ТОКСИКОЛОГІЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ МОХОВОГО ПОКРИВУ У СОСНОВИХ ЛІСАХ БІОГЕОХІМІЧНОГО ЛАНДШАФТУ У ФОНОВОМУ РАЙОНІ УКРАЇНСЬКОГО ПОЛІССЯ. ЧАСТИНА 2. РАДІОНУКЛІДИ – 137CS
DOI:
https://doi.org/10.32782/geotech2024.38.01Ключові слова:
Українське Полісся, лісові біогеоценози, ґрунт, моховий покрив, фракції мохів, питома активність 137Cs, коефіцієнт біологічного поглинання 137Cs, просторова неоднорідність, фрактальна геометрія, фрактал ВісекаАнотація
Завдання досліджень – оцінити міжвидові відмінності акумуляції 137Cs мохами; проаналізувати розподіл 137Cs між фракціями мохів; виявити багаторічну динаміку вмісту 137Cs у мохах та величини коефіцієнта біологічного поглинання 137Cs мохами у 2002–2022 рр.; розрахувати залежність між питомою активністю 137Cs у Dicranum polysetum та у ґрунті на основі статистичного систематичного підходу; виявити просторову неоднорідність питомої активності 137Cs у моховому покриві та ґрунті й кількісно оцінити її з використанням засобів фрактальної геометрії. Дослідження проведене у 2 етапи: у 2002 р. та 2022 р. на 3 пробних площах у Житомирській обл., Коростенському р-ні, Повчанському лісництві, філії «ДП Лугинське лісове господарство» ДП «Ліси України». Рослинність була представлена сосновим лісом асоціації Molinio-Pinetum Matuszkiewicz (1973) 1981, у типі лісорослинних умов вологий субір (В3). Зразки мохів відбирали по фракціях: приріст першого року, приріст другого року, приріст більш ранніх років та очіс. Питому активність 137Cs вимірювали на спектроаналізаторі СЕГ-001 AKП-С-150 із сцинтиляційним детектором БДЕГ-20-Р2. Як показник інтенсивності акумуляції 137Cs у ланці «грунт – мох» був використаний коефіцієнт біологічного поглинання (КБП). У 2002 р. за середніми значеннями вмісту 137Cs у прирості першого року (приростах першого та другого років) види мохів можна розмістити в такому порядку: Leucobryum glaucum > Dicranum polysetum > Polytrichum commune > Sphagnum palustre > S. capillifolium > Pleurozium schreberi, з міжвидовими відмінностями цього показника у 2,2 раза. У 2002 р. та 2022 р. розподіл питомої активності 137Cs між фракціями мохів був подібним: максимальні величини питомої активності 137Cs були в живих, верхівкових частинах – прирості першого року (приростах першого та другого років). Нижче цієї частини спостерігалося зменшення цього показника у прирості другого року, приростах більш раннього періоду й очосі. У всіх видів мохів у 2002–2022 рр. вміст 137Cs суттєво зменшився – від 2,46 раза у Dicranum polysetum до 2 разів у Sphagnum capillifolium. Незважаючи на суттєве зменшення питомої активності 137Cs у фракціях усіх досліджених видів мохів, середні величини КБП у 2022 р. слабо зменшилися порівняно з такими 2002 р. У 2022 р. за середніми значеннями КБП види мохів можуть бути розміщені таким чином: Leucobryum glaucum (7,42 ± 0,49) > Polytrichum commune (6,72 ± 0,45) > Sphagnum palustre (6,15 ± 0,54) > Dicranum polysetum (6,11 ± 0,43) > S. capillifolium (5,99 ± 0,56) > Pleurozium schreberi (2,97 ± 0,18). Залежність питомої активності 137Cs у ґрунті від питомої активності 137Cs у Dicranum polysetum була лінійною, тісною (r = 0,76) і достовірною (p = 0,000). Просторова неоднорідність забруднення 137Cs мохового покриву та ґрунту була високою та мала осередковий характер. Зменшення середніх значень питомої активності 137Cs у моховому покриві та ґрунті залежно від кроку сітки є підтвердженням їх фрактального розподілу. Ми запропонували замінити повну матрицю відбору проб матрицею на фракталі Вісека, з відбором проб лише по центральному стовбцю та центральному рядку або по головних діагоналях повної матриці, що дає змогу зменшити загальну кількість зразків у 5 разів, з відносною різницею середніх значень питомої активності 137Cs у моху та ґрунті порівняно з повною матрицею менше за ±10 %.
Посилання
Головко, О.В. (2020), Міграція та перерозподіл 137Cs в екосистемах боліт Західного Полісся України. Автореф. дис. … канд. сільськогосподарських наук. Спеціальність 03.00.16 – екологія. Рівне. 26 с.
Горкавий, В.К. (2009), Статистика: підручник. Київ: Аграрна освіта. 511 с.
Грабар, І. (2023), Синтез мультифракталів. Наукова монографія. Житомир: Поліський національний університет. 200 с. ISBN 978-617-8085-98–8.
Доповідь про стан ядерної та радіаційної безпеки в Україні у 2022 році (2023). Київ: Державна інспекція ядерного регулювання України. 88 с. Режим доступу: https://snriu.gov.ua/storage/app/sites/1/%202022.pdf.
Мельник, В.В., Курбет, Т.В. (2018а), Особливості накопичення цезію-137 у моховому покриві лісів Українського Полісся. Наукові горизонти. 2 (65): 51–57. http://ir.znau.edu.ua/handle/123456789/9498.
Мельник, В.В., Курбет, Т.В. (2018b), Радіоактивне забруднення 137Cs мохово-лишайникового покриву в умовах свіжого субору. Науковий вісник НЛТУ України. 28 (3): 88–92. https://doi.org/10.15421/40280318.
Орлов, О.О. (2000), Роль сфагнового покриву у перерозподілі потоків калію та 137Cs в екосистемах мезооліготрофних боліт. Укр. ботан. журн. 57 (6): 715–724.
Орлов, О.О. (2021), Закономірності міграції 137Cs на геохімічних бар’єрах крайової зони мезотрофного болота в Українському Поліссі. Геохімія техногенезу. 6 (34): 58–70. https://doi.org/10.15407/10.15407/geotech2021.34.058.
Орлов, О.О., Долін, В.В. (2010), Біогеохімія цезію-137 у лісоболотних екосистемах Українського Полісся. Київ: Наук. думка. 198 с.
Погребняк, П.С. (1931), Основи типологічної класифікації та методика складати її. Серія наук. вид. ВНДІЛГА. Харків. 10: 28–35.
Adrović, F., Damjanović, A., Adrović, J., Kamberović, J. and Hadžiselimović, N. (2017), Study of 137Cs concentration activity in mosses of Bosnia and Herzegovina. International Journal of Modern Biological Research. 5: 32–41.
Balance, S., Kristiansen, K.A., Skogaker, N.T., Tvedt, K.E., Christensen, B.E. (2012), The localisation of pectin in Sphagnum moss leaves and its role in preservation. Carbohydrate Polymers. 87 (2): 1326–1332. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.09.020.
Bioindicators & Biomonitors. Principles, Concepts and Applications (2003), Eds. B.A. Markert, A.M. Breure, H.G. Zechmeister. Amsterdam – Boston – London – New York – Oxford – Paris – San Diego – San Francisco – Singapore – Sydney – Tokyo: Elsevier Applied Science. 1017 p.
Bossew, P., Lettner, H., Hubmer, A.K. (1996), Spatial variability of fall-out 137Cs. Proc. of the Intern. Symp. on Radioecology 1996 “Ten years terrestrial radioecological research following the Chernobyl accident” Eds. M. Gerzabek, G. Desmet, B.J. Howard et al. Vienna. P. 179–186.
Cevik, U. and Celik, N. (2008), Ecological half-life of Cs-137 in mosses and lichens in the Ordu province, Turkey. Journal of Environmental Radioactivity. 100 (1): 23–28. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2008.09.010.
Clymo, R.S. (1978), A model of peat bog growth. In: O.W. Heal, and D.F. Perkins (eds.), Production Ecology of British Moors and Montane Grasslands. Berlin: Springer Verlag. P. 187–223.
Čučulović, A., Čučulović, R., Sabovljević, M., Veselinović, D. (2012a), Activity concentrations of 137Cs and 40K in mosses from Spas in eastern Serbia. Arch. Biol. Sci., 64 (3): 917–925. DOI: 10.2298/ABS1203917Č.
Čučulović, A., Popović, D., Čučulović, R. & Ajtić, J. (2012b), Natural radionuclides and 137Cs in moss and lichen in Eastern Serbia. Nuclear Technology & Radiation Protection, 27 (1): 44–51. DOI: 10.2298/NTRP1201044.
Dainty, J. and Richter, C. (1993), Ion behavior in Sphagnum cell walls. Advances in Bryology, 5. Biology of Sphagnum. Berlin-Stuttgart: J. Cramer. P. 107–127.
Dolgushin, D., Korobova, E., Baranchukov, V., Dogadkin, N. (2020), Detailed study of 137Cs distribution in soil-litter-moss cover within the undisturbed woodland test site in the Chernobyl abandoned zone. EGU General Assembly 2020, EGU2020-339, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-339, 2019OUT.
Dołhańczuk-Śródka, A., Ziembik, Z., Wacławek, M. & Hyšplerová, L. (2011), Transfer of cesium-137 from forest soil to moss Pleurozium schreberi. Ecological Chemistry and Engineering. 18 (4): 509–516.
Dragović, S., Mihailović, N., Gajić, B. (2010), Quantification of transfer of 238U, 226Ra, 232Th, 40K and 137Cs in mosses of a semi-natural ecosystem. Journal of Environmental Radioactivity. 101: 159–164. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2009.09.011.
Dragović, S., Nedić, O., Stanković, S., Bačic, G. (2004), Radiocesium accumulation in mosses from highlands of Serbia and Montenegro: chemical and physiological aspects. Journal of Environmental Radioactivity. 77: 381–388. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2004.04.007.
Fränzle, O. (2003), Bioindicators and environmental stress assessment. In: Bioindicators & Biomonitors. Principles, Concepts and Applications, Eds. B.A. Markert, A.M. Breure, H.G. Zechmeister. Amsterdam – Boston – London – New York – Oxford – Paris – San Diego – San Francisco – Singapore – Sydney – Tokyo: Elsevier Applied Science. P. 41–84.
Garger, Е.К. (1994), Air concentrations of radionuclides in the vicinity of Chernobyl and the effects of resuspension. Journal of Aerosol Science,
: 745–753.
Gerdol, R., Degetto, S., Mazzotta, D., Vecchiati, G. (1994). The vertical distribution of the Cs-137 derived from Chernobyl fallout in the uppermost Sphagnum layer of two peatlands in the southern Alps (Italy). Water, Air & Soil Pollution. 75: 93–106.
Giovani, C., Nimis, P.L., Bolognini, G., Padovani, R., Usco, A. (1994), Bryophytes as indicators of radiocesium deposition in northeastern Italy. The Science of the Total Environment. 157: 35–43.
Glime, J.M. (2017), Nutrient Relations: Requirements and Sources. Chapt. 8-1. In: J.M. Glime, Bryophyte Ecology. Vol. 1. 8-1-1 Physiological Ecology. Ebook sponsored by Michigan Technological University and the International Association of Bryologists. 208 p. Last updated 3 March 2017 and available at: http://digitalcommons.mtu.edu/bryophyte-ecology/.
Grabar, I.G., Kubrak, Yu. O. (2023), Synthesis of multifractals by Brownian dynamics of a point in a field of N central forces. 16th CHAOS Conference Proceedings, 13–16 June 2023, Heraklion, Crete, Greece,. ISAST.
Handbook of parameter values for the prediction of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments (2010). Technical Report Series № 472. Vienna: International Atomic Energy Agency. 208 p. http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/trs472_web.pdf.
Hodgetts, N.G., Söderström, L., Blockeel, T.L., Caspari, S., Ignatov, M.S., Konstantinova, N.A., Lockhart, N., Papp, B., Schröck, C., Sim-Sim, M., Bell, D., Bell, N.E., Blom, H.H., Bruggeman-Nannenga, M.A., Brugués, M., Enroth, J., Flatberg, K.I., Garilleti, R., Hedenäs, L., Holyoak, D.T., Hugonnot, V., Kariyawasam, I., Köckinger, H., Kučera, J., Lara, F. & Porley, R.D. (2019), An annotated checklist of bryophytes of Europe, Macaronesia and Cyprus. Journal of Bryology. 42 (1): 1–116. DOI: 10.1080/03736687.2019.1694329.
Iuran, A.R., Hofmann, W., Lettner, H., Türk, R., Cosma, C. (2011), Long term study of Cs-137 concentrations in lichens and mosses. Romanian Journal of Physics, 56 (7–8): 983–992.
Jefanova, O., Marciulioniene, E.D. and Luksiene, B. (2014), The spread of 137Cs in terrestrial ecosystems of the Ignalina NPP and other Lithuanian regions. Research Journal of Chemistry and Environment. 18 (1): 1–6.
Kłos, A., Czora, M., Rajfur, M., Wacławek, M. (2012), Mechanisms for translocation of heavy metals from soil to epigeal mosses. Water, Air & Soil Pollution. 223: 1829-1836. DOI: 10.1007/s11270-011-0987-2.
Mandelbrot, B.B. (1982), The fractal geometry of nature. New York – Oxford: W.H. Freeman & Co. 468 p.
Mattsson, S., Liden, K. (1975), 137Cs in carpets of the forest moss Pleurozium schreberi, 1961–1973. Oikos. 26: 323–327.
Mihalík, J., Bartusková, M., Hölgye, Z., Jezková, T., Henych, O. (2014), Fractionation of 137Cs and Pu in natural peatland. Journal of Environmental Radioactivity. 134: 14–20. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.02.015.
Oguri, E., Deguchi, H. (2018), Radiocesium contamination of the moss Hypnum plumaeforme caused by the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident. Journal of Environmental Radioactivity. 192: 648–653. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2018.02.013.
Oldfield, E, Appleby, P.G., Cambray, R.S., Eakins, J.D., Barber, K.E., Battarbee, R.W., Pearson, G.R., Williams, J.M. (1979), 210 Pb, 137 Cs and 239 Pu profiles in ombrotrophic peat. Oikos. 33 (1): 40-45. https://doi.org/10.2307/3544509.
Orlov, О.О., Grabar, I.G. (2023), Radioactive fallouts: fractal dimension. Актуальні питання радіобіології – 2023. Мат. 8-го з’їзду Радіобіологічного товариства України (м. Житомир, 21–25 серпня 2023 р.). Ред.: канд. біол. наук Н. К. Куцоконь, д-р біол. наук, проф. Н. М. Рашидов. Житомир. С. 84.
Orlov, O. (2022), Evaluation of mosses and lichens as test-objects of monitoring of 137Cs contamination of pine forest biogeocenoses in Ukrainian Polissia. Геохімія техногенезу. 7 (35): 33–37. https://doi.org/10.32782/geotech2022.35.05.
Proctor, M.C. (2000), The bryophyte paradox: tolerance of desiccation, evasion of drought. Plant Ecology. 151: 41–49. https://doi.org/10.1023/A:1026517920852.
Proctor, M.C.F. & Tuba, Z. (2002), Poikilohydry and homoihydry: anthithesis of spectrum of possibilities? New Phytologist. 156 (3): 327–349. https://doi.org/10.1046/j.1469-8137.2002.00526.x
Rühling, A. and Tyler, C. (1968), An ecological approach to the lead problem. Botaniska notiser, 122: 321–342.
Schmidt, B., Kegler, F., Steinhauser, G., Chyzhevskyi, I., Dubchak, S., Ivesic, C., Koller-Peroutka, M., Laarouchi, A., Adlassnig, W. (2023), Uptake of radionuclides by Bryophytes in the Chornobyl Exclusion Zone. Toxics, 11 (3): 218. https://doi.org/ 10.3390/toxics11030218.
Steinnes, E. & Njåstad, O. (1993), Use of mosses and lichens for regional mapping of 137Cs fallout from the Chernobyl accident. Journal of Environmental Radioactivity. 21: 65–73.
Tyler, G. (1990), Bryophytes and heavy metals: a literary review. Botanical Journal of Linnaean Society. 104: 231–253.
Van Tooren, B.F., Van Dam, D., During, H.J. (1990), The relative importance of precipitation and soil as sources of nutrients for Calliergonella cuspidata (Hedw.) Loeske in chalk grassland. Functional. Ecology. 4: 101–107.
Vinichuk, M., Dahlberg, A., Rosén, K. (2011), Cesium (137Cs and 133Cs), potassium and rubidium in macromycete fungi and Sphagnum plants. Radioisotopes – Application in Physical Sciences. Ed. N. Singh. Croatia, Rijeka, InTech: 279–311.
Vinichuk, M., Johanson, K.J., Rydin, H. and Rosén, K. (2010), The distribution of Cs-137, K, Rb and Cs in plants in a Sphagnum-dominated peatland in eastern central Sweden. Journal of Environmental Radioactivity. 101 (2): 170–176. http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvrad.2009.10.003.
Ying, Z & Liang-Dong, G. (2007), Arbuscular mycorrhizal structure and fungi associated with mosses. Mycorrhiza. 17: 319–325. DOI: 10.1007/s00572-007-0107-8.
Zarubina, N. (2023), Circulation of 137Cs in various forest plants in the Chornobyl Exclusion Zone during the year. Ecologies. 4 (2): 310–324. DOI: https://doi.org/10.3390/ecologies4020020.
