Закономірності біогеохімічної міграції радіонуклідів у лісових екосистемах Українського Полісся

Короткий зміст

У вступі розкрито сутність, актуальність та значущість наукової задачі, що випливає з обраної теми, а також подано загальну характеристику дисертації. В основу дослідження покладені принципи підвищення екологічної безпеки, що досягаються шляхом раціонального вирішення проблем, пов’язаних з використанням деревини та інших лісових ресурсів території Українського Полісся яка знаходиться в зоні радіоактивного забруднення після аварії на ЧАЕС. 

У першому розділі "ВПЛИВ ПРИРОДНИХ УМОВ УКРАЇНСЬКОГО ПОЛІССЯ НА ПЕРЕРОЗПОДІЛ РАДІОНУКЛІДІВ У ЛІСОВИХ ЕКОСИСТЕМАХ" за матеріалами огляду та аналізу літературних джерел виконані теоретичні узагальненні щодо впливу природних чинників на біогеохімічні процеси радіонуклідів та залежність інтенсивності перерозподілу радіонуклідів від основних біологічних, геохімічних та фізичних параметрів навколишнього середовища. Отримані висновки дали можливість сформулювати напрям, завдання та очікувані результати експериментальних досліджень.

Територія досліджень - Українське Полісся - розташована в межах геоструктурних областей Руської рівнини: північній частині Галицько-Волинської западини та на Поліському масиві (західна частина), північно-західних відрогах Українського щита (середня частина) та в межах північної ділянки Дніпровсько-Донецької западини і, частково, на схилі Воронезького кристалічного масиву (східна частина). Головним фактором, який лежить в основі формування реґіону як цілісної природної структури, є процеси рельєфоутворення в четвертинному періоді, а саме – діяльність дніпровського льодовика, яким були сформовані осадові відклади. Для сучасного рельєфу Українського Полісся найбільш характерні зандрові, моренно-зандрові та моренні рівнини. Флювіогляціальні, алювіальні та інші, переважно піщані та супіщані відклади, зіграли роль ґрунтоутворюючого субстрату, на якому створилися сприятливі умови для поширення хвойних, переважно соснових лісів. З появою останніх почалося опідзолення ґрунтів, висока інтенсивність цього процесу обумовлена кліматичними особливостями зони Полісся, в першу чергу - достатнім зволоженням та позитивним режимом температур.

Опідзолювання відбувається за участю хвойної лісової підстилки, яка є джерелом кислих органічних розчинів котрі спричиняють глибокий розклад мінеральної частини ґрунту і утворення рухливих форм катіонів в анаеробних умовах (при перезволоженні ґрунту). З падінням вологості ґрунту, посилюється мінералізація підстилки на фоні окислювальних процесів за участю аеробних бактерій та грибів. Низькомолекулярні органічні кислоти, що ними виділяються, утворюють розчинні солі які виносяться водою при наступному зволоженні з гумусово-елювіального горизонту ґрунту. Тому інтенсивність опідзолювання залежить більше від частоти перепадів вологості, ніж від суми опадів. З опідзолюванням на піщаному субстраті пов'язане посилення рухливості мінеральних сполук ґрунту та продуктів окислення (у вигляді розчинів та колоїдів), яке супроводжується активною дегуміфікацією верхнього шару ґрунту, і створюються більш сприятливі умови для міграції радіонуклідів, ніж на трофічно більш багатих ґрунтах.

Підзолисті ґрунти найбільш придатні для хвойних порід, які, в свою чергу, прискорюють опідзолення. Тому майже 75% території Українського Полісся зайнято підзолистими ґрунтами, а бори та субори складають 70% поліських лісових угідь. Поєднання характеристик ґрунтового покриву та фітоценозу виражається (за П.С.Погребняком) у едафічних типах. Комплекс едафотопів, їх просторовий розподіл та домінуючі типи визначають екологічні особливості реґіону. В Українському Поліссі 45% території зайняті суборами, 25% - борами, 22% - суґрудками, 8% - дібровами. Гігротопний ряд лісів Українського Полісся: свіжі (45% площі), вологі (41%), сирі (9%), мокрі (2,7%) та сухі (2,3%) умови.

Міграційна здатність радіонуклідів зменшується зі збільшенням трофічної здатності  ґрунту, збільшенням вмісту хімічних аналогів радіонуклідів (К та Са для Cs та Sr), збільшенням вмісту катіонів-конкурентів, збільшенням вмісту мулистої фракції, зниженням кислотності ґрунту, зменшенням його вологості. Ці параметри впливають на співвідношенням форм знаходження доступних та недоступних (міцно фіксованих) для кореневого живлення радіонуклідів. Внаслідок різної періодичності опадання крон та різної швидкості мікробіологічного розкладу і мінералізації підстилки у листяних та хвойних порід, включення радіонуклідів у міграційні потоки в різних едафічних умовах відбувається з різною швидкістю. Аналіз опублікованих багатьма авторами емпіричних даних показує, що в борах біологічний кругообіг радіонуклідів триває у 4-6 разів повільніше, ніж у листяних угіддях, і в 2-4 рази повільніше, ніж у змішаних. Водночас коефіцієнти переходу (КП) та накопичення (КН) ¹³⁷Cs, розраховані для сосни, загалом вищі, ніж для листяних порід. З цього можна зробити припущення, що у трофічно бідних хвойних едафотопах відносні обсяги доступних для рослин (мобільних) радіонуклідів повинні бути вищі, ніж в багатших на гумус змішаних і, тим більше, – листяних.

Таким чином, інтенсивність кругообігу радіонуклідів у лісових екосистемах не узгоджується з темпами їх накопичення деревною біомасою – у листяних насадженнях частіша періодичність біогеохімічного кругообігу, ніж у хвойних, але в ньому приймають участь менші кількості радіонуклідів. В проведених нами натурних спостереженнях у сосновому вологому борі отримано дані про залучення до річного кругообігу до 8% ¹³⁷Cs з ґрунту (до 6% повертається з опадом хвої в підстилку); в дубовому лісі ці параметри менші на порядок, відповідно коефіцієнт накопичення менше в 3-4 рази. 

Отже, загальний висновок з аналізу впливу природних умов Українського Полісся на міграційну здатність радіонуклідів можна сформулювати таким чином: інтенсивність біогеохімічної міграції ¹³⁷Cs залежить від типу умов місцезростання (едафотопу) - комбінації ґрунтових умов трофності та вологості і ценотичних факторів - більшою мірою, ніж від суми окремих впливів кожного з перелічених факторів. Тобто, дія цих факторів відбувається за мультиплікативним механізмом. Тому трофічно бідні вологі соснові біоценози створюють найкращі умови для розвитку міграційних процесів, навпаки – в сухих та багатих на гумус листяних біоценозах – міграційні процеси пригнічені.