Техногенное загрязнение луговых экосистем поймы р. Сож Ветковского района Гомельской области спустя 30 лет после катастрофы на ЧАЭС

Гомельская область отличается наличием большого количества естественных лугов и пастбищ, располагающихся на пойменных лугах и в низинах, дающих дешевые травяные корма и делающих невозможным выращивание на этих землях других видов растениеводческой продукции.

Проблема техногенного загрязнения привлекает к себе особое внимание специалистов различных отраслей народного хозяйства. В связи с этим необходим контроль за содержанием тяжелых металлов в объектах окружающей среды и изучение закономерностей поведения токсикантов в системе «почва - растение - продукция животноводства» (Головатый 2009; Перечень ... 2004). В результате аварии на ЧАЭС произошло радиоактивное загрязне ние сенокосно-пастбищных угодий, ранее интенсивно используемых для получения кормов в отрасли животноводства. В зону загрязнения попали луга различных типов - суходольные, пойменные и заболоченные.

Естественные луга в Гомельской области составляют около 25% от кормовых угодий и 10,3% от всех с/х угодий (загрязненных пойменных лугов в республике насчитывается 250 тыс. га). Многолетние травы естественных сенокосно-пастбищных угодий отличаются наибольшей способностью аккумулировать 137Cs и 90Sr. Осоково-разнотравные и, особенно, осоковые фитоценозы, приуроченные к постоянно переувлажненным дерновым и торфяноболотным типам почв, накапливают 137Cs в 5100 раз больше, чем злаковые фитоценозы (По-доляк 2001). Различия в накоплении 90Sr раз- личными ботаническими группами луговых растений также существенны. По данным российских исследователей, видовые различия по накоплению 137Cs в пределах одной луговой экосистемы достигают 14-30 раз. Максимальные величины перехода этого радионуклида характерны для низинных и пойменных лугов, что свидетельствует, по мнению ученых, о преобладании влияния гидрологического режима на биологическую подвижность радионуклидов в луговых экосистемах (Алексахин 2001).

Методика исследования

Флористический состав изучали по методу А. А. Корчагина одновременно с геоботаническим описанием травостоев луговых экосистем (Раменский 1971). Латинские названия видов высших растений даны по определителю (Определитель ... 1999). Классификацию растительности луговых экосистем выполняли в соответствии с принципами и методами экологофлористической классификации Браун - Бланке (Миркин 2002; Карамышева 1967; Александрова 1969).

Определение содержания 137Cs в почвенных и растительных образцах производили на гамма-спектрометрическом комплексе Tennelec по МВИ.МН 3421-2010 «Методика выполнения измерений объемной и удельной активности гамма-излучающих радионуклидов на гамма-спектрометрах с полупроводниковыми детекторами».

Оценку радиоактивного загрязнения растений и возможности их безопасного использования давали путем сопоставления полученных результатов с нормативным показателем Республиканского допустимого уровня содержания 137Cs в лекарственно-техническом сырье (РДУ/ЛТС-2004), равным 370 Бк/кг. '

Содержание тяжелых металлов (Cd, Со, Ст, Си, Fe, Мп, Ni, Pb, Zn) в пробах почвы и образцах растений определялось на атомноабсорбционном спектрометре SOLAAR Мб в РНИУП «Институт радиологии» АН РБ.

Результаты исследования

В вегетационный период 2016 г. нами были обследованы луговые экосистемы поймы р. Сож. Ниже приводятся геоботанические описания исследуемых луговых экосистем Ветков-ского района.

Объект 1. Повышенная равнина прибережной центральной поймы р. Сож. Ширина 50 м, длина 300 м. Проективное покрытие 80-85 %. Высота травостоя 80-90 см. Аспект травостоя зеленоватый с сероватым оттенком соцветий злаков. Почва дерново-глееватая, супесча ная. По эколого-флористической классификации луговая экосистема относится к ассоциации Deschampsietum cespitosae, субассоциации Poetosum palustris, варианту Leontodon autumnalis, союзу Cynosurion, порядку Arrhenatheretalia Pawl. 1928, классу Molinio-Arrhenatheretea Их. 1937.

Объект 2. Расположен вблизи д. Шерстин около первой надпойменной террасы. Аспект травостоя зеленый с фиолетовыми соцветиями полевицы тонкой и белыми - клевера ползучего. Проективное покрытие 90%, высота 20-40 см. Использование травостоя - бессистемный выпас. По эколого-флористической классификации эта луговая экосистема относится к базальному сообществу Trifolium repens (Cynosurion).

Объект 3. Глубокое понижение, примыкающее к озеру Кривое вблизи д. Шерстин. Длина 400 м, ширина 60 м в притеррасной части поймы р. Сож. Доминантом травостоя является осока острая. Проективное покрытие 8090%, высота травостоя 60-80 см. Почва перегнойно-глеевая. По эколого-флористической классификации луговая экосистема относится к ассоциации Caricetum gracilis, союзу Magnocaricion elatae Koch 1926, порядку Magnocaricetalia Pignatti 1953, классу Phragmiti - Magnocaricetea.

Объект 4. Пониженная равнина центральной правобережной поймы р. Сож вблизи д. Шерстин. Проективное покрытие 90%, высота 60-80 см. Доминирующие виды - Juncus compressus и Deschampsia cespitosa. Почва дерново-подзолистая, глеевая. Использование травостоя - пастбищное. По эколого-флористической классификации луговая экосистема относится к ассоциации Junco-Dechampsictum cespitosae Bulokhov 1990, союзу Agropyro-Rumicion crispi Nordn. 1940, порядку Agrostieta-lia stoloniferae Oberd. in Oberd. et al. 1967, классу Molinio-Arrhenatheretea Tx. 1937.

Объект 5. Плоская равнина центральной поймы р. Сож. Доминантами травостоя являются овсяница луговая (Festuca pratensis) и мятлик луговой (Роа pratensis). Проективное покрытие травостоя 85%. Высота 40 (70) см. По эколого-флористической классификации луговая экосистема относится к ассоциации Роо-Festucetum pratensis Sapegin 1986, союзу Festu-cion pratensis Sipajlova et al. 1985, порядку Arrhenatheretalia Pawl. 1928, классу Molinio-Arrhenatheretea Tx. 1937 em R. Tx. 1970.

Объект 6. Прирусловая пониженная равнина правобережной поймы р. Сож вблизи н.п. Шерстин. По эколого-флористической классификации луговая экосистема относится к ассоциации Caricetum gracilis, союзу Magnocaricion elatae Koch 1926, порядку Magnocaricetalia Pignatti 1953, классу Phragmiti - Magnocaricetea.

Объект 7. Прирусловая повышенная равнина правобережной поймы р. Сож вблизи н.п. Шерстин Ветковского района. Относится к ассоциации Phalaroidetum arundinaceae Libb. 1931, союзу Phalaroidaion arundinaceae Kopecky 1961, порядку Magnocaricetalia Pign. 1953, классу Phragmita - Magnocaricetea Klika in Klika et Novak 1941.

На основании выделенных ассоциаций составлен продромус синтаксонов пойменных лугов р. Сож Ветковского района, представленный ниже:

Класс Phragmito - Magnocaricetea Klika in Klika et Novak 1941

Порядок Magnocaricetalia Pignatti 1953

Союз Magnocaricion elatae Koch 1926

Acc. Phalaridetum arundinaceae Libbert 1931

Acc. Caricetum gracilis (Almquist 1929) R.Tx. 1937

Класс Molinio-Arrhenatheretea R. Tx. 1937 em. R. Tx. 1970

Порядок Arrhenatheretalia Pawl. 1928

Союз Cynosurion cristati R.Tx. 1947

Базальное сообщество Trifolium repens Acc. Deschampsietum cespitosae

Союз Festucion pratensis Sipajlova et al. 1985

Acc. Poo-Festucetum pratensis Sapegin 1986"

Класс Plantaginetea majoris Tx. et Freising 1950'

Порядок Agrostietalia stoloniferae Oberb. 1967’

Союз Agropyro-Rumicion crispi Nordn. 1940,

Acc. Junco - Deschamsietum cespitosae Bu-lokhov 1990

Синтаксономическое разнообразие луговой растительности поймы р. Сож на территории Ветковского района представлено 3 классами, 3 порядками, 4 союзами и 6 ассоциациями.

Наибольшая удельная активность радиоцезия отмечена в почвах луговых экосистем Deschampsietum cespitosae, Caricetum gracilis и

Phalaridetum arundinaceae (объекты № 1, 3, 6, 7) (табл. 1). Анализ удельной активности и плотности загрязнения почвы стронцием-90 показал, что наибольшая удельная активность и плотность загрязнения отмечена у ассоциаций Junco - Deschampsietum cespitosae, Poo - Festu-cetum pratensis, базального сообщества Trifolium repens.

Анализ содержания тяжелых металлов в почвах луговых экосистем Ветковского района показал, что наибольшее количество железа находилось в почве четвертого объекта, а меньше всего - в почве третьего объекта (табл. 2). Наибольшим накоплением меди характеризовались почвы четвертого объекта, а наименьшим - третьего, что в 8,4 раза меньше, чем в четвертом. Более всего цинка накапливалось в пятом объекте, а менее всего - в третьем, что в 3,3 раза ниже, чем в пятом. По содержанию кобальта не наблюдалось резких отличий между луговыми экосистемами. Более всего марганца накапливалось в почвах пятого объекта, а наименьшее количество - в почвах второго объекта, что в 2,4 раза меньше, чем в пятом. Количество свинца в четвертом объекте, где отмечалось его высокое содержание, было в пять раз больше, чем в третьем объекте. Содержание кадмия во всех изучаемых луговых экосистемах оказалось одинаковым и было невысоким. Также практически одинаковым во всех объектах, за исключением первого, было содержание хрома. В почвах луговых экосистем наблюдалась некоторая дифференциация по накоплению никеля. Так, в первом и пятом объектах его величина почти в три раза выше, чем в третьем объекте. Следует отметить, что в почвах всех изучаемых луговых экосистем не наблюдалось превышения ПДК по исследуемым тяжелым металлам. По отдельным тяжелым металлам наблюдалась дифференциация по их содержанию, а по кадмию, хрому во всех объектах отмечалось одинаковое их количество.

Анализ изучаемых луговых экосистем показал (табл. 3), что наибольшим запасом надземной фитомассы отличались ассоциации Caricetum gracilis (объекты № 3, 6), Phalaridetum arundinaceae (объект № 7). Минимальным запасом надземной фитомассы характеризовалось базальное сообщество Trifolium repens. Это более чем в три раза меньше, чем у ассоциаций с высокой урожайностью.

Таблица 1

Удельная активность и плотность загрязнения цезием-137 и стронцием-90 почвы изучаемых луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района

Номер объекта, название ассоциации	137Cs		90Sr
	удельная активность, Бк/кг	ПЛОТНОСТЬ загрязнения, кБк/м2	удельная активность, Бк/кг	ПЛОТНОСТЬ загрязнения, кБк/м2
1. Deschampsietum cespitosae	1891 ±235	453,8	1,3 ±0,3	0,3
Т. Базальное сообщество Trifolium repens	273 ± 36	65,5	4,9 ± 1,2	1,18
3. Caricetum gracilis	1565±195	375,6	3,5 ±0,9	0,84
4. Junco-Deschampsietum cespitosae	1046± 131	251,0	24,8 ± 5,5	5,95
5. Poo-Festucetum pratensis	1058 ±207	397,9	4,7 ± 1,1	1,16
6. Caricetum gracilis	1595±199	382,8	3,9 ±0,82	0,93
7. Phalaridetum arundinaceae	1236±185	296,7	2,5 ±0,7	0,60

Таблица 2

Содержание тяжелых металлов в почвах луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района

№ объекта	Название ассоциации	Определяемые показатели, абс.-сух. сост., мг/кг
		Ее	Си	Zn	Со	Мп	РЬ	Cd	Ni	Cr
1	Deschampsietum cespitosae	244,18	1,36	2,18	0,25	64,24	1,72	<0,06	0,81	0,17
2	Базальное сообщество Trifolium repens	188,22	0,62	3,42	0,31	30,12	1,38	<0,06	0,62	<0,15
3	Caricetum gracilis	47,84	0,28	0,95	0,22	55,56	0,62	<0,06	0,28	<0,15
4	Junco-Deschampsietum cespitosae	288,62	2,36	2,24	0,27	70,92	3,12	<0,06	0,74	<0,16
5	Poo-Festucetum pratensis	312,12	1,12	3,14	0,36	72,22	1,42	<0,06	0,82	<0,15
6	Caricetum gracilis	67,22	0,44	1,18	0,24	63,27	0,74	<0,06	0,34	<0,15
7	Phalaridetum arundinaceae	292,42	1,18	2,65	0,34	68,45	1,53	<0,06	0,72	<0,15
ПДК, мг/кг		-	3,0	37,0	20,0	1500,0	25,0	0,4	4,0	6,0

Таблица 3

Запас надземной фитомассы луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района

№ объекта	Название ассоциации	Урожайность, ц/га сухой массы
1	Deschampsietum cespitosae	28,4 ± 1,7
2	Базальное сообщество Trifolium repens	11,7 ±0,7
3	Caricetum gracilis	37,6 ±2,6
4	Junco-Deschampsietum cespitosae	30,8 ± 1,9
5	Poo-Festucetum pratensis	28,6 ± 1,4
6	Caricetum gracilis	34,8 ±2,3
7	Phalaridetum arundinaceae	36,5 ±2,8
НСР0,5 ц/га		2,2

Анализ содержания тяжелых металлов (табл. 4) в надземной фитомассе луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района выявил, что наибольшее количество железа встречается в четвертом объекте, а наименьшее - в третьем, что в 1,9 раза ниже, чем в ассоциации Junco - Deschampsietum cespitosae. По содержанию меди также выделяются ассоциации с наибольшим накоплением (объект № 4) и с наименьшим (объект № 2), Также выделяются ассоциации с близкими значениями (объекты № 1, 2, 6) и (объекты № 3, 5). Большим содержанием цинка отличалась ассоциация четвертого объекта, в фитомассе которой содержание цинка было превышено в 5,3 раза. Здесь также выделяются несколько объектов (№ 5, 6, 7), у которых отмечаются близкие значения накопления цинка. Максимальное накопление марганца среди изучаемых ассоциаций наблюдалось у Junco - Deschampsietum cespitosae, а минимальное - в ассоциации Deschampsietum cespitosa. Следует подчеркнуть, что близкие значения были отмечены в третьем, пятом, шестом и седьмом объектах. Более всего никеля накапливал травяной корм ассоциации Phalaridetum arundinaceae. Это в 4 раза выше, чем в ассоциации Junco — Deschampsietum cespitosae, где отмечено минимальное накопле- ние никеля. В пяти объектах из семи наблюдались близкие значения содержания никеля. Во всех луговых экосистемах накопление кобальта, свинца, кадмия и хрома было сходным.

Таблица 4

Содержание тяжелых металлов в надземной фитомассе луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района

№ объекта	Название ассоциации	Определяемые показатели, абс.-сух. сост., мг/кг
		Ее	Си	Zn	Со	Мп	РЬ	Cd	Ni	Cr
1	Deschampsietum cespitosae	135,42	4,12	17,22	<0,02	164,2	<0,05	<0,01	0,34	<0,014
2	Базальное сообщество Trifolium repens	118,65	3,66	10,14	<0,02	188,16	<0,03	<0,01	0,12	<0,014
3	Caricetum gracilis	92,32	6,88	23,28	<0,02	322,98	<0,03	<0,01	0,29	<0,014
4	Junco-Deschampsietum cespitosae	176,34	10,6	54,27	<0,02	410,29	<0,03	<0,01	0,09	<0,014
5	Poo-Festucetum pratensis	152,72	7,32	29,14	<0,02	369,76	<0,03	<0,01	0,28	<0,014
6	Caricetum gracilis	108,62	5,34	30,61	<0,02	306,18	<0,03	<0,01	0,31	<0,014
7	Phalaridetum arundinaceae	160,14	8,78	33,74	<0,02	358,28	<0,03	<0,01	0,36	<0,014
ПДК, мг/кг		-	3,0	37,0	20,0	1500,0	25,0	0,4	4,0	6,0

Установлен следующий ряд чередования средних величин КН (это отношение содержания тяжелых металлов в фитомассе к содержанию тяжелых металлов в почве) в порядке убывания: Zn, Си, Мп, Fe, Ni, Cd, Cr, Co, Pb. Средние значения КН варьировали от 0,03 до 15,4 для цинка (табл. 5). Амплитуда колебаний КН тяжелых металлов по объектам изучения составляла от 1,1 до 8,7. Наибольшее варьирова ние выявлено для цинка и меди. Установлены максимальные значения КН тяжелых металлов для Caricetum gracilis. Минимальные величины КН установлены для Deschampsietum cespitosae, Poo-Festucetum pratensis, Junco-Deschampsietum cespitosae.

Анализ удельной активности растительных образцов загрязнением цезием-137 и стронцием-90 дан в таблице 6.

Таблица 5

Коэффициенты накопления тяжелых металлов фитомассой луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района, в (мг/кг) / (мг/кг)

№ объекта	Название ассоциации	Fe	Cu	Zn	Co	Mn	Pb	Cd	Ni	Cr
1	Deschampsietum cespitosae	0,56	3,02	7,89	0,08	2,55	0,03	0,17	0,42	0,08
2	Базальное сообщество Trifolium repens	0,63	5,90	2,96	0,07	6,24	0,02	0,17	0,19	0,09
3	Caricetum gracilis	1,93	24,57	24,50	0,09	5,81	0,05	0,17	1,04	0,09
4	Junco-Deschampsietum cespitosae	0,61	4,49	24,22	0,07	5,78	0,01	0,17	0,12	0,09
5	Poo-Festucetum pratensis	0,48	6,53	9,28	0,06	5,12	0,02	0,17	0,34	0,09
6	Caricetum gracilis	1,61	12,13	25,94	0,08	4,83	0,04	0,17	0,91	0,09
7	Phalaridetum arundinaceae	0,54	7,44	12,73	0,06	5,23	0,02	0,17	0,5	0,09

Таблица 6

Удельная активность цезия-137 и стронция-90 в надземной фитомассе Луговых экосистем в пойме р. Сож Ветковского района, в Бк/кг ............. .....

№ объекта, название ассоциации	Удельная активность lj7Cs	Удельная активность, 9USr
1. Deschampsietum cespitosae	1439,0 ± 187,0	8,0 ± 1,9
2. Базальное сообщество Trifolium repens	49,0 ± 10,0	39,1 ±8,6
3. Caricetum gracilis	1118,0 ± 145,0	1,8 ±0,5
4. Junco-Deschampsietum cespitosae	922,0 ± 116,0	54,6 ± 11,9
5. Poo-Festucetum pratensis	313,0 ±42,0	12,8 ±3,5
6. Caricetum gracilis	451,0 ±56,0	27,6 ±5,4
7. Phalaridetum arundinaceae	89,0 ± 13,0	38,9 ±8,1

Согласно данным, представленным в таблице, видно, что наибольшая удельная активность цезия-137 отмечена в надземной фи- томассе ассоциации Deschampsietum cespitosae, которая превышала Республиканский допустимый уровень (РДУ, 2004), равный 1300 Бк/кг, и эта надземная фитомасса не может использоваться на корм животным для получения цельного молока. По сравнению с другими ассоциациями также относительно высокая удельная активность надземной фитомассы наблюдалась в ассоциации Caricetum gracilis в 3-м объекте и в Junco-Deschampsietum cespitosae в 4-м объекте. Наименьшая удельная активность оказалась в базальном сообществе Trifolium repens во 2-м объекте. Анализ удельной активности стронция-90 выявил, что среди изучаемых ассоциаций наиболее высокая удельная активность отмечалась в 4-м объекте, приблизительно одинаковая величина удельной активности была во 2-м и 7-м объектах, а минимальная - в 1-ми 5-м. Следует отметить, что Республиканский допустимый уровень по стронцию-90 в травяном корме составляет 260 Бк/кг. Следовательно, травяной корм по удельной активности стронция-90 отвечал нормативным требованиям.

Выводы

• 1.    Спустя 30 лет после катастрофы на Чернобыльской АЭС в почве изучаемых луговых экосистем отмечается дифференциация по накоплению цезия-137 и стронция-90.

• 2.    В почвах луговых экосистем не наблюдалось превышения предельно допустимой концентрации содержания изучаемых тяжелых металлов.

• 3.    Запас надземной фитомассы колебался от 3,65 т/га (Phalaridetum arundinaceae) до 1,17 т/га (базальное сообщество Trifolium repens).

• 4.    Установлен следующий ряд чередования тяжелых металлов в надземной фитомассе в порядке убывания: Zn, Си, Мп, Fe, Ni, Cd, Cr, Co, Pb. '

• 5.    Из семи изучаемых ассоциаций только в одной Deschampsietum cespitosae в надземной фитомассе отмечалось превышение допустимого уровня радиоцезия 1 300 Бк/кг.