Особенности накопления радионуклидов в растениях Северо-Западного Алтая

среда определены оптимальные среды для ведения планомерной работы по селекции, семеноводству и производству продукции лука репчатого.

2. Для селекции на адаптивность наиболее пригодны Тюменский, Катайский, Барнаульский, Орловский ГСУ. Среды Свердловского, Авдеевского, Искитимского ГСУ для целей селекции менее пригодны.

3. Для ведения семеноводства можно использовать среды: Барнаульского, Авдеевского, Катайского, Орловского ГСУ. Средней пригодностью для семеноводства характеризуется Шушенский ГСУ.

4. Развитию производства продовольственного лука репчатого наиболее соответствуют среды Барнаульского, Искитим-ского, Шушенского ГСУ, менее пригодны Свердловский и Киренский ГСУ.

Библиографический список

1. Пивоваров В.Ф. Экологическая селекция сельскохозяйственных растений / В.Ф. Пивоваров, Е.Г. Добруцкая, Н.Н. Балашова. — М. 1994. — 247 с.

2. Сирота С.М. Информативность среды государственных сортоиспытательных участков как фона для оценки адаптивности капусты белокочанной / С.М. Сирота,

Е.Г. Добруцкая, В.А. Бакулина // Сб. научных тр. по овощ. и бахчеводству к 110-летию со дня рожд. Б.Н. Квасникова.

— М., 2009. — С. 412-416.

3. Кононыхина В.М. Экологическое

обоснование элементов адаптивного семеноводства и оценка качества семян овощных культур: автореф. дис...

к.с.-х.н. / В.М. Кононыхина. — М., 2001.

— 23 с.

4. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур.

— М., 1975. — Вып. 4. — С. 42-51.

5. Руководство по апробации овощных культур и кормовых корнеплодов. — М., 1982. — С. 214-224.

6. Кильчевский А.В. Метод оценки адаптивной способности и стабильности генотипов и дифференцирующей способности среды. Сообщение 1 / А.В. Кильчевский, Л.В. Хотылева // Генетика. — 1985. — № 9. — Т. XXI. — С. 1481-1489.

7. Кильчевский А.В. Комплексная оценка среды как фона для отбора в селекционном процессе / А.В. Кильчевский // Докл. АН БССР. — 1986. — № 9. — Т. 30.

— С. 846-849.

+ + +

УДК 502.7 И.А. Егорова,

Ю.В. Кислицина, А.В. Пузанов

ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В РАСТЕНИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО АЛТАЯ

Ключевые слова: уран-238, торий-232, эффициент накопления, надземная биокалий-40, цезий-137, растения, удельная масса, почва.

активность, Северо-Западный Алтай, ко-

Введение

Находящиеся в почве тяжелые естественные радионуклиды переходят в растения и включаются в биологический круговорот. В живом веществе обнаруживается некоторая аккумуляция тяжелых естественных радионуклидов — калия и отчасти радия и лишь крайне слабая — урана. В литературе приводится много сведений о содержании естественных радионуклидов в древесных растениях, произрастающих на территориях с повышенным количеством радиоактивных элементов. Радиоактивные изотопы, накапливающиеся в коре деревьев, остаются в них до конца жизни растений. Периодически возвращаются в почву те радионуклиды, которые находятся в листьях и хвое. Радиоизотопы, аккумулированные травами, после их отмирания практически целиком переходят в почву.

Содержание радионуклидов в растениях зависит от целого ряда факторов. Основными являются: 1) концентрация и

формы нахождения радионуклидов в корнеобитаемом слое почвы; 2) геохимические особенности радионуклидов и присутствие близких по химическим свойствам элементов; 3) видовые особенности растений.

Цель исследования — изучить особенности накопления естественных радионуклидов (238и, 232Т^40К) и 137Cs в надземной массе растений Северо-Западного Алтая.

Задачи:

1) рассмотреть накопление радионуклидов в дикорастущих растениях СевероЗападного Алтая;

2) рассчитать коэффициент накопления радионуклидов для растений СевероЗападного Алтая.

Объекты и методы исследования

Исследованы доминантные дикорастущие растения фитоценозов СевероЗападного Алтая. Определена активность естественных радионуклидов и радиоцезия в надземной массе растений.

Почву и образцы растений отбирали в одном и том же месте, в июне 2006 г., августе 2007 г. Брали надземную массу растений с таким расчетом, чтобы объем сухой массы был не менее 0,5 л.

Для расчета коэффициента накопления (КН) использовали данные по содержанию радиоактивных элементов в почве под соответствующим фитоценозом (на глубине 0-10 см) и накопление радионуклидов в растениях.

Было проанализировано 53 пробы растений. Образцы надземной массы были предварительно очищены от частиц почвы, высушены без прямого попадания солнечных лучей до воздушно-сухого состояния. Подготовленные пробы помещали в двухслойный пакет из полиэтиленовой пленки. Естественные радиоактивные элементы и 137Cs в растениях определяли гамма-спектрометрическим методом в Институте геологии и минералогии СО РАН.

Результаты и обсуждение

Содержание естественных радионуклидов (238U, 232Th, 40K) и 137Cs в растениях Северо-Западного Алтая представлено в таблице 1.

Основная часть естественных радионуклидов в почвах находится в труднорастворимой форме, поэтому более точно переход радиоактивных изотопов из почвы в растение можно оценить по коэффициенту накопления:

Кн = содержание ТЕРН в растении (мг/кг

сухого вещества) / содержание ТЕРН в почве (мг/кг сухого вещества).

Коэффициенты накопления естественных радионуклидов (238U, 232Th, 40K) в растениях Северо-Западного Алтая представлены в таблице 2.

Коэффициент накопления урана варьирует от 0,14 до 7,79, максимальное значение Кн для 238U и 232Th отмечено у ивы арктической Salix rhamnifolia (семейства Salicaceae), а минимальное значение Кн для 232Th наблюдается у борца северного AconHtum septentrionale (0,03) (семейства Ranunculaceae). Максимальное значение Кн для 40K — у борца северного, минимальное — у мха (0,02) (табл. 2).

Уран считается металлом слабого биологического поглощения [1-3]. Вместе с тем установлено, что некоторые растения поглощают U-протеиновые комплексы, например, Coprosma australis (семейство Rubiaceae).

В живом веществе обнаруживается незначительная аккумуляция урана — 8*10-7% [4]. КБП урана растениями, по мировым данным, < 0,40 [5].

Содержание урана в растениях не превышает его кларка в земной коре и почвах или заметно ниже его [1, 6]. Однако в местах повышенного содержания в грунтах и почвах элемент «захватывается» растениями. Среднее содержание урана в надземной растительности, по литературным данным, в среднем составляет 38 мкг/кг (0,47 Бк/кг) и варьирует в ин-

тервале от 5 до 69 мкг/кг (от 0,63 до (Бк/кг золы): березы бородавчатой —

0,87 Бк/кг) [7]. Для древесной раститель- 12,21; осины дрожащей — 3,66; листвен-

ности Сибири активность 238и составляет ницы даурской и сибирской — 122,10 [8].

Таблица 1

Содержание естественных радионуклидов и радиоцезия в растениях Северо-Западного Алтая

Разрез Почва Надземная биомасса 238U 232Th 40K 137Cs

1-Чар-07 Чернозем выщелоченный Укос 54 н.о 708 Н.о

2-Чар-07 Чернозем выщелоченный Укос 24 н.о 588 Н.о

З-Чар-07 Дерново-подзолистая Укос 28 17 1261 Н.о

4-Чар-07 Черноземовидная Укос 32 8 582 Н.о

5-Чар-07 Г орно-тундровая Укос 43 18 227 Н.о

6-Чар-07 Г орно-луговая Укос 55 н.о 723 4

7-Чар-07 Г орно-тундровая Betula rotundifolia 97 7 48 Н.о

8-Чар-07 Г орно-луговая Укос 42 7 485 5

9-Чар-07 Г орно-луговая Укос 69 20 665 12

10-Чар-07 Горно-лесная бурая Укос 50 30 632 Н.о

12-Чар-07 Чернозем выщелоченный Укос 52 н.о 621 Н.о

13-Чар-07 Чернозем выщелоченный Укос 63 9 596 Н.о

14-Чар-07 Чернозем выщелоченный Укос 19 5 986 Н.о

1-Чар-06 Лугово-черноземная Укос 66 н.о 762 Н.о

1-Чар-06 Лугово-черноземная Dactylis glomerata 56 н.о 464 Н.о

1-Чар-06 Лугово-черноземная Укос 52 13 543 Н.о

2-Чар-06 Дерновая примитивная Укос 4 9 411 Н.о

З-Чар-06 Г орно-луговая Укос 58 н.о 1187 Н.о

З-Чар-06 Г орно-луговая Dactylis glomerata 31 н.о 982 Н.о

З-Чар-06 Г орно-луговая Bromopsis inermis 53 5 771 Н.о

4-Чар-06 Г орно-лугово-степная Укос 77 н.о н.о 9

5-Чар-06 Светло-серая лесная Trollius altaicus 77 5 1575 Н.о

5-Чар-06 Светло-серая лесная Aegopodium podagraria 47 21 2478 Н.о

6-Чар-06 Аллювиальная Укос 16 н.о 1286 Н.о

6-Чар-06 Аллювиальная Dactylis glomerata 26 3 990 Н.о

7-Чар-06 Светло-серая лесная Укос 12 7 380 Н.о

7-Чар-06 Светло-серая лесная Aconitum septentrionale 94 25 2820 Н.о

7-Чар-06 Светло-серая лесная Galium boreale 78 н.о 776 Н.о

9-Чар-06 Г орно-тундровая Betula rotundifolia 87 21 87 Н.о

10-Чар-06 Горно-тундровая Betula rotundifolia 88 50 251 Н.о

10-Чар-06 Горно-тундровая Мох 102 22 150 11

11-Чар-06 Горно-луговая Hedysarum sp. 42 н.о 624 12

12-Чар-06 Горно-тундровая Betula rotundifolia 36 н.о 9 12

12-Чар-06 Горно-тундровая Мох 83 н.о 6 Н.о

14-Чар-06 Горно-тундровая Hedysarum sp. 53 9 1554 Н.о

14-Чар-06 Горно-тундровая Salix rhamnifolia 120 41 н.о Н.о

14-Чар-06 Г орно-тундровая Empetrum nigrum 109 н.о н.о 8

16-Чар-06 Светло-серая лесная Укос н.о 17 979 Н.о

16-Чар-06 Светло-серая лесная Aconitum septentrionale 62 1 3985 Н.о

17-Чар-06 Луговая Укос 5 2 926 Н.о

17-Чар-06 Луговая Trollius asiaticus 70 14 1259 Н.о

18-Чар-06 Чернозем выщелоченный Укос 118 7 500 Н.о

19-Чар-06 Чернозем выщелоченный Укос 28 1 741 Н.о

19-Чар-06 Чернозем выщелоченный Укос 76 1 1462 Н.о

20-Чар-06 Чернозем выщелоченный Укос 41 н.о 661 Н.о

20-Чар-06 Чернозем выщелоченный Bromopsis inermis 46 н.о 364 Н.о

21-Чар-06 Аллювиальная Укос 39 25 309 8

22-Чар-06 Чернозем выщелоченный Укос 53 3 313 Н.о

22-Чар-06 Чернозем выщелоченный Bromopsis inermis 3 н.о 509 Н.о

24-Чар-06 Чернозем обыкновенный Укос 50 3 88 Н.о

24-Чар-06 Чернозем обыкновенный Elytrigia repens 30 5 363 32

25-Чар-06 Чернозем обыкновенный Укос 32 н.о 390 Н.о

25-Чар-06 Чернозем обыкновенный Stipa pennata 73 н.о 163 Н.о

Примечание. Н.о — здесь и далее — ниже предела обнаружения.

Среднее содержание 238и в исследованных растениях Северо-Западного Алтая составляет 53,23±4,03 Бк/кг, что выше его среднего значения в почвах данной территории (34,8 Бк/кг) (табл. 1) [9]. Концентрация 238и в растениях варьирует от 3 до 120 Бк/кг. Различные виды растений способны накапливать элемент в разной степени. Максимальные концентрации урана отмечены в иве арктической Salix гИатп'^оНа.

Удельная активность 238и зависит от типа почв, на которых произрастают растения. Максимальные концентрации 238и отмечены в растениях, произрастающих на горно-тундровых почвах, а минимальные

— на черноземах (табл. 1).

Определенной зависимости между накоплением радионуклидов растениями и их концентрацией в почве не наблюдается. В случае 238и концентрация радионуклида в растениях превышает их содержание в почве в 2 раза (рис. 1).

Торий относится к малоподвижным элементам слабого и очень слабого биологического захвата [1]. Вместе с тем кларк его в биосфере относительно высок

— 7,6 мг/кг, 7,6*10-4% (30,93 Бк/кг). То-

рий образует довольно устойчивые комплексы и органические соединения, что может приводить к повышенной его подвижности.

Растения легко поглощают растворимые соединения 232ТК По данным

Н.А. Титаевой, накопление 232^ растениями незначительное, но оно выше, чем у 238и[ 10]. Как и для урана, для тория установлен «пороговый эффект», видовые и географические различия в накоплении. Коэффициент биологического поглощения тория равен 0,04 [11].

Концентрация 232^ в растениях СевероЗападного Алтая варьирует от 1 до 50 Бк/кг. Среднее содержание 232^ в надземной массе растений составляет 8,13±1,54 Бк/кг. Относительно высокое содержание тория обнаружено в березе круглолистной Ве^1а rotundifolia — 50 Бк/кг, иве арктической Salix rhamnifolia

— 40 Бк/кг, борце северном Асопн^т septentrionale — 25 Бк/кг.

Концентрации 232^ в растениях не зависят от типа почв, на которых они произрастают (табл. 1). Удельная активность 232^ в растениях не превышает его содержания в почве (рис. 2).

Таблица 2

238и, 232ТИ, 40к

Коэффициент накопления

Вариационно-статистические показатели 238и 232^ 40К

п 53 53 53

тіп 0 0 0

тах 7,79 3,76 10,58

X 1,97 0,36 1,84

т 0,19 0,09 0,28

V, % 72 172 110

* -ІОП

100

£ 80 т 5 60 с  П 1 1  І I—

« 40 I Е ті і 20 ШШ с? п 1 1  1 II  ИИ

0 £ 1 2 111111111111 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Номер пробы  0-5 см  5-10 см Ш10-15см  Растение

Рис. 1. Распределение урана-238 в высокогорных фитоценозах различных слоях почвы

40

I 35 из л-30 | 25 І 20

га 15 со 10

X

° 5 С 5

ф

5 0

а

И

Ж

5 6 7 8 9 10 11

Номер пробы

Рис. 2. Распределение тория-232 в высокогорных фитоценозах и различных слоях почвы

Калий относится к наиболее потребляемым химическим элементам. В растительном организме он находится преимущественно в виде ионов, рыхло связанных с протоплазмой. Главная физиологическая функция калия заключается в способности повышать обводненность протоплазмы и увеличивать ее водоудерживающую силу. Кроме того, калий участвует в активном транспорте ассимилянтов к органам запасания и необходим для усвоения аммония

[12]. Биофильность калия высокая (0,012). Его кларк в живом веществе 0,3% (93,9 Бк/кг). Концентрация радиокалия в объектах биосферы составляет 0,0118% массы общего калия [13].

Вегетативная масса растений более насыщена калием, чем генеративные органы. В соломе зерновых злаков содержание этого элемента составляет 1,32%, а в зерне — 0,44% [14].

Большая часть калия в растениях находится в ионной форме. Он легко выщелачивается из листьев, теряющих во время дождей до 50% элемента, среднее содержание в золе растений составляет 15% [15]. В золе растений его очень много: грибы — 28,4% (8889,2 Бк/кг), папоротники — 6,9-35,4% (2159,7-11080,2 Бк/кг), хвощи — 19% (5947 Бк/кг), из высших растений — лилейные (иНасеае) — 30,7%

— 27% (8451 Бк/кг), крестоцветные

(Brassicacea) — 23% (7199 Бк/кг), гречишные (Ро1удопасеае) — 25% (7825 Бк/кг), злаковые (Роасеае) — 23% (7199 Бк/кг).

Относительно бедна калием зола лишайников, плаунов, голосемянных, вересковых, мхов, хвощей, лебедовых [16].

Характерной особенностью 40К является большое накопление в продуктивных частях растений. Средняя концентрация 40К в зерне ячменя, проса, пшеницы, чумизы, гречихи, овса, фасоли и гороха составила 0,56% (175,28 Бк/кг), 0,28%

(87,64 Бк/кг), 0,41% (128,33 Бк/кг),

0,47% (147,11 Бк/кг), 0,54% (169,02

Бк/кг), 0,44% (137,72 Бк/кг), 1,63%

(510,19 Бк/кг), 1,28% (400,64 Бк/кг) соответственно [17].

Удельная активность калия в надземной фитомассе растений Северо-Западного Алтая варьировала от 6 до 3985 Бк/кг. Среднее содержание 40К в растениях составляет 740 Бк/кг, что выше его средних значений в почве — 487,4 Бк/кг [9], это вполне объяснимо биогенными свойствами калия. Максимальное количество калия отмечено у борца северного Асопн^т septentrionale — 3985 Бк/кг, сныти обыкновенной Aegopodium podagraria — 2478 Бк/кг, а минимальное — у мха.

Определенной зависимости между накоплением 40К растениями и его концентрацией в почве не наблюдается (рис. 3).

Удельная активность 40К в растениях зависит от типа почв, на которых они произрастают. Максимальные концентрации 40К отмечены в растениях, произрастающих на светло-серых лесных почвах, а минимальные — на горно-тундровых почвах (табл. 1).

Рис. 3. Распределение калия-40 в высокогорных фитоценозах и различных слоях почвы

Цезий. Коэффициент накопления 137Сs растениями изменяется от п*10-3 до п*10-1. Поступление его в растения из почвы в среднем в 5-10 раз меньше, чем других долгоживущих радионуклидов [13].

Радиоактивные продукты деления поступают в растения в основном двумя путями:

1) непосредственное загрязнение надземных частей растений находящимися в воздухе радиоактивными частицами;

2) поступление в растения из почвы через корни.

Радиоактивные изотопы цезия относятся к группе радионуклидов, интенсивно поступающих в растения и в значительной степени накапливающихся в них [17].

Накопление 137Сs растениями зависит от типа и свойств почв и изменяется в среднем в 20-30 раз [13]. В порядке снижения поступления радиоцезия в растения почвы можно расположить в следующей последовательности: дерново-подзолистые,

красноземы, лугово-карбонатные, черноземы и сероземы. Установлено, что содержание 137Сs в зерне пшеницы на дерново-подзолистой супесчаной почве превышало в 12 раз количество его в урожае на выщелоченном черноземе [17].

Интенсивнее накапливают 137Сs калиелюбивые растения. С увеличением содержания обменного калия в почвах накопление 137Сs в растениях уменьшается

[13]. Максимальное поглощение 137Сs растениями наблюдается при рН, близкой к нейтральной [17].

Поступление 137Сs в растения определяется прочностью его закрепления в гранулометрических фракциях. Наиболее прочно связывают 137Сs и резко снижают накопление нуклида в растениях илистые фракции почвы.

В зависимости от биологических особенностей растений накопление 137Сs изменяется в 10 раз. Сортовые различия в поглощении радиоцезия растениями не превышают 1,5-2 раза [13].

Результаты наших исследований свидетельствуют о том, что среди изученных растений видов с повышенным содержанием цезия не обнаружено. Содержания цезия варьировало от 4 до 32 Бк/кг. Максимальная активность цезия обнаружена в пырее ползучем Elytrigia repens (семейства Роасеае) — 32 Бк/кг. В остальных растениях содержание радиоцезия меньше или находится за пределами обнаружение используемого метода. Таким образом, содержания цезия в растениях Северо-Западного Алтая не превышает предельно допустимые значения.

Выводы

Уровень содержания естественных радиоактивных элементов (238и, 232Т^ 40К) в изученных растениях Северо-Западного Алтая существенно варьирует.

Среди исследованных радионуклидов в растениях удельная активность 238и превышает уровень фона, это может быть связано с высоким содержанием этого радионуклида в материнских породах.

Вследствие повышенного содержания

урана в растениях коэффициент накопления 238и для растений Северо-Западного Алтая выше 1.

Удельная активность 232^ и 40К в растениях Северо-Западного Алтая находится в пределах фоновых значений и не превышает предельно допустимых величин. Коэффициент накопления для тория

ниже 1, что соответствует литературным данным.

Содержание 137Сs в растениях СевероЗападного Алтая не превышает предельно допустимых значений.

Библиографический список

1. Перельман А.И. Геохимия элементов в зоне гипергенеза / А.И. Перельман. — М.: Недра, 1972. — 492 с.

2. Экологические функции литосферы / под ред. В.Т. Трофимова. — М.: Изд-во МГУ, 2000. — 432 с.

3. Орлов Д.С. Биогеохимия / Д.С. Орлов, О.С. Безуглова. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2000. — 320 с.

4. Ярошевский А.А. Кларки геосфер: справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых / А.А. Ярошев-ский. — М.: Недра, 1990. — С. 7-14.

5. Добровольский В.В. Химия Земли / В.В. Добровольский. — М.: Просвещение, 1980. — 176 с.

6. Евтеева Л.С. Геохимия урана в зоне гипергенеза / Л.С. Евтеева, А.И. Перельман. — М.: Атомиздат, 1962. — 239 с.

7. Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. — М.: Мир, 1989. — 439 с.

8. Ковалевский А.Л. Биогеохимические поиски рудных месторождений / А.Л. Ковалевский. — М.: Недра, 1984. — 250 с.

9. Егорова И.А. Естественные и искусственные радионуклиды в почвах высокогорных ландшафтов Северо-Западного Алтая / И.А. Егорова, А.В. Салтыков // Проблемы региональной экологии. — 2008. — № 6. — С. 63-67.

10. Титаева Н.А. Техногенная геохимия урана, тория и радия / Н.А. Титаева / / Проблемы радиогеохимии и космологии. М.: Наука, 1991. 290 с.

11. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия: учебник / В.А. Алексеенко. — М.: Логос, 2000. — 627 с.

12. Ильин В.Б. Элементный химический состав растений / В.Б. Ильин. — Новосибирск: Наука, 1985. — 130 с.

13. Алексахин Р.М. Сельскохозяйственная радиоэкология / Р.М. Алексахин,

A.В. Васильев, В.Г. Дикарев. — М.: Экология, 1991. — 383 с.

14. Вернигор В.А. Минеральный состав кормов Северного Казахстана / В.А. Вернигор, A.M. Мартовицкая, П.В. Мартовиц-кий. — Алма-Ата: Кайнар, 1982. — 69 с.

15. Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние /

B.В. Добровольский. — М.: Мысль, 1983.

— 272 с.

16. Кузин А.М. Природный радиоактивный фон и его значение для биосферы Земли / А.М. Кузин. — М.: Наука, 1991.

— 318 с.

17. Гулякин И.В. Сельскохозяйственная радиобиология / И.В. Гулякин, Е.В. Юдин-цева. — М.: Колос, 1973. — 272 с.

+ + +

УДК 633.2.03(571.150) Н.В. Овчарова,

Т.А. Терёхина

ДИНАМИКА ЛУГОВОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ТЕРРИТОРИИ КОСИХИНСКОГО РАЙОНА

Ключевые слова: луга, динамика,

пробные площадки, обилие видов, биомасса, ассоциация, восстановление, пастбища, дигрессия.

Введение

В настоящее время в связи с особенностями ведения сельского хозяйства происходят значительные изменения в растительном покрове, так как резко снижает-