М Вінічук - Динаміка накопичення 137cs окремими видами макроміцетів і рослин бореальних лісових екосистем - страница 1

Страницы:
1  2 

ISSN 0206-5657. Вісник Львівського університету. Серія біологічна. 2011. Випуск 55. С. 134-140 Visnyk of the Lviv University. Series Biology. 2011. Issue 55. P. 134-140

УДК 504.054:635.8

ДИНАМІКА НАКОПИЧЕННЯ 137CS ОКРЕМИМИ ВИДАМИ МАКРОМІЦЕТІВ І РОСЛИН БОРЕАЛЬНИХ ЛІСОВИХ ЕКОСИСТЕМ

М. Вінічук*, І. Ніколова*'"

'Житомирський державний технологічний університет вул. Черняхівського, 103, Житомир 10005, Україна '"Кафедра ґрунтів та навколишнього середовища Шведський університет сільськогосподарських наук PO Box 7014, SE-750 07, Упсала, Швеція e-mail: Mykhailo.Vinichuk@slu.se

Досліджено динаміку зміни активності радіоцезію у плодових тілах макроміцетів (хрящ-молочник гірчак - Lactarius rufus (Scop.) Fr.; маслюк жовто-бурий - Suillus variegatus (Sw.) Kuntze; павутинник напівкривавий - Cortinarius semisanguineus (Fr.) Gillet; ковпак - (Rozites caperata (Pers.) P. Karst) і лісових рослин (верес звичайний - Calluna vulgaris (L.) Hull; чорниця - Vaccinium myrtillus L. та брус­ниця - Vaccinium vitis-idaea L.) в бореальних лісових екосистем центральної Швеції за 18-річний період.

Ключові слова: радіоцезій, гриби, верес звичайний, чорниця, брусниця.

Вміст радіоцезію (137Cs) у рослинах і грибах у постчорнобильський період в бореальних лісових екосистемах у Скандинавії був досить високим, і в наступні 10-15 років зниження активності 137Cs відбувалося повільно. У результаті радіоактивність м'яса диких тварин ще до недавнього часу залишалася порівняно високою [6]. Більше того, згідно з останніми дослідженнями, активність 137Cs у окремих видах їстівних грибів за останні 20 років не тільки не зменшується, а навіть значно зростає (Cantharellus spp.) [4]. Поєднання високої концентрації 137Cs у продуктах лісу, насамперед у грибах, і тривалого періоду ефективного екологічного напіврозпаду 137Cs в лісових екосистемах може забезпечувати високі дозові навантаження у певних груп населення, зокрема через споживання ягід, грибів і м'яса диких тварин. Крім грибів, 137Cs також активно накопичується у вересі звичайному (Calluna vulgaris), що належить до родини вересових (Ericaceae). Ця рослина накопичує радіоцезій більш активно, ніж інші судинні рослини - морошка (Rubus chamaemorus), бобівник трилистий (Menyanthes trifoliate) і журавлина (Vaccinium оxycoccus і Vaccinium microcarpon) [8, 13]. Рівні 137Cs у тих видах грибів, які менш схильні до накопичення цьо­го радіонукліду, подібні до тих, що спостерігаються, наприклад, у чорниці (Vaccinium myrtillus) або брусниці (Vaccinium vitis-idaea). Обидва види характеризуються достатньо високими рівнями накопичення радіоцезію і входять до складу раціону косулі та лося. По­ряд із тим, більшість видів грибів можуть накопичувати в 10-100 разів більше радіоце-зію, ніж судинні рослини, серед яких маслюк жовто-бурий (Suillus variegatus) також ха­рактеризується порівняно високими рівнями накопичення 137Cs після, напр., павутинника (Cortinarius spp) [14 Неопубліковані дані].

Метою цього дослідження було оцінити зміни активності радіоцезію у плодових тілах грибів і судинних рослин в лісових екосистемах центральної Швеції за 18-річний період. Наша робоча гіпотеза полягала в тому, що зниження активності радіоцезію в рос­линах з часом є більш помітним, ніж у плодових тілах грибів.

© Вінічук М., Ніколова І., 2011

Дослідження проводили в лісових екосистемах центральної Швеції (66°59'50" пн. ш; 15°73'60" сх. д.) в період з 1992 по 2009 рік. Рівень забруднення території за 137Cs ста­новить 33±10 кБк м-2 [3]. Ґрунти району досліджень розвинені на піщаних гляціальних відкладеннях і за класифікацією ФАО/WRB характеризуються як Folic Leptosoil та Haplic Podzol [15]. Вміст органічної речовини у верхньому органічному шарі ґрунту понад 70%, рН 3,4-3,7, обмінного калію від 480 (верхній органічний шар) до 35 (мінеральний гори­зонт) мг-кг-1 ґрунту. У насадженнях переважає сосна звичайна (Pinus sylvestris) та ялина європейська (Picea abies) з домішками листяних дерев, переважно берези (Betula pendula та Betula pubescens). У трав' янистому покриві переважають брусниця, чорниця та верес.

Для досліджень відбиралися надземні зелені частини рослин, зазвичай у серпні-вересні. У лабораторії проби рослинного матеріалу висушували при 80-90°С, подрібнювали для отримання однорідного матеріалу, просіювали через сито з отворами 2 мм і вимірювали вміст 137Cs. Активність 137Cs у плодових тілах грибів вимірювали або у свіжих зразках із подальшим висушуванням при температурі 55°С до постійної маси та перерахунком на одиницю сухої маси, або у попередньо висушеному матеріалі. Вимірювання активності 137Cs проводили на напівпровідникових германієвих детекторах у низькофоновій лабораторії Шведського університету сільськогосподарських наук. Час вимірювання забезпечував отримання статистичної похибки в діапазоні від 5 до 10%. Активність 137Cs наведена у Бк-кг-1 сухої маси з поправкою на дату відбору. Статистична обробка результатів проводилася з використанням Minitab (© 2007 Minitab Inc) програмного забезпечення.

Виявлено, що найбільш ефективно накопичує радіоцезій павутинник напівкривавий (Cortinarius semisanguineus). У середньому за роки досліджень активність 137Cs для цього виду становила 200,4±114,9 кБк-кг-1(45,8-544,9), тоді як середні значення активності плодових тіл інших досліджуваних видів грибів не перевищували 90 кБк-кг-1. Кореляційно-регресійний аналіз показує, що у хряща-молочника гірчака (Lactarius rufus) та ковпака (Rozites caperata) кореляційний зв' язок між активністю радіоцезію у їхніх плодових тілах і часом (роками) є слабкий, значення коефіцієнта достовірності апроксимації (R2) відповідно 0,14 та 0,18 (рис. 1). У інших двох видів - маслюка жовто-бурого (Suillus variegatus) та павутинника напівкривавого (Cortinarius semisanguineus) - такий зв' язок практично відсутній. Значення коефіцієнтів кореляції становлять 0,03 та 0,06 відповідно. Для всіх досліджуваних видів грибів залежність між величиною активності й часом не є статистично достовірною (р>0,05). Серед рослин найвищу здатність накопичувати 137Cs ви­явлено у вересу звичайного (Calluna vulgaris). У середньому за роки досліджень активність 137Cs у рослинах вересу становить 11,6 кБк кг-1. Чорниця (Vaccinium myrtillus) та брусниця (Vaccinium vitis-idaea) характеризуються приблизно однаковою здатністю щодо накопичен­ня радіонукліду - 2,3-2,8 кБк кг-1 (в середньому за роки досліджень). Всі три види рослин показали істотне зниження рівня радіоцезію протягом років спостережень. Зв' язок між активністю радіоцезію у цих рослинах і часом (роками) сильний, значення коефіцієнтів достовірності апроксимації становлять 0,51, 0,62 і 0,70 для вересу, чорниці та брусниці відповідно (рис. 2).

У результаті дослідження 163 зразків плодових тіл грибів і 190 зразків рослин вста­новлено, що гриби та рослини мають різну тенденцію щодо зниження рівнів накопичення 137Cs з часом. У рослинах дана тенденція простежується більш чітко, тоді як у плодових тілах грибів така залежність не встановлена. Однією з причин цього є значна варіація величин активності радіоцезію у грибах, тоді як у рослин варіації вмісту 137Cs є значно меншими. Було показано [2], що для грибів коефіцієнти накопичення 137Cs можуть від-

1 000 000

100 000

у=-7727.1х + 2Е-Ь07 R2 = 0.061;p = 0.522

у -193П',9х*14Е!06 R2 = 0.027;pg=0.631

у=-3471.4х + 7Е+0б ^ R2=0.1S0;p = 0.343

у= -23 7 3.9х + 5 Е+06 _R2 = 0,139;p = 0,323

10 000

1990 1995 2000 2005 2010

Suillus varieaatus Cortinarius semi sanguineus   Lactarius rufus < Roziles cap era ta

Рис. 1. 137Cs у плодових тілах грибів, Бк-кг[1].

20 000

15 000

k Ю 000

5 000

573,5(іх + 1Е+ОСІ 0.507 ;р = 0.009

у -157,5їх І 317491 R2 = 0.CS19;p = 0.002

у=-123.92х + 249 R2 = 0.699;p = 0.001

1990

1995

2000

2005

2010

Calluna vulgaris    Vacrinhimnryrtillus      Vaccinhim vitis-idaea

Рис. 2. 137Cs у рослинах, Бк-кг[2].

різнятися на декілька порядків як для різних видів, так і для одного й того ж виду. Так, активність 137Cs у плодових тілах грибів, що належать до одного виду (Suillus variegatus), залежить від місця їх зростання (просторових відмінностей ґрунтових параметрів), неодно­рідності радіоактивного забруднення та поширення міцелію у ґрунті [1]. Залежність рівнів активності 137Cs у плодових тілах грибів від особливостей поширення міцелію в ґрунті булапоказана в низці робіт [напр., 10]. Одержані нами дані є непрямим підтвердженням такої закономірності. У всіх без винятку видах досліджуваних грибів спостерігається певний максимум активності протягом 1996-1998 рр., який за абсолютною величиною приблизно удвічі перевищує усереднені значення вмісту 137Cs у період як до 1996 р., так і після 1998 р. У рослин подібного піку активності практично не спостерігається, або він виражений значно слабше (верес звичайний). Найбільш імовірним поясненням даного піку активності (10-12 років після Чорнобильської аварії) є збіг максимумів активності радіонукліду в про­філі ґрунту з локалізацією міцелію, оскільки, як відомо, вертикальна міграція радіоцезію у бідних на елементи живлення лісових ґрунтах є досить повільною [12], в тому числі й через участь у цьому процесі грибного міцелію. Встановлено, що міцелій грибів сприяє не лише низхідному, а й, насамперед, висхідному переміщенню радіонукліду в межах ґрун­тового профілю [7]. У результаті значна частина радіонукліду тривалий час залишається в біологічному колообігу і є біологічно доступною для поглинання не лише грибами, а й іншими лісовими рослинами. Свідченням цьому є також те, що у плодових тілах окремих видів грибів (напр. Cantharellus spp.) рівні 137Cs в післячорнобильський період не тільки не зменшилися з часом, а навпаки - навіть показують чітку тенденцію до зростання [4]. Отже, дані цього дослідження щодо змін рівнів 137Cs у грибах досить добре збігаються з результатами інших спостережень і підтверджують загальну тенденцію: зниження накопи­чення радіоцезію грибами відбувається досить повільно. Тому гриби все ще можуть бути додатковим джерелом опромінення як у результаті їхнього безпосереднього вживання, такщо ростуть у бореальних лісових екосистемах центральної Швеції, знизилася більш ніж удвічі. У плодових тілах хряща-молочника гірчака (Lactarius rufus), маслюка жовто-бурого (Suillus variegatus), павутинника напівкривавого (Cortinarius semisanguineus) та ковпака (Rozites caperata) зниження рівня 137Cs менш помітне або взагалі не спостерігається. Напрями подальших досліджень

Існує необхідність у вивченні механізмів, що забезпечують ефективну акумуляцію радіоцезію грибами протягом тривалого часу після випадіння радіоактивних опадів.

Автори висловлюють подяку професорам Шведського університету сільськогоспо­дарських наук К. Йохансону та К. Розену, PhD. А. Далбергу та Т. Нільссон. Проект було виконано за підтримки гранта від SKB (Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co) та Шведського університету сільськогосподарських наук (SLU).

1. DahlbergA., NikolovaI., Johanson K. J. Intraspecific variation in 137Cs activity concentration in sporocarps of Suillus variegatus in seven Swedish populations // Mycol. Res. 1997. Vol. 101. P. 545-551.

2. GillettA. G., CroutN. M. J. A review of 137Cs transfer to fungi and consequences for modeling environmental transfer // J. Environ. Radioact. 2000. Vol. 48. P. 95-121.

3. Johanson K. J., Bergstrom R. Radiocaesium transfer to man from moose and roe deer in Sweden // Sci. Total Environ. 1994. Vol. 157. P. 309-316.

4. Mascanzoni D. Long-term transfer of 137Cs from soil to mushrooms in a semi-natural environment // J. Radioanal. and Nuclear Chem. 2009. Vol. 282. P. 427-431. doi 10.1007/

s10967-009-0191-7

5. Messier C., Kimmins J. P. Above- and below-ground vegetation recovery in recently clearcut and burned sites dominated by Gaultheria shallon in coastal British Columbia // Forest Ecol. Managm. 1991. Vol. 46. P. 275-294.

6. Palo R. T., White N., Danell K. Spatial and temporal variations of 137Cs in moose Alces alces and transfer to man in northern Sweden // Wildlife Biol. 2003. Vol. 9. P. 207-212.

7. Rafferty B., Brennan M., Dawson D., Dowding D. Mechanisms of 137Cs migration in conifer­ous forest soils // J. Environ. Radioact. 2000. Vol. 48. P. 131-143.

8. Rosen K., Vinichuk M., Johanson K. 137Cs in a raised bog in central Sweden // J. Environ. Radioact. 2009. Vol. 100. P. 534-539 doi:10.1016/j.jenvrad.2009.03.005

9. Rosen K., Vinichuk M., Nikolova I., Johanson K. Long-term effects of single potassium fertilization on 137Cs levels in plants and fungi in a boreal forest ecosystem // J. Environ. Radioact. 2010. Article in press.

10. Rtihm W., Kammerer L., HierscheL., Wirth E. The 137Cs/134Cs ratio in fungi as an indicator of the major mycelium location in forest soil // J. Environ. Radioact. 1997. Vol. 35. N 2. P. 129-148.

11. Strandberg М., Johansson М. 134Cs in heather seed plants grown with and without mycorrhiza // J. Environ. Radioact. 1998. Vol. 40. N 2. 1. P. 175-184.

12. VinichukM. M., Johanson K. J. Accumulation of 137Cs by fungal mycelium in forest ecosys­tems of Ukraine // J. Environ. Radioact. 2003. Vol. 64. P. 27-43.

13. VinichukM., Johanson K. J., Rydin H., Rosen K. The distribution of 137Cs, K, Rb and Cs in plants in a Sphagnum-dominated peatland in eastern central Sweden // J. Environ. Radioact. 2010. Vol. 101. P. 170-176 doi:10.1016/j.jenvrad.2009.10.003

14. Vinichuk М., Rosen K., Johanson K. J., Dahlberg A. The role of fungi in uptake and biological retention of 137Cs: a comparison between terrestrial ecosystems // Submitted to J. Environ. Radioact. 2010a.

15. WRB. World reference base for soil resources 2006. World Soil Resources Reports 2006. Vol. 103. FAO, Rome, 103 pp.

Стаття: надійшла до редакції 06.12.10 доопрацьована 05.01.11 прийнята до друку 12.01.11

137CS DYNAMICS IN SPOROCARPS OF MACROMYCETES AND PLANTS IN BOREAL FOREST ECOSYSTEMS

M. Vinichuk*, I. Nikolova*"

'Department of Ecology, Zhytomyr State Technological University 103, Chernyakhivsky St., Zhytomyr 10005, Ukraine ' ''Department of Soil and Environment, Swedish University of Agricultural Sciences SLU, Box 7014, SE-75007, Uppsala, Sweden e-mail: Mykhailo.Vinichuk@slu.se

The results of long-term changes in 137Cs activity conecntratios in fruit bodies of macromycetes fungi (Lactarius rufus (Scop.) Fr; Suillus variegatus (Sw.) Kuntze; Cortinarius semisanguineus (Fr) Gillet; Rozites caperata (Pers.) p. Karst) and forest plants (heather -Calluna vulgaris (L.) Hull; lingonberry - Vaccinium vitis-idaea L. and bilberry - Vaccinium myrtillusL.) in boreal forest ecosystems of Central Sweden are presented.

Key words: radiocaesium, fungi, heather, bilberry, lingonberry.

ДИНАМИКА 137 CS В ПЛОДОВЫХ ТЕЛАХ МАКРОМИЦЕТОВ И РАСТЕНИЙ БОРЕАЛЬНЫХ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ

М. Виничук*, И. Николова***

'Житомирский государственный технологический університет ул. Черняховского, 103, Житомир 10005, Украина ' ''Кафедра почв окружающей среды, Шведский университет сельськохозяйственных наук PO Box 7014, SE-750 07, Упсала, Швеция e-mail: Mykhailo.Vinichuk@slu.se

Представлены результаты исследований динамики изменений активности радиоцезия в плодовых телах макромицетов (горькушка - Lactarius rufus (Scop.) Fr.; маслёнок жёлто-бурый - Suillus variegatus (Sw.) Kuntze; паутинник кровяно-красный - Cor­tinarius semisanguineus (Fr.) Gillet; колпак кольчатый - Rozites caperata (Pers.) P. Karst) и лесных растений (вереск обьпсновенный - Calluna vulgaris (L.) Hull; черника обыкновенная - Vaccinium myrtillus L. и брусника обыкновенная - Vaccinium vitis-idaea L.) в бореальных лесных экосистемах Центральной Швеции за 18-летний период.

Ключевые слова: радиоцезий, грибы, вереск обыкновенный, черника, брусника.


[1] через м' ясо диких тварин.

Причину високої активності 137Cs у рослинах вересу звичайного виявити складно, хоча присутність ерікоїдної мікоризи, яка сприяє накопиченню радіоцезію, зокрема, 134Cs [11] та латеральний тип поширення кореневої системи переважно у верхніх шарах ґрунту [5] є найбільш вірогідними. З іншого боку, брусниця, рівні активності якої значно нижчі, та яка розмножується в тому числі й вегетативно за допомогою кореневища, інколи фор­мує суцільну мережу, котра може поширюватися на відстані десятків метрів. Крім того, досліджувані види рослин мають тривалий період екологічного напіврозпаду для радіоак­тивного цезію. Для чорниці та брусниці він становить близько 11 років, а для вересу зви­чайного близько 9 років [9]. Загалом, верес, чорниця та брусниця, на відміну від грибів, по­казали чітку тенденцію до зниження рівня активності 137Cs протягом періоду досліджень. 2-3-кратне зниження накопичення радіоцезію рослинами у 2009 р. порівняно з 1992 р. є також статистично достовірним (р=0,001-0,009).

Загалом, зниження рівнів радіоактивності 137Cs як у грибах, так і в рослинах відбувається за рахунок двох основних процесів: унаслідок його біологічної іммобілізації (в тілах живих організмів, у тому числі ґрунтових мікроорганізмів) та фізико-хімічної (у ґрунті) фіксації, а також за рахунок міграції в рамках ґрунтового профілю за межі кореневмісного шару ґрунту (і); за рахунок його фізичного розпаду (іі). Дані наших досліджень показують, що згадані два процеси у лісових рослин є приблизно рівноцінними. Так, для рослин при загальному зниженні рівнів активності радіоцезію за період дослідження на 60-70% зниження активності за рахунок фізичного розпаду радіонукліду становить 34%, тобто близько половини. Для плодових тіл грибів частка зниження активності за рахунок фізичного розпаду радіонукліду, очевидно, буде такою ж, тоді як зменшення його надходження у гриби чітко не простежується.

У результаті проведених досліджень встановлено, що в період з 1992 по 2009 р. активність 137Cs у судинних рослинах (таких, як верес звичайний, чорниця та брусниця),

[2] через м' ясо диких тварин.

Причину високої активності 137Cs у рослинах вересу звичайного виявити складно, хоча присутність ерікоїдної мікоризи, яка сприяє накопиченню радіоцезію, зокрема, 134Cs [11] та латеральний тип поширення кореневої системи переважно у верхніх шарах ґрунту [5] є найбільш вірогідними. З іншого боку, брусниця, рівні активності якої значно нижчі, та яка розмножується в тому числі й вегетативно за допомогою кореневища, інколи фор­мує суцільну мережу, котра може поширюватися на відстані десятків метрів. Крім того, досліджувані види рослин мають тривалий період екологічного напіврозпаду для радіоак­тивного цезію. Для чорниці та брусниці він становить близько 11 років, а для вересу зви­чайного близько 9 років [9]. Загалом, верес, чорниця та брусниця, на відміну від грибів, по­казали чітку тенденцію до зниження рівня активності 137Cs протягом періоду досліджень. 2-3-кратне зниження накопичення радіоцезію рослинами у 2009 р. порівняно з 1992 р. є також статистично достовірним (р=0,001-0,009).

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

М Вінічук - Гранулометричний склад ґрунту як фактор накопичення 137cs рослинами

М Вінічук - Динаміка накопичення 137cs окремими видами макроміцетів і рослин бореальних лісових екосистем

М Вінічук - Калій рубідій і цезій у популяції suillus variegatus в лісових екосистемах швеції

М Вінічук - Порівняльна оцінка накопичення 137cs рослинами соняшнику та ріпаку ярого залежно від гранулометричного складу Ґрунту