Київський національний університет

імені Тараса Шевченка

Грицюк Наталія Романівна

УДК 631.43:539.163

ПОВЕДІНКА 137Cs В ПРИРОДНИХ І НАПІВПРИРОДНИХ АГРОЛАНДШАФТАХ ПОЛІССЯ ТА ЇХ КЛАСИФІКАЦІЯ ЗА СТУПЕНЕМ РАДІОЕКОЛОГІЧНОЇ НЕБЕЗПЕКИ

03.00.16 – екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті сільськогосподарської радіології Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор, академік УААН

Прістер Борис Самуїлович, Український науково-дослідний інститут

сільськогосподарської радіології, головний науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник

Мороз Павло Антонович, Національний ботанічний сад

ім. М.М.Гришка НАН України, заступник директора з наукової роботи

кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Перепелятніков Георгій Петрович, Український радіологічний учбовий центр МНС України, директор

Провідна установа: НАЦІОНАЛЬНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. М.ДРАГОМАНОВА

Захист відбудеться “ 26 ” червня 2003 року о_10__годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою:

м.Київ-127, проспект академіка Глушкова, 2, біологічний факультет, ауд.215.

Поштова адреса: 01033, м.Київ-33, вул.Володимирська, 64, Спецрада Д 26.001.24, біологічний факультет.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка: м.Київ, вул. Володимирська, 58

Автореферат розісланий “_14_ ”_травня 2003 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Матишевська О.П.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС радіоактивному забрудненню підпали агроландшафти, різні за сукупністю умов міграції радіонуклідів. Вивчення поведінки радіоцезію в агроландшафтах різних типів показало, що найбільш небезпечними (критичними) з радіоекологічної точки зору серед них є лучні (Перепелятников, Ильин, 1993, Санжарова, 1997). Такі ландшафти здійснюють значний вклад у формування дози внутрішнього опромінення населення, оскільки саме вони є основним джерелом кормів у тваринництві (Prister, Belli, 1996). Одночасно лучні ценози характеризуються значною різноманітністю ландшафтно-геохімічних умов, що зумовлює відмінності в інтенсивності кореневого засвоєння радіонукліда лучними видами. Таким чином, виявлення впливових ландшафтних факторів поведінки радіоцезію в природних та напівприродних агроландшафтах є основою для оцінки та прогнозування радіоекологічної ситуації.

У зв'язку з цим виникає очевидна необхідність обгрунтування тих критеріїв, які визначають радіоекологічну небезпеку ландшафтів, з метою їх ідентифікації та застосування контрзаходів. Проблема диференційованого підходу при визначенні рівнів втручання для різних ландшафтів вимагає розробки їхньої класифікації за ступенем радіоекологічної небезпеки.

Метою роботи є: встановлення впливу ландшафтної структури території на накопичення 137Cs рослинністю в природних та напівприродних агроландшафтах; обгрунтування кількісних та якісних критеріїв, які визначають радіоекологічну критичність агроландшафтів; оцінка за цими критеріями критичності ландшафтів та їх класифікація за ступенем радіоекологічної небезпеки.

Завдання досліджень включали:

- кількісну та якісну оцінку режиму зволоження, гранулометричного складу грунту та типу рослинності як критеріїв радіоекологічної критичності агроландшафтів;

- розробку класифікації агроландшафтів за ступенем їх радіоекологічної небезпеки;

картографування просторового розподілу значень коефіцієнта переходу 137Cs в трави на ландшафтній основі для подальшого прогнозування радіаційного стану і оптимальної структури землекористування.

Об'єкт дослідження - природні та напівприродні агроландшафти Народицького району Житомирської області, міграційні ланцюги радіоцезію у системі "грунт-рослина".

Предмет дослідження - закономірності міграції радіоцезію в ланці “грунт-рослина”, які характерні для природних та напівприродних агроландшафтів Полісся, взаємозв'язки між радіоекологічними показниками та природними умовами середовища, що обумовлюють радіоекологічну небезпеку ландшафтів.

Методи дослідження: методи ландшафтного дослідження природних компонентів - рельєфу, гунтового та рослинного покриву; методи відбору та сучасні методи вимірювання спряжених проб на вміст радіонуклідів у грунті та рослинних об'єктах; ландшафтного картографування та картографічної інтерпретації даних на ландшафтній основі.

Наукова новизна одержаних результатів: Обгрунтовано зміст поняття радіоекологічної критичності ландшафту.

Опрацьовано методику експериментального визначення коефіцієнтів переходу для лучних ценозів на ландшафтній основі. Показано залежність параметрів міграції 137Cs в ланці “грунт – рослина” від ландшафтних умов території.

Вперше оцінено вплив основних ландшафтних елементів – місцеположення в рельєфі, типів умов місцевиростання – на інтенсивність накопичення 137Cs травами сіяних та природних біоценозів; на основі кількісних показників проведено класифікаційну оцінку природних та напівприродних агроландшафтів Полісся за ступенем радіоекологічної небезпеки.

Опрацьовано методику картографування значень коефіцієнтів переходу 137Cs в трави на ландшафтній основі з метою картографічного відображення радіоекологічної класифікації агроландшафтів. Побудова такої карти дозволила на якісно новому рівні отримати прогнозні карти забруднення продукції кормовиробництва та тваринництва.

Практична цінність одержаних результатів: виявлені загальні закономірності та визначені кількісні параметри процесу міграції 137Cs в ланці “грунт – рослина” для різних типів природних та напівприродних агроландшафтів Полісся України, що дає можливість оцінювати та прогнозувати радіоекологічну ситуацію на забруднених територіях.

На основі даних про закономірності накопичення 137Cs фітомасою в різних типах аграрних, напівприродних і природних лучних ландшафтів розроблена їхня класифікація за ступенем ризику кормовиробництва в умовах радіоактивного забруднення, що може стати базою для обгрунтування шляхів використання відчужених угідь чи прийняття практичних рішень щодо їх реабілітації.

Побудовано карту значень коефіцієнтів переходу 137Cs з грунту в трави, що дозволяє наочно оцінити просторовий розподіл найбільш значущих кількісних параметрів міграції та доводить можливість застосування ландшафтного підходу у прогнозуванні радіаційної ситуації.

Результати дисертації були використані для розробки рекомендацій щодо ліквідації наслідків аварії в сільському господарстві Житомирської області (Рекомендації…, 1998).

Особистий внесок автора. Польові та експериментальні дослідження, статистична обробка одержаних даних, теоретичний аналіз і узагальнення отриманих результатів, формулювання висновків виконані дисертантом особисто.

Публікації та апробація результатів дисертації. Результати досліджень за темою дисертації опубліковані у 15 роботах, з них 3 статті у фахових наукових виданнях, 2 статті в наукових журналах, 2 статті у збірниках наукових праць, 7 публікацій в матеріалах і тезах наукових конференцій, з’їздів, конгресів, 1 рекомендації.

Результати досліджень автора були представлені на ІІІ з’їзді з радіаційних досліджень (Москва, 1997); науково-практичних конференціях: “Наука. Чорнобиль - 97” (Київ, 1998), “Наука. Чорнобиль - 98” (Київ, 1999), “Ландшафт як інтегруюча концепція ХХІ сторіччя” (Київ, 1999); міжнародних конференціях: “Modern problems of radiobiology, radioecology and evolution”, присвяченій 100-річчю з дня народження Н.В.Тімофєєва-Ресовського (Дубна, 2000), “П’ятнадцять років Чорнобильської катастрофи. Досвід подолання” (Київ, 2001), міжнародному конгресі з радіоекології та екотоксикології екосистем суші та естуаріїв (Екс-ан-Прованс, Франція, 2001), спеціалізованому науковому семінарі “Ecological standartization and equidosimetry for radioecology and environmental ecology” (Київ, 2002).

Структура та об’єм роботи. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, опису матеріалів, об’єктів та методів дослідження, результатів експериментальних досліджень та їх обговорення, висновків, списку використаних джерел, додатків. Робота викладена на 153 сторінках, ілюстрована 12 таблицями, 17 рисунками. Список використаних джерел містить 167 найменувань.

Методи і об’єкт досліджень.

Робота виконана на основі експериментальних даних, одержаних в натурних умовах. Для оцінки параметрів міграції 137Cs в ланці "грунт - рослина" була закладена реперна сітка на території Народицького району Житомирської області, в межах західного сліду аварійного викиду ЧАЕС, яка охоплює основні типи агроландшафтів, грунтів, рослинних угруповань Полісся. Об'єктом досліджень стали виведені сільськогосподарські угіддя Народицького району з тих міркувань, що за сукупністю природних умов та за характером радіоактивних випадінь вони є типовими для конденсаційного сліду радіоактивного забруднення. Були досліджені 43 типових елементи ландшафтної структури, за різних рівнів забруднення грунту 137Cs (від 20 до 5000 кБкм-2), різних за типом, механічним складом і ступенем оглеєння грунтів (більше 20 грунтових відмін), з перевагою того або іншого рослинного покриву.

Експериментальні роботи на досліджуваній території проводились у весняно-літній період 1998-2001 рр. За чотири роки роботи було відібрано 441 усереднених проб грунту і стільки ж спряжених проб трав’янистої рослинності. На дослідних майданчиках відбирались спряжені зразки грунту та рослинності методом “конверту” у 5-кратній повторності. Під час пробовідборів проведено ландшафтний опис ділянок з характеристикою положення щодо рельєфу, описами грунтових розрізів та ботанічних площадок. У всіх точках пробовідбору визначені їхні географічні координати засобами глобального геопозиціювання (GPS). Концентрацію 137Cs в грунтових та рослинних пробах визначали на - спектрометричній установці з напівпровідниковим детектором типу GEM-30185, Ge(Li), GMX– cерії (E6 and 6 ORTEC) з багатоканальним аналізатором (ADCAM – 300, США, IN – 1200, Франція). Похибка вимірювань не перевищувала 10%. Гранулометричний склад визначали оптичним методом на приладі Granulometre-850 “CILAS” (Франція). Похибка вимірювань складала 8-10%. Коефіцієнт переходу (КП) 137Cs визначали як відношення концентрації радіонукліда в рослинах (Бк/кг) до щільності забруднення грунту (кБкм-2). Статистичний аналіз даних (методи математичної статистики, дисперсійний, регресивний аналіз) проводили з використанням стандартного програмного забезпечення Exсel 5.0.

Результати та їх обговорення

Характер залежності між питомою активністю 137Cs в травах і щільністю забруднення грунту. Основним дозоутворюючим радіонуклідом на території досліджень є 137Cs. У зоні конденсаційних випадінь, де радіоцезій надійшов у грунт переважно в доступній формі (Кашпаров, 2000), на сьогодні спостерігається відносна стабілізація в накопиченні 137Cs рослинами (Санжарова, 1997). Процес накопичення 137Cs рослинами з грунту носить динамічний характер і відображає стан перерозподілу обмінних форм радіонукліда в грунті та їх перехід в необмінну форму (Іванов, 1997, Коноплев, 1997, Прістер, 2002). Швидке зниження доступності радіонукліда рослинам відбувалось протягом першого, короткого післяаварійного періоду. Наші дані за 1998-2001 рр. характеризують віддалений післяаварійний період, коли фіксація 137Cs грунтовим поглинаючим комплексом уповільнена і наближається до рівноважного стану між фіксованою та обмінною формами радіонукліда в грунтовому розчині. Це робить результати наших досліджень придатними для прогнозу поведінки 137Cs в системі “грунт - рослина” тільки у віддалений період після аварії.

Характер накопичення радіонуклідів рослинами в польових умовах обумовлюється багатьма факторами, одним з яких є градієнт щільності забруднення території. На розглянутому в нашому дослідженні діапазоні щільностей забруднення грунту 137Cs в умовах конденсаційних Чорнобильських випадінь, де не спостерігаються ефекти радіаційного стресу або пригнічення життєдіяльності, підтверджується припущення (Клечковский, 1956, Prister, 2001) про лінійний закон залежності між рівнем забруднення грунту та вмістом радіонукліда в рослинах. Лінійність розглянутої залежності доводить той факт, що рівень забруднення грунту у розглянутому діапазоні щільностей не впливає на значення коефіцієнту переходу 137Cs в трави, який залежить від ландшафтних умов, що і визначають інтенсивність засвоєння радіонукліда рослинами. Це робить правомірним порівняння значень КП 137Cs, розрахованих у нашому випадку для різних рівнів забруднення.

Залежність між вмістом радіонукліда в грунті та рослинах було розглянуто і підтверджено на широкому діапазоні щільностей забруднення грунту, за різних ландшафтних умов. Тому цю залежність можна застосовувати для аналізу, оцінки та прогнозування радіаційної ситуації на територіях із подібними радіоактивним забрудненням та ландшафтною структурою.

Для прогнозування забруднення продукції рослинництва можна використати рівняння виду: C = KП * D (Клечковский, 1956, 1958),

де C- концентрація (питома активність) 137Cs в рослинах, Бккг-1;

D - щільність забруднення грунту 137Cs, кБкм-2;

КП – коефіцієнт переходу 137Cs з грунту в рослинність, Бккг-1/кБкм-2.

На рис.1 відображені лінійні залежності між вмістом 137Cs в рослинах та щільністю забруднення грунту 137Cs для різних грунтових відмін.

Вплив ступеня гідроморфності та гранулометричного складу грунту на інтенсивність переходу 137Cs в трави. Умови проведення дослідження дозволили вивчити вплив ландшафтних факторів окремо та в сукупності на біологічну доступність 137Cs у системі "грунт - рослина". Встановлено значення КП 137Cs в природні та сіяні трави для різних типів ландшафтів.

Виявлено, що максимальні значення коефіцієнта переходу радіонукліда у травостій характерні для ландшафтних ареалів знижених місцеположень гідроморфного ряду, з торфово-болотними грунтами. Значення коефіцієнта переходу 137Cs в травостій з цих грунтів сягають 3,0-10,0 Бккг-1/кБкм-2 для сіяних трав та 10,0-40 і більше Бккг-1/кБкм-2 для лучних ценозів. Високі значення КП 137Cs були відмічені і для дернових глейових грунтів під вологотравними луками, що свідчить про вагомий вплив гідрологічного режиму грунту на рухливість 137Cs в лучних ценозах. У межах одного типу грунту коефіцієнт переходу 137Cs в трави, як сіяні так і природні, знижується в наступному порядку: глейові > глеюваті > слабоглеюваті > сухі неоглеєні. Причому для грунтів піщаного механічного складу КП 137Cs в природні трави знижується від глейового до сухого неоглеєного в 7 разів, для суглинистих грунтів – у 3 рази. Щодо сіяних трав, ця різниця не перевищує 1,7 разів. Максимальне зниження КП 137Cs відмічене при переході від глейового до глеюватого грунту, коли верхня межа оглеєння з поверхні грунту опускається до нижньої межі кореневмісного горизонту. За значеннями КП 137Cs до сухих грунтів наближаються слабоглеюваті. Це можна пояснити тим, що ознаки оглеєння в їхньому профілі з’являються на глибині 30-40 см, тобто поза кореневмісним горизонтом.

На рисунку 2 показано залежність КП 137Cs в сіяні та природні трави від режиму зволоження та механічного складу грунтів.

Серед ландшафтних факторів важлива роль належить літогенній основі ландшафту. Літологія є найбільш сталою і консервативною характеристикою, яка визначає грунтоутворюючу породу, агрохімію грунтів, їх родючість. Найбільш виразним показником літології є гранулометричний склад грунту.

Відзначені суттєві відмінності у величині значень КП 137Cs залежно від гранулометричного складу грунту. Так, перехід 137Cs з піщаних та пилувато-піщаних грунтів одного типу в 2 - 6 разів вищий у порівнянні з суглинистими грунтами для природних трав і в 2 - 3 рази вищий для сіяних. Настільки значна різниця обумовлена як впливом агрохімічних показників (рН, сума поглинених основ, вміст гумусу), так і відмінностями безпосередньо у гранулометричному складі. Найбільшу чутливість коефіцієнт переходу виявляє до вмісту фізичної глини в діапазоні піщані – супіщані грунти (3-10%), де вміст мулуватої фракції змінюється від 0,2 до 1,9 %, а на межі супіщані – суглинисті грунти (15-25%) - вміст мулуватої фракції зростає лише від 1,5 до 3,1%. Оскільки сорбційні властивості грунту обумовлює переважно його тонкодисперсна фракція, то це і виявляється у значній зміні КП 137Cs.

Залежність КП 137Cs від гранулометричного складу простежується для мінеральних грунтів як гідроморфних, так і автоморфних (рис.3). Ця залежність може бути апроксимована ступеневою функцією з досить високою вірогідністю.

Міжвидові відмінності в накопиченні 137Cs лучними рослинами та розподіл радіонукліда у травостої. Експериментально встановлено, що величина коефіцієнтів переходу 137Cs в трави значною мірою визначається геоботанічними показниками травостою. Встановлено, що одні й ті ж види за різних умов зростання відрізняються за інтенсивністю накопичення 137Cs вегетативною масою. При цьому вузький діапазон значень КП властивий видам із вузькою екологічною амплітудою, і тому такі види можуть виступати індикаторами тих чи інших ландшафтних умов (включаючи їхню критичність). Види із широкою екологічною амплітудою виявляють значну варіабельність значень КП і цим відображають ступінь реагування видів на різні умови зростання (рис.4). Так, в межах виду, в залежності від ландшафтних умов, КП 137Cs в рослини змінюється від 1,3 до 5 разів, тоді як міжвидові відмінності накопичення 137Cs на вивченому діапазоні видів за однакових умов зростання становили 2 – 12 разів.

Загальна забрудненість травостою визначається переважно сукупністю домінантних видів. Порівняння вагових характеристик та показників забруднення травосуміші радіоцезієм показало, що питома активність 137Cs для різних видів, що складають її, значно відрізняється. Проте парціальний вклад багатьох видів в питому активність забрудненості травостою не відповідає їх ваговому вкладу, і ця різниця може досягати 5 разів. Переважно це стосується видів, які характеризуються максимальним чи мінімальним накопиченням 137Cs вегетативною масою і яким властиві екстремальні значення КП 137Cs. Така нерівнозначність внеску окремих видів у забруднення травосуміші доводить необхідність врахування видового складу та співвідношення видів при оцінці забруднення 137Cs пасовищних трав.

Класифікація природних та напівприродних агроландшафтів за ступенем їхньої радіологічної критичності. Радіоекологічно критичними можна вважати ландшафти, які за рівних умов забруднення радіонуклідами у порівнянні з іншими, виявляють значну інтенсивність біогенної міграції (акумуляції) радіонуклідів і шляхом їхнього залучення до харчових ланцюгів, як наслідок, сприяють зростанню дозових навантажень на населення.

Отримані параметри міграції радіоцезію в ланці грунт-рослина природних та напівприродних агроландшафтів були використані нами для розробки класифікації ландшафтів за ступенем їх радіоекологічної небезпеки. Мірою критичності агроландшафтів було обрано такий інтегральний критерій як коефіцієнт переходу 137Cs з грунту в рослинність, оскільки він є ландшафтно залежним показником інтенсивності накопичення радіонукліда рослинами.

В основу класифікації покладено такі ознаки:

місцеположення в рельєфі;

грунтова відміна та умови місцезростання;

флористичний склад рослинного покриву;

інтенсивність переходу 137Cs з грунту в природні та сіяні трави.

Такий підхід відображає поєднання якісних і кількісних критеріїв оцінювання процесів засвоєння радіоцезію рослинами, що відбуваються в ландшафті.

За наведеними вище ознаками виділено сім класифікаційних одиниць (табл.1). Кожна з них об’єднує агроландшафти, які за сукупністю природних умов виявляють однакову інтенсивність біогенної міграції (акумуляції) 137Cs в ланці “грунт-рослина” і їм властивий близький ступінь радіоекологічної критичності.

Відносно низька радіоекологічна критичність властива автоморфним ландшафтам з родючими суглинистими грунтами, із сприятливим гідрологічним режимом, під травостоями з переважанням злакових видів. Для цієї групи агроценозів властиві найнижчі значення КП 137Cs, але по відношенню до виведених земель вони займають лише 19,4% забрудненої території району. Середні позиції в шкалі радіоекологічної критичності займають агроценози, різні за їх положенням у ландшафті, родючістю грунтів та характером рослинного покриву. Переважно це високі заплави із дерновими алювіальними грунтами, а також надзаплавні тераси та водно-льодовикові вододільні рівнини, складені пісками, із відносно бідними дерново-підзолистими грунтами. До цієї групи належить 56% забруднених сільськогосподарських угідь Народицького району. За високими значеннями КП 137Cs найвищий ступінь радіоекологічної критичності властивий ландшафтним ареалам гідроморфного характеру. До цієї групи належать алювіальні торфові та торфово-болотні грунти на низинних торфах низьких терас, заплав, западин, водозбірних знижень під вологотравними травостоями. До критичних ландшафтів належить значна частина забруднених сільгосподарських земель Народицького району, переважно кормових угідь, яка складає близько – 24,6% його території. За сукупністю природних умов ці ареали є мало придатними для використання навіть за умови відносно низьких рівнів забруднення.

Наведена класифікація дозволяє згрупувати наявне різноманіття природних та напівприродних агроландшафтів в обмежену кількість однотипних за ступенем радіоекологічної критичності класифікаційних одиниць. Існує ряд інших радіоекологічних класифікацій луків, лісів та ін. (Prister, et al., 1996; Санжарова, 1997), але їх використання ускладнюється тим, що для одного типу луків значення КП варіюють у дуже широких межах, що обмежує їх застосування. Переваги поданої на захист класифікації полягають у більш точній прив'язці її до природних умов на рівні грунтової відміни, урочища, ботанічної площадки, що більш повно відображає зв’язок між поведінкою радіонукліда та природними факторами середовища.

Таблиця 1

Класифікація природних та напівприродних агроландшафтів

за комплексним показником (КП 137Cs) радіоекологічної небезпеки

Застосування радіоекологічної класифікації природних та напівприродних агроландшафтів для вирішення деяких прикладних задач. Ідентифікація радіоекологічно критичних ландшафтів і визначення шляхів їхнього подальшого раціонального використання дає змогу впливати на процес формування дози внутрішнього опромінення і значно її знизити. Опрацьована класифікація представляє собою науково-методичну основу для практичного застосування при розв’язанні прикладних задач, які базуються на знаннях про умови біогенної міграції радіонуклідів. Перш за все вона може бути використана при оцінці критичності ландшафтних ареалів іншого господарського призначення (культурних, лісових, тощо), що розширює діапазон її застосування. Радіоекологічна класифікація агроландшафтів узгоджується з легендою ландшафтної карти (Давидчук, 1999), що дозволяє відобразити просторовий розподіл кількісного показника радіоекологічної критичності (КП 137Cs) на ландшафтній основі у вигляді карти (рис. 5).

Побудова цієї карти здійснена шляхом екстраполяції експериментальних даних на ландшафтній основі засобами ГІС. Отримана таким чином карта значень КП 137Cs в лучні та сіяні трави одночасно характеризує як закономірності просторового розподілу значень КП 137Cs, так і співвідношення та взаємне розташування ландшафтних ареалів різної радіоекологічної критичності.

Карта значень коефіцієнтів переходу 137Cs (рис.5) наочно демонструє нерівнозначність окремих ландшафтних ареалів щодо впливу на біогенну акумуляцію 137Cs рослинами. За однакових умов забруднення значення коефіцієнтів переходу для різних умов зростання можуть відрізнятись на кілька порядків.

Укладена карта може бути застосована при розв’язанні ряду радіоекологічних задач наукового та прикладного характеру. Як наслідок, при накладанні інформаційних шарів карт щільності забруднення 137Cs та КП 137Cs, було отримано оціночно-прогнозні карти забрудненості 137Cs сіна природних та сіяних трав, молока і м’яса, за умови годівлі худоби кормами із забрудненої території.

Науково обгрунтована картографічна інтерпретація експериментальних даних дозволяє не лише наочно, на якісно новому рівні демонструвати результати досліджень, а й застосовувати їх для вирішення ряду прикладних задач, і перш за все при плануванні контрзаходів.

Таким чином, виконані нами дослідження підтвердили, що поведінка 137Cs у природних та напівприродних агроландшафтах значною мірою визначається природними грунтово-гідрологічними умовами регіону та зональними особливостями землекористування. Урахування сукупності цих факторів в рамках ландшафтного підходу є необхідною умовою екологічно безпечного ведення сільськогосподарського виробництва на радіоактивно забрудненій території. Отримані результати підтверджують, що коефіцієнт переходу 137Cs з грунту в рослини є ландшафтно залежним і це допускає використання КП як критерія кількісної оцінки радіоекологічної критичності ландшафтів.

Висновки

Сформульовано визначення радіоекологічно критичного ландшафту, як такого, що за сукупністю природних умов виявляє схильність до акумуляції радіонуклідів на ландшафтно-геохімічних бар’єрах і сприяє їх більш інтенсивній біогенній міграції та накопиченню біомасою у порівнянні з іншими ландшафтами за рівних умов забруднення. Виступаючи початковою ланкою в трофічному ланцюгу людини, такий ландшафт може стати джерелом радіоактивного забруднення продукції і шляхом його залучення до харчових ланцюгів, сприяти зростанню дозових навантажень на населення, чим і обумовлюється його критичність.

У вивченому діапазоні щільностей забруднення грунту та ландшафтних умов підтверджено гіпотезу про лінійний закон залежності між вмістом радіонукліда в рослинах і рівнем забруднення грунту, який можна застосовувати для прогнозування радіаційної ситуації на радіоактивно забруднених територіях. Лінійність розглянутої залежності доводить той факт, що рівень забруднення грунту у розглянутому діапазоні щільностей не впливає на значення коефіцієнта переходу 137Cs в трави, який залежить від ландшафтних умов, що і визначають інтенсивність засвоєння радіонукліда рослинами.

Встановлено, що значення коефіцієнта переходу 137Cs в трави залежать перш за все від таких ландшафтних умов як тип грунту, положення в рельєфі, режим зволоження, тип рослинного угруповання і змінюються в убутнім порядку від вологотравних луків на органогенних грунтах замкнених депресійних знижень та заплав до сухотравних на високих, добре дренованих місцеположеннях з неоглеєними дерново-підзолистими суглинистими грунтами. Різниця значень КП 137Cs може складати до 50 разів для природних трав та 8 разів для сіяних.

Виявлена кореляція між гранулометричним складом грунту та величиною КП 137Cs в трави. За зниженням коефіцієнтів переходу мінеральні грунти можна розмістити в наступній послідовності: піщані та пилувато-піщані > супіщані > легкосуглинисті > середньосуглинисті. Перехід радіонукліда з піщаних грунтів у 2 - 6 разів вищий у порівнянні із суглинистими для природних трав і в 2 - 3 рази вищий для сіяних. Найпомітніше зниження відбувається в межах переходу грунтів піщані – супіщані, що обумовлено різким підвищенням частки мулистої фракції у супіщаних грунтах порівняно з піщаними.

Показано, що ступінь гідроморфності (автоморфності) грунту виступає впливовим фактором у накопиченні 137Cs травами, особливо лучних ценозів. Встановлено, що за різних умов зволоження грунтів значення КП 137Cs знижуються у наступному ряду: торфові неосушені > торфові осушені > глейові > глеюваті > слабоглеюваті > сухі неоглеєні. У межах одного типу грунту різного ступеню оглеєння КП 137 Cs в природні трави змінюється в 7 разів для піщаних грунтів, у 3 рази – для суглинистих. Найпомітнішу зміну значень КП в ряду оглеєння відмічено між глейовим та глеюватим грунтами – 4 рази, майже незмінні значення - між сухим та слабоглеюватим. Різниця в значеннях КП 137Cs в сіяні трави для грунтів одного механічного складу і різного ступеню оглеєння не перевищувала 1,7 разів.

Доведено, що лучні види з вузькою екологічною амплітудою можуть виступати індикаторами тих чи інших ландшафтних умов, які зумовлюють радіоекологічну критичність. Види з широкою екологічною амплітудою відображають ступінь реагування цих видів на різні умови зростання. У межах одного виду лучних трав КП 137Cs може змінюватись від 1,3 для видів із вузькою екологічною амплітудою до 5 разів для видів із широкою екологічною амплітудою.

Ваговий вклад багатьох видів не відповідає парціальному вкладові питомої активності в забрудненість травостою, і ця різниця може досягати 5 разів. Переважно це стосується видів, яким властиве або найінтенсивніше накопичення 137Cs вегетативною масою, або, навпаки, найнижче. Така нерівнозначність видів у травосуміші доводить необхідність врахування видового складу та масових співвідношень видів при оцінці запасів 137Cs в травостої.

Вперше розроблена класифікація природних та напівприродних агроландшафтів за ознакою радіоекологічної критичності, в основу якої покладено ландшафтний підхід. Класифікація побудована з урахуванням місцеположення в рельєфі, грунтового і рослинного покриву та величини значень коефіцієнтів переходу 137Cs в природні та сіяні трави. На основі класифікації ландшафтні ареали знижених місцеположень гідроморфного характеру з торфовими грунтами під вологотравними луками виділені як найбільш критичні. За сукупністю природних властивостей ці ареали є мало придатними для лукопасовищного кормовиробництва навіть за умови відносно низьких рівнів забруднення.

Отримані результати дали змогу картографувати значення коефіцієнтів переходу в природні та сіяні трави на ландшафтній основі і таким чином вперше отримати карту радіоекологічної критичності ландшафтів. На основі карти коефіцієнтів переходу 137Cs побудовані прогнозно-оціночні карти забруднення сіна природних і сіяних трав, молока та м’яса для Народицького району, на основі яких розроблені рекомендації щодо ліквідації наслідків аварії в сільському господарстві даного району.

Пропозиції виробництву

На підставі радіоекологічної класифікації агроландшафтів запропоновано карту-схему пріоритетності здійснення реабілітаційних заходів на виведених угіддях Народицького району. З огляду на оціночні карти забруднення сіна природних та сіяних трав, молока і м'яса найбільш перспективними для реабілітації за радіоекологічною критичністю є відносно родючі угіддя під дерново-підзолистими суглинистими грунтами, які складають 19,4% виведених земель району. У разі використання отриманих тут кормів для відгодівлі молочної та м'ясної худоби, можна отримати молоко та м'ясо з рівнями забруднення 137Cs 50-100 Бк/л і 100-200 Бк/кг відповідно, що не перевищує тимчасово допустимі (ТДР) та контрольні рівні (КР), прийняті для Житомирської області. Інші 56% виведених угідь для подальшого використання вимагають застосування ряду контрзаходів. За оціночними картами також виділені ті території, які за сукупністю ознак є непридатними для реабілітації.

Основні публікації за темою дисертації:

Грицюк Н.Р. Залежність коефіцієнта переходу 137Cs з грунту в лучні трави від ландшафтної структури території // Вісник аграрної науки. – 2001. – Спец.вип., квітень. – С. 96-98.

Грицюк Н.Р. Вплив режиму зволоження та гранулометричного складу грунту на накопичення 137Cs лучними травами.// Вісник аграрної науки. – 2002. - №4. – С. 83.

Грицюк Н.Р., Калиненко Л.В. Комплексна оцінка радіологічних передумов реабілітації земель зони безумовного відселення // Науковий вісник Національного аграрного університету. - 2001. - Вип. 45. - С. 20-25.

Давидчук В.С., Грицюк Н.Р. Оцінка передумов реабілітації радіоактивно забруднених земель на ландшафтній основі // Бюлетень екологічного стану зони відчуження та зони безумовного (обов’язкового) відселення. - 2001.–№18. – С.40-46.

Давидчук В.С., Грицюк Н.Р, Сорокіна Л.Ю., Давидчук С.В. Просторовий розподіл значень коефіцієнта накопичення 137Cs у фітомасі: аналіз на ландшафтній основі // Бюлетень екологічного стану зони відчуження та зони безумовного (обов’язкового) відселення.- 2002.- № 2 (20).- С.41-45.

Grytsyuk N. The Critical Landscapes Identification: Radioecological Approach // Radioprotection.-2002.-Special issue, Vol.37, C1: Proc. Intern. Congr. on the radioecology-ecotoxicology of continental and estuarine environments. – Aix-en-Provence (France): EDP Sciences, – P. 1187 -1191.

Пристер Б.С., Перепелятникова Л.В., Шевченко А.Л., Омельяненко Н.П., Чарный Д.В., Шматок В.И., Грицюк Н.Р. Перераспределение радионуклидов на ландшафтных полигонах после аварии на ЧАЭС. // Проблемы сельскохозяйственной радиологии: Сб. науч. тр.УкрНИСХР, вып 4. – К.: из-во УкрИНТЭИ, 1996. С.78-89.

Давидчук В.С., Сорокіна Л.Ю., Калиненко Л.В., Грицюк Н.Р. Застосування ландшафтного підходу при обгрунтуванні реабілітації радіоактивно забруднених земель // Ландшафт як інтегруюча концепція ХХІ сторіччя: Зб. наук. прaць.- К.: в-во КНУ,1999.-С.205-208.

Прістер Б.С., Перепелятнікова Л.В., Калиненко Л.В., Іванова Т.М., Грицюк Н.Р. Розробка програми та методики реабілітації території зони безумовного відселення // Мат-ли наук.-практич. конф. “Наука. Чорнобиль-97”.- К.: в-во УРУЦ, 1998. – С. 59-64.

Омельяненко М.П., Перепелятникова Л.В., Прістер Б.С., Грицюк Н.Р. Горизонтальна та вертикальна міграція 137Cs в геохімічних ландшафтах зони відчуження ЧАЕС // Тези доп. наук.-пр. конф. “Наука. Чорнобиль-96”. - К.: в-во УРУЦ, 1998. – С.40-41.

Перепелятникова Л.В., Пристер Б.С., Омельяненко Н.П., Грицюк Н.Р. Влияние ландшафтно-геохими-ческих особенностей зоны отселения ЧАЭС на горизонтальную миграцию радионуклидов. // Тез. докл. ІІІ съезда по радиационным исследованиям. – Пущино (Россия): из-во РАН, 1997. – С. 465.

Калиненко Л.В., Прістер Б.С., Перепелятникова Л.В., Іванова Т.М., Грицюк Н.Р., Давидчук В.С., Виноградська. Розробка методології реабілітації земель зони відчуження ЧАЕС. Тези доп. наук.-пр. конф. “Наука. Чорнобиль-98”. - К.: в-во УРУЦ, 1999. – С. 78.

Davydchuk V., Grytsyuk N. Landscape approach to the rehabilitation of the territories contaminated after the Chornobyl accident. // Proc. Intern. Conf. “Modern problems of radiobiology, radioecology and evolution” dedicated to centenary of N.W. Timofeeff-Resovsky.”- Dubna (Russia): из-во ОИЯИ, 2000. - C.174.

Давидчук В.С., Грицюк Н.Р. Аналіз на ландшафтній основі просторового розподілу значень коефіцієнта накопичення 137Cs у фітомасі // Тези доп. міжн. конф. “П’ятнадцять років Чорнобильської катастрофи. Досвід подолання”.- К.:Чорнобильінтерінформ, 2001. – С.124.

Рекомендації для підприємств щодо вибору напрямків і порядку проведення реабілітації виведених земель господарств Житомирської та Київської областей з метою повернення цих територій у народногосподарське використання.- № ДР 0197V012855.- К.:УкрНДІСГР, 1998. - 81 с.

Анотація

Грицюк Н.Р. Поведінка 137Cs в природних і напівприродних агроландшафтах Полісся та їх класифікація за ступенем радіоекологічної критичності. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2003.

Шляхом експериментальних досліджень встановлені основні якісні та кількісні критерії радіоекологічної критичності природних та напівприродних агроландшафів Полісся. Як радіоекологічно критичні визначені ландшафти, що за сукупністю природних умов сприяють інтенсивному накопиченню радіонуклідів фітомасою. Тому за кількісний критерій оцінки радіоекологічної критичності ландшафтів обрано коефіцієнт переходу 137Cs з грунту у рослини, який інтегрально відображає вплив комплексу природних умов на накопичення радіонукліда. Проведений аналіз виявив залежність значень коефіцієнта переходу 137Cs в природні та сіяні трави від ландшафтної структури території, зокрема від місцеположення у рельєфі, режиму зволоження та механічного складу грунтів, структури рослинного покриву. На підставі встановленої залежності розроблено класифікацію агроландшафтів за ступенем радіоекологічної небезпеки. Запропонована класифікація враховує основні ландшафтні характеристики оцінених ареалів, та інтенсивність переходу 137Cs у фітомасу.

Використовуючи ландшафтну карту території досліджень як концептуальну та інформаційну основу, побудовано карту значень КП 137Cs у природні та сіяні трави. Така карта слугує просторовим відображенням розробленої класифікації і дозволяє отримати оціночно-прогнозні карти очікуваного забруднення 137Cs деяких видів продукції кормовиробництва та тваринництва.

Ключові слова: міграція радіонуклідів, ландшафт, грунтові умови, рослинний покрив, коефіцієнт переходу, 137Cs, радіоекологічна критичність.

Аннотация

Грицюк Н.Р. Поведение 137Cs в природных и полуприродных агроландшафтах Полесья, их классификация по степени радиоэкологической опасности. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 - экология, Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2003.

Путем экспериментальных исследований установлены основные качественные и количественные критерии радиоэкологической критичности, отражающие закономерности поведения 137Cs в природных и полуприродных агроландшафтах Полесья. В качестве радиоэкологически критических определены ландшафты, которые по совокупности природных условий способствуют интенсивному накоплению радионуклидов фитомассой. При условии вовлечения радионуклидов в трофическую цепь радиоэкологически критические ландшафты могут служить источником загрязненной продукции и, как следствие, повышать дозовые нагрузки на население.

В качестве критерия оценки критичности ландшафтов был обоснован выбор коэффициента перехода 137Cs из почвы в растения как количественного показателя, который может быть установлен экспериментально, и одновременно интегрально отражает влияние комплекса природных условий на интенсивность накопления радионуклида растениями, то есть является ландшафтно зависимым.

В пределах изученного диапазона плотностей загрязнения почвы была подтверждена гипотеза о линейной зависимости между содержанием радионуклида в растениях и почве, что доказывает независимость значений коэффициента перехода 137Cs в растения от уровней загрязнения почвы.

Анализ значительного массива ландшафтно репрезентативных экспериментальных данных позволил установить зависимость значений коэффициента перехода 137Cs в природные и сеяные травы от ландшафтной структуры территории. Было оценено влияние таких значимых ландшафтных факторов как режим увлажнения и гранулометрический состав почвы, характер растительного покрова. По результатам исследования было показано, что в зависимости от степени увлажнения почвы значения коэффициента перехода 137Cs снижаются в следующем порядке: торфяные неосушенные > торфяные осушенные > глеевые > глееватые > слабоглееватые > неоглеенные. Особенно четко это проявляется на примере тех видов природных трав, которым свойственна широкая экологическая амплитуда. В пределах одного типа почвы, в зависимости от степени ее оглеения, КП 137 Cs в природные травы может изменяться в 7 раз для песчаных почв и в 3 раза – для суглинистых. В то же время для сеянных трав разница в значениях КП 137Cs для почв одного механического состава и разной степени оглеения не превышала 1,7 раз.

Установлена также корреляционная зависимость между гранулометрическим составом почвы и величиной значений КП 137Cs, которая удачно описывается степенной функцией. Наиболее заметное снижение значений КП 137Cs происходит на границе песчаные - супесчаные почвы, что обусловлено резким повышением содержания илистой фракции в супесях по сравнению с песчаными почвами. По снижению коэффициентов перехода минеральные почвы можно разместить в такой последовательности: песчаные и пылевато-песчаные > супесчаные > легкосуглинистые > среднесуглинистые. Разница в накоплении в этом ряду может составлять 2 - 6 раза для природных трав и 2 - 3 раза – для сеянных.

Исследования накопления 137Cs в различных типах растительных сообществ показали, что виды растений с узкой экологической амплитудой, диапазон значений КП для которых незначителен (1,3 - 1,5 раза), могут служить индикаторами радиоэкологической критичности (или некритичности) ландшафтов. В то время как виды с более широкой экологической амплитудой выявляют способность по-разному накапливать радионуклид в зависимости от условий произрастания. Для таких видов установлено изменение КП 137Cs до 5 раз.

Результаты исследований позволили классифицировать природные и полуприродные агроландшафты по степени их радиоэкологической опасности. Предложенная классификация учитывает такие ландшафтные характеристики агроценозов как их местоположение в рельефе, почвенные условия, характер растительного покрова и, как интегрирующий показатель, - интенсивность перехода 137Cs в фитомассу. Используя ландшафтную карту территории исследований в качестве основы, была построена карта значений КП 137Cs в природные и сеянные травы для Народичского района. Полученная карта явилась не только отображением разработанной классификации, но и на ее основе были построены оце-прогнозные карты ожидаемого загрязнения 137Cs некоторых видов продукции кормопроизводства и животноводства (сена, молока, мяса).

Ключевые слова: миграция радионуклидов, ландшафт, почвенные условия, растительный покров, коэффициент перехода, 137Cs, радиоэкологическая критичность.

Annotation

Grytsyuk N.R. 137Cs behaviour in natural and semi-natural agro-landscapes of the Polissya and their classification by the radioecological criticacy level. - Manuscript.

Thesis for PhD degree competition (candidate of biological science), speciality 03.00.16 –ecology. Kyiv National Taras Shevchenko University, Kyiv, 2003.

Principal qualitative and quantitative criteria of radioecological criticacy of natural and semi-natural agrolandscapes of the Polissia were estimated by the experimental data. Radioecologically critical landscapes can be defined as ones, which show intencive accumulation of the radionuclides by phytomass due to the natural factors of the territory. Transfer factor was substantiated as a quantitative index of the radioecological criticaсy. Analysis allowed to show the regularity between 137Cs transfer factor to natural and sown grasses and landscape structure of territory. Classification of agrolandscapes by radiological danger accounting location in the relief, assembly of soil conditions, character of vegetation cover and intensity of 137Cs transfer to phytomass was proposed.

From the landscape map, 137Cs transfer factor maps were derived. Estimate-predicting 137Cs contamination maps of forage and some kinds of agricultural production were obtained on the base of transfer factor maps.

Key words: radionuclides, migration, landscapes, soil types, vegetation cover, transfer factor, 137Cs, radioecological criticacy.