Распределение радиоактивного и стабильного цезия в почвах и растениях лесных экосистем

  • Вероника Николаевна Сеглин
  • Наталья Владимировна Шамаль
  • Роман Сергеевич Куриленко
  • Раиса Александровна Король
  • Александр Александрович Дворник
  • Александр Николаевич Никитин
  • Юлия Константиновна Симончик
  • Наталья Ильинична Тимохина

Аннотация

В исследовании представлены результаты определения содержания радиоактивного (137Cs) и стабильного (133Cs) изотопов цезия в почвенных и растительных образцах (лишайники, мхи, кора, древесина), собранных в средневозрастном сосновом лесу на территории Полесского государственного радиационно-экологического заповедника (ПГРЭЗ), а также результаты эксперимента по оценке выпадений 137Cs на горизонтальные планшеты. Рассчитаны соотношения концентраций 137Cs к 133Cs, которые могут быть использованы для количественной оценки уровня равновесия между 137Cs и 133Cs в лесных экосистемах. Исходя из предположения, что физико-химические свойства 133Cs и 137Cs схожи, анализ 133Cs и сравнение его соотношений с 137Cs может быть полезен для понимания долгосрочного поведения радионуклида и его равновесного распределения в лесных экосистемах. В результате проведенных исследований установлено, что активность выпадений 137Cs в составе древесного опада выше в сравнении с атмосферными выпадениями радионуклида на горизонтальные планшеты. В осенний сезон отмечается снижение среднесуточных значений активности 137Cs в пробах радиоактивных выпадений из атмосферы и увеличение в древесном опаде. При этом более половины общей активности радионуклида приходится на долю древесного опада. Проведено сравнение вертикального распределения обменной формы 137Cs и 133Cs в минеральных слоях лесной почвы. Общее содержание 137Cs в почвенном профиле снижается с глубиной. Содержание обменной формы 137Cs в почвенном профиле имеет неравномерное распределение, а концентрация обменной формы стабильного изотопа с глубиной возрастает. Соотношения 137Cs/133Cs в почвенном профиле уменьшаются с глубиной от горизонта 0–5 см к горизонту 15–20 см, что свидетельствует о неравновесном соотношении этих изотопов. Показано, что содержание 137Cs и 133Cs в лишайниках, мхах, коре и древесине различается в зависимости от вида образца и части растения. Самая высокая активность 137Cs отмечена для лишайников и мхов. В условиях совместного произрастания мхи характеризуется более высокой концентрацией 133Cs в сравнении с лишайниками. Отмечена хорошая корреляционная взаимосвязь между содержанием 137Cs и 133Cs для каждого вида растительного образца. Этот результат предполагает вывод, что данные растения поглощают 137Cs аналогично 133Cs.

Литература

  1. Ipatiev VА, Baginsky VF, Bulavik IM, et al. Les. Chelovek. Chernobyl’. V: Lesnye ekosistemy posle avarii na Chernobyl’skoi AES: sostoyanie, prognoz, reaktsiya naseleniya, puti reabilitatsii [Forest. Human. Chernobyl. In: Forest ecosystems after the accident at the Chernobyl NPP: condition, prediction, response of the population, ways of rehabilitation]. Gomel: Forest Institute of the NAS of Belarus; 1999. 451 p. Russian.
  2. Konoplya EF, Rolevich IV, editors. Posledstviya chernobyl’skoi katastrofy v Respublike Belarus’. Natsional’nyi doklad [Consequences of the Chernobyl disaster in the Republic of Belarus. National report]. Minsk: The Ministry for Emergency Situations and Protection of Population from the Consequences of the Chernobyl Catastrophe of the Republic of Belarus; 1996. 96 p. Russian.
  3. Ipatiev VА, Bulavik IM, Bulko NI, et al. Les i Chernobyl’. Problemy lesovedeniya i lesovodstva: sbornik nauchnykh trudov Instituta lesa NAN Belarusi [Forest and Chernobyl. In: Problems of forestry and forest management: collection of scientific papers of the Forest Institute of the National Academy of Sciences of Belarus]. 1993;37(1):34–43. Russian.
  4. Ipatiev VА, Bulko NI, Mitin NV, et al. Radioekologicheskii fenomen lesnykh ekosistem [Radioecological phenomenon of forest ecosystems]. Gomel: Forest Institute of the NAS of Belarus; 2004. 310 p. Russian.
  5. Shcheglov AI, Tsvetnova OB. Rol’ lesnykh ekosistem pri radioaktivnom zagryaznenii [The role of forest ecosystems in radioactive contamination]. Nature. 2001;4:22–32. Russian.
  6. Dvornik AM, Dvornik AA. Radioizotopy i ikh stabil’nye analogi v lesnykh ekosistemakh [Radioisotopes and their stable analogues in forest ecosystems]. Bulletin of the F. Skorina Gomel State University. 2008;5(50):14–19. Russian.
  7. Lipatov DN, Shcheglov AI, Monakhov DV, et al. Prostranstvennoe raspredelenie chernobyl’skogo 137Cs, stabil’nogo 133Cs i tyazhelykh metallov v podstilke elnika [Spatial distribution of Chernobyl 137Cs, stable 133Cs and heavy metals in spruce forest litter]. Radiation Biology. Radioecology. 2018;58(6):653–663. DOI:10.1134/S0869803118060085. Russian.
  8. Pavlotskaya FI. Migratsiya radioaktivnykh produktov global’nykh vypadenii v pochvakh [Migration of radioactive products of global precipitation in soils]. Moskow: Atomizdat; 1974. 216 p. Russian.
  9. Yoshida S, Muramatsu Y, Dvornik AM, et al. Equilibrium of radiocesium with stable cesium within the biological cycle of contaminated forest ecosystems. Journal of Environmental Radioactivity. 2004;75(3):301–313. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2003.12.008.
  10. Rühm W, Yoshida S, Muramatsu Y, et al. Distribution patterns for stable 133Cs and their implications with respect to the long-term fate of radioactive 134Cs and 137Cs in a semi-natural ecosystem. Journal of Environmental Radioactivity. 1999;45:253–270. DOI: 10.1016/S0265-931X(98)00104-0.
  11. Chao JH, Chiu CY, Lee HP. Distribution and uptake of 137Cs in relation to alkali metals in a perhumid montane forest ecosystem. Applied Radiation and Isotopes. 2008;66(10):1287–1294. DOI: 10.1016/j.apradiso.2008.02.087.
  12. Vinichuk M. Accumulation of potassium, rubidium and caesium (133Cs and 137Cs) in various fractions of soil and fungi in a Swedish forest. Science of The Total Environment. 2010;408(12):2543–2548. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2010.02.024.
  13. Yoshida S, Muramatsu Y. Concentrations of alkali and alkaline earth elements in mushrooms and plants collected in a Japanese pine forest, and their relationship with 137Cs. Journal of Environmental Radioactivity. 1998;41(2):183–205. DOI: 10.1016/S0265-931X(97)00098-2.
  14. Yoshida S, Muramatsu Y, Steiner M, et al. Stable elements – as a key to predict radionuclide transport in forest ecosystems. Radioprotection. 2002;37:391–396. DOI: 10.1051/radiopro/2002073.
  15. Rühm W, Kammerer L, Hiersche L, et al. The 137Cs/134Cs ratio in fungi as an indicator ofthe major mycelium location in forest soil. Journal of Environmental Radioactivity. 1997;35(2):129–148. DOI: 10.1016/S0265-931X(96)00051-3.
  16. Ramzaev V, Barkovsky A, Gromov A, et al. Epiphytic fruticose lichens as biomonitors for retrospective evaluation of the 134Cs/137Cs ratio in Fukushima fallout. Journal of Environmental Radioactivity. 2014;138:177–185. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2014.09.001.
  17. Nimis PL. Radiocesium in plants of forest ecosystems. Studia Geobotanica. 1996;15:3–49.
  18. Byazrov LG. Lishainiki – indikatory radioaktivnogo zagryazneniya [Lichens – indicators of radioactive contamination]. Moscow: KMK Scientific Press Ltd.; 2005. 476 p.
  19. Ramzaev VP, Barkovsky AN, Gromov AV. Temporal variations of 7Be, 40K, 134Cs and 137Cs in epiphytic lichens (genus Usnea) at the Sakhalin and Kunashir islands after the Fukushima accident. Radiation Hygiene. 2016;9(3):14–27. DOI: 10.21514/1998-426Х-2016-9-3-14-27.
  20. Conti ME, Cecchett G. Biological monitoring: lichens as bioindicators of air pollution assessment – a review. Environmental Pollution. 2001;114(3):471–492. DOI: 10.1016/j.polar.2020.100536.
  21. Santitoro A, Aprile GG, Baldantoni D, et al. Trace element analyses an epiphytic lichen and its bark substrate to assess suitability for air biomonitoring. Environmental Monitoring and Assessment. 2004;98:59–67. DOI: 10.1023/b:emas.0000038179.24535.9c.
  22. Rosner G, Winkler R. Nuclide-dependent local and collector surface effects in sampling of radioactive deposition to ground. Applied Radiation and Isotopes. 2001;55(6):823–829. DOI: 10.1016/s0969-8043(01)00132-4.
  23. Yoshida S, Muramatsu Y. Determination of major and trace elements in mushroom, plant and soil samples collected from Japanese forests. International Journal of Environmental Analytical Chemistry. 1997;67(1–4):49–58. DOI: 10.1080/03067319708031393.
Опубликован
2023-11-03
Ключевые слова: почва, лишайник, мох, сосновый лес, радиоактивный цезий, стабильный цезий, изотопное отношение
Как цитировать
Сеглин, В., Шамаль, Н., Куриленко, Р., Король, Р., Дворник, А., Никитин, А., Симончик, Ю., & Тимохина, Н. (2023). Распределение радиоактивного и стабильного цезия в почвах и растениях лесных экосистем. Журнал Белорусского государственного университета. Экология, 1. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/ecology/article/view/5872
Выпуск
№ 1 (2023): Журнал Белорусского государственного университета. Экология.
Раздел
Радиоэкология и радиобиология, радиационная безопасность