Біорізноманіття вищих водяних рослин Київського водосховища за умов дії радіонуклідів

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Біорізноманіття вищих водяних рослин Київського водосховища за умов дії радіонуклідів

Широка З.О., Кленус В.Г.,

Каглян А.Е., Беляєв В.В.,

Юрчук Л.П.

Анотація

Стаття присвячена проблемам особливосткй забруднення вищих водяних рослин Київського водосховища за умов дії радіонуклідів чорнобильського походження на сучасному етапі (2000-2005 рр.).

Наведені рівні накопичення радіонуклідів цезію-137 та стронію-90 домінуючими видами макрофітів, які належать до трьох основних екологічних груп: занурені, повітряно-водні та рослини з плаваючим на воді листям. Встановлено, що накопичення радіонуклідів макрофітами залежить від екологічної групи.

Ключові слова: радіонукліди, радіонуклідне забруднення, Київське водосховище, вищі водяні рослини

Широкая З.О., Кленус В.Г., Каглян О.Е., Беляев В.В., Юрчук Л.П. Биоразнообразие высших водных растений Киевского водохранилища в условиях действия радионуклидов

В работе представлены результаты исследований особенностей накопления радионуклидов различными видами высших водных растений Киевского водохранилища c 2000 по 2005 гг. Изучена роль высших водных растений в распределении и миграции экологически значимых искусственных радионуклидов при хроническом поступлении радиоактивных веществ в водоемы. Установлено, что накопление радионуклидов высшими водными растениями зависит от вида и принадлежности к определенной экологической группе. Ключевые слова: радионуклиды, радионуклидное загрязнение, Киевское водохранилище, высшие водные растения

Shyroka Z.O., Klenus V.G., Kaglyan A.E., Belyev V.V., Yurchuk L.P. Biodiversity of higher aquatic plants in Kуiv water reservoir under conditions of radionuclide contamination

The paper contains the results of examining the pecularities of radionuclide accumulation by higher aquatic plants of the Kуiv water reservoir from 2000 to 2005. The role of macrophytes in the distribution and migration of radionuclides of high ecological importance under continuous inflow of radioactive substubses into water bodies is determined. It is marked that radionuclide accumulation by higher aquatic plants depends on species and ecological group.

Key words: radionuclides, radionuclide contamination, Kyiv water reservoir, higher aquatic plants.

У системі екологічних процесів у прісноводних екосистемах особливо важливою ланкою є водні рослини, які відіграють першочергову роль у концентруванні та біогенній міграції радіонуклідів. На ділянках із багатою рослинністю, можливо очікувати суттєве й ефективне зниження концентрації радіонуклідів, особливо восени. Нормально функціонуюча екосистема з добре розвинутою рослинністю в процесі обміну речовин здатна вилучати радіонукліди із води в кількостях, що перевищують у сотні разів їх концентрацію у воді, сприяючи тим самим інтенсифікації природних засобів покращення якості води шляхом пришвидшення процесів самоочищення (Состояние гидробиоценозов водохранилища - охладителя …, 1987). Вища водяна рослинність вилучає з води та донних відкладів радіонукліди, депонує їх у підводних органах і на тривалий час вилучає радіоактивні елементи з кругообігу в екосистемах водойм, виконує функцію природного депо й біофільтру. Відмирання рослин супроводжується звільненням із їх залишків, раніше депонованих радіонуклідів і може приводити до вторинного радіонуклідного забруднення води і донних відкладів.

За даними наших досліджень у заростях занурених рослин (рдесниках) радіонуклідне забруднення донних відкладів вище, ніж на чистоводді, у 3,5 рази для стронцію-90 та у 2,5 рази для цезію-137. Рівень радіонуклідного забруднення донних відкладів у заростях повітряно-водних рослин в середньому у 1,2-1,5 рази вище, ніж у занурених (Паньков, Волкова, Широкая и др. 1994, 1997). Динаміку вмісту радіонуклідів стронцію-90 та цезію-137 з 1986 до 1998 рр. та розрахунки запасів цих радіонуклідів у вищих водяних рослинах Київського і Канівського водосховищ наведено в наших попередніх публікаціях (Радіонукліди у водних екосистемах ..., 2001).

Метою наших досліджень було вивчення ролі вищих водяних рослин у перерозподілі та міграції радіонуклідів у гідроекосистемах, які знаходяться в умовах хронічного радіонуклідного забруднення на прикладі Київського водосховища..

Матеріали й методи досліджень

Дослідження проводили в 2000-2005 роках протягом усього вегетаційного періоду. Матеріал для вивчення радіонуклідного забруднення вищих водяних рослин збирали в екосистемі Київського водосховища (верхня частина лівобережжя -- урочище Окуніново, нижня -- с. Лебедівка та правобережжя - с. Лютіж. Під час польових досліджень відібрали ті види вищих водяних рослин, що домінують за чисельністю та біомасою, а також, зелені нитчасті водорості роду Cladophora, за методикою, що прийнята в гідроботаніці (Катанська, 1981).

Вміст радіонуклідів у пробах визначали загальноприйнятими радіохімічними та гамма-спектрометричними методами (Гольфман, Калмыков 1963; Лаврухина, Малышева, Павлоцкая, 1963). Похибка вимірів на УМФ-1500М не перевищувала 20%. Концентрації радіонуклідів у воді наведені в Бк/л, у зависях і рослинах - у Бк/кг сухої маси, а у донних відкладах - у Бк/кг природної вологості.

З 1987 р. цезій-137 є основним дозоутворюючим радіонуклідом компонентів водних екосистем, тому в наших дослідженнях йому приділялась особлива увага.

Основними об'єктами досліджень були найбільш розповсюджені 28 видів водяних рослин, які належать до 3-х основних екологічних груп, із двома підгрупами:

-- занурені укорінені:

рдесник гребінчастий -- Potamogeton pectinatus L.,

рдесник блискучий P. lucens L.,

рдесник пронизанолистий -- P. perfoliatus L.,

рдесник кучерявий -- P. crispus L.,

водопериця колосова -- Myriophyllum spicatum L.,

елодея канадська -- Elodea canadensis Michx.,

наяда морська -- Najas marina L.;

-- занурені не укорінені:

кушир занурений -- Ceratophyllum demersum L.,

різак алоеподібний - Srtatiotes aloides L.;

-- рослини з плаваючим на поверхні води листям, укорінені:

глечики жовті - Nuphar lutea (L.) Smith.,

водяний горіх - Trapa natans L.;

-- рослини з плаваючим на поверхні води листям не укорінені:

ряска мала - Lemna minor G.,

багатокорінник звичайний -- Spirodela polyrhiza (L.) Schleid.,

сальвінія плаваюча -- Salvinia natans (L.) All.;

-- повітряно-водні:

очерет звичайний -- Phragmites australis (Cav.) Trin.,

рогіз вузьколистий -- Tуpha angustifolia L.,

лепешняк великий -- Glyceria maxima (C. Gartm.),

куга озерна -- Scirpus lacustris L.,

сусак зонтичний -- Butomus umbellatus L.,

лепеха звичайна -- Acorus calamus L.,

стрілолист стрілолистний -- Sagittaria saggitifolia L.,

частуха подорожникова -- Alisma plantago-aguatica L.

Результати досліджень

У період досліджень (2000-2005 рр.) серед повітряно-водяних рослин у Київському водосховищі (лівобережна частина в районі урочища Окуніново) домінували угруповання очерету звичайного, довжина стебла окремих особин якого досягала 4 м. Були представлені також ценози рогозу вузьколистого, які займали значно менші площі вздовж берегової лінії, а відкрита частина була зайнята розрідженими заростями рдесника пронизанолистого. У затоках зустрічались куртини куги озерної й сусака зонтичного, від 2 м до 6 м у діаметрі, та монодомінантні зарості глечиків жовтих на глибині більше 2-х метрів. Прибережні мілини (до 0,5 м), були зайняті, в основному, розрідженими заростями рдесника пронизанолистого. Більші глибини (від 1,5 м) займали зарості водопериці колосової. У групі гідатофітів (занурених рослин) верхньої частини лівобережжя Київського водосховища показники вмісту цезію-137 не відзначалися підвищеними рівнями і коливались у межах 17,7-38,4 Бк/кг, у плейстофітів (рослин із плаваючим на воді листям) -- від 4,3 до 46,8 Бк/кг. Слід відмітити, що у водопериці було зареєстровано максимальні серед занурених видів рослин показники вмісту ¹³⁷Cs-38,4 Бк/кг.

На рисунку 1 наведено рівні вмісту цезію-137 у рослинах лівобережжя верхньої частини Київського водосховища груп гідатофітів та плейстофітів. Серед рослин із плаваючим на воді листям найвищий показник вмісту радіоцезію зафіксовано у жабурнику звичайного, а найнижчий -- у сальвінії плаваючої, а саме 46,8 та 4,3 Бк/кг відповідно, тобто ці величини відрізняються в 10 разів. Коефіцієнти накопичення цезію-137 рослинами з донних відкладів, у занурених укорінених видів рослин лівобережжя Київського водосховища було у межах 1,44-3,12. Коефіцієнти переходу цезію-137 у цих же видів становили 0,32-0,69.

На цій же ділянці водоймища у надземній частині повітряно-водяних рослин вміст ¹³⁷Cs коливався в межах 6,4-10,9 Бк/кг, а співвідношення ¹³⁷Cs/⁴⁰К - 0,010-0,019.

У природних екосистемах одним із найважливіших факторів, що визначає рівень забруднення рослин радіоцезієм, є співвідношення у ґрунті суми радіонуклідів цезію (в основному ^137+134Cs) і їх, неізотопного носія -- ⁴⁰К. Тому надходження ¹³⁷Cs у рослини суттєво зменшується не тільки при збільшенні вмісту обмінного К⁺ у ґрунті, а й при збільшенні вмісту обмінного Са⁺ (Клечковский , Гулякин, 1958; Schuller, Handl, Trumper, 1988). Важливі висновки були зроблені німецькими вченими, але тільки для ягідних рослин, стосовно того, що поведінка ¹³⁷Cs в організмі рослини подібна до К⁺ і співвідношення ¹³⁷Cs/ К⁺ у кожному органі рослини практично постійне, що дозволяє по концентраціях К⁺ в органах рослин прогнозувати концентрацію ¹³⁷Cs (Wirth E., Hiersche L., Kammerer et al., 1994; Nimis, Bolognini, Giovani, 1994).

Рис. 1. Вміст цезію-137 у вищих водяних рослинах Київського водосховища, урочище Окуніново

радіонуклід екологічний макрофіт київський водосховище

Використавши ці наробки, ми розрахували співвідношення ¹³⁷Cs/⁴⁰К у водяних рослинах Київського водосховища. Цей показник у рослинах Київського водосховища коливася від 0,01 до 0,06.

Для характеристики здатності занурених рослин накопичувати радіоактивні речовини застосували коефіцієнт накопичення (КН), який являє собою відношення радіоактивності рослини до радіоактивності водного середовища. Коефіцієнти накопичення цезію-137 у рослин лівобережжя Київського водосховища істотно варіювали - 531-5850.

Вищі водяні рослини нижньої частини лівобережжя Київського водосховища в районі с. Лебедівка були представлені густими заростями рогозу вузьколистого та очерету звичайного. На мілководній ділянці домінували занурені рослини - кушир занурений, рдесник пронизанолистий, водопериця колосова.

Рівні вмісту цезію-137 у групі занурених рослин цієї частини водосховища були на рівні 79,9-244,6 Бк/кг, із максимальним значенням у кушира зануреного. Вміст цезію-137 у надземній частині повітряно-водних рослин нижньої частини лівобережжя Київського водосховища коливався у межах 4,3-20,2 Бк/кг, співвідношення ¹³⁷Cs/⁴⁰К становило 0,03-0,35.

На правобережжі нижньої частини Київського водосховища, в районі с. Лютіж, берег є вельми крутий. В цій місцевості в основному розповсюджені густі зарості очерету звичайного та розріджені зарості рдесника пронизанолистого й водопериці колосової. У занурених видів рослин цієї частини Київського водосховища показники вмісту цезію-137 знаходились в межах 29,7-103,7 Бк/кг, а максимальні концентрації були відмічені у водопериці колосової.

Коефіцієнт накопичення цезію-137 від донних відкладів (КНд) - це співвідношення питомої радіоактивності гідробіонтів до питомої радіоактивності донних відкладів. Цей коефіцієнт (КНд) у занурених видів рослин Київського водосховища був у межах 1,44-3,12, із максимальним значенням у водопериці колосової, а співвідношення ¹³⁷Cs/⁴⁰К коливалось в діапазоні 0,01-0,06.

Коефіцієнти переходу (КП) показують, яка частка радіонукліду у рослину надійшла саме з донних відкладів. Коефіцієнти переходу цезію-137 (КП) у рослин цієї водойми були у межах 0,32-0,69, із максимальним значенням у рдесника пронизанолистого.

У надземній частині повітряно-водяних рослин правобережжя нижньої частини Київського водосховища (район с. Лютіж) вміст цезію-137 знаходився у межах: 9,3-35,8 Б/кг, а співвідношення ¹³⁷Cs/⁴⁰ К було на рівні 0,02-0,16.

Обговорення результатів

Рівні накопичення цезію-137 рослинами Київського водосховища були не однаковими в різних частинах водойми. Так, у пробах занурених видів рослин, правобережної частин водоймища показники цезію-137 були вищими, ніж на лівобережній і становили від 89,0 до 245,0 Бк/кг. Це скоріше за все, пов'язано з тим, що лівобережна частина Київського водосховища зазнала меншого впливу наслідків аварії на ЧАЕС - сюди випало менше радіонуклідів у вигляді аерозолів. Це також може залежати від гідрологічних особливостей лівобережжя, яке більше омивається паводковими та дощовими водами. Радіонукліди продовжують надходити у водойму за рахунок змиву із забруднених територій водозбору верхньої течії Дніпра і з басейну Прип'яті. Водні маси Прип'яті потрапляють, більшою частиною, до правого берега, біля якого й осідають зависі та сапропелі. Скаламучування відбувається рідко - тільки під час штормів (Новиков, Тимченко, 1992; Романенко, 2005).

Слід зазначити, що ми не досліджували верхню правобережну частину Київського водосховища, де вміст радіонуклідів у рослинах може у багато разів перевищувати отримані нами результати.

Таким чином, рівні вмісту цезію-137 у вищих водяних рослинах верхньої частини лівобережжя Київського водосховища є невисокими і знаходяться на рівні 2,6-78,0 Бк/кг, а на лівобережжі нижньої частини (с. Лебедівка) та на правобережжі нижньої частини (с. Лютіж) цей показник був значно більшим і знаходився в межах 79,9-244,6 Бк/кг і 9,0-103,7 Бк/кг відповідно. Пісумовуючи можна констатувати, що за останні 5 років вміст цезію-137 у вищих водяних рослинах Київського водосховища коливався у межах 2,6-244,6 Бк/кг (без найбільш забруднених акваторій правобережжя верхньої частини).

Висновок

Виходячи з вищевикладеного можна зробити висновок, що рівні радіонуклідного забруднення цезієм-137 рослин верхньої частини лівобережжя Київського водосховища (урочище Окуніново) є порівняно невисокими, знаходяться на рівні 2,6-78,0 Бк/кг Бк/кг відповідно, і нижчі за ті ж об'єкти з нижньої частини Київського водосховища (24,4-244,6 Бк/кг). Найвищі показники вмісту радіоцезію в екосистему Київського водосховища в умовах хронічного надходження радіонуклідів були характерні для групи занурених рослин. Максимальні концентрації цезію-137 було зареєстровано у кушира зануреного з Київського водосховища - 244,6 Бк/кг (район с. Лебедівка).

Кушир занурений виділявся найвищими показниками вмісту цезію-137 серед усіх представників групи занурених рослин (гідатофітів). Цей вид відноситься до підгрупи неукорінених занурених рослин, тому радіонукліди можуть надходити до нього тільки з води. Саме ці особливості - максимальні концентрації радіоцезію та надходження останнього тільки з води і дозволяють нам рекомендувати кушир занурений, як вид-монітор радіонуклідного забруднення водойм.

Якщо порівняти радіонуклідне забруднення всіх досліджених видів рослин із середньої частини Київського водосховища (район сіл Лютіж і Лебедівка) із рослинами Канівського водосховища, то виявляється, що рівні забруднення цезієм-137 є дуже близькими (Радіонукліди у водних екосистемах ..., 2001). На нашу думку це пов'язано, в основному, із гідрологічними та метеорологічними факторами.

За нашими розрахунками, станом на 2002 рік, відмерлими тканинами рогозу вузьколистого було переведено цезію-137 у донні відклади 4,7*10^-5 % від його запасів у ґрунті Київського водосховища.

Співвідношення ¹³⁷Cs/⁴⁰К у різних видів вищих водяних рослин, за даними наших досліджень, не було однаковим в різних біотопах. Виявилось, що цей показник у занурених видів рослин Київського водосховища становив 0,01-0,06, а у таких само рослин Десни - 0,004-0,033. У надземній частині повітряно-водяних рослин Київського водосховища це співвідношення було у межах 0,03-0,35 (с. Лебедівка) і 0,02-0,156 (с. Лютіж).

Коефіцієнти накопичення цезію-137 (КН) у рослин Київського водосховища були у межах (531-5850). Це свідчить про те, що вміст ¹³⁷Cs у рослинах був у сотні та тисячі разів вище, ніж у воді.

Коефіцієнти накопичення цезію-137 від донних відкладів (КНд) знаходилися в межах 1,32-1,44, тобто вміст радіоцезію в рослинах був лише в 1,5-3 раза вищим за вміст його в донних відкладах.

Коефіцієнти переходу цезію-137 (КП) до рослин Київського водосховища не перевищували одиниці й знаходилися в межах 0,32-0,69.

Зважаючи на інформативність, згаданих коефіцієнтів - накопичення ¹³⁷Cs від води (КН), від донних (КНд) і переходу ¹³⁷Cs по трофічному ланцюгу (КП), вони можуть бути використані як базові при створенні системи радіоекологічного моніторингу в регіоні, що досліджується.

Література

1. Гольфман А.Я., Калмыков Л.В. Определение радиоактивного цезия ферроцианидным способом // Радиохимия. - 1963. - Вып.4, №10.- с. 107-109.

2. Катанская В.М. Высшая водная растительность континентальных водоемов ССР.- Л.: Наука, 1981.- 187.

3. Клечковский, Гулякин // Поведение в почвах и растениях микроколичеств стронция, цезия, рутения и циркония // Почвоведение.- 1958.- №3.- С. 1-15.

4. Лаврухина А.К., Малышева Т.В., Павлоцкая Ф.И. Радиохимический анализ. -- М.: АН СССР. -- 1963. -- 220 с.

5. Лукина Л.Ф., Смирнова Н.Н. Физиология высших водных растений. -- Киев: Наук. думка. -- 1988. -- 186 с.

6. Новиков Б.И., Тимченко В.М. Гидрологические условия миграции радионуклидов по каскаду днепровских водохранилищ // Водные ресурсы. - 1992. - №1. - С. 95 - 103.

7. Паньков И.В., Волкова Е.Н., Широкая З.О. и соавт. Особенности радиоактивного загрязнения фитоценозов Киевского водохранилища // Ред. Гидробиол. журн.- Киев, 1994.-С.26.- Деп. В ВИНИТИ 15.09.1994.- №2190-В-94.

8. Паньков И.В., Волкова Е.Н., Широкая З.О., Крапиш В.А., Дремлюга С.В. Радиоэкологические исследования фитоценозов высших водных растений в верховьях Киевского водохранилища // Гидробиол. журн.- 1997.- 33, №2.- С. 76-88.

9. Радіонукліди у водних екосистемах України // Вплив радіонуклідного забруднення на гідробіонти зони відчуження. - // Київ: “Чорнобильінтер-інформ”, 2001.- 318 с.

10. Романенко В.Д. Основы гидроэкологии.-К.: Генеза, 2005.- 664 с.

11. Состояние гидробиоценозов водохранилища - охладителя Игналинской АЭС в предпусковой период. Вильнюс: Мокслас, 1987.- (Теплоэнергетика и окружающая среда. Т.6.) Ч.4 Миграция радионуклидов в водоеме-охладителе, 1987.- С113-158.

12. Chammbers Patricia A., Seredian Mark, Guy Martha, Holst Meiko // The effects of lime addition on aquatic macrophytes inhard water/- In sith and microcosm ehperiments.- Freshwater Biol.- 2001.- 46.- №8.-C.1121-1138.

13. Nimis P. L., Bolognini G., Giovani C. Radiocontamination patterns of vascular plants in a forest ecosystem // Sci. Total Eviron.- 1994.- Vol. 157.- Special issue. Forest and radioactivity / Eds. G.Desmet, A.Janssens, J.Melin.- P.73-81.- 1994.

14. Schuller, Handl, Trumper, 1988 / Depense of the ¹³⁷Cs soil to plant tranfer factor on soil parametrs // Health Phys.- 1988.- Vol. 55, №3.-P. 575-577).

15. Wirth E., Hiersche L., Kammerer et al. Transfer equations for cesium-137 for coniferous forest understorey plant species // The Science of the Total Environment.- 1994.- Vol. 157.- P. 163-170.

Размещено на Allbest.ru