< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Едафотоп A5 (мокрий бір)

Займає обводнену безстічну улоговину нижче підніжжя схилу дюни у мезорельєфі і репрезентує гідроморфний ландшафт. Рівень ґрунтових вод коливається по роках від 10 до 30 см. Рослинний покрив цього ландшафту представлений типовим ценозом рідколісних мезооліготрофних боліт Центрального Полісся України – пригніченим сосняком пухівково-чагарничково-сфагновим. Слід зазначити, що мінеральне живлення згаданого лісового болота відбувається переважно за рахунок атмосферних опадів – сухих (пил) і мокрих (дощ, сніг) і значно меншою мірою – за рахунок ґрунтових вод. Розріджений деревостан зімкнутістю 0,3-0,4 утворює сосна звичайна (Pinus sylvestris L.), яка у віці 60 років має висоту 2,0–2,5 м, діаметр 6–8 см, V6 бонітет. Поодиноко також трапляється береза пухнаста (Betula pubescens Ehrh.). Підлісок і підріст відсутні. Трав'яно-чагарничковий ярус з проективним покриттям (20)30–40 % утворюють переважно бореальні види: пухівка піхвова (Eriophorum vaginatum L.) – 20–25 %, буяхи (Vaccinium uliginosum (L.) – 3–5, багно болотне (Ledum palustre L.) – 3–5, журавлина болотна (Oxycoccus palustris (L.) Pers.) – 3–5, підбіл білолистий (Andromeda polifolia L.) – 1–3 %. Моховий ярус густий рівномірний, з проективним покриттям 95–98 %. Основу його утворює сфагнум сумнівний (Sphagnum fallax (Klinggr.) Klinggr.) – 80–85 %, у обводнених мочажинах трапляється сфагнум гострокінцевий (Sph. cuspidatum Ehrh.) – 5–10, а найвищі купини формує сфагнум Магеллана (Sph. magellanicum Brid.) – 3–5 %.

Ґрунти – торф'яні, мезотрофні, із ступенем розкладення торфу 1015 %. Глибина торф'яних покладів не перевищує 2 м. Сучасний опад сосни розріджений, знаходиться на поверхні сфагнового покриву. На відміну від ґрунтів автоморфних ландшафтів, у гідроморфних шар лісової підстилки не формується, натомість утворюється її болотний аналог – шар так званого очосу, який складається переважно із напіврозкладених решток сфагнових мохів та значно меншою мірою – із залишків судинних рослин. В екосистемі, яка аналізується, шар очосу (H0dt) значної товщини, 20–30 см, поступово переходить у шар власне торфу (7), ступінь розкладу якого збільшується з глибиною. На глибині 1,5–2,0 м під шаром торфу залягають мінеральні піщані відклади, забарвлені гумусовими речовинами та пероксидами заліза і мангану у рудувато-коричневий колір.

Для аналізу розподілу сумарної активності l37Cs у лісових екосистемах велику роль відіграє коректне визначення як масових характеристик компонентів біогеоценозу на одиниці площі, так і вмісту радіонукліда в останніх. В автоморфних ландшафтах основу фітомаси середньовікових лісів створює деревний – едифікаторний – ярус, тоді як у гідроморфних ландшафтах едифікаторна роль деревостану значно зменшується [228]. Тому значну увагу ми приділили оцінці ролі кожного з ярусів лісової рослинності у перерозподілі надземної фітомаси лісових екосистем і валового запасу радіонукліда. Першочерговим завданням було визначення загальної продуктивності деревного ярусу та репрезентативних дерев з відбором зразків для спектрометричних аналізів. При цьому основні характеристики деревостану визначалися за результатами суцільного обліку дерев на дослідних ділянках, кожна площею 1,0 га. Унаслідок того що дослідні ділянки репрезентували лісові екосистеми, спряжені у системі ландшафтів, ці ділянки розміщували поперек схилу дюни та її підніжжя. Протягом 15-річного періоду тричі (1988, 1995, 2002) проводили суцільний переоблік деревостану на усіх ділянках. За результатами цих досліджень були визначені параметри середнього модельного дерева для трьох головних ступенів товщини. Для проміжних періодів вважалося, що параметри середнього дерева близькі до цих базових. Щорічно наприкінці вегетаційного періоду (у жовтні) на кожній пробній площі спилювали по одному середньому модельному дереву для головних ступенів товщини. Після спилювання дерева його стовбур розділяли, залежно від інтенсивності росту деревостану, на відрізки 1–2 м завдовжки, з яких окремо відбирали усю кору зовнішню, кору внутрішню (луб) і деревину без кори. Усі гілки обрубували та розподіляли за діаметром на тонкі (< 5 мм) та товсті (> 5 мм), їхні зразки з кожного дерева відбирали після суцільного зважування цих гілок, пропорційно їхній масі у трьох частинах крони – верхній, середній та нижній, гілки з кожного дерева об'єднували у збірний зразок. Зразок стовбурної деревини відбирали через весь переріз стовбура з фіксованої висоти 1,3 м. З кожного модельного дерева відбирали по одному збірному зразку шпильок та однорічних пагонів сосни з гілок різної частини крони, пропорційно їхній масі в останній, при цьому шпильки однорічні та дворічні об'єднували. Для визначення маси двох останніх органів сосни на 1 дерево здійснювали їхнє суцільне зривання та зважування.

Для кожної досліджуваної частини кожного з дерев на усіх дослідних ділянках у польових умовах визначали масу у свіжому стані. Репрезентативно відібрані зразки за вищеописаною методикою дали змогу з прийнятною точністю визначити масу тканин та органів сосни після висушування до повітряно-сухого стану протягом 72 год при 100 °С. Після визначення повітряно-сухої маси тканин і органів кожного з модельних дерев відповідні показники помножували на кількість дерев цього ступеня товщини на 1 га, а результати підсумовували. Отже, були отримані вагові характеристики деревостану на одиниці площі дослідних ділянок. У подальшому всі відібрані зразки розмелювали на пробопідготовлювачі ПРГ-02 до розміру частинок не більше 2 мм, уміщували в посудини Марінеллі об'ємом 1000 см3 або циліндричні еталоновані посудини меншого об'єму (135 та 75 см3) та зважували. Питому активність l37Cs визначали на багатоканальному гамма-спектроаналізаторі LP-4900B AFORA із напівпровідниковим детектором ДГДК- 100-ВЗ. Відносна похибка вимірювання згаданого показника 10–15 %.

У проекції крони кожного з намічених модельних дерев сосни рівномірно по колу у 5-кратній повторності циліндричним буром із внутрішнім діаметром 5 см відбирали зразки ґрунту (разом лісової підстилки і мінеральних шарів ґрунту до глибини 10 см). Після цього зразки ґрунту для кожного дерева об'єднували у збірний зразок, який репрезентував щільність забруднення ґрунту для конкретного модельного дерева, його об'єм дорівнював 1000 см3. Глибина відбору ґрунтових зразків 10 см відповідає зоні розташування 90–97 % активно діючого коріння сосни. В едафотопах В3 та B4, 93–96 % l37Cs також міститься у згаданому шарі ґрунту [227, 228]. У гідроморфних умовах (едафотоп A5) зразки низькощільного перезволоженого торф'яного ґрунту см відбирали за допомогою спеціального торф'яного бура Гіллера діаметром 5 см, що забезпечувало добре збереження стратиграфії цих зразків. їх аналізували на вміст 137Cs у повітряно-сухому стані після висушування протягом 72 год при 100 °С та розмелювання на пробопідготовлювачі ПРГ-01Т до розміру частинок < 1 мм.

Інтенсивність перерозподілу 137Cs між елементами лісової екосистеми значною мірою залежить від масових характеристик деревостану, тому є доцільним порівняння загальної продуктивності деревостану і фракційного складу окремих тканин та органів сосни на наших дослідних ділянках, кожна з яких репрезентувала певний елемент у системі спряжених ландшафтів. Найбільша продуктивність надземної фітомаси чистих соснових деревостанів характерна для едафотопу вологих суборів (2?3) – 220 т • га-1 (у повітряно-сухому стані), далі у порядку зменшення цього показника, для свіжого бору (A2) 93, сухого бору (A1) – 16,7, мокрого бору (А5) – 6 т • га-1.

Фракційний розподіл надземної фітомаси сосняків у вищенаведених едафотопах також істотно відрізнявся. Наведені на рис. 5.10 дані демонструють, що проаналізовані едафотопи доцільно згрупувати у дві групи за структурою надземної фітомаси. При цьому до першої групи увійшли едафотопи, які репрезентують граничні несприятливі умови для зростання сосни (едафотопи А1 та A5), а до другої – едафотопи, сприятливі для її росту 2 та В3). Істотною відмінністю згаданих двох груп едафотопів є відносна частка стовбура у надземній фітомасі сосни. Найменшою вона була у сухих борах – 58 % надземної фітомаси, дещо вищою у мокрих борах – близько 70 %. В екологічних умовах, сприятливих для зростання сосни і близьких до оптимальних для неї в Українському Поліссі, у свіжих борах і вологих суборах частка стовбура у надземній фітомасі деревостану сягає 90 %. Співвідношення маси деревини та маси гілок у едафотопах A1 та A5 становить 2,0 ± 0,3, тоді як в едафотопах А2та В3 – 11 ± 1.

Співвідношення маси деревини без кори та маси шпильок у несприятливих умовах зростання (едафотоп A1) дорівнювало 4,1, а у сприятливих умовах (едафотоп у42) – 39.

Важливим є також виявлення відносної ролі деревного ярусу у створенні надземної маси фітоценозу в цілому в проаналізованих екосистемах. Зокрема, раніше ми показали [228], що в едафотопах В3, та A2 частка деревостану від загальної маси фітоценозу становить 89–92 %, на відміну від едафотопу А5, де цей показник значно нижчий – 24 %, що свідчить про втрату деревним ярусом сосни едифікаторного значення у гідроморфному ландшафті. Частка ж деревного ярусу в утриманні сумарної активності 137Сs у 2000 р. становила в едафотопах, %: A5 – 4,8; Ai – 52; >4,-51; В3 50. Біогеохімічна роль деревного ярусу в лісових екосистемах відносно l37Cs полягає передусім у тому, що радіонуклід значною мірою депонується у стовбурній деревині та зовнішній корі, порівняно слабо обмінюючись з іншими органами сосни і ґрунтом.

Проте у багаторічному ряду спостережень вміст 137Cs у тканинах та органах сосни у спряжених ландшафтах значно варіював по роках, виявляючи при цьому досить чітку динаміку. В усіх проаналізованих нами едафотопах (спряжених ландшафтах) для сосни було характерним поступове зменшення радіоактивного забруднення зовнішньої кори та збільшення – у решті тканин та органів дерева (рис. 5.11), що пояснюється насамперед поверхневим радіоактивним забрудненням зовнішньої кори, особливо у перші роки після аварії та абсолютним переважанням кореневого шляху надходження l37Cs до інших тканин та органів сосни у період квазірівноваги радіонукліда в ґрунтово-рослинному покриві лісів.

Наприклад, у сухих борах вміст 137Cs у деревині сосни поступово збільшився з 1100 Бк • кг-1 у 1988 р. до 2690 Бк • кг-1 у 2002 р.; у корі внутрішній за аналогічний період – з 10 700 до 20 600; у гілках – з 2150 до 8300; у шпильках – з 21 000 до 44 300; в однорічних пагонах – з 8625 до 45 500 Бк • кг-1. У зовнішній корі питома активність l37Cs за цей період зменшилася з 15 900 до 7300 Бк • кг-1. Отже, для деревостану сосни в цілому, з урахуванням фракційного розподілу надземної фітомаси між тканинами та органами, спостерігається збільшення сумарної активності l37Cs, утримуваної цим ярусом. Вищенаведені закономірності характерні для усіх проаналізованих екотопів, хоча параметри міграції l97Cs в них у системі ґрунт–

Фракційна структура надземної фітомаси сосняків у спряжених ландшафтах:
1 – пагони однорічні та шпильки; 2 – гілки; 3 – кора; 4 – деревина

Рис. 5.10. Фракційна структура надземної фітомаси сосняків у спряжених ландшафтах:

1 – пагони однорічні та шпильки; 2 – гілки; 3 – кора; 4 – деревина

Динаміка питомої активності 137Cs у тканинах та органах сосни у лісових екосистемах спряжених ландшафтів: 1 – деревина без кори; 2 – кора зовнішня; 3 – кора внутрішня; 4 – гілки живі; 5 – шпильки; 6 – пагони однорічні

Рис. 5.11. Динаміка питомої активності 137Cs у тканинах та органах сосни у лісових екосистемах спряжених ландшафтів: 1 – деревина без кори; 2 – кора зовнішня; 3 – кора внутрішня; 4 – гілки живі; 5 – шпильки; 6 – пагони однорічні

сосна є різними. У багаторічному ряду спостережень також виявлено певне варіювання динаміки вмісту 137Cs в усіх тканинах та органах сосни на всіх дослідних ділянках. Беручи до уваги той факт, що наведені дані були отримані на тих самих пробних площах за умов збереження методики відбору зразків, цілком правомірно вважати, що певні коливання вмісту 137Cs у тканинах та органах сосни, істотні навіть у суміжних роках, обумовлені впливом гідротермічних умов конкретних вегетаційних періодів.

Розглянемо детальніше вміст 137Cs у тканинах та органах сосни по едафотопах протягом періоду спостережень. Результати порівняльного аналізу дають змогу стверджувати, що у початковий період досліджень (з 1988 р.) тканини та органи сосни за вмістом у них l37Cs можна було ранжирувати так: шпильки > кора зовнішня > кора внутрішня > пагони однорічні > > гілки > стовбурна деревина. З урахуванням різноспрямованої динаміки вмісту згаданого радіонукліда в зовнішній корі та решті органів сосни у 1995 р. їх рангований ряд змінився: шпильки > пагони однорічні > кора внутрішня > кора зовнішня > гілки > стовбурна деревина. Такий ранговий ряд тканин і органів сосни зберігся донині (дані 2002 р.). Слід підкреслити, що ранговані ряди тканин та органів сосни за питомою активністю 137Cs в усіх проаналізованих спряжених ландшафтах були подібними у відповідні роки спостережень.

В усіх едафотопах протягом періоду спостережень було характерне певне варіювання питомої активності 137Cs у кожній тканині та органі сосни в кожному конкретному році. Наприклад, в едафотопі A2 вміст l37Cs у деревині у 1988 р. змінювався по трьох деревах у межах 1250–1800 Бк • кг-1 за середнього значення 1450 ± 180 Бк • кг-1, коефіцієнта варіювання 21 % і відносної похибки близько 12 %. У цьому ж едафотопі коефіцієнт варіювання вмісту l37Cs у деревині в різні роки коливався від 18 до 31 %, але здебільшого не перевищував 25 %. Подібна картина також була типовою і для решти тканин та органів сосни – у межах аналогічного розмаху варіювання значень. Таке варіювання зумовлене спільною дією кількох факторів: строкатістю ґрунтових умов, які прямо впливають на доступність l37Cs для кореневого поглинання рослинами із ґрунту; строкатістю щільності радіоактивного забруднення ґрунту у межах кожної дослідної ділянки; фізіологічними особливостями одновікових дерев сосни, які належать до різних ступенів товщини і класу Крафта щодо інтенсивності акумуляції згаданого радіонукліда.

Інтегральним показником інтенсивності акумуляції l37Cs із ґрунту окремими тканинами та органами сосни був коефіцієнт переходу (Кп), який розрахований за рівнянням (5.13) як відношення питомої активності l37Cs у певній тканині чи органі сосни (Бк • кг-1) до щільності забруднення ґрунту радіонуклідом (кБк • м-2), тому мав розмірність м2 • кг-1 • 10-3. Дослідження показали, що багаторічна динаміка значень Кп цілком відповідала описаній нами вище для питомої активності l37Cs у відповідних тканинах та органах сосни у відповідні роки (рис. 5.12).

У сухих борах середнє значення Кп збільшилося у стовбурній деревині з 1,98 ±0,21 у 1988 р. до 6,45 ±1,32 у 2002 р.; у корі внутрішній за аналогічний період – з 19,3 ±3,1 до 49,4 ±5,9; у гілках – з 3,87 ±0,54 до 19,9 ±3,1; у шпильках – з 37,8 ± 4,7 до 106 ± 15; в однорічних пагонах – з 15,5 ± 2,0 до 109 ± 17. На відміну від наведених даних щодо тканин та орга-

Динаміка середніх значень Кп 137Cs у різних тканинах та органах сосни в лісових Роки: 1 – 1988, 2 – 1995, 3 – 2002

Рис. 5.12. Динаміка середніх значень Кп 137Cs у різних тканинах та органах сосни в лісових ценозах спряжених ландшафтів.

Роки: 1 – 1988, 2 – 1995, 3 – 2002

нів сосни, для кори зовнішньої за цей самий період Кп зменшився у середньому від 28,7 ± 4,6 до 17,5 ± 2,6. Аналогічна картина була типовою для усіх досліджених едафотопів, які формували спряжені ландшафти.

Слід також звернути увагу на істотні відмінності як середніх значень вмісту 137Cs, так і значень Кп у тому самому органі чи тканині сосни у кожний з років спостережень у різних едафотопах. Порівняльний аналіз відповідних даних дав змогу дійти висновку, що за інтенсивністю акумуляції 137Cs сосновим деревостаном у цілому вивчені едафотопи можна розмістити в такому порядку: ФA5 > A2 > A1 > В3. Отже, у системі спряжених ландшафтів чітко проявляється загальна закономірність інтенсивнішого надходження радіонукліда з фунту до рослин у більш бідних умовах порівняно із багатими та у більш вологих порівняно із сухими. Проте слід зауважиш, що для деяких тканин і органів сосни згаданий порядок едафотопів був іншим. Наприклад, за середнім значенням Кп деревини без кори едафотопи розміщували-

Динаміка забруднення сосни Cs у геохімічно спряжених ландшафтах

Рис. 5.13. Динаміка забруднення сосни 137Cs у геохімічно спряжених ландшафтах

ся у ранговому ряду , а для однорічних пагонів – у ряду

Починаючи з 1990–1991 pp. забруднення сосни визначається кореневим шляхом надходження радіонуклідів [352]. Коефіцієнт геохімічного переходу, розрахований з рівняння (5.14), для сосни в межах геохімічно спряжених ландшафтів експоненційно зростає. Динаміка накопичення описується кривою

(5.14)

де – константа швидкості накопичення l37Cs у сосні (рис. 5.13).

Забруднення сосни l37Cs і величинау межах геохімічно спряжених ландшафтів за однакової щільності забруднення ґрунту зростають відповідно до приросту біомаси в ряду (табл. 5.26). Швидкість самоочищення лісових екосистем підвищується у протилежному ряду та для більшості ландшафтів визначається швидкістю радіоактивного розпаду. Період біологічного напівочищення сосни (Т1/2 (біол.)) становить 15–250 років.

Таблиця 5.26

Характеристика біогеохімічного потоку з ґрунту в деревину сосни (дерево в цілому) для геохімічно спряжених ландшафтів

Параметр

Едафотоп

А1

А5

А2

В3

Рівень ґрунтових вод, м

3-5

0,1

2-3

1,3-1,5

0,0028

0,0044

0,011

0,046

0,12

0,19

0,48

2,0

247

157

63

15

0,018

0,026

0,097

0,14

КГП(М)

Динаміка мобільної форми 137Cs і КГП(М) для лісової екосистеми сосни в межах геохімічно спряжених ландшафтів

Рис. 5.14. Динаміка мобільної форми 137Cs і КГП(М) для лісової екосистеми сосни в межах геохімічно спряжених ландшафтів

З огляду на те що біогеохімічні потоки радіонуклідів є відображенням динаміки мобільної форми, для потоку в системі ґрунт–сосна розраховано КГП відносно мобільної форми (КГП(М)):

(5.15)

де – вміст 137Cs у мобільній формі, виражений на одиницю площі.

Залежність КГП(М) від t з високою вірогідністю описується експоненційною залежністю (рис. 5.14):

(5.16)

де – ландшафтний коефіцієнт, що визначає частку мобільної форми радіонукліда, включену в біогеохімічний потік у лісовій екосистемі; kм(p_t) інтегральна константа швидкості потоку, в межах геохімічно спряжених ландшафтів – це стала величина (0,50 ± 0,02).

Значення зростають зі збільшенням продуктивності біомаси в ряду (табл. 5.26). У біогеохімічний потік у лісовій екосистемі сосни надходить від 2 до 14 % мобільного 137Cs.

Отже, забруднення деревини сосни на час t (років), що минув після катастрофи, можна розрахувати за рівнянням

(5.17)

де М (t) – частка мобільної форми 137Cs у ґрунті на час t.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >