодячный анализ прироста древесины по радиусу ствола.

Таким образом, следует призпать стимулирующее действие радиации на березу в течение двух лет после аварии. К 1989 г. эффект этого воздействия становится уже малозначнмым в условиях анализируемых нами уровней поглощенных доз. Стимуляция годичного прироста в по-ставарийнный период наблюдалась при дозовых нагрузках более 20-25 Гр.

На пяти экспериментальных участках нами было проведепо изучение динамики радиального прироста у осипы и ольхи. Радпациошгое воздействие на этпх участках выразилось в изменении активности камбия уже в 1986 г. на участках 12, 16 с поглощенными дозами более 50 Гр. Следует отметить, что определенная доля снижепия радиального прироста у этих пород в 1986 г. была обусловлена влиянием климатических факторов, так как аналогичное снижение наблюдалось и па контрольных участках. На отдельных кернах осппы удалось получить достаточно четкие рентгеноплотнограммы, позволяющие оцепить ногодич-нуго динамику плотности.

Анализ введенного ранее показателя (средний прирост за 1986-1987 гг.) показал, что в определенной мере эффект радиационного облучения заключается в перераспределении накопления древесины по массе (уменьшение в год воздействия и увеличение по сравнением с контролем в последующий год), что было отмечено.

Таким образом, радиационное воздействие на лиственные породы (береза, осина, ольха) проявилось в основном в изменении динамики радиального прироста, хотя внешне не было зарегистрировано существенных морфологических изменений (гибели отдельных частей кропы, изменения формы листьев и прочее). Нарушение дипампхи радиальпого прироста для перечисленных пород не затронуло общее пакоплеше древесины; суммарный прирост за 3-4 года для контрольных и облученных участков совпадает в пределах статистических колебании.

6. Способ биологической рестроспективной дозиметрии в лесных биоценозах

При крупномасштабных радиоактивных загрязнениях территорий одной из основных проблем является оценка мощностей экспозиционных и поглощенных доз, а также организация радиомоннторннга в природных и искусственных экосистемах на значительных площадях.

Анализ большого экспериментального материала (около 2000 кернов) по изучению приростов древесины по радиусу ствола у сосны, ели, березы и ольхи черной в районе аварии на ЧАЭС показал, что альтернативным способом физической дозиметрии может явиться эффект специфической реакция додгоживущнх растений на радиационное воздействие, проявившееся в изменении динамики процессов формирования годичного кольца.

Обнаруженный нами эффект резкого подавления радиального прироста древесины в год острого облучения и возрастания его интенсивности в последующие два года (главы 4 и 5 данной работы), лег в основу оригинального способа биологической дозиметрии в лесных биогеоценозах (Козубов, Козлов, Таскаев, Патов, 1993). При этом исходный материал для исследовашш можно отбирать как непосредственно после аварии, так и через 10, 20, 30 и более лет, учитывая долговременность сохранения годичных колец в стволах деревьев.

Наиболее четко выявленная зависимость проявлялась у березы повислой н елн европейской: у первой при поглощенных дозах от 30-40 Гр и выше, у второй — от 2-3 Гр. Использование в качестве биотеста этих двух пород позволило повысить достоверность предлагаемого метода биологической дозиметрии. Приведены данные по практической реализации разработанного способа бнологаческой дозиметрии в лесных фитоценозах.

Расчет поглощенных доз проводили по следующей формуле:

В

г к2 /вч 2—1 -1

хС

где: И) — параметр радиального прироста в год радиационного воздействия на исследуемом участке; — параметр радиального прироста в год радиационного воздействия на фоновом участке; Яг — параметр радиального прироста на исследуемом участке в поставарийный год; 1?2к

— параметр радиального прироста на фоновом участке в поставарийный год; С — коэффициент соответствия для определешюй тест-породы на радиоактивно загрязненпых участках, на которых с достаточной степенью точности инструментально была определена поглощенная доза.

В 1994-1995 гг. разработаппый нами способ был использован при анализе древесных образцов, отобранных в зоне радиационной аварии в США па АЭС "Три Майл Айлепд" в 1979 г.

основные выводы

1. Чернобыльская авария оказала значительное воздействие на лесные экосистемы ближней (10-км) зоны от АЭС. Наряду с большими изменениями в размерах лпстьев и хвои, в строении побегов и кроны деревьев произошли серьезные перестройки в структуре и динамике прироста древесины.

2. Установлено, что наибольшее пягабиругощее воздействие на ель обыкновенную, березу повислую, ольху черную и осину оказало острое облучение в год воздействия (1986 г). У сосны максимальное снижение прироста по диаметру в большинстве случаев паступало в поставарийные годы (1987-1988 гг.).

3. Подтверждены полученные ранее данные по различпой радиочувствительности основных хвойных и лиственных лесообразующих пород. Исследованные нами древесные породы Украинского Полесья по радиочувствительности в условиях масштабной ядерной аварии можно расположить следующим образом: ель > соспа > береза > ольха > осина. Определена пороговая чувствительность исследованных пород, для ели она составляет 1.5 — 2.5 Гр, для сосны — 5 — б Гр, для березы и ольхи — 10-15 Гр и более. Установлено, что береза и ольха сохраняли жизнедеятельность камбия даже при поглощенных дозах 120-150 Гр, в то время как сосна при этих дозах условиях полностью погибла.

4. Выявлены особенности динамики восстановительных процессов в поврежденных древостоях. У лиственных пород уже в первый поста-варнйный сезон вегетации отмечалась значительная стимуляция роста. При этом, чем интенсивнее подавление в 1986 шду, тем больше оказалась стимуляция в поставарийный (1987) год. Приросты по радиусу стволов за эти два года совпадали с приростами на фоновых участках.

5. Показано, что облучение ели в дозах 2-3 Гр стимулировало деятельность камбия ухе в первый поставарийный год, но суммарный прирост за эти два года оказался ниже, чем на контроле. В сосновых дре-востоях процесс релаксации радиального прироста растягивался на 2-3 года, в зависимости от степени радиационного повреждения.

6. На основании исследования более 2000 кернов древесины показано, что динамика прироста по радиусу ствола может служить корректным показателем прохождения репарационных процессов, особенно у березы и ели. При этом острое облучение может вызывать нарушения в корреляции депдрорядов у лиственных пород.

7. На основании полученных экспериментальных данных был . разработан оригинальный метод биологической дозиметрии, позволяющий ретроспективно определять поглощенные дозы в лесных биогеоценозах с достаточно высокой степенью достоверности.

8. Показаны преимущества разработанного автором работы полуавтоматического рентгеновского плотномера годичных колец при анализе структурных изменений древесного кольца, возникающих за счет радиационного воздействия.

основные положения диссертации изложены в следующих печатных работах:

1. Козлов В.А., Филиппов М.М. Автоматическая регистрирующая установка для изучения распределения плотности в образце со сканированием // Информ. листок, Карельский ЦНТИ, № 218.- 1979.- 4 с.

2. Козлов В.А. Автоматическая регистрирующая установка для изучения распределения плотности древесины // Тез. Всес. совещания по современным проблемам древесиноведения. Воронеж, 1981.- С. 137138.

3. Козлов В.А., Филиппов М.М., Черепанов Ю.М. Способ непрерывного контроля качества листовых материалов. A.C. № 1175266 от 22.04.85.

4. Козлов В.А., Филиппов М.М. Радиоизотопные методы контроля качества. "Наука-производству". Петрозаводск. 1985.- 42 с.

5. Козлов В.А., Макарова Т.Н. Влияние климатических факторов на структуру годичного кольца у сосны обыкновенной // Тез. Всес.

конф. "Совремеп. проблемы древесиноведения". Красноярск, 1987.-С. 58-59.

6. Козлов В.А., Филиппов М.М. Способ кошроля качества листовых материалов. A.C. № 4061280 от 22.05.87.

7. Козубов Г.М., Козлов В.А. и др. Влияние ионизирующего излучения па прирост древесины по радиусу ствола сосны обыкновенной ели европейской // Чернобыль. 88. Доклада 1 Всес. научпо-техн. сов. по итогам ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС. Чернобыль 1989, том III, часть III. С. 61-73.

8. Козубов Г.М., Козлов В.А. и др. Динамика приростов древесины по радиусу ствола у сосны и ели в 30-км зопе ЧАЭС // Чернобыль 90. Докл. 11 Всес. научпо-техн.сов. по итогам ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС. Чернобыль, 1990, том. VI, ч. 1. С. 170-181.

9. Козлов В.А., Филиппов М.М. Способ контроля качества листовых материалов с низким атомным номером. Описание к авт. свид. на изобр. № 1403775. Бюлл. 527. 1990.

10. Козубов Г.М., Таскаев А.И., Козлов В.А. и др. Радиационное воздействие на хвойные леса в районе аварии на Чернобыльской АЭС. Коми научный центр УрО АН СССР. 1990,- 136 с.

11. Габукова В.В., Козлов В.А., Ивопис И.Ю. Физиолого-биохими-ческне особенности роста хвойных в различных радиоэкологических условиях И Тез. Междун.симпоз. Абакан Экологическая физиология хвойных. Красноярск, 1991, С. 23-24.

12. Габукова В.В., Козлов В.А. и др. Метаболизм сосны в связи с интенсивностью роста. Ин-т леса, Петрозаводск, 1991, 162 с.

13. Габукова В.В., Козлов В.А., Козубов Г.М. и др. Влияние ионизирующего излучения па морфофизиологические процессы у сосны обыкновенной // Влияние внешних факторов па устойчивость, рост и развитие растений. Петрозаводск. КНЦ РАН, 1992. С. 152-161.

14. Козубов Г.М., Козлов В.А. и др. Хвойные леса в 30-км зоне ЧАЭС // Чернобыль-92. Докл. 111 Всесоюз. науч. техн. совет. Т. IV, ч. 1. "Радиоэкологические аспекты последствий аварии".- Чернобыль, 1992. С. 74-93.

15. Козубов Г.М., Козлов В.А. и др. Способ биологической дозиметрии. Описание изобретения к патенту № 1804631. Бюлл. № 11.1993.

16. Козубов Г.М., Козлов В.А. и др. Динамика прироста древесины у основных лесообразующих пород в репарационный период // Радио-

экологические исследования в 30-км зоне аварии на ЧАЭС. Сыктывкар,

1993.- С. 89-104. (Тр.Коми науч.центра УрО РАН № 127).

17. Козубов Г.М., Козлов В.А. и др. Биологическая дозиметрия в лесных биогеоценозах Н Радиоэкологический мониторинг природных экосистем. Сыктывкар, 1993,- С. 119-127 (Тр. Коми науч. центра УрО РАН № 130).

18. Козлов В.А., Козубов Г.М. и др. Биологическая дозиметрия в лесах, подвергшихся радиационному воздействию И Экофизиологаче-ские исследования древесных растений. Петрозаводск, КНЦ РАН.

1994,- С. 142-151.

19. Козлов В.А., Козубов Г.М. и др. Накопление радионуклидов в древесине после аварии на ЧАЭС // Экофизиологические исследования древ, растений. Петрозаводск. КНЦ. РАН, 1994,- С. 151-161.

20. Козлов В.А., Козубов Г.М. и др. Биологическая дозиметрия радиационных загрязнений в лесных экосистемах // Лес. Окружающая среда и новые технологии в Северной Европе. Finland. Joensuu. Uniersity of Joensuu, 1994. S. 350-352.

21. Козубов Г.М., Козлов B.A. и др. Репарационные процессы в хвойных насаждениях // Экологический статус загрязненных радионуклидами территорий. Тез. Международ.рабочего совещ.-Минск, 1995.-С. 66.

22. Козубов Г.М., Козлов В.А. и др. Радиобиологические исследования лесов в зоне аварии на ЧАЭС // Чернобыль-9б. "Итоги 10 лет работы по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС". — Зеленый Мыс, 1996,- С. 233.