Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Закономерности миграции 137CS в основных компонентах сосняка мшистого в условиях Гомельского Полесья

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Закономерности миграции 137CS в основных компонентах сосняка мшистого в условиях Гомельского Полесья"

од

2 7 да Г;^

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ИНСТИТУТ ЛЕСА АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ

На правах рукописи УЖ 630.17:621.039.7

ПЕРЕВОЛОЦКИЙ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ МИГРАЦИИ 137СЗ В ОСНОВНЫХ КОШОНЕНТАХ СОСНЯКА' МШИСТОГО В УСЛОВИЯХ ГОМЕЛЬСКОГО ПОЛЕСЬЯ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Специальность 06.03.03 "Лесоведение, лесоводство, лесные -пожары и борьба с яими"

Томель, 1995 г.

Работа выполнена в Институте лсса АН Беларуси.

Научные руководители: Директор Института леса АН Беларуси,.

академик'РАСХН. член.-корр. AHB В.А. Ипатьев

Зав. сектором радиологии леса Института леса АН Беларуси, к.с.-х.и., с.н.с. U.M. Булавик

Официальные оппоненты: Член-корр. АНЕ, доктор биологических наук, зав. лабораторией радиоэкологии растений Института экспериментальной ботаники Б.И. Якушев

Заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор сельскохозяйствен: ных наук, профессор кафедры лесоводства Брянской-Технологической- Академии А; С. Тихонов

Ведущее предприятие: Министерство лесного хозяйства Республики Беларусь

Защита состоится "¿£" /PS/r. в ^ часов

на заседании специализированного совета Л.006.31.01 в Институте леса АН Беларуси (246654, г. Гомель, ул. Пролетарская,71)

С диссертацией можно ознакомиться в Ил АНБ. Отзывы просим» присылать в 2-х экземплярах с заверенными подписями по вышеуказанному адресу.

\ ■

Автореферат разослан " /3 " votf/oA /$9Гу.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук машнкаа Т. И;

ОБЩАЯ'ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Необходимость изучения функционирования доеных биогеоценозов в условиях радиоактивного загрязнения резко обострилась после аварии на ЧАХ. На больших лесных территориях Беларуси загрязненных 137Сз в настоящее время ограничено ведение, лесного хозяйства и получение наиболее ценной лесной продукции -древесины.

В связи с этим, ваяно детально изучить радиоэкологическую ситуацию в лесах на примере наиболее распространенного в Беларуси типа леса - сосняка мшистого при различных плотностях радиоактивного загрязнения. Анализ динамики миграции 137Сз и характера его накопления в рамках типа леса позволит установить закономерности поведения радиоцезия в данном биогеоценозе и спрогнозировать загрязнение компонентов лесной экосистемы для оценки возможности применения древесины с загрязненных территорий в народном хозяйстве. Тем более, что работ посвященных динамике перераспределения 137Сз в надземном пологе лесов и прогнозным расчетам загрязненности лесных экосистем аварийными выбросами Чернобыльской АЭС, пока мало.

Целью исследования являлось установление параметров миграции 137Сз в почве и динамики накопления радкоцезия в основных компонентах 30-летнего сосняка мшистого, произрастающего в условиях Гомельского Полесья при различной плотности загрязнения почвы 137Сз. Для решения этой проблемы были поставлены следующие задачи:

1. Изучение миграции 137Сз в вертикальном профиле почвы сосняков мшистых в диапазоне различных плотностей загрязнения.

2. Изучение динамики накопления 137Сз в элементах надземной фитомассы сосняка мшистого при различной плотности загрязнения1 биогеоценоза радиоцезием.

3. Прогнозирование накопления радионуклидов 137Сз в систеке-"почва - древесное растение".

': Научная новизна. Получены данные по динамике содержания 137Сз в компонентах сосняка мшистого в течение .1391-1994 гг и выявлены особенности перераспределения радиоцезия в сосновом фитоценозе в условиях Гомельского Полесья. Разработаны имитационные модели миграции 137Сз, что позволило спрогнозировать содержание

137СЗ;в=почве и над&емнсй части фитоценоза на ближайшие 20 лет. Основный положения, выносимые на ваашту: - Характер распределения "и миграции 137Cs по вертикальному профилю почв сосняков мшистых

-.Уровни и динамика накопления 137Сз-в элементах надземной фитомассы сосняка мшистого.

-^Прогноз перераспределения в почве и накопления в элементах надзеетой фитомассы" сосняков мшистых 137Cs -в •-•ближайшие 20 лет.

■ -Практическая значимость. -Установленные коэффициенты перехода 137Сз -:в элементы надземной фитшассы соснята мшистого позволяют дать предварительную оценку -.их загрязненности при планировании проведения рубок ухода в данном тиле леса. По-модельным расчетам содержания 137Cs в основных -люшокент-досшка: мшистого на ближайшие £0 лет можно спрогнозировать .исЕШш-зование .древесины с этих участков в будущем.

Обоснованность и достоверность выводов 'яодтверждаится большим объемом экспериментального' материала, -обработанного методами математической статистики с применением ПЭВМ IBM PC/А'Т-286.

Связь с научно-исследовательскими работами. 'Данная .работа выполнена в разрезе с НИР сектора радиологии леса по разделу 2: "Изучить миграцию радионуклидов в почве и накопление древесной растительностью".

Личный вклад. Сбор материала, спектрометрический анализ, обработка результатов исследований и оформление диссертации проведена лично автором.

Апробация и научные публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных трудов, в том числе одна монография (в соавторстве) . Основные положения диссертации были доложены на Радиобиологического съезда в Киеве в 1993 г.; Consequenses of Nuclear Catastrophes: Hirosima - Nagasaki and Chernobyl: Belarus - -Japan Symposium 3-5 Oct. 1994; на Международном' рабочем совещании -éo Чернобыльской экологической исследовательской сети "Экологический статус загрязненных территорий" в Минске в 1995 г. • ,■ ■

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, б глав, выводов, списка литературы из 188 наименований ( в том■ числе 7 на иностранных языках) и 28 приложений. Текстовая часть диссертационной работы изложена на 154 страницах мазикопксн иллюстрирована 19 таблицами и 19 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Проблеме загрязненности лесных экосистем радионуклидами аварийных выбросов Чернобыльской АЭС посвящен ряд работ. Отмечена высокая (около 70-80%) задергвдваемость радиоактивных выбросов надземной частью лесных биогеоценозов. При этом сосняки згдер.глли в 2-3 раза больше радиоизотопов, чем лиственные (Мартинович с соавт., 1990; Пристер с соавт., 1989; Тихомиров с соавт., 1950; Ме-иаякин с соавт, 1992).

К концу 1986 года в результате поверхностного очищения надземной фигомассы насачщений до 95% радионуклидов переместилась на поверхность лесной подстилки, а затем и в минеральную часть лоч-еы, становясь доступными для корневого поступления (Булавки, 1920; Пастернак с соавт.1990; Шшалкан с соавт. 1992). Уже к 1983 г. 80% V-спектра определялось 137Сз (Ушаков, Панфилов, 1991).

К 5-му году после аварии основная часть радиоцезия находилась в верхнем 5-см слое почвы. Распределение 137Cs по вертикальному профилю близко к экспоненциальному (Анненков-с соавт., 1991; Петряеь с соавт., 1990; Перепеляткнкова с соазт., 1990; Похожая, 1993 и другие).

До 3% 137Cs находилось в лесных почвах в водорастворимой форме, в ионообменной - 3-1521 (Агалкина с соавт., 1990; Еспдарен-ко, 1993; Просянников, 1993; Петряев с соавт., 1991 и другие).

Прогнозные расчеты по моделирования миграции 137 Cs аварийных выбросов ЧА5С по вертикальному профилю почвы, проведенные на основе математически, имитационных моделей и эмпирической обработки данных приведены в ряде работ (Коноплев, 1990; Алексах;®, 1991; Булгаков, Коноплев, 1991; Ккатько, 1Q03).

Различна удельная активность 137Сз в компонентах надгешгоЯ фитомассы сосняков. На 4-й год после аварии выделены 3 группы: 1) побеги, хвоя; 2) кора, сучья; 3) древесина (Тихомиров с соавт, 1090,1992; Евсиевич с соавт,1990; Булагнк 1990,1991).

К 1990 году в подстилке 30-летних сосняков ка автокорфных почвах было сконцентрировано в среднем 60-65?. запаса 137Cs, в верхнем £0-см слое почвы 35-37%, коре - О.9-1.ОХ, в хвое -0.7-0.8%, древесине - 0.5-0.6%, в 1-летних побегах -0.2-0.3% (Еулавкк, 1990).

- б -

Возможность построения моделей перераспределения радионуклидов в лесной экосистеме приведены в ряде работ (Прохоров с со-авт., 1971; Ляпунов, 1931; Алексахин, 1S71, 1976, 1977). Одной из немногих работ, посвященных моделированию поступления радиоцезия в надземную фитомассу сосняков, загрязненных при аварии на ЧАЗС, является математическая модель разработанная Дворником (1995). В целом же, этот вопрос изучен пота недостаточно.

2. ПРИГОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И РАДИАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ.

Исследования миграции 137Cs в сосновых биогеоценозах проведены на территории Полесского государственного радиавдонно-экологического заповедника, расположенного в регионе Гомельского Полесья (Дементьев, 1957). Данная территория отличается равнинным рельефом, постепенно понижающимся к низовьям Припяти до 100 м над уровнем моря. Она относится к "умеренно-влажной и умерено теплой климатической'зоне со среднегодовой температурой 7.б-8°С и среднегодовой суммой осадкоз 550-600 мм.

В Полесском ПГРЭЗ преобладают дерново-подзолистые почвы -47.3% (из них большая часть автоморфных - 13.1%). По гранулометрическому составу наиболее распространены песчаные - 57.3% и супесчаные - 22.3 %. Сосновые насаждения произрастает в ПГРЭЗ на 29.43 тыс га или 48.5% лесопокрытой площади. Преобладают насаждения II класса бонитета - 51% со средней полнотой 0.65. Наиболее распространенный тип леса - сосняк мшистый - 11.95 тыс.га (40.5%).

На 1991 г. загрязнение ПГРЭЗ определялось: 137Cs - плотность загрязнения до 55500 кВк/м2 (до 1500 Ки/км2) при среднем значении 1480 кБк/м2 (40 Ки/км2) ; 9cSr - наибольший запас в почве достигает 25G0 кЕк/м2 (70 Кк/км2) при среднем 111 кБк/м2 (3 Ки/км2); 239,240,241^ _ макСимальная плотность загрязнения составляет до 140 кБк/м2 (4 Ки/км2), при средней 3.7 кБк/м2 (1 Ки/км2).

3. ПРОГРАММА РАБОТ,' ЬЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ,

Программой работ предусматриваюсь: изучение миграции 137Cs в почве опытных насаждений;- анализ накопления 1.37Cs в . сосновом биогеоценозе; прогнозирование изменения запаса радионуклидов

1j7C,~ в компонентах сосиогого биогеоценоза.

Опытные объекты расположены з районе н.п. Гнеадигка (объект ¡U), Погонное (N2), Чачксз (N3), Крюки (N4) и Кула?.кп (N5). На момент закладки оякяад объектов плотность сагрязкениа г.очви 137Сз составллла: на объекте Ni - 450 кВк/м2, te; - 2590 кБк/м2, N3 - 3700 к$к/мг, Н4 - 13370 scEk/m2 и N5 - 18ЗУ0 KEiVM2.

В качестве опытных насаждений были выбраны наиболее распространенные в районах ассрийных выбросов ЧДЭС сосняк;! vzi>.ctu<! кс-кусстзеннсго происхождения II ¡сдасса бонитета. Возраст Кйсн^онип на момент закладки: на объекте N3 - 17 лет, на ocí&amfx - 27 лет. Сосняки произрасти* на дериово-подзолистьк песчаных сьсжш почвах с урозяем грунговык воя йз менее 2 м.

Прегедекшй т-рсдатческка акализ почвенных горизонтов указал на кислуй реакк;» среди (рН 4-4.8), маге? количество: сбмс-н-пых осксзак'й (0.4-0.8 мг-ккз/100 гр Са и 0.3-0,7 уг-экв/tOO гр "J). ка?ш (до 3.6 мг/íGO гр), гумуса (до 1.0%). Содержание физической глннн во ьсех почвах - менее 3% с преобладанием >1ргкщй оглкого и среднего песта.

Прл гтатолкении исследований была использованы кеходкческк? рекомендации йшса, (1974); Израэлз, (19S7), Барабозкша, Буда-зика, (1993).

3 каядом лесном массиве были лодобрзш плопэдки раснерам 50*50 м с однородным рельеф:!-!. Мяшобть экспозиционной доги в пределах площадки не отличалась более чем на 10%.

В рекерных точках замерялась мощность экспозиционной дога (МЗД) воздуха и на почве дозиметром дрг-01Т.

Для изучения миграций радионуклидов 137Cs по почвенному профилю в кюне-кюде отбирались почвенные пробы на глубину до 20 си не далее 0.5 м от реперов. Отбор минеральной частя почвы проводился специальном почвенным буром диаметром 5 см в шести точках ка пробной площади через 1 см на глубине до 10 см и через 5 см на глубине 10-20 см. Затем вся почва по слоям перемешивалась, подсушивалась до воздушяо-сухого состояния и использовалась для спектрометрического анализа. Смешанный образец подстилки готовился аналогичным образом, но отбор производился паблояом площадью 200 см2 в кедарядьях.

¿¿я изучения поглош,ен;;;1 рлдиояуклядов. сосной в сентябре спиливались по три модельных к^-ейа, к? которых брались иадивздуааь-

ные пробы коры к окоренной древесины ка высоте груди, 4-6 летних *' сучьев, хвои, а смешанна! для однолетних побегов. Пробы древесины отбирались путем наяиливания опилок бензопилой, кора - окаривачи-ем ствола стругом до древесины. Хвоя распределялась по возрастам: на текущего года и прошлогоднюю. Масса растительных образцов - до 0.6 кг.

Определение содерлшия цезия -137 проводилось гамма-спектрометрическим Методом на амплитудном анализаторе АИ-1024-93 с помощью сцинтилящюнного блока детектирования 6931-20, а также полупроводникового детектора объемом 63 см3 с пересчетным устройс-вом УК-33. ' " " .....

Обработка полученных результатов проводилась методами''математической статистики (Дакки, : 1930;. Дворецкий. 1971; Саутин, 1991). •Модельные расчеты проводились автором на компьютере IBM/PC/AT-286 . с помощью.систем программирования EUREKA v.2.0. TURBO PASCAL V.5.0, STAT6RAPHICS V.2.6,

4. РАДИАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОПЫТНЫХ ОБЪЕКТОВ

С 1991 по 1994 гг. в сосняках"мшистых-Гомельского Полесья произошло статистически достоверное уменьшение ШД ка 20.5-29% (табл.1). На относительное изменение этого показателя не влияет плотность загрязнения биогеоценоза радиоцезием, оно одинаково и на высоте 1м, и на поверхности почвы.

Уменьшение плотности загрязнения почвы за время исследований менее интенсивно - около 7,4%. Наблюдается корреляция между изменениями ШД и плотностью загрязнения почвы, коэффициент корреляции составил около 0.97*0.03. МЭД -уменьшалась в результате радиоактивного распада 137Cs и среднекивущих г-радионуклидов: 134Cs (период полураспада 2.06 года), 125Sb (период полураспада 2.77 года), î06Ru (период полураспада 366 суток), а также миграции радиоизотопов в нижерасполокекнке почвенные слой.

I

5. МИГРАЦИЯ 1?7СЗ В ПОЧВЕ СОСНЯКА ИЛИСТОГО

Исследования показали, что концентрация 137Cs в почзе. под исследуемыми насаждениями колебалась в широк® пределах - от нес-

Таблица i

Динамика МЭД и плотности загрязнения почвы в сосняке мшистом в 1991-1994 гг.

Голы

наб-

ЛЙ-

де-

ний

Мощность экспозиционной дозы, МКР/Ч

¡Плотность Iгрязнения

на уров-1в % к I на высо-не почвы]1991 г|те 1 м

|в X к |в кБкЛг 11991 г I

i Коэффициент ¡пропорцио-j налыюсти

в %. к 1991 г¡ Kni КП2

Объект N1

1991 157 100 112 100 480 100 3.05 4.28

1992 130 82.1 91 81.9 4G0 95.8 3.53 5.05

1993 124 79.2 89- 79.2 . 465 96.9 3.75 5.22

1994 108 68.7 80 71.3 440 91.6 4.07 5.50

Объект М2

1991 771 100 573 100 2500 100 3.35 4.52

1992 623 81.6 472 82.3 2560 98.8 4.07 5.42

1993 657 86.5 491 85.7 2500 95.5 3.75 5.09

1994 584 75.8 418 72.9 2420 93.2 4.14 5.79

Объект КЗ

1991 911 100 768 100 3730 ' 100 4.09 4.85

1992 782 85.8 655 85.2 3800 •102 4.86 5.85

1993 736 80.8 657 85.5 3590 97.0 4.87 5.46

1994 667 73.2 592 77.1 3470 93.8 5.20 5.86

Объект N4

1991 3290 100 ' 2510 . ■ 100 13870 100 4.21 5.52

1992 3040 92.1 2270 89.3 13400 96.7 4.40 5.90

1993 2865 87.1 2190 87.2 13230 95.4 4.62 6.04

1994 2550 77.5 1900 75.9 12840 92.6 5.03 6.75

Объект N5

1993 4922 100 •3455 100 18870 ICO 3.83 5.4.6

1994 4740 96.1' 3190 . 93.7 18440 97.5 3.91 5.78

Примечание:

КП1 - коэффициент пропорциональности между плотностью . загрязнения и МЭД на поверхности почвы ((кВк/м2)/(ккР/ч)); НП2 - -"-.' мезду плотностью загрязнения и МЭД на высоте 1 я.

345.2 кВк/кг. Удельная активность каждого следующего l-см почвенного слоя уменьшалась по мере заглубления.

К 1994 году концентрация радиоцезия.изменилась во всех почвенных слоях по сравнению с.1991 г (см.рис.1). При этом в поде галке и верхнем 1-см минеральном слое почвы происходило уменьшение удельной активности 137Cs соответственно на 19.3% и 7Z ьл время исследований. Причиной.изменения концентрации радиоцезия подстилке, йо-видийому, является высвобождение радионуклидов результате ее минерализация. В 1-см слое почвы, вероятно, шесп место близкое к равновесному состояние между поступлением радио цезия из подстилки и миграцией, .его'в нижележащий слой почвы.

В остальных почвенных слоях происходило увеличение концент рации радиоцезия: от 12.5% в год.в 1-2 си до 34.6% в год в 15-К' см, что может быть связано с увеличением количества водорастворимых и обменных форм нахождения '137Cs,. шехвдх поваденные миграционные способности, в почве с глубиной (Булавик.1994; Бондарь, 1995; Коноплев, 1935; Просаншюв, 1993).

Запас 137Cs в подстилке•примерно одинаков с. содержанием fc верхнем 1-см слое минеральной части почвы и составляет в предела? 30-45% (рис.2). Остальные минеральные;почвенные слои содержали значительно меньше радиоцезия и изменение в них запаса 137Cs адекватно изменению удельной, активности. Всего в подстилке- к верхнем 5-см слое почвы находилось до 95%.

Проведенный расчет: глубины залегания центра запаса (медианной глубины), выше и ниже которой располагается одинаковое количество радионуклида - 50X, показывает, что за 4 года он переместился с 0.77 см в 1991 году до 0.82 см в 1994 году для минеральной части рассматриваемого типа почв. Значительное количество радиоцезия в подстилке и верхнем 1-см слое почвы будет служить в течении-длительного времени поставщиком i 37Cs для корневых систем.

При рассмотрении вопроса моделирования миграции радиоцезия по вертикальному профилю почвы была применена имитационная, модель, основанная на системе линейных конечно-разностцых 'уравнений, выражающих перемещение.радионуклидов между слоями почвы. При этом почва разделена на.компоненты (блоки): подстилка (1-£ш ком-панента), 0-1 см слой почвы (2-я компонента) и так далее до 15-20 см слоя (13-я). . .

При этом содержание 137Cs в.каждой компоненте (в почвенном

Почвенные слои, ройсШка

см

Удельная :Т!ТП активность

1оооо 1ооооо1оооооа сюоооо

РИС. 1. 1

100 1000

■ 1 -+- г з -в- 4 -к- 5 -4- е -а- 7 -з- а

Изменение удельной активности 137Сз в почве опытных объектов на объекте N1 в 1991 г., 2 - -"- N1 в 1994 г.,

3 - -"- N2 в 1991 Г., 4 - -"- N2 в 1994 Г., 5 - -"- N3 в 1991 Г.. 6 - N3 в 1994 Г.

7 - '-"- N4 В 1991 г., 8 - -"- N4 В 1994 Г.

Почвенные слои, с и робсШка

0-1 1-2

2-3

3-4

4-6 6-0

6-7

7-0 6-0

9-10

10-16 15-20

I

/ i

''/"-, у? \ 1 I I !

-Ш......

1/ !.....I_Ц_Ш1

тнчзт

• ¡Им

I I 1 111

I ! I

Запас 137Сз,

0.1

1

10

100

—— 1991 -4— 1004

Рис. 2. Динамика запаса 137Сз в почве опытных населений

слое) описывалось следующим уравнением:

к

Ci. t+l = Aj. i x Cj.t + Ai. i-i xCi-i.t = 2 Aj.mxCi. t , (5.1)

i.3-1

где

Ci.tn - содержание 137Cs в 1-ой компоненте (рассматриваемый слой почвы) в момент времени t+l (следующий год);

Cj.t - содержание радиоцезия в 1-ой компоненте в момент вре- " мени t (текущий год);

Ci-i.t - содержание 137Cs в 1-1 почвенном горизонте (вышележащий слой почвы) в момент времени t;

Ai. i - доля (коэффициент перехода) радиоизотопа в 1-ой компоненте , которая не успела перейти за временной шаг в 1+1 компоненту (нижележащий слой почвы);

Ai.i-i - доля 137Cs, перешедшая из 1-1 компоненты в i-y» компоненту (рассматриваемый слой почвы). Для 1-ой компоненты (подстилки) вместо Ai.i-i xCi-i.t подставили Соя^.ЗХ. Она выражает долю радиоцезия, поступающую с опа-дом, и была рассчитана ориентировочно.

Параметры Ai.m, . характеризующие миграцию радионуклида, были определены по имеющимся данным запаса 137Сз в соответствующих почвенных слоях. В результате была получена система уравнений (5.2) описывающая миграцию радиоцезия по'вертикальному профилю почвы.

Ci. t+i = Ci.tX5.94 + 0.3 Сг. t+i = C2.t><0.93 + Ci.tx0.03? Сз. t+i = C3.tx0.91 + C2.tx0.047 С4. t+l = C4.tx0.89 + Сз. tx0.067 С5. t+l = C5. tx0.87 + C4. txo.io Сб. t+l = C6. tx0.84 + C5.txO.-ll C?.t+1 = Cv.tx0.82 + C6. t*0.15 (5.2)

Ce, t+l = Ce. txO.SO + C7.txO. i7 Cg.t+l = Cg.tx0.77 + Ce.txO.19 Cío. t+i" Сю. tx0.77 + Cq. txO.22 Cll.t+1= Cu. t*0.77 + Сю. txO.22 . C12. t+l- C12. tx0.77 + Cu.tx0.22 C13, t+l = Cis.txO.76 + C12. txO.22 Моделирование производилось по системе уравнений 5.2 на основе рекурентных соотношений. За исходные дачные принят запас ра-

диоцезия по слоям почеы б 1091 году. Рассчитачные корреляционные отношения .(Т1=0.93-0.99) между экспериментальными и прогнозными данными 1992-1994 гг. позволили сделать вывод о высокой апекват нести моделируемого процесса реально протекающему.

По результатам работы модели (рис. 3) можно отметить, что к 2014 г. запас радиоцезия в подстилке и верхнем 1-см слое минеральной части почвы уменьшится в 3-4 раза по сравнению с запасом 1091 г. В 1-2 см слое к 2005 г. зачас увеличится в 1.3-1.5 раза и затем качнет уменьшаться. По остальным горизонтам увеличение содержания 137Cs будет в 1.5-4 раза.

Суммарное количество 137Сз в подстилке и верхнем Г0-см слое почвы к 2014 году составит около 60% от зсласа 1991 года. Эта величина будет определятся миграцией в нижележащие почвенные горизонты (^5-6%), радиоактивным распадом 40%), поступлением 137Сз с опадом (-6%).

Таким образом, в течении моделируемого времени значительная часть радкоцезия останется в корнеобитаемом слое почвы и обеспечит корневое поступление его в лесную растительность.

Почвенные слои, см

РОбзШКа : * " " ' "

S-10 10-15 15-20

0-1 1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

6-7

8-9

7-8

О. .

tt Запас

— 1ВЭ2 -Я- 2005

-+- 18S5

2010

Рис.

3.

Прогноз динамики запаса 137Cs по вертикальному профилю почв сосняков шзкетых, %

"5. СОДЕРЖАНИЕ 1Э7Сз В НАДЗЕМНОЙ■ФИТОМАССЕ

Наибольшая концентрация 137Сз характерна для хвои и побегов текущего года (табл.2). При этом удельная активнрсть радиоцезия в компонентах надземной фитомассы находится в зависимости от плотности загрязнения почвы: корреляционный, дисперсионный и регрессионный анализы позволили сделать вывод о наличии функциональной связи между содержанием 1Э7Сз в отдельных частях дерева и плот-костью загрязнения им почвы.

Таблица 2

Удельная активность различных компонентов надземной фитомассы сосняков мшистых .

Год наблюдений Удельная активность кБкУкг

Древесина ствола Кора ствола Сучья с корой 1-лет ние побеги Хвоя

текущего года прошлогодняя

Объект N1

1991 1.31±0.15 5.69±0.90 3.45±0.28 18.4 18.8±0.29 4.62±0.16

1992 1.34Ю.26 5.14+0.74 4.01±1.23 20.2 20.9±0.29 4.81±0.79

1993 1.5?±0.33 " 3.96±0.42 3.87±0.49 • 21.9 22.2±0.53 5.85±0.80

1994 1.69Ю.16 3.95±0.51 3.71 0.42 21.4 22.8±0.64 6.29±0.74

Объект N2

1991 5.68±0.56 33.5±1.62 16.2±2.38 91.3 89.9±4.47 25.8±1.86

1992 6.30±0.93 29.6±5.19 18.7±2,45 109 113 ±11.8 27.8±4.79

1993 7.02±0.92 27.5±3.30 21.8±2.42 128 129 ±18.1 35.8±3.28

1S94 б.95±0.95 28.1±4.40 25.6-2.51 125 134 ±16.9 42.5+6.59

Объект N3

1991 6.79+0.85 29.0±3.88 19.8±2.37 146 134±13.2 30.2±6.56

1992 7.50±1.25 26.9+1.71 23.1+4.71 142 145±2б.6 35.6±3.51

1993 7.77+1.05 25.3±2.69 25.5±2.53 157 168±21.9 42.3±3.76

Объект N4

1991 35.8±6.83 175±20.0 95.8±11.7 473 458±22.4 132±14.4

1992 44.5±7.32 133±18.6 10U15.8 4SI. 489±67.6 1С0±33.2

1993 39.7±6.62 129±10.3 ■105+11.0 568 577±61.2 165±33.2

1994 51.Б±5.1б 133+12.1 107 15.7 621 617±83.6 172±19.8

Объект К5

1993 61.5±10.2 287±44.2 172±1б.8 1120 1150Ü27 241+27.4

1994 67.2±4.91 280*31.2 214 32.0 1280 12б0±55.3 330±46.1

За период исследований по всем надгешкм частя;,: сосны (табл. 2), за исключением коры, наблюдалась тенденция к увеличения удельной активности. Поэтому, мс:жо предположить, что на 3-м голу аварки не произошло уменьшения доли корневого поступления. Особенно показательны«!! в этом плане являются хвоя и побеги текущего гола, являкетеся индикаторами корневого поступления в древесное растение. По-видимому, увеличение корневого поступления связало с увеличением запаса радкопэзг;^ за годы наблюдений в корнеобитаемом слое почзн.

По удельному содержанию 137Cs в отдельных компонентах ' надземной фктомассы 30-летних сосняков 1994 году отмечен следухядай рлд по мере уменьшения: побеги и хвоя текущего года > хвся прош логодняя > сучья с корой > ксра ствола > окоренная древесина.

Коэффициенты перехода радиоцезия из почвы в элементы надземной фитсйассы ((кБк/кг) / (кБк/ы2)) такхе имели тенденция к увеличения за время игблздений. В 1994 году сип составили: для хсси и побегов текущего года - 52.1; для прошлогодней хвои - 14.4; для коры ствола - 10.3; сучьев с корой - 9.2; древесины ствола - 3.S5.

По запасу 137Cs в надземной фитокассе 30-летних сосняков на 1994 год !:!о:г.:ю составить следующий нисходящий ряд: древесина > 1-летняя хвоя > сучья с корой > 2-х летняя хвоя > кора > однолетние побеги (табл.3). Различия в запасе радиоцезия по элемента!,! надземной фитомассы 30-летнего и 20-летнего сосняка определяются различной их биомассой. '

Анализируя изменения запаса 137Cs в 1991-1994 гг. по всем компонентам, мокко сделать вывод о достаточно интенсивном корневом поступлении за это время, что особенно заметно в хвое. При небольшом приросте ее биомассы (на 4Z в 1994 г. по сравнению с биомассой' 1991 г. в 30-летнем сосняке) имело место увеличение удельной активности на 25-60% за тот же срок. Следствием этого был увеличивающийся запас радиоцезия за годы исследований - на 65% от запаса 1991 г.

Возможность проведения модельных расчетов т. ¿¿еснш экосистемах с помощью систем •линейных уравнений обосновали Прохоровым (197Í), Ляпунов (1981). Миграция радионуклидов 137Сз в лесном биогеоценозе была смоделирована нами при помощи системы конеч-

Таблица 3

Запас 137Cs в элементах надземной фитсмзссы сосняка мшистого . при различной плотности загрязнения почвы, 7.

Годы наблюдений

Элементы фитоценоза

I Древесина!Сучья ¡ствола Iс корой I I

Кора |1-летние ствола ¡побеги

Хеоя

¡Текущего , ¡Проилогод-¡года . |няя

Итого в надземной фи-тсзмассы

Подстилка

В минеральной части почвы

1991

1992

1993

1994

1991

1992

1993

1994

1991

1992

1993

1.091 1992. 1.993

1994

1993

1994

1.66Ю.18 1.8210,32 2.17±0.42 2.32±0.53

1.3010.12 1.53Ю.22 1.77+0.22 1.91±0.21

0.39Ю.11 0.49±0.08 0.57Ю.10

1.52+0.28 1.82Ю.17 2.02Ю.32 2.16Ю.14

1.94+0.30 г.03±0.22

0.71+0. 0.80±0. 0.8510. 0.87Ю.

0.60Ю, 0.77Ю. 0.Q5+0. 1.05±0.

0.26+0. 0.32±0. 0.36+0.

0.71+0. 0.78+0. 0.83±0. 0.9U0.

05 0. 13 0. 08 0. 15 0.

08 0. 10 0.

10 О. 12 0.

04. 0.

05 0. 04 0.

08 0.

11 0.

06 0. 07 0.

1.0010.12 0. 1.23+0.11 0.

5210.03 0 52+0.07 О 51+0.04 О 50±0.01 О

57±0.02 О 54±0.09 J0 5310.06 О 58+0.09 О

1710.02 О 17Ю.01 0. 17+0.01 О,

56+0.05 0. 52+0.13 О 55+0.06 0. 54+0.06 0.

74Ю.10 О, 75+0.09 О,

Объект Н1 ,31+0.03 1.2610. ,34±0.03 1.5210. 36Ю.03 1.52Ю. .3710.03 1.60Ю.

Объект N2 28+0:03 1.13Ю. 34+0.02 .1.4410. 3910.02 1.56Ю.

3610.02 1.5810. Объект.N3

4И0.02 0.93Ю. 41Ю.02 1.0810.

4510.03 1:29±0. Объект N4

23Ю.02 1.091Q. 2810.02 1.1810. 32+0.02 1.42Ю. ЗЗЮ.02 1.6210.

Объект N5 35Ю.04 1.56Ю. 3610.06 1.861Q.

21 0.42±0.01 20 0.48Ю.07 34 0.56Ю.07 16 0.6710.06

05 0.59Ю.12

14 0.48Ю.08 26 0.65Ю.06 24 0.70Ю.05

12 0.25±0.06 10 0.29±0.04 26 0.42Ю.04

05 0.45Ю.04

15 0.50Ю.07

13 0.5610.11 26 0.58±0.09

38 0.57+0.15 45 0.75Ю.22

4.83Ю.43 5.48Ю. 53 5.9710.02 6.3310.28

4.47Ю.32 5Л0Ю.52 5.85+0.56 6.18Ю.26

2.41+0.26 2.76Ю.31 3.26Ю.27

4.61+0.33 5.08Ю.11 5.70Ю.44 6.1410.17

6.16Ю.26 6.93Ю.30

37.48. 35.84 35.8133.07

44.72 43.03 40.89 37.47

35.40 31.11

30.31

39.32 37.42 35.08 34.14

35.62 33.97

57.64 58.68 58.22 60.60

50.8151.87 53.26 56.35

62.19 66.13 66.43

55.07 57.50 59.22 59.72

58.22 53.05

}:0-раггостных яиаеЦзач уравнений. Содержание радиэ^зид в каждой компоненте описывалось уравнением:

к

Сь^п = А1.1 X С1.3 + А1Л-1 = С Ai.mxCi.tn , (6.1)

1.3-1

где

С1.Л.1 - содержание 1Э7Сз в 1-ой компоненте в момент времени

3+1 (следующий год); Сы - содержание радиоцезия в 1-ый блок в момент времени 3 ' (текущий год);

С1-1, з - содержание 137Сз в 1-1 компоненте в момент времени 3; А1.1 - доля (коэффициент перехода) радиоизотопа в 1-ой компоненте, "'которая не успела перейти за временной шаг в другие компоненты; Аа. 1-г - доля 137Сз, перешедшая из 1-1 блока в 1-ый.

Аз. 5_

_ . __ _

А4.!

П-

Хвоя Аб. 5

V

. А5.4

Ветки

Кора

-Зп

Аз. 2

_А4. 4

.

Древесина Аг. 2

Ай, 1

А5.1

Аб, 5

Подстилка 1 Аб. (

Почва А1.1

Рис.4 Блов-схемз миграции 137Сз в СБГД.

Параметры Ai.ni. характеризующие перераспг' делеикз радионуклида в системе, были определены по имеющимся даждам запаса 137Сз (табл.3). Полученная таим образом система уравнений (6.2) описывает миграцию 137Сз в соснякз мшистом в соответствии с рис. 4. После доработки в программу для ЭВМ она-использовалась для прогнозных расчетов.

■ Ci. j*i~0.fl59xGi. i+О.ОЗхСб. з • (6.2) '

C¿. j + i«0.SÍxC2.á+0.003xCa. J+0.05x04. j

Сз,J + 1-0.94x03.j+0.013xc2. J+0.003XC5. j C4.j+i-0,04><C,i.á+0.025xC2. j+O.OaxCg. < Сц, 4+1-0.58x05.3+0.015>-'Ci. 3+0.0охС4. j •'Сб.í+i«0.94¿Ce. 1+0.20 xCs.j При рззении за исходные данные приняты запасы 137Сз по компонентен в 1691 году. Полученные модельные результаты были адекватна зкспершвнтаяькам: достоверность теоретических вначений vtH>tra6.n). относительная оскбки прогнозировавши (S-2-20X), KOD-ролшдакшые отношения (Ti»0.58-0.S5)

По ревухьтатш работы модели можно сделать вывод, что в подстилке я корнесбигаеком слое почвы будет происходить устойчивое снижение запаса г57Сз, . вызванное миграцией в юскбраспояоженныэ почвенные . слои, радиоактивны?« 'распадом и поглощением радиоцезия корвсвжя системами древесных растении. К концу модельного креме- . шт в 0--';0 см минеральном слое почвы произойдет уменьшение запаса в í.5 pisa, в подстилке в 3 раза (ркс. Б).

tíanac 137Cs в надземной битомассе такке-будет изменяться, Ак-' !.7:#лкруйщй характер накопления рэдиоцезйя в древесине стволов н метках приведет к тему, что максимум'запаса в этих компонента;: булс-т 5 2011-2013 гг. Увеличение составит в 2 раза в древесине к в 1,5 раза в сучьях (рис 5).

Максимам удельной активности l3?Cs (рис. 6) в компонентах надземной фктомассы предподогается в 1999-2003 гг. Увеличение удельной активности составит в древесине до 135% по отноиениа к Шй году. После этого содерасание ia7Cs в ней будет уменьшатся.

Ш-'спкаяъкый запас в хвое придется на 1999-2001 годы. Для него- шоке характерно ежегодное уменьшение прироста. Видимо, это . ыежко связать с уыенызающймся -количеством радиоцезия в корнеоби- . таеноы с.юа почвы. Увеличение удельной активности оценено до ИбХ от содержания в 1992 г. и также произойдет в- это время.

Таким образом, прогнозные расчеты показывают, что в бликайшее пятилетие будет иметь место' продолжзэдееся интенсивное корневое ■ поступление l370s -в надземные органы 30-летних сосновых насазсде-. ШЙ. •

Запас 100

137п,.

СзД

1992 1994 1996 19S8 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 — - 1 —t- - 2 -*- - 3 -э- - 4 -*- - б -О- - 6

Годы

Рис. 5. .Прогноз динамики запаса в 30-летнем сосняке мпистсы 1 - минеральный 20-см слой почвы, 2 - подстилка, 3 - древесина ствола, 4 - кора ствола, 5 - ветки, 6 - хвоя

^¡мененке удельной активности 120

И 137Cs в % к 1992 Г.

1992 1994 1993 1998 2000 2002 2004 2003 2008 2010 2012 2011

— - 1 -+- - 2 - 3 -в- - 4

Рис. 6. Прогноз изменения удельной активности 137Cs в надземной фитомассе сосняка мшистого 1 - древесина ствола, 2 - хвоя, 3 - ветки, 4 - кора

Годы

ВЫВОДЫ:

1. В сосняках мшстых ближней зоне авс.. йных выбросов ЧАЭС в 1991-1964 гг. установлено устойчивое снижение мощности экспозиционной дозы в среднем на 8.3Х в год. Наблюдается корелявдя мезду изменениями МЭД и плотности загрязнения почвы.

2. Максимальная удельная активность 137Сз в почве опытных объектов установлена для подстилки, а из минеральной части почвы - для верхнего 1-см слоя. За период исследований выявлено уменьшение концентрации 137Сз в подстилке и верхнем 1-см микерачыюм слое почвы.

3. Наибольший запас 137Сз в почве сосняков мшистых в 1994 г. находился в подстилке (-- 30-40') и верхнем 1 см мшеральном слое почвы (-32-45%). Всего в подстилке и 0-5 см минеральном слое сосредоточено до 95£ радкоцезия.

4. Незначительное изменение медианной глубины залегания центра запаса 1370з от 0.75±0.04 см в 1991 году до 0.82±0.02 см в 1294 г. свидетельствуют о прочном и длительном закрепления радио-" цезия в корнеобитаеыом слое почвы.. Модельные расчеты показывают, что к 2014 году 60-63% от зачаса 1Э7Сз в 1991 году останется в4: почвач сосняков мэистых, оставаясь доступным для корневого поступления в древесные растения.

5. В 1994 году шел место следующий ряд по величине снижения удельной активности элементов надземной фитомассы сосняка шисто-го: хвоя текущего года и 1-летние побеги > 2-х летняя хвоя > кора > сучья с корой > древесина.

6. В 1994 г. наибольшее количество 137Сз в надземной фито-массе 30-летнего сосняка мшистого накоплено в древесине (-2% от содержания в биогеоценозе), далее по мере уменьшения следуют хвоя текущего года (-1.6%), сучья с корой (-0.9%), хвоя прошлого года (-0.7%), кора (-0.55%), 1-летние побеги (-0.3%). В 20-летнем сосняке распределение следующее: хвоя текущего года (-1.3%) > древесина (-0.6%) > 1-летние побеги (-0.45Х) = хвоя прошлогодняя (-0.42%) > сучья с корой (-0.35Х) > кора (-0.17%).

7. Для компонентов 30-летнего соснового биогеоценоза установлены следующие коэффициенты перехода 137Сз из почвы (Вк/кг)/(к31!/ыг): Е хвою текущего года и 1-летние побеги - 52.1; в пропшогодшо хвою - 14.4; в кору ствола - 10.8; в сучья с корой

- 9.2; в древесину ствола - 3.33.

8. По прогнозным расчетам, выполненным с применением имитационной модели, увеличение удельной актиьности в элементах надземной фитомассы 30-летнего-сосняка мшистого будет наблюдаться до 2001-2003 гг. и составит для древесины ствола до 140%, а для хвои и сучьев до 120 %.

9. Ведение лесного хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения Белорусского Полесья необходимо корректировать с учетом процесса накопления 137Cs надземной частью и возраста древостоев.

Основные положения -диссертации изложены в публикациях:

Переволоцкий 'А.Н,., Булавик И.М. Поведение радионуклидов в лесных экосистемах.. // Тезисы докладов Радиобиологического съезда 20-23 севт. 1993-Г. - Пущино. 1993. 4.1. - С.150.

Bulavik I.., 'Perevolotsky A. Forms of radionuclide presence in forest soil. //Acute and-date Consequenses of Unclear Catastrophes: Hiroslrna - : Nagasaki and Chernobyl: Belarus Japan Symposium 3-5 Oct. 1994. -'Minsk. 1994. P.30.

Переволоцкий-A.H... Булавик И.M. Накопления цезия-137 древесиной сосны раз летных классов возраста, развития и ростам/Современные аспекты лесной таксации: Сб. научных трудов Института леса АНЕ. Гомель. 1994. Еып.38 - С. 123-124.

Bulavík I... 'Perevolotsky A. Accumulation of Cs-13? by wild edible muchrooms // Journal of food Physics. 19S4. P 63-66.

Лес и Чернобыль. // Ипатьев В.-А.., -Булавик K.M., Переволоцкий А.Н. и др. Под ред. Ипатьева В.А. -'Кикск:'МНШ1 Стенер, 1994. 248с

Переволоцкий-А.'Н., Булавик JLM. 'Накопление 137Cs древесиной годичных слоев.// Тезисы докладов Международного'рабочего совещания по Чернобыльской экологической-исследовательской сети "Экологический статус загрязненных территорий". - Минск. 1995. - С. £5.

Переволоцкий А.'Н.., Булавик:И.М. Миграция :и накопление радио-•яуклидоз в BDCHOBiffl -насаждениях. // Сб. научных трудов -Института •лёса-АНБ. 'Гомель. 1995. !Вып.39 "(принята к лубл;..<ац;п-г)

РЕЗВЫЕ ,

Переволошгй Д.Н. Закономерности миграции 137Cs в основных компонентах сосняка мзкстого в условиях Гомельского Полесья.

Диссертационная работа цосвещена изучению миграции радионуклидов 137Cs в почве и накоплении его надземной фитомассой ,сосняков мшистых, проиэрартаащда в условиях Гомельского Полесья. Установленные параметры миграции 1370s в почве и системе "почва-древесное растение позволили спрогнозировать содержание радиоцезия в почве и надземных частых сосняков мшистых до £014 года.

Полученные результаты имеют теоретическое и практическое значение..

РЕЗЮМЕ

Перавалоцк1 A.M. ЗаканамернасЩ м1грацы1 137Сз у асвоувд кампанентах хвойн1ку 1мшыстага ва умовах Гомельскага Палесся.

Дксертацыйная работа прысБечана Быьучэнн» м1грыцы1 радыёнук-л!дау l37Cs у глебе 1 накапленн» яго у аеноуных кампанентах.хвой-н1кау икыстых, як1я растуць ва умовах Гомельскага Палесся. Атры-маныя параметры м1грацы! 137Cs у глебе 1 с1стэме "Глеба - дрэва-вая расл1на" дала магчымасць спрагназаваць утрыманне радыёцззш у глебе 1 надземных честках хвойя!кау 1шшстых да 2014 г.

Атрьманыя вын1к! маюць тзарэтычнае 1 практычнае значэкне.

SUHMARY

Perevolotsky A.H. Regularities of 137Cs migration In major components of moss git^s forests under the conditions of Gomel-Polesye.

This thesis. is develoUd: to, the study of migration, of 137Cs radionuclides in. soil and Its accumulation in, the above-ground phytoaiass of moss, pine forest occurring in, Some! Polesye. The obtained parameters of i37Cs migration. in. soil and. the "soil -woody plant" system enabled- us to predict 137'Cs content in soil and above-ground compartment of moss pine forests up to 2014 Inclusive.

The results obtained are of theoretical arid- practical impor-tence.