Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Особенности загрязнения травостоев пойменных экосистем Брянской области 137 Cs

ВАК РФ 06.01.15, Агроэкология

Автореферат диссертации по теме "Особенности загрязнения травостоев пойменных экосистем Брянской области 137 Cs"

РГ6 од 1 0 мюп 1999

На правах рукописи

/)0 у

СИЛАЕВ Андрей Леонидович

ОСОБЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТРАВОСТОЕВ ПОЙМЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ 137Св

06.01.15 - агроэкология

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Брянск - 1999

Работа выполнена в аспирантуре Брянской государственной сельскохозяйственной академии

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, академик РАЕН ПРОСЯННИКОВ Е.В.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, академик МИА, МАНЭБ МУРАХТАНОВ Е.С.

кандидат сельскохозяйственных наук КУРГАНОВ A.A.

Ведущая организация - Управление по делам Чернобыля МЧС

России

Защита состоится 21 мая 1999 г. в Ю00 на заседании диссертационного совета Д 120.38.01 в Брянской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 243365, Брянская обл., Выгоничский район, с. Кокино, Брянская ГСХА, корпус 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянской ГСХА.

Просим принять участие в работе Совета или прислать свой отзыв в 2-х экземплярах, заверенных гербовой печатью.

Автореферат разослан 20 апреля 1999 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных

наук, профессор / Кувшинов Н.М.

П11Ь,3,0 Л ^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

актуальность проблемы. Пойменные экосистемы являются ценными кормовыми угодьями. На естественных заливных лугах получают более 50 % всех кормов. По данным Чернобыльдепар-тамента Минсельхозпрода России (Курганов, 1999) в последние годы возрос уровень загрязнения 1 Сэ кормов, получаемых с этих угодий, что привело к значительному поступлению радионуклидов в продукцию животноводства. Здесь зачастую не возможно провести агрономические мероприятия по снижению накопления радионуклидов в продукции. Речные поймы многих районов Брянской области стали критическими агроландшафтами. Поэтому весьма актуальным является изучение особенностей поступления и накопления 137Сз различными естественными пойменными травостоями и разработка научно обоснованных принципов их безопасного использования.

цель исследований - изучить особенности поведения 137Сз в системе «почва - травостои пойменных экосистем», находящихся во всех выделяемых на территории Брянской области зонах радиоактивного загрязнения, и разработать научно обоснованные принципы безопасного использования естественных кормовых угодий.

задачи исследований:

1. Охарактеризовать радиационную обстановку в пойменных экосистемах Брянской области, загрязнённых после аварии на ЧАЭС;

2. Изучить особенности накопления и распределения 137Сэ в травостоях пойменных экологических подсистем во всех зонах радиоактивного загрязнения;

3. Дать агроэкологическую оценку пойменным экологическим подсистемам, по мере увеличения плотности загрязнения 137Сэ;

4. Определить способность пойменных экосистем очищаться от 137Сэ;

5. Разработать доступную в современных условиях научную стратегию использования естественных пойменных кормовых угодий в различных зонах радиоактивного загрязнения.

научная новизна исследований. Впервые в условиях Брянской области изучены особенностей поведения 1 7Сэ в системе «почва - травостои пойменных экосистем» и предложена новая научная стратегия экологически безопасного и доступного в современных условиях использования естественных кормовых угодий.

3

защищаемые положения:

1. Ландшафтные особенности поступления и накопления 137Сэ в различных естественных пойменных травостоях, располагающихся во всех выделяемых зонах радиоактивного загрязнения ЧАЭС;

2. Агроэкологическая оценка пойменных экологических подсистем, в зависимости от плотности загрязнения 137Сз;

3. Способность пойменных экосистем к самоочищению;

4. Научная стратегия использования травостоев пойм, находящихся в различных зонах радиоактивного загрязнения.

практическая значимость. Разработана научная стратегия адаптивного использования травостоев пойменных естественных лугов во всех выделяемых зонах радиоактивного загрязнения ЧАЭС.

апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Межрегиональной научно-практической конференции «Человек: жизнь в окружающей среде» (Брянск, 1997), Научно-практической конференции «Вклад учёных и специалистов в национальную экономику» (Брянск, 1997), Международной научно-производственной конференции «Агроэкологические аспекты системы земледелия .юго-западной части Российской Федерации» (Брянск, 1998), Межгосударственной экологической конференции «Проблемы природопользования, экологического воспитания и образования» (Великие Луки, 1998), Научно-практической конференции «Проблемы ведения агропромышленного производства на радиоактивно загрязнённых сельскохозяйственных землях в отдалённый после чернобыльской катастрофы период» (Брянск, 1999).

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

объём работы. Диссертация состоит из 7 глав, 10 разделов, заключения, выводов и рекомендаций. Она изложена на/о&страницах машинописного текста, включаяб1/страниц текста,-// таблиц, з/ рисунков, список цитируемой литературы из 159 наименований, в том числе /7 иностранных, на /5" страницах.

благодарности. Автор выражает глубокую признательность коллективу кафедры почвоведения, агрохимии и сельхозрадиоло-гии Брянской ГСХА, сотрудникам отдела сельскохозяйственной радиологии Брянского «Центрагрохимрадиология» и БелНИИ радиологии.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. методология, объекты и методы исследований Методологической основой исследований являются концепция экологического мониторинга, разработанная в.а. Ковдой с соавторами, системный подход (Глазовская, 1964, 1973; Системный..., 1985), научные положения сельскохозяйственной радиологии (Клечковский. 1956; Гулякин, Юдинцева, 1962, 1973; Алексахин, 1963, 1982; Молчанова, и др., 1972; Тюрюканов, 1974, 1982; Пав-лоцкая, 1974; Корнеев, Фирсакова, Малышева, 1975; Тихомиров, Санжарова, 1978; Пристер, 1988; Сельскохозяйственная..., 1992).

В 1993 году нами был заложен экосистемный ландшафтный стационар в поймах рек Ипути, Унечи, Беседи, расположенный в юго-западных районах Брянской области. Он состоит из 5 ключевых экосистемных участков (КЭУ), которые находятся в различных зонах радиоактивного загрязнения и репрезентативны по природ-но-антропогенным условиям юго-западному региону России: Су-ражский КЭУ - 0 - 1 Ки/км2, Жуковский КЭУ - 1 - 5 Ки/км2, Лопатнин-ский КЭУ - 5 - 15 Ки/км2, Перевозский КЭУ - 15 - 40 Ки/км2, Бату-ровский КЭУ - более 40 Ки/км2 по 137Сз.

Каждый КЭУ состоит из пяти пойменных экологических подсистем (ПЭП). Они представляют собой естественные сообщества растений и определенный набор природных условий (почвенный покров, гидрология, геоморфология, литология участка и т.п.). Различные сочетания подсистем образуют экологическую систему конкретной поймы, обусловливающую индивидуальные закономерности поступления, накопления, перемещения и преобразования поллютантов (рис. 1).

Намывной Атмосферный ТВП Сктоновъш ТВП^

ТВП П о й м а

прирусловая центральная притеррасная

I ГЭГ 13

ГГЭИ4

1ГЭП5

Водоупор

Условные оботначашя:

Пойм«вые экологические подсистичы: IП11 I • прирусловая пойма с мезофнтнымн злаками, бобовыми п разнотравьем: ПЭП 1 • прирусловая пойма с лисохвостом луговым и разнотравьем: ПЭП 3 • 1Ю1пральная пойма с канареечником тросттшковндным, осоками лисьей, острой и разнотравьем: ПЭП 4 - центральная пойма с манником водным, осоками острой, пузырчатой и раэнтраоьем: ПЭП 5 - пртсррпсная пойма с осоками острой, пузырчатой с разнотравьем и хвощом болотным. 'ГВП - тип 110,0101 о питания. У роила. воды в ряге ии иаво.иса: а • паводок: б • моими, в среднем по осадеам I о; [у: в - межкнь п сухом года.

Рис. 1. Поперечный профиль типичной поймы реки

Схемы объектов исследований приведены на рисунках 2-6.

ПЭП 1*2 Прирусловая пойма

МЭД - 9 мкР/час. плотность загрязнения • <1 Ки/км* по '"Сб

Почва аллювиальная дерновая кислая маломощная укороченна

Тип пуга разнотравно - злаковый

Урожайность сена 21.2«Уга

ПЭПЗ Центральная пойма

МЭД - 6 мкР/час. плотность загрязнения <1 Ки/км! ПО "'Сэ

Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная

Тип пуга осоково • мзнниково • канареечниковый Урожайность сена 45,3 ц/га

ПЭП 4 Центральная пойма

МЭД-4 мкР/час. плотность загрязнения

<1 Ки/кмг по ,17Сз

Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная

Тип луга разнотравно -маннихоеый

Урожайность сена 72 3 ц/га

ПЭП 5 Притеррасная пойм

МЭД - 8 м*Р/час. плотность загрязнения <1 Ки/км1.по™С5

Почва собственно аллювиальная лугово-болотная

Тип луга разнотравно • осоковый Урожайность сена 72.3 ц/га

Рис. 2. Схема объектов исследований с плотностью радиоактивного загрязнения менее 1 Ки / км2

ПЭП \*2 Прирусловая пойма

МЭД ■ 19 мкР/час, плотность загрязнения 1,1 Ки/кмг по ">С5 Почва аллювиальная

дерновая кислая слоистая примитивная укороченная

Тип луга бобово - разнотравно -злаковый

Урожайность сена 20,6 ц/га

ПЭПЗ Центральная пойма

МЭД - 22 мкР/час. плотность загрязнени 1.5Ки/км'по "'Сэ Почва собственно аллювиальная лугова кислая маломощная укороченная

Тип луга осоково • разнотравно канареечниковый

Урожайность сена 37,4 ц/га

ПЭП 4 Центральная пойма МЭД - 25 мкР/час. плотность загрязнения 1.9 Ки/км* по »'Сз

Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная

Тип луга осоково -канареечниково -манниковый

Урожайность сена 92,9 ц/га

ПЭП 5 Притеррасная пойма МЭД-17 мкР/час, плотность загрязнения ■ 0,8 Ки/км2 по "'Сб Почва собственно аллювиальная лугово-болотная. оторфовзнная

Тип луга манниково ■ разнотравно осоковый

Урожайность сена _31.5 ц/га

Рис. 3. Схема объектов исследований с плотностью радиоактивного загрязнения 1 - 5 Ки / км2

ПЭП 1+2 Прирусловая пойма

МЭД • 120 мкР/час, плотность загрязнения -18 Ки/км' по »'Сб

Почва аллювиальная дерновая кислая слоистая примитивная укороченная

Тип луга бобово • разнотравно • злаковый Урожайность сена 4.6 ц/га

ПЭПЗ Центральная пойма

МЭД - 150 мкР/час. плотность загрязнения 23 Ки/кмг по »'Сэ

Почва собственно аллювиальная пугова кислая маломощная укороченная

Тип луга разнотравно • канареечниковый

Урожайность сена 47 1^га

ПЭП 4 Центральная пойм

МЭД ■ 80 мкР/час. плотность загрязнени

11,ЗКи/кмг по '"Сэ

Почва собственно аллювиальная лугова

кислая маломощная укороченная

Тип луга разнотравно • манниковый

Урожайность сена 92.9 ц/га

ПЭП 5 Притеррасная пойм

МЭД - 80 мкР/час плотность загрязнения

11,ЗКи/км?по и'Сэ

Почва собственно аллювиальная лугово-болотная. оторфованная

Тип луга разнотравно - осоковый

Урожайность сена 28 1 ^га

Рис. 4. Схема объектов исследований с плотностью радиоактивного загрязнения 5 -15 Ки / км2

ЛЭП 1-2 Прирусловая пойма

МЭД - 250 мкР/час плотность загрязнения -40 Ки/кмг по "'С?

Почва аллювиальная

дерновая кислая слоистая примитивная укороченная

Тип луга разнотравно ■ злаковый

Урожайность сена 8 ц/га

ПЭЛЗ Центральная пойма

МЭД- 270 мкР/час плотность загрязнения • 43 Ки/км' по °7Сз

Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная

Тип луга разнотравно -канареечниковый

Урожайность сена 43 ц/г а

ПЭП 4 Центральная пойм

МЭД -260 мкР/час. плотность загаязнени -41.5 Ки/км2 по '"Сэ Почва собственно аллювиальная лугова кислая маломощная укороченная

Тип луга разнотраено -манниковый

Урожайность сена Дбц'га

ПЭП5 Притеррасная пойм

МЭД - 220 мкР/час плотность загрязнения 34.8 Ки/км* по "'С$

Почва собственно аллювиальная лугово-болотная

Тип луга осоковый

Урожайность сена 25.2 ц/га

Рис. 5. Схема объектов исследований с плотностью радиоактивного загрязнения 15 - 40 Ки / кмг

пзп иг

Прирусловая пойма

МЭД - 1000 мкР/час. плотность загрязнения ■ 166 Ки/км' по "7С$

Почва аллювиальная дерновая кислая слоистая примитивная укороченная

Тип луга' бобоео - разнотравно -злаковый

Урожайность сена 10,2 ц/га

ПЭПЗ Центральная пойма

не обнаружена в пределах данной зоны

ПЭП 4 Центральная пойма

МЭД - 400 мкР/час. плотность загрязнения

65.5 Ки/км1 по "'Сэ

Почва собственно аллювиальная лугово-болотная

Тип луга разнотравно - осоково манниковый

Урожайность сена 63 ц/га

ПЭП 5 Притеррасная пойм

МЭД - 720 мкР/час. плотность загрязнения 119 Ки/км' по »'Сэ

Почва собственно аллювиальная лугово-болотная

Тип луга разнотравно - осоковы

Урожайность сена 49.3 и/га

Рис. 6. Схема объектов исследований с плотностью радиоактивного загрязнения более 40 Ки / кмг

Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения на поверхности почв измеряли дозиметром СРП-68-01.

Почвенно-экологические индексы (ПЭИ) рассчитывались по методике предложенной Почвенным институтом им. В.В. Докучаева (Карманов 1990, 1991). Методика расчета ПЭИ для экосистем, загрязнённых 137Cs, уточнена в связи с плотностью загрязнения (Просянников, 1995, 1996).

Расчёт периода полуочищения корнеобитаемого слоя почв пойменных экосистем проведён в Белорусском НИИ радиологии.

В Брянском «Центрагрохимрадиология» определяли содержание ,37Cs в образцах почв и растений методом полупроводниковой tf - спектрометрии.

Результаты исследований обрабатывали и оформляли на компьютере с помощью программ MS Exel 97, MS Word 97, Straz.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В ПОЙМЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

По территории Брянской области протекает почти 3000 рек и речек, которые в основном принадлежат к бассейну Днепра. Они имеют высокую густоту речной сети - 0,36 - 0,38 км/км2, достаточно длительный весенний паводок 15-30 дней, 1 - 4 долевых паводка, смешанный тип водного питания, обилие естественной луговой растительности, особенно начинающей вегетацию под водой (центральная пойма) и выносящей повторное затопление и подтопление.

Изучение водных объектов, расположенных на территориях подвергшихся радиоактивному загрязнению в зоне аварии на ЧАЭС, показало, насколько долговременными являются последствия радиоактивного загрязнения водных экосистем. Наблюдения за состоянием радиоактивного загрязнения водных объектов региона в 1991 - 1995 гг., свидетельствует, что в реках, непроточных водоемах и малых водотоках уровни загрязнения 137Сз близки к установленному пределу, а в ряде случаев ниже временных допустимых уровней (ВДУ - 91) на два порядка (Вакуловский и др., 1996).

Начиная с 1993 года мы ежегодно проводили измерения мощности экспозиционной дозы (МЭД) ^-излучения с поверхности почв пойменного эко-системного ландшафтного стационара. Этот показатель характеризует общую радиологическую обстановку на различных участках поймы и варьирует в зависимости от конкретной пойменной экологической подсистемы и зоны радиоактивного загрязнения (рис.7).

На поймах с плотностью радиоактивного загрязнения менее 1 Ки/км2 МЭД осталась на доаварийном уровне и колеблется в среднем около 7 мкР/час (рис. 7а). По мере продвижения в более загрязненные районы, наблюдали увеличение рассматриваемого показателя (рис. 7б) и обнаружили различия между частями поймы по МЭД. Выделили участки поймы, где МЭД наивысшая. Это, как правило, центральная пойма. Следует отметить тенденцию к повышению уровня этого показателя в манниковом травостое.

Определенных закономерностей в изменении МЭД в пределах пойм по годам (1993-1996 и 1998 гг.) не наблюдали. Вероятно, это вызвано тем, что наиболее активное снижение этого показателя происходило в первый период после аварии (1986-1990 гг.) в результате распада короткоживущих радионуклидов.

На 12 год после чернобыльской аварии распределение 137Сз в почвах всех частей поймы было не одинаковым.

При плотности радиоактивного загрязнения 1 - 5 Ки/кмг 137Сб сосредоточен в слое 0 - 5 см. По его содержанию в слое 0-10 см различные участки поймы располагаются в следующий ряд: притеррасье > центральная пойма > прирусловье.

а)

мкР/ч

•■прирусловье Я центральная пойма □центральная пойма ЕЗ притеррасье

на

15-40 >40

Ки/км

Рис. 7. Мощность экспозиционной дозы у - излучения поверхности пойменных почв (в среднем за 1993 - 1998 гг.)

При плотности радиоактивного загрязнения 5-15 Ки/км в приру-словье в слое почвы 5-10 см отмечено большее содержание 137Сз. В почвах остальных участков поймы он в основном содержится в слое О - 5 см. По содержанию 137Сз в слое 0 - 10 см пойменные экосистемы размещаются в следующей последовательности: центральная пойма (манниковые травостои) > прирусловье и центральная пойма (канаре-ечннковые травостои)> притеррасье.

В почве прирусловой части поймы при плотности радиоактивного загрязнения 15-40 Ки/км2 отмечено большее накопление 137Сз в слое 5 - 10 см. В почвах центральной и притеррасной частей поймы этот радионуклид находится в большем количестве в слое 0 - 5 см. По содержанию Сэ в слое 0 -10 см пойменные экосистемы располагаются

следующим образом: центральная пойма (канареечниковые траво стой) > прирусловье и центральная пойма (манниковые травостои) : притеррасье.

При плотности радиоактивного загрязнения более 40 Ки/км2 в поч вах прирусловья Cs содержится в большем количестве в слое 0-Í см. По содержанию радионуклида в слое 0 - 10 см пойменные экоси стемы размещаются следующим образом: центральная пойма (манни ковые травостои) > прирусловье > притеррасье.

3. травостои пойменных экосистем, особенности накопления и перераспределения в них ,î7cs

Прирусловье является наиболее кратко заливаемой, а в отдельные годы незаливаемой частью поймы. Злаки здесь составляют в среднем 88 %, разнотравье - 11 %, бобовые - 1 %. Доминирует лисохвост луговой (Alopecurus pratensis) - многолетни? корневищный злак высокого хозяйственного достоинства. Там, где прирусловье интенсивно и бесконтрольно используется для выпаса скота, преобладает щучка дернистая (Deschampsia caespitosa) -плотнодерновинный злак, среднего кормового достоинства, нередко образующий кочки высотой до 50 см. Обильны душистый колосок обыкновенный (Anthoxanthum odoratum), кострец безостый (Bromopsis inermis), мятлик болотный (Роа palustris) - растения высокой хозяйственной ценности. Из разнотравья встречаются щавель пирамидальный (Rumex thyrsiflorus), тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium), подорожник средний (Plantago media), лютик едкий (Ranunculus acris). Бобовые представлены лядвинцем рогатым (Lotus comiculatus), горошком мышиным (Vicia сгасса) и клевером ползучим (Trifolium repens).

В травостоях центральной поймы, которая отличается длительностью затопления весенним паводком до 90 и более дней, злаки составляют в среднем 87 %, осоки - 7 %, разнотравье - 6 %. Доминируют двукисточник тростниковидный (Digraphis arundinacea) и манник водный (Glyceria aquatica) - многолетние корневищные злаки качественные в кормовом отношении. Они весьма конкурентоспособны и могут занимать в естественном травостое до 97 %. Из осок распространены осока лисья (Сагех vulpina), осока пузырчатая (Carex vesicaria) и осока острая (Сагех acuta). Разнотравье представлено в основном хвощем полевым (Eqvisetum arvense) и таволгой вязолистной (Filipéndula uimaria).

В притеррасье, где длительность затопления паводковыми водами достигает 90 дней и более, доминируют осоки - 98 %, преимущественно осока лисья (Сагех vulpina), осока пузырчатая (Сагех vesicaria) и

осока острая (Сагех acuta). Разнотравье представлено хвощём полевым (Eqvisetum arvense) и дербенником иволистным (Lythrum salicaria).

Плотность загрязнения речных долин ^'Сэ не влияет на урожайность травостоев пойменных экологических подсистем (рис. 8).

Менее 1 ки I км1

1 - 5 Ки/км"

О

Приростом Центральная поАла Притеррасье

Централ ь*«я пойма Притеррасье

5-15Кн км'

15 40Ки км'

Прирусловье Центральная пойма Г^хгтеррасье

Прируслозье Центральная пойма Притеррась

ГУмрусловьв Цемтра1г>ная пойма Г^итеррасье

Рис. 8. Урожайность сена в пойменных экосистемах при различной плотности радиоактивного загрязнения, в среднем за 1996 -1998 гг

По средневзвешенному содержанию радиоцезия (рис.9) травостои пойм с плотностью радиоактивного загрязнения 137С$ менее 1 Ки/км2 располагались в следующей последовательности: прирусловье > при-террасье > центральная пойма. Возрастание радиоактивного загрязнения вплоть до более 40 Ки/км2 переместило притеррасье на первое место в этом ряду: притеррасье > прирусловье > центральная пойма.

бк/кг

Мэнзо 1 ал

1 -5Ки/ ил

60 5 4 3 2 1

О

П^русловье Центральная !>гторрасьв |>фусловье Цзнтрагъмая г^итеррасьс пойма пойла

Бк/кг 000 600 «о

300 200 100 О

5-15КЙ/КМ2

15-40 Ки/кмг

Бк/и

12000

1С000

— еах>

6000 4000

эти

0

Г^ирусговье 1фнтрагъкая Г^мгсррасьо пойш

Более 40 Ки / км '

Прируаювьв Центральная Притерросье пойш

- средневзвешенное

- доминанты

[ [ - содоминанты

Прирусловьв Центральная Притеррасьв пойма

Рис.9. Содержание шСз в пойменных травостоях при различной плотности радиоактивного загрязнения (1998 г.)

На содержание ,3'Сз в пойменных травостоях значительное влияние оказывают агрохимические свойства почвы и содержание в ней радиоцезия (табл. 1).

Таблица 1

КОЭФФИЦИЕНТЫ КОРРЕЛЯЦИИ МЕЖДУ СОДЕРЖАНИЕМ ,57Сб В ПОЙМЕННЫХ ТРАВОСТОЯХ, АГРОХИМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ПОЧВЫ

Пойменная экологическая подсистема рНсол Содержание

гумуса, % обменных оснований, мг/100 г к2о, мг/100 г 137С5, Бк/кг

Прирусловье -0,49 -0,63 - 0,23 -0,31 0,99

Центральная пойма (канареечниковые травостои) -0,77 -0,82 -0,38 -0,28 0,96

Центральная пойма (манниковые травостои) -0,67 -0,66 -0,72 -0,76 0,37

Притеррасье - 0,15 -0,71 - 0,05 -0,41 0,21

137

В связи с тем, что между содержанием Сэ в пойменных травостоях (У) и рНсол. (ХО, содержанием гумуса (Х2) и 1Э7Сз (Х3) в почве установлена значительная достоверная корреляционная связь, были рассчитаны уравнения регрессии. Они позволяют прогнозировать содержание этого радионуклида в травостоях различных пойменных экологических подсистем (табл. 2).

Таблица 2

1"Я7

УРАВНЕНИЯ РЕГРЕССИИ СОДЕРЖАНИЯ СБ В ТРАВОСТОЯХ И НЕКОТОРЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

Пойменная экологическая подсистема Уравнения регрессии

Прирусловье У = - 555,7 + 20.5Х, +451,5Х?+ 1,1Х3

Центральная пойма (канареечниковые травостои) У = 20632,2 - 6701,2Х, + 4275,8Х2 + 0,ЗХ3

Центральная пойма (манниковые травостои) У - 8343,0 - 480,9X1 - 1927,7Х2 + 10,ЗХ3

Притеррасье У = 62112.7 -7414.9Х, + 11405,8Х2-8,2Х3

Максимальными значениями коэффициентов перехода "Се в растения характеризуются лугово-болотные почвы притеррасья и дерновые почвы лёгкого гранулометрического состава прирусловья (рис.10). Минимальные значения получены на более тяжёлых по гранулометрическому составу аллювиальных луговых почвах центральной поймы. Переход 137Сз из этих почв в травостои во много раз ниже, чем в прирусловье и притеррасье.

Размах значений КП 137Сб для луговых травостоев при изменении плотности радиоактивного загрязнения в прирусловье составляет 4 раза. Для центральной поймы размах значений КП составляет: в кана-реечниковом травостое 4, а в манниковом - 12 раз. Для притеррасья размах значений составляет 3 раза. Оценить влияние типа почв на КП 37Сб в луговую растительность оказалось сложным, так как на разных почвах произрастают растения разного видового состава, а их урожайность неодинакова.

Ки/ кг/

5-15 Ки/км2

Г\»р/слэкье Центральная Пжгерраал

Прирусловье Цвнтра/ъная Притеррасье

15-40 Ки/км"

Бопвэ 40 Ки / км'

Прирусловье Центргиъная Притеррасье пойма

Г*«русло»ьо Ц^гграп-кая г^оррасьо гшмз

------------- - 1996 год

- 1998 год

Рис.10. Коэффициенты перехода 137Сэ из почв в луговые травы при различной плотности радиоактивного загрязнения в 1996 и 1998 гг.

Для оценки воздействия содоминантов на накопление радионуклидов в пойменных травостоях предлагаем использовать коэффициент воздействия (КВ). Его получают при делении соотношения содержания радионуклида в продуктивной массе доминантов и содоминантов на соотношение продуктивной массы доминантов и содоминантов:

А Рд Мд

КВ = -, А = -, В = -; где:

В Рс Мс

А - соотношение содержания радионуклида в продуктивной массе доминантов и содоминантов;

В - соотношение продуктивной массы доминантов и содоминантов; Рд - содержание радионуклида в продуктивной массе доминантов; Рс - содержание радионуклида в продуктивной массе содоминантов; Мд - продуктивная масса доминантов; Мс - продуктивная масса содоминантов.

Чем больше КВ, тем менее значимо воздействие.

Различные части пойм, загрязнённых радиоцезием, характеризуются следующими величинами коэффициента воздействия:

прирусловье 0,14;

центральная пойма (канареечниковые травостои) 0,23;

центральная пойма (манниковые травостои) 0,26;

притеррасье 0,29.

Таким образом, наибольшее воздействие содоминантов на накопление радиоцезия в травостоях наблюдается в прирусловье. В центральной пойме и притеррасье оно менее значимо.

4. агроэкологическая оценка основных компонентов пойменных экосистем, загрязнённых 137сз

Почвенным институтом им. В.В. Докучаева (Шишов, Дурманов, Карманов, 1990, 1991) предложена методика агрозкологической оценки сельскохозяйственных угодий на основании свойств почв, климатических показателей и других особенностей территории с помощью интегрального показателя - почвенно-экологического индекса (ПЭИ). Методика его расчёта для почв, загрязненных радиоцезием, уточнена Е.В. Просянниковым, 1995, 1996.

Для всех частей пойменных экосистем максимальные значения ПЭИ, рассчитанные с учётом поправочного коэффициента на радиоактивное загрязнение, характерны при плотности радиоактивного загрязнения до 5 Ки/км2 (рис.11). По мере увеличения плотности радиоактивного загрязнения снижаются величины ПЭИ. Особенно это выражено в центральной части речных пойм.

Прирусловь© Центральная пойма Притеррасье

Рис.11. Величины ПЭИ в естественных поймах рек с учётом поправочного коэффициента на радиоактивное загрязнение

Для травостоев прирусловых частей пойм, которые в основном используются как пастбища, допускается содержание 137Сэ 370 Бк/кг. При плотности радиоактивного загрязнения до 5 Ки/км2 содержание радионуклида в зелёной массе соответствует ВДУ-93. При увеличении плотности радиоактивного загрязнения до 40 Ки/км2 и более содержание 137Сэ превышает допустимый уровень, что указывает на опасность получения «грязной» сельскохозяйственной продукции.

Травостои центральной и притеррасной пойм используются, как правило, для заготовки сена. Содержание 137Сз в сене с центральной поймы в основном соответствует ВДУ-93, исключение составляют экосистемы с плотностью радиоактивного загрязнения от 15 до 40 Ки/км2, травостои которых резко отличается повышенным содержанием радиоцезия. Притеррасье, независимо от плотности радиоактивного загрязнения, характеризуется превышением фактического содержания Сб в сене над допустимым уровнем.

Проведенные расчёты показали, что при увеличении плотности радиоактивного загрязнения пойм увеличивается и загрязнение молока. Особенно заметно это происходит при использовании кормов, полученных в прирусловьях и притеррасьях, которые отличаются также наибольшим накоплением 137Сз в травостоях. Молоко, полученное при использовании кормов с центральной поймы, содержит его гораздо меньше (до 18 раз). Молоко, полученное на кормах с центральной поймы, полностью соответствует ВДУ - 93, и частично СанПиН - 96, а с притеррасной - в основном соответствует ВДУ - 93, но не укладывается в СанПиН - 96, На кормах с прирусловий получают только «грязную» продукцию.

5. ОЧИЩАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЙМЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ И НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ЗОНАХ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Интенсивность снижения содержания радионуклидов в сельскохозяйственной продукции по мере удаления от момента их поступления в агроэкосистемы не одинакова и обусловлена целым рядом причин. Одной из основных является то, что радиоактивные вещества, попавшие в почву, постепенно фиксируются ею, в результате чего уменьшается их биологическая доступность и возможность включения в пищевые цепи.

137

В зависимости от содержания Се в почве различных частей поймы период полуочищения также колеблется (рис.12). В центральной пойме, где в почве наблюдается максимальное содержание радионуклида, период полуочищения также максимален, а в прирусловой и притеррасных частях, где в почве меньше содержится 37Сз, продолжительность периода полуочищения снижается. По величине значений Те[( для 137Сэ в корнеобитаемом слое почв различных пойменных экологических подсистем они располагаются в следующий убывающий ряд: центральная пойма, притеррасье, прирусловье.

Ки/шг

□ прирусловье @ центральная пойма (канареечник)

□ центральная пойма (манник) Э притеррасье

Рис.12. Период полуочищения пойменных лугов при различной плотности радиоактивного загрязнения

Вынос 137С8 урожаем сена с центральной поймы ниже, чем с приру-словья и особенно с притеррасья. Это не зависит от плотности радиоактивного загрязнения и в определённой мере связано с разбавлением содержания радионуклида в большем урожае. Однако основную роль,

по нашему мнению, играют ботанический состав естественных пойменных травостоев и особенности почвенного покрова.

Учитывая, что с агроэкологической точки зрения более важным показателем является вынос радионуклидов с урожаем, были проведены сравнительные исследования этого показателя для доминантов и со-доминантов. В травостое различных частей поймы содержание содо-минантов составляет от 5 % до 30 %, но наибольший вынос ими ра-

П7

дионуклида (кБк/га) составляет до 50 % от выноса Сэ доминантами. Таким образом, содоминанты напрямую влияют на загрязнение сена. Одним из путей снижения содержания радионуклидов в травостоях естественных пойменных сенокосов и пастбищ является уменьшение в них доли содоминантов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате глобальной аварии на Чернобыльской АЭС 3603,58 тыс. гектаров (11,8 %) сельскохозяйственных угодий 14 регионов Российской Федерации, подверглись радиоактивному цезиевому загрязнению (Алексахин, 1993). Из них больше всего пострадала Брянская область.

В завершающих каскадах геохимических катен находятся поймы рек, являющиеся специфическими экологическими системами, состоящими из нескольких подсистем, выделяемых по комплексу природных условий - прирусловая, центральная и притеррасная части. Они значительно различаются по всему комплексу природных условий, а также находятся в состоянии постоянного и активного естественного преобразования. Поэтому при изучении и прогнозировании экологических процессов, проходящих в речной долине, необходим системный подход.

Пойменные экосистемы, используемые в сельском хозяйстве, являются ценными луговыми кормовыми угодьями - важнейшим условием создания прочной кормовой базы животноводства. На естественных пойменных лугах получают более 50 % всех кормов. На многих из них не могут быть проведены мероприятия, способствующие снижению поступления радионуклидов в растения. В последние годы возрос уровень загрязнения кормов, получаемых с естественных луговых угодий, 137Сз, что привело к значительному поступлению радионуклидов в продукцию животноводства. Вследствие этого речные поймы ряда районов Брянской области стали критическими агроландшафтами.

Любое изменение условий в бассейне реки и её долине неизбежно сказывается на режиме речного потока и экологических условиях поймы, на усилении или ослаблении потоков веществ, поступающих, трансформирующихся и аккумулирующихся в пойменных экосистемах.

Поэтому, вслед за Г.В. Добровольским, А.Н. Тюрюкановым, Л.И. Ко-раблёвой, П.Н. Балабко, считаем, что любые антропогенные преобразования в бассейнах и долинах рек следует проводить с учётом их возможного влияния на состояние пойменных экологических систем. Это становиться особенно актуальным в условиях хронического радиоактивного загрязнения.

ВЫВОДЫ

1. Накопление радионуклидов в естественных пойменных экосистемах обусловлено аллювиальным, поемным и биогенными процессами. Аллювиальная аккумуляция связана с поступлением взвесей, вынесенных с водоразделов. Поемная аккумуляция происходит в результате ежегодного осаждения химических элементов из поступающих с водоразделов почвенно-грунтовых вод при изменении скорости водного потока, смене окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий. Биогенная аккумуляция связана с повышенной интенсивностью биологического круговорота веществ в отдельных частях поймы.

2. Различные экологические подсистемы в поймах могут быть легко выделены в полевых условиях по растениям, доминирующим в травостоях. В прирусловье преобладают мезофитные злаки, разнотравье и бобовые. На обширных равнинных участках центральной поймы чётко выделяются два травянистых сообщества, в одном из которых доминирует канареечник тростниковидный, а в другом - манник водный. В травостоях притеррасья преобладают осоки. Плотность загрязнения речных долин 137Сэ не влияет на урожайность травостоев пойменных экологических подсистем.

3. Различные пойменные экологические подсистемы неодинаково аккумулируя и трансформируя радионуклиды, закономерно перераспределяя их в речной долине. Независимо от плотности радиоактивного загрязнения территории больше всего валового 137Сз сосредоточено в дерновом слое почв и, особенно, в центральной пойме.

4. В речных долинах с плотностью радиоактивного загрязнения менее 1 Ки/км мощность экспозиционной дозы у - излучения находится на доаварийном уровне и колеблется в среднем около 7 мкР/час. При увеличении радиоактивного загрязнения это показатель возрастает и закономерно варьирует на различных участках поймы. Центральная пойма, особенно под манниковыми травостоями, как правило, отличается повышенными значениями рассматриваемого показателя.

5. Поступление радионуклидов в естественные пойменные травостои зависит от типа луга, видового состава травостоя, свойств почв и от продолжительности нахождения радиоактивных веществ в дернине.

6. В прирусловьях, используемых для выпаса скота, при плотно сти радиоактивного загрязнения до 5 Ки/км2 содержание радионуклид) в травостое соответствует допустимому уровню. При увеличена плотности радиоактивного загрязнения более 5 Ки/км , содержани< 137Cs превышает допустимый уровень, т. е. возникает опасность полу чения «грязной» сельскохозяйственной продукции.

7. В травостоях центральных участков пойм, используемых дл) заготовки сена, содержание 137Cs в основном соответствует допусти мому уровню. При возрастании плотности радиоактивного загрязнена более 15 Ки/км в травостоях значительно повышается содержание радиоцезия.

8. Травостои притеррасных частей пойм, независимо от плотно сти радиоактивного загрязнения, характеризуются превышением фак тического содержания Cs над допустимым уровнем.

9. В травостоях различных частей поймы содержание содоми нантов составляет от 5 % до 30 %, но наибольший вынос ими радио нуклида составляет до 50 % от выноса 137Cs доминантами. Коэффици ент воздействия, введённый для оценки влияния содоминантов на на копление 137Cs в травостое различных пойменных экосистем, позволит установить, что наибольшее воздействие содоминантов на накопление радиоцезия в травостоях наблюдается в прирусловье. В центрально£ пойме и притеррасье это воздействие менее значимо. Коэффициет воздействия имеет важное значение при решении вопросов дальней шего хозяйственного использования загрязнённых пойменных угодий.

10. Независимо от плотности радиоактивного загрязнения наиболее интенсивный переход 137Cs из почв в травостои отмечен в при террасьях и прирусловьях, а минимальный - в центральных поймах Поэтому вынос радионуклида с урожаем сена из центральной поймь ниже, чем с прирусловья и особенно притеррасья. Травостои цен' тральной поймы характеризуются меньшим накоплением 137Cs на кор мовую единицу. Загрязнение молока возрастает при ислользованм кормов, полученных в прирусловьях и притеррасьях.

11. По мере увеличения плотности радиоактивного загрязнения ухудшаются качественные характеристики пойменных экологически подсистем. Максимальные значения почвенно-экологических индексоЕ характерны при плотности загрязнения до 5 Ки/км2. Увеличение ра диоактивного загрязнения более 5 Ки/км2 значительно снижает агро^ экологическую оценку луговых кормовых угодий.

12. Реакция пойменных экосистем на воздействие 137Cs npt плотности загрязнения до 5 Ки/км2 незначительна. С увеличением за грязнения более 5 Ки/км2 рассматриваемый показатель возрастает Особенно это характерно для манниковых травостоев центральной поймы. По величине периода полуочищения корнеобитаемого слоя

почв различных пойменных экологических систем они располагаются в убывающем порядке: центральная пойма, притеррасье, прирусловье.

13. При использовании пойменных естественных лугов, загрязненных 13 Сэ, где по разным причинам невозможно проведение мероприятий, способствующих снижению его накопления в травах, необходимо отдавать предпочтение адаптивному (приспособительному) подходу.

РЕКОМЕНДАЦИИ

Научная стратегия экологически безопасного и доступного в настоящее время использования естественных луговых кормовых угодий, загрязнённых ,37С5, должна основываться на приспособлении к агроэкологическим условиям различных участков поймы. Для получения сельскохозяйственной продукции, соответствующей существующим нормативам, необходимо выделить, нанести на карту пойменные экологические подсистемы данной поймы и использовать каждую из них конкретно.

При плотности загрязнения 137Сз до 5 Ки/км2 любые естественные пойменные кормовые угодья можно использовать без ограничения.

При плотности загрязнения 137Сз 5-15 Ки/км2 допустимо использовать только травостои центральных частей пойм для заготовки сена. Выпас скота по отаве в центральной пойме приведёт к дополнительному поступлению радиоцезия в организм животных.

При плотности загрязнения 13'Сз более 15 Ки/км2 использование травостоев любых участков естественных пойм приведёт к получению сельскохозяйственной продукции, не соответствующей нормативу.

Безопасное использование пойм под сенокосы и пастбища при плотности загрязнения 137Сз более 15 Ки/км2 возможно только после проведения специальных мероприятий, включающих коренное улуч-иение этих угодий, культуртехнические работы, заглублённую вспаш-<у, внесение специальных видов и доз минеральных удобрений и из-зести и др.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Просянников Е.В., Кошелев И.А., Силаев А.Л. Поведение поллютан-тов в естественных пойменных экосистемах // Повышение плодородия и продуктивности песчаных почв: Труды Новозыбковского филиала ВИУА. - Вып. VI. - Брянск: Изд-во Брянского госпедуниверси-тета, 1996. - С. 222-239.

2. Просянников Е.В., Кошелев И.А., Силаев А.Л. Некоторые экоси-стемные особенности поведения радионуклидов в поймах рек Брянской области //Мат. докл. Межвузовской научно-методической конференции. I часть. - Ярославль, 1996. - С.116 - 117.

3. Кошелев И.А., Силаев А.Л., Просянников Е.В. Радиоэкологическая обстановка в поймах рек бассейна верхнего Днепра // Человек: жизнь в окружающей среде: Межрегион, научн. - практ. конф. -Брянск, 1997. - С. 82 - 85.

4. Просянников Е.В., Силаев А.Л., Политыкина О.В., Школина О.А. Накопление 137С5 в естественных пойменных травах при радиоактивном загрязнении 1-15 Ки/км2 // Агроэкологические аспекты системы земледелия юго-западной зоны Российской Федерации: Материалы XI Междунар. науч. - произв. конф. Брянск, 1998. - С.З - 5.

5. Просянников Е.В., Кошелев И.А., Силаев А.Л. Влияние подвижности цезия-137 в аллювиальных почвах на его накопление в луговых травах // Проблемы природопользования, экологического воспитания и образования: Материалы Российско-белорусской экологической конференции. - Великие Луки, 1998. - С. 123 - 125.

6. Просянников Е.В., Кошелев И.А., Силаев А.Л. Адаптивное использование пойменных угодий, загрязнённых 137С$. //Тез. докл. Ме>еду-народной науч. - практич. конф.: "Проблемы ведения агропромышленного производства на радиоактивно загрязнённых сельскохозяйственных землях в отдалённый после чернобыльской катастрофы период". М., - 1999.-С. 65-66.

7. Просянников Е.В., Силаев А.Л. Адаптивный подход к использованию пойменных угодий, загрязнённых цезием // Кормопроизводство, 1999. -№ 2.-с. 11 -14.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Силаев, Андрей Леонидович, Брянск

/ / / , - - -V"

/ * " > 4 / / /

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ БРЯНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

СИЛАЕВ Андрей Леонидович

ОСОБЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТРАВОСТОЕВ ПОЙМЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ ,37С5

Специальность 06.01.15 - агроэкология

I

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, действительный член Российской Академии естественных наук Е.В. ПРОСЯННИКОВ

Брянск - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ 3 1.1. Актуальность проблемы 3

1.2 . Цель и задачи исследований 3

1.3 . Научная новизна 4

1.4 . Защищаемые положения 4

1.5 . Практическая значимость диссертации 5

1.6 . Апробация работы 5

1.7 . Объём и структура диссертации 5

2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 6

2.1. Характеристика пойменных экосистем в зоне радиоактивного загрязнения Чернобыльской АЭС 6

2.2. '"Сб в почвенном покрове пойменных экосистем 13

2.3. 137Сз в системе «почв - травостои пойменных

экосистем» 17

3. МЕТОДОЛОГИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 23

4. ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В ПОЙМЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ 32

5. ТРАВОСТОИ ПОЙМЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ, ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ И

ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В НИХ 137С5 51

6. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ПОЙМЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ, ЗАГРЯЗНЁННЫХ 137Сб 63

7. ОЧИЩАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЙМЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ И НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ЗОНАХ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ 72

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ВО

ВЫВОДЫ 81

РЕКОМЕНДАЦИИ 84

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 85

ПРИЛОЖЕНИЯ 100

1. ВВЕДЕНИЕ 1.1. Актуальность проблемы По данным Минсельхозпрода России на 01.01.97 г., в результате глобальной аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) 3603,58 тыс. гектаров (11,8 %) сельскохозяйственных угодий 14 регионов Российской Федерации, подверглись радиоактивному цезиевому загрязнению. По расчётам Брянского «Центрагрохимрадиология» (Воробьёв, 1999) из 203 тыс. кюри 137Сз, выпавшего на территории четырёх областей Центральной России более 71 % приходится на Брянскую область (табл. 1).

Таблица 1

ЗАГРЯЗНЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ |37Сз В РЕЗУЛЬТАТЕ ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ КАТАСТРОФЫ

Угодье Загрязнено

всего в т. ч. по группам загрязнения (Ки/км2)

тыс. га % 1 - 5 5- 15 15-40 > 40

Пашня 700,9 37,3 401,2 185,1 97,5 17,1

Сенокосы 483,0 36,5 290,3 130,5 55,0 7,2

Пастбища 217,9 39,1 110,9 54,6 42,5 9,9

На естественных заливных кормовых угодьях не всегда возможно проведение агрономических мероприятий по снижению накопления 137Сз в продукции. Поэтому изучение его поведения в травостоях пойменных экосистем и разработка научно обоснованных принципов их безопасного использования актуальны.

1.2. Цель и задачи исследований Целью исследований является изучение особенностей поведения 137С5 в системе «почва - травостои пойменных экосистем», находящихся во

•Т. *

всех выделяемых на территории Брянской области зонах радиоактивного загрязнения, и разработка научно обоснованных принципов безопасного использования естественных кормовых угодий.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Охарактеризовать радиационную обстановку в пойменных экосистемах Брянской области, загрязнённых после аварии на ЧАЭС;

2. Изучить особенности накопления и распределения 137С8 в травостоях пойменных экологических подсистем во всех зонах радиоактивного загрязнения;

3. Дать агроэкологическую оценку пойменным экологическим подсистемам, по мере увеличения плотности загрязнения 137Сз;

4. Определить способность пойменных экосистем очищаться от '"Сб;

5. Разработать доступную в современных условиях научную стратегию использования естественных пойменных кормовых угодий в различных зонах радиоактивного загрязнения.

1.3. Научная новизна Впервые в условиях Брянской области изучены особенностей поведения 137С5 в системе «почва - травостои пойменных экосистем» и предложена новая научная стратегия экологически безопасного и доступного в современных условиях использования естественных кормовых угодий.

1.4. Защищаемые положения

1. Ландшафтные особенности поступления и накопления 137С5 в различных естественных пойменных травостоях, располагающихся во всех выделяемых зонах радиоактивного загрязнения ЧАЭС;

2. Агроэкологическая оценка пойменных экологических подсистем, в зависимости от плотности загрязнения 137Сз;

3. Способность пойменных экосистем к самоочищению;

4. Научная стратегия использования травостоев пойм, находящихся в различных зонах радиоактивного загрязнения.

1.5. Практическая значимость диссертации Разработана научная стратегия адаптивного использования травостоев пойменных естественных лугов во всех выделяемых зонах радиоактивного загрязнения ЧАЭС.

1.6. Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на Межрегиональной научно-практической конференции «Человек: жизнь в окружающей среде» (Брянск, 1997), Научно-практической конференции «Вклад учёных и специалистов в национальную экономику» (Брянск, 1997), Международной научно-производственной конференции «Агроэкологические аспекты системы земледелия юго-западной части Российской Федерации» (Брянск, 1998), Межгосударственной экологической конференции «Проблемы природопользования, экологического воспитания и образования» (Великие Луки, 1998), Научно-практической конференции «Проблемы ведения агропромышленного производства на радиоактивно загрязнённых сельскохозяйственных землях в отдалённый после чернобыльской катастрофы период» (Брянск, 1999).

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

1.7. Объём и структура диссертации

Диссертация состоит из 7 глав, 10 разделов, заключения, выводов и рекомендаций. Она изложена на ПО страницах машинописного текста, включая 64 страниц текста, 11 таблиц, 31 рисунок, список цитируемой литературы из 159 наименований, в том числе 17 иностранных, на 15 страницах.

"Т. *

2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

2.1. Характеристика пойменных экосистем в зоне радиоактивного загрязнения Чернобыльской АЭС

Поймы - «области сгущения жизни» (Вернадский, 1978). Пойменные почвы в нашей стране занимают относительно небольшую площадь (55 млн. гектаров или 2,5 %), но имеют большое народнохозяйственное и экологическое значение. Об этом свидетельствуют бытующие в народе определения пойм: «золотое дно», «кладовая плодородия», что определяется способностью речных долин задерживать влекомые с полыми водами питательные вещества. Как на севере, так и на юге поймы рек являются очагами интенсивного и устойчивого сельскохозяйственного производства. В лесной зоне они составляют основу лучших природных кормовых угодий: сенокосов и пастбищ (Балабко, 1990).

Пойма - наиболее молодой участок речной долины, ежегодно или периодически затапливаемый паводковыми водами с отложением на её поверхности наилка. Процессы, протекающие в пойме реки во время половодья, оказывают решающее влияние на формирование её геоморфологического строения, гидрологический режим, почвенный и растительный покров (Ковда, 1946). Под их влиянием создается неповторимый облик пойменного ландшафта, отличающий его от вне пойменных территорий. Обилие влаги и постоянное поступление с наилком элементов минерального питания создают в поймах наилучшие условия для развития травянистой растительности.

С экологической точки зрения пойма является сложной экосистемой транзитно-аккумулятивного типа. Её роль в биосферных процессах трудно переоценить. По мнению экологов-геохимиков, пойма - сгусток геохимических процессов. Сюда с больших площадей водосборных бассейнов поступает масса растворённых и взвешенных веществ, в том числе и загрязнителей. На их пути в пойме стоят ландшафтно-геохимические барьеры, из которых наиболее значительный - притеррасный (Тюрюка-

нов, Василевская, 1962). Именно в этой области поймы в наибольших размерах происходит выпадение из растворов и накопление в почвах принесенных химических элементов, что приводит к образованию в почвах многочисленных железистых и марганцовистых конкреций, скоплений вивианита и сидерита, отложений известкового туфа и т.п.

В наибольшей мере «заградительная» роль притеррасной поймы проявляется при наличии здесь торфяных и осоковых болот, зарослей тростника и другой буйной влажно-луговой и болотной растительности, являющейся мощным биологическим фильтром.

Поймы рек крайне неоднородны по природным условиям: встречаются минеральные и заторфованные, карбонатные, нейтральные и кислые, хорошо и плохо дренированные. На эту неоднородность накладывается неоднородность природных условий внутри пойменного ландшафта. В.Р. Вильяме (1922) выделил прирусловую, центральную и притеррасную области поймы. В пределах каждой из них также существует своя неоднородность. Всё это создаёт сложную природную мозаику пойменного ландшафта.

Каждая пойма и даже каждый её отрезок дискретны, имеют свои природные особенности, определенные как историей развития долины реки, так и современными склоновыми и русловыми процессами, поэтому подходить к поймам с единой меркой при их использовании нельзя (Булохов и др., 1989).

По продолжительности паводкового затопления пойменные луга подразделяют на следующие типы: почти не заливаемые, краткопоемные - затапливаемые в среднем на 10-15 дней (прирусловая пойма), средне-поемные -от 15 до 45 дней (центральная пойма), особо долгопоемные -более 45 дней (понижения центральной и притеррасная часть поймы).

Прирусловая пойма (прирусловье) - тянется в виде гривы вдоль русла, полого снижаясь в сторону от реки, в целом характеризуется активной аллювиальностью. Она сложена грубыми наносами, в основном песча-

ными, и хорошо дренирована рекой. Выбрасываемые из русла влекомые песчаные наносы полностью осаждаются в прирусловье при скоростях от 40 до 27 см/с (Шамов, 1959), а взвешенные в полой воде суглинистые частицы при этих скоростях проносятся мимо и начинают осаждаться в виде наилков уже в центральной части поймы при скоростях меньше 20 см/с (Куркин, Голованов, 1964). В дальнейшем по мере удаления русла скорости полых вод на вершинах бывших прирусловых валов падают ниже 20 см/с и отложение аллювия на них возобновляется, но уже не песчаного, а суглинистого, формирующего двухслойные почвы (сверху тонкий слой суглинка, ниже - песчаный аллювий).

Характерной особенностью прирусловой части поймы является освобождение от паводка всех его высотных ступеней строго синхронно с падением уровня воды в русле реки. Поэтому высотный градиент здесь не только на краткопоемных, но и на долгопоемных уровнях может использоваться в качестве градиента поемности (Куркин, Крылова, 1978). По мере развития поймы прирусловье может выходить из зоны затопления.

Центральная пойма является наиболее обширной и наиболее хозяйственно значимой частью речной долины. Она обычно заметно ниже при-русловья и имеет равнинный или пологоувалистый рельеф. Эта часть поймы характеризуется спокойным затоплением и медленным отложением тонкого суглинистого наилка. С градиентом поемности здесь сопряжены градиенты и увлажнения, и аллювиальности.

Притеррасная пойма (притеррасье) - понижение речной долины, примыкающее к первой террасе коренного берега - находится в условиях близкого залегания грунтовых вод, она наиболее удалена от русла реки и не дренируется ею. Сток поверхностных вод затруднён, в результате чего сильно развиты процессы заболачивания. Аллювиальность в притеррасной части в целом слабая (Аветов, Балабко, 1994).

Своеобразны проходящие в пойме почвообразовательные процессы. В.В. Докучаев (1878) отнес пойменные почвы к отделу анормальных и

выделил их в класс аллювиальных (наносных). Специфика пойменного почвообразования проявляется в менее четкой дифференциации профиля на генетические горизонты, слоистости некоторых почв и наличии погребенных горизонтов различной степени сохранности, что существенно осложняет их морфологическую и химическую диагностику.

Для характеристики пойменных почв в настоящее время используется генетическая классификация аллювиальных почв Г.В. Добровольского (1968). Эта классификация дает четкие понятия типов, подтипов, родов, видов и разновидностей почв в связи с их происхождением и развитием. Каждый тип пойменных почв характеризуется особым морфологическим строением почвенного профиля, особыми чертами водно-воздушного, окислительно-восстановительного и пищевого режима, количественными и качественными особенностями биологического круговорота, приуроченностью к определенным генетическим областям поймы и элементам рельефа.

В гидроморфных условиях почвообразования формируются особые почвенные условия (Ковда, 1973). Периодическое затопление таких почв и близкий к поверхности уровень залегания грунтовых вод приводят к понижению окислительно-восстановительного потенциала и образованию оглеенного горизонта; кроме того, в них создается благоприятная среда для разложения органического вещества растительного происхождения и образования на этой основе легко подвижных органических соединений (типа лигандов), способствующих более интенсивной миграции в почве химических элементов и радионуклидов. Особенности генезиса почв пойменно-аккумулятивных ландшафтов и тесная зависимость миграционной способности радионуклидов от уровня почвенного увлажнения обусловливают специфику их поведения в условиях гидроморфного почвообразования (Молчанова, Куликов, 1970; Тюрюканова, 1976, 1977; Молчанова и др., 1990).

В связи с различием условий в пойме реки В.Р. Вильяме различал

"V 10

здесь три экологических типа травянистой растительности: корневищный, рыхлокустовой и плотнокустовой. Он считал, что они соответствуют различным стадиям развития луга: корневищная стадия - «детство»; рыхлокустовая - «расцвет»; плотнокустовая - «старость». Такая точка зрения на развитие естественных сообществ является упрощением процесса развития, потому что условия определяют произрастание того или иного типа, а не сама растительность переходит из одного вида в другой (Марков, 1973).

Растительность пойм изменяется с изменением водно-физических свойств почв, их плодородия, химического состава, содержания воды в почве. Наиболее быстро и заметно сказывается изменение условий произрастания на травянистой растительности. При увеличении, например, продолжительности затопления или повышение уровня грунтовых вод в течение длительного времени отдельные виды растительности гибнут или угнетаются.

Растительность пойм не только зависит от условий произрастания, она, в свою очередь, изменяет почву, её структуру, водно-физические свойства, химический состав и плодородие. Растительность пойм влияет также на их водный режим своим потреблением больших количеств воды. Она понижает уровень грунтовых вод, задерживает сток, изменяет направление течения паводковых вод, уменьшает скорость их течения и места отложения наносов. Происходит постоянный взаимообмен между растениями и почвой, на которой они произрастают.

Фитоценозы, в которых доминируют краткопоемные корневищные злаки, часто с обилием бобовых и разнотравья: сообщества луговомят-ликовой и костровой формаций, клеверно-луговомятликовые, клеверно-костровые ассоциации, распространены в прирусловой пойме. Если прирусловые валы редко заливаются полыми водами, то индикаторами этого явления будут фитоценозы с участием растений, не выносящих затопления, - типчака, тонконога изящного, полевицы собачьей.

Аллювиальные луговые почвы центральной поймы, достаточно богатые и увлажняемые как полыми, так и грунтовыми водами, характеризуются преобладанием высокопродуктивных крупнозлаковых формаций. Доминантами этих формаций служат достаточно поемновыносливые рыхлодерновинные или корневищно-рыхлодерновинные злаки - лисохвост луговой, овсяница луговая, дающие разнотравно-лисохвостовые, разнотравно-овсяницевые индикаторные ассоциации. На более высоких участках гривистой и сегментно-гривистой центральной поймы развиты луга высокого уровня, под которыми образуются аллювиальные дерново-луговые суглинистые почвы. Их индикаторами обычно бывают сред-непоемновыносливые белополевицевые и пырейные формации (Ремезова, Дургарьян, 1976).

В притеррасье развиваются лугово-болотные и болотные почвы. Особенно длительный период застойного затопления, близкие к поверхности грунтовые воды, очень слабый аллювиальный процесс обусловливают образование перегнойно-глеевых и торфяно-глеевых болотных почв под плотно-дерновинными осоками и злаками. В качестве верных индикаторов здесь выступают дернистоосоковая, омскоосоковая формации, иногда остроосоковая, но тогда осока острая формирует дерновину (Ремезова, Дургарьян, 1976).

Авария на Чернобыльской АЭС (26 апреля 1986 г.) стала одной из са