Почвоведение, 2022, № 12, стр. 1610-1620

ВВЕДЕНИЕ

В белорусском секторе зоны отчуждения (ЗО) Чернобыльской АЭС (ЧАЭС), в границах которой функционирует Полесский радиационно-экологический заповедник, сосредоточено 30% выпавшего в Беларуси ¹³⁷Cs и 73% ⁹⁰Sr, которые неравномерно и мозаично распределены по территории, а в его заповедной зоне плотность поверхностного загрязнения почвы ¹³⁷Cs достигает 16 465 кБк/м², ⁹⁰Sr – 2701 кБк/м² [1]. Суммарные запасы их активности в биомассе черноольховых лесов заповедной зоны составляют около 102.0 × 10¹² Бк ¹³⁷Cs и 10.4 × 10¹² Бк ⁹⁰Sr [10].

Черноольховые леса по состоянию на 2020 г. занимают 14 783 га, или 10.6% лесопокрытой площади заповедника. В типологической структуре формации преобладают черноольшаники снытевый (15.2%), локализованный в типе лесорастительных условий Д₃ [38], крапивный (11.2%) – в Д₄, таволговый (16.8%) и папоротниковый (34.2%) – в С₄, и осоковый (16.9%) – в С₅. На насаждения ольхи черной старше 60 лет приходится 33.1% площади. Из них более 80% находятся в заповедной зоне, в которой на протяжении 35 лет отсутствовало антропогенное влияние на развитие лесных фитоценозов по причине высокого радиоактивного загрязнения территории.

К настоящему времени в загрязненных радионуклидами лесных биогеоценозах Беларуси сформировался замкнутый биологический круговорот радиоактивных веществ. На гидроморфных почвах в него вовлечено 6–12% ¹³⁷Cs [1]. Часть радионуклидов аккумулирована в лесных подстилках.

Лесная подстилка (ЛП) – биогеогоризонт, в определенной степени особый компонент лесного биогеоценоза, задерживающий в себе минеральные элементы [17], включая радионуклиды. В радиоактивно загрязненных лесах она является биогеохимическим барьером для их вертикального перемещения [37], временно удерживая их в своей толще и пролонгируя переход в минеральную часть почвы [16]. К осени 1986 г. в ЛП содержалось 80.5–87.3% выпавших на леса радиоактивных веществ. В 1992 г. в 30-километровой зоне ЧАЭС Украины ею удерживалось 58.3–90.5% ¹³⁷Cs от суммарной плотности загрязнения, в 1995 г. – до 70% радиоактивных выпадений [37]. В ЛП березняка черничного в белорусском секторе ЗО ЧАЭС содержалось 7.0% ¹³⁷Cs и 8.3% ⁹⁰Sr от совокупного в фитоценозе [25].

Наименьшей способностью удерживать радионуклиды обладают ЛП черноольховых лесов на гидроморфных почвах [1, 15, 29, 37]. В Беларуси в конце 1980-х гг. запас радионуклидов в них составлял около 30% от общего количества в почве, в начале 1990-х гг. – менее 10% [29], а через 30–35 лет после аварии на ЧАЭС содержание ¹³⁷Cs в ЛП черноольшаников снизилось до 5.9% [1].

Способность ЛП удерживать радионуклиды определяется ее мощностью, запасом, составом и возрастом древостоя, а также видовым составом и обилием нижних ярусов растительности, условиями увлажнения, микробиологической активностью и другими факторами [16, 20, 29, 37]. Сведения о толщине ЛП в черноольшаниках Беларуси встречаются во многих публикациях [9, 32, 39], но работ, посвященных непосредственно изучению их характеристик для условий Полесья, не выявлено. Поэтому, наряду с оценкой современных запасов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в ЛП черноольшаников ЗО ЧАЭС, актуальным вопросом является определение характеристик самих подстилок.

Цель исследования – установить современные характеристики ЛП в черноольшаниках белорусского сектора ЗО ЧАЭС, оценить в них запасы ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr, выявить существующие между ними связи и влияющие факторы.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Исследования ЛП и содержания в ней ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr проводили в белорусском секторе ЗО ЧАЭС с 15 сентября по 5 октября 2020 г. на временных пробных площадях, заложенных в черноольшаниках снытевых (7), крапивных (3), папортниковых (9) и осоковых (7), произрастающих в заповедной зоне Полесского заповедника, ограниченной изолинией плотности поверхностного загрязнения почвы ¹³⁷Cs более 40 Ки/км² (1480 кБк/м²). Закладку пробных площадей выполняли в соответствии с источником [27] и методами, описанными в работе [19]. При определении таксационных показателей древостоев использовали справочник [21].

Древостои ольхи черной 51–80-летнего возраста, высокополнотные (0.78–1.28), чистые или с 10–20% примесью березы и дуба и с единичным участием в составе осины, граба, ясеня, клена, липы, вяза и других пород, по запасам стволовой древесины (290–660 м³/га) близки к нормальным насаждениям ольхи черной в Беларуси. Средняя по типам леса таксационная характеристика приведена в табл. 1, детальная – в работе [35].

Материалы анализировали по типам леса, характеризующимся различными условиями местопроизрастания. Согласно лесотипологическим таблицам [38], каждому типу леса соответствует конкретный тип лесорастительных условий, или эдафотоп, обозначаемый индексами трофности и влажности. В исследованных черноольшаниках трофотоп С указывает на относительно плодородные почвы, Д – на наиболее плодородные; индекс влажности 3 соответствует влажным почвам, 4 – сырым, 5 – мокрым.

Основными фоновыми и индикаторными видами живого напочвенного покрова в порядке уменьшения ими проективного покрытия почвы являются: в черноольшанике снытевом – Galeobdolon luteum Huds., Stellaria holostea L., Aegopodium podagraria L., Asarum europaeum L., Geum rivale L., Dryopteris carthusiana (Vill.) H. P. Fuchs, Carex acuta L., C. pallescens L., Paris quadrifolia L.; в крапивном – Urtica dioica L., Impatiens glandulifera Royle, Dryopteris carthusiana (Vill.) H. P. Fuchs, D. filix-mas (L.) Schott, Athyrium filix-femina (L.) Roth, Galium palustre L., Carex elongata L., Aegopodium podagraria L.; в папоротниковом – Athyrium filix-femina (L.) Roth, Dryopteris carthusiana (Vill.) H. P. Fuchs, Carex elongata L., C. canescens L., Urtica dioica L., Impatiens noli-tangere L., Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud., Galium palustre L., Lycopus europaeus L., Filipendula ulmaria (L.) Maxim.; в осоковом – Carex elongata L., C. pseudocyperus L., C. vesicaria L., C. canescens L., C. acutiformis Ehrh., C. acutiformis Ehrh., Urtica dioica L., Dryopteris carthusiana (Vill.) H. P. Fuchs, Athyrium filix-femina (L.) Roth, Lycopus europaeus L., Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud.

Почвы под насаждениями ольхи черной торфяно-болотные низинные, со среднемощным (до 50 см) слоем сильноразложившегося кислого органического материала, сменяемым глеевым горизонтом, начиная с глубины 30 см, в условиях преимущественно грунтового увлажнения (Dystric Rheic Sapric Histosols) [23, 30].

Согласно классификации [4], исследуемые ЛП черноольшаников ЗО ЧАЭС относятся к торфянистому типу.

Определение мощности и запаса ЛП на пробных площадях выполняли методом отбора образцов на учетных площадках при помощи шаблона размером 0.5 × 0.5 м. Количество площадок определяли исходя из того, что запас и мощность ЛП в пределах насаждения зависят от степени однородности участка, его микрорельефа, особенностей лесных насаждений и подвержены сильным колебаниям [2, 11, 17, 31, 34], а для определения запаса ЛП в определенном типе леса широколиственно-еловых лесов с 20%-ной точностью необходим отбор 43 проб при вероятности 0.95 и 31 пробы – при вероятности 0.90 [17]. Отбор образцов ЛП в черноольшаниках проводили на каждой пробной площади в 15-кратной повторности при равномерном размещении учетных площадок. В снытевом и осоковом типах леса заложено по 105 учетных площадок, в папоротниковом – 135, в крапивном – 45.

Поскольку точность определения толщины ЛП в сосняках при 40–50 замерах составляет 7–12% [3], то в ольшаниках ЗО ЧАЭС ее измеряли на каждой из четырех сторон учетных площадок и определяли среднее значение. В итоге на каждой временной пробной площади произведено по 60, а по типам леса – по 180–540 замеров, чем обеспечивалась высокая точность средней толщины ЛП.

На каждой площадке определяли массу образцов ЛП при естественной влажности, которые в пределах пробной площади объединяли, перемешивали и отбирали среднюю пробу.

Влажность измельченных средних проб ЛП определяли методом высушивания до постоянной массы при 100–105°С в соответствии с ГОСТ 28268-89 “Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений”. Затем рассчитывали их абсолютно сухой вес, запас абсолютно сухой массы и плотность сложения ЛП на учетных площадках и в среднем на пробной площади [22]. Далее рассчитывали средние показатели мощности, запаса и плотности сложения ЛП и отдельные статистические показатели для каждого типа леса и формации в целом.

Средние пробы ЛП на пробной площади делили на три равные части, в каждой определяли удельную активность (А_у) ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr на сцинтилляционном гамма-бета-спектрометре МКС-АТ1315 (Беларусь). Величины А_у¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr на временных пробных площадях в образцах рассчитывали как среднее из трех измерений.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Мощность лесной подстилки. В лесах Беларуси толщина ЛП колеблется в пределах от 1 до 5 см, иногда достигая 10 см и более, в том числе в черноольшаниках – до 4–5 см [32]. В 1960-х гг. в черноольшанике снытевом она составляла 3.0 см, в крапивном – 2.2 см, в папоротниковом – 3.3 см, в осоковом – 3.2 см [39]. В диапазоне 2–3 см находилась ее мощность на мелиорированных почвах в аналогичных типах леса на сопредельной с ЗО ЧАЭС территории [9]. В Припятском заповеднике, расположенном в 130 км северо-западнее ЗО ЧАЭС, в черноольшанике крапивном она составляла 4 см, в осоковом – 3 см, в березняке долгомошном – 3 см [5]. Близкими величинами характеризовалась толщина ЛП в березняках снытевом (3 см) и папоротниковом (2–4 см) Беларуси [40]. В загрязненных радионуклидами лесах Брянской и Калужской областей России, расположенных восточнее ЧАЭС и на 0.5°–3° севернее ее широты, средняя мощность ЛП изменяется в диапазоне 4–5 см, в том числе в черноольшаниках – 2–4 см [37].

Установлено (табл. 2), что в ЗО ЧАЭС средняя толщина ЛП в насаждениях четырех типов леса ольхи черной составляет 3.7 ± 0.08 см при среднем коэффициенте вариации (36.6%) и очень высокой (3.6%) точности.

Средняя мощность ЛП по типам леса изменяется в узком диапазоне (3.3–3.9 см) при значительной разбежке коэффициентов вариации (25.9–59.0%) и высокой точности (2.9–5.8%). Максимальная ее изменчивость и наименьшая точность отмечаются в черноольшанике осоковом. В лесах Брянской области толщина ЛП варьирует в более узких пределах (24.9–35.7%) [37].

Несмотря на то, что исследования ЛП в ЗО ЧАЭС выполнены до начала массового листопада, когда толщина этого компонента фитоценозов под лиственными древостоями минимальна [17, 28], установленная ее мощность по типам леса на 10.0–72.7% превышала данные 1960-х гг. [39].

Запас лесной подстилки в насаждениях зависит от ее мощности, плотности, скорости разложения органического вещества, определяемой увлажнением почв, составом опада, то есть видами и обилием растений в фитоценозе [13, 17]. Количество опада определяется типом биогеоценоза и климатическими условиями года, а основным компонентом в его составе является масса опавших листьев, доля которых в черноольховых лесах достигает 40% [37].

Вес сухой массы ЛП под пологом лесов величина относительно постоянная и по обобщенным данным находится в пределах 2–4 кг/м² (здесь и далее по тексту запасы ЛП из цитируемых источников приведены в кг/м²), достигая иногда 5–10 кг/м² [18]. В листопадном лесу теплого умеренного климата, согласно работе [36], ее масса составляет около 1–2 кг/м².

Запасы ЛП меняются с географической широтой. В Евразии средние их величины уменьшаются от заболоченных лесов таежной зоны (до 10.0 кг/м²) до лесостепных районов (<2.0 кг/м²) [26]. В природной зоне широколиственных лесов (в ней расположена ЗО ЧАЭС), расчетная масса ЛП в лесах равна 1.5 кг/м² [33]. В западных районах бывшего СССР количество ЛП под березняками составляло 1.0–1.4 кг/м² [8], севернее ЗО ЧАЭС, в лесах Южной Прибалтики в типе лесорастительных условий С₃ – 2.63 кг/м², в Д₃ – 9.5 кг/м² [7], южнее, в хвойных и листопадных насаждениях Украинского Полесья в типе С₃ – 0.734 кг/м², Д₃ – 0.809 кг/м², Д₄ – 0.434 кг/м² [20], в лесах Брянской и Калужской областей – 2–10 кг/м², в том числе в черноольшаниках – 2–4 кг/м² [37].

Согласно работе [2], одним из основных факторов, влияющих на процесс формирования ЛП, является рельеф, определяющий почвенное увлажнение. По мере понижения рельефа ее запасы уменьшаются от сухих условий до влажных и возрастают при дальнейшем увеличении влагообеспеченности. В экологическом (типологическом) ряду болотных березняков Западной Сибири масса ЛП изменяется в пределах 2.1–4.5 кг/м² [12]. В черноольшаниках Беларуси местоположение и рельеф насаждений определяет тип леса, тип лесорастительных условий, прежде всего, его гигротоп, то есть степень увлажнения почвы [38, 39].

В ЗО ЧАЭС запасы ЛП в 26 насаждениях четырех типов леса черноольховой формации изменялись в диапазоне 1.1–6.0 кг/м², составляя в среднем 2.7 ± 0.08 кг/м² при 58.4% вариабельности и высокой (3.0%) точности. Средние ее величины по типам леса располагались в крайне узком (2.4–2.8 кг/м²) диапазоне.

Наиболее низкие коэффициенты вариации средних значений запасов ЛП отмечены в черноольшанике крапивном (33.5%), средние – в папоротниковом (41.8%) и снытевом (53.2%). Сильная изменчивость (86.5%) наблюдалась в осоковом типе леса. Это значительно больше вариабельности ее запасов в лесах Брянской области (21.6–28.6%) [37] и в болотных березняках Западной Сибири (16–26%) [12]. При этом всем типам леса свойственна высокая точность средних величин запасов ЛП.

Учитывая, что масса опада в лесах зависит от типа биогеоценоза (у нас они однотипные) и климатических условий года [37], считаем, что отсутствие достоверной разницы в мощности и запасах ЛП между типами леса ольхи черной, превышение современной ее мощности по сравнению с 1960 г., а также высокая изменчивость запаса и толщины ЛП в черноольшанике осоковом обусловлена погодно-климатическими факторами. Так, если за 1997–2012 гг. по данным исследовательской станции “Масаны”, расположенной на территории ЗО ЧАЭС, среднегодовая температура воздуха составляла +7.8°С, сумма осадков – 609 мм, коэффициент увлажнения по Иванову – 0.8–1.3 [24], то за 2016–2020 гг. средняя температура воздуха повысилась до 9.0°С, количество осадков снизились до 586 мм, степень увлажнения территории по Иванову – до 0.86, в том числе за май–сентябрь – до 0.66 (табл. 3).

Для периода современного потепления климата (1989–2019 гг.) в районе ЗО ЧАЭС значительно выросли повторяемость и глубина засушливых явлений [6]. Все это привело к нерегулярным и непродолжительным весенним затоплениям поверхности почвы или их отсутствию в черноольшаниках, к существенному и длительному понижению уровней грунтовых вод, к уменьшению влажности верхних горизонтов почв и ЛП в них.

Вегетационный период 2020 г. был весьма засушливым. Во время отбора проб минимальные значения имели коэффициент увлажнения по Иванову территории ЗО ЧАЭС (0.13) и гидротермический коэффициент Селянинова (0.21), а верхние горизонты почв с ЛП в черноольшаниках вследствие многолетней (2015–2020 гг.) засухи характеризовались большей частью как свежие. В то же время в насаждениях черноольшаника осокового индекс влажности изменялся от свежих до влажных и сырых, что обеспечило более высокую изменчивость запасов и толщины ЛП в этом типе леса. Засушливые погодные явления, обеспечившие низкую влажность почв в черноольховых лесах, создали неблагоприятные гидротермические условия для развития микробиологической деятельности и разложения ЛП [37], что стало причиной уменьшения скорости ее разложения. Выравнивание условий увлажнения и интенсивности разложения ЛП в черноольшаниках, кроме некоторых насаждений осокового, привело к нивелированию их мощности и запаса в разных типах леса. Значительные различия влажности верхних слоев почв в насаждениях чернольшаника осокового обеспечили высокую изменчивость обоих характеристик ЛП.

Плотность лесной подстилки по отдельным учетным площадкам ольхи черной варьирует в пределах 0.03–0.21 г/см³, наиболее сильно – в черноольшаниках снытевом и осоковом. Средняя ее величина по формации составляет 0.07 ± 0.001 г/см³ при очень высокой (1.7%) точности и среднем (33.9%) коэффициенте вариации. Плотность ЛП по типам леса меняется незначительно и характеризуется средними коэффициентами вариации и высокой точностью.

Рассмотрим взаимосвязи характеристик ЛП в черноольховых лесах ЗО ЧАЭС. Так как для большинства сравниваемых в настоящей работе параметров и показателей загрязнения ЛП и почв радионуклидами свойственны ненормальные распределения выборок (табл. 4), то при оценке связей между ними рассчитывали коэффициенты корреляции Спирмена (R).

Отмечаемая авторами работ [13, 17] универсальная зависимость запаса ЛП от ее мощности и плотности подтверждена нашими исследованиями для насаждений черноольховой формации ЗО ЧАЭС. В них установлена средняя высоко значимая (здесь и далее по Чеддоку) корреляционная связь запаса ЛП и ее толщины (табл. 5). С учетом всех площадок (n = 390) зависимость между этими показателями характеризуется как сильная (R = 0.758), а также прослеживается средняя корреляция между запасом ЛП и плотностью ее сложения (R = 0.524).

Сообщение о влиянии таксационных показателей древостоев на запасы ЛП в одинаковых условиях увлажнения [2] в черноольшаниках ЗО ЧАЭС не подтвердилось: корреляционные связи между ними не выявлены.

В подвергшихся радиоактивному загрязнению лесах ЛП выполняют роль депо радионуклидов в процессе их перераспределения между элементами биогеоценозов, задерживая их поступление в подпостилочные слои почвы [16, 37].

Радиоактивное загрязнение ЛП в черноольшаниках ЗО ЧАЭС. Мощность дозы γ-излучения в насаждениях ольхи черной варьирует в пределах 0.2–6.9 мкЗв/ч и составляет в среднем 1.1 ± 0.28 мкЗв/ч. Высокая мозаичность радиоактивных выпадений “чернобыльского следа” [14, 29, 37] обеспечила широкий разброс значений плотности поверхностного загрязнения почвы (ПЗ) ¹³⁷Cs по насаждениям (174–5617 кБк/м²) и высокую их изменчивость по типам леса (64.0–163.5%). Средняя по формации величина ПЗ ¹³⁷Cs составляет 1058 ± 292 кБк/м², коэффициент вариации – 140.7%. Индивидуальные величины ПЗ ⁹⁰Sr находятся в диапазоне 17–348 кБк/м². Среднее значение почти на математический порядок (115 ± 13 кБк/м²), а коэффициент вариации (59.1%) в 2.4 раза меньше по сравнению с аналогичными показателями ¹³⁷Cs. Вариабельность значений ПЗ почвы ⁹⁰Sr по типам леса также несколько ниже (43.3–93.6%). Соотношение средних величин ПЗ ¹³⁷Cs/ПЗ ⁹⁰Sr по типам леса изменяется от 7.1 до 12.7 и в среднем для формации составляет 9.2.

Средние значения ПЗ ¹³⁷Cs (1004–1314 кБк/м²), как и ПЗ ⁹⁰Sr (106–142 кБк/м²) в черноольшаниках, кроме крапивного типа леса, близки между собой при несколько повышенной величине ПЗ ¹³⁷Cs в наиболее влагообеспеченном черноольшанике осоковом и несущественно пониженной ПЗ ⁹⁰Sr – в папоротниковом (рис. 1).

Рис. 1.

Плотность загрязнения почвы, кБк/м²: a – ¹³⁷Cs, b – ⁹⁰Sr. Здесь и далее: 1 – среднее, 2 – среднее ± ± стандартная ошибка, 3 – минимум–максимум.

Близость средних значений ПЗ обоих радионуклидов указывает на относительную однородность выборок по этому показателю в трех типах леса. Выпадение из этого ряда черноольшаника крапивного обусловлено, скорее всего, случайно низкими уровнями ПЗ ¹³⁷Cs и особенно ПЗ ⁹⁰Sr в подобранных насаждениях, и небольшим объемом выборки. Тем не менее, достоверные различия между средними величинами ПЗ ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в крапивном типе леса с аналогичными показателями черноольшаников снытевого, папоротникового и осокового расчетами не выявлены, что обусловлено широким разбросом индивидуальных значений показателей загрязнения почвы обоих радионуклидов в пределах типов леса.

В ЛП радионуклиды попадают с опадом, в котором их концентрация зависит от содержания в почве, видового состава древостоя, погодно-климатических и почвенно-экологических условий [37]. В черноольховых фитоценозах ЗО ЧАЭС наблюдается широкий размах колебаний крайних значений А_у¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в ЛП как в пределах типов леса (рис. 2), так и в целом по формации – 2.6–170.8 и 0.6–14.3 кБк/кг соответственно.

Рис. 2.

Удельная активность в лесной подстилке, ×10⁵ Бк/кг: a – ¹³⁷Cs, b – ⁹⁰Sr.

Средняя А_у¹³⁷Cs в ЛП черноольховых типах леса, за исключением черноольшаника крапивного, имеет близкие значения (24.1–29.9 кБк/кг). В целом по формации концентрация ¹³⁷Cs в ЛП изменяется синхронно с А_у¹³⁷Cs в почве и ПЗ ¹³⁷Cs, что подтверждают ее средняя (R = 0.634) и тесная (R = 0.763) высоко значимые (р < 0.001) корреляционные связи с этими показателями.

Более существенны различия средних значений А_у⁹⁰Sr в данном элементе биогеоценоза ольхи черной. В ряду типов леса черноольшаник снытевый (4.8 кБк/кг) < черноольшаник папоротниковый (3.4 кБк/кг) < черноольшаник осоковый (2.7 кБк/кг) вместе с повышением влажности почв прослеживается тенденция снижения средней концентрации ⁹⁰Sr в ЛП. В этом направлении растет и отношение средних А_у¹³⁷Cs/А_у⁹⁰Sr в ней от 5.0 и 5.4 в снытевом и крапивном типах леса до 8.9 и 10.0 в папоротниковом и осоковом, что, вероятно, обусловлено интенсификацией переноса ⁹⁰Sr в подпостилочные слои с ростом влажности подстилки [37].

Доминирующим фактором, определяющим А_у⁹⁰Sr в ЛП, является содержание радионуклида в верхних слоях 200 мм почв. На это указывают средняя корреляционная связь А_у⁹⁰Sr в ЛП с А_у⁹⁰Sr в почве (R = 0.605, p < 0.01) и высокая – с ПЗ ⁹⁰Sr (R = 0.704, p < 0.001).

В работе [37] указывается на значимое влияние мощности ЛП на миграцию радионуклидов, особенно ¹³⁷Cs в диапазоне до 3.5–4.0 см. В черноольшаниках ЗО ЧАЭС корреляционные связи концентрации ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в подстилке с ее толщиной не выявлены. Наблюдается слабая значимая корреляция между А_у⁹⁰Sr в подстилке с ее мортмассой.

Лиственные леса, особенно черноольховые, характеризуются наименьшей способностью удерживать радионуклиды [29, 37]. В черноольшаниках ЗО ЧАЭС разница максимального и минимального запасов ¹³⁷Cs в ЛП (рис. 3) достигает 92 раз, ⁹⁰Sr – 38. Коэффициенты вариации их значений по формации составляют 151.5 и 102.3% соответственно. По типам черноольховых лесов соотношение крайних величин запасов ¹³⁷Cs в ЛП варьирует в диапазоне 5.0–29.3, ⁹⁰Sr – 4.8–16.5 раз.

Рис. 3.

Содержание в лесной подстилке, кБк/м²: a – ¹³⁷Cs, b – ⁹⁰Sr.

Средние запасы обоих радионуклидов в ЛП черноольшаников (рис. 3) изменяются по типам леса синхронно с их А_у (рис. 2) и с ПЗ (рис. 1). Частные величины запаса ¹³⁷Cs в ЛП всех насаждений ольхи черной находятся в высоко значимых (p < 0.01) средних по силе корреляционных связях с А_у¹³⁷Cs в подстилке (R = 0.587), а запаса ⁹⁰Sr – с А_у⁹⁰Sr в ней (R = 0.584). Средняя корреляция на том же уровне значимости наблюдается между активностью ¹³⁷Cs в ЛП и ПЗ ¹³⁷Cs (R = 0.658) и между активностью ⁹⁰Sr в ней и ПЗ ⁹⁰Sr (R = 0.676). Установленные зависимости объясняют пониженные уровни концентрации ¹³⁷Cs (7.5 кБк/кг) и ⁹⁰Sr (1.4 кБк/кг) и их запасы (18.4 и 3.4 кБк/м²) в ЛП черноольшаника крапивного низким их содержанием в почве данного типа леса.

Выявлены средние по силе зависимости запасов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в ЛП черноольшаников от запасов самих подстилок и слабая связь запаса более подвижного в этих условиях ¹³⁷Cs с их мощностью (табл. 5).

Так как на объектах исследований древостои ольхи черной однородны [35], то их влияние на накопление радионуклидов в ЛП разных типов леса несущественно. Поэтому корреляционные связи А_у и запасов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в ЛП с возрастом, средними высотой и диаметром, абсолютной и относительной полнотами, стволовым запасом высоковозрастных древостоев ольхи черной не выявлены.

Суммарное содержание ¹³⁷Cs в ЛП черноольховых лесов белорусского сектора ЗО ЧАЭС на конец сентября–начало октября 2020 г. составляло 10.6 × 10¹² Бк, ⁹⁰Sr – 1.4 × 10¹² Бк. Табл. 6 носит оценочный характер и имеет определенные погрешности, так как исследованиями были охвачены только наиболее распространенные типы черноольховых лесов, покрывающих 77.4% площади формации, а полученные на них данные были экстраполированы на остальные 7 типов леса. При расчетах активности радионуклидов в ЛП всей формации типы леса объединяли в группы по принципу сходства или близости эдафических условий, прежде всего гигротопа. Учитывая идентичность типа лесорастительных условий площадь черноольшаника таволгового была присоединена к черноольшанику папоротниковому. На основе общего индекса увлажнения черноольшаники болотно-папоротниковый (С₅) и ивняковый (В₅) включены в одну группу с осоковым типом леса (С₅). Черноольшаник кисличный (Д₂) по типу лесорастительных условий отличается от всех типов леса и имеет сходство с черноольшаником снытевым по трофотопу и наибольшую близость к нему по индексу увлажнения почвы. По этой причине, а также с учетом незначительной представленности в составе формации (3.9%), данный тип леса объединен с черноольшаником снытевым.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований установлены следующие характеристики ЛП в черноольховых лесах белорусского сектора ЗО ЧАЭС. Средняя толщина ЛП по формации составляет 3.7 ± 0.08 см, средний запас – 2.7 ± 0.08 кг/м², средняя плотность сложения – 0.07 ± 0.001 г/см³. Эти показатели не имеют значимых различий по типам леса и варьируют в пределах 3.3–3.9 см, 2.4–2.8 кг/м² и 0.06–0.08 г/см³ соответственно.

Средним величинам характеристик ЛП по типам леса и черноольховой формации в целом присущи средние или высокие коэффициенты вариации и высокая точность. Наибольшая вариабельность наблюдается в черноольшанике осоковом, что связано с выраженной дифференциацией влажности верхних слоев почв в насаждениях. Незначительные различия средних показателей характеристик ЛП между типами леса ольхи черной обусловлены климатическими факторами, которые способствовали выравниванию гидрологической обстановки в насаждениях этой породы, а, следовательно, и мощности, и запасов ЛП в них.

Радиологическая обстановка в черноольшаниках ЗО ЧАЭС характеризуется значительным колебанием мощности дозы γ-излучения и высокой мозаичностью ПЗ ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr. При этом ПЗ ⁹⁰Sr почти на математический порядок меньше, чем ПЗ ¹³⁷Cs.

Концентрации и запасам ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в ЛП черноольшаников свойственны широкий размах колебаний и высокая вариабельность частных значений. Средние величины А_у¹³⁷Cs в ЛП по типам леса, за исключением черноольшаника крапивного, близки между собой. Увеличение влажности почв сопровождается снижением средней величины А_у⁹⁰Sr и ростом отношения средних А_у¹³⁷Cs/А_у⁹⁰Sr. Запасы обоих радионуклидов в ЛП по типам леса изменяются синхронно с их А_у и ПЗ и тесно коррелируют с ними, а также имеют среднюю корреляционную связь с массой ЛП. Запас ¹³⁷Cs слабо связан с мощностью подстилок.

Суммарная активность ¹³⁷Cs в ЛП всех насаждений ольхи черной в ЗО ЧАЭС составляет 10.6 × 10¹² Бк и ⁹⁰Sr – 1.4 × 10¹² Бк.

Полученные данные могут быть включены в базы данных биологической продуктивности черноольховых лесов для зоны широколиственных лесов и использоваться в радиоэкологии.