Аккумулирование радионуклидов растениями лесных фитоценозов

2.4 Влияние внешнего облучения и поглощенных радионуклидов

на жизнедеятельность растений

Рост, развитие и продуктивность растений. Наблюдения за ростом и развитием растений, проводившиеся в первые месяцы после аварии в непосредственной близости от реактора, где вы­пало много радиоактивных осадков, а тип облучения в некоторых местах был близок к острому, выявили отдельные аномалии в морфогенетнческом развитии растений, особенно у хвойных (сос­ны, ели):

— утрата способности апикальных (верхушечных) почек к росту, усиленное образование и рост новых почек, в том числе спящих;

— появление гигантской хвои у сосны и ели и гигантских листьев дуба, отличавшихся от обычных по длине в 2—3 раза и по массе в 5—7 раз;

— осыпание хвои предшествующих лет образования (2-го и 3-го годов) с функционированием хвои только первого года;

— потеря геотропической чувствительности.

Отмеченные морфозы (гигантизм органов) встречались в 10-километровой зоне довольно часто в 1987—1988 гг. В 1991— 1992 гг. была отмечена вторая волна гигантизма органов, кото­рая, как полагают, связана с последовавшим после аварии на­коплением радионуклидов в органах растений. Имеются данные о том, что посевы озимой ржи и пшеницы, расположенные в непосредственной близости от реактора и подвергшиеся загрязнению порядка 1000 Ки/км2, ха­рактеризовались замедленным ростом и развитием, имели пони­женный индекс листовой поверхности и площади флагового ли­ста на 40—50%.

Посевы пшеницы, подвергшиеся острому облучению в год аварии, в последующие годы дали новое поколение растений, среди которых встречались мутантные формы, характеризовав­шиеся отсутствием остей, выпадением отдельных колосков, разд­воением колоса и пр. Среди них можно найти и полезные для селекции формы. Отдельные проявления морфологических изменений растений наблюдали и в белорус­ском секторе 30-километровой зоны.

При выращивании сельскохозяйственных растений на почвах, загрязненных радионуклидами до 77 Ки/км2, не отмечали никаких особых изменений в их росте и развитии. Основные фа­зы развития наступали независимо от степени загрязненности почвы, морфологические показатели семян также соответствова­ли норме. Наблюдения, естественно, касались растений, полученных из «чистых» семян.

Действительно, имеются данные, что уровни загрязнения почвы в пределах 86 Ки/км2 не оказывают существенного влия­ния на показатели роста и развития растения. Однако пересев семян подорожника, хронически облучавшихся в течение трех лет, несмотря на стабильность показателей всхожести, массы 1000 семян и т. д., выявил скрытые изменения, заключавшиеся в неодинако­вой реакции растений на дополнительное облучение и неадек­ватной картине хромосомных аберраций в меристеме корешков. Таким образом, при тех плотностях за­грязнений почв, которые были в наших опытах, следовало ожи­дать проявления отдельных количественных изменений в мета­болизме выращиваемых растений. [10]

Таблица 4. Продуктивность люпина желтого в условиях загрязненности почв радионуклидами.

Для посева ежегодно применялись семена с «чистых» посевов. Учет урожая семян с растений люпина (сорт БСХА 382), выращенных в пакетном опыте, показал в среднем за два года некоторое уве­личение продуктивности растений по мере возрастания степени загрязнения почвы радионуклидами (табл. 4), что свидетель­ствовало о существовании зависимости между этими показателя­ми. Анализируя показатели продуктивности, мы склонны счи­тать, что наблюдавшиеся изменения в некоторой степени вызва­ны и небольшими различиями в механическом составе и уровне плодородия почв, использованных в опытах.

Фотосинтез. В исследованиях обнаружена повышенная фотохимическая активность хлоропластов, выделенных из растений, которые произрастали в условиях высокого радиационного фона (экспозиционная доза γ -излучения 300—500 мкР/ч), отмечена тенденция к увеличению содер­жания хлорофилла на единицу сухой массы листа и снижению концентрации растворимых белков. Некоторые изменения наблюдались и в уровне активности РДФ-карбоксилазы. О росте ак­тивности фотосинтетического аппарата растений, произрастав­ших в условиях радиоактивного загрязнения, свидетельствовала и низкая гидролитическая активность фермента деградации хлорофилла — хлорофиллазы. Другой важный показатель действия радиации в этих условиях — повышение активности пероксидазы. В листьях люпина желтого, выращенного в пакетном опыте, существенных изменений в пигментном аппарате (количестве хлорофиллов и активности хлорофиллазы) по вариантам - опыта не наблюдалось, однако с увеличением степени загрязненности почвы наметилась тенденция к повышению скорости фотохимических реакций в хлоропластах и перекисного окисления липидов (фермента пероксидазы)

Усвоение азота. У люпина желтого снабжение вегетативных и репродуктивных органов восстановленным азотом происходит двумя путями: посредством симбиотической фиксации атмосфер­ного азота клубеньковыми бактериями (Rhizobium) и восстанов­лением минерального азота почвы в корнях и листьях и частично в стеблях. Оба пути взаимодействуют между собой. Восстанов­ление минерального азота с помощью фермента нитратредуктазы начинается вместе с прорастанием семян и формированием корневой системы и до периода стеблевания несет основную на­грузку в процессе снабжения растения восстановленным азотом. После фазы бутонизации активность этого процесса быстро сни­жается и на последующих фазах проявляется очень слабо. Азотфиксирующая активность развивается вме­сте с ростом клубеньков на корнях бобовых, начиная в фазы че­тырех листьев. Постепенно нарастая, она достигает максимума в фазе бутонизации—цветения. Таким образом, в фазе бутони­зации—цветения оба процесса протекают интенсивно и количе­ственная оценка их активности в это время может характеризо­вать состояние азотного обмена в растении.

Использованные в пакетном опыте почвы были взяты с раз­личных участков, что поставило вопрос о влиянии на уровень азотфиксации (кроме плотности загрязнения) различий в поч­венном плодородии. Чтобы ослабить это влияние, в 1991 г. был заложен пакетный опыт 2, в котором различные уровни загряз­ненности почвы по вариантам создавали путем смешивания условно чистой почвы (контроль) с сильно загрязненной в соот­ношении 2,5:1 и 1:1. В результате получено три варианта загрязненности цезием: 0,7; 9,6 и 13,7 кБк/кг почвы, первый из которых был принят за контроль. Полученные в 1991 — 1992 гг. результаты свидетельствовали о некотором повышении азотфиксирующей активности в условиях загрязнения почв, од­нако они имели скорее характер тенденции. Нитратредуктазная активность в условиях различной степени загрязнения почв ра­дионуклидами не показала четкой картины изменений. Следует учитывать большую зависимость ее от содержания нитратного азота в почве. [7]

Вопрос о влиянии возможных различий в почвенном плодо­родии на азотфиксирующую активность был дополнительно изу­чен при выращивании люпина на почвах разного механического состава и плодородия без радиоактивного загрязнения. Опыты ставились в вегетационном павильоне ИЭБ. В 1991 г. растения люпина выращивали на смеси дерново-подзолистой песчаной и искусственно приготовленной перегнойной почв, взятой в тех же пропорциях, что и радиоактивная почва в опыте 2. Результаты показали некоторое повышение азотфиксирующей активности клубеньков при выращивании люпина на искусствен­ной перегнойной почве и при смешивании ее с песчаной почвой в соотношении 1:1. Повышение плодородия почвы сти­мулирует таким образом азотфиксацию в клубеньках и нитрат-редукцию в листьях люпина.

В 1992 г. был проведен вегетационный опыт с использова­нием для выращивания люпина почв, различающихся по меха­ническому составу. Как видн, самая низкая ак­тивность азотфиксации наблюдалась при выращивании люпина на песчаной (лесной) почве и среднем суглинке. Песчаная, су­песчаная и легкосуглинистая пахотные почвы практически не различались по уровню азотфиксирующей активности в клубень­ках люпина.

Важнейшим ферментом усвоения восстановленного азота, от­вечающим за включение его в аминокислоты, является глута-минсинтетаза (ГС), активность которой в листьях характеризует интенсивность образования глутамина. Последний путем переаминировання с а-кетоглутаровой кислотой образует глутаминовую кислоту. Активность ГС, таким образом, дает представление об интенсивности протекания процесса во­влечения восстановленного азота непосредственно в органиче­ские соединения. Полученные в 1990 г. результаты не выявили различий в активности ГС в листьях люпина в зависимости от степени загрязнения почвы радионуклидами. Аналогичные данные получены на ячмене, выращенном в тех же условиях.

Интегральным показателем интенсивности азотного обмена в растении является содержание в его органах азота. Определе­ние азота по методу Кьельдаля в органах люпина желтого сорта БСХА 382 и ячменя сорта Жодинский 5 выявило существенные различия в органах растения. У люпина самой вы­сокой концентрацией азота характеризовались верхние листья (4 8—5,7% на сухую массу) и оси соцветий с цветками (4,3— 4,9%), а самой низкой — стебли (1,6—1,9%). У ячменя самое высокое содержание азота также было во флаговых листьях (2,8—3,3%), а самое низкое — в стеблях (0,8—1,2%). Колебания концентрации азота по вариантам опытов не носили системати­ческого характера и были вызваны, очевидно, другими причина­ми. Поэтому, может быть сделан вывод об отсутствии влияния загрязненности почвы радионуклидами на содержание общего азота в растениях люпина и ячменя.

Таким образом, на почвах с плотностью загрязнения до 80 Ки/км2 поглощенные люпином радионуклиды оказывают не­которое воздействие на азотный обмен вегетативных органов. Однако этот вывод касается только растений, выращенных из «чистых» семян, т. е. тех, которые получены в условиях отсут­ствия радиоактивного загрязнения почвы. [9]

Заключение

Детальное обследование лесов Беларуси показало, что в результате аварии на ЧАЭС более 1700 тыс. га (четвертая часть от всей площади лесов) подверглась радиоактивному загрязнению. Следует отметить, что загрязненной считается территория, если плотность выпадений превышает 1 Ки/км2 по цезию-137, 0,15 Ки/км2 по стронцию-90 и 0,01 Ки/км2 по плутонию-238,239,240. Более 90% загрязненного лесного фонда приходится на зону загрязнения по цезию-137 от 5 до 15 Ки/км2. В доаварийный период уровень радиоактивного загрязнения в лесах Беларуси достигал 0,2-0,3 Ки/км2 и определялся в основном природными радионуклидами и искусственными радионуклидами глобальных выпадений, образовавшихся в результате испытаний ядерного оружия.

Из 88 существующих в республике лесхозов 49 в той или иной степени подверглось радиоактивному загрязнению, что в значительной степени изменило характер их хозяйственной деятельности. Крупномасштабное загрязнение лесных комплексов Беларуси резко ограничило использование лесных ресурсов, оказало негативное влияние на экономическое и социально-психологическое состояние населения в целом.

В первые дни после аварии до 80% радиоактивных выпадений было задержано надземной частью древесного яруса. Затем происходило быстрое очищение крон и стволов под воздействием метеорологических факторов, и в конце 1986 года до 95% радиоактивных веществ, задержанных лесом, уже находилось в почве, причем основная их часть в лесной подстилке, являющейся аккумулятором радионуклидов. Дальнейшая скорость миграции радионуклидов в глубь почвы зависела от вида растительного покрова, водного режима, агрохимических показателей почв и физико-химических свойств радиоактивных выпадений. Проведенные исследования показали, что в настоящий период основная часть радиоактивных выпадений по-прежнему сосредоточена в верхнем горизонте почв, где они хорошо удерживаются органическими и минеральными компонентами.

Загрязнение лесной растительности зависит от уровня радиоактивных выпадений и свойств почвы. На гидроморфных (избыточно увлажненных) почвах отмечается более высокая степень перехода в системе “почва - растение”, чем на автоморфных (нормально увлажненных) почвах. Чем выше плодородие почвы, тем меньшая доля радионуклидов поступает как в древостой, так и в организмы напочвенного покрова (грибы, ягоды, мхи, лишайники, травяная растительность).

Наибольшим содержанием радионуклидов в различных частях древесного полога характеризуются хвоя (листья), молодые побеги, кора, луб; наименьшее загрязнение отмечено в древесине. Аккумуляторами радионуклидов в лесных сообществах являются грибы, мхи, лишайники, папоротники. Лесной растительностью поглощается в основном цезий-137, стронций-90. Трансурановые элементы (плутоний-238,239,240 и америций-241) слабо включаются в миграционные процессы.

Таким образом, лесные экосистемы являются постоянным источником поступления радионуклидов в лесную продукцию, в частности, в пищевую. Накопление радионуклидов в лесных ягодах и грибах в 20-50 раз больше, чем их содержание в продуктах сельскохозяйственного производства при одинаковом уровне радиоактивного загрязнения. Исследования показали, что доза облучения, обусловленная потреблением лесных продуктов питания, в 2-5 раз выше доз, формируемых за счет употребления сельскохозяйственных продуктов. Причем в отличие от сельскохозяйственных угодий, лесные комплексы являются малоуправляемыми с точки зрения снижения радиационной нагрузки путем проведения различных эффективных контрмер с применением современных технологий. Пребывание в лесу также связано с дополнительным внешним облучением, поскольку леса явились естественным барьером, а, следовательно, — резервуаром радиоактивных выпадений. Проблемы радиационной безопасности на загрязненных лесных территориях в основном решаются за счет ограничительных мероприятий.

В настоящий период сбор грибов и ягод на загрязненной территории весьма ограничен и практически полностью запрещен на территориях с плотностью выпадения более 2 Ки/км2 по цезию-137. Однако, уровень содержания радионуклидов в пищевой продукции леса со временем будет уменьшаться за счет естественного радиоактивного распада и миграции радионуклидов в глубь почвы. Предварительные прогнозные расчеты показывают, что в 2015 году концентрация цезия-137 уменьшится до уровня допустимых норм.

Следует также отметить, что к настоящему времени разработано множество рекомендаций по выходу из создавшегося кризисного положения в отношении использования даров леса. Перспективным способом является искусственное культивирование экологически чистых грибов и ягод, что позволит снизить поступление радионуклидов в организм человека, а, следовательно, и риск для здоровья населения. [9]

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛитературЫ

1. Люцко А.М., Ролевич И.В., Тернов В.И. Выжить после Чернобыля. - Мн.: Вышэйшая школа, 1990. - 109 с

2. Лес и Чернобыль (Лесные экосистемы после аварии на Чернобыльской АЭС, 1986-1994 гг.) / Под ред. Ипатьева В.А. - Мн.: МНПП “СТЭНЕР”. 1994. - 248 с.

3. Руководство по ведению лесного хозяйства в зонах радиоактивного загрязнения. Утверждено Министром по чрезвычайным ситуациям и защите населения от последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС 23 октября 1995 г. Мн. 1995. - 112 с.

4. Радиоактивное загрязнение растительности Беларуси (в связи с аварией на Чернобыльской АЭС)/ Под общей ред. Парфенова В.И., Якушева Б.И. - Мн.: Навука i тэхнiка, 1995. - 582 с.

5. Памятка для населения проживающего на территории, загрязненной радиоактивными веществами, 2-е изд., Мн. 1997. – 24 с.

6. Памятка “Вы собираетесь в лес… “ Рекомендации для населения по пользованию лесами в окрестности г. Гомеля и г. Добруша (Гомельский лесхоз). Гомель. 1998. - 32 с.

7. Выращивание грибов (Памятка для населения, проживающего на загрязненной радиоактивными веществами территории). Мн. 1998. - 20 с.

8. 10 лет Полесскому государственному радиационно-экологическому заповеднику (сборник статей). Мн.: Изд. “Н.Б.Киреев”. 1998. - 232 с.

9. Выращивание лесных ягод на грядке (Памятка для населения, проживающего на загрязненной радиоактивными веществами территории). Мн. 1999. - 16 с.

10. Республиканские допустимые уровни содержания радионуклидов цезия-137 и стронция-90 в пищевых продуктах и питьевой воде (РДУ-99). Мн. 1999. - 6 с.

11. Лес. Человек. Чернобыль. (Лесные экосистемы после аварии на Чернобыльской АЭС: состояние, прогноз, реакция населения, пути реабилитации)/ Под общей ред. Ипатьева В.А. - Гомель. 1999. - 454 с.

Страницы: 1, 2, 3, 4