Радионуклиды в лесных экосистемах

К главным первичным поглотителям радионуклидных остатков в экосистемах леса, которые относятся к аэральным выпадениям, можно отнести листву и хвою деревьев, лесной подрост, а также кустарники и подстилку леса. В то время, когда вегетация всех видов растительности не проявляет свою активность, радионуклиды первично закрепляются в подстилке лесных массивов. Но нужно сказать, что даже когда радионуклиды сначала попадают на поверхность листьев, которые частично их захватывают и связывают, то большая их часть смывается с листвы и попадает на все ту же лесную подстилку.

Они могут смываться осадками, попадать на поверхность земли при сбрасывании растением листьев, а также при отмирании стеблей (например, травы). Это не относится только ко мхам и лишайникам, которые могут легко удержать в себе большое количество подобных вредных веществ на протяжении очень длительного времени. Получается, что прямой зависимости между порой года, в которую выпали осадки с радионуклидами, и их концентрацией в растительности практически нет, поскольку большая их часть все равно попадает в состав подстилочного слоя леса (особенно его верхнего шара), который представлен свежим опадом.

Слои лесной подстилки

По прошествии некоторого времени большая часть радионуклидных соединений попадает в слои, лежащие уровнем ниже. Это средний и нижний слои лесной подстилки, именуемые ферментативным и гумусовым. Данный процесс происходит из-за того, что во влаге почвы постепенно идет миграция абиотических веществ нисходящим потоком. Также этому способствует тот факт, что каждый год верхний слой подстилки «пропадает», а значит, радионуклиды, содержащиеся до этого в нем, беспрепятственно попадают в нижележащие шары. К тому же все слои постепенно подвергаются трансформации из одного в другой, причем идет она в направлении сверху в низ.

У гумусового слоя очень хорошие сорбционные свойства, касающиеся различных загрязняющих веществ. В результате этого больше всего радионуклидных остатков по прошествии нескольких лет содержится именно в этом слое лесной подстилки либо же в тех местах, где он граничит с минеральным горизонтом. Эти два слоя и служат главными барьерами для проникновения радионуклидов в экосистеме лесного массива. Как только начинается минеральный слой почвы, концентрация в нем радионуклидных веществ резко уменьшается.

Почему радионуклиды проникают в минеральный слой почвы?

Данные вещества попадают в минерализованную почву экосистемы леса следующим образом:

• вертикальным перемещением с абиотическими веществами, которые имеют нисходящее направление (поток влаги почвы);
• перемещением вдоль корня от проксимальных его отделов к дистальным либо же отложением в корнях, которые готовятся к отмиранию, попадают в почву с выделениями корней;
• путем диффузии.

Очень важно отметить то, что вертикальное распределение радионуклидных веществ в почве леса примечательно тем, что горизонты, в которых содержится больше всего загрязняющих веществ (на глубине примерно пять сантиметров), находятся примерно на той же глубине, где корни растений проявляют максимальную поглощающую способность. Был доказан тот факт, что даже крупные деревья, имеющие мощные корни, достигающие в глубину около двух метров, практически все питательные вещества получают из слоев лесной подстилки и минерального слоя, глубина залегания которых не превышает десяти-пятнадцати сантиметров. А это значит, что если в почву попали радионуклиды, то практически все они проникнут в состав того или иного растения (как травы, так и куста, и дерева в одинаковой степени).

Какая растительность леса более всего богата радионуклидами?

Было доказано, что все лекарственные травы, растущие в лесах, кусты брусники, малины и черники получают питание из минерального слоя, который является одним из наиболее загрязненных в почве. Это все объясняет тот факт, что практически все лесные ягоды, а также сено, полученное из высохшей травы, растущей на территории леса, имеют весьма высокий уровень загрязненности. Это даже несмотря на то, что общая загрязненность данных территорий радионуклидами оценивается как умеренная.

Так, например, в шведских лесах, расположенных примерно в центре страны, загрязненность территории составляет примерно один Ки/квадратный километр, а концентрация радионуклидных остатков в грибах и различных кустарниковых ягодах, а также в мышцах диких животных не превышала полторы тысячи беккерель на килограмм продукта. Это при том, что на территории Российской Федерации с аналогичной загрязненностью территории количество радионуклидов в три раза ниже относительно щведских показателей. Только вот одна проблема – на территории Швеции 1500 бк/кг – норма, а в России нормальные показатели находятся в пределах 160 бк/кг.

Очень много подобных вредных веществ содержится в различных видах грибов, которые, как и другая растительность и живность леса, потребляют органические компоненты подстилки леса, а также выделения корней и опад древесины. Во всем этом очень много углерода, который необходим для жизнедеятельности многих микробов, мицеллярных грибов и почвенной фауны. Практически все мицеллы грибов расположены полностью в слое лесной подстилки. Ученые наблюдали такие ситуации, когда мицелий грибов в лесу мог задерживать несколько десятков процентов суммарного цезия 137, который попал на поверхность почвы. Те или иные грибы в разной степени задерживают собой радионуклиды. Это можно объяснить разным расположением их мицелл в подстилке леса, а также степенью распределения вредных компонентов в почве, которые переместились в эти слои вертикальным путем. Разные виды грибов содержат различное количество радионуклидов.

В полесье центра и севера Украины были проведены исследования, в ходе которых определено, что в составе опенка и лисичек меньше всего радионуклидных остатков, мухомор, белый гриб и подберезовик имеют несколько большую их концентрацию в своем составе. А вот больше всего вредных веществ попадает в состав маслят, польских грибов и горькушки. Мясо диких животных, которые питаются лесными ягодами, грибами и другой растительностью (например, олени, косули, лоси), также накапливает в себе большое количество вредных компонентов. Больше всего в организмы таких животных попадает Цезия 137, но при переходе на более чистый корм концентрация данного вещества в их организме стремительно снижается. Поэтому была отмечена четкая сезонность повышения радионуклидов в мясе таких животных – это последний месяц лета – начало осени, когда животные потребляют в пищу грибы и ягоды.

Как распределяются радионуклиды в лесной экосистеме между основными ее пулами?

Инертный пул почвы, которая плотно сорбирует цезий 137, не считается абсолютно доминантным, хоть его доля в общем зачете экосистемы и внушительная. Но это касается развитых лесов, подстилка которых не подвергалась никаким антропогенным повреждающим факторам воздействия. Обменный пул почвы формируется из-за того, что радионуклиды перемещаются из корней и листьев растений в лесную подстилку, откуда с питательными веществами возвращаются в те же и другие виды растений. Как уже было сказано, мицелий грибов, лишайники и мхи, а также лесные травы и кусты относятся к растительности, наиболее богатой радионуклидными остатками. Как показали исследования, в состав деревьев лесов входит менее десятой части всех подобных вредных компонентов, которые выпали на данную территорию в тот или иной период времени. К тому же нужно отметить, что концентрируются радионуклиды только в составе коры, листве и иголках хвойных деревьев. Некоторые ботаники выделяли вредные вещества еще в молодых ветках деревьев.

Каким образом радионуклиды могут удаляться из лесной экосистемы?

Выносятся радионуклиды из экосистемы леса естественным путем, который заключается в их вымывании из верхних слоев подстилки. Происходит этот процесс посредством талых стоков. Большинство талых вод вытекают вместе с поверхностными стоками. Таким образом экологическая система подвергается самоочищению. Вертикальным путем перемещения радионуклидных веществ в нижние слои лесного горизонта затруднено в связи с прекрасными сорбционными качествами почвы, которая очень хорошо задерживает вредные вещества в своих верхних слоях. Каждый год экосистема лесов избавляется от весьма незначительного количества радионуклидов (примерно 1%), и, нужно сказать, что с каждым последующим годом степень выноса их из почвы снижается, а попадание их в слои лесной подстилки наоборот прогрессивно увеличивается.

Вынос и рассеивание данных вредных веществ значительно ускоряется тогда, когда случаются лесные пожары, способствующие резкому и значительному повышению температуры. В результате образуются сильные потоки воздуха, направленные вверх, которые захватывают большие площади зон радиоактивного загрязнения. Например, цезий 137 при достижении температуры 450 градусов по Цельсию переходит в парообразное состояние и легко уносится ветром. В таких случаях загрязнения могут перемещаться на сотни километров и более.

Антропогенная деятельность также способствует выносу радионуклидных остатков из леса. Происходит это во время раскорчевки корней старых деревьев, что значительно «разгружает» лесную подстилку. В результате вырубки леса возникает водная эрозия, после которой в источники пресной воды попадают радиоактивные остатки. Нужно сказать, что последствия всех этих процессов трудно прогнозировать.