1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Радиационная биология. Радиоэкология
  4. T. 62, № 5, 2022

Радиационная биология. Радиоэкология, 2022, T. 62, № 5, стр. 543-554

НАКОПЛЕНИЕ 137Cs ЛИШАЙНИКАМИ РОДА Cladonia В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ КОЛЬСКОЙ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

М. Б. Попова 1, *, Д. Н. Липатов 2, Д. В. Манахов 2, А. Н. Кизеев 3, С. Ф. Ушамова 4

1 Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Москва, Россия

2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Москва, Россия

3 Cеверо-Западный научный центр гигиены и общественного здоровья Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
Санкт-Петербург, Россия

4 Лапландский государственный природный биосферный заповедник
Мончегорск, Россия

* E-mail: marbpop@gmail.com

Поступила в редакцию 28.12.2021
После доработки 05.06.2022
Принята к публикации 29.06.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Изучены накопление 137Cs и его стратификация в талломах лишайников рода Cladonia, произрастающих в районе расположения Кольской атомной электростанции. Для этого отобраны образцы ягеля на 12 пробных площадках в санитарно-защитной зоне станции, зоне наблюдения и на фоновой территории. Удельные активности 137Cs в пробах определяли с помощью сцинтилляционного гамма-спектрометра. Средневзвешенные удельные активности 137Cs в лишайниках рода Cladonia составили 22.3–104.8 Бк/кг, при этом большая часть радиоцезия была сосредоточена в верхних частях талломов. Статистическая обработка данных с применением одновыборочного t-критерия, коэффициента Спирмена и кластерного анализа указала на доминирующую роль глобальных выпадений в поступлении 137Cs в лишайники, при этом возможное влияние Кольской атомной электростанции на этот процесс ограничивается санитарно-защитной зоной.

Ключевые слова: лишайники рода Cladonia, подеции, 137Cs, 40К, Кольская атомная электростанция, корреляционный анализ

Лесные биогеоценозы Крайнего Севера подвержены сильному антропогенному воздействию. Арктическая зона Российской Федерации (АЗРФ), составляющая значительную часть Северного полушария Земли, длительное время подвергалась загрязнению техногенными радионуклидами в результате трансграничного переноса этих веществ и глобальных аэральных выпадений. В АЗРФ также существуют местные промышленные источники локального поступления радионуклидов в окружающую среду [1, 2].

В Мурманской области сконцентрирован ряд объектов, представляющих потенциальную радиационную опасность. К ним относятся Кольская атомная электростанция (КоАЭС), ледоколы и субмарины с ядерными энергетическими установками (ЯЭУ); предприятия, осуществляющие ремонт, модернизацию, переоборудование и утилизацию кораблей, судов и иной морской техники с ЯЭУ; хранилища радиоактивных отходов, объекты проведения подземных ядерных взрывов малой мощности и другие источники ионизирующих излучений [3, 4].

В некоторых живых организмах радионуклиды могут накапливаться в концентрациях, превышающих их содержание в окружающей среде. В радиоэкологическом аспекте особое внимание заслуживают лишайники – компоненты растительного покрова с высокой концентрирующей способностью [5–8]. Они являются общепризнанными биоиндикаторами радиоактивного загрязнения окружающей среды в силу своих эколого-морфологических особенностей, таких как преимущественно атмосферный тип питания, широкий ареал распространения, медленное нарастание биомассы, большая сорбционная емкость и прочность фиксации высокодисперсных радиоактивных частиц [9–12]. Лишайники играют существенную роль в процессах первичного перехватывания и аккумулирования радионуклидов, поступающих на земную поверхность. Мохово-лишайниковый покров способен фиксировать до 80% радиоактивных веществ, поступающих с аэральными выпадениями и на неопределенно продолжительное время задерживать последующие процессы миграции и перераспределения радионуклидов в почвенно-растительном покрове [5], а концентрация излучателей в лишайниках, как правило, способна превышать таковую в наземных высших растениях [13]. Считается, что лишайники способны поглощать некоторое количество элементов питания из почвы, но точный вклад почвы в их питание не известен, по отдельным литературным данным, он не превышает 10% [14].

Исследованиям процессов миграции и аккумуляции радионуклидов лишайниками уделяется повышенное внимание как в АЗРФ, так и на территории других стран Северного полушария Земли. Наиболее активно лишайники аккумулируют 137Cs, а основой его накопления служат физиолого-биохимические процессы, связанные с метаболической активностью талломов [15]. В фоновых арктических условиях удельные активности лишайников находятся в диапазоне от 5 до 90 Бк/кг, тогда как на загрязненных территориях за Полярным кругом в середине 1960-х удельные активности достигали значений 94 400 Бк/кг [16–18, 14, 19–22 ]. Сведения о распределении долгоживущих радионуклидов техногенного происхождения в лишайниковом покрове в районах Мурманской области, непосредственно прилегающих к КоАЭС, немногочисленны несмотря на то, что лишайники доминируют в нижних ярусах лесных экосистем. Описанный на текущий момент диапазон удельных активностей лишайников рода Cladonia в юго-западной части Кольского полуострова составляет от 16 до 90 Бк/кг [23, 24, 4, 25 ].

Исходя из вышесказанного, целью настоящей работы стало изучение аккумуляции и пространственного перераспределения 137Cs в лишайниках, как наиболее надежных индикаторах радиоактивного загрязнения, в пределах 30-километровой зоны КоАЭС.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

Объектами исследований послужили лишайники, произрастающие в радиусе до 30 км от КоАЭС. Изучение лишайников проводили на стационарной сети мониторинговых площадок, которая располагалась в виде радиально-концентрической системы от АЭС [26].

– одна площадка находилась в пределах санитарно-защитной зоны (СЗЗ) атомной станции – C-1;

– шесть пробных площадок – в зоне наблюдения (ЗН), на расстоянии до 10 км от атомной станции – С-2, П-1, П-2, П-3, П-4 и П-5;

– четыре контрольные площадки – на границе ЗН, на расстоянии 15 км – К-I, К-II, К-III и К-IV;

– одна фоновая площадка – на расстоянии 30 км от станции – Ф.

Характеристика используемых в работе площадок представлена в табл. 1.

Таблица 1.

Характеристика стационарных мониторинговых площадок Table 1. Characteristics of stationary monitoring sites

№
п/п 		Площадка Координаты,
с.ш., в.д.		 Высота над уровнем моря, м Расстояние от КоАЭС, км Тип леса (русское название), согласно: (Л.Б. Заугольнова, В.Б. Мартыненко Определитель типов леса Европейской России) Тип леса (латинское название, по доминантам), согласно: (Л.Б. Заугольнова, В.Б. Марты-ненко Определитель типов леса Европейской России)
1 С-1 67°27′59.821″
32°26′42.299″ 		170 1.8 Сосняк чернично-лишайниковый Pinus sylvestris – Vaccinium myrtillus – Cladonia spp.
2 С-2 67°28′56.701″
32°24′50.400″ 		175 3.7 Сосняк чернично-багульниково-зеленомошный Pinus sylvestris – Vaccinium spp. + + Ledum palustre – Pleurozium + + Hylocoтniuт
3 П-1 67°32′27.780″
32°19′13.260″ 		133 11.1 Сосняк чернично-лишайниковый Pinus sylvestris – Vaccinium myrtillus – Cladonia spp.
4 П-2 67°33′32.461″
32°29′16.321″ 		199 10.5 Сосняк зеленомошно-лишайниковый черничный Pinus sylvestris – Vaccinium myr-tillus. – Cladonia spp. + Pleurozium
5 П-3 67°27′7.081″
32°40′24.539″ 		153 8.1 Сосняк зеленомошно-лишайниковый черничный Pinus sylvestris – Vaccinium myrtillus. – Cladonia spp. + Pleurozium
6 П-4 67°22′50.941″
32°26′0.060″ 		162 9.6 Ельник воронично-чернично-зеленомошный (с примесью сосны) Picea obovata – Vaccinium spp. – Hylocoтniuт + Pleurozium
7 П-5 67°24′13.561″
32°20′15.900″ 		171 9.3 Сосняк зеленомошно-лишайниковый черничный Pinus sylvestris – Vaccinium myr-tillus. – Cladonia spp. + Pleurozium
8 К-I 67°34'6.060″
32°14′18.780″ 		192 15.7 Сосняк чернично-лишайниковый Pinus sylvestris – Vaccinium myrtillus – Cladonia spp.
9 К-II 67°35′25.200″
32°35′48.120″ 		160 14.8 Сосняк чернично-лишайниковый Pinus sylvestris – Vaccinium myrtillus – Cladonia spp.
10 К-III 67°26′2.940″
32°53′30.840″ 		205 17.6 Сосняк зеленомошно-лишайниковый черничный Pinus sylvestris – Vaccinium myr-tillus. – Cladonia spp. + Pleurozium
11 К-IV 67°20′8.700″
32°23′0.600″ 		166 15.1 Сосняк зеленомошно-лишайниковый черничный Pinus sylvestris – Vaccinium myr-tillus. – Cladonia spp. + Pleurozium
12 Ф 67°34′38.820″
31°49′47.219″ 		180 30.7 Сосняк чернично-лишайниковый Pinus sylvestris – Vaccinium myrtillus – Cladonia spp.

Система мониторинговых площадок располагалась в районе озер Имандра и Верхняя Пиренга. В древостое на площадках преобладает сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) V и Vа класса бонитета. Также присутствуют береза повислая (Betula pendula Roth. Х), береза пушистая (Betula pubescens Ehrh.) и ель сибирская (Picea obovata Ledeb.). В травяно-кустарничковом ярусе доминируют представители рода Vaccinium – черника миртолистная (Vaccinium myrtillus L.), а также брусника (Vaccínium vitis-idaea L.). Встречаются багульник (Ledum palustre L.), вороника (Empetrum hermaphroditum Lange ex Hagerup) и голубика (Vaccinium uliginosum L.). Нижний ярус образован лишайниковым покровом, в котором доминируют лишайники рода Cladonia – кладония звездчатая (Cladonia stellaris (Opiz) Pouzar et Vēzda), кладония оленья (Cladonia rangiferina L.) и кладония приальпийская (Cladonia alpestris (L.) Rabenh). Это кустистые, сильно разветвленные напочвенные (эпигейные) лишайники, типичные для северотаежных лесов. В ряде случаев на площадках нижний ярус представляет собой мохово-лишайниковый покров, образованный лишайниками и зелеными мхами, среди которых доминирующее положение занимают плеурозиум Шребера (Pleurozium schereberi (Brid) Mitt.) и гилокомиум блестящий (Hylocoтniuт splendens Hedw.).

Для площадок выбирались места с автоморфными условиями и однородным растительным покровом. На каждой площадке отбирались лишайники рода Cladonia – показательные биоиндикаторы, в полной мере отражающие состояние окружающей среды.

С каждой площадки было взято по одному образцу лишайников, всего 12 образцов. В лаборатории из этих образцов устранялись инородные составляющие – кора, хвоя, шишки, корни, листья и др. В дальнейшем подеции лишайников разделялись на верхнюю, среднюю и нижние части для изучения фракционирования 137Cs в лишайниковом покрове. Верхняя и средняя части соответствовали живым подециям лишайников разного возраста, а нижняя часть – мертвой толще лишайника [27, 28]. Каждый образец был высушен, измельчен и озолён в муфельной печи при температуре не более 400°С для исключения потери 137Cs. Поскольку на поглощение лишайниками 137Cs и на его распределение в подециях может оказывать влияние калий как питательный элемент и химический аналог радиоцезия, в пробах были также измерены удельные активности 40K. Удельная активность 137Cs и 40K была измерена в образцах золы на спектрометрическом комплексе “Мультирад” с гамма-детектором NaI(Tl) 63 × 63 с программным обеспечением “Прогресс” (ООО “НТЦ Амплитуда”, Россия) в пятикратной повторности с экспозицией 10 800 с. Энергетическое разрешение по линии 662 кэВ составляет 9%. Минимальная детектируемая активность при экспозиции 3600 с составляет 3 Бк. Неопределенность измерения рассчитывалась как среднеквадратическое отклонение скорости счета; неопределенность косвенных измерений – как комбинированная стандартная неопределенность от всей индивидуальной неопределенности составных частей (JCGM 100:2008). Удельные активности 90Sr были измерены в образцах золы на спектрометрическом комплексе “Мультирад” с пластиковым бета-детектором диаметром 70 мм с программным обеспечением “Прогресс” (ООО “НТЦ Амплитуда”, Россия). Минимальная детектируемая активность при экспозиции 3600 с составляет 1 Бк.

Также в работе использовались многолетние данные о скорости и повторяемости ветров в районе расположения атомной станции (за период 2012–2016 гг.), которые были получены с метеостанций АМС-1 автоматизированной системы контроля радиационной обстановки (АСКРО) КоАЭС [26].

Проводилась статистическая обработка данных. Для проверки нормального закона распределения использованы критерии Уилка–Шапиро и Колмогорова–Смирнова. Сравнение средних проводили с помощью t-критерия Стьюдента, корреляционный анализ – с помощью коэффициента корреляции Спирмена. Кластерный анализ данных выполняли методом k-средних, оценку качества классификации проводили с помощью дисперсионного анализа.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Значения удельных активностей 137Cs в различных частях подециев лишайников варьировали на исследованных площадках от 14.8 до 139.4 Бк/кг (табл. 2). Средние значения удельной активности 137Cs уменьшаются от верхней к нижней части подециев лишайников, при этом в почвенной постилке (горизонт О) снова увеличиваются (табл. 2). Сходное снижение в различных частях подециев лишайников отмечается для удельной активности 40K. Зольность увеличивается в нижней части подециев лишайников. Коэффициенты вариации удельной активности 137Cs в исследованных природных компонентах изменяются от 34.7 до 67.5%. В подециях лишайников коэффициенты вариации удельной активности К-40 значительно ниже, чем техногенного радионуклида 137Cs. Распределение удельных активностей 137Cs и 40К в исследованных компонентах лишайников и почвы удовлетворяло нормальному закону (при уровне значимости р = 0.05). Распределение зольности статистически значимо отличается от нормального закона.

Таблица 2.

Статистические характеристики варьирования удельной активности 137Cs и 40К (Бк/кг) в подециях лишайников и почвенных горизонтах на исследованной территории (n = 12) Table 2. Statistical characteristics of variation in the specific activities of 137Cs and 40K (Bq/kg) in lichen podetium and soil horizons in the study area (n = 12)

Радионуклид Компонент Среднее, Бк/кг Медиана, Бк/кг Нижний квартиль, Бк/кг Верхний квартиль, Бк/кг Стандартное отклонение, Бк/кг Коэффициент
вариации, %
137Cs Верхняя часть подециев лишайников 86.5 90.9 43.4 123.8 40.0 46.2
Средняя часть подециев лишайников 41.3 39.9 25.1 47.4 20.7 50.1
Нижняя часть подециев лишайников 36.0 27.7 22.9 42.2 22.0 61.1
Горизонт О почвы 65.2 65.9 45.6 83.5 22.6 34.7
Горизонт АО почвы 38.0 39.4 25.4 50.3 17.3 45.7
Горизонт E почвы 5.1 4.1 2.8 7.2 3.2 62.5
Горизонт B1f почвы 2.9 2.4 1.2 3.7 2.0 67.5
40K Верхняя часть подециев лишайников 90.5 91.1 80.5 97.6 12.5 13.8
Средняя часть подециев лишайников 61.1 62.4 52.8 70.6 10.7 17.5
Нижняя часть подециев лишайников 54.9 57.0 44.2 64.7 12.2 22.2
Зольность, % Верхняя часть подециев лишайников 0.93 0.8 0.7 1.0 0.4 42,3
Средняя часть подециев лишайников 1.11 0.8 0.7 1.1 0.9 84,6
Нижняя часть подециев лишайников 1.73 1.4 0.9 1.6 1.7 97.5

Для оценки накопления 137Cs лишайниками также были рассчитаны его средневзвешенные удельные активности (Ауд137Cs) с учетом массы всех частей подеция. На исследуемых площадках они составляли от 22.3 до 104.8 Бк/кг (рис. 1, a), при этом наибольший вклад в удельную активность вносили верхние части подециев (рис. 1, б). При измерении удельных активностей 90Sr в счетных образцах было обнаружено, что они ниже минимальной детектируемой активности, поэтому в данном исследовании не рассматривались. Cредневзвешенные удельные активности 40K в подециях находились в пределах 56.8–85.0 Бк/кг, что соответствует массовому содержанию стабильного калия-39 от 1855 до 2769 мг/кг, согласно соотношению изотопов природного калия (табл. SM2). Эти значения попадают в диапазон 481–7900 мг/кг, описанный в отечественной научной литературе для лишайников рода Cladonia в АЗРФ [7, 29].

Рис. 1.

Доли запаса 137Cs (a) и 40К (б) в нижней (1), средней (2) и верхней (3) частях подециев лишайников рода Cladonia.

Fig. 1. Shares of 137Cs (a) and 40K (b) reserves in the lower (1), middle (2), and upper (3) parts of podetium of lichens of the genus Cladonia.

Для описания фракционирования радионуклидов в подециях были рассчитаны доли их запаса в нижней, средней и верхней частях. Во всех образцах эти запасы снижались вниз по подецию, в их верхних частях было сосредоточено наибольшее количество 137Cs – 37.1–66.4% и 40K – 38.7–56.3% от их общих запасов, причем во всех пробах, кроме П-2, запасы снижались строго в ряду: верх>середина>низ (рис. 1).

Сравнение уровней удельной активности 137Cs в верхней, средней и нижней частях подециев лишайников проводили с помощью t-критерия Стьюдента. Средняя удельная активность 137Cs в верхней части подециев статистически значимо больше, чем в средней (t = 3.48, p < 0.05) и нижней (t = 3.84, p < 0.05) частях. Уровни 137Cs, зафиксированные в средней и нижней частях, между собой значимо не различаются. Аналогичные результаты отмечены для удельной активности 40K в этих частях подециев лишайников.

Сравнение средней удельной активности 137Cs в подециях лишайников в зоне наблюдения КоАЭС с уровнями в санитарно-защитной зоне и на фоновой территории проводилось с помощью одновыборочного t-критерия Стьюдента (табл. SM3). При этом удельные активности в ЗН КоАЭС рассматривались как единая выборка, а в СЗЗ КоАЭС и на фоновой территории – как константы (рис. 2, б). Средняя удельная активность 137Cs в верхней части подециев в зоне наблюдения, составившая 81.3 ± 41.7 Бк/кг, статистически значимо ниже (t = –3.28, р < 0.05), чем в санитарно-защитной зоне (124.6 Бк/кг), но не отличается от фонового уровня (100.3 Бк/кг). При этом уровень удельной активности 137Cs, зафиксированный в верхней части лишайников в СЗЗ, превышает на 14 Бк/кг верхнюю границу 95%-ного доверительного интервала этого показателя в ЗН, но не выходит за пределы размаха варьирования.

Рис. 2.

Удельные активности 137Cs в лишайниках санитарно-защитной зоны, зоны наблюдения и на фоновой площадке: a) средневзвешенные; б) в верхних, средних и нижних частях подециев.

Fig. 2. Specific activities of 137Cs in lichens of the sanitary protection zone, observation zone and on the background site: a) weighted average; b) in the upper, middle, and lower parts of the podetium.

Средняя удельная активность 137Cs в средней и нижней частях подециев лишайников в зоне наблюдения статистически значимо больше (t = 2.78, t = 2.29, р < 0.05), чем в санитарно-защитной зоне, и не отличается от фонового уровня. При этом уровни удельной активности 137Cs, зафиксированные в средней и нижней частях лишайников в СЗЗ, выходят за нижнюю границу 95%-ного доверительного интервала этого показателя в ЗН, но не выходят за пределы размаха варьирования. Следует отметить, что усредненные по всей толще подециев значения удельной активности 137Cs в зоне наблюдения не имели значимых различий с уровнями, зафиксированными в СЗЗ и на фоновой территории (рис. 2, a).

Для изучения возможных взаимосвязей между удельными активностями 137Cs, 40K и зольностью подециев лишайников проводили корреляционный анализ с использованием коэффициента Спирмена (табл. 3).

Таблица 3.

Коэффициенты корреляции Спирмена между удельной активностью 137Cs, 40К, зольностью в различных подециях лишайников и горизонтах почвы (n = 12) Table 3. Spearman correlation coefficients between the specific activities of 137Cs, 40K and ash content in various lichen podetium and soil horizons (n = 12)

Показатели Удельная активность радионуклидов в подециях лишайников
137Cs 40K
верхняя часть средняя часть нижняя часть верхняя часть средняя часть нижняя часть
137Cs Верхняя часть подециев лишайников 1.00          
Средняя часть подециев лишайников +0.64** 1.00        
Нижняя часть подециев лишайников +0.52* +0.92*** 1.00      
Горизонт О почвы –0.41 +0.06 +0.18      
Горизонт АО почвы +0.02 –0.26 –0.20      
Горизонт E почвы –0.36 –0.16 –0.29      
Горизонт B1f почвы +0.10 +0.52* +0.53*      
40К Верхняя часть подециев лишайников +0.54* +0.18 +0.27 1.00    
Средняя часть подециев лишайников –0.52* +0.08 +0.19 –0.14 1.00  
Нижняя часть подециев лишайников –0.22 +0.32 +0.56* –0.12 +0.61** 1.00
Зольность Верхняя часть подециев лишайников –0.34 +0.21 +0.36 –0.10 +0.49 +0.70**
Средняя часть подециев лишайников –0.56* +0.01 +0.08 –0.26 +0.53* +0.50*
Нижняя часть подециев лишайников –0.57* –0.25 –0.04 –0.37 +0.46 +0.52*
Расстояние от АЭС –0.06 +0.20 +0.01 –0.71** –0.01 –0.08
Повторяемость ветра –0.34 –0.30 –0.40 –0.34 +0.16 –0.33
Скорость ветра +0.66** +0.31 +0.36 +0.46 –0.65** –0.06
Высота над уровнем моря +0.05 +0.15 +0.06 –0.30 +0.16 +0.18

Примечание. Статистически значимая корреляция: * p<0.10, ** p<0.05, *** p<0.01.

Статистически значимая положительная корреляция отмечена между удельными активностями 137Cs в верхней, средней и нижней частях подециев. При этом таких взаимосвязей не выявлено между удельными активностями этого техногенного радионуклида в подециях лишайников и нижележащих горизонтах почвы.

В верхней и нижней частях подециев лишайников зафиксированы статистически значимые (р < 0.10) положительные коэффициенты корреляции между удельными активностями 137Cs и 40K. При этом прямая взаимосвязь с зольностью отмечена только для удельной активности 40K в средней и нижней частях подециев лишайников, тогда как для 137Cs такая положительная корреляция не выявлена.

Корреляционный анализ был дополнен поиском взаимосвязей между удельными активностями радионуклидов и показателями, которые могут свидетельствовать о влиянии КоАЭС на их пространственное распределение: расстоянием до атомной станции, повторяемостью и скоростью преобладающих со стороны атомной станции ветров, а также высотой над уровнем моря (табл. 3). Выявлена статистически значимая взаимосвязь (r = +0.66; p < 0.05) между скоростью ветра и удельной активностью 137Cs в верхней части подециев. На основе результатов корреляционного анализа не обнаружено влияние расстояния от АЭС и абсолютной высоты рельефа исследованных площадок на уровни удельной активности 137Cs в подециях лишайников.

С целью изучения закономерностей вертикального распределения удельных активностей 137Cs в подециях лишайников и в сопряженных с ними почвенных профилях проводился кластерный анализ данных с итеративной процедурой разбиения на три кластера. Статистически значимые (р < 0.05) различия средних значений удельной активности 137Cs, превышающие внутрикластерное варьирование, выявлены в верхней части подециев лишайников и горизонте подстилки О (рис. 3).

Рис. 3.

Вертикальное распределение средних значений удельной активности 137Cs в слоях подециев лишайников и горизонтах почвы для выделенных кластеров 1, 2, 3.

Fig. 3. Vertical distribution of average values of 137Cs specific activity in lichen podetium layers and soil horizons for selected clusters 1, 2, and 3.

В результате проведенного кластерного анализа выделенный кластер 1 объединяет площадки, для которых характерна высокая удельная активность 137Cs в подециях лишайников, но низкое значение этого показателя в горизонте подстилки О. В этот кластер 1 отнесены восемь исследованных площадок, преимущественно относящихся к экотопам сосняков чернично-лишайниковых и зеленомошно-лишайниково-черничных, которые располагались как в санитарно-защитной зоне, так и в зоне наблюдения и на фоновой территории.

В кластер 2 включены площадки П-4 и К-III с низкими удельными активностями 137Cs по всему вертикальному профилю: в подециях лишайников и горизонтах подстилки О и ОА почвы. Следует отметить, что площадка П-4 расположена в экотопе ельника воронично-чернично-зеленомошного. В кластер 3 объединены площадки П-3 и К-II, характеризующиеся низкими и средними уровнями удельной активности 137Cs в подециях лишайников, но самыми высокими уровнями этого показателя в горизонтах подстилки O и ОА (рис. 3).

ОБСУЖДЕНИЕ

Выявленные на исследованной территории вокруг КоАЭС средние уровни удельной активности 137Cs в подециях лишайников рода Cladonia сопоставимы с диапазоном 5–90 Бк/кг, который зафиксирован на фоновых территориях Скандинавии и Кольского полуострова в ряде лихенологических исследований [23, 24, 4, 25, 20 ]. Более высокие коэффициенты вариации (табл. 2), отмеченные для удельных активностей 137Cs по сравнению с 40К, могут указывать на процессы локального перераспределения техногенного радионуклида в подециях лишайников, не связанные с их калийным питанием. Увеличение удельных активностей в верхней части подециев лишайников и в верхнем подстилочном горизонте почвы свидетельствует о накоплении этого радионуклида именно в этих природных компонентах.

Выявленное статистически значимое увеличение удельной активности 137Cs и 40K в верхней части подециев лишайников (рис. 1) может быть обусловлено аэральным путем их поступления на поверхность растительного покрова в составе глобальных радиоактивных выпадений. Радиоцезий поглощается лишайниками рода Cladonia преимущественно из слабоминерализованных атмосферных осадков и способен накапливаться в мембранах и клеточных стенках лишайников [30]. Верхняя часть подециев исследуемых лишайников достаточно плотная и может выступать механическим и геохимическим барьером на пути вертикальной миграции 137Cs в нижележащие слои [28]. Кроме того, верхняя часть подециев является наиболее молодой и активно растущей, что способствует более интенсивному поглощению биофильного элемента калия и одновременно 137Cs, схожего с ним по химическим свойствам.

При анализе удельной активности 137Cs на разных расстояниях от КоАЭС следует отметить особое индикационное значение верхнего слоя подециев лишайников. Статистически значимое уменьшение удельной активности 137Cs в верхней части подециев для зоны наблюдения по сравнению с санитарно-защитной зоной (рис. 2) может отражать различный уровень глобальных выпадений на разных участках района расположения КоАЭС. Сравнение с фоновой территорией показывает, что в зоне наблюдения не отмечено накопление 137Cs в лишайниках, из чего можно сделать вывод, что возможное влияние АЭС на уровни удельной активности этого техногенного радионуклида ограничивается санитарно-защитной зоной. Зафиксированная удельная активность 137Cs в верхнем слое лишайников в санитарно-защитной зоне АЭС в 1.1 раза больше, чем верхняя граница доверительного интервала средней величины этого показателя в зоне наблюдения, и в 1.3 раза больше, чем уровень на фоновой площадке.

Выявленная статистически значимая положительная корреляция между удельной активностью 137Cs в верхней, средней и нижней частях подециев лишайников (табл. 3) указывает на сопряженный процесс вертикального распределения этого радионуклида в них. Отсутствие взаимосвязи между удельной активностью 137Cs в подециях лишайников и почвах под ними может свидетельствовать о том, что этот радионуклид поступает из атмосферных выпадений. При этом лишайниковый покров выступает в качестве биогеохимического барьера на пути нисходящей миграции 137Cs из аэрозолей в почву.

Зафиксированная положительная корреляция между удельными активностями 137Cs и 40K в верхней и нижней частях подециев свидетельствует о совместном поглощении этих радионуклидов в процессах калийного питания лишайников. При этом с зольностью коррелирует только 40K, являющийся изотопом стабильного 39K – биогенного элемента.

Увеличение удельной активности 137Cs в подециях лишайников на площадках с повышенными скоростями ветров можно связать с большей интенсивностью атмосферных выпадений в таких локальных метеорологических условиях. Усиление ветра приводит к увеличению количества радионуклидов, которое лишайники отфильтровывают из воздуха. В рамках данного исследования такое влияние, вероятно, сглаживается условием отбора проб внутри лесных массивов, которые дробят и ослабляют воздушные потоки. Отсутствие корреляционной зависимости между расстоянием от КоАЭС и удельной активностью 137Cs (табл. 3) в подециях лишайников указывает на преимущественную роль глобальных выпадений этого радионуклида, формирующих его пространственное распределение.

Результаты кластерного анализа показывают, что для исследованной территории вокруг КоАЭС характерны три типа вертикального распределения 137Cs в подециях лишайников и верхних почвенных горизонтах. Для большинства экотопов сосняков: восемь площадок, объединенных в кластер 1, характерно накопление 137Cs в верхней части подециев лишайников, выступающих главным биогеохимическим барьером. Вместе с тем в отдельных экотопах сосняков на площадках П-3 и К-II, включенных в кластер 3, наибольшие уровни удельной активности 137Cs приурочены к подстилочным горизонтам почвы, тогда как в подециях лишайников накопление радионуклида не выражено (рис. 2). В ельнике на площадке П-4 и в одном из сосняков на площадке K-III, включенных в кластер 2, значения удельных активностей 137Cs в подециях лишайников и подстилке снижены, указывая на их слабую аккумулирующую способность по сравнению с остальными исследованными экотопами.

ВЫВОДЫ

1. В 30-километровой зоне Кольской атомной электростанции средневзвешенные удельные активности 137Сs в лишайниках рода Cladonia находятся в диапазоне от 22.3 до 104.8 Бк/кг. Увеличение удельной активности в верхних частях подециев связано с их морфофизиологическими особенностями: большей плотностью и активным ростом, а также с аэральным путем поступления 137Сs в растительный покров.

2. Возможное влияние КоАЭС на уровни удельной активности 137Сs в верхних частях подециев лишайников ограничивается санитарно-защитной зоной, в которой этот показатель в 1.3 раза больше, чем на фоновой площадке. В зоне наблюдения КоАЭС не отмечено накопление 137Cs в лишайниках по сравнению с фоновой территорией.

3. Положительная корреляция между удельной активностью 137Cs в верхней, средней и нижней частях подециев лишайников указывает на сопряженность вертикального распределения этого радионуклида. Отсутствие взаимосвязи между удельной активностью 137Cs в подециях лишайников и почвах под ними свидетельствует о поступлении этого радионуклида из атмосферных выпадений.

4. Отсутствие корреляционной зависимости между расстоянием от КоАЭС и удельной активностью 137Cs в подециях лишайников указывает на преимущественную роль глобальных выпадений этого радионуклида, формирующих его пространственное распределение.

5. Выявлена статистически значимая взаимосвязь между скоростью ветра и удельной активностью 137Cs в верхней части подециев, что может быть обусловлено большей интенсивностью атмосферных выпадений в таких локальных метеорологических условиях.

6. Верхняя часть подециев лишайников выступает основным геохимическим барьером для 137Cs в большинстве исследованных биогеоценозов. В отдельных экотопах сосняков наибольшие уровни 137Cs приурочены к подстилочным горизонтам почвы.

Список литературы

  1. Матишов Д.Г., Матишов Г.Г. Радиационная экологическая океанология. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2001. 417 с. [Matishov D.G., Matishov G.G. Radiatsionnaya ekologicheskaya okeanologiya (Radiation ecolo-gical oceanology). Apatity: Ed. KSC RAS, 2001. 417 p. (in Russ.)]

  2. Евсеев А.В., Телелекова А.Д. Современное состояние экосистем Кольского полуострова // Арктика XXI век. Естественные науки. 2014. № 1. С. 33–37. [Evseev A.V., Telelekova A.D. Current geoecological conditions of the Kola peninsula ecosystems // Arktika XXI century. Natural Sciences. 2014. № 1. P. 33–37. (in Russ.)]

  3. Лурье А.А., Кубасова М.С. Экологическая оценка современного содержания 137Cs в почвах и некоторых биообъектах в лесах Архангельской области // Известия ТСХА. 2016. Вып. 1. С. 5–23. [Lurie A.A., Kubasova M.S. Ecological evaluation of 137Cs contents in soils and some biological objects in forests of the Arkhangelsk region // Izvestiya TSHA. 2016. Issue. 1. P. 5–23. (in Russ.)]

  4. Кизеев А.Н. Содержание 137Cs и 40K в почвенно-растительном покрове в районе расположения Кольской атомной электростанции // Глобальный научный потенциал. 2016. № 5. С. 56–59. [Kizeev A.N. Content of 137Cs and 40K in soil and vegetation within proximuty of the Kola nuclear power plant // Global scientific potential. 2016. № 5. P. 56–59.

  5. Михеева Е.В., Нифонтова М.Г. Радиоактивное загрязнение окружающей среды: биологические объекты как источник информации для оперативного и долгосрочного мониторинга // Технологии гражданской безопасности. 2008. № 1–2. С. 179–183. [Mikheeva E.V., Nifontova M.G. Radioactive environmental contamination: biological objects as the information source for operative and long term monitoring // Civil Security Technologies. 2008. № 1–2. P. 179–183. (in Russ.)]

  6. Ежов А.Ю. Тяжелые металлы в растительном покрове Северо-Запада Кольского полуострова // Преподаватель ХХI век. 2011. № 1. С. 221–226. [Yezhov A.Yu. Heavy metals in the vegetation cover of the North-West of the Kola Peninsula // Teacher of the XXI Century. 2011. № 1. P. 221–226. (in Russ.)]

  7. Сухарева Т.А. Элементный состав талломов лишайника Cladonia stellaris в условиях атмосферного загрязнения // Тр. Карельского научного центра РАН. 2016. № 4. С. 70–82. [Sukhareva T.A. Elemental composition of thalli of the lichen Cladonia stellaris under air pollution // Proc. Karelian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2016. № 4. P. 70–82. (in Russ.)]

  8. Гапеева М.В., Законнов В.В., Ложкина Р.А. и др. Оценка загрязнения тяжелыми металлами малонаселенных территорий на примере Северо-Западного региона России // Экология человека. 2018. № 3. С. 4–9. [Gapeeva M.V., Zakonnov V.V., Lozhkina R.A. et al. Heavy metals pollution assesment of underpopulated regions using the example of the north-western region of // Human Ecology. 2018. № 3. P. 4–9. (in Russ.)] https://doi.org/10.33396/1728-0869-2018-3-4-9

  9. Бязров Л.Г. Лишайники – индикаторы радиоактивного загрязнения. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2005. 476 с. [Byazrov L.G. Lishayniki – indicatory radioaktivnogo zagryazneniya (Lichens are indicators of radioactive contamination). Moscow: Association of scientific publications KMK, 2005. 476 p. (in Russ.)]

  10. Нифонтова М.Г. Использование лишайников и мхов для оперативного определения радиоактивного загрязнения природной среды // Дефектоскопия, 2005. Т. 41. № 1. С. 80–84. [Nifontova M.G. Use of lichens and mosses for on-line testing of environmental radioactive contamination // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2005. V. 41. № 1. P. 60–63. (In Russ.)]

  11. Gómez-Guzmán J.M. et al. Level and origin of 129I and 137Cs in lichen samples (Cladonia alpestris) in central Sweden // J. Environ. Radioact. 2011. № 102. P. 200–205.

  12. Цветнова О.Б., Щеглов А.И., Столбова В.В. К вопросу о методах биодиагностики в условиях радиоактивного загрязнения // Радиац. биология. Радиоэкология. 2014. Т. 54. № 4. С. 423–431. [Tsvetnova O.B., Shcheglov A.I., Stolbova V.V. On the Problem of Biodiagnostics under Conditions of Radioactive Contamination // Radiats. biologiya. Radioecologiya. 2014. V. 54. № 4. P. 423–431. https://doi.org/10.7868/S0869803114030163 (in Russ.)]

  13. Куликов И.В., Молчанова И.В., Караваева Е.Н. Радиоэкология почвенно-растительного покрова. Свердловск: УрО АН СССР, 1990. 173 с. [Kulikov I.V., Molchanova I.V., Karavaeva E.N. Radioekologiya pochvenno-rastitel’nogo pokrova (Radioecology of the soil and vegetation cover). Sverdlovsk: Ural Branch of the Academy of Sciences of the USSR, 1990. 173 p. (in Russ.)]

  14. Кузьменкова Н.В. Оценка радиационного состояния почв и лишайников Северо-Западного побережья Кольского залива // Вестн. Моск. Ун-та. Серия 5. География. 2009. № 2. С. 32–36. [Kuzmenkova N.V. Evaluation of the radiological state of ecosystems on the north-western coast of the Kola bay // Bulletin of the Moscow University. Series 5. Geography. 2009. № 2. P. 32–36. (in Russ.)]

  15. Нифонтова М.Г., Безель В.С., Рябкова К.А., Таршис Г.И. Лишайники и мхи в радиоэкологическом мониторинге // Инновационный потенциал естественных наук: Тр. междунар. науч. конф. 2006. Т. 2. С. 239–242. [Nifontova M.G., Bezel V.S., Ryabkova K.A., Tarshis G.I. Lishayniki i mkhi v radioekologicheskom monitoring (Lichens and mosses in radioecological monitoring) // Innovative potential of natural sciences: Proc. Int. Sci. Conf. 2006. V. 2. P. 239–242. (in Russ.)]

  16. Mattson L.J.S. 137Cs in the reindeer lichen Cladonia alpestris: deposition, retention and internal distribution, 1961-1970 // Health Phys. Press. 1975. V. 28. P. 233–248.

  17. Puhakainen M., Rahola T., Heikkinen T., Illuka E. 134Cs and 137Cs in lichen (Cladonia stellaris) in southern Finland // Boreal Environ. Res. 2007. № 12. P. 29–35.

  18. Амозова Л.П., Глинский Н.А., Попов Н.Т., Потифоров А.И. Содержание цезия-137 в почве, ягодах, грибах, лишайниках // Экологический атлас Мурманской области. Москва–Апатиты, 1999. С. 30, 38. [Amozova L.P., Glinsky N.A., Popov N.T., Potiforov A.I. Soderzhanie tseziya-137 v pochve, yzgodakh, gribakh, lishaynikakh (The content of cesium-137 in soil, berries, mushrooms, lichens) // Ecological atlas of the Murmansk region. Moscow–Apatity, 1999. P. 30, 38. (in Russ.)]

  19. Телелекова А.Д., Евсеев А.В. Радионуклиды в природной среде Кольского полуострова // Эволюция и динамика геосистем. 2014. № 5. С. 89–94. [Telelekova A.D., Evseev A.V. Radionuklidy v prirodnoy srede Kol’skogo poluostrova (Radionuclides in the environment of the Kola Peninsula) // Evolution and Dyna-mics of Geosystems. 2014. № 5. P. 89–94. (in Russ.)]

  20. Koivurova M., Leppanen A.-P., Kallio A. Transfer factors and effective half-lives of 134Cs and 137Cs in different environmental sample types obtained from Northern Finland: case Fukushima accident // J. Environ. Radioact. 2015. № 146. P. 73–79.

  21. Усачева А.А., Семенков И.Н., Мирошников А.Ю. Распределение 137Cs в растениях и почвах фоновых Западно-Сибирских ландшафтов тундры и тайги // Успехи совр. естествознания. 2016. № 9. С. 185–189. [Usacheva A.A., Semenkov I.N., Miroshnikov A.Yu. Raspredeleniye 137Cs v rasteniyakh i pochvakh fono-vykh Zapadno-Sibirskikh landshaftov tundry i taygi (Distribution of 137Cs in plants and soils of background West Siberian tundra and taiga landscapes) // Succes-ses of Modern Natural Sciences. 2016. № 9. P. 185–189. (in Russ.)]

  22. Михайловская Л.Н., Гусева В.П., Рукавишникова О.В., Михайловская З.Б. Техногенные радионуклиды в почвах и растениях наземных экосистем в зоне воздействия атомных предприятий // Экология. 2020. № 2. С. 110–118. [Mikhailovskaya L.N., Guseva V.P., Rukavishnikova O.V., Mikhailovskaya Z.B. Technogenic radionuclides in soils and plants of terrestrial ecosystems in the zone of impact from nuclear enterprises // Russ. J. Ecol. 2020. V. 51. № 2. P. 127–135. https://doi.org/10.1134/S1067413620020095]

  23. Семенихина М.Е. Некоторые аспекты радиоэкологического мониторинга объектов окружающей природной среды в районе размещения КАЭС // Вестн. МГТУ. 2006. Т. 9. № 5. С. 843–846. [Semenikhina M.E. Nekotoryye aspekty radioekologicheskogo monitoringa ob"yektov okruzhayushchey prirodnoy sredy v rayone razmeshcheniya KAES (Some aspects of radioecological monitoring of environmental objects in the area of the KNPP location) // Bulletin of MSTU. 2006. V. 9. № 5. S. 843–846. (in Russian)]

  24. Кузьменкова Н.В. Миграция и аккумуляция 137Cs в ландшафтах Северо-Западной части Кольского полуострова: Автореф. дис. … канд. геогр. наук. М., 2010. 25 с. [Kuzmenkova N.V. Migratsiya i akkumulyatsiya 137Cs v landshaftakh Severo-Zapadnoy chasti Kol’skogo poluostrova (Migration and accumulation of 137Cs in the landscapes of the Northwestern part of the Kola Peninsula): Author’s abstract … diss. candidate of geographic sciences. M., 2010. 25 p. (in Russ.)]

  25. Воробьева Т.А., Евсеев А.В., Кузьменкова Н.В. Радиогеохимические исследования состояния ландшафтов Кольского полуострова // Арктика: Экология и экономика. 2017. № 2. С. 17–26. [Vorobieva T.A., Evseev A.V., Kuzmenkova N.V. Radiogeochemical investigations of the Kola Peninsula landscapes // Arktika: Ecology and Economy. 2017. № 2. P. 17–26. (in Russ.)]

  26. Попова М.Б., Манахов Д.В., Кизеев А.Н. и др. Содержание и распределение 137Cs в подзолах в районе расположения Кольской атомной электростанции // Почвоведение. 2020. № 7. С. 891–900. [Popova M.B., Manakhov D.V., Lipatov D.N., et al. Contents and distribution of 137Cs in podzols in the area of the Kola nuclear power plant // Eurasian Soil Science. 2020. V. 53. № 7. P. 986–994. https://doi.org/10.1134/S106422932007011X (In Russ.)]https://doi.org/10.31857/S0032180X20070114

  27. Нифонтова М.Г. Лихено- и бриоиндикация радиоактивного загрязнения среды: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. Пермь, 2003. 50 с. [Nifontova M.G. Likheno- i brioindikatsiya radioaktivnogo zagryazneniya sredy (Licheno- and bryoindication of radioactive contamination of the environment): Abstr. Diss. … Doctor of Biological Sciences. Perm, 2003. 50 p. (in Russ.)]

  28. Бязров Л.Г., Пельгунова Л.А. Состав и соотношение химических элементов на разных по высоте поверхностях подециев ягельного лишайника Cladonia rangiferina // Принципы экологии. 2016. № 2. С. 27–42. [Byazrov L.G., Pelgunova L.A. Composition and ratio of the chemical elements on the surfaces different by height of reindeer lichen podetia Cladonia rangiferina // Princip. Ecol. 2016. № 2. P. 27–42. (in Russ.)] https://doi.org/10.15393/j1.art.2016.4983

  29. Тюпкина Г.И., Окунева С.В., Корниенко И.П., Белецкий С.Л. Биохимический состав лишайников – корма северных оленей на арктической территории // Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд. 2019. № 12. С. 223–232. [Tyupkina G.I., Okuneva S.V., Kornienko I.P., Beletsky S.L. Biokhimicheskiy sostav lishaynikov – korma severnykh oleney na arkticheskoy territorii (Biochemical composition of lichens – food for reindeer in the Arctic territory) // Innovative technologies for the production and storage of material assets for state needs. 2019. № 12. P. 223–232. (in Russ.)]

  30. Страховенко В.Д., Хожина Е.И., Щербов Б.Л. Распределение радиоцезия и микроэлементов в системе лишайник-субстрат и в теле лишайника // Геохимия. 2008. № 2. С. 141–150. [Strakhovenko V.D., Khozhina E.I., Shcherbov B.L. Distribution of radioactive Cs and trace elements in the lichen-substrate system and in the lichen body // Geochem. Int. 2008. V. 46. № 2. P. 116–124. (in Russ.)]https://doi.org/10.1007/s11476-008-2002-x]

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Радиационная биология. Радиоэкология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал