Отклик радиального прироста сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) в градиенте радиоактивного загрязнения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Годичные кольца сосны демонстрируют выраженную реакцию на высокие дозы ионизирующей радиации, в связи с чем интерес представляет создание моделей «доза – реакция радиального прироста». В работе проанализирован радиальный прирост 50 деревьев сосны обыкновенной, растущих в зоне Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС), образовавшегося осенью 1957 г. в результате Кыштымской аварии. В качестве контроля использовали керны 34 деревьев, растущих на двух участках с незначительными уровнями радиоактивного загрязнения. Снижение индекса радиального прироста сосны на ВУРСе отмечено в период с 1959 г. по 1962 г., т.е. через 2–5 лет после Кыштымской аварии. Снижение было прямо пропорционально плотности загрязнения почвы 90Sr в месте роста дерева. Ширина зоны ВУРСа, в пределах которой отмечена реакция радиального прироста, крайне небольшая – она составляет около 300 м. Диапазон начальной (наибольшей) мощности дозовых нагрузок на меристемы сосны, в пределах которого деревья демонстрировали реакцию, составил от 0.62 до 4.23 Гр/сут (т.е. менее одного порядка величин). При превышении данного диапазона дозовых нагрузок деревья погибли, при снижении имели величину радиального прироста, сопоставимую со значениями, отмеченными на контрольных участках. Лучшая из созданных моделей, связывающих индекс радиального прироста сосны с плотностью радиоактивного загрязнения почвы у ствола дерева, была создана для индекса прироста деревьев в период 1959–1960 гг. Коэффициент детерминации данной линейной регрессионной модели составил R2 = 0.69.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. В. Модоров

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: voloduke@mail.ru
Россия, ул. 8 марта, 202, Екатеринбург, 620144

В. В. Кукарских

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Email: voloduke@mail.ru
Россия, ул. 8 марта, 202, Екатеринбург, 620144

Список литературы

  1. Гродзинский Д.М. Радиобиология растений. Киев: Наукова думка, 1989. 380 c.
  2. Geras’kin S. Plant adaptation to ionizing radiation: Mechanisms and patterns // Science of the Total Environment. 2024. V. 916. Art. 170201. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170201
  3. Woodwell G.M., Miller L.N. Chronic gamma radiation affects the distribution of radial increment in pinus rigida stems // Science. 1963. V. 139. № 3551. P. 222–223. https://doi.org/10.1126/science.139.3551.222
  4. Bostrack J.M., Sparrow A.H. Effects of chronic gamma irradiation on the anatomy of vegetative tissues of pinus rigida mill // Radiation Botany. 1969. V. 9. № 5. P. 367–374. https://doi.org/10.1016/s0033-7560(69)80063-3
  5. Karaban’ R., Mishenkov N.N., Prister B.S. et al. Effects of acute gamma radiation on forest biogeocenosis // Proceedings of the Institute of Applied Geophysics: Problems of forest radioecology. 1979. № 38. P. 27–52.
  6. Tikhomirov F.A., Shcheglov A.I. Main investigation results on the forest radioecology in the Kyshtym and Chernobyl accident zones // The Science of the Total Environment. 1994. V. 157. P. 45–57. https://doi.org/10.1016/0048-9697(94)90564-9
  7. Мусаев Е.К. Сезонный рост и строение годичных колец сосны обыкновенной в зоне Чернобыльской катастрофы // Лесоведение. 1996. № 1. С. 16–28.
  8. Алексахин Р.М., Булдаков Л.А., Губанов В.А. и др. Крупные радиационные аварии: последствия и защитные меры. M.: ИздАТ, 2001. 752 с.
  9. Holiaka D., Fesenko S., Kashparov V. et al. Effects of radiation on radial growth of Scots pine in areas highly affected by the Chernobyl accident // J. Environmental Radioactivity. 2020. V. 222. Art. 106320. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2020.106320
  10. Netsvetov M., Prokopuk Y., Holiaka D. et al. Is there Chornobyl nuclear accident signature in Scots pine radial growth and its climate sensitivity? // Science of the Total Environment. 2023. V. 878. Art. 163132.11. https://doi.org/10.1016/J.SCITOTENV.2023.163132
  11. Fesenko S., Spiridonov S., Geras’kin S. Radiation effects in the forest ecosystems: Acute irradiation // J. Environmental Radioactivity. 2022. V. 250. Art. 106908. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2022.106908
  12. Kukarskih V. V., Modorov M.V., Devi N.M. et al. Radial growth of Pinus sylvestris in the East Ural Radioactive Trace (EURT): Climate and ionizing radiation // Science of the Total Environment. 2021. V. 781. Art. 146827. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146827
  13. Kukarskih V.V., Komarova A.V., Vakhrusheva A.D. et al. Indication of radioactive contamination of forest ecosystems in the zone of the East Ural Radioactive Trace using methods of quantitative wood anatomy // Russ. J. of Ecology. 2024. V. 55. № 3. P. 159–165. https://doi.org/10.1134/S1067413624700012
  14. Мусаев Е.К. Влияние радиационного поражения на годичные кольца сосны в районе Чернобыльской АЭС // Лесоведение. 1993. Т. 4. С. 41–49.
  15. Козлов В.А. Особенности прироста древесины по радиусу ствола у основных лесообразующих пород в районе аварии на Чернобыльской АЭС : Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Сыктывкар, 1996. 22 c.
  16. Skuterud L., Goltsova N.I., Naumann R. et al. Histological changes in Pinus sylvestris L. in the proximal-zone around the Chernobyl power plant // Science of the Total Environment. 1994. V. 157. № 1–3. P. 387–397. https://doi.org/10.1016/0048-9697(94)90602-5
  17. Mousseau T.A., Welch S.M., Chizevsky I. et al. Tree rings reveal extent of exposure to ionizing radiation in Scots pine Pinus sylvestris // Trees-Structure and Function. 2013. V. 27. № 5. P. 1443–1453. https://doi.org/10.1007/s00468-013-0891-z
  18. Schmitt U., Grünwald C., Eckstein D. Xylem structure in pine trees grown near the Chernobyl Nuclear Power Plant/Ukraine // IAWA Journal. 2000. V. 21. № 4. P. 379–387. https://doi.org/10.1163/22941932-90000254
  19. Molchanova I., Mikhailovskaya L., Antonov K. et al. Current assessment of integrated content of longlived radionuclides in soils of the head part of the East Ural Radioactive Trace // J. Environmental Radioactivity. 2014. V. 138. № 6. P. 238−248. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.09.004
  20. Nikipelov B.V., Romanov G.N., Buldakov L.A. et al. A radiation accident in the Southern Urals in 1957 // Soviet Atomic Energy. 1989. V. 67. P. 569–576.
  21. Pozolotina V.N., Shalaumova Y.V., Lebedev V.A. et al. Forests in the East Ural Radioactive Trace: structure, spatial distribution, and the 90Sr inventory 63 years after the Kyshtym accident // Environmental Monitoring and Assessment. 2023. V. 195. № 6. P. 1–13. https://doi.org/10.1007/S10661-023-11300-Y
  22. Тихомиров Ф.А., Карабань Р.Т. Радиационное поражение леса в условиях радиоактивного загрязнения // Экологические последствия радиоактивного загрязнения на Южном Урале / Под ред. Соколова В.Е., Криволуцкого Д.А. М.: Наука, 1993. C. 85–95.
  23. Атлас Восточно-Уральского и Карачаевского радиоактивных следов, включая прогноз до 2047 года / Под ред. Израэля Ю.А.. М.: ИГКЭ Росгидромета и РАН. Фонд «Инфосфера», НИА «Природа», 2013. 140 с.
  24. Rinn F. Tsap V 3.6 Reference manual: computer program for tree-ring analysis and presentation. Heidelberg, Germany: Bierhelder weg 20, D-69126. 1996. 263 p.
  25. Holmes R.L. Computer‐assisted quality control in tree‐ring dating and measurement // Tree-Ring Bulletin. 1983. V. 43. P. 69–78.
  26. Grissino-Mayer H.D. Evaluating crossdating accuracy: A manual and tutorial for the computer program COFECHA // Tree-Ring Research. 2001. V. 57. № 2. P. 205–221.
  27. Cook E.R., Peters K. The smoothing spline: A new approach to standardizing forest interior tree-ring width series for dendroclimatic studies // Tree-Ring Bulletin. 1981. V. 41. P. 45–53.
  28. Alexakhin R.M., Karaban’ R.T., Prister B.S. et al. The effects of acute irradiation on a forest biogeocenosis; experimental data, model and practical applications for accidental cases // Science of the Total Environment. 1994. V. 157. P. 357–369. https://doi.org/10.1016/0048-9697(94)90599-1
  29. Тихомиров Ф.А., Романов Г.Н. Дозы облучения организмов в условиях радиоактивного загрязнения леса // Экологические последствия радиоактивного загрязнения на Южном Урале / Под ред. Соколова В.Е., Криволуцкого Д.А. М.: Наука, 1993. С. 13–20.
  30. Modorov M., Seleznev A., Mikhailovskaya L. Heterogeneity of 90Sr radioactive contamination at the head part of the East Ural radioactive trace (EURT) // J. Environmental Radioactivity. 2017. V. 167. P. 117–126. https://doi.org/10.1016/J.JENVRAD.2016.11.019
  31. R Core Team. R: A Language and Environment for Statistical Computing. 2022.
  32. Mikhailovskaya L.N., Modorov M.V., Pozolotina V.N. et al. Heterogeneity of soil contamination by 90Sr and its absorption by herbaceous plants in the East Ural Radioactive Trace area // Science of the Total Environment. 2019. V. 651. P. 2345–2353. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.119
  33. Yoschenko V.I., Kashparov V.A., Melnychuk M.D. et al. Chronic irradiation of Scots pine trees (Pinus sylvestris) in the Сhernobyl exclusion zone: Dosimetry and radiobiological effects // Health Physics. 2011. V. 101. № 4. P. 393–408. https://doi.org/10.1097/HP.0b013e3182118094
  34. Holiaka D., Yoschenko V., Cherniaiev O. R. et al. Variability of activity concentrations and radial distributions of 137Cs and 90Sr in trunk wood of Scots pine and Silver birch // J. Environmental Radioactivity. 2023. V. 263. Art. 107186. https://doi.org/10.1016/J.JENVRAD.2023.107186

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта района исследования: 1 – импактный участок, 2 – Контроль-1, 3 – Контроль-2. В качестве подложки использован “Атлас Восточно-Уральского и Карачаевского радиоактивных следов”, включая прогноз до 2047 г. [23]. Размеры кругов на врезке отражают плотность потока бета-частиц на поверхности почвы у ствола дерева.

Скачать (728KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Индексы прироста сосны обыкновенной в период 1959–1962 гг. Слева – индекс прироста деревьев на двух контрольных участках, точками показаны значения для отдельных деревьев, красными чертами – среднее значение для каждой выборки и SD. Справа – величины индекса прироста сосны на импактном участке в зависимости от плотности потока бета-частиц на уровне почвы у ствола дерева; черной линией и серым цветом показана линейная регрессионная модель с 95%-ным доверительным интервалом; красным выделен диапазон, в который попадает М ± SD любого из контрольных участков, зеленым – диапазон, в который попадает М ± 2 × SD любого контрольного участка (объяснения см. в тексте).

Скачать (209KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025