Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЦЕЗИЙ-137 В ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВАХ И ЛЕКАРСТВЕННОМ СЫРЬЕ РАСТЕНИЙ НА ПРИМЕРЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ СКЛОНОВЫХ ЛАНДШАФТОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ЦЕЗИЙ-137 В ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВАХ И ЛЕКАРСТВЕННОМ СЫРЬЕ РАСТЕНИЙ НА ПРИМЕРЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ СКЛОНОВЫХ ЛАНДШАФТОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ"

$ -змея.

На правах рукописи

СОКОЛОВА ИРИНА ВАСИЛЬЕВНА

ЦЕЗИЙ-137 В ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВАХ И ЛЕКАРСТВЕННОМ

СЫРЬЕ РАСТЕНИЙ НА ПРИМЕРЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ СКЛОНОВЫХ ЛАНДШАФТОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ

Специальность 03.00.16 - Экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 2000

Работа выполнена на кафедре "Охрана труда и окружающей среды" Орловского государственного технического Университета

Научный руководитель-Официальные оппоненты

доктор биологических наук, профессор Громова В С доктор биологических наук, профессор Фокин А Д; кандидат биологических наук, доцент Осипов В Б

Вед>щая организация - Центр химизации и сельскохозяйственной радиологии 1 Ортовский"

Защита диссертации состоится "Л/ " /'-¿СЛ. ¿-/7 ¿2 2000 г в " ^ часов на заседании диссертационного совета Д 120 35 08 в Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева по адреса

127550, г Москва, ут Тимирязевская, 40, корп 17 (новый) Ученый совет МСХА А- ¡С,&М¿¿¿¿С

С диссерт ч. можно ознакомиться в ЦНБ МСХА

Авторефер >. ч октября 2000 г.

Ученый секретаг диссертационн >ь, . -кандидатбиолот. ческих наук, доцент /У^ A.B. Чичев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В результате аварии на Чернобыльской АЗС значительная часть территории Среднерусской возвышенности, в частности Орловская область, подверглась радиоактивному загрязнению. Уровень активности основного дозообразующего радионуклида цезия-137 в почвах наиболее загрязненных районов области увеличился, по сравнению с доаварийным периодом, в среднем в 66 раз. Это обстоятельство необходимо учитывать не только • при ведении сельскохозяйственного производства, но и при заготовке лекарственного сырья в условиях естественных фитоценозов. Так, лекарственные растения, собранные на загрязненной территории, могут стать источником дополнительного облучения, обостряя проблему использования экологически безопасного фитосырья в жизнедеятельности человека. В лесостепной зоне с интенсивным использованием равнинных территорий основным местообитанием дикорастущих лекарственных растений становятся овраги и балки, склоны которых характеризуются высокой контрастностью биогеохимических условий, влияющих на поведение цезия-137. Однако влияние мезорельефа местности на дифференциацию запасов цезия-137 в системе почва-растения исследовано недостаточно полно. Следовательно, изучение накопления и перераспределения цезия-137 в естественном почвенно-растительном покрове склоновых ландшафтов представляет научный интерес и практическую значимость.

Цель исследований — изучить динамику концентрации цезия — 137 в целинных почвах черноземного типа и лекарственном сырье дикорастущих растений на примере склоновых ландшафтов центральной лесостепи.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Выявить особенности вертикального и латерального распределения радионуклидов цезия-137 в корнеобитаемом слое почвы (0 - 60 см) в зависимости от морфологических параметров склонов (экспозиции, крутизны, формы) и механического состава почвы.

2. Проследить динамику содержания цезия-137 в лекарственном сырье дикорастущих растений, произрастающих на склонах, в зависимости от видовых особенностей, места произрастания, механического состава и агрохимических показателей дочвы, гидротермических условий вегетационного периода.

3. Разработать научно-обоснованные предложения по сбору экологически безопасного фитосырья на овражно-балочных склонах с естественным поч-венно-растительным покровом, по оценке степени эрозионно-аккумулятивных процессов на основании содержания в почвах цезия-137.

Научная новизна. В условиях центральной лесостепи изучены вертикальное и горизонтальное распределение цезия-137 в черноземных почвах естественных СКЛОНОВЫХ ЛаНДШафтОВ В ЧЯИИГ.ИМПГТИ ОТ морф^пг.гитгргтгтге парачрт.

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧ 'АН Ь'.БДИОТГКА Моск. сел-снсхоз. академии

им. К. Инв. №

ров склонов и механического состава почв, содержание цезия-137 в лекарственном сырье дикорастущих растений в зависимости от видовых особенностей и места произрастания на склоне.

Теоретическая значимость:

1. Выявлены закономерности вертикального и горизонтального распределения радионуклидов цезия-137 в корнеобитаемом слое почв черноземного типа в условиях овражно-балочного ретьефа местности

2. Установлена динамика содержания радиоцезия в лекарственном сырье растений в зависимости от их видовых особенностей, свойств почвы, типа склоновой микрозоны, гидротермических условий вегетационного периода

3. Определены аналитические зависимости, позволяющие прогнозировать содержание цезия-137 в почвенно-растительном покрове различных частей склонов

Практическая значимость работы заключается в прогнозировании радиоэкологического состояния склоновых почв, лекарственного сырья растений, произрастающих на склонах, а также направлений геопотоков, областей концентрации и рассеяния радиоактивных элементов на местности с расчлененным речьефом и обеспечении сбора фитосырья, соответствующего нормам радиационной безопасности, т е. в совершенствовании рационального природопользования в условиях естественных склоновых ландшафтов

Защищаемые положения.

- на склоновых ландшафтах с естественным почвенно-раститетьным покровом характер латерального распределения цезия-137 в почве обусловлен, главным образом формой склонов и гранулометрическим составом почвы,

— распределение цезия-137 в вертикальном профиле склоновых почв определяется совокупностью процессов вертикальной и латеральной миграции радионуклидов и зависит, в основном от крутизны и экспозиции склонов,

— валовое содержание цезия-137 в склоновых почвах тесно коррелирует с количеством гумуса,

- динамика содержания цезия-137 в лекарственном сырье дикорастущих растений зависит от места произрастания на склоне, их видовых особенностей и физико-химических показателей почвы

Личный вклад. Автору принадлежит общая идея, написание, формулировка положений работы. Отбор и предварительная подготовка проб, анализы по определению весовой влажности почв, удельной активности цезия-137 в образцах, математическая обработка результатов исследований выполнены лично автором. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю доктору биологических наук, профессору ОГТУ Громовой В С, кандидату сельскохозяйственных наук, директору Центра химизации и сельскохозяйст-

венной радиологии «Орловский» Казьмину В. М. и его сотрудникам, которые провели анализы почвенных и растительных образцов.

Апробация работы. Результаты работы доложены на: I Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности "Наука и экологическое образование. Практика и перспективы" (ТГУ, г. Тула, 1997г.), II Международной научно-технической конференции "Пища. Экология. Человек" (МГУ прикладной биотехнологии, г. Москва, 1997г.), I Российской научно-практической конференции "Актуальные проблемы медицинской экологии" (ОГУ, г. Орел, 1998г.), Международной научно-практической конференции "Высокие технологии в экологии"(ВГУ, г. Воронеж, 1998г.), научно-техническом семинаре "Экологическая безопасность регионов Рос-сии"(Приволжский дом знаний, г. Пенза, 1998г.), Международном семинаре "Пищевая химия -98"(МГУ пищевых производств, г. Москва), Российской конференции "Достижения аграрных наук в решении экологических проблем" (ОГУ, г. Орел, 1999г.). •

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ. Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и списка литературы, насчитывающего*? 41/ наименований, из которых ¡¿3 — на иностранных языках. Общий объем диссертации/Я? страниц, включающих 36 таблиц и 25" рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель, задачи исследований, защищаемые положения и научная новизна, излагается теоретическая и практическая значимость работы.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Геоморфологическое строение местности - один из основных факторов, определяющих направленность и интенсивность процессов перераспределения радионуклидов в окружающей среде. В соответствии с современными представлениями, геоморфологическая структура местности влияет на характер первичного и вторичного перераспределения химических элементов, в том числе и радионуклидов - происходит их вынос из автоморфных ландшафтов и аккумуляция на геохимических барьерах. , - ;

После аварии на ЧАЭС интерес к указанной теме возрос в связи с высокими плотностями. загрязнения значительной части территорий и проблемой возможного увеличения ее границ в результате вторичного перераспределения и концентрирования радионуклидов. Появились публикации, свидетельствующие о значимости геоструктурных образований в горизонтальной и вертикаль-

ной динамике распределения радиоактивных элементов в ландшафтах Иссте-дования показывают, что пониженные замкнутые формы рельефа изначально были загрязнены меньше, чем окружающие территории Начиная с 1987 - 1988 гг, уровень загрязнения этих участков выравнивается, а с 1989 - 1990 гг содержание радионуклидов в западинах резко увеличивается В последующем (с 1991 г) в центральных частях западин отмечается тенденция к уменьшению количества радионуклидов за счет их активного выноса в нижние слои почвы

Наиболее интенсивно процессы латерального перераспределения радиоактивных веществ происходят внутри элементарных ландшафтов

2 УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Выбранные модельные участки центральной лесостепи для изучения динамики содержания цезия-137 в почвенно-растите чьном покрове естественных склоновых чандшафтов расположены в Ортовской обтасти Описаны физико-географические условия, геологические особенности, рстьеф, гмдро'юги? кти-мат, почвы, растительный и животный чир региона

2 1 Краткая природчо-экотогичесчая характеристика региона исследований Поверхность Орловской области представляет собой ипьно изрезанную речными долинами, балками и оврагами эрозионную равнину Площадь, занимаемая оврагами и балками, составляет в целом по области около 10%, достигая в некоторых районах 15 - 25% Территория Орловской области по гсомор-фочогическому районированию входит в состав сильноовражного известнякового района Среднеруссхой возвышенности

На территории об части загрязнение радиоактивными веществами (РВ) в среднем составляет 1 Ки/кв км Выпадение радионуклидов характеризуется большой мозаичнсстью и разчичнмми уровнями радиоактивного шгрязнения что обуславливает «пятнистую» структуру загрязнения местности Плотность загрязнения в отдельных частях их терртории может отличаться в десятки раз в зависимости от характера выпадения радионуклидов, речьефа и характеристики грунта Основной изотоп, который оказывает влияние на режимы проживания людей и ведение сельскохозяйственного производства, является цезий— 137 На территории «цезиевых пятен» вклад изотопов цезия-137 в общую активность составляет 80-90% Радиоактивному загрязнению подверглись различные типы почв серые лесные — 43,1% (от общей тощади загрязненных сельскохозяйственных угодий), оподзоленные черноземы - 33,5%, выщелоченные черноземы - 6,2%, торфяные — 0,1%

Основная часть научных исследований проводилась в балке «Непрец», которая расположена в юго-восточном направлении по отношению к городу

Орлу, приблизительно в трех километрах от него; сбор плодов боярышниха кроваво-красного проводился с растений, произрастающих на левом берегу реки Оптуха в п. Домнино Орловского района. Флора балки «Непрец» насчитывает более 300 видов травянистых растений (из них более 50 лекарственных), характерных для северного варианта луговых разнотравных степей.

Работа выполнялась как в условиях полевых экспериментов на стационарных мониторинговых ключевых участках склонов, так и в лабораторных условиях. Район полевых исследований относится к степной зоне с преобладанием черноземных почв. Ключевые участки расположены на овражно-балочных склонах наиболее типичных для территории исследуемого региона.

Содержание и задачи научных исследований представлены на рисунке 1

" Рисунок 1 - Содержание и задачи научных исследований

Методологической основой исследований являлись концепция экологического мониторинга, ландшафтно-биогеохимический, системный и катенар-ный подходы, научные положения сельскохозяйственной радиологии.

Объектами исследований были образцы черноземных почв, дикорастущие лекарственные растения различных жизненных форм, отбор которых проводился в условиях естественных фитоценозов по длине склонов с каждой экспериментальной площадки (микрозоны) в период лето-осень 1997-1999гг. В качестве модельных видов лекарственных растений служили растения с достаточно широким ареалом произрастания в данной местности: хвощ полевой (Eduisetum arvense), шалфей луговой (Salvia pratensis), пижма обыкновенная (Tanacetum vuldare), боярышник кроваво-красный (Crataedus sanduinea), шиповник коричный (Rosa majalis).

Пробы почвы отбирались по дтине склона с каждой пчощадки на глубину 0-20,20-40,40-60 см Образцы почвы высушивались при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния и гомогенизировались

Заготовка лекарственного фитосътрья производилась согласно общепринятым методикам, в период максимального накопления растениями действующих веществ (ФАВ) Обязательным условием для сбора образцов явилось отсутствие дождей в течение трек-пяти дней накануне сбора Отбор раститечь-ных образцов проводился на тех же участках, что и почвенных На месте отбора почвенных проб травянистая растительность срезалась с фиксированной площадки (1 кв м) на высоте 3 см над поверхностью почвы, а с древесно—кустарниковой растительности собирачись плоды Лекарственное сырье высушиваюсь на воздухе или в сушичьном шкафу при температуре 90 - Ю5°С до воз-душно-сучого состояния, измечьчалось на мельнице, просеивалось через сито с диаметром отверстий 1 мм и озочялось при температуре 4^0° С

Почвенные образцы были проанализированы в 2-3 повторностях по следующим показателям 1) содержание гумуса по методу Гюрина в модификации ЦИНАО Гост 26213- ч1, 2) сумма not юшенных оснований по методу Каппена Гост 27821-88, 3) гидролитическая кисчотносгь по методу Каппена в мочифл-ьлыи ЦИНАО I ост 26212 — 91, 4) иодвижнии калий по \«етоду Кирсанова Гост 26207 - 91, 5) рН солевой вытяжки по методу ЦИНАО Гост 264ЬЗ-85, 6) дчч опредечения емкости поглощения, степени насыщенности основаниями, вча^ности (весовой) и механического состава почв применялись общепринятые в агрохимической практике методики 7) извлечение подвижных форм цезия— 137 произведено с помощью раствора ацетатно-ачмонийиого буфера с рН -4,8 Соотношение почва раствор - 1 10, 8) содержание цезия-137 в почве, гочвенных вытяяках и растениях опредечячось методом гамма-спектрометрии с испочьзованием многоканального аналлзатора V СК «ГАММА ПЛЮС»

Математическая обработка результатов исследований, включавшая расчет статистических показателей, проведение корреляционного и регрессионного анализов данных, выполнялась с использованием пакета прикладных программ в составе Excel 2000 дчя Windows - 2000

3 ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ ЦЕЗИЯ-137 В ЦЕЛИННЫХ ПОЧВАХ СКЛОНОВ 3 1 Распределение цезия—137 в корнеобитаемом слое почвы в зависимости от формы склона Склоны разных форм характеризуются различными условиями увлаж-

нения, количеством падающей на поверхность склонов солнечной радиации, составом произрастающих растений, формированием специфической микрозо-

нальности почв. Дифференциация всех явлений и факторов по длине склонов способствует закономерному перераспределению в почве химических соединений различных элементов, в том числе радиоактивных, как в латеральном направлении, так и по вертикальному профилю почвы.

Отбор проб почвы проводился по длине склонов от бровки к подножию (таблица 1).

Таблица 1 - Краткая характеристика склонов разной формы

« скло на Экспозиция ' Крутизна Форма Абсолютная высота Длина Почва Растительность

I Северная 10-12' Прямая 180 м 25 м Чернозем опод-золенный, тяжелосуглинистый Разнотравная

II Северная 23-25' Выпукло* вогнутая 190 м 50 м Чернозем опод-золенный, тяжо-лосуглинистый Злаково-осоковая

Распределение цезия-137 в почве склона прямой формы представлено на рисунке 2. На склоне прямой формы выявляются четыре области аккумулятивных (1-11, И-Ш, ПЫУ, У1-УП) и две элювиальных (IV-V, У-У1).

Наиболее высокая удельная активность цезия —137 в корнеобитаемом слое почвы определяется в середине склона, где она в 1,4—1,5 раза выше, чем в других его частях. В целом, кривая латерального распределения радионуклида в корнеобитаемом слое почвы прямого склона имеет выпуклый характер. Размах вариации значений удельной активности цезия-137 в 0-20 см слое почвы прямого склона составляет 63,29 Бк/кг, коэффициент вариации — 18%. ■

На склонах разных форм распределение цезия-137 по вертикальному профилю почвы имеет классический характер, свойственный равнинным участкам местности, т.е. максимальное количество радионуклида определяется в верхнем (0-20 см) слое почвы. Подобная закономерность перераспределения характерна для данного радиоизотопа и обусловлена поступлением его в почву с атмосферными выпадениями.

Латеральное распределение в почве выпукло-вогнутого склона имеет четко выраженный волновой характер (рисунок 3). В отличие от прямого, на выпукло-вогнутом склоне наблюдаются более резкие колебания уровня активности цезия-137 по сопряженным участкам склона: размах вариации значений удельной активности цезия-137 в 0-20 см слое почвы составляет 105,1 Бк/кг, коэффициент вариации — 38%. На склоне данной формы выделяются три аккумулятивные области (II-III, V-VI, VI-VII) и три элювиальные (I-II, Ш-IV, IV-V).

В отличие от прямого на выпукло-вогнутом склоне в почве нижнесклоновой микрозоны выявляется относительное повышение удельной активности цезия-137 на глубине 20-40 и 40-60 см, вследствие повышенной радиальной и

Рисунок 2 - Распределение цезия-137 в почве склона прямой формы

Рисунок 3 - Распределение цезия 137 в почве склона выпукло-вогнутой формы.

латеральной миграции данного радионуклида. Так, в местах перехода меньшей крутизны в большую отмечается уменьшение запасов цезия-137 в почве на глубине 0-20 см одновременно с увеличением его относительного содержания в нижележащем слое, а на участках, где большая крутизна переходит в меньшую, наблюдается обратная картина.

Распределение цезия-137 в 0-20 см слое почвы по длине склона сопряжено с содержанием гумуса, что подтверждается тесной корреляционной связью между удельной активностью данного радионуклида (Бк/кг) и количеством гумуса в почве (%). Для прямого склона коэффициент корреляции равен г = 0,73, для склона выпукло-вогнутой формы г = 0,89.

Динамика значений удельной активности радиоцезия (Бк/кг) в склоновой почве на глубине 0-20 см определяет динамику изменения этого показателя во всем корнеобитаемом слое (0-60 см). Поэтому в работе, в основном, фигурирует именно 0-20 см слой почвы, для которого построены эмпирические и вычисленные кривые распределения удельной активности цезия-137 в почве, определены коэффициенты корреляции между валовым содержанием цезия-137 и агрохимическими показателями почвы.

3.2 Распределение цезия-137 в корнеобитаемом слое почвы . в зависимости от крутизны склонов Согласно данным литературы, чем круче склоны, тем больше различий во флористическом и ценологическом составе верхних и нижних частей склонов, а также резче дифференциация всех явлений и факторов почвообразования на протяжении склона. ■ ■'

Объекты исследования - разные по крутизне склоны (таблица 2).

Таблица 2 - Краткая характеристика склонов разной крутизны

' № склона Экспозиция Крутизна Форма Абсолютная высота Длина Почва Растительность

III Северная 5-8* Прямая 172 м 25 м Чернозем выщелоченный тяжелого мехсостава Разнотравно-злаковая

IV Северная 25-28' Прямая 180 м 28 м Чернозем выщелоченный, тяжелосуглинистый Разнотравная

Диапазон колебаний агрохимических показателей почвы на пологом склоне шире, чем на крутом: гумус по длине пологого склона составляет 3,36,11 %, рН-5,70-6,60, К20-10-12,5 мг/100г почвы. На крутом склоне эти показатели соответственно равны: 4,82 - 5,70, 4,10 - 4,30 и 8,60-10,00.

Согласно данным таблицы 3, размах вариации значений удельной активности цезия-137 в 0-20 см слое почвы пологого склона составляет 34,59 Бк/кг,

крутого —38,06 Бк/кг, коэффициент вариации - 17% и 13 % соответственно

Таблица 3 — Распределение цезия — 137 в почвах склонов _разной крутизны (Бк/кг)_

Уо ч. клона Гтубина отбора проб, см Тип микрозоны

Верхнесклоноаая Среднесклоновая Нижнесклоновая

У бровки Верхняя часть Верхняя часть Нижняя часть Нижняя часть

ш 0-20 75 50 100.1 65,51 75,39 73.79

20-40 26.00 22 33 30.50 22 83 23 00

40-60 20 03 17 00 28 00 26,72 22,94

IV 0-20 129.6 1 107 9 120 20 114 1 91 54

20-40 28 04 20 00 25 00 25 04 24.10

40-60 22,00 33 00 | 19 00 19 07 15 26

К общим особенностям распределения цезия-137 в почве рассматриваемых склонов относятся снижение содержания рддионуктида в почве о г бровки к подножию (для пологого сктонд - тенденция) максимальное на ко а ,ение его в верхнем 0 20 см с-ое гочвы

Отличительными особенностями , иъамякн значений уде~ьнои активности цезия - 137 в почве пологого склона, по сравнению с крутым, являются увеличение пространственной вариабетьности, частоты колебании значений данного показателя, обратный характер его изменения по эчементам екчона, ттеральное распределение удельной активности радионуклида в почве данного склона имеет волновой характер Крутой склон отличается от пологого выьук-ым характером кривой латерального распредстения удельной активности це-зия-137 в корнеобитаемом сое г.очвы, относительное уветичение таеои радиоцезия в нл^ете-каших с-оях почвы Для потагою и крутого склонов коэффициент корреляции между ютичеством нешя-137 и гумуса в почве равен г 0 48, г - 0,8е) соответственно

3 3 Распределение цезия-137 в корнеобитаемом стое почвы в зависимости от экспозиции склонов Объектами наших исстедований являлись крутые склоны противопо-тожных солярных экспозиций южные и северные (таблица 4)

V» склона Экспозиция Крутизна Форма Абсо агатная высота Длина Почва Раститеть-ность

V Южная 25-28° 1 Прямая! 180 м 1 28 М Чернозем выщелоченный, тяжелого мехсосгава Разнотравная

100%

80%

60%

40%

5

two 20-40 040-60

I И III IV V VI

Точки отбора проб (от бровки к подножию)

Рисунок 4 - Распределение цезия-137 в почве склона северной экспозиции

Точки отбора проб (от бровки к подножию)

Рисунок 5 - Распределение цезия-137 в почве склона южной экспозиции ,

Склоны северной и южной экспозиций отличаются контрастностью в микрозональности ландшафтов, что объясняется особенностями распределения тепла и влаги, снежного покрова и также скоростью перемещения почво-грунта на склонах Влияние экспозиции сильнее сказывается на крутых склонах Характеристика северного склона IV дана в разле те 3 2

Распределение цезия-137 в почвах склонов северной и южной экспозиций имеет как общие особенности, так и отличия Общие особенности на склонах разной экспозиции распределение цезия-137 по вертикальному профилю почвы имеет дифференцированный характер с максимальным содержанием це-шя-137 в слое 0-20 см, в латеральном профиле почв склонов процессы аккуму-.1яции и выноса цезия-137 в наибольшей степени выражены в нижнесклоновой микрозоне (таблица 5)

Таблица 5 - Распределение цезия - 137 в почвах склонов

разной экспозиции на гтчбине 0—20 см (Бк/кг)

1 ип микрофоны

4° на. Верхнесхгонсвая С релнеск иш-вая Нижн_*,ЮчЛ свая

У Сровки 1 Верхчяя | чаиТЬ Оерхьяя ча^ть Нижняя часть Нижняя 1 \ часть | псдо^зы

IV 129,6 107.9 120.20 114 1 91 54 1 102 2

V 77 21 1 91,91 136 6 123,7 90,45 1 139,7

Отличительные особенности наибольшая амплитуда колебании значении „.дельной активности цезия-137 в латеральном профиле почв характерна для склонов южной экспозиции, на склонах южной экспозиции проявление эро-лионно-аккл. мулятивнг/х процессов выражено в наибольшей степени, в почр^х склонов северной экспозиции наблюдается тенденция снижения запасов цезия-137 от бровки к подножию, для скюнов же-южной экспозишы отмечается обратная закономерность, почвы склонов южной экспозиции характеризуются относительно меньшим количеством цезия-137 в сое 0—20 см (рисунки 4 и 5)

Размах вариаций значений удельной активности цезия-137 в 0-20 см слое почвы южного склона составляет 62,49 Бк/кг, северного — 38,06 Бк/лг, коэффициент вариации - 24% и 12 /с, коэффициент корреляции между количеством цезия-137 (Бк/кг) и гумуса (%) в почве равен г = 0,52, г = 0,89 соответственно

3 4 Распределение цезия-137 в склоновой почве в зависимости от механического состава Гранулометрический состав - основной структурный уровень организации твердой фазы почвы, обусловливающий ее функциональные свойства Сорбционная способность почв по отношению к цезия-137 существенно возрастает с увеличением степени дисперсности почвенных частиц Массо-

перенос цезия-137, обусловленный нисходящими токами влаги, в почвах тяжелого механического состава будет выражен в наименьшей степени по сравнению с почвами тегкого гранулометрического состава

Характеристика склонов южной экспозиции с различными по грануто-метрическому составу почвами представлена в таблице 6

Таблица 6 — Краткая характеристика склонов с разными

Ч»склЫ -}кспо 1 1 1 Абсо на ' iKovrmna 1 Форма потная . 1ИЦИЯ i г ] I 1 высока Длина Почва Растительность

I'll VI 1 Южная, 23-25 Прямая! 182 м ! 1 26 м Чернозем опод-зотенный, тяже-nocvr тинистый Разнотравно-низкоосоковая

1 ! \Н Южная 23-25' ( Прямая! 178 м j 25 м Чернозем карбонатный, тегкого мехсостава Разнотравно-типчаковая

В склоновой почие тяжелого механического состава диапазоны изменения значений v течьной активности цезия-137 по стоям 0-20, 20-40, 40-60 см соответственно равны ">8,69(т V) - 07,21(т III) Бк/кг, 21,0(т V) - 3<Щт II) Б к/кг, 14,0(т I) - 33,0(т III) Бк/кг В сктоновой почве легкого механического состава диапазоны изч'ененая значений этого показателя составляют в слое 0-20 см 67,04(т III) - 126 30(т V) Бк/кг, в слое 20-40 см 25,43(т I) - 38,91(т IV) Бк/кг, в с lo с 40-60 см 14 0(г II) -29,0(т IV) Бк/кг Размах вариации значений сдельной акшвности цгшя—137 в 0-20 см счое почвы склона VI составляет 38,52 Бк/м, склона Ml - 59,26 Бк/кг, коэффициент вариации - 23% и 28 % соответственно

В почве сч -она VI диапазоны изменения значений удетьной активности цезия-137 по с гачч 0-20, 20-40, 40-60 см соответственно равны 55,60(7 V) -97 21 (т HI) Бк t г, 21,0( г V) - 30,0(т II) Бк/кг, 14 0(т I) - 33,0(т III) Бк/к: В почве склона VII диапазоны изменения значений этого показатсад составтяют в слое 0-20 см ь7,04(т III) - 126,30(т V) Бк/кг, в слое 20-40 см 25,43(т. 1) -38,91(т IV) Бк/кг, в счое 40-60 см 14,0(т. II) -29,0(т. IV) Бк/кг Размах вариации значений удельной активности цезия-137 в 0-20 см слое почвы склона VI составляет 38,52 Бк/кг, склона VII - 59,26 Бк/кг, коэффициент вариации - 23% и 28 % соответственно

В латеральном профиле почвы склона VI максимальное содержание радиолу к тидов цезия-137 отмечается в среднесктоновой микрозоне,минимальное - в верхне- и нижнесклоновой зонах, кривая горизонтального распредепения цезия-137 в склоновой почве тяжелого механического состава имеет выпуклый характер Распределение цезия-137 по вертикальному профилю почвы имеет следующие особенности в верхнесклоновой микрозоне фиксируется резкое

возрастание уровня активности радионуклида в 20-40 см слое почвы, обусловленное усилением горизонтальной и вертикальной миграции радиоцезия.

В почве склона VII вертикальное и горизонтальное распределение цезия-137 имеет более дифференцированный характер. Результаты исследований гранулометрического состава почвы данного склона показали, что среднее клоно-вая микрозона (т.т. III,IV) имеет почвы более легкого механического состава и характеризуется усилением внутрипочвенной миграции радиоцезия вследствие более интенсивного протекания процессов инфильтрации. Степень выраженности элювиально-аккумулятивных процессов наглядно отражают значения коэффициента местной миграции цезия-137 в склоновых почвах разного механического состава (таблица 7).

Таблица 7 — Значения коэффициента местной миграции цезия-137 в " ' склоновых почвах разного механического состава

№ склона Глубина отбора проб, см Сопряженные участки склона

I-II П-1П III-IV IV-V

VI 0-20' 0,95 1,48 0,98 0,62

20-40 1,7 0,65 1,1 0,75

40-60 1,4 1,65 0,58 0,88

VII 0-20 0,97 0,86 1,09 1,73.

20-40 - 1,02 1,2 1,25 0,69

40-60 ... 0,88 1,21 . 1,71 0,72

• На склоне VI можно выделить две основные области: аккумулятивная — средняя часть склона (т.т. III.IV) и элювиальная — верхне- (т.т. 1,11) и нижне-склоновая(т. V) микрозоны. В целом, кривая распределения цезия-137 в латеральном профиле почвы имеет выпуклый характер с максимумами в средне-склоновой микрозоне. ,

Динамика значений.коэффициента местной миграции склона VII свидетельствуют о том, что в нижней части среднесклоновой микрозоны интенсивно протекают процессы аккумуляции цезия-137 по всему изучаемому профилю плчвы; аккумулятивные процессы продолжаются и в нижнесклоновой зоне и затрагивают только верхний 0-20 см слой почвы. Кривая латерального распределения цезия-137 в почве склона VII имеет вогнутый характер. Для склонов .VII и VI коэффициент корреляции между удельной активностью цезия-137 и количеством гумуса в почве имеет значения г = 0,87, г = 0,73 соответственно. .

Компьютерное моделирование распределения цезия-137 в склоновых - почвах выявило следующие аналитические зависимости: -

- полиномиальную для латерального распределения цезия-137 в 0-20 см слое склоновой почвы. Например, вычисленная кривая латерального распреде-

лення цезия-137 в 0-20 см слое почвы крутого склона описывается уравнением параболы третьей степени

j -4,2х1 + 36,365хг -9",505х i-194,16 при R2 ~ 0,948, где х - условная высота точек отбора проб, у - удетьная активность цезия -137 в почве склона (стой 0-20 см)

- степенную для вертикального распределения радионуклидов в 0-60 см слое почвы Вычисленная кривая вертикального распределения цезия-137 в склоновой почве тяже того механического состава описывается уравнением

у -124,72х ! при R2 = 0,9996, где х - слой почвы, у - удельная активность цезия-137 в почве стоя

- .экспоненциальную дтя вертикального распределения цечия-137 в 060 см стое почвы дна балки Вычистенная кривая вертикального распределения радиоцезия в 0-60 см стое почвы дна балки описывается уравнением:

V 4-4*,be 13 "" при R2 - 0,9979, где х - с той почвы, у - сдельная активность цезия-137 в почве слоя

4 ДИНАМИК\ СОДЕРЖАНИЯ ЦЕЗИЯ-137 В ЛЕКАРСТВЕННОМ СЫРЬЕ ДИКОРАСТУЩИХ РАСТЕНИЙ, ПРОИЗРАСТАЮЩИХ НА СКЛОНАХ 4 I Концентрация цезия-137 в надземной части травянистых растении в зависимости от места произрастания на склоне Поскольку химический состав растений подвержен изменениям в зависимости от зкотогических условий местообитания и каждая микрозона склона характеризуется cbohv специфическим экологическим потенциалом, то можно предположить, что i'3v чаемые нами лекарственные растения каждого вида, собранные в различных частях склона, будут содержать в своем составе paînoe количество химических цементов, в том чистс и цезия-137 Системное изучечие влияния физико-химических свойств почв каждой микрозоны склонов на поведение пезия-137 в системе почва-растения способствует выявлению доминирующих приротных факторов, регулирующих поступление радионуклидов цезия-137 в различные виды лекарственных растений Большинство изучаемых свойств почв тесно связано между собой и зачастую степень воздействия отдельного из них зависит от влияния всего комплекса Накопление цезия-137 растениями в зависимости от изменения почвенных характеристик может колебаться в среднем в 20-30 раз, а в зависимости от биологических особенностей растений до 10 раз

Место произрастания растений хвоща полевого - относительно прямой склон северной экспозиции длиной 28 м, абсолютной высотой 185 м, почва-чернозем оподзоленный тяжелого механического состава, пижмы обыкновенной - склон V, шалфея тутового — склон VTI

По нашим данным динамика накопления цезия-137 надземной частью травянистых растений, произрастающих на склонах, имеет следующую особенность: наиболее интенсивно цезий-137 аккумулируется растениями, произрастающими в среднесклоновой микрозоне (таблица 8).

Таблица 8 - Значения коэффициента накопления цезия -137 надземной частью травянистых растений

Вид растения Тип микрозоны

Верхнесклоновая ' Среднесклоновая Нижнесклоновая

верхняя часть нижняя часть у подножия

Хвощ полевой (Equisetum arvense) 0,12 0,40 0,06 0,02

Шалфей луговой (Salvia pratensis) 0,04 0,14 0,16 0,04

Пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare) 0,05 0,11 0,07 0,03

Растения хвоща полевого, произрастающие в средней части склона, аккумулируют цезия-137 больше, чем в нижней зоне, по нашим данным, приблизительно в 16 раз, что объясняется поглощением нуклида в среднесклоновой . микрозоне, в основном из органических остатков, в нижнесклоновой, в основном из перемещенной минеральной части почвы. Коэффициент накопления цезия-137 растениями хвоща полевого коррелирует с коэффициентом подвижности цезия-137 в почве на. глубине 0 — 40 см (г=0,57). Анализ данных исследований показал, что нет прямой зависимости между накоплением растениями хвоща полевого цезий-137 и его концентрацией в почве. Удельная активность цезия-137 в лекарственном сырье растений хвоща полевого имеет достоверно высокую корреляцию с следующими показателями: удельной активностью подвижных форм цезия-137 в почве на г лубине 0-40 см (г = 0,59), рНКа (г = 0,75), емкостью поглощения (г.= -0,80), количеством гумуса в корнеобитаемом слое , почвы (г = 0,90).

. Концентрация цезия -137 в фитомассе шалфея лугового коррелирует с такими физико-химическими показателями почвы, как валовое содержание радионуклида в почве (г = -0,62), рНКа (г = 0,61), гумус (г = -0,67), емкость кати-онного обмена (г -0,74). Для надземной части растений пижмы обыкновенной содержание в них радиоцезия коррелирует с валовым содержанием цезия-137 в почве (г = 0,84), подвижными формами этого нуклида в почве (г = 0,86), обменным калием (г=-0,72), гумусом (г = 0,47), емкостью поглощения (г = 0,53). Изменения концентрации цезия-137 в растениях шалфея лугового по 1998 и 1999 гг. недостоверны (значения гидротермического коэффициента П'Кдов = 0,253 и ГТК 1999 =0,138). Доминирующее влияние на биологическую доступность цезия-

137 в системе почва-растение шалфея лугового оказывает гранулометрический состав почвы, который вследствие протекания склоновых процессов закономерно дифференцирован по микрозонам склона

Анализ имеющегося аналитического материала выявил, что накопление цезия-137 травой хвоща полевого определяется, главным образом его видовыми особенностями, а накопление надземной частью пижмы обыкновенной -количеством цезия -137 в почве

Пространственный характер изменения концентрации радиоцезия в растениях соответствует месту произрастания их на склонах- максимальная концентрация цезия-137 определяется в растениях, произрастающих в средней части склона, минимальная - в растениях нижнесклоновой зоны (рисунок 6) Нисходящий ряд коэффициента вариации и диапазона варьирования удельной активности цезия-137 в надземной части травянистых растений хвощ полевой (V 105 2,19-35,80 Бк/кг) > пижма обыкновенная (V 6ís%, 2,76-)3 78 Бк/кг) > шалфей луговой (V 47-54%, 3,01-12,04 Бк/кг)

4 2 Содержание цезия - 137 в плодах древесно-кустарниковых растении

в зависимости о г места произрастания на склоне Наиболее интенсивно идет накопление радионуклидов в корнях, листьях и стеб :ях и шачнтельно с тбее в генеративных органах растений

Динамика накопления цезия-137 в плодах шиповника коричного и боярышника кроваво-красного, произрастающих на склонах, имеет свои отличите !ьные особенности максимальное накопление радиоцезия отмечается в плодах растении, произрастающих в верхне- и нижнесклоновой микрозонах (таблица 9)

Таблица Ч— Значение коэффициента накопления цезия-137

в плодах лревеси»-кустарниковых растений

Тип микрозс 1Ы

Вид ра^те шя Верхне Среднеск* отовая НижнеисТО новая

utv. оновая Верхняя часть ЬЬ^няя часгъ У годножия

Шиповник коричныи (Roba majahs) 0,03 0,02 0 03 0,07

Боярышник кроваво-красный (Crataegus sanguínea) 0,05 0,02 0,03 0,06

Лекарственное сырье, собираемое с древесно-кустарниковых растений, характеризуется, в отличие от травянистых форм, минимальным содержанием цезия - 137 при произрастании их в средней части склона (рисунок 7), что объясняется особенностями строения корневой системы и расположением ее в почвенном профиле

1 2 3 4.

Условная высота (точки отбора проб от бровки к подножию)

Рисунок 6 - Эмпирическая и вычисленная кривые содержания Св-137 в надземной части растений шалфея лугового в зависимости от места произрастания на склоне

Ь 6

■г

ш

«О

-А 4

О

® л 13

I,

О

у » 1.2425*® - 5.3335Х + 7,2125 * ' К* =■ 0.9999

Условная высота (точки отбора проб от бровки к подножию)

Рисунок 7 - Эмпирическая и вычисленная кривые содержания Сз-137 в плодах боярышника кроваво-красного в зависимости от места произрастания на склоне

Содержание радиоиезия в птодах растений шиповника коричного кор релирует с количеством гумуса (г = 0,40) и подвижных форм цезия-137 в почве (г - 0,53), рНкс (г - -0,43), емкостью поглощения (г ~ -0,92), в плодах боярышника кроваво-красного коррелирует с следующими показателями почвы валовым содержанием (г = 0,55) и подвижными формами (г = 0,48) радионуклида, количеством обменного калия (г = -0,62) и гумуса (г = 0,47) в почве, емкостью поглощения (г = 0,77) Величина коэффициента вариации удельной активности цезия-137 в плодах шиповника коричного и боярышника кроваво-красного составляет 60% и 57 % соответственно

Компьютерное моделирование выявило полиномиальную зависимость динамики содержания радиоцезия в лекарственном сырье растений от места произрастания на склонах (рисунки 6 и 7)

Выводы

1 Распределение цезия-137 в вертикальном профиле склоновых почв ((.лой 0 - 60 см) чар истеризуется максимальным накоплением его в верхнем с юе почвы (0 - 20 см) что составляет в среднем более 80% от его общего содержания в корнеобит^емом слое (0 — 60 см) Уровень активности цезия-137 в почве слоя 0 - 20 см в 3 - 5 раз выше, чем в слое 20 - 40 см и в 6 - 9 раз выше, чем в слое 40 - 60 см Детальные исследования содержания цезия-137 в склоновых почвах тяжелого механического состава (слой 0 — 60 см) позволили выявить повышенное накопление его в слоях 20-40," 40-60 см на крутых склонах южной экспозиции, пониженное - на пологих склонах северной экспозиции Эти раз хичия обуслов 1ены разным уровнем первичного загрязнения, почвенно-растительным гочрозом, характером развития склоновых процессов

2 На изучаемых склонах по характеру латерального распределения цезия-137 н гочвач выде мютсч следующие микрозоны верхнесхлононая, среднс-склоновоя и ни кнесклоиовая микрозоны, наибольшая дифференциация удельной активности цезия-137 наблюдается по верхнему слою почв (0 - 20 см)

3 Степень эрозионно-аккумулятивных процессов больше выражена на склонах 1) южных, чем на северных, 2) пологих, чем на крутых, 3) выпукло-вогнутых, чем на прямых, 4) с почвами легкого механического состава, чем на склонах с почвами тяжелого гранулометрического состава.

4 Особенности горизонтального распределения цезия-137 в почвах склонов определяются 1) формой склона, 2) механическим составом почвы, 3) крутизной склона, 4) экспозицией склона

4 1 На прямых и выпуклых склонах наиболее высокий уровень радиации в почве отмечается в среднесклоновой зоне На склонах, имеющих вогнутую форму, кривая распределения удельной активности радионуклида повторя-

ет форму склона - максимальные концентрации определяются в почве окраины плакора и подножия склона. На выпукло-вогнутых склонах латеральное распределение цезия-137 в почве имеет сложный характер, сочетающий особенности распределения радионуклида на склонах простой формы (прямого, выпуклого, вогнутого).

4.2. На склонах прямой формы, с почвами легкого механического состава кривая латерального распределения значений концентрации цезия-137 имеет вогнутый характер, а с почвами тяжелого механического состава - выпуклый.

4.3. Амплитуда колебаний активности радиоцезия в почве разных мик-розон возрастает с увеличением крутизны. Меньшей крутизне склона соответствует большая частота колебаний уровня активности радионуклида в почве.

4.4. На северных склонах минимальные количества цезия-137 отмечаются в нижней микрозоне, а максимальные — в верхней, на южных склонах выявляется обратная картина. Диапазон изменения значений удельной активности цезия-137 на склонах южной экспозиции больше, чем на северной. Южные склоны, в отличие от северных, характеризуются меньшим количеством радиоцезия в почве на глубине 0-20 см..

5. Различные жизненные формы лекарственных растений, произрастающие на склонах, отличаются по накоплению цезия-137 в органах, составляющих лекарственное сырье. В плодах древесно-кустарниковых растений шиповника коричного, боярышника кроваво-красного концентрация цезия-137 колеблется от 1,6 до 5,82 Бк/кг и от 1,49 до 5,75.Бк/кг сухой массы, величина коэффициента вариации данного показателя в растениях составляет 60 и 57%, в почве — 36 и 20% соответственно. Варьирование удельной активности цезия-137 в лекарственном сырье древесно-кустарниковых растений обусловлено, главным образом местом произрастания. , '

Выявлен нисходящий ряд диапазона варьирования и коэффициента вариации удельной активности цезия-137 в надземной части травянистых растений: хвощ полевой (2,19-35,80 Бк/кг; У=105 %) > пижма обыкновенная (2,7613,78 Бк/кг, У=68%) > шалфей луговой (3,01-12,04 Бк/кг; У=47-54%). Варьирование удельной активности цезия-137 в лекарственном сырье травянистых растений обусловлено местом произрастания, и у растений хвоща полевого зависит, в основном от видовых особенностей, а у пижмы обыкновенной и шалфея лугового — от физико-химических свойств склоновых почв.

. 6. Растения одного и того же вида, произрастающие в разных микрозонах склонов, накапливают различное количество цезия-137. В надземной части травянистых растений, произрастающих в нижнесклоновой микрозоне, наблюдается минимальная концентрация радионуклида, а в плодах древесно-

кустарниковых видов - максимальная, что объясняется особенностями строения корней и расположением корневых систем в почвах

Коэффициент накопления цезия-137 у гравянистых растений тесно коррелирует с коэффициентом его подвижности в почве

Полученные результаты могут быть использованы при заготовке лекарственно-технического сырья на склонах естественных ландшафтов

Основные положения работы изложены в следующих публикациях

1. Иванова Т Н , Черников С А, Соколова И В. Динамика активности це-зия-134-137 в плодоовощной продукции Орловской области // Тез докл НПК 'Формирование рыночных отношений опыт и проблемы" - г Орел Орлов-о ий коммерческий институт 14%г С 198-149

2 Соколова И В. Показатели безопасности лекарственных растений // Тез докл МК по проб !емам экологии и БЖД - г Тула 1997г С 516-520

3 Соко юва IIВ Лекарственные растеши и пищевая промышленность // Материалы Н-ой \IHTK ' Пиша. Экология Человек "-г Москва 1997гС°4-95

4 Громова В С , Соколова И В Повышение безопасности ягодной продукции в районах, подвегженных радиоактивному загрязнению // Тез докл I-ой Российской НПК ' Актуальные проблемы медицинской экологии" - г Орел 1998г С 136

5 Громова В С , Соколова ИВ Способы повышения безопасности ягодной продукции в районах, подверженных радиоактивному загрязнению // Тез докл МНПК 'Высокие технологии в экологии". — г Воронеж 1998гС 100-101

о Соко ова II В Дикорастущие плоды и ягоды // Сборник материалов МТС Экологическая бе »опасность России" - г Пенза 1958гС52-53

7 Соко юва ИВ Показатели безопасности дикорастущего плодово-ягодно!« сырья в экологически неблагопо 1учных районах // Труды П-ои Межвузовской научной конференции 'Качество жизни населения, деловая активность и конкурентоспособность Российских предприятий" - г Орел Орловский государственный технический университет 1998г С 182

8 Соколова И В Геоморфологический фактор в проблеме экологической безопасности лекарственных растений // Труды 1-ой Международной научно-практической конференции 'Проблемы здорового питания" - г.Орел Орловский гос\ дарственный технический университет 1998г С 203-204

9 Соколова И В Лекарственные растения и пищевая промышленность // "Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья'. — г. Москва 1998г .УаЗ С 27

10. Громова B.C., Соколова И.В. Характер распределения радионуклидов цезия-134-137 в почвах сопряженных ландшафтов // Тез. докл. Международной НПК "Новое в экологии и БЖД". - г. Санкт-Петербург; 1999г.С.124.

11. Соколова И.В. (в соавторстве) Особенности распределения цезия-137 в почвах склоновых ландшафтов // Тез. докл. СНТК "Неделя науки - 99". -г.Орел. Орловский государственный технический университет. 1999г.С.78 -79.

12. Громова B.C., Ткаченко O.A., Соколова И.В., Шенцова О.В. Основные принципы получения экологически безопасного растительного сырья в условиях техногенного загрязнения окружающей среды // Материалы Международного экологического конгресса "Новое в экологии и БЖД". — г. Санкт-Петербург. 2000г.С.И4.

Объем) 4 уст п л Формат 60x84 1/16 Тираж 100экз Заказ№109/00» Отпечатано на полиграфической базе ОрелГТУ