574+582.29/.34+574:5

На правах рукописи

УДК 574+582.29/.34+574:539.16.047 НИФОНТОВА Майя Гедальевна ЛИХЕНО- И БРИОИНДИКАЦИЯ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ 03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора биологических наук

Пермь - 2003

Работа выполнена в Отделе континентальной радиоэкологии Института экологии растений и животных Уральского отделения Российской Академии Наук

Официальные оппоненты:

академик РАН, заслуженный деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор Горчаковский Павел Леонидович доктор биологических наук, профессор Донник Ирина Михайловна доктор биологических наук, профессор Переведенцева Лидия Григорьевна Ведущая организация - Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН

Защита состоится 20 2003 г. в 15 час.

ноября на заседании Диссертационного совета Д 212.189. при Пермском государственном университете по адресу: 614600 г. Пермь ГСП, ул.Букирева, 15, зал заседаний Ученого Совета С авторефератом диссертации в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета

Автореферат разослан « 10 » октября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент Новоселова Л.В.

Актуальность проблемы Разработка и испытание ядерного оружия (середина XX века), интен сивное развитие атомной промышленности обусловили постепенное уве личение радиационного фона биосферы Земли. Техногенные радионукли ды, поступающие в окружающую среду в нормативно допустимых количе ствах, переносятся воздушными и водными потоками на значительные расстояния, образуя зоны радиоактивного загрязнения. В силу особенно стей живых организмов радионуклиды могут накапливаться в них в кон центрациях, превышающих их содержание в окружающей среде. Необхо димость изучения взаимодействия живых организмов со средой в условиях радиоактивного загрязнения инициировала формирование нового научно го направления — радиоэкологии (Тимофеев-Ресовский, 1957, 1961, 1968;

Platt, 1957;

Одум, 1958), одной из фундаментальных проблем которой яв ляется исследование процессов накопления, миграции и распределения ра дионуклидов по компонентам водных и наземных экосистем (Поликарпов, 1964;

Куликов, Молчанова, 1975;

Алексахин, 1976, 1982). В рамках этой проблемы предусматривается и изучение особенностей аккумуляции ра диоактивных веществ отдельными организмами и их сообществами.

По радиоэкологической значимости такие крупные систематические группы, как лишайники и мхи, слабо изучены. Вместе с тем лихенобиоте и бриофлоре принадлежит существенная роль в формировании напочвенно го растительного Покрова обширных территорий, занятых тундровыми, ле сотундровыми и лесными природными комплексами. Высокая резистент ность к экстремальным условиям среды, определенная степень толерант ности и значительная продолжительность жизненного цикла способствуют широкому распространению лишайников и мхов. В то же время специфика архитектурной композиции анатомо-морфологического строения, особен ности физиологической деятельности и водного режима предрасполагают эти организмы к повышенной аккумуляционной функции. Известно, что мохово-лишайниковый покров может фиксировать до 80% радиоактивных веществ, поступающих с аэральными выпадениями. Выявленный уникаль ный потенциал лишайников и мхов к повышенной концентрационной функции определил актуальность более детального изучения накопления этими организмами радионуклидов разного генезиса. В то же время ис пользование лишайников и мхов в индикационных целях позволяет соз дать базу данных, которые необходимы для научного обоснования поведе ния техногенных радионуклидов в почвенно-растителыюм покрове и раз работки системы радиоэкологического мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды.

Цель и задачи исследования Целью настоящей работы являлось системное изучение роли орга низмов двух крупных таксономических подразделений - лишайников и мхов - в аккумуляции и депонировании техногенных радионуклидов в со ставе глобальных атмосферных выпадений и аварийных выбросов. Для достижения поставленных целей были определены следующие задачи:

1. Выяснить механизмы концентрирования радионуклидов лишайни ками в модельных экспериментальных системах;

определить влияние абиотических и биотических факторов на эти процессы. Установить роль фотобионтного и микобионгного компонентов симбиотического организ ма - лишайников - в накоплении 90 Sr и 137 Cs.

2. Оценить возможности использования лишайников и мхов для про ведения длительного радиоэкологического мониторинга природной среды в зоне действия предприятий атомно-энергетического комплекса.

3. Использовать индикационные возможности лишайников и мхов для определения уровней загрязнения территорий, подвергшихся аварий ным радиоактивным выбросам и в поставарийных ситуациях.

4. Установить современные (фоновые) уровни содержания Sr и Cs в мохово-лишайниковом покрове разных типов растительных сооб ществ при стабилизации глобальных радиоактивных выпадений.

5. Проследить пространственную и долговременную динамику нако пления и запас радионуклидов в мохово-лишайниковом покрове. Мотиви рованно показать возможности и перспективность использования лихено и бриоиндикации радиоактивного загрязнения среды.

Научная новизна и теоретическая значимость работы заключают ся в решении проблемы - оценке роли лихенобиоты и бриофлоры как зна чимых компонентов биогеоценозов, в аккумуляции и депонировании ра дионуклидов и возможности использования этих организмов для индика ции и мониторинга радиоактивного загрязнения природных экосистем.

В результате проведенных экспериментальных исследований выяс нены потенциальные возможности лишайников в накоплении радионукли дов;

впервые определена роль в этих процессах фотобионтного и микоби онтного компонентов симбиотического организма.

На основе фактического материала получен и обобщен большой мас сив данных о содержании 90 Sr и 1 3 7 Cs в лишайниках и мхах на обширной территории Урала и Сибири. Впервые определены современные уровни и прослежены закономерности долговременной и пространственной дина мики содержания радионуклидов глобальных выпадений в мохово лишайниковом покрове тундровых, лесотундровых, таежных и других лесных экосистемах.

В работе оценены масштабы аккумуляции и депонирования радио нуклидов в лишайниках и мхах в импактных зонах, образовавшихся в ре зультате техногенных катастроф и деятельности предприятий ядерно топливного цикла.

На основе исследованных параметров аргументированно показана целесообразность использования лихенобиоты и бриофлоры в качестве индикаторов радиоактивного загрязнения среды и в целях длительного ра диоэкологического мониторинга.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В основе поглощения 90 Sr лишайниками лежат преимущественно процессы физико-химической сорбции;

при накоплении 137 Cs существен ное значение имеют физиолого-биохимические процессы, связанные с ме таболической активностью организма. Аккумуляция радионуклидов ли шайниками регулируется комплексом биотических и абиотических факто ров. Оба компонента (фотобионтный и микобионтный) симбиотического организма (лишайников) участвуют в накоплении радионуклидов. Гриб ной компонент, составляющий основу структурной организации слоевища, накапливает большую часть аккумулированных 90 Sr и 1 3 7 Cs;

нарушение жизнедеятельности водорослевого компонента снижает накопление 1 3 7 Cs организмом в целом.

2. Способность лишайников и мхов к повышенной аккумуляции ра дионуклидов позволяет получать оперативную и достоверную информа цию о масштабах радиоактивного загрязнения биоты в результате гло бальных выпадений, крупных и локальных техногенных катастроф, а так же в поставарийный период.

3. Депонирующие возможности лихенобиоты и бриофлоры целесо образно использовать для проведения длительного радиоэкологического мониторинга наземных экосистем, находящихся под воздействием атомно энергетических комплексов.

4. Пространственно-временная характеристика динамики содержания радионуклидов в мохово-лишайниковом покрове, данные о современных (фоновых) уровнях и запасе ^Sr и 137 Cs в этих организмах являются осно вой для проведения прогнозных и мониторинговых радиоэкологических исследований.

Практическая значимость Представленные материалы использованы при разработке концепции «Государственной программы Российской Федерации по радиационной реабилитации Уральского региона и мерах по оказанию помощи постра давшему населению на 1992-1995 гг.» и Федеральной целевой программы «Социальная и радиационная реабилитация населения и территорий Уральского региона, пострадавших вследствие деятельности ПО «Маяк» на период до 2000 года».

Полученные данные используются службой внешней дозиметрии и руководством Белоярской АЭС им. И.В.Курчатова для разработки меро приятий по улучшению экологической обстановки в зоне наблюдения атомной электростанции.

Материалы работы используются в лекционных курсах по лихеноло гии, бриологии и геоботанике на биолого-географическом факультете Уральского государственного педагогического университета.

Апробация работы Основные положения работы доложены и обсуждены на следующих международных, российских, всесоюзных и региональных конгрессах, симпозиумах и конференциях:

Всесоюзные (Российские) и республиканские конференции по споро вым растенииям (Тбилиси, 1968;

Рига, 1971;

1985;

Ташкент, 1971, 1989;

Киев, 1974, 1990;

Ашхабад, 1974;

Баку, 1979;

Таллинн, 1988;

Москва, 1998;

С.-Петербург, 1995;

2000);

Симпозиум «Продуктивность биогеоценозов Субарктики (Свердловск, 1970);

Всессоюз. симпозиум «Теоретические и практические аспекты действия малых доз ионизирующей радиации» (Сыктывкар, 1973);

XII Международный ботанический конгресс (Ленин град, 1975);

VIII, X, XI Всесоюз. симпозиумы «Биологические проблемы Севера» (Апатиты, 1979;

Магадан, 1983;

Якутск, 1986);

Семинар по эколо гическим аспектам атомной энергетики (п. Заречный Свердловской облас ти, 1980);

Всесоюз. конф. «Биологический круговорот веществ» (Пущино, 1982);

VIII, IX Всесоюз. совещания по изучению, использованию и охране растительного мира высокогорий (Свердловск, 1982;

Камчатка, 1985);

Всесоюз, совещание по проблемам радиоэкологических исследований в зонах атомных электростанций ( п. Заречный Свердловской обл., 1985);

Совещание «Урал» МАБ-ба «Горные экосистемы Урала и проблемы ра ционального природопользования» (Миасс, 1986)»;

Всесоюз. конф. «Эко логические и физиолого-биохимичесике аспекты антропотолерантности растений (Таллинн, 1986);

Пленум Научного совета АН СССР по пробле мам радиобиологии (п. Заречный Свердловской обл., 1987);

VII, VIII, X Делегатские съезды Русского (Всесоюзного) ботанического общества (До нецк, 1983;

Алма-Ата, 1988;

С-Петербург, 1998);

IV Всесоюз. конф. «Изу чение грибов в биогеоценозах» (Пермь, 1988);

Teaduslik-rakendusliku kon verentsi "Pollumajandus ja Keskkonnakaitse" (Tallinn, 1989);

Всесоюз. науч но-практич. конф. «Ускорение социально-экономического развития Ура ла» (Екатеринбург, 1989);

II Всесоюз. координационное совещание «Эко лого-генетические последствия воздействия на окружающую среду антро погенных факторов» (Сыктывкар, 1989);

I, II, III, IV Всесоюз. радиобиоло гические (по радиационным исследованиям) съезды (Москва, 1989;

1994;

1997;

2001);

Региональное совещание «Проблемы охраны природных ре сурсов Южного Урала» (Челябинск, 1990);

IV Конф. Научного совета АН СССР «Геохимические пути миграции искусственных радионуклидов в биосфере» (Гомель, 1990);

Научно-практич. конф. «Реализация Гос. про граммы РФ по радиационной реабилитации Уральского региона» (Екате ринбург, 1993);

International Symposium 'On the Ecological Effects of Arctic Airborne Contaminants (Reykjavik, Iceland, 1993);

II Междун. симп. Урал 2 nd Атомный (Екатеринбург, 1994);

International Conference "Radiobiological consequences of nuclear accidents" (Russian-Norwegian, 1994);

Высшая Междун. Школа НАТО по радиоэкологии (г.Заречный Свердловской обл., 1995);

The Third symposium IAL-3 (Salzburg, Austria, 1996);

Междун. конф.. «Перспективы развития естественных наук на За падном Урале» (Пермь, 1996);

Междун. конф. «Радиоактивность и радио активные элементы в среде обитания человека» (Томск, 1996);

Научно практич. семинар «Урал - Экология-96» (Екатеринбург, 1996);

Всероссий ская научно-практич. конф. «Радиационная безопасность Урала и Сибири» (Екатеринбург, 1997);

Восьмая ежегодная научно-технич. конф. Ядерного общества России (Екатеринбург-Заречный, 1997);

Sixth International my cological congress IAL-6 (Israel, 1998);

Научно-технич, конф. Урал - Эколо гия -Техноген-99 (Екатеринбург, 1999);

International Conference "Modern problems of radiobiology, radioecology and evolution" (Dubna, 2000);

The Fourth IAL Symposium (Barcelona, 2000);

Межрегиональная научная конф.

«Проблемы отдаленных эколого-генетических последствий радиационных инцидентов» (Екатеринбург, 2000);

Междун. конф. Биорад-2001 (Сыктыв кар, 2001);

XI Междун. симпоз. по биоиндикаторам (Сыктывкар, 2001);

International conference "Environmental Radioactivity in the Arctic and Ant arctic" (Norway-Russia, 2002);

Междун. конф. «Экологические проблемы горных территорий» (Екатеринбург, 2002).

Публикации. Основные результаты исследований изложены в публикации.

Методика проведения исследований Схема экспериментальных работ основана на использовании упро щенных модельных систем (Тимофеев-Ресовский, 1957) с выделением од ного лимитирующего фактора на фоне остальных параметров, находящих ся в оптимальном режиме (Нифонтова, 1967, 1971;

Нифонтова, Мокроно сов, 1968). Учитывалось, что лишайники обладают уникальной способно стью переносить длительные (до нескольких суток) периоды сильного обезвоживания либо переувлажнения, не влияющие на последующее нор мальное функционирование слоевищ (Блюм, 1965;

Smith, 1962;

Lange, 1965), а основное количество радионуклидов поступает в талломы с атмо сферными выпадениями. Поэтому важно было оценить накопление радио нуклидов этой группой организмов из водной среды, в качестве которой использовали дистиллированную воду (с добавлением хлористых соеди нений радионуклидов), более близкую по составу к слабоминерализован ным атмосферным осадкам. Продолжительность опытов не превышала че тырех суток с периодическим отбором растительных и водных проб. О прочности фиксации радионуклидов в слоевищах судили по степени их вымывания в дистиллированную воду при последовательной замене ее свежими порциями. Для сравнения накопительной способности лишайни ков использовали коэффициенты накопления - величину, равную отно шению концентрации радионуклида в организме и окружающей среде при установлении равновесия в системе. После соответствующей обработки материала концентрацию радионуклидов в образцах определяли на радио метре типа ПП-12 с торцовыми трубками СБТ-13 и БФЛ-Т-25;

повтор ность опытов 3-5-кратная при статистической ошибке счета не более 5%.

Для изучения содержания 90 Sr и 1 3 7 Cs в лишайниках и мхах, собран ных в природных сообществах, материал отбирали методами конверта, трансект либо с пробных площадок разного размера в зависимости от про ективного покрытия;

при необходимости проводили определение запаса биомассы лишайников и мхов (ГОСТ 17.4.4.02—84;

«Полевая геоботани ка», 1964). Масса отдельной пробы составляла не менее 100 г сухого веще ства, повторность 2-3-кратная. Пробы отбирали с таким расчетом, чтобы не нанести ущерб сообществам лишайников и мхов, учитывая уязвимость этих организмов к механическому воздействию и их медленное восстанов ление. Образцы тщательно очищали от примесей, высушивали до воздуш но-сухого состояния, озоляли при температуре 450°С. 9 0 Sr определяли ра диохимическим методом по дочернему 9 0 Y с последующей радиометрией осадков на универсальной малофоновой установке с торцовым счетчиком СБТ-13;

137 Cs - на гамма-спектрометре АИ-256-6 с кристаллом Nal, акти вированным таллием (ошибка счета не более 10-15%). Весь материал под вергнут статистической обработке (Плохинский, 1975). Достоверность различия между сравниваемыми вариантами оценивали по критерию Стьюдента, за уровень значимости принимали Р=0.05.

Глава 1. Экспериментальное изучение накопления радионуклидов лишайниками В данной главе приводятся результаты работ, проведенных нами в начале 70-х годов (в период обобщения фундаментальных исследований поведения радионуклидов в различного типа модельных экосистемах). В этом плане механизмы аккумуляции радионуклидов лишайниками остава лись практически неизвестными.

.

» 55 60 90 137 1.1 Аккумуляция Fe, Со, Sr, Cs, Се лишайниками Процесс накопления радионуклидов лишайниками из эксперимен тальных растворов происходит интенсивно: через сутки в слоевищах ак кумулируется до 40-60% 5 5 Fe, ^Со, 90Sr, U 7 Cs, 144 Се, а коэффициенты на копления в талломах стабилизируются в течение 48 ч (Нифонтова, 1976;

Нифонтова, Лебедева, 1981). Наблюдаются четко выраженные различия в аккумуляции радионуклидов отдельными видами лишайников, их морфо логическими типами и экологическими группами. По степени концентри рования в талломах изученные радионуклиды располагаются следующим образом (по мере y6biBaHHH):137Cs90Sr55Fe60Co144Ce. Кустистые слое вища накапливают радионуклиды значительно эффективнее, чем листова тые и накипные формы;

эпифитные лишайники в большей степени акку мулируют 9 0 Sr и 5 5 Fe;

напочвенные - 137 Cs, 60 Co, 144 Се. Исследованные ра дионуклиды удерживаются в лишайниках в достаточно подвижной ионо обменной форме: при десорбции (с многократной заменой растворов све жими порциями воды) в дистиллированную воду выделяется до 40% нако пленных слоевищами радионуклидов.

Установленные закономерности подтверждаются результатами изу чения накопления радионуклидов лишайниками в природных условиях.

Так по нашим данным 1975-1976 гг. в напочвенных кустистых лишайни ках разных видов из арктических тундр концентрация Sr варьировала в пределах 70 - 400 Бк/кг;

концентрация 137 Cs в талломах была в 3-6 раз вы ше и изменялась от 440 до 1240 Бк/кг. Оба радионуклида более эффектив но аккумулировались слоевищами кустистых лишайников родов Cladonia, Cladina, Cetraria. Для эпифитов (род Usnea) было характерно повышенное содержание '"Sr относительно 137 Cs, связанное с дополнительным поступ лением нуклида со смывами с крон и стволов деревьев. Соответственно отношение 137 Cs / 90Sr, равное у напочвенных лишайников 9-10 ед., сдвига ется у эпифитов до 1.5-2.0 ед. (Нифонтова, Куликов, 1977).

1.2. Влияние светового и температурного режимов на накопление 90Sr и 137Cs лишайниками При световом и темновом режимах коэффициенты накопления 90 Sr у лишайников практически не различаются (ton=2.Q при tst=2.3). Незначи тельное увеличение концентрации радиостронция в слоевищах на свету может быть связано со светоиндуцированным изменением проницаемости клеточных мембран (Бессонов и др., 1975). В то же время коэффициенты накопления Cs у лишайников при освещении стабильно (ton= 2.6 при ?st=2.2) в полтора-два раза выше, чем в темноте.

При повышении температуры водной среды от 0...+5 до 10-15°С ко эффициенты накопления Sr у лишайников изменяются незначительно;

в этих же пределах колебаний температур коэффициенты накопления Cs достоверно (?ОП=7.2 при tit =2.3) возрастают более чем в 4 раза. Установ ленные различия в накоплении радионуклидов талломами при разных све товых и темновых параметрах проявляются к концу первых суток экспе риментов, сохраняются до конца опытов и не сказываются на прочности закрепления радионуклидов в тканях. В продолжение десорбции в окру жающий раствор выводится около 30-40% радионуклидов, накопленных лишайниками при всех вариациях температуры и освещенности (Нифон това, 1979).

1.3. Влияние изотопных и неизотопных носителей на накопление908г и Cs лишайниками На примере лишайников рода Cladonia показано, что при концентра ции стабильных элементов стронция и цезия 10"7-10"3 М/л коэффициенты накопления 90 Sr и 137 Cs в слоевищах практически не изменяются, при более высоких концентрациях - они пропорционально снижаются. При дальней шем повышении концентрации стабильных элементов в растворе наступа ет эффект насыщения, свидетельствующий либо о полном прекращении накопления ^Sr и 137 Cs лишайником, либо о резком снижении аккумуля ции радионуклидов в слоевищах.

Это подтверждается также результатами изучения накопления 90 Sr и Cs в зависимости от содержания в растворе их неизотопных носителей (химических аналогов) - соответственно кальция и калия. Изменение со держания кальция и калия в растворе в пределах микроконцентраций (105 10"4 М/л) практически не влияет на величину коэффициентов накопления Sr и 137 Cs в слоевищах. При переходе в область макроконцентраций ко эффициенты накопления радионуклидов уменьшаются пропорционально увеличению концентрации в растворе их неизотопных носителей (Нифон това, 1977). Следует отметить, что конкурентные отношения между 90 Sr и Са, с одной стороны, и Cs и К - с другой, не являются специфичными для лишайников и отмечены для других организмов (Тимофеева-Ресовская и др., 1959;

Гилева, 1964;

Scott, 1954;

Willams,1960).

Полученные результаты представляются значимыми, поскольку в природных условиях лишайники аккумулируют '"Sr и Cs преимущест венно из слабоминерализованных атмосферных осадков, и установленные зависимости могут иметь принципиальное значение при прогнозировании уровней радиоактивного загрязнения лишайникового покрова через воз душные выпадения.

1.4. Влияние физиологического состояния слоевищ на накопление радионуклидов лишайниками Работа с отмершими частями талломов представляет определенные трудности, поэтому в качестве мертвых были использованы гербарные эк сикаты (гербарий Института экологии растений и животных УрО РАН, время сбора лишайников 1890-1900 гг.), а также слоевища, инактивиро ванные высокой температурой (130°С) и парами кипящей воды. У живых и мертвых лишайников коэффициенты накопления ^Sr практически не раз личаются (табл. 1), в некоторых случаях мертвые слоевища накапливают радионуклид даже несколько интенсивнее, чем живые, что связано, воз можно, с увеличением проницаемости протоплазмы клеток у мертвых ор ганизмов. Наоборот,137 Cs в гораздо большей степени (на 2-3 порядка вели чин) аккумулируется живыми слоевищами, чем мертвыми. Установленные различия подтверждаются результатами изучения накопления радионук лидов инактивированными слоевищами (Нифонтова и др., 1979). Темпы выведения 90 Sr из живых и мертвых лишайников примерно одинаковы;

Cs заметно прочнее фиксируется в живых, чем в мертвых организмах.

Таблица Коэффициенты накопления радионуклидов живыми и мертвыми лишайниками (на 4-е сутки после начала опытов).

90 Sr Cs Вид живые живые мертвые мертвые Cladonia amau 66001200 30+ 2500150 rocraea Lasalia pensyl 1400150 800±30 vanica Peltigera canina 55001350 600110 Таким образом, результаты экспериментального изучения влияния абиотических и биотических факторов на накопление радионуклидов ли шайниками позволяют заключить, что в основе механизмов поглощения Sr слоевищами лежат преимущественно процессы физико-химической сорбции, тогда как в аккумуляции 137 Cs значительная роль принадлежит физиолого-биохимическим процессам, связанным с метаболической ак тивностью организмов. При этом оба радионуклида удерживаются в тал ломах в достаточно подвижной ионообменной форме. В природных усло виях лишайники в отличие от других растений обладают большим (от 3 до 11 лет по данным разных авторов) периодом биологического полувыведе 90 ния Sr и Cs. Длительное удержание радионуклидов в талломах можно объяснить, в частности, тем, что водный режим лишайников в естествен ных условиях отличается крайней неустойчивостью, приводящей к весьма продолжительным периодам обезвоживания, когда процессы вымывания нуклидов из талломов слабоминерализованными атмосферными осадками оказываются заторможенными (Walter, 1931;

Lange,1953;

Pueyo, 1960).

/.5. Накопление радионуклидов симбионтами лишайников Лишайники являются примером уникального симбиоза по крайней мере двух организмов - гетеротрофного (грибы) и автотрофного (водорос ли). Поэтому очень важно было оценить способность и роль отдельных компонентов в накоплении радионуклидов нативным слоевищем.

В качестве объекта исследований использовали длительно культиви руемую водоросль Trebouxia erici, выделенную из Cladonia cristatella (род Trebouxia широко представлен во многих видах лишайников), и грибы, выделенные из Cladina rangiferina, Flavoparmelia caperata и Acarospora fuscata. Коллекция симбионтов была любезно предоставлена коллегами из Ботанического института им. В. Л. Комарова. Грибы и водоросли культи вировали на специально подобранных агаризованных средах при естест венной освещенности и температуре (Нифонтова, Куликов, 1983).

Показано, что оба компонента лишайников обладают способностью к до вольно активной аккумуляции радионуклидов из агаризованной среды и в этом отношении мало отличаются от свободноживущих водорослей и грибов. Как для фотобионта, так и для микобионта характерна более высокая степень (на 1.0-1.5 порядка величин) аккумуляции I37Cs относительно ^Sr.

В специальной серии опытов исследовано накопление симбионтами ли шайников радионуклидов в зависимости от условий освещения. В «световом» варианте эксперимента биомасса водорослей увеличивается с 5 до 37 мг, дос тигая максимума на 200-е сутки опыта;

в «темновом» - (укороченный до 3-4 ч световой день) биомасса Trebouxia erici меньше в 1.5 раза. Нарушение свето вого режима не сказывается на развитии культуры грибов, биомасса которых в течение 200 суток при темновом и световом режимах возрастает с 10 до мг. Наиболее интенсивный рост клеток водорослей и грибов, выделенных из лишайников, наблюдается в первые 2.5 мес;

истощение питательной среды приводит к снижению скорости их роста.

Для Trebouxia erici в обоих вариантах освещения коэффициенты на копления 90 Sr практически не различаются, в то время как l 3 7 Cs при укоро ченном световом дне накапливается в 1.5-2.0 раза менее интенсивно. У грибов, выделенных из Flavoparmelia caperata, в световом и темновом ва риантах коэффициенты накопления ^Sr и 137 Cs составляют в среднем 40 и 740 ед., соответственно. Эти закономерности в накоплении радионуклидов симбионтами лишайников при разных световых режимах сохраняются в продолжение всего опыта. При этом аккумуляция нуклидов происходит наиболее активно в первые 2.5 мес. интенсивного роста культур, затем ко эффициенты накопления как 90Sr, так и l 3 7 Cs стабилизируются.

Таким образом, поглощение радионуклидов микобионтным гетеротроф ным компонентом лишайников не зависит от светового режима, как и накоп ление ^Sr автотрофным фотобионтом;

в то же время накопление 137Cs послед ним снижается при уменьшении степени освещенности. По-видимому, в на тивных слоевищах лишайников снижение аккумуляции 137Cs при уменьшении освещенности связано с нарушением жизнедеятельности водорослевого ком понента, о чем свидетельствует уменьшение скорости роста водорослей при сокращении продолжительности светового дня.

Сравнение распределения радионуклидов в системе симбионт - среда (агар) позволило установить, что в первые 2.5 мес. содержание 90 Sr в куль туре Trebouxia erici составляет 8% от исходного количества нуклида в сре де, к концу опыта оно возрастает в 2-3 раза независимо от режима освеще ния. За этот же период времени содержание 137 Cs увеличивается в водо рослях до 68%, а при уменьшении длительности освещения - лишь до 45%. В культуру Flavoparmelia caperata из среды переходит до 65-73% 90 Sr и 99% I37 Cs независимо от светового режима. При этом в грибы из среды мигрирует в общей сложности в 1.5-2.0 раза больше радионуклидов, чем в водоросли, и биомасса грибов увеличивается значительно интенсивнее, чем водорослей (рис. 1).

Рис. 1. Распределение радионук лидов в системе симбионт (за штриховано) - среда: 1,2 - 9 0 S r при длинном (/) и укороченном I (2) световом дне;

3,4- Cs при длинном (3) и укороченном (4) дне.

Известно, что структура слоевища определяется грибным компонен том. Лишь небольшая часть (до 6-10% объема) таллома образована водо рослями. Следовательно, оба компонента лишайников — фотобионт и ми кобионт - участвуют в накоплении слоевищем радионуклидов из внешней среды (атмосферные выпадения и субстраты). Однако микобионт, состав ляющий основу структурной организации слоевища, обеспечивает боль шую часть аккумулированных радионуклидов;

вместе с тем нарушение жизнедеятельности фотобионта, в частности при уменьшении освещенно сти, приводит к снижению накопления 1 3 7 Cs в талломе.

1.6. Влияние предварительного гамма-облучения на накопление радионуклидов лишайниками Представленные в научных публикациях результаты эксперименталь ных исследований и натурных наблюдений свидетельствуют о значительной устойчивости лишайников к внешнему гамма-облучению (Brodo, 1964;

Wod well, Gannutz, 1964;

Kappen, 1973;

Pullum, Erbisch, 1972;

Snyder, Plan, 1973;

Er bisch, 1978). В связи с этим особый интерес представляет изучение влияния предварительного гамма-облучения на способность лишайников и их отдель ных компонентов к последующему накоплению радионуклидов. Нативные слоевища лишайников в воздушно-сухом состоянии и культуры симбионтов облучали гамма-лучами б0Со в дозах от 50 до 50 000 Гр на установке типа «Исследователь» при мощности дозы 0.45 Гр/с.

Облученные в дозах от 50 до 5000 Гр талломы кустистых лишайни ков Cladina arbuscula, С. stellaris и Cladonia amaurocraea накапливают ^Sr примерно в одинаковых количествах: коэффициенты накопления нуклида находятся в пределах одного порядка величин и изменяются незначитель но по мере увеличения дозы облучения. При максимальной дозе облучения 50 000 Гр коэффициенты накопления 90 Sr уменьшаются в 1.7-2.0 раза. Ста билизация уровней накопления 90 Sr у облученных и контрольных талломов устанавливается в течение первых суток опыта.

Аккумуляция Cs разными видами кустистых лишайников (после их гамма-облучения) протекает неоднозначно. В частности, предварительное гамма-облучение Cladina arbuscula и С. stellaris в дозах от 50 до 500 Гр не ока зывает воздействия на накопление 137Cs, а при дозе облучения 50 000 Гр ко эффициенты накопления нуклида резко (в 60-70 раз) снижаются. В контроль ных и облученных слоевищах Cladonia amaurocraea Cs накапливается сла бее: облучение талломов в дозах от 50 до 500 Гр не оказывает заметного влия ния на аккумуляцию нуклида, но при дозах 5000 и 50 000 Гр коэффициенты накопления 137 Cs уменьшаются в 3 и 17 раз соответственно. Предварительное облучение лишайников в дозах от 50 до 50 000 Гр практически не сказьшается на прочности фиксации ^Sr;

прочность закрепления 137 Cs в слоевищах ли шайников уменьшается по мере увеличения дозы гамма-облучения (Нифонто ва и др. 1989;

Nifontova et al., 1995).

В специальной серии опытов оценена степень устойчивости отдельных симбионтов лишайников к гамма-облучению (Нифонтова, Куликов, 1983).

Дозы гамма-облучения 25-50 Гр не оказывают отрицательного влияния на рост клеток водоросли Trebouxia erici;

в интервале доз 500-1000 Гр нарастание биомассы водорослей замедляется в 1.5-2.0 раза, а при дозах 2000-5000 Гр - в 3.0-8.0 раз (табл. 2). У грибов, выделенных из лишайника Flavoparmelia caper ata и облученных в дозах от 25 до 5000 Гр, нарастание биомассы клеток уменьшается незначительно по сравнению с контролем;

при дозах 10 000 35 000 Гр - снижается в 4-6 раз, а при дозе 50 000 Гр прирост клеток гриба уменьшился в 10 раз. Таким образом, по критерию нарастания биомассы гри бы, выделенные из лишайников, более радиоустойчивы, чем водоросли.

Таблица 2.

Влияние гамма-облучения на рост биомассы культур лишайниковых водорослей и грибов (% к контролю) Доза облучения, Гр Фотобионт Микобионт Trebouxia erici Flavoparmelia caperata 25 109.4±4.4 74.6±2. 50 102.0±5.7 81.7±6. 500 71.6±9.6 83.8+4. 1000 He определяли 66.4±10. 2000 « 23.914. « 3000 16.74. 4000 « 20.4+4. 5000 70.Ш0. 26.5±6. 10 000 Не определяли 60.8±6. « 20 000 55.3±8. « 35 000 46.7±5. « 50 000 10.5+2. Для определения степени воздействия гамма-облучения на фотобионт лишайников проведен учет цитоплазматических повреждений клеток водо росли Trebouxia erici в лишайнике Cladina arbuscula. С возрастанием дозы об лучения слоевищ увеличивается количество клеток водорослей с различными повреждениями цитоплазмы, хроматофора, клеточной оболочки. Так, если для необлученных слоевищ характерно наличие в них до 70% неповрежденных водорослевых клеток (в поле зрения микроскопа), то с ростом дозы облучения от 50 до 5000 Гр количество таких клеток уменьшается в 5-6 раз и соответст венно увеличивается число поврежденных и м е ртвых клеток. При дозе 50 Гр наблюдается 100%-ная гибель клеток водорослей в слоевище. На основа нии полученных данных построена кривая выживаемости (по Гродзинскому, 1972) водоросли Trebouxia erici в зависимости от дозы гамма-облучения (рис.

2). Видно, что водоросль, выделенная из лишайника, более устойчива к ра диационным воздействиям, чем свободноживутцая водоросль Plectonema bo гуапит. Вместе с тем возрастание повреждаемости клеток при облучении, связанное с нарушением проницаемости клеточных оболочек и других струк турных образований, приводит к снижению жизнедеятельности фотобионтно го компонента и, как следствие, слоевища в целом. Это в свою очередь неод нозначно сказывается на способности лишайников к накоплению радионук лидов.

Рис. 2. Дозовая зависимость (D) выживаемости клеток водо рослей: Trebouxia erici (1) и Plectonema boryanum (2) (по Гродзинскому, 1972).

Полученные данные позволяют заключить, что предварительное гамма-облучение слоевищ слабо сказывается на последующей сорбции Sr лишайниками;

аккумуляция Cs талломами уменьшается, так как высокие дозы облучения приводят к нарушению жизнедеятельности фотобионтного симбионта.

Таким образом, результаты проведенных в начале 70-х годов много численных экспериментов позволили установить определенные законо мерности в накоплении радионуклидов лишайниками и послужили осно вой для исследований, связанных с изучением аккумуляции 90 Sr и 137 Cs глобальных выпадений и аварийных радиоактивных выбросов лишайни ками и мохово-лишайниковым покровом в природных экосистемах.

Глава 2. Использование представителей лихенобиоты и бриофлоры в целях индикации аварийных радиоактивных выпадений В данной главе рассматривается возможность применения лишайников и мхов, основанная на высоких потенциальных концентрирующих свойствах этих организмов, для индикации аварийных радиоактивных выпадений и оценки загрязнения природных экосистем при воздействии мощного разового радиоактивного выброса и в пострадиационных ситуациях.

2.1. Чернобыльская авария В результате Чернобыльской аварии (1986 г.) суммарный выброс радио активных продуктов в атмосферу (без учета инертных радиоактивных газов) составил 50 млн. Ки и определил значительное загрязнение местности в за падном, северном и южном направлениях на большом удалении от атомной станции. Максимальное радиоактивное загрязнение отмечалось в 30 километровой зоне отчуждения вокруг Чернобыльской АЭС. Плотность за грязнения почвенно-растительного покрова радионуклидами цезия в ближней зоне аварии варьировала от 3 до 1200 Ки/км2 («Информация об аварии на Чер нобыльской АЭС...», 1986;

Израэль и др.. 1987, 1988). В первое время после аварии основные усилия радиоэкологов были направлены на установление нуклидного состава и суммарного количества выпавших радиоактивных про дуктов, получение данных о концентрации радионуклидов в компонентах биоты и определение пространственного распределения нуклидов в компо нентах основных типов экосистем импактной зоны ЧАЭС.

Нами установлено, что содержание радионуклидов в лишайниках и мхах разной таксономической принадлежности на территории 18 километровой зоны Чернобыльской АЭС изменяется в широких пределах:

для 90 Sr - от 8 до 200 кБк/кг, для 137 Cs - от 10 до 2600 кБ/кг сухой массы (рис. 3). Наименьшие концентрации Sr отмечены в слоевищах Hypogym nia physodes, Cladina arbuscula и дерновинках мхов Polytrichum commune, Plagiothecium sp., а максимальные - у Peltigera canina и Brachythecium sp.;

Cs в наибольших количествах аккумулируется в слоевищах Cladina mitis, Peltigera canina и дерновинках мхов Dicranum polysetum, Brachythe cium sp., Pohlia nutans. В целом максимальные концентрации обоих радио нуклидов превышают минимальные значения у лишайников и мхов раз ных видов в 5-30 раз. Близкие величины содержания радионуклидов в ли шайниках из окрестностей ЧАЭС отмечены Л. Г. Бязровым (2002);

при этом автором не выявлены какие-либо видимые повреждения талломов, собранных как вблизи взорвавшегося блока, так и в удалении от него.

Рис. 3. Концентрация '"Sr ( темные столбики ) и Cs в лишайниках, мхах и травянистых растениях импактной зоны ЧАЭС.

1-4 - лишайники: 1 - Cladina mitis, 2 - C.arbuscula, 3 - Hypogymnia physodes, 4 - Peltigera canina;

5-9 - мхи: 5 - Dicranum polysetum, 6 -Polytrichum commune, 7 - Brachythedum sp., 8 - Pohlia nutans, 9 -Plagiothecium sp.;

10-14 травянистые растения (Молчанова, Караваева, 2001): 10 - Corynephorus canescens, 11 -Artten naria dioica, 12 - Sedum acre, 13 - Erigeron canadensis, 14 - Verbascum thapsus.

Установлено преимущественное накопление лишайниками и мхами ра дионуклидов цезия: соотношение Cs / ^Sr в этих организмах варьирует от 4. {Plagiothecium sp.) до 16.1 ед. {Dicranum polysetum). Это связано с тем, что со став чернобыльских выпадений был достаточно своеобразным и обогащен, в частности, радионуклидами цезия. Кроме того, исследованные лишайники и мхи относятся к разным видам, имеют различные формы роста (и его интенсив ности) и возраст;

талломы и дерновинки отличаются по анатомо морфологической структуре.

Основное количество '"Sr и 137Cs накапливается в лишайниках и мхах при поверхностном загрязнении этих организмов. Вместе с тем нельзя исклю чить возможность дополнительного поступления радионуклидов (особенно Sr, обладающего значительными миграционными возможностями) из по верхностных слоев почвы через базальные части растений. Об этом, в частно сти, свидетельствуют данные о концентрации радионуклидов в разных воз растных участках дерновинок мхов. Так, если в верхних участках мхов Di cranum polysetum и Polytrichum commune концентрация ^Sr составляет 71. кБк/кг и 23.6 кБк/кг, то в нижних - 117.0 и 87.4 кБк/кг соответственно. Коли чество накопленного 137 Cs в верхушках этих растений (1196.8 и 1012.9 кБк/кг) уменьшается в базальных частях до 900.9 и 702.4 кБк/кг соответственно.

Следует отметить, что до Чернобыльской аварии, в период с 1975 по гг., средние значения концентрации ^Sr и 137Cs в лишайниках и мхах из разных (значительно удаленных друг от друга регионов) не превышали 1-2 кБк/кг (Ни фонтова, Куликов, 1977;

Душаускене-Дуж, Урбонас, 1978;

Lowe, 1978;

Hasel wandter, 1978: Kwapulynski et al., 1985). В результате аварии в импактной зоне ЧАЭС концентрация ^Sr в лишайниках и мхах увеличилась на один-два поряд ка, a 137Cs - на два-три порядка величин. В наиболее распространенных травя нистых растениях 18-километровой зоны атомной электростанции концентра ц и я ^ г изменяется в пределах 1.5-36.4 кБк/кг, a 137Cs - от 0.7 до 8.7 кБк/кг и на 1-3 порядка, величин ниже, чем в лишайниках и мхах (см. рис. 3).

Рис. 4. Концентрация радионук лидов в лишайника (а), мхах (б) и субстратах (в - валежник, г - поч ва, 0-2 см) из разных участков зоны ЧАЭС Участки: I - 6-7 км в юго-западном направлении;

II - 6-7 км к юго востоку;

III -18 км к югу от АЭС.

На разных исследованных участках зоны Чернобыльской АЭС концен трация радионуклидов в лишайниках, мхах и субстратах под ними колеблется в достаточно широких пределах (рис. 4). Максимальное содержание '"Sr и Cs в лишайниках и мхах отмечается на расстоянии 6-7 км к юго-востоку и юго-западу от атомной электростанции (участки I и П). В аналогичных видах, произрастающих в 18 км от АЭС (участок III), концентрация радионуклидов достоверно снижается на порядок и более величин. Так, в талломах Cladina mitis концентрация 90 Sr в слоевищах (участки I и II) равна 294±74 кБк/кг, 137 Cs - 2027±170 кБк/кг, на участке III она уменьшается до 9.5±1.0 и 68.3+14. кБк/кг соответственно. Аналогичным образом снижается содержание радио нуклидов в почве (0-2 см) и субстратах под лишайниками и мхами по мере удаления от эпицентра аварии (см. рис. 4). Приведенные данные свидетельст вуют о значительной неоднородности радиоактивного загрязнения почвенно растительного покрова территории вокруг Чернобыльской атомной электро станции (Нифонтова, Алексашенко, 1992).

Учитывая свойство лишайников и мхов продолжительное время де понировать в тканях накопленные радионуклиды, можно утверждать, что снижение содержания ^Sr и 1 3 7 Cs в этих организмах (в отличие от других компонентов биоты) будет происходить медленно, и именно эти организ мы целесообразно использовать для проведения длительного радиоэколо гического мониторинга территории вокруг атомной электростанции.

На значительном удалении от эпицентра аварии в северо-западном направлении (Эстония, Ленинградская область) нами (Мартин и др., 1991;

Martin et al., 1991, 1994) показано, что в результате чернобыльских выпа дений концентрация радионуклидов цезия (относительно доаварийных значений) увеличилась в лишайниках более чем на порядок величин. По вышение содержания радионуклидов цезия зарегистрировано также в ли шайниках и мхах на территории стран Европы, расположенных по запад ному шлейфу чернобыльских выпадений (Gavrilas, 1987;

Quillet et al., 1990;

Parastefancu et al., 1989;

Gastbergen et al, 1995;

Pausch et al., 1995).

На Урале в результате выпадений от чернобыльской аварии отмечено образование двух радиоактивных «пятен». Первое (южная ветвь) сформи ровалось при прохождении восточного радиоактивного шлейфа выпадений вдоль центральной траектории Гомель - Орел - Ряжск - Саранск - Ижевск и далее на Екатеринбург и Тюмень. Ширина радиоактивного следа на тер ритории Среднего Урала составляла до 400 км, протяженность более 2. тыс. км, уровень радиоактивных выпадений превышал в районе г. Екате ринбурга 0.25 Ки/км (Израэль и др., 2000).

Проведенные нами исследования позволили установить, что в ли шайниках и мхах из окрестностей г. Екатеринбурга (в радиусе более 60 км) в мае 1986 г. содержание Cs в лишайниках и мхах увеличилось в 20- раз (по сравнению с данными 1985 г.) при оставшихся относительно ста бильными величинах концентрации '"Sr (табл. 3). У разных видов наблю дается значительное варьирование концентрации радиоцезия - от 5-6 кБк/кг (Cladina rangiferina, С. stellaris) до 28 кБк/кг (Plagiomnium ros tratum). Анализ изотопных отношений Cs / ^ S r подтверждает получен ные данные. Соотношение этих радионуклидов сдвигается у лишайников до 15-26 ед., а у мхов - до 23-75 ед. за счет увеличения доли радиоцезия. В коре деревьев и поверхностном слое почвы (0-5 см) содержание Cs так же увеличилось до 0.5-1.5 кБк/кг, а в травянистой растительности - в среднем в 10 раз (Нифонтова, Куликов, 1990;

1991;

Нифонтова, 1997).

Таблица Концентрация радионуклидов ( Б к / к г ) в лишайниках и мхах разной таксономической принадлежности (в числителе - 1985 г., в знаменателе - 1986 г.) Вид I '*'Sr I "'Cs Лишайники 90±10 300+ Cladina arbuscula 190+40 8160± 90±10 390+ С. rangiferina 5470+ 120± 120± С. stellaris 90±10 6120± 500± Hypogymnia physodes 510+140 1262Й Мхи 320±40 370+ A trie hum undulatum 200+30 22140± 60+10 270± Calliergon stramineum 14100± 70+ 230+ Climacium dendroides 17210+ 150+ 80+10 520± Drepanocladus aduncus 120+30 17050+ 280±30 440+ Plagiomnium rostratum 2780O±300O 150± 190±20 340± Pleurozium schreberi 19820± 170± 180±20 540± Polytrichum commune 12720± 230± 240+30 470+ Sphagnum lindbergii 21120± 150± 150±10 420± Sph. squarrosum 10780+ 170+ Начиная с 1987 г. радиоактивность глобальных атмосферных выпа дений (увеличившихся за счет Чернобыльской аварии) начинает снижаться ив течение трех лет практически достигает первоначальных уровней, фик сировавшихся до аварии (Зыкова, Воронина, 1993). В этот же период вре мени наблюдается постепенное уменьшение содержания 137 Cs в лишайни ках, мхах и субстратах под ними (рис. 5).

Наиболее медленное очищение от нуклида характерно для эпифитно го лишайника Hypogymnia physodes, концентрация 137 Cs в слоевищах кото рого практически достигает величин, сравнимых с первоначальными ( г.), в течение девяти-десяти лет (Нифонтова, 1997). За это время содержа ние нуклида в коре деревьев под слоевищами снизилось примерно на 80%.

В напочвенном мохово-лишайниковом покрове количество 137 Cs умень шилось до исходных величин в течение шести-семи лет. Аналогичные скорости очищения лишайников от нуклида показаны для Pseudevernia furfur-асеае и Cetraria islandica в Австрии (Heinrich et al., 1994).

1O« F Рис. 5. Динамика содержания Cs в эпифитном лишайнике, мохово-лишайниковом покрове, мхах, а также в субстратах (тем ные столбики) из окрестностей г.

Екатеринбурга:

а - Hypogymnia physodes и кора деревьев;

б - мохово-лишайниковый покров и почва (слой 0-5 см), 1995 г.

в - сфагновые болотные мхи и торф (слой 0-50 см).

1995 г.

Наиболее интенсивный процесс очищения от 137Cs (четыре года) наблю дался у болотных сфагновых мхов. По-видимому, особенности гидрологическо го режима болотных экосистем способствуют более быстрому вымыванию нук лида из сфагнумов. В 50-сантиметровом слое торфа содержание 137Cs до 1995 г.

превышало уровни, зарегистрированные в 1983 г.;

в травянистой растительности уменьшение концентрации нуклида до исходных величин произошло в течение трех лет (Нифонтова, Куликов, 1990).

Второе «пятно» (северная ветвь) радиоактивного загрязнения местности в результате чернобыльской аварии отмечено на севере Свердловской области (Чурсин, Евстигнеев, 1997;

Уткин и др., 2002). По данным указанных авторов первоначальная плотность выпадения 137Cs составляла от 3.7 до 7.5 ГБк/кг. На ми (Нифонтова, 1998) показано, что в настоящее время в мохово-лишайниковом покрове относительно равнинных участков этой территории содержание как '"Sr, так и 137Cs соответствует уровням, установленным для представителей ли хенобиоты и бриофлоры лесотундровой и таежной зон Северного Урала (вне следа) и обусловлено глобальными радиоактивными выпадениями. В то же время в мохово-лишайниковом покрове горных экосистем Севера Свердлов ской области (массивы Денежкин Камень и Журавлев Камень), также затрону тых чернобыльскими выпадениями, содержание 137Cs сохраняется повышенным в 3-6 раз. Концентрация нуклида в лишайниках и мхах подгольцового и горно таежного поясов превышает ИЗО Бк/кг (на высотах 400-850 м), а в гольцовом поясе - 1810 Бк/кг (на высотах 850-1000 м). Это свидетельствует о том, что в горных ландшафтах очищение от 137Cs мощного (высокое проективное покры тие) и ненарушенного мохово-лишайникового покрова происходит в течение более продолжительного периода времени (Нифонтова, 2003).

2.2. Кыштымская авария Кыштымская авария в отличие от Чернобыльской произошла более 40 лет назад. В результате взрыва в 1957 г. на ПО «Маяк» образовалось радиоактивное облако, содержащее около 2 млн. Ки радиоактивных веществ, которые распро странились в северо-восточном направлении и выпали на площади 23 тыс. км2, образовав Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС). Этот след имеет ширину 8-9 км и пересекает затронутую им территорию с юго-запада на северо восток на протяжении более 300 км. По центральной оси следа первоначальная плотность загрязнения '"Sr (реперный нуклид) составляла 2 Ки/км2, на границах следа-0.1 Ки/км (Некипелов и др., 1989;

«Итоги изучения...», 1990;

Израэль и др., 1992;

«Экологическиепоследствия...», 1993).

Проведенные нами (спустя более трех десятков лет после аварии) геоботанические исследования (Нифонтова, 1995) показали, что запас биомассы и видовое разнообразие лишайников на данной территории не значительны, поэтому основное внимание было уделено мхам, широко представленным в болотных и переувлажненных луговых и лесных цено зах. Для сравнения проанализированы также пробы мохового покрова с участков, расположенных в головной части ВУРСа - на территории Вос точно-Уральского государственного радиоактивного заповедника.

Во мхах разной таксономической принадлежности, собранных в ок рестностях оз.Тыгиш (центральная ось ВУРСа), концентрация 90 Sr варьи рует от 420 до 1030 Бк/кг, a 137 Cs - от 310 до 690 Бк/кг сухой массы. На бе регу оз.Тыгиш максимальная концентрация 90 Sr в 0-5-сантиметровом слое почвы не превышает 600 Бк/кг, a 137 Cs - 200 Бк/кг;

в наземной фитомассе лесных ценозов концентрация этих нуклидов 180±20 и 100±10 Бк/кг соот ветственно;

в 20-сантиметровом слое торфа болот - 900 и 990 Бк/кг для ^Sr и 137 Cs (Нифонтова, 1995;

Нифонтова, Маковский, 1996).

Поскольку у отдельных видов мхов прослеживались явные различия в концентрации как 90Sr, так и l 3 7 Cs, для индикационных целей содержание радионуклидов определяли в моховом покрове в целом. Вне пределов зо ны радиоактивного следа концентрация 90 Sr в моховой растительности варьирует от 80 до 270 Бк/кг, a 137 Cs - от 90 до 330 Бк/кг (рис. 6).

Для большинства исследованных участков характерно превышение 137 содержания Cs в бриофитах по сравнению со Sr. На участках, распо ложенных в непосредственной близости от границ радиоактивного следа, наблюдается некоторое увеличение содержания радиостронция, в резуль тате отношение '^Cs/^Sr изменяется с 1.0-2.0 до 0.6-0.8 ед.

В пределах центральной оси радиоактивного следа в моховом покрове концентрация радионуклидов также варьирует: для '"Sr - от 460 до 1350 Бк/кг, для Cs - от 450 до 1100 Бк/кг. В окрестностях оз.Тыгиш, Б.Сунгуль и Чер вяное концентрация ^Sr во мхах выше, чем 137Cs, и отношение I37Cs/90Sr равно 0.4-0.7 ед.. Это отношение возрастает до 1.8-2.0 ед. во мхах на территории, расположенной в северо-восточной части зоньг радиоактивного следа (за счет некоторого повышения концентрации 137Cs).

В образцах мохового покрова, собранных в непосредственной близости от эпицентра Кыштымской аварии (Восточно-Уральский государственный, 90с радиоактивный заповедник), концентрация Sr к настоящему времени остает ся значительно повышенной и составляет 8-145 кБк/кг, a 137 Cs - 5-24 кБк/кг.

Участки отбора проб Рис. 6. Концентрация 90 Sr (темные столбики) и 1 3 7 Cs в моховом покрове территории восточной зоны ВУРСа.

а, б - вне пределов зоны ВУРСа на расстоянии 2 - 5 км (а) и 5 - 30 км (б) от ее границ;

в, г - в зоне центральной оси ВУРСа в окрестностях озер (в) и на расстоянии 18 - 25 км в северо-восточном направлении (г).

В целом установлено, что в моховом покрове лесных сообществ тер ритории, расположенной вне границ радиоактивно загрязненной зоны со держание 9 0 Sr и 137 Cs практически находится в пределах уровней, обуслов ленных глобальными радиоактивными выпадениями.

В зоне радиоактивного следа содержание 90 Sr во мхах остается в на стоящее время повышенным в 5-6 раз, a Cs - в 3-5 раз. Если количество ^Sr в растениях обусловлено радиоактивными выпадениями от Кьшггымской ава рии, для которой этот нуклид считается реперным, то увеличение содержания Cs в бриофитах связано с дополнительным поступлением нуклида в резуль тате ветрового переноса радиоактивно загрязненного ила с береговой полосы оз. Карачай, в которое производился сброс радиоактивных отходов предпри ятия «Маяк». Рассеяние иловых отложений стало для зоны Восточно Уральского радиоактивного следа источником повторного радиоактивного за грязнения (Большаков и др., 1991;

Поликарпов, Ааркрог, 1993).

Таким образом, использовав способность мхов к концентрированию радиоактивных продуктов и длительному их депонированию, мы получи ли данные, которые позволяют констатировать, что спустя более трех де сятков лет после Кыштымской аварии в природных растительных сообще ствах территории ВУРСа сохраняется повышенное содержание 9 0 Sr и 1 3 7 Cs.

Приведенные в данной главе материалы демонстрируют возможности использования представителей лихенобиоты и бриофлоры как для оператив ной оценки уровней радиоактивного загрязнения биоты непосредственно по сле аварии, так и спустя достаточно продолжительный период времени.

Глава 3. Использование лишайников и мхов при проведении длительного радиоэкологического мониторинга в зонах влияния атомных электростанций В данной главе представлены результаты многолетнего применения ли шайников и мхов для радиоэкологической оценки состояния природных экоси стем в зоне действия Белоярской атомной электростанции им. И.В.Курчатова.

Строительство предприятий полного топливного цикла определяет необходимость оптимизации радиоэкологического мониторинга и систем ного изучения воздействия эксплуатации атомных электростанций на при родные комплексы. Следует учитывать, что при функционировании АЭС в штатном режиме выведение контролируемых количеств излучателей про исходит на фоне колебаний природных факторов и поступления в экоси стемы глобальных (химических и радиоактивных) загрязняющих веществ.

В силу этого исследования в зонах действия атомных электростанций должны быть направлены как на более глубокое изучение структурно функциональной организации экологических систем, так и на решение практических задач по рациональному использованию природной среды.

Результаты изучения влияния аэрозольных выбросов Белоярской атомной электростанции на почвенно-растительный покров и водные эко системы опубликованы в работах сотрудников Отдела континентальной радиоэкологии Института экологии растений и животных УрО РАН (Мол чанова и др., 1985;

Куликов и др., 1990;

Молчанова, 1991;

Трапезников, 1990,2001;

Чеботинаи др., 1992;

и др.).

Наши исследования касаются возможностей и перспектив использова ния индикационных свойств лишайников и мхов для проведения длительных мониторинговых работ на территории, находящейся под воздействием Бело ярской АЭС в период эксплуатации первой очереди БАЭС и в начале введе ния в действие энергоблока на быстрых нейтронах БН-600, который был за пушен в 1980 г. и находится в эксплуатации по настоящее время.

На основании физико-географического описания и флористического об следования окрестностей атомной электростанции (Нифонтова и др., 1988;

Дьяченко и др., 1988) в пределах санитарно-защитной зоны выделено 213 ви дов растений, образующих травяно-кустарниковый ярус и относящихся к семействам. Флора территории г. Заречного по видовому разнообразию ( видов растений) и спектру представленных семейств (26) значительно беднее;

для болотно-речной экосистемы установлено 107 видов растений, относящих ся к 33 семействам. Для флоры окрестностей АЭС характерно наличие 25 ви дов листостебельных мхов и 26 видов напочвенных, эпифитных и эпилитных лишайников. Для радиоэкологических исследований были выбраны травяни стые растения, лишайники и мхи разной таксономической принадлежности, а также наиболее типичные растительные сообщества.

В результате исследований, проведенных в 1978-1980 гг., было установ лено, что в травянистых растениях луговых и лесных ценозов окрестностей атомной электростанции концентрация ^Sr и Cs колеблется от 80 до Бк/кг (рис. 7). Максимальное количество радионуклидов (^Sr — 750 Бк/кг, Cs — 900 Бк/кг) зафиксировано в лишайниках и мхах. В аналогичных рас тениях и субстратах под ними, собранных на контрольных участках, располо женных в 60 км к юго-западу от БАЭС, содержание радионуклидов статисти чески не отличается от указанных величин (^=1.4 при tst=2.8).

Последующие регулярно проводимые работы по изучению содержа ния 90 Sr и 137 Cs в лишайниках, мхах и травянистой растительности луговых и лесных ценозов санитарно-защитной зоны атомной электростанции, тер ритории г. Заречного, контрольных участков, а также участков, располо женных по факелу воздушных выбросов БАЭС, подтвердили (Нифонтова, Куликов, 1981,1984, 1991) приведенные выше результаты. Полученные ма териалы позволили заключить, что газоаэрозольные выбросы атомной электростанции не вносят заметного вклада в содержание 9 0 Sr и 1 3 7 Cs в компонентах почвенно-растительного покрова, загрязнение которого обу словлено глобальными радиоактивными выпадениями.

Рис. 7. Концентрация 90 Sr (темные столбики) и 137 Cs в лишайниках, мхах, травянистых растениях и субстратах окрестностей БАЭС (а) и контроль ных участков (б);

данные 1978-1980 гг.

1 — Hypogymnia physodes с березы, 2 - Я physodes с сосны, 3-7/. physodes с валежника, 4 — Atrichum undulatum, 5 - Bryum sp. с валежника, 6 — В. bitum, I В. sp. с камней, 8 — В. sp. с почвы, 9 - В. pseudotriquetrum, 10 - Climacium den droides, 11 - Calliergon stramineum, 12 - Drepanocladus aduncus, 13 - Z). vernico sus, 14 - Mniwn longirostre, 15 - Plenrozium schreberi, 16 - Polytrichum commune, 17 - Ptilium crisla-castrensis, 18 - Plagiomnium rostratum, 19 - Sphagnum lindbergii, 20 - Pteridium aquilinum, 21 - Equisetum sylvaticum, 22 - Calamagrostis cmmdinaceae, 23 - Deschompsia caespitosa, 24 - Polygonum bistorta, 25 - Pulmo naria molissima, 26 — Typha latifolia, 27 - Trifolium protease, 28 — 7! medium, 29 — Betonica officinalis, 30 — Trollius europaeus, 31 - Geranium sylvaticum, 32 — Cirsium heterophyllum, 33 — Rubus saxatilis, ЪА - Hyrochaeris maculata, 35 — Prunella vul garis, 36 - Alchemilla vulgaris, 37 - Leucanthemum vulgare, 38 - Veratrum lobelia num, 39 - Aegopodium padagraria, 40 — Veronica longifolia, 41 - Carex sp., 42 — Chimaphila umbellata, 43 - кора березы, 44 - кора сосны, 45 - валежник, 46 почва ( 0-5 см).

Иная ситуация складывается на территории вокруг Ольховского бо лота. Затопление этого болота техногенными слаборадиоактивными вода ми БАЭС и бытовыми стоками г. Заречного привело к изменению физико химических показателей торфяной залежи и содержания в ней радионук лидов (Нифонтова и др., 1986;

Кононович и др., 1991). На постоянно зали тых сбросными водами участках Ольховского болота количество 90 Sr в торфяной залежи в 7-8 раз, a Cs - на два порядка величин превышает та ковое в торфах контрольного болота у оз. Песчаное, расположенного на расстоянии 60 км к юго-западу и имеющего идентичные физико химические характеристики торфяной залежи. На периодически заливае мых участках Ольховского болота (в 150-200 м от постоянно залитой час ти) концентрация и запас '"Sr и 137 Cs в слоях торфа в несколько раз мень ше, но характер их распределения по торфяной залежи аналогичен затоп ляемым участкам (Маковский и др., 1991;

Нифонтова, Маковский, 1995).

Сброс дебалансных слаборадиоактивных вод атомной электростан ции в болото привел к увеличению содержания радионуклидов в расти тельности торфяника. На постоянно заливаемых участках концентрация Sr в травянистых растениях и болотных мхах в 5-8 раз, a I 3 7 Cs — более чем на порядок величин выше, чем на остальной территории вокруг стан ции. В то же время торфяная залежь и болотная растительность служат своеобразным природным барьером на пути миграции радионуклидов к береговой зоне и окружающим болото луговым и лесным ценозам. Так, на расстоянии 300-500 м от берега Ольховского болота содержание '"Sr и Cs в компонентах почвенно-растительного покрова не превышает уров ней, характерных для растительности санитарно-защитной зоны и г. За речного (Нифонтова, Куликов, 1991).

Проводимые нами после 1980 г. регулярные исследования позволили установить, что уровни содержания ^Sr и Cs в слоевищах эпифитного лишайника Hypogymnia physodes и в напочвенном мохово-лишайниковом покрове территории санитарно-защитной зоны и г. Заречного постепенно и медленно уменьшались соответственно снижению глобальных радиоак тивных выпадений.

В мае 1986 г. в результате чернобыльских выпадений (как это было показано выше для окрестностей г. Екатеринбурга;

см. гл. 2) произошло резкое увеличение концентрации 137 Cs в компонентах почвенно растительного покрова территории Белоярской АЭС, функционирующей без технических нарушений в штатном рабочем режиме. В травянистой растительности концентрация нуклида возросла на порядок величин, в лишайниках и мхах - в 24-44 раза на фоне практически не изменившегося содержания 90Sr.

Анализ изотопных отношений подтверждает эти данные. Если в 1985 г. отношение '"Cs/^Sr в лишайниках и мхах не превышало 0.9-2. ед., то за счет увеличения доли радиоцезия это соотношение сдвигается у травянистых растений до 6.4 ед., в лесном опаде и субстратах, а также в лишайниках и мхах - до 11-16 и 19-74 ед. соответственно. Период сниже ния уровней содержания l 3 7 Cs в травянистой растительности, лесной под стилке, лишайниках, мхах и субстратах под ними до первоначальных уровней (1985 г.) аналогичен по времени и интенсивности с указанными выше для компонентов почвенно-растительного покрова территории окре стностей г. Екатеринбурга (см. рис.5). В настоящее время концентрация Sr в лишайниках и мхах из окрестностей Белоярской АЭС (исключая территорию Ольховского болота) не превышает 50-90 Бк/кг, a l 3 7 Cs - 200 400 Бк/кг.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о том, что на фоне других компонентов биоты лишайники и мхи более активно кон центрируют и длительное время депонируют радионуклиды. Именно эти организмы представляются перспективными для использования в целях длительного радиоэкологического мониторинга в зонах действия предпри ятий ядерно-топливного цикла.

В последующих главах обобщены результаты 30-летних исследова ний уровней содержания 90 Sr и 137 Cs глобальных выпадений в представи телях лихенобиоты и бриофлоры.

Глава 4. Радионуклиды глобальных выпадений в лишайниках и мхах природных растительных сообществ Лишайники и мохообразные чрезвычайно широко распространены в разных географических зонах, являясь неотъемлемым компонентом поч венно-растительного покрова. Заметна их роль в лесных биогеоценозах, но особенно велико их значение в тундровой и лесотундровой зонах, а также в биогеоценозах высокогорных ландшафтов. Обширные северные регионы остаются наименее изученными в радиоэкологическом плане. Вместе с тем в результате исследований, проведенных в начале 60-х годов, в период максимальных глобальных радиоактивных выпадений, была выявлена вы сокая концентрация 90Sr и 137Cs в цепи питания лишайник - северный олень - человек, определяемая именно первичным звеном - лишайниками (Троицкая и др., 1971). Поэтому представлялось значимым оценить совре менные уровни содержания радионуклидов 90 Sr и l 3 7 Cs в лишайниках и мхах на территориях северных широт.

4.1. Sr u Cs в лишайниках и мхах полуострова Ямал Особое внимание к полуострову Ямал связано с тем, что он достаточно близко расположен к месту испытаний ядерного оружия на Новой Земле, по этому не исключена вероятность повышенного по сравнению с другими ре гионами Крайнего Севера его загрязнения радиоактивными веществами. Ин тенсивное промышленное освоение территории может вызвать опасность вы носа на поверхность фиксированных в почве радионуклидов и их перераспре деление между отдельными компонентами экосистем. При этом следует отме тить, что радиоэкологическая изученность полуострова весьма низка.

В настоящее время в исследованных видах лишайников и мхов разной таксономической принадлежности, собранных на территории полуострова, минимальная концентрация '"Sr составляет 30-50 Бк/кг, а максимальная не превышает 140-160 Бк/кг (рис. 8).

(а) 14 16 18 20 22 24 26 28 14 16 IS 20 22 24 26 12 3 4 8 6 7 8 9 tO 11 1213 12 3 4 5 6 7 Ь 910111213 IS 17 19 21 23 25 27 15 17 19 21 23 26 Рис. 8. Концентрация ^Sr (темные столбики) и 137 Cs в лишайниках (а) и мхах (б) территории п-ва Ямал.

а - лишайники: \-Cladina rangiferina, 2-C.stellaris, 3-C.arbuscula, A-C.mitis, 5-Cladonia uncialis, 6-C.macroceras, 1-C.amaurocraea, S-Asahinea chrysantha, 9-Melanelia hepatison, W-Cetraria islandica, 11 -C.laevigata, Yl-Thamnolia ver micullaris, 13-Stereocaulon paschale;

б - мхи: \A-Dicranum spadiceum, \5-D.elongatum, \6-Hylocomium splendens, \1-Polytrichum commune, \%-Pofytrichum sp., \9-P.gracile, 20-Racomitrium larmginosum, 21-Sphagnum ri parium, 22-Spkrubellum, 23-Sph.squarrosum, 24-Sphwulfianum, 25-Sph.majus, 26-Sphfiiscum, 27-Sphbalticum, 2S-Spklenense.

Для Cs значения концентраций равны 50-80 и 350-410 Бк/кг соот ветственно. В целом содержание каждого радионуклида в лишайниках и мхах изменяется в пределах одного порядка величин, а наблюдающиеся различия связаны с видовой специфичностью, возрастом и строением тал ломов и дерновинок, а также с неоднородностью экологических парамет ров отдельных участков отбора образцов (Нифонтова, Малафеев, 1996;

Ni fontova, 1995).

В типичных тундрах Ямала от северных до южных границ полуострова концентрация радионуклидов в мохово-лишайниковом покрове варьирует от 40 до 120 Бк/кг для '"Sr и от 70 до 260 Бк/кг - для 137Cs. Эти величины в 3-7 раз ниже максимальных уровней, отмеченных в начале 60-х годов. Данные под тверждаются анализом соотношения изученных радионуклидов: ранее отно шение 137Cs к ^Sr в лишайниках составляло 8-10 ед., сейчас не превышает 2- ед. По исследованным параметрам радиоактивное загрязнение лишайников и мхов полуострова не превышает величин, установленных для территории Урала и Сибири (Нифонтова, 1998;

Nifontova, 1998).

Полученные материалы были использованы при оценке общей ра диоэкологической ситуации и совместно с другими параметрами позволи ли установить, что радиационная обстановка на полуострове Ямал типична для Крайнего Севера (аналогично приарктическим районам Скандинавии и Северной Америки);

радиационный фон не выше среднего по территории России;

признаков локального радиоактивного загрязнения полуострова не обнаружено (Любашевский и др., 1993, 1995).

4.2. 9USr и I37Cs в мохово-лишайниковом покрове экосистем северных территорий Урала и Сибири Образцы мохово-лишайникового покрова собраны в период 1991 1996 гг. с 81 учетной площадки, которые были выбраны на территории от По лярного Урала до Северо-Востока Сибири в пределах географических коор динат от 60° до 73° с.ш. и от 60° до 165° в.д. (рис. 9). На столь обширной терри тории практически невозможно подобрать площадки в однотипных местооби таниях и с идентичным набором видов лишайников и мхов, поэтому пробы состояли преимущественно из кустистых лишайников (роды Cladina, Cladonia, Cetraria) и напочвенных мхов (роды Hylocomium, Pleurozium, Polytrichum).

В слоевищах кустистых лишайников и дерновинках напочвенных мхов средние величины концентрации 90 Sr довольно близки и изменяются от 60 до 120 Бк/кг, a 137 Cs - от 160 до 350 Бк/кг. У лишайников и мхов раз ных видов наблюдается широкий диапазон колебаний как минимальных, так и максимальных величин концентрации радионуклидов. В значитель ной степени это связано с разнообразием анатомо-морфологического строения, возрастной неоднородностью организмов и вертикальным рас пределением радионуклидов по слоевищам и дерновинкам 80° 30" 50" 70" 90" МО" 130" 150" 170" Рис. 9. Схема расположения площадок (черные точки) отбора образцов мохово-лишайникового покрова на территории Урала и Сибири.

В тундровой зоне концентрация ^Sr в мохово-лишайниковом покрове варьирует от 40-50 до 130-150 Бк/кг, a 137Cs - от 70-90 до 260-290 Бк/кг (рис.

10). Не отмечается достоверных различий в содержании радионуклидов в мо хово-лишайниковом покрове арктических, северных и южных тундр (t,n = 0.7 1.8 при tst = 2.3-2.8). В зоне лесотундр минимальные концентрации '"Sr в мо хово-лишайниковом покрове составляют 50-70 Бк/кг, а максимальные дости гают уровня 120-130 Бк/кг. Для Cs эти значения равны соответственно 120 130 и 320-380 Бк/кг. В мохово-лишайниковом покрове северо- и среднетаеж ных лесов изученные радионуклиды накапливаются примерно в тех же коли чествах: содержание '"Sr изменяется от 40-50 до 130-170 Бк/кг, a 137Cs - от 120-140 до 350-400 Бк/кг. Масштаб колебаний концентраций радионуклидов в мохово-лишайниковом покрове определяется неоднородностью учетных площадок по видовому составу лишайников и мхов, а также экологическими различиями мест отбора образцов (Нифонтова, 1998).

Рис. 10. Содержание 90 Sr (темные столбики) и 137 Cs в мохово лишайниковом покрове разных растительных сообществ:

1,П,Ш - арктические, северные и южные тундры;

IV - зона лесотун дры;

V,VI - северо- и среднетаеж ные леса.

55-58,60-66.68-73,75- Номера учетных площадок В горных массивах количество годовых осадков и уровень глобальных радиоактивных выпадений возрастают (Мильков, Гвоздецкий, 1958;

Израэль и др., 2000). Для г. Денежкин Камень (Северный Урал) установлено повышен ное в 2-2,5 раза содержание радионуклидов в лишайниковом покрове горных тундр (на высоте 1000 м) относительно мохово-лишайникового покрова рас тительных сообществ у подножия этого горного массива. Для г. Косьвинскии Камень характерны хорошо выраженные обнажения и россыпи двух ультра основных пород - пироксенитов и дунитов. Пироксениты отличаются боль шим разнообразием содержащихся в их составе минералов и при выветрива нии образуют неровную поверхность с многочисленными трещинами, в кото рых скапливается мелкозем, пригодный для поселения растений. Продукты выветривания дунитов характеризуются повышенной водопроницаемостью, а мелкозем в расщелинах быстро теряет влагу и высыхает. Флора лишайников на дунитах сравнительно бедна, тогда как на пироксенитах лишайниковый покров богат и разнообразен (Горчаковский, 1975).

Средние величины концентрации радионуклидов в лишайниках с ду 90 нитов ( Sr = 90-120 Бк/кг, Cs = 200-390 Бк/кг) достоверно ниже (/оп = 2.2-4.2 при fst=2.1), чем в аналогичных видах с пироксенитов (90Sr=140- Бк/кг, 137 Cs= 330-600 Бк/кг). По-видимому, гидрологический режим, меха нический состав, структурные особенности и специфика физико химических свойств пород оказывают влияние на процессы дополнитель ного поступления радионуклидов в растения из почв, сформировавшихся на основе этих материнских горных пород (Нифонтова, 2000).

В целом не отмечается каких-либо специфических особенностей в аккумуляционной способности лишайников и мхов, собранных на участ ках, расположенных как в широтном, так и в меридиональном направлени ях по всей исследованной территории. Содержание '"Sr и 137 Cs в мохово лишайниковом покрове практически не различается в тундровой, лесотун дровой и таежной зонах от Полярного Урала до Северо-Востока Сибири (для 90 Sr ton = 1.8-2.2;

для 137 Cs tm = 1.4-2.2 при rst = 2.3). Аналогичные со временные уровни накопления радионуклидов установлены для лишайни ков и мхов стран северного полушария (Матишов и др., 1993;

Hanson,1994;

White, 1994;

Nifontova, 1995,1996), что свидетельствует о глобальном ха рактере радиоактивного загрязнения этих организмов. При этом наблюда ется ясно выраженное снижение радиоактивности лишайников и мхов от носительно показателей, установленных в начале 60-х годов.

Полученные данные о современных уровнях содержания нуклидов в мохово-лишайниковом покрове рекомендуется использовать при общей оценке радиационной ситуации в Урало-Сибирском регионе, а также как фоновые величины для проведения длительного радиоэкологического мо ниторинга северных территорий.

4.3.90Sr и 137Cs в лишайниках и мхах природных растительных сооб ществ Среднего Урала (на примере территории Свердловской области) Основными факторами, определяющими радиационную обстановку в Свердловской области, считаются наличие радиационно опасных объектов (Бе лоярская АЭС, пункты захоронения радиоактивных отходов, предприятия по обогащению и переработке сырья с высоким содержанием естественных радио нуклидов, предприятия ядерного комплекса), природный радиационный фон, обусловленный естественными радионуклидами, вторичная ветровая миграция радиоактивной пыли, образующейся на территориях, загрязненных в результате деятельности ПО «Маяк». В соответствии с Федеральным законодательством в импактньгх зонах этих предприятий специализированными органами проводит ся государственный контроль за радиоактивным загрязнением территорий («Го сударственный доклад о состоянии...», 2002).

Свой вклад в радиационную обстановку вносят и глобальные радиоактив ные выпадения искусственных радионуклидов - результат медленного процесса выведения из стратосферы продуктов испытания ядерного оружия, проводив шихся ранее на полигонах планеты. Представлялось целесообразным, используя лишайники и мхи как организмы, максимально концентрирующие радионукли ды аэральных выпадений, установить современные уровни радиоактивного за грязнения ^Sr и 137Cs природных растительных сообществ территорий, удален ных от зон воздействия предприятий ядерно-топливного цикла.

На всей территории области концентрация 90 Sr в лишайниках и мхах разной таксономической принадлежности варьирует от 40 до 160 Бк/кг, а 137, Cs - от 80 до 450 Бк/кг (табл. 4).

Таблица 4.

Концентрация радионуклидо!* (Бк/кг) в лишайниках и мхах с территории Свердловской области ! IJ/ " Sr "'Cs "Sr Cs Вид Вид Лишайники 60±10 8O±3O Calliergon cordifolium 70±10 190±30 70±10 440± Alectoha ochroleuca С. giganteum 420± 50±10 200±30 Cynodontium sp. 100± Cetraria laevigata Flavocetraria cuccu- Bryum pseudotri- 230± 50±10 120±20 110± lata quetrum 40±20 370±60 Bryum sp. 50± Cetraria. islandica 230± 50±10 160± Flavocetraria ntvalis Ceratodon purpureus 110±30 8ft Campylium chryso 390±70 390± Cladonia gracilis 40±10 80± phyllum 250± 130±30 250± C. comula Dicranum fuscescens 100± 70±20 80±Ш 170± C. furcata D. polysetum 80± 70±10 210±40 33O±5O Cladina rangiferina Hylocomium splendens 100± C. arbuscula 60±10 220±40 310± Helodium blandowii 60± 60±10 140±20 190± Cladonia uncialis Leptobryum pyriforme 270± 70±20 250±40 360± Cladina stellaris Mnium undulatum 40± 90±20 340±60 260± Cladonia amaurocraea Pleurozium schreberi 110± Hypogymnia physodes 90±20 270±40 270± Plagiomnium medium 120± 80±20 140±20 260± Peltigera canina Pohlia cruda 70± 80±20 160±30 210± P. venosa Polytrichum strictum 110± Ramalina sp. 40±10 100±20 450± P. commune 90± 90±30 Не опр. 300± Stereocaulon paschale P. juniperinum 90± 310± Ptilium cristacaslrensis Мхи 80± Rhytidiadelphus tri 50±10 140±30 190± Abietinella abielina 70± quetrus 70±10 140±30 260± Anomodon viticulosus R. subpinnatus 100± 70±20 320±50 Rhizomnium sp. 290± Aulacomnium palustre 70± Brachythecium re- 80±20 35О±5О 17O± Sphagnum sp. 60± flexum 80± B. oedipodium 180±30 6(ЬЫ0 180± Sanionia uncinata 90±30 390±60 200± B. velutinum 80± Thuidium philibertii 110±20 440±60 50±10 150± B. starkei Th. recognitum 160±30 440±60 60±10 340± B. salebrosum Tomentypnum nitens Минимальные и максимальные величины концентрации радионуклидов достоверно различаются у разных видов в 3-6 раз. К сожалению, на основе полученных данных мы не смогли ранжировать элементы отдельных родов лишайников и мхов по их аккумуляционным способностям, поскольку меж видовые вариации накопления радионуклидов определяются различиями как анатомо-морфологического строения и возрастом отдельных особей, так и влиянием экологических и климатических условий их местопроизрастания.

Современные (2001-2003 гг.) уровни содержания '"Sr и l37 Cs определены в образцах мохово-лишайникового покрова, собранных со 109 пробных пло щадок (рис. 11).

Во всех пробах M S r 50-90 Бк/кг "'С.

° 100-170 Бк/кг • 210-280 Бк/кг А 320-580 Бк/кг Рис. 11. Содержание радионуклидов глобальных выпадений в мохово лишайниковом покрове природных растительных сообществ территории Свердловской области (цифрами обозначены места отбора проб).

На основании проведенных исследований можно заключить, что концен трация '"Sr в мохово-лишайниковом покрове всей территории области изменя 1.3-1.6 ед. (Марей и др., 1974). Далее вплоть до середины 80-х годов за грязнение местности радионуклидами глобальных выпадений постепенно уменьшалось;

к настоящему времени уровни выпадений в значительной степени стабилизировались (Израэль и др., 2000).

Наши исследования содержания в мохово-лишайниковом покрове Sr и l 3 7 Cs глобальных выпадений охватывают временной промежуток с 1975 г. по 2002 г. За этот период определено содержание радионуклидов более чем в 2 тыс. образцов лишайников, мхов и мохово-лишайникового покрова, собранных преимущественно в тундровой, лесотундровой, таеж ной и лесной зонах Урала и Сибири. На основе полученных результатов в системе «MSAccess» создана база данных.

Максимальные уровни ^Sr и 137 Cs глобальных выпадений были за фиксированы в лишайниках (род Cladonia) северных территорий в период 1961-1965 гг. (Троицкая и др., 1971). Со временем наблюдается постепен ное уменьшение содержания радионуклидов в лишайниках и мхах (рис.

12). К середине 80-х годов (стабилизация глобальных выпадений) концен трация '"Sr и 137 Cs в мохово-лишайниковом покрове достоверно (/ОП=2.7 5.7 при fst=2.2) снизилась в 2-4 раза. Освобождение лишайников и мхов от радиоактивных продуктов происходит в результате вымывания их атмо сферными осадками, физического распада 90 Sr и 137 Cs, вертикальной ми грации нуклидов внутри организмов и между лишайниками, мхами и суб стратами, механического повреждения и поедания растений животными.

Процесс очищения мохово-лишайникового покрова от радиоактив ных загрязнений занимает достаточно продолжительный период времени (при условии снижения интенсивности глобальных выпадений), а градиент l падения концентраций '"Sr и Cs с годами уменьшается. Наблюдается яв но выраженная зависимость содержания радионуклидов в лишайниках и мхах от уровней их содержания в глобальных выпадениях. В настоящее время (на фоне стабилизации выпадений) в мохово-лишайниковом покро ве северных территорий Урала и Сибири концентрация 90 Sr не превышает 50-80 Бк/кг, a 137 Cs - 250-450 Бк/кг (см. рис. 12).