Радиоактивное загрязнение среды и жизнь в почве

Опыты с облучением естественных, не нарушенных образцов почвы дозами 2,5-5 мегарад от кобальтового источника и в атомном реакторе подтвердили полную стерилизацию почвы, а также глубокие нарушения ее химического состава: содержание аммония в гумусовом слое облученной почвы возросло более чем в десять раз, и он в больших количествах появился в минеральном слое, где ранее полностью отсутствовал. Количество нитратов увеличилось преимущественно в минеральном слое почвы.

Микроорганизмы довольно быстро заселяли возвращенные в поле стерилизованные образцы, так что через девять дней те практически сравнялись с контролем и затем в течение двух месяцев заметно не отличались от контроля. Микроартроподы заселяли образцы значительно медленнее, через две недели встречались единичные особи, а через два месяца заселенность все еще сильно отставала от контрольной, особенно в образцах, где было мало грибов. При хроническом облучении леса в Брукхевене (США) отклонений в разложении лесной подстилки не наблюдали.

Показателем биологической активности почвы может считаться "почвенное дыхание" - количество выделяемого с единицы поверхности углекислого газа. Когда почву подвергали острому облучению от мощного кобальтового источника дозой 800 и 2500 килорад, почвенное дыхание в обоих случаях резко сократилось. Наблюдения за микроорганизмами через шесть недель после облучения показали, что численность их резко упала. После хронического облучения дозой 800 килорад численность бактерий сократилась в почве почти в 40 раз по сравнению с контролем, грибов - в 6 раз. Острое облучение при 800 килорад вызвало падение численности бактерий в 2,5 раза, грибов - в 10 раз; при 2500 килорад бактерии исчезли вовсе через шесть недель.

Для изучения экологических последствий лучевых воздействий на естественные ценозы в условиях средней полосы СССР проводился многолетний эксперимент с острым гамма-облучением сосново-березового леса дозами 7-25 килорад.

Для эксперимента выбрали участок леса, однородный по видовому составу и почвенным условиям, с равномерным распределением одновозрастных деревьев по площади.

Этот эксперимент - пока единственный, позволивший изучить воздействие гамма-облучения леса на почвенную фауну. На облученном участке произошли изменения в структуре мезофауны: более чем в пять раз сократилась численность дождевых червей. В результате на опытном участке преобладающей группой стали насекомые, в то время как до облучения и в контроле преобладали дождевые черви.

В слое почвы от 0 до 20 сантиметров на контроле заселенность животными была в 1,5-3 раза выше, чем на облученном участке.

Обеднение почвенной фауны в глубоких горизонтах отмечено при всех формах действия ионизирующих излучений на биогеоценоз. Объяснить этот факт можно следующими причинами: в глубине почвы сравнительно больше, чем на поверхности, преимагинальных, а следовательно - гораздо более радиочувствительных стадий животных; поверхностные слои после облучения легче заселяются извне; глубокопочвенные виды менее плодовиты, чем поверхностные, и медленнее восстанавливают численность популяций. Даже через два года не восстановили численности дождевые черви - основная группа беспозвоночных, пострадавших от облучения. Комплекс микрофауны, хотя и пострадал от одноразового сильного облучения, общего угнетения не испытал и довольно быстро стал восстанавливать свою первоначальную структуру. И происходило это за счет "внутренних ресурсов" комплекса, а не за счет миграции животных извне, с необлученных территорий.

В СССР проведены многочисленные эксперименты с загрязнением почв искусственными радионуклидами и последующим изучением экологии почвенных животных, они позволяют решить прикладные вопросы и лучше уяснить, каковы плодовитость, продолжительность жизни, интенсивность обмена, химический состав, трофические связи животных. Обширный материал собран и по экологии микроорганизмов, развитию корневых систем растений в условиях повышенного фона ионизирующей радиации. Фактически сформировалось новое направление - радиобиология почвы, и здесь очень велик вклад советских исследователей: дозиметристов, почвоведов, биологов.

Приступая к изучению воздействия ионизирующих излучений на животное население почвы, ученые не могли предвидеть всего того, с чем придется встретиться в процессе полевой работы. Сложность усугублялась тем, что наземные беспозвоночные - организмы весьма радиоустойчивые во взрослом состоянии. Радиочувствительность насекомых, дождевых червей, мокриц, паукообразных составляет 50-200 килорад, что значительно выше, чем у растений.

Поскольку содержание стронция-90 в надземной части насаждений значительно меньше, чем в почве, дозы облучения животных, обитающих в верхних ярусах леса, оказываются значительно ниже, чем почвенных обитателей. Но и в почве эти дозы не настолько велики, чтобы оказывать непосредственное воздействие на беспозвоночных, особенно в личиночной и взрослой стадиях. Тем не менее они все же снижают численность популяций многих видов.

Это можно объяснить тем, что ряд видов лесных насекомых, а также представителей микро- и мезофауны, зимует в почве в стадии яйца, то есть в наиболее радиочувствительной эмбриональной стадии. Если принять во внимание, что облучение в этом случае продолжается в течение нескольких месяцев, доза облучения, накопленная за это время, могла составить в наших экспериментах 200-300 рад, то есть довольно значительную величину. При облучении в лабораторных условиях, как известно, дозы облучения от нескольких сотен до нескольких тысяч рад приводят к стерильности самцов и самок насекомых и гибели яиц.

На лесных участках, загрязненных стронцием-90, численность мезофауны сократилась более чем в два раза. Но более всего (в 10-100 раз) сократилась численность дождевых червей и многоножек (губоногих и двупарноногих) - потребителей мертвого растительного опада, обитающих преимущественно в лесной подстилке и верхнем слое почвы, где сконцентрирована основная часть радионуклидов. Изменения видового состава - сокращение видового разнообразия - обнаружены и в микрофауне, в частности, в популяциях панцирных клещей.

Радиоактивное загрязнение среды и жизнь в почве

Сообщества почвенных животных чутко реагируют на повышенный хронический уровень ионизирующей радиации при дозах порядка 0,5-3 рада в сутки. При этом уменьшается видовое разнообразие оседло живущих беспозвоночных, глубина заселения почвы, падает численность. Особенно сильно действие радиации проявляется в период размножения животных. У почвенных беспозвоночных уязвимыми для действия радиации являются ранние стадии жизненного цикла. Ранние стадии развития дождевых червей столь же чувствительны к действию радиации, как и человек.

Взрослые стадии почвенных животных достаточно устойчивы к действию ионизирующей радиации, не уступают по этому показателю лесным и луговым растениям, а нередко в три-пять раз превосходят растения. Но животных "подводит" здесь уязвимость для радиации ранних стадий, их длительный период развития, за который они успевают облучиться значительными дозами радиации даже в условиях малой мощности, но хронического облучения.

Уязвимость почвенной фауны усиливается также из-за того, что почва аккумулирует многие радионуклиды, попавшие в биосферу, в том числе стронций-90 и цезий-137, а такие массовые обитатели почвы, как дождевые черви, заглатывая почву при питании, получают немалые дозы облучения и от пищевого комка, что становится особенно важным при загрязнении почв радионуклидами - альфа-излучателями. Велико участие почвенных животных в зоогенной миграции искусственных радионуклидов, главным образом из-за высокой биомассы этих животных и их роющей деятельности.