TECHNOGENIC CONTAMINATION OF MEADOW ECOSYSTEMS IN THE SOZH RIVER FLOODPLAIN IN VETKA DISTRICT, GOMEL REGION, 30 YEARS AFTER THE CHERNOBYL CATASTROPHE

Full Text

Введение Гомельская область отличается наличием большого количества естественных лугов и пастбищ, располагающихся на пойменных лугах и в низинах, дающих дешевые травяные корма и делающих невозможным выращивание на этих землях других видов растениеводческой продукции. Проблема техногенного загрязнения привлекает к себе особое внимание специалистов различных отраслей народного хозяйства. В связи с этим необходим контроль за содержанием тяжелых металлов в объектах окружающей среды и изучение закономерностей поведения токсикантов в системе «почва - растение - продукция животноводства» (Головатый 2009; Перечень … 2004). В результате аварии на ЧАЭС произошло радиоактивное загрязнение сенокосно-пастбищных угодий, ранее интенсивно используемых для получения кормов в отрасли животноводства. В зону загрязнения попали луга различных типов - суходольные, пойменные и заболоченные. Естественные луга в Гомельской области составляют около 25% от кормовых угодий и 10,3% от всех с/х угодий (загрязненных пойменных лугов в республике насчитывается 250 тыс. га). Многолетние травы естественных сенокосно-пастбищных угодий отличаются наибольшей способностью аккумулировать 137Cs и 90Sr. Осоково-разнотравные и, особенно, осоковые фитоценозы, приуроченные к постоянно переувлажненным дерновым и торфяно-болотным типам почв, накапливают 137Cs в 5-100 раз больше, чем злаковые фитоценозы (Подоляк 2001). Различия в накоплении 90Sr различными ботаническими группами луговых растений также существенны. По данным российских исследователей, видовые различия по накоплению 137Cs в пределах одной луговой экосистемы достигают 14-30 раз. Максимальные величины перехода этого радионуклида характерны для низинных и пойменных лугов, что свидетельствует, по мнению ученых, о преобладании влияния гидрологического режима на биологическую подвижность радионуклидов в луговых экосистемах (Алексахин 2001). Методика исследования Флористический состав изучали по методу А. А. Корчагина одновременно с геоботаническим описанием травостоев луговых экосистем (Раменский 1971). Латинские названия видов высших растений даны по определителю (Определитель ... 1999). Классификацию растительности луговых экосистем выполняли в соответствии с принципами и методами эколого-флористической классификации Браун - Бланке (Миркин 2002; Карамышева 1967; Александрова 1969). Определение содержания 137Cs в почвенных и растительных образцах производили на гамма-спектрометрическом комплексе Tenneleс по МВИ.МН 3421-2010 «Методика выполнения измерений объемной и удельной активности гамма-излучающих радионуклидов на гамма-спектрометрах с полупроводниковыми детекторами». Оценку радиоактивного загрязнения растений и возможности их безопасного использования давали путем сопоставления полученных результатов с нормативным показателем республиканского допустимого уровня содержания 137Cs в лекарственно-техническом сырье (РДУ/ЛТС-2004), равным 370 Бк/кг. Содержание тяжелых металлов (Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) в пробах почвы и образцах растений определялось на атомно-абсорбционном спектрометре solaar M6 в РНИУП «Институт радиологии» АН РБ. Результаты исследования В вегетационный период 2016 г. нами были обследованы луговые экосистемы поймы р. Сож. Ниже приводятся геоботанические описания исследуемых луговых экосистем Ветковского района. Объект 1. Повышенная равнина прибережной центральной поймы р. Сож. Ширина 50 м, длина 300 м. Проективное покрытие 80-85 %. Высота травостоя 80-90 см. Аспект травостоя зеленоватый с сероватым оттенком соцветий злаков. Почва дерново-глееватая, супесчаная. По эколого-флористической классификации луговая экосистема относится к ассоциации Deschampsietum cespitosaе, субассоциации Poetosum palustris, варианту Leontodon autumnalis, союзу Cynosurion, порядку Arrhenatheretalia Pawl.1928, классу Molinio-Arrhenatheretea Tx. 1937. Объект 2. Расположен вблизи д. Шерстин около первой надпойменной террасы. Аспект травостоя зеленый с фиолетовыми соцветиями полевицы тонкой и белыми - клевера ползучего. Проективное покрытие 90%, высота 20-40 см. Использование травостоя - бессистемный выпас. По эколого-флористической классификации эта луговая экосистема относится к базальному сообществу Trifоlium repens (Сynosurion). Объект 3. Глубокое понижение, примыкающее к озеру Кривое вблизи д. Шерстин. Длина 400 м, ширина 60 м в притеррасной части поймы р. Сож. Доминантом травостоя является осока острая. Проективное покрытие 80-90%, высота травостоя 60-80 см. Почва перегнойно-глеевая. По эколого-флористической классификации луговая экосистема относится к ассоциации Caricetum gracilis, союзу Magnocaricion elatae Koch 1926, порядку Magnocaricetalia Pignatti 1953, классу Phragmiti - Magnocaricetea. Объект 4. Пониженная равнина центральной правобережной поймы р. Сож вблизи д. Шерстин. Проективное покрытие 90%, высота 60-80 см. Доминирующие виды - Juncus compressus и Deschampsia cespitosa. Почва дерново-подзолистая, глеевая. Использование травостоя - пастбищное. По эколого-флористической классификации луговая экосистема относится к ассоциации Junco-Dechampsictum cespitosae Bulokhov 1990, союзу Agropyro-Rumicion crispi Nordn. 1940, порядку Agrostietalia stoloniferae Oberd. in Oberd. et al. 1967, классу Molinio-Arrhenatheretea Tx. 1937. Объект 5. Плоская равнина центральной поймы р. Сож. Доминантами травостоя являются овсяница луговая (Festucа pratensis) и мятлик луговой (Роа pratensis). Проективное покрытие травостоя 85%. Высота 40 (70) см. По эколого-флористической классификации луговая экосистема относится к ассоциации Poo-Festucetum pratensis Sapegin 1986, союзу Festucion pratensis Sipajlova et al. 1985, порядку Arrhenatheretalia Pawl.1928, классу Molinio-Arrhenatheretea Tx. 1937 em R. Tx. 1970. Объект 6. Прирусловая пониженная равнина правобережной поймы р. Сож вблизи н.п. Шерстин. По эколого-флористической классификации луговая экосистема относится к ассоциации Caricetum gracilis, союзу Magnocaricion elatae Koch 1926, порядку Magnocaricetalia Pignatti 1953, классу Phragmiti - Magnocaricetea. Объект 7. Прирусловая повышенная равнина правобережной поймы р. Сож вблизи н.п. Шерстин Ветковского района. Относится к ассоциации Phalaroidetum arundinaceae Libb. 1931, союзу Phalaroidaion arundinaceae Kopeсky 1961, порядку Magnocaricetalia Pign. 1953, классу Phragmita - Magnocaricetea Klika in Klika et Novak 1941. На основании выделенных ассоциаций составлен продромус синтаксонов пойменных лугов р. Сож Ветковского района, представленный ниже: Класс Phragmito - Magnocaricetea Klika in Klika et Novak 1941 Порядок Magnocaricetalia Pignatti 1953 Союз Magnocaricion elatae Koch 1926 Асс. Phalaridetum arundinaceae Libbert 1931 Асс. Caricetum gracilis (Almquist 1929) R.Tx. 1937 Класс Molinio-Arrhenatheretea R. Tx. 1937 em. R. Tx. 1970 Порядок Arrhenatheretalia Pawl. 1928 Союз Cynosurion cristati R.Tx. 1947 Базальное сообщество Trifоlium repens Асс. Deschampsietum cespitosaе Союз Festucion pratensis Sipajlova et al. 1985 Асс. Poo-Festucetum pratensis Sapegin 1986 Класс Plantaginetea majoris Tx. et Preising 1950 Порядок Agrostietalia stoloniferae Oberb. 1967 Союз Agropyro-Rumicion crispi Nordn. 1940, Асс. Junco - Deschamsietum cespitosae Bulokhov 1990 Синтаксономическое разнообразие луговой растительности поймы р. Сож на территории Ветковского района представлено 3 классами, 3 порядками, 4 союзами и 6 ассоциациями. Наибольшая удельная активность радиоцезия отмечена в почвах луговых экосистем Deschampsietum cespitosaе, Caricetum gracilis и Phalaridetum arundinaceae (объекты № 1, 3, 6, 7) (табл. 1). Анализ удельной активности и плотности загрязнения почвы стронцием-90 показал, что наибольшая удельная активность и плотность загрязнения отмечена у ассоциаций Junco - Deschampsietum cespitosae, Poo - Festucetum pratensis, базального сообщества Trifolium repens. Анализ содержания тяжелых металлов в почвах луговых экосистем Ветковского района показал, что наибольшее количество железа находилось в почве четвертого объекта, а меньше всего - в почве третьего объекта (табл. 2). Наибольшим накоплением меди характеризовались почвы четвертого объекта, а наименьшим - третьего, что в 8,4 раза меньше, чем в четвертом. Более всего цинка накапливалось в пятом объекте, а менее всего - в третьем, что в 3,3 раза ниже, чем в пятом. По содержанию кобальта не наблюдалось резких отличий между луговыми экосистемами. Более всего марганца накапливалось в почвах пятого объекта, а наименьшее количество - в почвах второго объекта, что в 2,4 раза меньше, чем в пятом. Количество свинца в четвертом объекте, где отмечалось его высокое содержание, было в пять раз больше, чем в третьем объекте. Содержание кадмия во всех изучаемых луговых экосистемах оказалось одинаковым и было невысоким. Также практически одинаковым во всех объектах, за исключением первого, было содержание хрома. В почвах луговых экосистем наблюдалась некоторая дифференциация по накоплению никеля. Так, в первом и пятом объектах его величина почти в три раза выше, чем в третьем объекте. Следует отметить, что в почвах всех изучаемых луговых экосистем не наблюдалось превышения ПДК по исследуемым тяжелым металлам. По отдельным тяжелым металлам наблюдалась дифференциация по их содержанию, а по кадмию, хрому во всех объектах отмечалось одинаковое их количество. Анализ изучаемых луговых экосистем показал (табл. 3), что наибольшим запасом надземной фитомассы отличались ассоциации Caricetum gracilis (объекты № 3, 6), Phalaridetum arundinaceae (объект № 7). Минимальным запасом надземной фитомассы характеризовалось базальное сообщество Trifolium repens. Это более чем в три раза меньше, чем у ассоциаций с высокой урожайностью. Таблица 1 Удельная активность и плотность загрязнения цезием-137 и стронцием-90 почвы изучаемых луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района Номер объекта, название ассоциации 137Cs 90Sr удельная активность, Бк/кг плотность загрязнения, кБк/м2 удельная активность, Бк/кг плотность загрязнения, кБк/м2 1. Deschampsietum cespitosaе 1891 ± 235 453,8 1,3 ± 0,3 0,3 2. Базальное сообщество Trifоlium repens 273 ± 36 65,5 4,9 ± 1,2 1,18 3. Caricetum gracilis 1565 ± 195 375,6 3,5 ± 0,9 0,84 4. Junco-Deschampsiеtum cespitosae 1046 ± 131 251,0 24,8 ± 5,5 5,95 5. Poo-Festucetum pratensis 1058 ± 207 397,9 4,7 ± 1,1 1,16 6. Caricetum gracilis 1595 ± 199 382,8 3,9 ± 0,82 0,93 7. Phalaridetum arundinaceae 1236 ± 185 296,7 2,5 ± 0,7 0,60 Таблица 2 Содержание тяжелых металлов в почвах луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района № объекта Название ассоциации Определяемые показатели, абс.-сух. сост., мг/кг Fe Cu Zn Co Mn Pb Cd Ni Cr 1 Deschampsietum cespitosaе 244,18 1,36 2,18 0,25 64,24 1,72 ˂ 0,06 0,81 0,17 2 Базальное сообщество Trifоlium repens 188,22 0,62 3,42 0,31 30,12 1,38 ˂ 0,06 0,62 ˂ 0,15 3 Caricetum gracilis 47,84 0,28 0,95 0,22 55,56 0,62 ˂ 0,06 0,28 ˂ 0,15 4 Junco-Deschampsiеtum cespitosae 288,62 2,36 2,24 0,27 70,92 3,12 ˂ 0,06 0,74 ˂ 0,16 5 Poo-Festucetum pratensis 312,12 1,12 3,14 0,36 72,22 1,42 ˂ 0,06 0,82 ˂ 0,15 6 Caricetum gracilis 67,22 0,44 1,18 0,24 63,27 0,74 ˂ 0,06 0,34 ˂ 0,15 7 Phalaridetum arundinaceae 292,42 1,18 2,65 0,34 68,45 1,53 ˂ 0,06 0,72 ˂ 0,15 ПДК, мг/кг - 3,0 37,0 20,0 1500,0 25,0 0,4 4,0 6,0 Таблица 3 Запас надземной фитомассы луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района № объекта Название ассоциации Урожайность, ц/га сухой массы 1 Deschampsietum cespitosaе 28,4 ± 1,7 2 Базальное сообщество Trifоlium repens 11,7 ± 0,7 3 Caricetum gracilis 37,6 ± 2,6 4 Junco-Deschampsiеtum cespitosae 30,8 ± 1,9 5 Poo-Festucetum pratensis 28,6 ± 1,4 6 Caricetum gracilis 34,8 ± 2,3 7 Phalaridetum arundinaceae 36,5 ± 2,8 НСР0,5 ц/га 2,2 Анализ содержания тяжелых металлов (табл. 4) в надземной фитомассе луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района выявил, что наибольшее количество железа встречается в четвертом объекте, а наименьшее - в третьем, что в 1,9 раза ниже, чем в ассоциации Junco - Deschampsietum cespitosae. По содержанию меди также выделяются ассоциации с наибольшим накоплением (объект № 4) и с наименьшим (объект № 2). Также выделяются ассоциации с близкими значениями (объекты № 1, 2, 6) и (объекты № 3, 5). Большим содержанием цинка отличалась ассоциация четвертого объекта, в фитомассе которой содержание цинка было превышено в 5,3 раза. Здесь также выделяются несколько объектов (№ 5, 6, 7), у которых отмечаются близкие значения накопления цинка. Максимальное накопление марганца среди изучаемых ассоциаций наблюдалось у Junco - Deschampsietum cespitosae, а минимальное - в ассоциации Deschampsietum cespitosa. Следует подчеркнуть, что близкие значения были отмечены в третьем, пятом, шестом и седьмом объектах. Более всего никеля накапливал травяной корм ассоциации Phalaridetum arundinaceae. Это в 4 раза выше, чем в ассоциации Junco - Deschampsietum cespitosae, где отмечено минимальное накопление никеля. В пяти объектах из семи наблюдались близкие значения содержания никеля. Во всех луговых экосистемах накопление кобальта, свинца, кадмия и хрома было сходным. Таблица 4 Содержание тяжелых металлов в надземной фитомассе луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района № объекта Название ассоциации Определяемые показатели, абс.-сух. сост., мг/кг Fe Cu Zn Co Mn Pb Cd Ni Cr 1 Deschampsietum cespitosaе 135,42 4,12 17,22 ˂ 0,02 164,2 ˂ 0,05 ˂ 0,01 0,34 ˂ 0,014 2 Базальное сообщество Trifоlium repens 118,65 3,66 10,14 ˂ 0,02 188,16 ˂ 0,03 ˂ 0,01 0,12 ˂ 0,014 3 Caricetum gracilis 92,32 6,88 23,28 ˂ 0,02 322,98 ˂ 0,03 ˂ 0,01 0,29 ˂ 0,014 4 Junco-Deschampsiеtum cespitosae 176,34 10,6 54,27 ˂ 0,02 410,29 ˂ 0,03 ˂ 0,01 0,09 ˂ 0,014 5 Poo-Festucetum pratensis 152,72 7,32 29,14 ˂ 0,02 369,76 ˂ 0,03 ˂ 0,01 0,28 ˂ 0,014 6 Caricetum gracilis 108,62 5,34 30,61 ˂ 0,02 306,18 ˂ 0,03 ˂ 0,01 0,31 ˂ 0,014 7 Phalaridetum arundinaceae 160,14 8,78 33,74 ˂ 0,02 358,28 ˂ 0,03 ˂ 0,01 0,36 ˂ 0,014 ПДК, мг/кг - 3,0 37,0 20,0 1500,0 25,0 0,4 4,0 6,0 Установлен следующий ряд чередования средних величин КН (это отношение содержания тяжелых металлов в фитомассе к содержанию тяжелых металлов в почве) в порядке убывания: Zn, Cu, Mn, Fe, Ni, Cd, Cr, Co, Pb. Средние значения КН варьировали от 0,03 до 15,4 для цинка (табл. 5). Амплитуда колебаний КН тяжелых металлов по объектам изучения составляла от 1,1 до 8,7. Наибольшее варьирование выявлено для цинка и меди. Установлены максимальные значения КН тяжелых металлов для Caricetum gracilis. Минимальные величины КН установлены для Deschampsietum cespitosaе, Poo-Festucetum pratensis, Junco-Deschampsiеtum cespitosae. Анализ удельной активности растительных образцов загрязнением цезием-137 и стронцием-90 дан в таблице 6. Таблица 5 Коэффициенты накопления тяжелых металлов фитомассой луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района, в (мг/кг) / (мг/кг) № объекта Название ассоциации Fe Cu Zn Co Mn Pb Cd Ni Cr 1 Deschampsietum cespitosaе 0,56 3,02 7,89 0,08 2,55 0,03 0,17 0,42 0,08 2 Базальное сообщество Trifоlium repens 0,63 5,90 2,96 0,07 6,24 0,02 0,17 0,19 0,09 3 Caricetum gracilis 1,93 24,57 24,50 0,09 5,81 0,05 0,17 1,04 0,09 4 Junco-Deschampsiеtum cespitosae 0,61 4,49 24,22 0,07 5,78 0,01 0,17 0,12 0,09 5 Poo-Festucetum pratensis 0,48 6,53 9,28 0,06 5,12 0,02 0,17 0,34 0,09 6 Caricetum gracilis 1,61 12,13 25,94 0,08 4,83 0,04 0,17 0,91 0,09 7 Phalaridetum arundinaceae 0,54 7,44 12,73 0,06 5,23 0,02 0,17 0,5 0,09 Таблица 6 Удельная активность цезия-137 и стронция-90 в надземной фитомассе Луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района, в Бк/кг № объекта, название ассоциации Удельная активность 137Cs Удельная активность, 90Sr 1. Deschampsietum cespitosaе 1439,0 ± 187,0 8,0 ± 1,9 2. Базальное сообщество Trifоlium repens 49,0 ± 10,0 39,1 ± 8,6 3. Caricetum gracilis 1118,0 ± 145,0 1,8 ± 0,5 4. Junco-Deschampsiеtum cespitosae 922,0 ± 116,0 54,6 ± 11,9 5. Poo-Festucetum pratensis 313,0 ± 42,0 12,8 ± 3,5 6. Caricetum gracilis 451,0 ± 56,0 27,6 ± 5,4 7. Phalaridetum arundinaceae 89,0 ± 13,0 38,9 ± 8,1 Согласно данным, представленным в таблице, видно, что наибольшая удельная активность цезия-137 отмечена в надземной фитомассе ассоциации Deschampsietum cespitosaе, которая превышала Республиканский допустимый уровень (РДУ, 2004), равный 1300 Бк/кг, и эта надземная фитомасса не может использоваться на корм животным для получения цельного молока. По сравнению с другими ассоциациями также относительно высокая удельная активность надземной фитомассы наблюдалась в ассоциации Caricetum gracilis в 3-м объекте и в Junco-Deschampsiеtum cespitosae в 4-м объекте. Наименьшая удельная активность оказалась в базальном сообществе Trifоlium repens во 2-м объекте. Анализ удельной активности стронция-90 выявил, что среди изучаемых ассоциаций наиболее высокая удельная активность отмечалась в 4-м объекте, приблизительно одинаковая величина удельной активности была во 2-м и 7-м объектах, а минимальная - в 1-м и 5-м. Следует отметить, что Республиканский допустимый уровень по стронцию-90 в травяном корме составляет 260 Бк/кг. Следовательно, травяной корм по удельной активности стронция-90 отвечал нормативным требованиям. Выводы 1. Спустя 30 лет после катастрофы на Чернобыльской АЭС в почве изучаемых луговых экосистем отмечается дифференциация по накоплению цезия-137 и стронция-90. 2. В почвах луговых экосистем не наблюдалось превышения предельно допустимой концентрации содержания изучаемых тяжелых металлов. 3. Запас надземной фитомассы колебался от 3,65 т/га (Phalaridetum arundinaceae) до 1,17 т/га (базальное сообщество Trifоlium repens). 4. Установлен следующий ряд чередования тяжелых металлов в надземной фитомассе в порядке убывания: Zn, Cu, Mn, Fe, Ni, Cd, Cr, Co, Pb. 5. Из семи изучаемых ассоциаций только в одной Deschampsietum cespitosaе в надземной фитомассе отмечалось превышение допустимого уровня радиоцезия 1 300 Бк/кг.

About the authors

N. М. Dаjnekо

Francisk Skorina Gomel State

Candidate of Biological Sciences, Associate Professor head of the Department of Botany and Plant Physiology

References

Supplementary files