Проаналізований розподіл сумарної активності ¹³⁷Cs в екосистемі стиглого соснового лісу. На основі цього оцінений експорт активності радіонукліду з хлистами, за межі зрубу. Розрахована частка активності радіонукліду, яка залишається на зрубі з порубочними залишками та концентрується у попілі кострищ.

Суцільні рубки у лісах не тільки кардинально змінюють екологічну обстановку на ділянках лісу та умови формування нового його покоління, але також можуть істотно вплинути на радіоекологічну обстановку на місцях проведення та далеко за їх межами. Пов'язане це з кількома факторами: фітоекстракцією частини сумарної активності ¹³⁷Cs лісової екосистеми деревостаном; очищенням майбутньої лісосіки від частини підліску та підросту деревних порід; а після спилювання деревостану - складанням у купи порубочних залишків та їх спалюванням.

З лісосіки проводиться вивозка хлистів або підготовлених сортиментів, а разом з тим зі стовбурами відбувається експорт значної частини активності ¹³⁷Cs деревостану. У подальшому радіоекологічні проблеми виникають на нижніх складах, особливо там, де проводиться розпилювання кругляка з виробництвом бруса або обрізних дошок. При цьому виникає значна кількість відходів виробництва (обаполів), питома активність ¹³⁷Cs у яких є у 1,7-2,2 рази вищою, ніж у стовбурі в цілому. Обаполи зазвичай складають у паливні пакети та реалізують населенню. З введенням нових нормативів на вміст ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr у паливній деревині значна частка цієї продукції не зможе вироблятися внаслідок істотного перевищення допустимих нормативів вмісту радіонуклідів. Відповідно, виникає проблема безпечної утилізації згаданих матеріалів, адже при їх тривалому складуванні відбувається швидкий розвиток ентомошкідників.

Метою даної роботи був розрахунок частки експортованої активності ¹³⁷Cs за межі зрубу стиглого лісу та частки активності радіонукліду, яка міститься у порубочних залишках, а згодом концентрується при їх спалюванні.

Розподіл ¹³⁷Cs у лісових екосистемах досліджувався багатьма вченими. Зокрема, Ф.А. Тіхоміров із співавторами [8] показав, що внесок деревного ярусу у загальному розподілі запасу ¹³⁷Cs у лісовій екосистемі нині складає 1,2-13 %. Б.І. Якушевим із співавторами [10] був зроблений висновок про те, що середньовікові деревостани Білоруського Полісся за 9 років після Чорнобильської аварії винесли 7-8 % сумарної активності ¹³⁷Cs лісового біогеоценозу, з них до 5 % припадає на надземну фітомасу та 2-3 % - на кореневі системи.

Українськими вченими [3] проаналізований розподіл ¹³⁷Cs у біогеоценозі соснового лісу свіжого бору (А₂) у 1993 р. у 30-км зоні ЧАЕС. Показано, що 93,2-95,2 % сумарної активності ¹³⁷Cs лісового біогеоценозу знаходилося у ґрунті, а у надземній фітомасі соснового деревостану містилося 4,8-6,8 % валового запасу радіонукліду, з них 1,2-2,2 % запасу ¹³⁷Cs знаходилося у деревині стовбура; 0,4-1,6 % - корі; 0,9-1,1 % - шпильках; 0,7-0,9 % - лубі; 0,5-0,6 % - пагонах; 0,4-0,6 % - гілках.

М.П. Архіповим [2] наведена динаміка перерозподілу валового запасу ¹³⁷Cs між компонентами соснових біогеоценозів Українського Полісся у 1987 та 1997 рр. Зокрема, у 1997 р.94,5 % валового запасу радіонукліду утримувалося ґрунтом та 5,5 % - деревостаном. Показано, що частка деревини у депонуванні ¹³⁷Cs деревостаном збільшилася з 3,8 % у 1987 р. до 43 % у 1997 р.; частка кори за цей період зменшилася з 55,2 % до20 %; шпильок - зменшилася з 20,8 % до 19 %; гілок - зменшилася з 20,2 % до 18 %.

Білоруські дослідники [7] проаналізували розподіл валового запасу ¹³⁷Cs у сосняках Поліського радіоекологічного заповідника Білорусі та показали, що у надземній фітомасі середньовікових соснових лісів частка валового запасу радіонукліду варіює в межах 2,1-4,3 %. Внесок окремих компонентів у розподіл ¹³⁷Cs у надземній фітомасі сосни був таким: деревина - 60 %, гілки та пагони - 12-19 %; шпильки - 9-15 %; кора - 17-28 %.

В Українському Поліссі у 1996 р. вченими [5] був наведений розподіл валового запасу ¹³⁷Cs у фітоценозі: 93 % - лісова підстилка; 6 % - деревостан, з них кора зовнішня - 2 %, деревина - 2 %, шпильки - 1 %, кора внутрішня - 21 %, шишки - <1 %.

В.П. Краснов [4] для середньовікових соснових лісів вологих суборів Українського Полісся навів такий розподіл валового запасу ¹³⁷Cs у екосистемі (1995 р.): мінеральні шари ґрунту - 34,8 %; лісова підстилка - 34,3 %; деревостан - 14,9 %, в т. ч. у стовбурі - 9,4 %.

Таким чином, аналіз публікацій, присвячених розподілу ¹³⁷Cs у лісових біогеоценозах, демонструє наявність значного обсягу даних для молодників та особливо для середньовікових соснових лісів. Практично відсутні публікації, де б розглядався розподіл валового запасу радіонукліду у стиглих соснових лісах, що не дозволяє розрахувати частку ¹³⁷Cs, яка вивозиться з лісосіки разом з хлистами або певними сортиментами.

Дослідження проведені у 2006 р. у 85-річному сосновому лісі свіжого бору (А₂) у кварталі 49, виділі 11 Повчанського л-ва Лугинського ДЛГ при щільності забруднення ґрунту 485 кБк/м².

У типовому за рельєфом локалітеті копалися три повних ґрунтових профілі, з них відбирався грунт на радіоактивність - пробовідбірником, площею 500 см² та висотою 2 см, об'єм кожного зразка мінеральних горизонтів дорівнював 1000 см³. Лісова підстилка відбиралася також з площі 500 см². На пробній площі розміром 1,0 га за стандартною методикою був проведений суцільний таксаційний переоблік деревостану [1]. За його результатами для пробної площі визначалися параметри середнього модельного дерева для трьох головних ступенів товщини. Дерева, близькі за таксаційними показниками до середніх модельних, підбиралися на пробній площі і спилювалися. Стовбур розділявся на 3-и частини - верхню, середню та нижню, а кожна з частин на 1,5 - 2-м відрізки. При цьому досліджувалися окремо вагові та радіоекологічні показники стовбура. З кожної ділянки останнього знімалася уся кора зовнішня, потім кора внутрішня. Бензомоторною пилою відбиралися зразки деревини без кори та деревини в корі. З крони відбиралися та зважувалися 3 середні гілки, з них проводилося суцільне зривання пагонів поточного року формування, шпильок однорічних, шпильок дворічних, шпильок, старших 2-х років, гілок тонких та товстих. Ярус підросту обраховувався на площі 100 м², а трав'яно-чагарничковий ярус, лишайниковий ярус та моховий ярус - з 5-и облікових ділянок 1 м².

Усі зразки ґрунту та рослинності висушувалися до повітряно сухого стану при 80^оС протягом 72 год, гомогенізувалися. Гомогенізовані зразки вміщувалися у посудини Марінеллі (об'ємом 1,0 л). Питома активність ¹³⁷Cs вимірювалася на багатоканальному гамма-спектроаналізаторі СЕГ-005 з сцинтиляційними детекторами БДЕГ-63.

Статистична обробка експериментальних даних проведена із застосуванням стандартного пакету програм "Excel" за загальноприйнятими формулами [9].

Розподіл сумарної активності ¹³⁷Cs у лісовій екосистемі стиглого соснового лісу в типі умов свіжий бір є специфічним (табл.1).

Матеріали, представлені у таблиці 1, демонструють, що нині більша частка сумарної активності ¹³⁷Cs екосистеми зосереджена у ґрунті - 76,48 %, в т. ч.18,09 % - у лісовій підстилці та 58,39 % - у мінеральних шарах ґрунту. Відповідно, компоненти надземної фітомаси ценозу утримували 23,52 % валового запасу ¹³⁷Cs лісової екосистеми.

Внаслідок значної фітомаси частка деревного ярусу у розподілі ¹³⁷Cs в екосистемі є визначальною серед усіх компонентів фітоценозу - 13,71 %. Також значну частку сумарної активності ¹³⁷Cs лісової екосистеми утримує моховий ярус - 9,02 %. Участь інших ярусів лісової рослинності у розподілі ¹³⁷Cs у лісовій екосистемі є незначною і коливається від 0,02 % у підросту та трав'яно-чагарничкового ярусу до 0,59 % у ярусу макроміцетів.

цезій радіонуклід стиглий сосновий ліс

Таблиця 1

Розподіл ¹³⁷Cs по компонентах біогеоценозу стиглого соснового лісу (ТУМ - А₂)

Примітка: знаком * виділені середньозважені значення питомої активності ¹³⁷Cs у ярусі (компоненті) лісової екосистеми.

Особлива увага нами була приділена деревостану, який зрізається при суцільних рубках головного користування, при цьому відбувається істотний перерозподіл сумарної активності ¹³⁷Cs лісової екосистеми. Нами була вивчена структура надземної фітомаси соснового деревостану (рис.1).

Рис.1. Розподіл надземної фітомаси стиглого соснового деревостану у свіжому бору

Виявлено, що найбільшу частку в останній має деревина - 81,56 %, а решта компонентів - значно меншу, від 7,33 % у гілок товстих до 5,61 % - у кори зовнішньої та 0,19 % - у кори внутрішньої. Частка ж хвої різного віку та однорічних пагонів у структурі надземної фітомаси сосни загалом є незначною (0,23-0,93 %).

З метою оцінки можливого експорту активності з екосистеми ¹³⁷Cs внаслідок вирубки стиглого деревостану була визначена частка активності, утримувана всіма компонентами надземної фітомаси останнього (рис.2).

Рис.2. Розподіл сумарної активності ¹³⁷Cs у надземній фітомасі стиглого соснового деревостану

Порівняльний аналіз даних рисунків 1 та 2 свідчить про те, що частка деревини в утриманні ¹³⁷Cs деревостану в цілому є значно меншою у порівнянні із розподілом фітомаси. Натомість, частка фізіологічно активних тканин та органів є значно більшою - однорічних пагонів, однорічних шпильок та кори внутрішньої з лубом, причому переважно за рахунок значно вищої питомої активності в них згаданого радіонукліду.

З лісосіки вивозяться хлисти, тому цілком правомірно вважати, що експортується з лісосіки сумарна частка активності ¹³⁷Cs, яка міститься у деревині, корі зовнішній, корі внутрішній - у сумі 52,89 %, в т. ч. - 47,88 % - у деревині; 4,13 % - корі зовнішній; 0,77 % - корі внутрішній.

Компоненти крони, крім найтовщих гілок, у найбільш типових випадках входять до порубочних залишків, збираються на купи та спалюються. Правомірно вважати, що 47,21 % сумарної активності ¹³⁷Cs надземної частини деревостану залишається на зрубі, в т. ч. гілки товсті - 18,49 %; гілки тонкі - 13,46 %; пагони однорічні - 2,49 % та шпильки різного віку - 12,78 %. У діючих "Рекомендаціях з ведення лісового господарства в умовах радіоактивного забруднення" [6] рекомендовано як найбільш придатний метод очищення лісосік від порубочних залишків - збирання у купи для перегнивання (на ділянках з щільністю забруднення ґрунту більше 185 кБк/м² (5 Кі/км²), складання на волоки та технологічні коридори або подрібнення і рівномірне розкидання по площі. Розрахунки показують, що в екосистемі, яка аналізується, 405,68 МБк активності порубочних залишків складалось би на купи (15-20 шт/га) для перегнивання. На ділянках суцільних рубок при щільностях забруднення ґрунту менше 185 кБк/м² звичайним методом очищення лісосіки від порубочних залишків є їх збирання на купи з наступним спалюванням, що, навіть при незначних рівнях радіоактивного забруднення компонентів фітомаси сосни внаслідок значного концентрування радіонукліду при їх спалюванні, обумовлює на місцях кострищ формування значних за рівнями радіоактивного забруднення локальних аномалій вмісту ¹³⁷Cs у ґрунті. Також слід підкреслити, що ¹³⁷Cs з попілу у водорозчинній формі надходить до ґрунту, при цьому у перший рік його доступність для кореневого живлення рослин є значною, швидко зменшуючись у наступні роки внаслідок "старіння" у ґрунті.

1. Нині більша частка сумарної активності ¹³⁷Cs у стиглих соснових лісах свіжих борів зосереджена у ґрунті - 76,48, компоненти надземної фітомаси ценозу утримують 23,52 %.

2. Найбільша частка надземної фітомаси соснового деревостану припадає на деревину - 81,56 %. Відносна частка решти компонентів є значно меншою, від 7,33 % у гілок товстих до 5,61 % - у кори зовнішньої та 0,19 % - у кори внутрішньої.

3. З лісосіки разом з хлистами експортується сумарна частка активності ¹³⁷Cs, яка у сумі складає 52,89 %.

4. Порубочні залишки на зрубі збираються на купи (47,21 % сумарної активності ¹³⁷Cs надземної частини деревостану) та спалюються, обумовлюючи інтенсивне радіоактивне забруднення кострищ.

Література

1. Анучин Н.П. Лесная таксация. - М.: Лесная промышденность, 1977. - 512 с.

2. Архипов Н.П. Роль лесов в формировании и развитии радиоэкологической обстановки в Чернобыльской зоне отчуждения Украины // Лес. Человек. Чернобыль: Науч. труды. - Гомель: ИЛ НАН Беларуси, 2000. - С.5-10.

3. Зибцев С.В., Худолий В.Н., Давыдов Н.Н. и др. Накопление и распределение ¹³⁷Cs в экосистеме соснового леса при различной плотности загрязнения почвы // Чернобыль-94: Сб. докл. Междунар. науч. конф. - Т.1. - Чернобыль, 1996. - С.485-492. Краснов В.П. Радіоекологія лісів Полісся України. - Житомир: Волинь, 1998. - 112 с.

4. Лундін С.М., Кадигріб О.М., Процак В.П., Ланшин В.П., Ковтун М.В. Оцінка запасу радіоактивних речовин в лісових біогеоценозах Полісся // Проблемы с. - х. радиологии: Сб. науч. тр. - Вып.4. - К: УНИИСХР, 1996. - С.90-97.

5 Рекомендації з ведення лісового господарства в умовах радіоактивного забруднення / Під ред.М. М. Калетника. - Київ: Держкомлісгосп України, 1998. - 66 с.

6. Савельев В.В., Пискунов В.С., Ворона И.С. Миграция и накопление радиоцезия в экосистеме сосняков ПГРЭЗ // Тез. докл. Междунар. науч. конф. "Фундаментальные и прикладные аспекты радиобиологии: биологические эффекты малых доз и радиоактивное загрязнение среды"). - Минск, 1998. - С.215.

7. Тихомиров Ф.А., Щеглов А.И. Последствия радиоактивного загрязнения лесов в зоне влияния аварии на ЧАЭС // Радиационная биология. Радиоэкология. - 1997. - Т.37, вып.4. - С.664-672.

8. Урбах В.Ю. Биометрические методы. - М.: Наука, 1964. - 415 с.

9. Якушев Б.И., Мартинович Б.С., Рахтеенко Л.И., Будкевич Т.А., Кабашникова Г.И., Ермакова О.О., Сак М.М. Круговорот радионуклидов Чернобыльской катастрофы в природно-растительных комплексах в условиях Беларуси // Intern. Conf. “One decade after Chernobyl: Summing up the consequences of the Accident”: Book of extended synopses. - Vienna, 1996. - P.158-162.

Размещено на Allbest.ru