WWW.KN.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные ресурсы
 

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

«ИЗБРАННЫЕ ТРУДЫ ИЗ ИСТОРИИ МЕДИЦИНСКОЙ мысли Н. В. Тимофеев-Ресовский Избранные трудь1 Генетика. Эволюция. Биосфера Москва ссМедицина)) 1996 ББК ...»

-- [ Страница 5 ] --

Ионизирующие излучения оказывают то или иное воздейст­ вие на все живые организмы. При достаточно высоких дозах это воздействие оказывается заметно угнетающим и заканчивается летальным эффектом. Угнетающие и летальные дозы при этом очень различны для организмов разных групп. В первом при­ ближении можно считать установленным то, что летальные дозы наиболее низки для высокоорганизованных позвоночных животных, лежат значительно выше для большинства беспозво­ ночных и растений и особенно высоки для большинства микро­ организмов; но и в пределах одной и той же группы (особенно у растений, низших животных и микроорганизмов) различные, даже близкие виды могут резко отличаться один от другого по своей радиорезистентности. Полулетальные дозы (то есть такие, которые в сравнительно короткий срок убивают осо­ 50% бей) составляют для различных живых организмов от сотен до десятков тысяч рентген. Особенно интересным в связи с описы­ ваемыми в данной работе опытами является то обстоятельство, что большинство живых организмов, по-видимому, на очень слабые дозы ионизирующих излучений реагирует не подавлени­ ем роста и угнетением развития, а стимуляцией, выражающейся в разных случаях очень различно (например, в повышении тем­ пов клеточного деления у микроорганизмов и многих тканевых клеток, повышении всхожести семян, ускорении роста и разви­ тия многоклеточных, повышении урожая зеленой массы или плодов у многих растений). Из только что приведеиного очень краткого описания основных радиобиологических явлений сле­ дуют два весьма существенных вывода: разные группы 1) живых организмов количественно весьма различно реагируют на одинаковые дозы ионизирующих излучений; слабые и 2) сильные дозы излучений могут воздействовать на организмы (с точки зрения изменений их биомассы) в противоположных направлениях.

Из этого в свою очередь можно заключить, что определенный ~радиологический микроландшафт~ должен ока­ зывать весьма сложное и подчас неожиданное действие на свя­ занный с ним комплекс живых организмов.

Любые комплексы различных живых организмов, занимаю­ щие определенную часть какой-либо территории или водоема, как известно, не являются простой суммой составляющих его видов; такой комплекс образует сообщество теснейшим образом связанных друг с другом и с факторами внешней среды видов животных, растений и микроорганизмов. Такие сообщества обычно называют биоценозами, а место их обитания - соответ­ ствующими биотопами. Исследованием биоценозов и биотопов занимаются различные научные дисциплины (биогеография, синэкология, или биоценология}; в завиенмости от задач иссле­ дования и от точек зрения авторов в основные понятия вклады­ вается подчас различное содержание и они по-разному класси­ фицируются [52- 68]. Существенным шагом вперед с нашей точки зрения является введенное и разрабатываемое В.Н. Сука­ чевым [54-60] понятие биогеоценоза и биогеоценологии. Вве­ дением понятия «биогеоценоз~ прежде всего устраняется весьма неопределенное разграничение между понятиями биоценоза и биотопа, с одной стороны, и устанавливается соотношение между ними - с другой; элементарный биогеоценоз является единицей, объединяющей все живые и косные компоненты оп­ ределенно ограниченного местообитания. В эту комплексную, охватывающую все составные части мельчайшего естественного участка биосферы, элементарную единицу биогеоценологии должна, конечно, включаться и динамика протекающих в ней процессов, наиболее ярко отражающихся на изменениях нахо­ дящегося в состоянии динамического равновесия сообщества живых организмов. Элементарный биогеоценоз, в сущности, и является той интересующей нас единицей, которую мы выше не­ критически обозначили как элементарный микроландтафт. К вопросу о влиянии экспериментального воздействия на элемен­ тарные микроландтафты с чрезвычайно интересной областью биогеоценологии мы вернемся в заключении этой работы.





Если из элементарного микроландтафта или биогеоценоза выделить собственно сообщество определенных организмов (на­ пример, наземный фитоценоз, бактериальную флору почвы или перифитон в пресноводном водоеме), то в нем можно прежде всего определить общую биомассу (т.е. общую массу всех вхо­ дящих в данное время в дюшое сообщество живых организмов) и качественный состав (т.е. число и характер входящих в него видов, их положение в сообществе и количественное соотноше­ ние между ними). Изменяться во времени может и то, и другое.

В зависимости от целей исследования можно производить либо долгосрочные наблюдения за сообществом, изучая уровень ди­ намического равновесия сообщества в течение более или менее длительного отрезка времени, либо, ограничившись краткосроч­ ными наблюдениями (например, в течение одного лишь сезона), изучить динамику или достижение определенного максимально­ го уровня по биомассе и качественному составу данного биоце­ ноза за данный отрезок времени. Само собой разумеется, что при всякого рода количественных исследованиях биогеоценозов или элементарных микроландшафтов необходимо пользоваться сравнительным методом, при котором либо подвергаются срав­ нению разные микроландшафты, либо сравнение производится по какому-либо иному параметру (время, внесение какого-либо дополнительного географического или климатического фактора и т.д.). Для исследования можно пользоваться как ~установив­ шимися• природными сообществами, находящимися уже в со­ стоянии длительного динамического равновесия, так и начинаю­ щими свое развитие ~новыми• сообществами, заселяющими какую-либо свободную территорию или водоем либо создавае­ мыми искусственно по воле экспериментатора.

Опыты, в которых используется биоценологическая методи­ ка (т.е. такие, в которых в качестве наблюдаемой и измеряемой реакции используются биомасса и качественный состав опреде­ ленных сообществ), могут заключаться в создании косной среды в нескольких вариантах, отличающихся друг от друга по какому-либо определенному варьируемому фактору, населении этих вариантов косной среды определенным одинаковым ком­ плексом живых организмов и последующем наблюдении за ко­ личественным и качественным формированием сообществ в этих различных вариантах. Такие опыты с внесением различных ко­ личеств определенных излучателей в строго ограниченные участки однородной наземной или пресноводной среды, а также последующие наблюдения за развитием на этих участках опре­ деленных сообществ культурных растений, бактерий или перн­ фитона и будут описаны нами ниже в этой работе. Подобные опыты нами продолжаются, и в данном сообщении приводятся результаты наших первых предварительных опытов, носящих ориентировочный характер, методика которых, естественно, яв­ ляется еще несовершенной и недостаточно разработанной. Тем не менее ввиду крайней бедности данных в области начинающей лишь развиваться ~экспериментальной биогеоценологии• сооб­ щение результатов наших первых опытов, может быть, окажет­ ся небесполезным.

За существенную помощь в проведении опытов с наземным фитоценозом и перифитоном авторы выражают благодарность Н.М. Макарову и Л.П. Сычевой.

–  –  –

почвенных бактерий; 3) по изучению влияния тех же излучате­ лей, внесенных в воду, на развитие перифитона (обрастание подводных поверхностей) и смены в нем доминирующих форм.

Опыт с сообществом культурных растений проводился на специально устроенных гидраизолированных грядках. Эти грядки представляли собою траншеи длИной в м, шириной в 1 м и глубиной в 1 м, которые для гидроизоляции были выло­ жены по дну и бортам слоем глины и листовым толем, а затем засыпаны на 50 см извлеченной при рытье траншей супесчаной подпочвой типа деградированного чернозема.

Все грядки располагались на лужайке в одинаковых услови­ ях освещения, увлажнения и других метеорологических факто­ ров двумя группами по 4 грядки в каждой. Схематический чер­ теж этих грядок с соответствующими размерами приведен на рис. 1. Из восьми грядок в опыте были использованы семь: 3 из первой четверки и все 4 грядки из второй четверки. В качестве сообщества была взята смесь семян 15 различных видов куль­ турных растений, причем для каждого вида брали полную норму высева, по И.В. Якушкину [69]; таким образом, сообще­ ство высевалось в условиях весьма значительного перенаселе­ ния. На все грядки, само собой разумеется, высевали строго одинаковое количество тщательно перемешанной смеси семян.

В сообщества были включены следующие виды культурных рас­ тений: пшеница, ячмень, овес, просо, тимофеевка, горох, чина, вика, чечевица, люпин синий, люпин желтый, эспарцет, люцерна, клевер и лен. Весной, перед посевом, грядки (по одной в каждой четверке) были политы водопроводной водой из лейки (одно ведро воды на 1 м2, контроль).

Остальные грядок бьrли также политы тем же количеством воды, в которую, однако, прибавлялась смесь из нескольких радиоактивных изотопов:

(89Sr, 90Sr, 9оу, 9~Ь, 95Zr 106Ru, 137Cs и 144Се) в количествах 1, 5, 25, 50 и 100 mCu на 1 м2.

После внесения излучателей все грядки были тщательно перекопаны, их поверхность выровнена граблями, вручную рав­ номерно засеяна смесью семян и еще раз равномерно забороне­ на граблями.

С момента появления всходов и до конечной уборки осенью на грядках проводились регулярные визуальные наблюдения. В период наиболее пышной вегетации (во второй половине июля) была произведена уборка с трех пробных участков (площадь каждого - 1 м 2 ), расположенных в середине и у обоих концов всех грядок. При этой уборке с каждого участка извлекали все растения с корнями, рассортировывали по видам, просчитывали и взвешивали. При конечной уборке осенью вся надземная масса растений была аккуратно сжата на каждой грядке, высу­ шена и взвешена; сырой вес не определяли, потому что на гряд­ ках с сильными дозами излучателей некоторые виды растений отстали в развитии (находились еще в полном разгаре вегета­ ции), и сделали бы результаты сравнения сырого веса, получен­ ного с разных грядок, нереальными.

В дальнейшем результаты первой уборки обрабатывали и сравнивали по отдельным видам, разным группам растений и по ярусам сообщества. Из корней, надземной массы и семян расте­ ний изготовляли препараты для измерения радиоактивности с помощью счетных установок ~в~.

Опыты по изучению сообщества почвенных бактерий произ­ водили на тех же грядках, на которых ставили опыты с сообще­ ством культурных растений (см. рис. 1). Пробы почвы брали из верхних 1О см, содержащих основное количество более или менее равномерно распределенной активности. Отбор проб про­ изводили в стерильную посуду. Для определения количества бактерий брали навески почвы около г, переносили в см 3 стерильной воды и взбалтывали на механической мешалке в те­ чение 10 мин. Из полученной взвеси после соответствующих разведений производили посевы на пластинки из мясопептонно­ го агара или готовили мазки для прямого счета по Виноградско­ му. Через сутки культивирования при температуре· 35 ос под­ считывали число колоний, и из полученных данных производи­ ли расчеты количества бактерий на 1 г сухого веса почвы. Для определения количества споровых форм исходную взвесь про­ гревали перед посевом в течение 1О или 30 мин при температуре 80 ос. Для определения количества азотфиксирующих бактерий исходную взвесь высевали на безазотистую среду. При опреде­ лении количества анаэробов чашки Петри помещали на время культивирования в эксикаторы (находящиеся при комнатной температуре), на дно которых наливали щелочной раствор пи­ рогаллола. Основные опыты по изучению бактериальной флоры почвы на грядках производили в 1952 г.; кроме того, в 1951 г. на тех же грядках производили небольшие предвари­ тельные опыты, а в 1953 г. аналогичные опыты с почвой были проведены в глиняных сосудах при· комнатной температуре.

В этих опытах в сосудах было изучено 7 вариантов; контроль 0,25; 1; 4; 16; 64 и 128 mCu на 1 кг почвы.

Опыты по изучению сообщества пресноводного перифитона проводили в стеклянных сосудах. В эти сосуды наливали no 2,5 л водопроводной воды и по 0,5 л озерной воды. В часть со­ судов прибавляли некоторое количество такой же смеси радио­ активных излучателей, как и в опытах с радиоактивными почва­ ми. Концентрации излучателей составляли по у-излучению: 3, 50, 100, 200 и 600 mCu/1. Всего было проведено 2 опыта, при­ чем в каждом опыте контроль и различные варианты ставили в повторностях. Все сосуды одного опыта располагали на 8-10 одном и том же стеллаже оранжереи, они находились, таким об­ разом, в совершенно одинаковых условиях освещения, темпера­ туры и влажности.

По мере испарения влаги все сосуды долива­ ли водопроводной водой до исходного объема. Опыты с перн­ фитоном продолжали 2,5-5 мес. В конце опыта образовавший­ ся на дне и стенках перифитон тщательно отделяли от поверх­ ности, воду отфильтровывали и определяли ее сырой и сухой вес, а также вес золы всего осадка (перифитон планктон) в + каждом сосу де, из воды брали краткую пробу для определения активности. Радиоактивность проб воды определяли по не­ скольку раз в течение опыта. В одном опыте изучали лишь общую массу перифитона; в другом же во всех вариантах про­ сматривали качественный состав и определяли ведущие (,hоми­ нирующие) формы.

Резу ль таты опытов будут описаны раздельно для наземного фитоценоза, сообщества почвенных бактерий и перифитона.

3. СООБЩЕСТВО КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ

Описываемый здесь опыт заключался в следующем. Семена 15 видов культурных растений в количествах, равных полной норме высева каждого вида на соответствующую площадь, были тщательно переметаны и в равных количествах высеяны на

–  –  –

20 м 2 каждая..

Две грядки были контрольные, а в почву остальных 5 грядок была внесена смесь излучателей в количестве 1, 5, 50 и 100 mCu на м2 поверхности. Подробности методики описаны в предыдущей главе. Высеянное на грядки сообщество было силь­ но перенаселено (так как семян каждого вида было взято в нор­ мальном для посева количестве). Резкое перенаселение вызыва­ ло острую борьбу за место между растениями, тем самым созда­ вались условия для более лабильного равновесия. Все высеян­ ные растения по своей высоте и мощности подразделялись на 3 ясно выраженных яруса.

Первый (верхний) ярус образовали:

пшеница, ячмень, овес, горох, чина и лен; во второй ярус вхо­ дили: вика, чечевица, люпин синий и просо; наконец, третий (нижний) ярус образовали: люпин желтый, эспарцет, люцерна и клевер, в первый год вегетации не достигающие полного роста. Кроме высеянных растений, на всех грядках проросло некоторое количество сорняков, которые нами ближе не опреде­ лялись и которые в основном входили в третий и отчасти во вто­ рой ярус (тимофеевка была включена в группу сорняков).

С самого начала опыта проводили визуальные наблюдения.

Всходы появились дружно на контрольных грядках и особенно на 2 грядках с малыми количествами излучателей· ( 1 и 5 mCu/m 2 ). ~Сильные~ грядки (25, 50 и 100 mCu/m 2 ), особен­ но последняя из них, дали менее дружные всходы, причем неко­ торые растения, особенно крупные злаки, явно запаздывали.

У же в первые 2- 3 нед были ясно видны на г лаз различия в травостое; на двух ~слабых~ грядках он был гуще и выше, чем на контрольных грядках, на третьей грядке на глаз не отличал­ ел от такового на контрольной, а на четвертой и особенно на пятой грядках был заметно хуже, чем на контрольных. На самой ~сильной~ (пятой) грядке в этот первый период особенно бросалась в г лаза также некоторая хлорозность растений; они были заметно бледнее контрольных. Те же различия, лишь не­ сколько сгладившиеся на глаз, сохранилисьи в расцвет вегета­ ции; при этом обращало на себя внимание более раннее зацвета­ ние большинства видов на 2 ~слабых~ грядках по сравнению с контролем и заметное запаздывание цветения на пятой, наибо­ лее ~сильной~ грядке. Наконец, к концу вегетационного перио­ да яровые культуры на контрольных и 3 первых грядках созре­ ли и подсохли, на четвертой замечалось некоторое отставание в созревании ряда видов, а наиболее ~сильная~, 5-я, грядка резко выделялась зеленым цветом. На этой и отчасти на четвертой грядке некоторые виды растений (особенно горох, чина и круп­ ные злаки) показали ряд морфологических ненормальностей на разных стадиях развития, вроде альбинотической пятнистости листьев, ненормальной зазубренности края листовых пластиГрядки с малыми количествами излучателей мы будем называть •слабыми• * (слабые дозы излучения) и грядки с большим количеством излучателей сильными• (сильные дозы излучения).

нок, отклонений в общем габитусе растения, невыполненности бобов и колосьев.

Как уже упоминалось в главе о методике, в расцвет вегета­ ции во второй половине июля с каждой грядки были убраны 3 1 м 2, располагавшиеся по середине и близ пробные площадки по обоих концов грядок. При этой уборке с каждой пробной пло­ щадки извлекали все растения с корнями, разбирали по видам видов и 15-я группа, объединявшая сорняки и тимофеевку, ( 14 которую в этой стадии было трудно отличить от сорняков-зла­ ков), просчитывали и взвешивали. Во время конечной уборки на каждой грЯдке аккуратно и низко сжиналась вся надземная масса и взвешивалась без разделения по видам и ярусам в высу­ шенном виде. Ниже, в особых разделах, будут описаны резу ль­ таты по определению общей биомассы растений, их распределе­ ние по ярусам и определение концентраций радиоактивности в различных группах и органах растений.

Биомасса 3.1.

Визуальные наблюдения показали что на грядках, в которые было внесено небольтое количество излучателей, общая масса растений превышала таковую в контроле, а на грядках с боль­ шими количествами внесенных в них излучателей отставала от таковой в контроле. Во время уборок (как промежуточной, так и конечной) общая биомасса на единицу площади всех грядок точно определялась взвешиванием; во время же промежуточной уборки было просчитано и общее число растений на 3 м 2 каждой грядки.

В табл. 1 приведены общие результаты промежуточной убор­ ки по вариантам. Число растений на двух «слабых• грядках не­ сколько превышает число растений на контрольной; это связа­ но, по-видимому; с более дружными всходами (некоторым по­ вышением процента всхожести), наблюдаемыми нами и в больВлияние разных доз излучателей на число и сырой вес рас­ Та лица тений в 7 -8-недельиом возрасте с 3 пробных метровых площадок каждой грядки

–  –  –

Рис. 2. Отклонения от контроля числа растений в 7- В-недельном возрасте и их общего сырого веса с 3 пробных метровых площадок каждой грядки и об­ щего сухого веса всей биомассы грядок при конечной уборке в зависимости от содержания излучателей в почве.

растений, следовательно, вполне подтвердили результаты визу­ альных наблюдений, показавших, что малые количества излу­ чателей в почве увеличивают биомассу сообщества, а большие количества уменьшают ее по сравнению с контролем.

3.2. Качественный состав сообщества До сих пор мы рассматривали только общее число и вес расте­ ний на каждой грядке, не подразделяя их.на виды или иные группировки. Если проследить изменение веса у отдельных видов растений на разных грядках, то картина, естественно, по­ лучается несколько более пестрая; разобраться в ней помогает рассмотрение различий между грядками по отдельным ярусам сообщества.

На рис. 3 приведен вес всех 15 видов растений (тимофеевка, как уже упоминалось ранее, вошла в группу сорняков) в виде про­ центных отклонений от контроля на всех грядках. Из этого рисун­ ка видно, что горох, чина, чечевица, синий люпин, пшеница, яч­ мень, овес, просои лен дают, если не обращать внимания на ста­ тистически, по-видимому, нереальные ·флюктуации, закономер­ ное и ожидаемое повышение биомассы (стимуляцию) на грядках с небольшим количеством внесенных в почву излучателей, перехо­ дящее в более или менее заметное прогрессирующее уменьшение биомассы (угнетение) на грядках, в почву которых внесены были большие количества излучателей; то есть мы имеем здесь более или менее закономерное изменение биомассы в зависимости от дозы излучений, что можно было ожидать на основании результа­ тов как наших собственных, так и описанных в литературе радиоо

-20

-40 <

–  –  –

1, 5, 25, 50 и 100 mCu/m 2. 1 - пшеница; 2 - ячмень; 3 - овес; 4 - просо; 5 - лен; б горох; 7 - чина; 8 - чечевица; 9 - люпин синий; 10 - вика; 11 - люпин желтый; 12 - эс­ парцет; 13 - люцерна; 14 - клевер; 15 - сорняки.

биологических опытов с растениями. Вика во всех вариантах дала заметную стимуляцию биомассы; по-видимому, для ее угнетения самая высокая из наших доз оказывается еще недостаточной. Осо­ бенно интересно поведение желтого люпина, эспарцета, люцерны, клевера и частично сорняков, дающих два максимума биомассы на первой и последней грядках, то есть при самой слабой и самой сильной дозах излучения.

Эта разница между двумя группами растений, различающих­ ел своим поведением при повышении доз излучений, становится отчетливой и ясной, если (для устранения случайных флюктуа­ ций) усреднить приведеиные на рис. 3 процентные отклонения для соответствующих двух групп видов. Результат такого ус­ реднения приведем на рис. 4.

В табл. 3 приведем абсолютный вес (граммы) и относитель­ ный вес (проценты) от контроля для семи групп видов расте­ ний, близких друг другу в систематико-биологическом смысле.

На рис. 5 и 6 графически изображены процентные отклонения от контроля для этих же семи групп растений по числу (см. рис.

и по весу (см. рис. 6). При таком подразделении на группы 5) близких видов получаем общую картину, сходную с таковой от­ дельных видов (см. рис. здесь бросается в глаза ~двувер­ 3);

шинность~ реакции люцерны и клевера, скрытая у желтого лю­ пина и эспарцета тем, что они объединены с другими видами.

Причина этой ~двувершинности~ ясно вскрывается при рас­ смотрении числа растений сообщества и их биомассы по ярусам.

В табл. 4 тот же материал промежуточной уборки разбит по ярусам сообщества. Выше уже упоминалось, что по высоте и мощ­ ности все виды сообщества, естественно, разбиваются на три яруса. Первый, верхний ярус образуют горох, чина, пшеница, яч­ мень, овес и лен (нами был высеян лен-долгунец, достигающий в густом сообществе сравнительно очень большой длины); во вто­ рой ярус входят вика, чечевица, люпин синий и просо, а третий, нижний ярус, образуется желтым люпином, эспарцетом, люцер­ ной и клевером. Тимофеевка, как уже упоминалось, входит в группу сорняков, которые распределяются по третьему и второму ярусам, но нами при разбивке на ярусы не учитывались; в общей массе сообщества они составляют очень небольшую величину. Из этой таблицы видно, что число и вес растений первого яруса на грядках с большими количествами излучателей (25, 50 и 100 mCu/m 2 ) быстро падают, доходя при самой сильной ~дозе~ до 62 и соответственно до 67% от контроля. Число и вес растений второго яруса на ~сильных~ грядках падают медленнее, соответ­ ственно по числу до и по весу до %от контроля. Наконец, растения третьего яруса дают днувершинную кривую с особенно высоким пиком на последней самой ~сильной~ грядке (по числу 128 и по весу 213% от контроля). Ясно, что здесь мы имеем дело не с совершенно невероятнь1м стимулирующим действием сильРис. 4. Отклонения от контроля веса растений (на 5 грядках) с различным содержанием излучателей в почве.

Усредненные данные по группам видов растений. пшеница, ячмень, овес, просо, лен, 2 1горох, чина, чечевица, люrшн сшшй; люпин желтый, эспарrtет, люцерна, клевер.

11

–  –  –

(100) (100) (100) (100) (100) (100) (100) (100) (100) (100) (101) (143) (111) (172) (95) (225) (96) (138) (134) (240) ( 114) (151) (78) (96) (174) (86) (142) (100) (148) (134) (100) (100) (100) (100) (100) (100) (100) (100) (100) (100) (101) (60) (86) (94) (97) (92) (94) (98) (98) (158) (70) (74) (58) (45) (69) (76) (92) (136) (86) (134) (60) (66) (72) (79) (262) (56) (68) (98) (144) (129) +150 ~+100 0:

–  –  –

Та6лица 4. Число и вес 7-8-иедельных растений, разбитых по высоте на ярусы, с 3 пробиых метровых площадок 2 контрольных и 5 радиоактив­ грядок. В скобках - процент к контролю ных

–  –  –

ной дозы излучений, а с увеличением числа и мощности растений третьего яруса, связанным с освобождающимся для них (из-за резкого подавления растений второго и особенно первого ярусов) эдафическим пространством.

Для большей наглядности результа­ ты, приведеиные в табл. 4, изображены графически на рис. 7. На этом рисунке особенно ясно видно, как третий ярус с увеличением количества излучателей в почве разрастается, занимая освобож­ дающееся от первого яруса пространство. Этим легко объясняется уже ранее нами описанное (см. рис. и «ненормальное~ пове­ 3 4) дение желтого люпина, эспарцета, клевера, люцерны и частично сорняков. Эти виды и образуют третий, нижний, ярус сообщества.

Небезынтересно отметить, что промежуточный второй ярус и в от­ ношении реакции на повышающиеся дозы занимает промежуточ­ ное положение, давая значительно менее резкое падение числа и особенно веса растений с повышением количества излучателей в почве; это также несомненно связано со значительным освобожде­ нием (с повышением дозы) эдафического пространства наиболее быстро растущими и мощными растенцями первого яруса.

Зная общее число и вес растений на пробных площадках каждой грядки, а также число и вес растений, входящих в каж­ дый из 3 ярусов, можно для каждой грядки вычислить процент­ пае участие каждого из 3 ярусов в общей биомассе сообществ. В табл. 5 приведено процентпае участие каждого яруса в сообще­ стве по числу растений, а в табл. 6 то же самое по весу. При внимательном рассмотрении этих таблиц видно, что на СJiабых грядках несколько повышается удельный вес первого яруса, за­ метно падающий на сильных грядках. На второй из слабых гря­ док, давшей заметное повышение числа и веса растений первого Т а блиц а Число 7-8-иедельиых растений, разбитых по ярусам, с трех 5.

пр~биых площадок каждой грядки с указанием участия каждого яруса (%)в общем числе растений, припятом за 100 %

–  –  –

Т а б л и ц а 6. Вес 7-В-недельных растений, разбитых по ярусам, с 3 пробных метровых площадок каждой грядки с указанием участия каждого яруса (%) в общем весе растений, припятом за 100 %

–  –  –

Рис_ 8. Отклонения от контроля числа и веса растений по отдельным ярусам сообщества на 5 грядках.

яруса, резко снижено участие в общей биомассе сообщества вто~ рога и третьего ярусов; при дальнейшем же повышении ~дозы:~ на сильных грядках значительно повышается относительное участие второго и, особенно, третьего ярусов сообщества.

Особенно заметным этот сдвиг становится, если участие каж­ дого яруса в контрольном сообществе принять за 100 %, а соот­ ветствующие сдвиги в разных вариантах выразить в процент­ ных отклонениях от контроля_ Такой пересчет приведен в табл _ 7, а на рис. 8 эти же результаты изображены графически.

Таким образом, анализ видового состава сообщества по отдель-· ным вариантам показал, что различные виды количественно по­ разному реагируют на повышение содержания излучателей в почве (см. рис. при этом особенно ясно намечаются две груп­ 3);

пы видов: закономерно снижающих биомассу с повышением со­ держания излучателей на сильных грядках и дающих второй по­ ложительный пик на грядке с наиболее высоким содержанием из­ лучателей. То же самое получается и при разбивке всех участвую­ щих в сообществах··видов на 7 групп (по признаку систематичес­ кой близости, см. рис. и Не соответствующее норме поведе­ 5 6).

ние видов, дающих днувершинные кривые, становится понятным при анализе сообществ на разных грядках по ярусам; освобож­ дающееся вследствие значительного угнетения 1-го яруса эдафи­ ческое пространство дополнительно используется растениями 2-го и, особенно, 3-го ярусов. В связи с количественно различной реак­ цией разных видов и пространственно эдафическими отношения­ ми ярусов, на грядках с различным содержанием излучателей в почве заметно смещается процентное участие разных ярусов в общей биомассе сообщества.

Радиоактивность в почве и растениях 3.3.

Из биогеохимических соображений небезынтересно проанали­ зировать распределение излучателей в биомассе наземного сооб­ щества и количественные взаимоотношения между излучателя­ ми в почве и в растениях. С этой целью, ка~ уже упоминалось в главе о методике, у всех видов растений сообщества со всех гря­ док брались пробы надземной массы и корней для определения концентрации в них излучателей.

В табл. 8 приведены результаты определения радиоактивнос­ ти в надземной массе, корнях и, где было возможно, в семенах Т а блиц а 8. Концентрации радиоактивности (число частиц в 1 мни на некоторых видах семян для всех 14 видов культурных растений и группы

–  –  –

бобовых, многолетних бобовых и всех бобовых, а кроме того, приведело общее усреднение по всем видам растений. Исходя из прямой пропорциональности между содержанием излучате­ лей в почве и растениях, в таблице дано усреднение концентра­ ции радиоактивности в надземной массе и корнях у всех видов и групп растений для содержания излучателей в почве, равного 18 mCu на 1 м 2 поверхности. Допустимость такого усреднения легко проверить, построив идеальную кривую активностей рас­ тений (или, например, их надземной массы), исходя из средней активности на единицу количества излучателей в почве и срав­ нив ее с соответствующей эмпирической кривой. Такое сравне­ ние произведено на рис. 9; из этого рисунка видно, что получа­ ется в общемнеплохое соответствие, но при малых количествах

–  –  –

Рис. 10. Отклонения концентраций радиоактивности в корнях (К) и надзем­ ной массе (Н), а также их отношение (О) у 4 групп растений от соответству­ ющих средних величин у всех видов растений (см. табл. 9).

Группы растений: 1 - злаки (пшенина, овес, просо); 2 - однолетние бобовые (горох, чина, вика, чечевица, люпин синий и желтый); 3 - многолетние бобовые (эспарцет, люцерна, кле­ вер); 4 - лен.

излучателей в почве эмпирические концентрации излучателей в растениях несколько превышают соответствующие точки теоре­ тической кривой, а при больших количествах несколько от­ стают от них.

В табл. 9 приведены концентрации активности в корнях и в надземной массе и их отношение как для всех видов растений в среднем, так и для 4 отдельных систематических групп. На рис. 10 графически изображено процентное отклонение этих величин у 4 различных систематических групп растений от со­ ответствующей средней для всех видов. Из табл. 9 и особенно из рис. 10 ясно видно, что разные систематические группы рас­ тений отличаются как по общему количеству содержащейся в них активности (заметно более высокому у бобовых и низкому у злаков и у льна), так и по распределению внутри растений (у льна и у однолетних бобовых ко~центрация активности в корнях относительно значительно выше, чем у злаков и, осо­ бенно, многолетних бобовых).

Наконец, небезынтересно сравнить концентрации активности в растениях с соответствующими исходными концентрациями ее в почвах. Ввиду крайне незначительного распространения акТаблица 9. Концентрация радиоактивности ( чнсло частиц в 1 мин на 1 г сухого веса в пересчете на грядку в 18 mCu/m 2 ) корней и надземной массы в среднем для всех растений из 4 различных групп. Группы расте­ ний: злаки (пшеница, ячмень, овес, просо), однолетние бобовые (горох1 чина, вика, чечевица, люпин синий, люпин желтый), многолетние бобовые \Эспар­ цет, люцерна, клевер) и лен.

–  –  –

ных концентраций активности в почве, то есть наземные расте­ ния дают коэффициенты накопления меньше единицы. Объяс­ няется это, по-видимому, неравномерным микрораспределением активности в почве благодаря песовершеиному перемешиванию верхнего слоя горизонта А; далее тем, что, как известно, боль­ шинство элементов очень прочно сорбируются почвенными час­ тицами; кроме того, у многих растений корневая система про­ растает глубже нижней границы ~активного~ слоя. Таким обра­ зом, определения концентрации излучателей в растениях изу­ чавшихся сообществ в полном согласии с теоретическим ожида­ нием дали для различных видов и систематических групп видов заметные различия как в общем уровне, так и в распределении излучателей по основным органам растений. Следует отметить наблюдавшуюся нами в целом ряде других опытов чрезвычайно низкую концентрацию излучателей в семенах растений. Кон­ центрация излучателей в растениях оказалась несколько ниже средней концентрации их в верхнем слое почвы.

Изучение сообществ, выросших из смеси семян 15 различ­ ных видов культурных растений, высеянных в одинаковых ко­ личествах на одинаковые грядки с одинаковой почвой, но со­ державших различные количества излучателей в верхнем слое горизонта А, дало следующие основные результаты. Общая биомасса сообщества при малых количествах излучателей в почве ( 1 и 5 mCu/m 2 ) заметно превышала контроль, а при больших количествах излучателей прогрессивно уменьшалась, все более отставая от контроля. Разные виды растений реагиро­ вали по-разному, причем особенно выделялась группа из четы­ рех видов, давшая повышение числа и веса растений не только на грядке с наименьшим количеством внесенных в почву излу­ чателей, но и на таковой с наибольшим количеством излучате­ лей. Анализ сообществ по ярусам показал, что внесение излуча­ телей в почву вызывает заметные сдвиги в структуре сообщест­ ва; сильное угнетение наиболее растущих и мощных растений первого яруса (на грядках с большим количеством внесенных в почву излучателей) освобождает эдафическое пространство для вообще угнетенных в этих перенаселенных сообществах расте­ ний третьего яруса, к которому и относится вышеупомянутая группа видов, дающих неожиданную ~стимуляцию~ на этих грядках. Общая концентрация и распределение излучателей в разных группах растений оказались, как и следовало ожидать, различными.

БАКТЕРИАЛЬНАЯ ФЛОРА ПОЧВЫ

4.

В основе всех жизненных процессов в почве лежит сложное и многообразное сообщество микроорганизмов, в котором боль­ шое число видов динамически связано между собой. Любые из­ менения в условиях жизни почвы вызывают соответствующие изменения в сообществе почвенных бактерий. Результатов ис­ следований по изучению действия излучений на сообщества по­ чвенных бактерий мы не встречали в литературе, хотя такие ис­ следования имеют, конечно, большой как теоретический, так и практический интерес.

По изучению влияния излучателей на почвенное сообщество бактерий нами было проведено две больших серии опытов, ко­ торые по своей постановке, а следовательно, и по своим резуль­ татам имели некоторые принципиальные отличия.

Для одной из этих серий опытов использовали, как уже ука­ зывалось выше, почвы грядок, в которые были внесены радио­ активные растворы для изучения их влияния на растительные сообщества. Почвы этой серии опытов были малорадиоактивны­ ми, если принять во внимание высокую резистентность к излу­ чателям микроорганизмов. Условия же жизни бактериальной флоры таких почв были чрезвычайно близки к условиям жизни естественных почвенных сообществ микроорганизмов. Первые предварительные опыты этой серии были проведены в течение весны и лета 1951 г. с почвами, в которые было внесено на каж­ дый м2 и растворов излучателей. На следую­ 1 4, 12,5 50 mCu щий год опыты этой серии были возобновлены, с этой целью ис­ следовались почвы грядок с несколько иными количествами из­ лучателей: 1, 5, 25, 50 и 100 mCu/m 2 почвы.

Вторая серия подобных опытов была проведенас почвами, в которые вносили значительно большие количества радиоактив­ ных растворов: 0,25-128 mCu/kg воздушно-сухой почвы. В отличие от опытов прошлой серии, радиоактивные растворы вносились не в открытый грунт, а в сравнительно небольшие ко­ личества почвы кг), помещенные в глиняные сосуды, не засе­ (2 янные растениями. Такие сосуды содержали в темноте при ком­ натной температуре и в течение 1О мес время от времени из них брали пробы почвы для определения количества бактерий. Для поддержания более или менее постоянной влажности почвы еженедельно увлажняли определенным количеством воды. Не­ большой объем почвы в сосудах позволил, путем тщательного перемешивания почвы с раствором излучателей, добиться гораз­ до более равномерного распределения излучателей, чем при внесении растворов излучателей в открытый грунт. Однако ус­ ловия жизни бактериальных сообществ в небольтих замкнутых сосудах были в данном случае гораздо более далекими от есте­ ственных, и это соответствующим образом сказалось на резу ль­ татах опытов.

Ниже мы отдельно рассмотрим влияние растворов излучате­ лей на общую массу почвенных бактерий и на их качественный состав.

Биомасса 4.1.

Опыты, проведеиные на слаборадиоактивных грядках, показа­ ли, что небольшие количества излучателей, внесенные в почвы, могут, по крайней мере временно, значительно увеличивать ко­ личество бактерий, а следовательно, и общую массу почвенной микрофлоры.

В табл. 11 приведены результаты опытов 1952 г., которые показывают, что во всех почвах с радиоактивностью 1 mCu/m 2 почвы общее количество бактерий лишь в первый месяц после внесения излучателей оказывается несколько сни­ женным по сравнению с контрольной почвой. В дальнейшем оно резко возрастает и в течение 4 мес, т.е. всего сезона, превы­ шает контроль. Количество бактерий в почве определялось ме­ тодом посева на мясопептонные агаровые пластинки.

–  –  –

Для того чтобы иметь представление об изменении не только числа бактерий, но и бактериальной массы по весу в почвах с различными количествами внесенного излучателя, был прове­ ден следующий опыт. Через 2 м ее после внесения в почву рас­ твора излучателей бактериальный налет, образовавшийся от по­ сева почвенной взвеси на агар (после подсчета числа колоний), тщательно смывалея во всех повторностях определенным объ­ емом воды и учитьшалея сухой вес полученной бактериальной массы (путем центрифугирования с последующим высушивани­ ем и взвешиванием осадка). Затем из полученных данных был сделан расчет веса сухой бактериальной массы, вырастающей при посеве на агар 1 г сухой почвы. Результаты опыта приведе­ мы в табл. 12. Они показывают, таким образом, какое количест­ во сухой бактериальной массы может быть выделено на мясо­ пептонной агаровой среде через сутки культивирования из 1 г сухой почвы. Эти данные показывают, что под влиянием не­ больших количеств излучателей, внесенных в почву, может зна­ чительно увеличиться общий вес бактериальной флоры. Резу ль­ таты, приведеиные в табл. 11 и 12, графически изображены на в почвах с различными количествами раствора излучателей

–  –  –

Рис. 11. Отклонения от контроля веса бактериальной массы (А) и общего ко­ личества бактериальных клеток (Б) в почвах с различным содержанием рас­ твора излучателей.

По оси абсцисс время после внесения излучателей в почвы и концентрация излучателей в почве.

–  –  –

зах со временем прогрессивно увеличивается, особенно при вне­ сении в почву раствора излучателей в количестве 128 mCu/kg.

Опыты, проведеиные с такими большими количествами радио­ активности в почве, еще раз указывают на чрезвычайно высо­ кую устойчивость микроорганизмов к действию излучений. Да­ же при такой большой радиоактивности почвы, как 128 mCu/kg, через 1О мес после внесения в почву раствора излучателей при посеве выделяются отдельные колонии, обладающие вполне нормальным ростом.

сухой почвы) в почвах с раuичным количеством иuучателей

–  –  –

Рис. 12. Отклонения от контроля общего количества бактерий в почвах с раз­ личным содержанием излучателей.

По оси абсцисс время после внесения раствора излучателей в почву (мес) и количество из­ лучателей на кг воздушно-сухой почвы.

–  –  –

своей постановке. В связи с этим соответствующие различия были получены и в результатах этих двух серий опытов. Эта разница в полученных результатах особенно хорошо видна из рис. 13, в верхней части которого графически изображены ре­ зультаты, полученные на почвах открытого грунта, а в нижней части - на почвах в замкнутых небольтих сосудах. На рисун­ ке приводятся данные по изучению количества бактерий во вре­ мени в контрольных почвах, в почвах со ~стимулирующими~ количествами излучателей и в почвах с самыми большими из взятых в опытах количествами излучателей. Из рисунка видно, что в опытах с почвами на открытых грядках количество клеток в контроле колеблется во времени в определенных пределах, а ~стимулирующая~ доза излучателей значи­

- 5 mCu/m 2 тельно увеличивает исходное количество бактерий в почве. В почвах, находящихся в замкнутых сосудах, как в опытных, так и в контрольных, абсолютное количество бактерий со временем падает, и ~стимулирующая~ доза раствора излучателей не уве­ личивает исходное количество бактерий в почве, а лишь (по-ви­ димому, временно) уменьшает скорость падения количества клеток в почве по сравнению с контролем. Высокие концентра­ ции излучателей очень сильно ускоряют это па­ ( 128 mCu/kg) дение количества клеток в почве.

–  –  –

Рис. Изменение во времени общего количества бактерий в почвах с раз­ 13.

личным содержанием раствора излучателей в открытых грядках (вверху) и в замкнутых сосудах (внизу).

Кривые вверху: 1 - контроль; 2 - 5 mCu/m 2; 3 - 100 mCu/m 2. Кривые внизу: 1 - кон­ троль; 2 - 0,25 mCu/kg; 3 - 128 mCu/kg.

Действие излучателей на качественный состав 4.2.

бактериальной флоры Еще в предварительных опытах 1951 г. было показано, что раз­ личные почвенные бактерии далеко не одинаково реагируют на воздействие излучателей. Так, предварительными опытами с по­ чвами, в которые было внесено 4, 12,5 и 50 mCu раствора излу­ чателей на 1 м 2, было показано, что если общее количество бак­ терий в почве (определенное методом прямого счета) сильно увеличивается под влиянием 4 mCu/m 2, слабо увеличивается в почве с радиоактивностью 12,5 mCu/m 2 и угнетено в почве с радиоактивностью в 50 mCu/m 2 (через 5 мес после внесения в почву излучателей), то азотафиксаторы слабо стимулируются всеми взятыми дозами излучателей, а бактерии, растущие на мясопептонной среде, угнетаются этими же дозами (табл. 14 и рис. 14). Уже эти опыты говорят о возможных значительных изменениях в сообществе почвенных бактерий под влиянием из­ лучателей.

Т а 6 л и ц а 14. Изменение количества бактерий (в миллионах на г су­ хой почвы) в почвах через 5 мес после внесения излучателей

–  –  –

Опыты, проведеиные в г. на большем материале, также говорят о разной чувствительности различных групп почвенных бактерий, в частности споровых и неспоровых; к действию излу­ чателей. Результаты опытов, приведеиные в табл. 15 и на рис. 15, показывают, что наиболее чувствительными в действию излучате­ лей являются неспоравые и споровые бактерии, выдерживающие прогревание в течение 30 мин при 80 °С. Споровые формы, выдер­ живающие прогревание в течение 10 мин при 80 ос, наиболее ре­ зистентны из указанных групп и не угнетаются ни одной из взя­ тых в этих опытах концентраций излучателей в почве.

.....

+100 +80

–  –  –

В табл. и на рис. приводятся суммарные по всем вре­ менньiм точкам данные для различных групп почвенных бакте­ рий, показывающие их разную чувствительность к излучателям.

Резу ль таты опытов показывают, что анаэробные бактерии значительно чувствительнее к действию излучателей, чем аэро­ бные: количество анаэробов в почве чрезвычайно резко падает с увеличением концентрации излучателей.

Неспороные формы более чувствительны к действию излучате­ лей, чем споровые формы; количество неспороных форм с увели­ чением количества излучателей в почве вначале более резко пада­ ет по сравнению с контролем, чем количество споровых форм. Тот парадоксальный, на первый взгляд, факт, что в почвах с больши­ ми концентрациями радиоактивности и соотно­ (64 128 mCu/kg) шение споровых и неспороных форм, связан, на наш взгляд, со следующим.

Споровые формы бактерий отделялись от неспороных в наших опытах, как это обычно и делается, путем прогревания перед посевом почвенной взвеси в течение 1О мин при 80 °С и последующего высева на питательные среды. Более термоустой­ чивые споровые бактерии выдерживают прогревание перед по­ севом в течение 30 мин при 80 ос. Результаты опытов показыва­ ют, однако, что устойчивость споровых бактерий к высокой тем­ пературе резко уменьшается при воздействии излучателей, и ко­ личество бактерий, выдерживающих прогревание в течение 30 мин при 80 ос, резко падает с увеличением радиоактивности почвы. Весьма вероятно поэтому, что при больших концентра­ циях излучателей в почве устойчивость к высокой температуре у споровых бактерий настолько уменьшается, что они не выдер­ живают прогревание и в течение 1о мин при 80°С и в этом отно­ шении ведут себя как неспоравые формы. Об этом свидетельст­ вуют и резу ль таты микроскопирования колоний, выросших при посеве из почвы с большой радиоактивностью ( 128 mCu/kg) без предварительного прогревания. Оказалось, что единичные колонии, вырастающие в этом случае на питательных средах без предварительного прогревания взвеси, состоят в основном из споровых клеток, хотя многие из этих клеток после прогре­ вания в течение 1о мин при 80°С ведут себя как неспоравые. в литературе также имеются указания об уменьшении резистент­ ности микроорганизмов к высоким температурам под влиянием ионизирующих излучений [70-72].

Полученные в опытах результаты можно суммировать следую­ щим образом. Определенные слабые концентрации растворов из­ лучателей, внесенные в почвы ( 1 и 5 mCu/m 2 или 0,25 mCu/kg), могут ~стимулировать~ развитие почвенной микрофлоры, то есть увеличивать по сравнению с контролем число бактерий на грамм почвы и вес бактериальной массы.

Более высокие количества излучателей, внесенных на 1 м2 почвы - 25, 50 и 100 mCu, существенно не изменяют количест­ ва почвенных бактерий, так же как и внесение радиоактивности в 1 и 4 mCu/kg почвы. Еще более высокие концентрации излу­ чателей ( 16, 64 и 128 mCu/kg) вызывают прогрессирующее во времени угнетение количества почвенных бактерий. Все взятые 100 % развитие количества излучателей не угнетают на почвен­ ных бактерий, и в течение 10 мес после внесения раствора излу­ чателей в почву даже из почв с очень высокой радиоактивнос­ тью вырастают отдельные колонии бактерий, ( 128 mCu/kg) дающие на вид нормальный рост. Различные группы почвенных бактерий не одинаково чувствительны к действию излучателей.

Неспоравые бактерии более чувствительны к действию излуче­ ний, чем споровые; анаэробы более чувствительны, чем аэробы.

В связи с этим, по всей вероятности, в почвах с внесенной радиоактивностью происходят изменения в бактериальных со­ обществах, сдвиги в ведущих формах. Ре~истентность почвен­ ных бактерий к высоким температурам резко уменьшается с увеличением концентрации излучателей в почве.

5. ПРЕСНОВОДНЫЙ ПЕРИФИТОН

В опытах, описанных в двух предыдущих главах, смесь из не­ скольких излучателей вносилась в почву и нееледовались на­ земные сообщества культурных растений, а также бактериаль­ ная флора самой почвы. В описываемых ниже опытах такая же смесь излучателей вносилась в сосуды с водой, в которых затем, в течение нескольких месяцев, происходило развитие пе­ рифитона (обрастание подводных поверхностей). По окончании опыта производили количественный учет общей массы перифи­ тона, а в одном из опытов повторно определяли и качественный его состав. В течение опытов повторно брали пробы воды для определения в них концентрации излучателей; по окончании же каждого опыта определяли активность как воды, так и сухой массы перифитона. В дальнейшем раздельно будут описаны из­ менения массы перифитона в разных вариантах опытов, измене­ ние его качественного состава в одном из опытов и концентра­ ция излучателей организмами перифитона.

Биомасса 5.1.

Определение биомассы перифитона производилось в двух опы­ тах.

Первый опыт был поставлен в одинаковых стеклянных сосудах; в каждом - по 3 л воды (2,5 л водопроводной и 0,5 л свежей озерной воды); все сосуды были одновременно постав­ лены на один и тот же стеллаж в оранжерее, находясь, таким образом, в совершенно одинаковых условиях освещения, темпе­ ратуры и влажности. Десять сосудов служили контролем, во второй десяток сосудов была прибавлена смесь излучателей (со­ става, указанного в главе о методике), в концентрации по Р-из­ лучению 3 а в третий десяток такая же смесь,в концент­ !J.Cu/1, рации 600 Во всех сосудах вода по мере испарения до­ !J.Cu/1.

ливалась до исходного уровня.

Опыт продолжался около 2,5 мес, с середины февраля до конца апреля. За время опыта несколько раз брали пробы воды для определения активности, о чем будет сказано выше. В конце опыта развившийся на дне и стенках сосу до в перифитон тщательно соскребался, вода каждой банки профильтровыва­ лась и определялся сырой вес, сухой вес и вес золы осадка (в котором, кроме перифитона, было некоторое количество нано­ планктона и планктона, количественно составлявшего, однако,

–  –  –

личных групп водорослей (диатомеи, перидинем или эвглено­ вые). По каждому варианту было по 10 повторностей, которые, конечно, несколько отличались друг от друга; так как различия между повторностями были невелики по сравнению с таковыми между вариантами, то здесь так же, как и в следующем опыте, приводится лишь общая сумма биомассы по вариантам без под­ разделения на отдельные повторности.

Второй опыт был поставлен в 40 таких же сосудах и в тех же условиях. Он состоял из 4 вариантов: контроль, 50, 100 и 200 J.LCu/1. Опыт этот продолжался около пяти месяцев, с сере­ дины января до середины июня. В течение опыта повторно бра­ лись пробы воды для определения в них радиоактивности (о чем будет сказано ниже). По окончании, так же как и в первом опыте, была определена биомасса в каждом сосуде. Кроме того, в этом опыте три раза брали пробы для определения качествен­ ного состава перифитона, который будет описан ниже. Данные по биомассе четырех вариантов этого опыта приведены в табл.

19. Так же как и в первом опыте, общая биомасса перифитона в присутствии излучателей заj\fетно превышала контроль, составТ а б л и ц а 19. Второй опыт с пернфитоном. Сырой, сухой вес и вес золы общей биомассы перифитона в сумме из 10 повторностей по каждому варианту. В скобках - процент от контроля

–  –  –

Рис. 17. Влияние различных концентраций излучателей на вес биомассы пе­ рифитона в 3 вариантах 1-ro и 4 вариантах 2-ro опыта.

800 -,....

~

–  –  –

Рис. Отклонения от контроля общей биомассы перифитона.

18.

ляя около 200 % (50 J.~.Cu/1), около 300 % ( 100 J.~.Cu/1) и около 170 % (200 J.~.Cu/1) от контроля. Сухой вес и вес золы в этом опыте дают большой размах изменчивости, что, по-видимому, связано с заметными различиями в составе ведущих форм перн­ фитона в различных вариантах к концу опыта, о чем будет ска­ зано ниже.

Полученные результаты (биомасса перифитона) изображен:ьi графически на рис. 17 и 18. На рис. 17 биомасса перифитона во всех вариантах обоих опытов изображена в виде колонок, пло­ щади которых пропорциональны весу перифитона в граммах;

на рис. 18 изображены процентные отклонения биомассы перн­ фитона в ~активных• вариантах обоих опытов от соответствующих контролей..

Таким образом, присутствие в воде излучателей в концентра­ циях от нескольких единиц до нескольких сот J.~.Cu/1 заметно стимулирует развитие перифитона. Это выражается в том, что через несколько месяцев перифитон в сосудах с водой, содержа­ щей излучатели, по биомассе в несколько раз превышает кон­ троль.

Качественный состав сообщества перифитона 5.2.

Во 2-м опыте, как упоминалось выше, определяли качествен­ ный состав перифитона.

Определение форм во всех сосудах производили трижды примерно через 2 мес, через 3 мес после начала опыта и в конце опыта. При просмотре проб производи­ ли разбивку на 5 групп в зависимости от встречаемости (очень много, много, порядочно, мало и единично). Всего было найде­ но около различных форм, преимущественно водорослей (около видов); большинство определений производили лишь до рода. В массовых количествах в разных вариантах и в раз­ личное время встречалось лишь 10 форм: Co1pidium и Vorticella из инфузорий, Cosmarium и Staurastrum из зеленых водорослей и Asterionella, Tabellaria, Synedra, Fragilaria, Navicu1a и Melosira из диатомовых; все остальные формы встречались лишь в малых количествах или единично. Перечень всех обнаружен­ ных в перифитоме форм приведен в табл. 20.

Общий набор форм несколько варьировал по числу и составу в различных сосудах и в разное время. Но эта изменчивость ка­ салась лишь форм, встречающихся в малых количествах или единично. Формы же, встречающиеся в массовых количествах, распределялись во времени и по вариантам весьма определенно и закономерно. В начале опыта (просмотр в марте) во всех ва­ риантах ведущими формами были Asterionella, Tabellaria и не­ сколько в меньших количествах Vorticella и Co1pidium.

Во время второго просмотра в апреле эта картина не изменилась:

лишь в самой высокой концентрации излучателей к ведущим Т а 6 л и ц а 20. Раз.11ичные пресноводные формы, обнаруженные в перн­ фитоне 2-ro опыта

–  –  –

Asterionella, Tabellaria, Synedra, Fragilaria, Navicu- Массово !а, Melosira, Cosmarium, Staurastrum, Vorticella, Со!pidium Diatoma, Cymatopleura, Cymbella, Anxistrodesmus, В малых количествах Scenedesmus, Pediastrum, Ulotrix, Micrasterias, Mou- и единично geotia, Volvox, Spirogyra, Ocdogonium, Microcystis, Oscillatoria, Aphnocapsa, Anabaena, Euglena, Dinobryon, Peridinium, Monos, Anurea, Cyclos, Bosmina, Chydorus, Ostracoda

–  –  –

Рис. Смена ведущих форм в биоценозах перифитона.

19.

Определение производилось трижды: в марте, апреле и июне, т.е. при6лизительно через 2мес после начала опытов. Встречаемость ведущих форм выражена столбиками разной вы­ соты.

формам присоединилась Synedra за счет некоторого сокращения числа Tabellaria, зато к концу опыта при просмотре в июне про­ изошла заметная смена ведущих форм, причем наметились су­ щественные различия между контролем, двумя первыми кон­ центрациями и наиболее высокой концентрацией излучателей.

В контроле ведущими формами остались Vorticella и, особенно, но к ним присоединились Synedra и Fragilaria; наи­ Asterionella, более массовой являлись Asterionella. В вариантах с концентра­ циями 50 и 100 f.LCu/1 произошла полная смена ведущих форм;

наиболее массовыми стали Cosmarium и Staurastrum, а затем Fragilaria и Synedra. Наконец, в варианте с концентрацией 200 f.LCu/1 среди ведущих форм наиболее массовыми оказались Synedra, Cosmarium и Navicu1a, к которым в несколько мень­ ших количествах присоединились Me1osira и Tabellaria. Таким образом, к концу опыта биоценоз перифитона перестроился в трех разных направлениях, меньше всего изменившись в кон­ троле и дав значительные, но качественно различные сдвиги, с одной стороны, в концентрациях излучателей в и 50 100 f.LCu/1 (между которыми существенных различий не наблюдалось), и, с другой стороны, в концентрации 200 f.LCu/1. Характеристика биоценозов перифитона в контроле, 2 более слабых и наиболее L u сильнон концентрации излучателем, а также их сдвиги по времени наглядно изображены на рис. 19.

Встречаемость ведущих форм количественно разбита на 3 класса, изображенные черными колонками разной высоты. На рисунке совершенно ясно видны 3 упомянутых выше типа пере­ стройки биоценоза перифитона во времени.

Таким образом, результаты опыта показали, что в присутст­ вии разных концентраций излучателей происходит не только количественное, но и качественное изменение биоценозов пери­ фитона, выражающиеся, главным образом, в наступающей со временем смене ведущих массовых форм, от личной от таковой в контроле.

Коэффициенты накопления 5.3.

Выше уже упоминалось, что в обоих опытах для определения активности повторно брались пробы воды, а при окончании опытов аликватные пробы биомассы перифитона.

В табл. 21 приведены 3 измерения (приблизительно в нача­ ле, середине и конце опыта) воды из двух вариантов первого опыта; пробы брали из всех повторностей, давших неболь­ шие отличия друг от друга и потому усредненных в приводимой здесь таблице. Как и следовало ожидать, с развитием перифито­ на радиоактивность воды заметно падает; за 2,5 мес опыта она сократилась приблизительно в 4-5 раз. В табл. 22 приведены 9 измерений радиоактивности воды из трех вариантов второго Т а 6 л и ц а 21. Изменение концентрации радиоактивности в воде из двух вариантов первоrо опыта в трех разновременно взятых пробах. Для каж­ 1О дой точки приведено усреднение на повторностей

–  –  –

Т а 6 л и ц а 22. Изменение концентрации радиоактивности в воде по трем варнантам второrо опыта во времени. Для каждой точки приведено усред­ нение из 1 О повторностей

–  –  –

опыта. В этом более длительном опыте концентрация активнос­ ти в воде упала еще больше, сократившись примерно в 20 раз.

Графически кривые падения концентрации излучателей в воде изображены на рис. 20.

Помимо воды, концентрация излучателей определялась и в биомассе перифитона. В табл. 23 для всех концентраций излу­ чателей из пяти вариантов обоих опытов (исходные концентра­ ции в воде и приведенаконечная ак­ 3, 50, 100, 200 600 J.J.Cu/1) тивность воды и перифитона; соответствующие концентрации для воды выражены в тысячах частиц в 1 мин на 1 см 3, а для пе­ рифитона в миллионах частиц в минуту на 1 г сухого вещества.

Из табл. 23 видно, что конечные концентрации в воде и в пе­ рифитоне примерно пропорциональны исходным концентраци­ ям соответствующих вариантов опытов. Кроме того, ясно видно, что концентрации излучателей в перифитоме на 3- 4 по­ рядка выше, чем в воде. Последнее становится особенно ясным из приведеиных в последней вертикальной графе таблицы ~ко­ эффициентов накопления• (коэффициентом накопления мы на­ зываем отношение концентраций активности в определенном компоненте водоема и в воде). Из таблицы видно, что эти коэф­ фициенты накопления для перифитона варьируют в пределах 6300-16000, не обнаруживая каких-либо закономерных зави­ симостей от исходной концентрации активности в воде. В пер­ вом опыте (3 и 600 J.J.Cu/1) они выше (16000 и 13000), чем во 2-м (7700, 6300 и 11000); возможно, что это объясняется значи­ тельно меньшей общей биомассой перифитона в более кратко­ срочном первом опыте. Хотя вода во втором опыте дезактивиро­ валась и в большей степени, но масса перифитона разрослась относительно еще сильнее, чем, по-видимому, и объясняются несколько более низкие коэффициенты накопления активности перифитона во втором опыте.

Таким образом, производившиеся в обоих опытах определе­ ния концентраций активности в воде и перифитоме показали, что вода в течение опыта по мере роста перифитона все в боль­ шей мере дезактивируется, так что к концу опыта концентрация излучателей в перифитоне оказывается в тысячи раз выше, чем в воде.

Главнейшие результаты вышеизложенных опытов с перифи­ тоном могут быть сформулированы следующим образом. Добав­ ление в воду излучателей в слабых концентрациях (3заметно стимулирует рост перифитона; в сосудах, 600 f!Cu/1) содержащих излучатели в воде, общая биомасса перифитона через несколько месяцев после начала опыта в несколько раз превышает контрольную.

При этом с течением времени в биоценозах перифитона на­ ступают перегруппировки, выражающиеся в том, что массовы­ ми ведущими формами становятся другие по сравнению с кон­ тролем. Перифитон весьма заметно концентрирует находящиеся в ничтожных количествах в воде излучатели, так что с течением времени концентрация активности в воде заметно падает и до­ стигает очень большой величины в биомассе перифитона, что выражается в чрезвычайно высоких коэффициентах накопле­ ния, которые для перифитона могут превышать 10 000.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

6.

Основные резу ль таты всех описанных выше опытов с сообщест­ вом культурных растений, почвенных бактерий и перифитона сводятся к следующему.

–  –  –

шихся в одних и тех же микроклиматических условиях; 2 из этих грядок служили контролем, в верхний же слой почвы (приблизительно см) остальных пяти грядок былИ внесены разные количества одной и той же смеси радиоактивных изото­ пов (в основном стронций, рутений, цезий и церий·). Излучате­ ли были внесены в 1-ю грядку из расчета 1 mCu/m 2, во 2-ю в 3-ю - 25, в 4-ю - 50 и в 5-ю - 100 mCu/m 2 поверхности;

в более или менее тщательно перемешанном верхнем слое почвы это составляло концентрации приблизительно в 4, 20, 100, 200 и 400 flCu/kg.

На грядках были высеяны одинаковые, но сильно избыточ­ ные количества тщательно перемешавной смеси семян 15 раз­ личных видов культурных растений. Над этими сообществами * В настоящей работе не является особенно существенным вопрос о том, влия­ ли ли внесенные в почву и воду излучатели как излучатели или как элемен­ ты; однако как на растениях, так и на перифитоне нами проводились специ­ альные контрольные опыты с соответствующими концентрациями балластов и неактивных элементов, давшие определенно отрицательные результаты (отсутствие отклонений от контроля).

вели визуальные наблюдения, была произведена частичная про­ межуточная уборка с подсчетом и взвешиванием всех видов рас­ тений и общая конечная уборка. Полученные результаты пока­ зали, что на 2 грядках с малым количеством излучателей в почве общая биомасса сообщества по числу и особенно по весу растений дала заметную стимуляцию, превысив контроль по числу растений приблизительно на 5 %, а по их весу примерно на 50 %; на остальных грядках, содержащих большие количест­ ва излучателей, наблюдалось прогрессирующее угнетение сооб­ щества, выразившееся в попижении числа и веса растений по сравнению с контролем. Детальное рассмотрение сообщества по отдельным видам и группам растений показало, что разные виды и группы в различной степени реагируют на внесение в почву излучателей, несколько видов дали совершенно неожи­ данную ~стимуляцию• при наиболее высоких концентрациях излучателей. Это последнее явление нашло свое объяснение при рассмотрении сообществ по трем ярусам; при заметном угнете­ нии первого яруса, в связи с освобождением эдафического про­ странства, разрастается третий ярус, которые и образован вида­ ми, давшими неожиданную стимуляцию при явно угнетающих все прочие виды наиболее высоких концентрациях излучателей.

Благодаря различной степени реакции (как в сторону стимуля­ ции, так и в сторону угнетения) разных видов растений на со­ держание в почве излучателей и благодаря сложным простран­ ственпо эдафическим взаимоотношениям различных членов со­ общества между собой, на грядках, содержащих различные ко­ личества излучателей, происходили не только количественно, но и качественно различные изменения сообщества по сравне­ нию с контролем. На тех же грядках были изучены сообщества почвенных бактерий. Общая биомасса бактерий дала во всех по­ чвах, содержавших разные количества излучателей, более или менее заметную стимуляцию по сравнению с контролем; отсут­ ствие угнетения бактериальной флоры почвы даже на грядках с наибольшим количеством излучателей объясняется значительно большей резистентностью микроорганизмов по сравнению с высшими растениями и особенно животными.

Дополнительные опыты в сосудах с почвой, содержащей раз­ личные более высокие концентрации излучателей, показали, что действительно бактериальная флора почвы дает заметное угнетение и отставание по биомассе от контроля лишь при много более высоких концентрациях излучателей. Опыты по выделению различных групп бактерий (неспоровые, споровые, азотфиксаторы, аэробы и анаэробы) показали, что в присутст­ вии излучателей, так же, как и в сообществах высших растений, происходят не только количественные, но и качественные изме­ нения в составе сообществ почвенных бактерий. Та же смесь из­ лучателей, которая вносилась в почву, прибавлялась в разных концентрациях на 1 л) в сосуды с водой, в кото­ (3- 600 J.I.Cu/1 рых затем наблюдалось образование перифитона. Пределы кон­ центраций излучателей в воде при этом приблизительно соот­ ветствовали таковым в почве наших опытных грядок ( соответст­ венно 3-600 и 4-400 J.1Cu/kg). При всех изученных концент­ рациях излучателей общая биомасса перифитона за несколько месяцев опыта в 2-8 раз превысила таковую контроля. Повтор­ ный просмотр различных форм (в основном водорослей), со­ ставлявших перифитон, показал, что и здесь, наряду с количе­ ственными, происходят качественные изменения сообществ; это выражается в иной, по сравнению с контролем, смене ведущих массовых форм. В этих опытах, кроме того, были установлены чрезвычайно высокие коэффициенты накопления радиоактив­ ности биомассой перифитона (то есть отношения концентраций активности в перифитоне и в воде); они в разных опытах коле­ бались приблизительно от до 6500 16 000.

В наши предварительные опыты мы сознательно включили три весьма различных сообщества: наземный фитоценоз, бакте­ риальную флору, почвы и пресноводный перифитон. Во всех этих трех сообществах наблюдались, несмотря на их г лубакие различия, в принципе сходные реакции на экспериментальное изменение одного из факторов среды (внесение радиоактивных изотопов в почву или воду). Поэтому (хотя, как уже указыва­ лось во введении, все вышеописанные опыты нужно пока рас­ сматривать как ориентировочные и предварительные) из полу­ ченных результатов могут быть уже сделан~I некоторые общие выводы.

Первый общий вывод заключается в том, что на присутствие в почве или в воде небольтих количеств излучателей все сооб­ щества реагируют более или менее заметным повышением общей биомассы. Как уже упоминалось, в верхнем слое наших грядок и в воде сосудов концентрации радиоактивности варьи­ ровали в пределах от нескольких единиц до нескольких сот J.1Cu на 1 кг. Для почвенных бактерий и для большинства организ­ мов перифитона и наинапланктона даже самые высокие из этих концентраций еще не являются угнетающими; но наземный фи­ тоценоз на концентрации в десятки J.1Cu на 1 кг почвы реагирует уже некоторым угнетением, выражающимся в прогрессирую­ щем, с дальнейшим повышением концентрации излучателей в почве, поиижении общей биомассы по сравнению с контролем.

Это хорошо согласуется с общеизвестным в радиобиологии фак­ том заметно более высокой радиорезистентности низших орга­ низмов по сравнению с высшими.

Вторым общим весьма важным выводом является установле­ ние налиqия качественных сдвигов во всех трех изученных со­ обществах по сравнению с соответствующими контрольными.

Различные группы и виды организмов по-разному реагируют на одни и те же слабые или сильные дозы излучений как в отноше­ нии стимуляции (слабыми дозами), так и в отношении степени угнетения (сильными дозами). Уже ввиду этого следует ожи­ дать в присутствии излучателей несколько иной перестройки количественных соотношений различных входящих в сообщест­ ва видов по сравнению с контролем. Так как различные виды сообщества тесно связаны друг с другом борьбой за эдафичес­ кое пространство и целым рядом других отношений, то общая картина сдвигов еще более осложняется; количественные соот­ ношения видов в ~экспериментальном• сообществе, то есть не в контроле, определяются не просто соответствующими различия­ ми в радиорезистентности этих видов, так как стимуляция одних может (уже в порядке борьбы за пространство) вызвать угнетение других (а соответственно угнетение одних освобожда­ ет эдафическое пространство для других). Пример таких пере­ строек мы видели при анализе сообществ культурных растений по ярусам. Несомненно, что в дальнейшем, при более детальном количественном анализе видового состава различных ~подопыт­ ных• сообществ, будет обнаружено весьма тонкое и чуткое реа­ гирование их на любые, даже небольшие, изменения в живых или косных компонентах соответствующего биогеоценоза.

Наконец, третьим общим выводом является установление той или иной иногда чрезвычайно высокой степени концентра­ ции рассеянных элементов (смеси излучателей) живыми орга­ низмами. Особенно резко эта способность концентрировать рас­ сеянные элементы проявляется у водных организмов, у кото­ рых коэффициенты накопления достигают порядка 1О 000. Это подтверждается целым рядом специальных опытов, проводив­

–  –  –

ментов на разных группах пресноводных организмов и хорошо согласуется с классическими исследованиями В.И. Вернадско­ го, А.П. Виноградова и Б.К. Бруновекого по концентрации ес­ тественных радиоактивных элементов планктоном, ряской и не­ которыми другими живыми организмами [6, 73, 74].

На наличие у живых организмов способности в весьма высо­ кой степени концентрировать рассеянные и редкие элементы из окружающей среды указывают и общеизвестные факты значи­ тельно более высоких концентраций в морских организмах почти всех химических элементов, находящихся в морской воде в ничтожных количествах [ 38 - 40, 75- 77].

Наземным сообществом рассеянные элементы (в данном слу­ чае излучатели), таким образом, частично извлекаются из почвы и подпочвы, и если мы имеем дело с ~естественным•, не эксплуатируемым. человеком сообществом, эти элементы в конце вегетации будут отлагаться в перегнойно-гумусовом слое.

В водной среде происходит весьма интенсивное извлечение из водного раствора содержащихся в нем в ничтожных количествах элементов, которые по мере отмирания различных водных организмов поступают с детритом в иловые донные отложения.

Проведеиные нами опыты демонстрируют, таким образом, в маленьком масштабе протекание основных биогеохимических процессов, вскрывая двустороннюю взаимозависимость между

–  –  –

биосферы. Действительно, определенное ~геохимическое изме­ нение~ в косном эдафическом пространстве биогеоценоза (в данном случае внесение излучателей в почву или воду) вызыва­ ет количественные и качественные изменения в соответствую­ щих биоценозах, которые в свою очередь ведут к известным из­ менениям в перераспределении этих элементов косной среды.

Легко можно себе представить, что в результате такого изменен­ ного распределения эти же элементы косной среды в дальней­ шем могут оказывать несколько иное влияние на различные эле­ ментарные составные части того же биогеоценоза, постепенное установление определенного динамического равновесия на ином уровне (а иногда и в иных формах).

Мы еще раз подчеркиваем, что описанные выше опыты явля­ ются ориентировочными и предварительными; но нам кажется, что в этом направлении следует продолжать работу, охватывая экспериментом все большее разнообразие биогеоценозов и все более варьируя методику опытов. Нам представляется весьма целесообразным и плодотворным скорейшее развитие экспери­ ментальной биогеоценологии наряду и вместе со стационарно­ описательной биогеоценологией [60] и со стационарными физи­ ко-географическими исследованиями [78], в основном посвя­ щенными описанию и сравнительному анализу различных при­ родных биогеоценозов и ландшафтов. Биогеоценологические эксперименты позволяют быстрее и полнее вскрыть закономер­ ности, лежащие в основе формирования и смены естественных биогеоценозов и ландшафтов; ценный материал (в том числе и количественный) биогеоценологические опыты могут доставить биогеохимии ~большого масштаба~.

В биогеоценологических опытах можно изменять отдельные компоненты биоценоза или его части (зооценоза, фитоценоза, педоценоза, перифитона, планктона, бентоса и т.д.); можно из­ менять элементы микроклимата (световой режим, температуру, влажность и т.д.) или, наконец, можно вносить те или иные из­ менения в косное эдафическое пространство (в надпочвенный слой воздуха, почву, подпочву, почвенные грунтовые воды, по­ чвенную атмосферу, воду или грунт водоема). Варьировать можно, конечно, и несколько определенных компонентов био­ геоценоза; существенным является лишь по возможности ком­ плексный охват всего биогеоценоза, в чем, с нашей точки зре­ ния, и заключается существенное преимущества как сформули­ рованной В.И. Вернадским биогеохимии, так и биогеоценологии в понимании В.Н. Сукачева. Несмотря на желательную комплексность в различных биогеоценологических опытах, со­ вершенно естественно будет преобладать (в зависимости от лич­ ных интересов авторов и тех или иных задач исследования) либо биологическая точка зрения с главным упором на деталь­ ный анализ биоценозов, либо геохимическая, при которой ос­ новное внимание будет концентрироваться на миграции и рас­ пределении интересующих исследователя химических элемен­ тов; оба эти направления будут естественно дополнять друг друга. Особенно же ценным было бы тесное сотрудничество биологов и геохимиков при проведении опытов на одном и том же биогеоценозе.

В заключение остановимся кратко на затронутом во введении вопросе о взаимоотношениях между биогеоценозом и элемен­ тарным микроландшафтом. В.Н. Сукачев [58] совершенно пра­ вильно подчеркивает несовладение и принципиальную разно­ значимость понятий ~биогеоценоз~ и ~ландшафт~. Действи­ тельно, биогеоценология, несмотря на то, что любой простран­ ственно самый небольшой биогеоценоз всегда занимает какой-то участок биосферы и тем самым является некоторой хоралоги­ ческой единицей, относится в основном к биологическим дис­ циплинам; в центре ее внимания находится биоценоз, правда, не оторванный от соответствующего биотопа.

Ландшафт же является чисто хоралогическим и географичес­ ким понятием. Из различия методов, задач и целей биологичес­ кого и географического исследований с неизбежностью вытека­ ет необходимость построения совершенно различных систем классификации и объединения в высшие категории биогеоцено­ зов, с одной, и ландшафтов, с другой стороны. Но тем не менее нам думается, что именно на понятии и категории элементарно­ го биогеоценоза сходятся интересы как самой биогеоценологии, так и географии (в смысле ландшафтоведения), а также биогео­ химии. Для всех этих дисциплин элементарный биогеоценоз будет являться дальше неделимой едИницей, которую придется класть в основу всех более или менее точных теоретических по­ строений в любой из этих дисциплин. И лишь с элементарными биогеоценозами возможна полноценная экспериментальная ра­ бота, сводящаяся либо к созданию целостных элементарных биогеоценозов для целей опыта (хотя бы и в очень малых про­ странствеиных и временных масштабах); либо к эксперимен­ тальному воздействию на биогеоценоз как целое. Даже с эле­ ментарными природными ландшафтами такая работа неваэмаж­ на (хотя и можно экспериментально варьировать отдельные компоненты таких природных комплексов). В этом мы видим, как уже вскользь упоминалось во введении, некоторую парал­ лель между биогеоценологией и современным изучением микро­ эволюционных процессов. Основные этапы и феномены большого ~макроэволюционного~ процесса изучаются палеонтоло­ гией, общим учением о филагении живых организмов, сравни­ тельной морфологией, исторической и региональной биогеогра­ фией; в основном эти науки пользуются описательными и срав­ нительно морфологическими методами, изучая более или менее крупные этапы эволюционного процесса на больших отрезках времени, больших территориях, крупных фаунистических и флористических комплексах и в основном на более или менее крупных систематических категориях (главным образом надви­ дового порядка).

Современные весьма разнообразные методы изучения ~мик­ роэволюционных~ процессов (протекающих за короткие сроки и изучаемых в основном на внутривидовых систематических ка­ тегориях, вполне конкретных популяциях и ограниченных тер­ риториях, а иногда и в прямом эксперименте в лаборатории или под открытым небом) позволяют выявлять непосредственные, постоянно действующие биологические и папуляцианно-дина­ мические механизмы, лежащие в основе всего эволюционного процесса. Подобным образом и биогеоценология с ее как срав­ нительно-аналитическими, так и экспериментальными результа­ тами сможет дать ценный материал для ландшафтаведения и для биогеохимии.

Все только что высказанные соображения касаются еще не законченной дискуссии об определении основных единиц и по­ нятий в ландшафтоведении, биогеоценологии и смежных дис­ циплинах; поэтому мы во введении и указали на возможность ~некритического~ использования понятия микроландшафт, ко­ торое, по нашему мнению, совпадает с понятием элементарного биогеоценоза.

Выводы. Были поставлены опыты по изучению влияния вне­ сенных в почву в разных концентрациях (1, 5, 25, 50 и 100 13- и у-излучателей: а) на общую биомассу и относи­ mCu/m 2) тельное развитие ярусов в сообществах, состоящих из раз­ личных видов культурных растений, и б) на общую биомассу и относительное развитие различных групп почвенных бактерий.

Смесь излучателей в этих опытах вносилась в почву гидраизо­ лированных грядок (см. рис.1). Кроме того, были проведены опыты по влиянию внесения смеси тех же излучателей в воду (в концентрациях 3-600 J.LCu/1) на развитие перифитона (обрас­ тание подводных поверхностей) и смены в нем доминирующих форм. Из наземных растений, воды и перифитона брались пробы для определения активности.

В результате опытов было установлено:

1. На грядках с наименьшим количеством излучателей в почве общая биомасса сообщества по числу и особенно по весу растений дала заметную стимуляцию, превысив контроль по 5 %, 50 %.

числу растений приблизительно на а по весу на На грядках с большим количеством излучателей в почве наблюда­ лось прогрессивное угнетение сообщества, выразившееся в по­ нижении числа и веса растений по сравнению с контролем (см.

табл. 1, 2 и рис. 2).

2. Разные виды и группы растений по-разному реагируют на внесение в почву излучателей, причем особенно выделялась группа из четырех видов, давшая стимуляцию числа и веса рас­ тений не только на грядках с наименьшим количеством излуча­ телей, но и на таковых с наибольшим (см. табл. 3, рис. 3, 4, 5 и 6). Это последнее я~ление нашло свое объяснение при рассмот­ рении сообществ по трем ярусам: при заметном угнетении пер­ вого яруса, в связи с освобождением эдафического пространст­ ва, разрастается третий ярус, который и образован видами, дав­ шими стимуляцию при наиболее высоких концентрациях излу­ чателей. Таким образом, внесение излучателей в почву вызыва­ ет заметные сдвиги в структуре сообщества (см. табл. 4, 5, 6, 7 и рис. 7, 8).

3. Определения концентраций излучателей в растениях изу­ чавшихся сообществ дали для различных видов и систематичес­ ких групп видов заметные различия как в общем уровне, так и в распределении излучателей по основным органам растений. В се­ менах растений наблюдалась чрезвычайно низкая концентрация· излучателей; в целом в растениях концентрация излучателей ока­ залась несколько ниже средней концентрации их в верхнем слое почвы, т.е. коэффициент накопления радиоактивности растения­ ми меньше единицы (см. табл. 8, 9 и 10 и рис. 9 и 10).

Почвенная микрофлора в присутствии небольтих коли­ 4.

U честв излучателей в почве и5 mCu/m 2 или 0,25 mCu/kg) заметно стимулируется; эта стимуляция выражается в значи­ тельном увеличении числа и веса бактериальной массы на 1 г почвы по сравнению с контролем. Более высокие количества из­ лучателей, внесенные в почву (25, 50 и 10 mCu/m 2 и 1 и не изменяют веса биомассы почвенных бактерий, а 4 mCu/kg) еще более высокие концентрации излучателей ( 16,. 64 и 128 mCu/kg) вызывают прогрессирующее во времени угнете­ ние и отставание по биомассе почвенных бактерий от контроля (см. табл. и и рис.

11, 12 13 11, 12, 13).

В присутствии излучателей, так же как и в сообществах 5.

высших растений, происходят не только количественные, но и качественные изменения в составе сообществ почвенных бакте­ рий. Резистентность почвенных бактерий к высоким температу­ рам резко уменьшается с увеличением концентрации излучателя в почве (см. табл. 14, 15, 16, 17 и рис. 14, 15, 16).

6. При всех изученных концентрациях излучателей (3f.J.Cu/1) заметно стимулировался рост перифитона; общая биомасса перифитона за несколько месяцев опыта в 2 - 8 раз превысила таковую контроля (см. табл. и рис. 17 и 18).

18, 19 25*

7. При разных концентрациях излучателей, как показал по­ вторный просмотр различных форм (в основном водорослей), происходит не только количественное, но и качественное изме­ нение биоценозов перифитона, выражающееся главным образом в наступающей со временем смене ведущих массовых форм, от­ личной от таковой в контроле (см. табл. и рис.

20 19).

Концентрации излучателей в воде и перифитоне показали 8.

чрезвычайно высокие коэффициенты накопления активности биомассой перифитона (т. е. отношение концентраций активнос­ ти в перифитоме и в воде); они в разных опытах колебались примерно от 6500 до 16 000 (см. табл. 21, 22, 23 и рис. 20).

9. В заключении обсуждаются полученные результаты с точки зрения формирования новых биогеохимических макро­ ландшафтов, а также некоторые теоретические вопросы о взаи­ моотношении понятий ~ландшафт~ и ~биогеоценоз~ (см. за­ ключение).

Литература

Вернадский В.И. Записки об изучении живого вещества с геохимической 1.

точки зрения//Изв. Российской АН.- 1921.- Сер. 6.- Т. 15.

Вернадский В.И. Химические элементы и механизм земной коры// 2.

Природа.- 1922.- Т. 11, М 5.

Вернадский В. И. Ход жизни в биосфере//Природа.- 1925.- Т. 14, 3.

N2 12.

Вернадский В.И. О размножении организмов и его значении в механизме 4.

биосферы//Изв. АН СССР. 1926.- Сер. 6.- Т. 20.

Вернадский В.И. Биосфера.- Л.: Науч. хим.-техн. изд-во, 1926.

5.

Вернадский В.И. О концентрации радия животными организмами// 6.

Докл. АН СССР.- 1929.- Сер. А, N2 2.

Вернадский В.И. Очерки геохимии.- М.: Гос. науч.-техн. изд-во, 1934.

7.

Вернадский В.И. О некоторых основных проблемах биогеохимии// 8.

Изв. АН СССР.- 1938.- Сер. геол.- Т. 18.

Вернадский В.И. Биогеохимические очерки.- М.- Л.: Изд-во АН 9.

СССР, 1940.

Вернадский В.И. О геологических оболочках Земли как планеты// 10.

Изв. АН СССР.- 1942.- Сер. геогр.- Т. 6.

Вернадский В. И. Несколько слов о ноосфере//Успехи соврем. биол.т. 18.

Берг Л. С. Предмет и задачи географии//Изв. Русск. геогр. об-ва.Т. 51.

Берг Л.С. География и ее положение в ряду других наук//Вопросы 13.

страноведения. - М.- Л., 1925.

Берг Л.С. Ландшафтно-географические зоны СССР.- М.- Л.: Сельхоз­ 14.

1931.- 1.

гиз, Ч.

Берг Л.С. Физико-географические (ландшафтные) зоны СССР.- Л.:

15.

Изд-во Ленинград. гос. ун-та, 1936.- Ч. 1.

Берг Л.С. Фации, географические аспекты и географические зоны// 16.

Изв. Всес. геогр. общества. 1946.- Е. 77. Вып. 3.

Берг Л.С. Географические зоны Советского Союза.- М.:.Географгиз, 17.

1947.

Берг Л. С. Достижения советской географии. Л.: Лениниздат, 1947.

18.

Неуструев С.С. Элементы географии почв.- М.- Л.: Сельхозгиз, 1930.

19.

Полынов Б.Б. Ландшафт и почва/ /Природа.- 1925. Т. 14.

20.

Полынов Б.Б. Кора выветривания.- Л.: Изд-во АН СССР, 1934.

21.

Полынов Б.Б. Роль почвоведения в учении о ландшафте/ /Изв. Всес.

22.

геогр. о-ва.- 1946.- Т. 78.

Полынов Б.Б. Геохимические ландшафты. Вопросы минералогии, геохи­ 23.

мии и петрографии.- М.-Л.: изд-во АН СССР, 1946.

Полынов Б.Б. Основные идеи в учении о генезисе аллювиальных 24.

почв/ /Юбилейный сб., посвящ. 30-летию Великой Октябрьской револю­ ции.- М., 1947.- Т. 2.

Григорьев А.А. О некоторых взаимоотношениях основных элементов фи­ 25.

зико-географической среды и их эволюции/ /Пробл. физич. геогр.Вып. 3.

Григорьев А.А. Опыт характеристики основных типов физико-географи­ 26.

ческой среды/ /Пробл. физич. геогр.- М., 1938.- Вып. 5.

Григорьев А. А. Опыт характеристики основных типов физико-географи­ 27.

ческой среды/ /Пробл. физич. геогр.- 1939.- Вьш. 6.

Григорьев А.А. Опыт характеристики основных типов физико-географи­ 28.

ческой среды/ Пробл. физич. геогр.- 1939.- Вып. 7.

Григорьев А.А. Опыт характеристики основных типов физико-географи­ 29.

ческой среды/ Пробл. физич. геогр.- 1942.- Вып. 11.

Григорьев А.А. Основные теории физико-географического процесса/ / 30.

Всесоюзный географический съезд, 2-й: Труды.- М.: Географгиз, 1948.- Т. 1.

Роде А.А. Почвообразовательный процесс и эволюция почв.- М.: Гео­ 31.

графгиз, 1947.

Солнцев Н.А. Основные этапы развития ландшафтоведения/ /Вопр.

32.

георг.- 1948.- Вып. 9.

Солнцев Н.А. О морфологии природного географического ландшафта// 33.

Вопр. геогр.- 1949.- Вьш.16.

Четыркин В.М. Таксономическая система в ландшафтоведении/ /Бюл.

34.

Среднеазиат. гос. ун-та.- 1947.- Вып. 25.

Исаченко А. Г. Основные вопросы физической географии.- Л.: Изд-во 35.

Ленинград. гос. ун-та, 1953.

36. Harthorne R. The nature of geograpllY 11 Ann. Ass. Amer. Geogr. Soc.Vol. 29.

37. Виноградов А.П. Геохимия живого вещества.- М.: Изд-во АН СССР, 1933.

38. Виноградов А.П. Химический элементарный состав организмов моря/ 1 Труды биогеохим. лаб. АН СССР.- М., 1935.- Т. 3, Ч. 1.

39. Виноградов А.П. Химический элементарный состав организмов моря// Труды. биогеохим. лаб. АН СССР.- М., 1935-1944.- Т. 4, Ч. 2.

40. Виноградов А.П. Химический элементарный состав организмов мо­ ря/ /Труды. биогеохим. лаб. АН СССР.- М., 1935-1944.- Т. 6, Ч. 5..

41. Виноградов А.П. Геохимия и биогеохимия/ /Успехи химии.- 1938.- Т. 7.

42. Виноградов А.П. Биогеохимические провинции и эндемии/ 1 Докл. АН СССР.- 1938.- Т. 18.

43. Виноградов А.П. Изучение биогеохимических провинций/ /Вести. АН СССР.- 1939.- N~ 10.

44. Виноградов А.П. К химическому познанию биосферы/ /Почвоведение.Т. 7.

45. Виноградов А.П. Биогеохимические провинции/ /Юбилейная сессия В.В. Докучаева: Труды.- М., 1946.

Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах.­ 46.

1950.

М.: Изд-во АН СССР, Виноградов А. П. Основные закономерности в распределении микроэле­ 47.

ментов между растениями и средой. Микроэлементы в жизни растений и животных.- М.: Изд-во АН СССР, 1952.

48. Перель11tан А.И. Природные ландшафты Европейской части СССР и их географические особенности/ /Природа.- 1954.- Т. 43.

49. Майр Э. Систематика и приосхождение видов: Пер. с англ.- М.: Гос.

изд-во иностр. лит., 1947.

50. Timofeeff-Ressovsky N. W. Mutation and geographical variation. The New Systematics.- Oxford: Oxford Univ. Press, 1940.

51. Ваиеr Н., Timofeeff-Ressowsky N. W. Genetik und Evolutionsforschung bei Tieren. Evol. d. Organismen.- Jena: Verl. G. Fescher, 1943.

52. Морозов Г.Ф. Лес как явление географическое/ /Прил. к Лесному жур­ налу.- 1914.- Вып. 1.

53. Высоцкий Г.Н. Покрововедение/ /Труды Зап. Белорус. Гос. ин-та сель­ ского лесного хозяйства.- Минск, 1925.- Вып. 4.

54. Сукачев В.Н. О принципах генетической классификации в биоценоло­ гии/ /Жури. общ. биол.- 1944.- Т. 5.

56. Сукачев В. Н. Биогеоценология и фитоценология// Докл. АН СССР.Т. 47.

57. Сукачев В.Н. Основы теории биогеоценологии/ /Юбилейный сборник 30-летия Великой Октябрьской революции.- М., 1947.- Т. 2.

58. Сукачев В.Н. Фитоценология, биогеоценология и география/ /Всесоюз­ ный географический съезд, 2-й: Труды.- М., 1948.- Т. 1.

59. Сукачев В.Н. О соотношении понятий географический ландшафт и био­ геоценоз/ /Вопр. географии.- 1949.- Вып. 16.

60. Сукачев В.Н. Предварительные программы стационарных комплексных биогеоценологических исследований/ /Земледелие.- 1950.- Нов.

сер.- Т. 3.

61. Аболин Р. И. Опыт эпигенологической классификации болот// Болотове­ дение.- 1914.- N~ 3, 4.

62. Бекле111ишев В. Н. Организм и сообщество/ /Труды Перм. гос. ун-та.­ Пермь, 1928.- Т. 1.

63. Зенкевич Л.А. Комплексный метод в изучении биологических процессов в водоемах/ /Всесоюзное гидробиол. о-во: Труды.- М.: Изд-во АН СССР, 1953.

Кашкаров Д.Н. Среда и сообщество.- М.- Л.: Биомедгиз, 1933.

64.

Лавренко Е.М. О фитогеосфере/ /Вопр. географии.- 1949.- Вып. 15.

65.

Муравейский С.Д. Роль географических факторов в формировании ге.о­ 66.

графических комплексов/ /Вопр. географии.- 1948.- Вып. 9.

/*а11tенский Л. Г. Введение в комплексное почвоведение и геоботаническое 67.

изучение земель.- М.: Сельхозгиз, 1938.

Титов И.А. Взаимодействие растительных сообществ и условий среды.­ 68.

М.: Сов. наука, 1959.

Якушкин И.В. Растениеводство.- М.: Сельхозгиз, 1948.

69.

Giese А.С., Heath H.D. Sensitisation to heat Ьу X-rays/ /]. Gen.

70.

Physiol.- 1948.- Vol. 34.

71. Billen D., Stapleton G.E., Hollaender А. The effect of X-radiation on the respiration of bacili/ /]. Bact.- 1953.- Vol. 65.

72. Stapleton G.E., Billen D., Hollaender А. Recovery of X-radiated bacteria an suboptimal incubation temperatures/ / J. Cell. Comp. Physiol.Vol. 43.

73. Вернадский В.И., Виноградов А.П. О химическом элементарном составе рясок как видовом признаке/ / Докл. АН СССР.- 1931.- Сер. А, N~ 19.

Бруновский Б.К., Кунашева К.Г. Некоторые данные относительно содер­ 74.

жания радия в растениях и водах/ /Труды биогеохим. лаб. АН СССР.­ М., 1935.- Т. 3.

Зенквич Л.А. Фауна и биологическая продуктивность моря.- М.: Сов.

75.

наука. 1947-1951.- Т. 1, 2.

Зенкевич Л.А. Моря СССР, их фауна и флора.- М.: Сов. наука, 1950.

76.

Зернов С.А. Общая гидробиология.- М.: Изд-во АН СССР, 1949.

77.

Авсюк Г.А. О некоторых общих вопросах стационарных физико-геогра­ 78.

фических исследований/ /Вопр. географии.- 1949.- Вьш. 15.

О ПОЧВЕННО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ

ДЕЗАКТИВАЦИИ ВОДЫ

ВВЕДЕНИЕ

1.

1. В последнее время изучение попадающих в воду радиоак­ тивных веществ, их распределение по живым и неживым компо­ нентам водоемов представляет большой практический интерес в связи с широким использованием различных радиоактивных ве­

–  –  –

янных и редких элементов в биосфере. Нам важно иметь, с одной стороны, точное представление о конечной судьбе попа­ дающих в естественные водоемы радиоактивных загрязнений и о соотношении между активностями воды, грунтов и живых ор­ ганизмов; с другой стороны, попытаться разрешить очень важ­ ный практический вопрос о дезактивации радиоактивно загряз­ ненных вод.

2. Крупнейший натуралист нашего века В. И. Вернадский создал учение о биосфере и новый раздел геохимии, названный им биогеохимией [ 1 - 4]. В этих работах В. И. Вернадский развил свои представления о значительной роли живых орга­ низмов в протекании геохимических процессов, в особенности тех, которые связаны с корой выветривания и гидросферой.

Биогеохимическая роль организмов, помимо огромной хими­ ческой и энергетической работы, производимой ими на поверх­ ности Земли, особенно ярко сказывается на судьбе рассеянных элементов земной коры и гидросферы; организмы являются важнейшим фактором в миграции, перераспределении и кон­ центрации рассеянных и редких элементов. Эти идеи были в дальнейшем подтверждены и развиты рядом исследователей [5-7].

3. Исходя их вышеупомянутых идей В.И. Вернадского, нами в 1948 г. были начаты опыты по изучению судьбы вносимых в почву элементов и роли наземных, почвенных и водных биоценозов в их перераспределении и концентрации; в этих опытах применялея метод меченых атомов. В самом начале этих работ, естественно, возникла мысль о принципиальной возможности биологической дезактивации загрязненных излу­ чателями сточных вод. Действительно, эта возможность осно­ вывается на трех главных положениях, вытекающих из работ В.И. Вернадского и его школы, подтвержденных эксперимен­ тально в нашей лаборатории. Во-пеfвых, природные грунты и мути (глина, почвы и особенно илы обладают по отношению к большинству элементов, входящих в состав неразделенного раствора осколков урана, высокой сорбционной способностью и весьма низким процентом десорбции. Во-вторых, большинст­ во пресноводных организмов, особенно планктон и перифитон, обладают чрезвычайно высокими коэффициентами накопления по отношению к большинству химических элементов, находя­ щихся в воде в очень малых концентрациях, т.е. организмы способны весьма сильно концентрировать эти элементы, так что их содержание в организмах в сотни и даже тысячи раз превышает таковое в окружающей воде (отношение концентра­ ций элемента в организме и в воде обозначается нами термином ~коэффициент накопления~). Наконец, в-третьих, большинст­ во пресноводных организмов обладают относительно очень высокой. резистентностью к излучателям, а поэтому встре­ чающиеся концентрации излучателей в сточных водах ( 1оCu/1) не только не вызывают угнетения и отмирания жизни в водоеме (несмотря на высокие коэффициенты накоп­ ления организмами излучателей), но иногда даже ведут к более пышному по сравнению с нормальным развитию водных орга­ низмов.

НЕКОТОРЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗ ЛАБОРАТОРНЫХ ОПЫТОВ

2.

4. Рассмотрим вкратце несколько примеров из различных ла­ бораторных опытов, иллюстрирующих только что перечислен­ ные нами основные положения.

5. Количественной характеристикой сорбционной способ­ ности природных грунтов могут служить результаты лабора­ торных опытов с почвенио-песчаными фильтрами. При скорос­ ти фильтрации примерно см 3 на см 2 поверхности фильтра в мин различными почвенио-песчаными фильтрами задержива­ ются в среднем: цезий почти на 100 %, стронций и иттрий на 95- 99 %; ниобий, цирконий, церий и неразделенный раствор осколков урана примерно на 80- 90 %; рутений - на 60Из различных мелкодисперсных веществ (костяная мука, шлак, активный уголь, мел, глина, ил), взмучиваемых в воде, наилучшую дезактивацию последней дает обычный озерный или прудовой ил. При этом опыты с фильтрами и мутями показывают, что природные почвы и илы обладают сравнитель­ но большей емкостью; это видно из того, что в большинстве опытов через соответствующие фильтры может быть пропуще­ но несколько сот ·объемов раствора (концентрация 1ОfJ.Cu/0 без того, чтобы наблюдался проскок. Большинство сорбируемых почвой и илом излучателей сорбируются весьма крепко, десорбируясь при промывании фильтров водой обычно лишь в долях процента.

6. Со стронцием, иттрием, цирконием, ниобием, рутением, цезием и церием, т.е. с основными элементами, входящими в со­ став раствора осколков урана, были проведены опыты по опре­ делению коэффициентов накопления этих элементов различны­ ми группами пресноводных организмов. Разные организмы в различной степени концентрируют разные химические элемен­ ты. Например, стронций так же, как и кальций, в значительных количествах накапливается в раковинах моллюсков, в хитино­ вых панцирях ракообразных и скелете позвоночных, практичес­ ки почти не выделяясь из мест концентрации; рутений концент­ рируется преимущественно в мягких тканях животных и срав­ нительно быстро в заметных количествах выделяется из них в процессе обмена веществ; церий же и другие редкие земли в чрезвычайно больших количествах концентрируются планктон­ ными организмами и перифитоном. В общем же усредненные коэффициенты накопления по всем этим элементам составляют у высших водных растений 10 2 - 103, у водных беспозвоночных (более крупных) также 10 2 -103, у мелких же микроскопичес­ ких организмов зоо- и фитопланктона, а также перифитона сообщества организмов, преимущественно водорослей и инфу­ зорий, образующих ~обрастания~ подводных поверхностей) на­ блюдаются коэффициенты накопления порядка 10 3 - 10 4 • Еще выше (до порядка нескольких десятков тысяч) могут быть ко­ эффициенты накопления детрита (мелкие частицы отмерших организмов, постепенно осаждающиеся на дно) и образующихся из него иловых отложений.

7. Производившиеся в аквариумах лабораторные опыты по­ казали, что содержание в воде 13- и у-излучателей (до концент­ раций порядка 10-4 Cu/1) не действует на большинство пресно­ водных организмов губительно или заметно угнетающе. Специ­ ально изучалась скорость образования перититона при наличии в воде излучателей в концентрациях от 10- до 10-4 Cu/1. При всех изученных концентрациях излучателей масса перифитона от полутора до восьми раз превышала контрольную, коэф­ фициенты накопления перифитоном излучателей достигали 16 000.

8. Все изложенное выше логически приводит к заключению, что в нормально ~живущих~ водоемах, с постоянным размноженнем и отмиранием различных организмов, при отсутствии слишком быстрого протока воды, должна происходить очистка последней от загрязняющих ее излучателей. Целый ряд ла­ бораторных опытов в аквариумах, снабженных грунтом и на­ селенных живыми организмами, в которые добавлялись из­ лучатели в сравнительно невысоких концентрациях (порядка показали, что в согласии с ожиданием вода в 10-5 -10-4 Cu/1), них постепенно дезактивируется, а излучатели переходят в грунт, в живые организмы и затем в образующиеся донные от­ ложения.

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТОВ В ПРУДАХ И СЕРИЯХ БАЧКОВ

3.

9. Упомянутые выше соображения и результаты лаборатор­ ных опытов естественно привели к мысли об испытании воз­ можности почвенпо-биологической дезактивации загрязненных излучателями вод. С этой целью с 1952 г. нами проводятся опыты в специальных прудах и в сериях слабопроточных бач­ ков.

1О. Для первых опытов были сооружены две наружные ус­ тановки (рис. 1), состоявшие каждая из почвенного фильтра ( 1) емкостью на 100 л и пру да ( 2) емкостью около 30 м 3.

В одной из установок фильтр помещался до пруда (а), а в дру­ гой после него (б). На фильтр 1-й и в пруд 2-й установки из особого бака ежесуточно поступало от 250 до 1000 л воды, со­ держащей осколки урана концентрацией 25 fJ.Cu/1 по 13-излуче­ нию. Дно пру до в было гидроизолировано и покрыто озерным песком с прослойкой почвы. Пруды были засажены высшей водной и прибрежной растительностью и содержали типичный прудовой планктон, перифитони бентос. Ежесуточно измерял­ ся сток из пруда первой и фильтра второй установки, сперва поступавший в градуированный бак, а затем сливавшийся в специальную яму. Ежедневно брались пробы воды, поступав­ шей из бака на фильтр или в пруд, выходившей из фильтра или пруда при стоке, а также из середины каждого пруда; пе­ риодически брались пробы грунтов и растений. Во всех пробах определялась активность по 13-излучению с помощью счетных установок ~Б~.

11. По измерениям количеств поступающей в установку и выте~ающей из нее воды и по измерениям активности проб воды смог ли произвести полный баланс работы наших устано­ вок в конце сезонов 1952, 1953, 1954 гг. В табл. 1 приведен ба­ ланс активности первой установки за эти 3 сезона. Как видно из табл. 1, в течение 2 лет она работала очень хорошо, почти не по­ казав различий в сезонах ( 1952, 1953). Фильтр по г лощает ос­ около 90 %, грунт и биомасса забиновную массу активности б <

–  –  –

12. Следует еще отметить, что для предварительной ориенти­ ровки селективности сорбции различных элементов из раствора почвенными фильтрами и компонентами пруда препараты ис­ ходного раствора, воды, прошедшей через фильтр, и воды, вы­ текающей из пруда, были повторно промерены на счетной уста­ новке в открытом виде и с тонкой алюминиевой фольгой; исход­ ный раствор с фольгой в среднем дает в семь раз меньше распа­ дов в минуту, вода, прошедшая через фильтр 14 раз, а вытекаю­ щая из пруда - в 16 раз меньше. Ту же картину, только с соот­ ветственно большей жесткостью излучения в воде, вытекающей из пруда, дали измерения для 2-й установки. Таким образом, как почвенный фильтр, так и компоненты пруда преимущест­ венно задерживают элементы с жестким ~-излучением.

13. В течение всего времени фильтр 1-й установки работал лучше фильтра второй установки; это объясняется упоминав­ шимся выше сходством в избирательной сорбции элементов из раствора прудами и фильтрами, в результате чего фильтр 2-й установки, расположенный после пруда, получает менее благо­ приятную для сорбции смесь излучателей.

Наконец, в течение одной зимы был проведен ориентиро­ 14.

вочный опыт по зимнему режиму дезактивации воды. Один из прудов электрически отапливался, так что на нем не образовывалось ледяного покрова и продолжалась вегетация водной флоры; другой пру д не отапливался, он покрылся ледяным и снежным покровом, и в нем происходило интенсивное зимнее отмирание части биомассы водных растений. За зимний сезон дезактивация воды оказалась здесь даже несколько лучшей; по­ видимому, благодаря повышению отмирания биомассы и увели­ чению детритаобразования зимой не происходит заметного сни­ жения дезактивации, несмотря на снижение темпов прироста биомассы.

15. Резу ль таты всех описанных выше опытов можно вкратце сформулировать следующим образом. Обе установки не дали существенных различий: вытекающая из прудов вода содержа­ ла в 1-й установке во 2-й- исходной ак­ 0,7-2,6 %, 0,2-5% тивности. Проценты дезактивации воды почвенными фильтрами и прудами также были примерно одинаковы: округляя, можно считать, что те и другие очищали воду приблизительно на 90 %.

Повторные измерения радиоактивности показали, что, как и следовало ожидать на основании наших лабораторных опытов, активность сильно концентрировалась грунтом и живыми орга­

–  –  –

2.

Рис. Схема третьей установки.

пруды.

1, 2, 3 По измерениям количеств поступающей в установку и вытекающей из нее воды и по измерениям радиоактивности проб воды мы провели полный баланс работы этих прудов. Из табл. 3 видно, что 3 пруда работали весьма различно. Из 1-го вытекало лишь около 3 % от всей поступившей в него активнос­ ти и около 95 % было поглощено грунтом и биомассой. В сле­ дующие пруды вошло очень мало активности (во 2-й - 2,8 % и в 3-й - 1,8% от исходной), но поглощено грунтом и биомас­ сой было во втором пруду лишь около 1О %, а в третьем - около 40 % отпоступившей в каждый из них активности. Из третьего водоема вытекло около О, 7 % от всей поступившей в установку активности. Общую работу этой установки можно, таким обра­ зом, считать весьма удовлетворительной. То обстоятельство, что 2-й и 3-й пруды задерживали активность много хуже перво­ го, объясняется, по-видимому, так же, как и ухудшение работы пру да в первой и фильтра во второй из вышеописанных устано­ вок. Из смеси осколков урана во 2-й и 3-й пруды серии, осо­ бенно при весьма сильном по г лощении акт.ивности совершенно еще не насыщенным 1-м прудом, поступают преимущественно лишь наиболее плохо сорбируемые грунтами и биомассой эле­ менты. Разницу логлощения активности 2-м и 3-м прудами при ничтожной общей радиоактивности воды этих пру до в и соот­ ветствующей неточиости баланса нужно считать случайной.

Наглядно баланс радиоактивности в этих прудах изображен на рис. 3.

18. Перейдем теперь к рассмотрению активности грунтов в прудах всех трех установок. Грунты состояли из озерного

–  –  –

1-й и 2-й установок в после­ дующие годы. Поэтому пробы верхнего слоя песка брали из пру до в первых двух устано­ вок в течение лет, из пру до в 3-й установки в течение един­

–  –  –

19. Из биомассы всех прудов периодически брали пробы раз­ личных видов живых организмов, в основном водных растений, для определения в них активности; одновременно брали пробы воды и определяли соответствующие коэффициенты накопле­ ния. Для каждого вида живых организмов весь полученный таким образом материал усредняли по отдельным прудам и се­ зонам. Усредненные данные по коэффициентам накопления ак­ тивности всеми изученными видами организмов приведены в табл. Наиболее высокими коэффициентами накопления отли­ 5.

чаются планктон, ряска, элодея и лягушатник. У прибрежных укореняющихся растений они значительно выше в корнях, чем в зеленой массе. Сравнительно большая изменчивость коэффи­ циентов накопления водными организмами в прудах наружных установок объясняется изменчивостью концентрации и состава смеси излучателей в воде. Само собой разумеется, что точное изучение видовых коэффициентов накопления возможно лишь в лабораторных опытах с чистыми растворами отдельных эле­ ментов.

20. Более детальные и точные опыты по дезактивации воды от отдельных изотопов и по изучению распределения этих изо­ топов по основным компонентам водоема (вода, грунт, биомас­ са) легче проводить в менее громоздких, полулабораторных ус­ тановках, состоящих из серии сравнительно небольтих слабо­ проточных бачков, содержащих воду, грунт и биомассу (рис.

4). В 1-й бачок ежесуточно пускается 3-6 л раствора соответст­ вующего излучателя; ежедневно для определения радиоактив­ ности берутся пробы воды из всех бачков, а также воды, выте­ кающей из последнего бачка. По окончании опыта проводится полный баланс активности; измеряется количество воды, взве­ шивается грунт и биомасса каждого бачка и в них определяется концентрация радиоактивности.

21. Такие опыты проводятся в нашей лаборатории с неразде­ ленным раствором осколков урана, стронцием, иттрием, цирко­ нием, рутением, цезием, церием, серой, железом, цинком и коТ а б л и ц а 5. Коэффициенты накопления излучателей водными расте­ ниями и животными из црудов 3 установок

–  –  –

Рис. 6. Схематическое изображение процентнога распределения смеси оскол­ ков урана по трем основным компонентам бачков.

Вверху соотношение воды, грунта и биомассы по весу; внизу распределение осколков

- урана по этим компонентам при кислой, нормальной и щелочной реакции воды.

бальтом. При форсированном режиме, когда ежесуточная пода­ ча раствора (концентрация 10-25 f..I.Cu/1) составляет примерно 1J2s-1;Зo общего объема воды во всех 10 бачках, по отдельным элементам получены следующие результаты: стронций и руте­ ний проходят через всю серию, и вытекающая из нее вода со­ держит несколько процентов активности. Сера также проникает до стока, остальные же элементы полностью сорбируются, при­ чем некоторые, как, например, цезий, церий и кобальт, не дохо­ дят даже до последнего бачка, а иттрий лишь в ничтожных ко­ личествах проникает во вторую половину серии. При менее форсированном режиме, т.е. более медленном протоке (когда суточная подача составляет около 1f6o общего объема воды), практически целиком сорбируется и стронций.

22. По типу распределения между водой, грунтом и биомас­ сой все изученные нами до сих пор элементы могут быть разби­ ты на три группы: равномерно распределяющиеся (тип строн­ ция), сорбируемые преимущественно грунтами (тип цезия) и сорбируемые преимущественно биомассой (тип церия). Эти три типа распределения схематически изображены на рис. 5.

23. Наконец, проводятся опыты по влиянию на степень дез­ активации воды ряда сопутствующих условий: изменение рН воды, прибавление различных мутей в первый водоем. На рис.

6 схематически изображено влияние понижениого и повышен­ ного рН воды на распределение неразделенного раствора оскол­ ков урана по трем основным компонентам водоема. Применеине методики пропускания различных растворов через серии малых водоемов-бачков позволяет постепенно накопить данные по сте­ пени и характеру дезактивации воды, от различных отдельных излучателей, а также по влиянию на эту дезактивацию различ­ ных сопутствующих условий и состава биомассы.

24. Все описанные выше опыты с прудами и бачками показы­ вают принципиальную возможность биологической дезактива­ ции не слишком загрязненных сточных вод, содержащих срав­ нительно небольшие концентрации ( 1-25 f..I.Cu/1) радиоактив­ ных изотопов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

4.

25. Результаты всех описанных в предыдущих разделах опы­ тов приводят к следующим основным выводам.

26. Обе первые установки, из которых в одной почвенный фильтр находится перед, а в другой после пруда, не дали суще­ ственных различий в своей работе: вытекавшая из обеих устано­ 0,5-2 % исходной вок вода содержала активности. При этом как пруды, так и фильтры дезактивировали воду в более или менее одинаковой степени, очищая ее каждый приблизительно на 90 %. Некоторая разница наблюдалась в зависимости от последавательности расположения фильтра и пруда и сводилась к тому, что несколько лучше всегда работал 1-й объект: фильтр в 1-й и пруд во 2-й установке. Это, несомненно, объясняется тем, что из смеси раствора осколков урана как фильтрЬI, так и пруды лучше задерживают в основном одни и те же элементы.

За три года работы и при проведении осенью второго года спе­ циальных опытов с форсированным режимом спуска растворов пруды этих установок не дали заметных признаков насыщения активностью. Как показали определения коэффициентов накоп­ ления, особенно большую роль в логлощении активности пру­ дом играют живые организмы, для которых в зависимости от вида и условий были получены коэффициенты накопления от 100 до нескольких тысяч. Особенно высокие коэффициенты на­ копления дали постепенно образующиеся из детрита иловые донные отложения.

Ввиду ряданеудобств работы с почвенными фильтрами и 27.

установленного в опытах на первых двух установках сходства в работе фильтров и прудов была устроена 3-я установка, состоя­ щая из серии друг с другом связанных трех пру до в без фильт­ ра. Опыты, проводившиеся при ежесуточном спуске раствора осколков урана концентрацией 10 ~Cu/1 в количестве около 1;So общего объема прудов, дали вполне удовлетворительные ре­ зультаты: в 3 прудах логлощалось более 99 % исходной актив­ ности.

28. Таким образом, поступающие в водоемы в ничтожных концентрациях химические элементы весьма быстро концентри­ руются из раствора различными, преимущественно живыми компонентами водоема. Основной биогеохимический механизм сводится при этом к тому, что концентрированные живыми ор­ ганизмами элементы, с отмиранием животных и растений и об­ разованием детрита, накапливаются в иловых донных отложе­ ниях. Описанные в этой статье опыты с наружными установка­ ми сравнительно крупного масштаба из технических и отчасти практических соображений проводились с растворами смеси ос­ колков урана. Их основной задачей было установление возмож­ ности и порядка величин биологической дезактивации воды. Не подлежит сомнению, что разные химические элементы концент­ рируются одним и тем же видом живых организмов в разной степени, а разные группы и виды живых организмов накаплива­ ют один и тот же химический элемент в разных количествах.

29. Проводящиеся в нашей лаборатории опыты в аквариумах и сериях слабопроточных бачков имеют целью: точно выяснить видово-специфические коэффициенты накопления для разных элементов, а также установить степень дезактивации воды (в процентах) от разных отдельных элементов при прохождении их через серию водоемов. На основании этих опытов можно будет впоследствии, создавая в прудах-отстойниках оптимальные для по г лощения определенной смеси элементов биоценозы, заметно улучшить дезактивационную работу водоемов. Приво­ дившиеся выше резу ль таты опытов в бачках показали также, что разные элементы задерживаются и распределяются по ком­ понентам водоема в разной степени; поэтому степень и характер очистки, а в связи с этим и режим водоемов-отстойников дол­ жен зависеть от комбинации находящихся в воде излучателей.

30. Следует заметить, что вряд ли даже сравнительно высо­ кие концентрации радиоактивности в донных отложениях, не говоря уже о сравнительно ничтожных концентрациях ее в воде, могут в какой-либо мере подавлять развитие пресноводно­ го биоценоза. Проводившиеся нами специальные опыты с прес­ новодным перифитоном и элодеей показали, что содеrжание в воде радиоактивности в концентрациях 10-6 -10-4 Cu/ не толь­ ко не подавляет, но даже заметно стимулирует рост и развитие этих организмов. То же самое в еще большей мере касается по­ чвенной и водной микрофлоры.

31. На основании всех вышеизложенных соображений и ре­ зультатов опытов можно в дискуссионном порядке предложить для дезактивации загрязненных излучателями сточных вод тип установки, состоящей из серии прудов-отстойников. Надо пола­ гать, что вода после прохождения через такую серию пру дав может быть сбрасываема (с некоторыми предосторожностями, о которых будет упомянуто ниже) в открытые водоемы.

32. Дадим самые общие рекомендации по расчету и устройст­ ву прудов-отстойников. Если принять, что общий объем воды в серии должен в 60 раз превышать средний объем суточного сброса сточных вод, то на 1000 м 3 суточного сброса общий объем водоемов должен составить примерно 60 000 м 3. Серия должна состоять из пяти прудов, из которых первый вдвое больше остальных; тогда объем первого пруда будет равняться 20 000 м 3, остальных по 10 000 м·. При определении глубины прудов надо исходить из следующих соображений. С одной сто­ роны, для увеличения относительной сорбирующей поверхнос­ ти грунта выгоднее мелкие пруды; с другой стороны, практичес­ ки неуд об на слишком большая площадь серии водоемов и необ­ ходим достаточно толстый слой воды для отширмовки у-излуче­ ний донных отложений и для избежания чрезмерного сокраще­ ния свободной водной массы при замерзании водоема в зимний сезон. Поэтому глубина должна составлять около 1112 метров, тогда общая площадь водоемов составит около 31;3 га. По форме четыре меньших пруда можно сделать квадратными, а первый, больший пруд, может иметь форму прямоугольника с короткой стороной, равной стороне остальных прудов. Все пруды долж­ ны соединяться сточными трубами для верхнего стока, приспо­ собленными и для работы в зимних условиях. Дно и боковые откосы котлованов должны быть гидраизолированы (например, слоем глины или другим способом) для того, чтобы избежать излишнего просачивания воды в подпочву; с целью избежания разноса активности грунтовыми водами площадь под пруды должна быть выбрана с учетом гидрогеологических и грунтовых условий и так спланирована, чтобы до минимума сократить объем поверхностного, особенно весеннего, стока в водоем. Бе­ рега прудов и прибрежные откосы должны быть тщательно за­ дернованы хорошим газоном, а для устранения ветрового рас­ пыления воды и прибрежной почвы вся территория должна быть окружена защитной лесной полосой. Поверхностный сток воды у последнего пру да целесообразно снабдить планктонно­ детритным задерживающим фильтром.

33. Необходимо подчеркнуть основные недостатки и досто­ инства биологического метода дезактивации сточных вод. Ос­ новным и, пожалуй, единственным недостатком является то, что установка, состоящая из нескольких прудов, занимает отно­ сительно большую площадь. При этом чем ~грязнее~ сточные воды и чем выше их активность, тем большую площадь должны занимать пруды, при том же объеме суточной пqдачи.

34. Основными достоинствами этого метода являются про­ стота, дешевизна и безаварийность. Эксплуатация практически не требует затраты специального труда и средств, за исключе­ нием периодического ухода за газонами и насаждениями. Осо­ бенно существенным мы считаем то, что водоемы наряду с дез­ активацией и очисткой воды одновременно являются ~радио­ кладбищем~. Последнее обстоятельство не должно пугать и при ежесуточном поступлении сравнительно больших количе­ ство излучателей. Для относительно свежих растворов оскол­ ков урана накапливающееся количество излучателей практи­ чески не превышает 150-200 суточных порций, а полуторамет­ ровый слой воды является хорошей отширмовкой основной массы излучателей, скопившихся на дне и в придонной массе.

Сама же водная масса пру да даже при маловероятной актив­ ности порядка 10- 4 Cu/1 дает, как показывают специальные дозиметрические расчеты, на расстоянии 1 м от берега лишь около одной ~толерантной дозы~.

35. Наконец, надо упомянуть о сбросе дезактивированных сточных вод, прошедших через серию прудов-отстойников в от­ крытые водоемы. Выше упоминалось, что конечный сток воды из последнего пруда следует снабдить фильтром (например, из песка и гравия), задерживающим планктон и детрит; этим ис­ ключается попадание в открытые водоемы излучателей, кон­ центрированных планктоном. Место сброса из прудов-отстойни­ ков лучше оградить от пользования для бытовых нужд. Предпо­ чтительнее сбрасывать дезактивированные сточные воды либо в реки, либо в болотистые участки, не служащие источником бы­ тового водопользования.

36. Наконец, биологические методы дезактивации воды целе­ сообразно применять лишь к большим количествам сточных вод, содержащих излучатели в весьма малых концентрациях;

такие воды не рентабельно обрабатывать другими способами.

Высокоактивные отбросы должны концентрироваться и захора­ ниваться либо в глубинах океана, либо в недрах земной коры, ниже уровня грунтовых вод, не связанных с поверхностным вы­ ходом. В будущем высокоактивные концентраты, может быть, будет целесообразно отправлять на Луну или в мировое про­ странство.

Литература Вернадский В.И. Биосфера- Л., 1926.

1.

Вернадский В.И. Очерки геохимии.- М.: Гос. научн.-техн. горно-геол.

2.

нефт. изд-во, 1934.

3.Вернадский В.И. Биогеохимические очерки.- М.- Л.: Изд-во АН СССР, 1940.

4. Вернадский В. И. Несколько слов о ноосфере/ /Успехи соврем. биол.Т. 18, N~ 2.

S. Виноградов А.П. Химический состав морского планктона/ /Труды Океа­ нографического ин-та.- 1938.- Т. 7.- С. 97-112.

6. Виноградов А. Л. Геохимия рассеянных элементов в морской воде/ /Успе­ хи химии.- 1944.- Т. 13, N~ 1.- С. 13-34.

7. Виноградов А. П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах.- М.:Изд-во АН СССР, 1950.

О РАДИОАКТИВНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЯХ БИОСФЕРЫИ МЕРАХ БОРЬБЫ С ЭТИМИ ЗАГРЯЗНЕНИЯМИ

ВВЕДЕНИЕ

1.

1.1. Бурное развитие атомной промышленности за последние 15 лет ставит перед человечеством новую проблему - возмож­ ность радиоактивных загрязнений биосферы. Серьезность и масштабы этой проблемы становятся ясными, если вспомнить, что до развития производства искусственных радиоактивных изотопов (как продукта или как отхода атомной промышленнос­ ти) во всем мире было несколько сотен грамм о в концентриро­ ванных препаратов естественно радиоактивных изотопов не­

–  –  –

сотен кюри радиоактивных излучений; теперь же ежегодно атомной промышленностью во всем мире производятся десятки различных искусственных радиоактивных изотопов в весьма больших количествах. Развитие и расширение целого ряда ста­ рых отраслей промышленности, таких, как химическая, метал­ лургическая, нефтяная, лесная, бумажио-целлюлозная и т.д. с достаточной убедительностью показало, что иренебрежение ме­ роприятиями (технически вполне осуществимыми) по охране воздуха, воды, почв и сообществ живых организмов от часто весьма вредоносных отходов промышленности ведет к целому ряду тяжелых последствий. На большие пространства развеива­ ются вредные аэрозоли, в огромных масштабах загрязняются природные воды, обедняются и частично уничтожаются сообще­ ства живых организмов (биоценозы), что ведет к ухудшению среды обитания человека. Кроме того, изменяющее и обедняю­ щее влияние отходов промышленности на большие участки био­ сферы медленно, но верно подрывает и снижает природные ре­ сурсы и в особенности, биологическую (наиболее ценную) про­ дуктивность Земли.

1.2. Опыт вековых наблюдений за возможностью весьма гу­ бительных действий на биосферу отходов развивающейся про­ мышленности, если они выходят из-под разумного контроля че­ ловека, а вместе с тем полная уверенность (также основанная на обширном и разностороннем опыте) в возможности неограни­ ченного развития всех отраслей современной промышленности без каких-либо вредных последствий для биосферы заставляет нас ставить весьма серьезную проблему о быстром и полном изучении всех вопросов, связанных с возможностью воздейст­ вий новой атомной промь~шленности на биосферу, а тем самым на здоровье и благосостояние людей.

1.3. Любая достаточно широкая проблема о воздействии че­ ловека и его промытленной деятельности на окружающую природу должна в настоящее время ставиться на основе создан­ ного В. И. Вернадским общего учения о биосфере и биогеохи­ мических процессах и разработанной В.Н. Сукачевым биогео­ ценологии - дисциплины, изучающей взаимосвязи между ком­ понентами (косными и живыми) биогеоценозов как элементар­ ных биохорологических участков современной биосферы, а также взаимодействия между разными биогеоценозами. В этой связи интересующая нас проблема в самых общих чертах сво­ дится: а) к изучению судьбы радиоизотопов, попадающих в различные биогеоценозы; б) к изучению действий ионизирую­ щих излучений извне и инкорпорированных радиоизотопов на живые организмы, включая человека; в) к разработке, пользу­ ясь разумными прогнозами, основанными на изучении судьбы радиоизотопов в биосфере и их действий, различных меро­ приятий по борьбе с вредными радиоактивными загрязнени­ ями.

В настоящем сообщении будут весьма кратко сформули­ 1.4.

рованы некоторые уже имеющиеся представления по этим трем основным разделам общей проблемы о влиянии радиоактивных загрязнений на биосферу и возможных мероприятиях по борьбе с этими загрязнениями.

2. СУДЬБА РАДИОИЗОТОПОВ, ПОПАДАЮЩИХ В БИОСФЕРУ

2.1. В общем понятии судьбы радиоизотопов, попадающих в биосферу, практически наиболее важными являются вопросы о путях и размерностях их миграции из центров загрязнений, их распределении по различным косным и живым компонентам за­ грязненных биогеоценозов, а также об их перераспределении и концентрациях в этих компонентах.

Наиболее быстрыми и мощными путями миграции и раз­ 2.2.

носа радиоизотопов из мест загрязнения (понимая под таковы­ ми все случаи выхода из-под разумного. контроля человеком) являются ветровое перемещение аэрозолей {радиоактивных пылей, дымов и туманов) и вынос текучими водами (морскими течениями, реками, ручьями и сточными водами). Этими путя­ ми при небрежном отношении к отходам могут легко и быстро быть радиоактивно заражены относительно большие площади почв с населяющими их биоценозами и крупные открытые водо­ емы. Более медленным и менее мощным, но зато весьма посто­ янным и длительным путем миграции радиоизотопов является постепенное распространение их живыми организмами. Этот биологический путь миграции сводится в основном к постепен­ ному распространению и разносу излучателей из мест первично­ го загрязнения сообществами живых организмов почвы (педо­ ценозами), корневыми системами и ризасферами растений, лис­ топадом и различными растительными остатками, планктоном и другими водными биоценозами, насекомыми, птицами и други­ ми массово размножающимися и мигрирующими животными.

Все эти пути биологической миграции осуществляются как в ре­ зультате активной или пассивной мобильности живых организ­ мов (а также их продуктов метаболизма и их остатков), так и с помощью сложных пищевых цепей в биоценозах.

2.3. Распределение радиоизотопов по различным компонентам биогеоценозов определяется в первую очередь установлением ди­ намических равновесий, зависящих от динамики сорбции и де­ сорбции в широком смысле этого слова, между жидкой (природ­ ные воды и почвенные растворы) и твердой (почвы, грунты и во­ допроницаемые горные породы) фазами, а также накоплением ра­ диоизотопов живыми организмами из окружающей их среды.

2.4. По отношению к микроконцентрациям большинства хи­ мических элементов мелкодисперсные фазы горных пород, грунты, а особенно илы и почвы являются очень хорошими со­ рбентами. Поэтому большинство радиоизотопов концентрирует­ ся (при поверхностном поступлении) в верхних слоях почвы и в донных отложениях водоемов, из которых лишь медленно и в незначительных концентрациях мигрирует с природными вода­ ми. Продвижение различных радиоизотопов с природными во­ дами и растворами по грунтам и почвам, естественно, несколько различно, зависит количественно и качественно от химической природы соответствующих элементов и от той физико-химичес­ кой формы, в которой данный изотоп поступает в раствор.

Этими же причинами частично определяется и различная сте­ пень накопления радиоизотопов разными группами и видами живых организмов из окружающей их среды.

2.5. В общем все виды живых организмов обладают способ­ ностью более или менее интенсивно накапливать почти все рас­ сеянные и микроэлементы, находящиеся в среде их обитания в ничтожных концентрациях. Эту же способность мы выражаем количественно с помощью коэффициентов накопления, являю­ щихся отношением концентраций данного радИоизотопа в орга­ низме и в среде его обитания; коэффициенты накопления пока­ зывают, таким образом, во сколько раз ко~центрация радиоизо­ топа в организме выше, чем в окружающем его среде (в состоя­ нии пекотарого динамического равновесия). Коэффициенты на­ копления разных радиоизотопов различными видами живых ор­ ганизмов могут быть весьма различны и выражаются цифрами от десятков до десятков тысяч; особенно высоки они у пресно­ водных организмов, равняясь для многих радиоизотопов (осо­ бенно для катионов металлов и редких земель) и у водных рас­ тений, мелких беспозвоночных и особенно планктона тысячам и десяткам тысяч. Высокие коэффициенты накопления объясня­ ются особенностями минерального обмена всех живых организ­ мов (в еще недостаточно изученные детали которого мы входить не будем), благодаря которым поступление микроэлементов в организм протекает значительно быстрее, чем их выделение (или, что то же самое, стойким связыванием поступивших вор­ ганизм микроэлементов). Высокие коэффициенты накопления большинства радиоизотопов живыми организмами приводят к тому, что в биомассе загрязненных биогеоценозов (наземных или водных) концентрация излучателей очень скоро становится во много раз выше, чем в косных компонентах.

Живые организмы являются благодаря вышеупомянуто­ 2.6.

му их свойству накапливать рассеянные микроэлементы самым мощным фактором длительного перераспределения радиоизото­ пов по различным компонентам биогеоценозов. Извлекая и кон­ центрируя их из природных вод и растворов (а частично благо­ даря непосредственному контакту корневых систем растений и из твердой фазы почв и грунтов), живые организмы концентри­ руют радиоизотопы в своей биомассе; благодаря росту и раз­ множению живых организмов этот мощный процесс концентра­ ции радиоизотопов биомассой из всех пронизаиных жизнью косных участков биогеоценозов является постоянным. Все время происходящее частичное отмирание биомассы ведет к от­ ложению накопленных живыми организмами радиоизотопов в местах максимального скопления органических остатков и детрита; количественно наиболее важными местами накопления ор­ ганических остатков являются поверхность и верхние горизон­

–  –  –

концентрируются и вновь перераспределяются в основном жи­ выми организмами; часть их по корневым системам растений и с педоценозами мигрирует в нижележащие горизонты почв и грунтов, и лишь незначительная часть (благодаря упоминав­ шейся уже мощной сорбционной способности грунтов и почв) мигрирует со стоком. По корневым системам растений и их ри­ зосферам, с педоценозами через пассивный {водой и ветром) или активный (живыми организмами) разнос органических ос­ татков с концентрированными в них радиоизотопами, а также благодаря непосредственному передвижению и перемещению живых организмов происходит медленное, но постоянное гори­ зонтальное продвижение излучателей из мест первоначальной максимальной концентрации.

2. 7. Таким образом, судьбу вышедших из-под контроля чело­ века излучателей можно представить себе (конечно, в упрощен­ ном и схематизированном виде) следующим образом. Первично определенная территория или водоемы загрязняются ветровым разносом аэрозолей или ПJ?ИНосом излучателей ~екучей водой. В случае наличия соответствующих возможностен (пылящие по­ верхности и проточные воды) этот процесс распыления ветром и сноса проточной водой может продолжаться из мест первичного загрязнения и далее. Но благодаря высокой сорбционной способ­ ности почв и грунтов, а также весьма высоким коэффициентам на­ копления живыми организмами максимальная концентрация в за­ раженных биогеоценозах образуется в биомассе, органических ос­ татках, верхних горизонтах почвы и в донных отложениях водо­ емов. В л:альнейшем горизонтальная и вертикальная миграции и перераспределение протекают медленно, но постоянно в основном в результате жизнедеятельности населяющих соответствующие биогеоценозы сообществ живых организмов. Благодаря высоким коэффициентам накопления живые организмы (а также детрит, свежий ил, лесная подстилка и другие органические остатки) могут служить хорошими индикаторами радиоактивных загрязне­ ний; с другой ст.ороны, это же свойство живых организмов быстро концентрировать и накапливать радиоизотопы можно, как будет упомянуто ниже, использовать для биологической дезактивации радиоактивно загрязненных почв и особенно сточных вод.

3. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ДЕЙСТВИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

3. 1. Даже весьма значительные с точки зрения радиоактив­ ности количества радиоизотопов представляют собой ничтожное по общей массе количество вещества этих изотопов; или, что то же самое, весьма высокие с точки зрения радиоактивности кон­ центрации излучателей являются в то же время с химической точки зрения ничтожными, часто субаналитическими концент­ рациями. Биологическое действие радиоактивных изотопов сво­ дится поэтому к действию радиоактивных ионизирующих излу­ чений; химическими же действиями соответствующих элементов и соединений можно пренебречь. Облучение живых организмов ионизирующими излучениями, испускаемыми радиоизотопами, с одной стороны, происходит извне, в резу ль тате повышения i:фона~ у- и Р-излучений в воздухе, воде и почве; с другой сто­ роны, источником облучения являются инкорпорированные ор­ ганизмы, т.е. сконцентрированные в их тканях и органах радио­ изотопы, достигающие в некоторых случаях благодаря ранее упоминавшимся высоким коэффициентам накопления в некото­ рых тканях и органах весьма высоких концентраций, вызываю­ щих соответственно большие дозы местного облучения. Дейст­ вия ионизирующих излучений на живые организмы весьма сложны и многообразны; условно можно выделить общебиоло­ гические и специальные действия.

3.2. Общебиологические эффекты ионизирующих излучений выражаются в их действии на рост, развитие, плодовитость и смертность организмов. Все эти эффекты в их количественном выражении зависят в первую очередь от дозы облучения, а кроме того, от типа излучений и срока экспозиции (длительности облу­ чения). Обычно при равных физических дозах более сильным биологическим действием обладают а-излучения по сравнению с р- и у-излучениями, а также концентрированное облучение, по сравнению с протрагированным (растянутым). Очень слабые дозы, особенно будучи применены на ранних стадиях развития (например, на семена растений), вызывают обычно небольтую стимуляцию роста и развития (так называемая радиостимуля­ ция); при увеличении доз наблюдается прогрессирующее с дозой угнетение, сопровождающееся пониженнем плодовитости и уве­ личением смертности, а при достаточно высоких дозах действие завершается летальным эффектом. Общая радиочувствительность (количественное выражение действия при равных дозах) может быть весьма различной у разных групп и видов живых организ­ мов; в общем радиочувствительность повышается от низших форм к более высокоорганизованным.

3.3. Лишь в очагах весьма концентрированных радиоактив­ ных загрязнений сумма доз внешнего и внутреннего облучения достаточно высока для непосредственного уничтожения боль­ шинства видов, образующих природные сообщества живых ор­ ганизмов. Но даже более низкие дозы (особенно постоянно дей­ ствующее внутреннее облучение, исходящее от сконцентриро­ ванных в органах и тканях радиоизотопов), возникающие в ре­ зультате меньших загрязнений, могут оказаться биологически весьма эффективными. С одной стороны, благодаря вышеупо­ мянутой большой радиочувствительности высокоорганизован­ ных форм живых организмов они могут вызывать патологичес­ кие изменения, повышение смертности и понижение плодови­ тости у высших животных и человека. С другой стороны, путем дифференцированного воздействия на сообщества живых орга­ низмов (стимулируя некоторые и в разной степени угнетая дру­ гие виды) облучение может производить пока еще трудно пред­ усмотримые перестройки и обеднения биоценозов.

3.4. Наряду с только что упоминавшимся общебиологичес­ ким эффектом необходимо принимать во внимание некоторые специальные действия ионизирующих излучений на живые ор­ ганизмы. Из таких специальных действий важнейшими являют­ ся повышение процента тератологических изменений в онтоге­ незе организмов (уродств), увеличение числа (возрастающего более или менее пропорционально дозе) различных злокачест­ венных опухолей у высших организмов и повышение в потомст­ ве облученных организмов числа вновь возникающих мутаций (элементарных наследственных изменений), происходящее также примерно прямо пропорционально дозе облучения. Со­ вершенно очевидно и не требует никаких пояснений то обстоя­ тельство, что повышение процента возникающих уродств и зло­ качественных опухолей чрезвычайно неблагоприятно влияет на индивида и популяции в целом. Но и чрезмерное повышение процента мутаций в большинстве случаев также неблаго:приятно отражается на природных популяциях, кот"орые человек не под­ вергает искусственному отбору, ввиду относительно большой доли летальных и патологически действующих мутаций в общем спектре мутационного процесса; у всех видов животных орга­ низмов интенсивность мутационного процесса поддерживается извечно действующим естественным отбором на определенном оптимальном уровне, позволяющем поставлять достаточный элементарный эволюционный материал и в то же время не обре­ менять популяции чрезмерным числом патологических мута­ ций. Следует подчеркнуть, что для вызывания злокачественных опухолей и мутаций, по-видимому, не существует низшей поро­ говой дозы: процент их возникновения примерно прямо пропор­ ционален дозе и, следовательно, даже очень малые дозы, хоть и в соответственно малой степени, повышают вероятность их воз­ никновения.

БОРЬБА С РАДИОАКТИВНЫМ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ БИОСФЕРЫ

4.

4.1. Все многообразие возможности радиоактивных загрязне­ ний биосферы можно подразделить на две основные группы:

а) местные загрязнения; б) широкие, в пределе общие загрязне­ ния биосферы. Первая группа включает в себя все те случаи, в которых в виде радиоактивных пылей и других аэрозолей или с радиактивно загрязненными водами отходы вызывают местные загрязнения определенных территорий и водоемов; в этих слу­ чаях загрязненная территория относительно очень невелика и ограничена. Ко второй группе относятся в основном результаты испытаний атомного и термоядерного оружия. Образующиеся при этом различными путями радиоактивные изотопы большого числа химических элементов разносятся воздушными и океани­

–  –  –

вышения концентраций инкорпорированных излучателей и у человека.

4.3. Борьба против местных радиоактивных загрязнений должна проводиться целым рядом способов, которые можно под­ разделить на две основные группы: а) предупредительные, или профилактические, мероприятия и б) меры, понижающие опас­ ность от уже возникших центров загрязнения.

Предупредительные (профилактические) мероприятия 4.4.

должны, исходя из печального опыта значительных загрязне­ ний воздуха, природных вод и биогеоценозов обычными отрас­ лями нашей промышленности (химической, металлургической, нефтяной, бумажно-целлюлозной, лесной и др.), приводящих к резкому обеднению биоценозов и отравлению среды обитания человека, сводиться в основном к строжайшему выполнению всех доступных мер (технически вполне возможных) по охране биогеоценозов и особенно открытых водоемов от радиоактив­ ных загрязнений. С этой целью теоретически вполне возможно (и практически уже проводится) применение целого ряда спосо­ бов механической и биологической изоляции тех мест в произ­ водстве, которые могут являться источниками загрязнения, а

–  –  –

дов и различных, в том числе и биологических, путей дезакти­ вации и доочистки сточных вод перед сбросом их в открытые водоемы. Следует подчеркнуть, что, как и в большинстве случа­ ев, наилучшие прак-тические результаты дает тщательное пред­ упреждение загрязнений, а не борьба с уже возникшими.

4.5. Что касается возможных мер снижения опасностей по каким-либо причинам уже возникших центров загрязнения в биосфере, то здесь приходится исходить из создавшейся в каж­ дом отдельном случае конкретной ситуации. В самой общей форме можно указать, что при относительно высоких концент­ рациях радиоактивного загрязнения в первую очередь необхо­ димо: а) максимально сократить возможность образования ра­ диоактивной пыли в центре загрязнения (например, путем глу­ бокой вспашки с полным оборотом пласта пашен, паров и дру­ гих незадернованных пылящих пространств); б) воспрепятство­ вать выносу радиоактивности из центров загрязнения текучими водами (например, путем устройства прудов-отстойников на вы­ текающих из места загрязнения или протекающих через него ручьях и речках); в) сократить до минимума пути биологичес­ кой миграции радиоизотопов из места загрязнения (например, путем создания узких, в несколько метров шириной, «пустын­ ных поясов~ вокруг мест максимального загрязнения, борьбы с массовым развитием вредителей и широко мигрирующих мест­ ных животных и т.д.); г) прекратить использование, в особен­ ности пищевое и кормовое, всей биопродукции с загрязненной площади и водоемов. Дальнейшие мероприятия должны сво­ диться в соответствии с конкретными условиями (степенью за­ грязнения и ландшафтно-географическим характером местнос­ ти) к применению по специально разработанному плану ряда биологических способов наибольшей степени дезактивации верхнего слоя почвы и природных водоемов, а также наивыгод­ нейшего (с точки зрения безопасности) перераспределения ра­ диоактивности между различными компонентами биогеоцено­ зов. С этой целью можно использовать упоминавшуюся ранее (см. способность живых организмов концентрировать и на­ 2.5) капливать радиоизотопы: для дезактивации почв можно засе­ вать их в течение ряда лет специально подобранными травянис­ тыми фитоценозами, ежегодно скашивая· зеленую массу, осто­ рожно сжигая и захоранивая в глубоких рвах, а для дезактива­ ции водоемов можно проводить естественную биологическую очистку с последующим ускорением заиления.

Экспериментально-биогеоценологические исследования 4.6.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

Похожие работы:

«Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "САРАТОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО" Кафедра физической географии и...»

«5.2013 СОДЕРЖАНИЕ CONTENTS ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ ECONOMY AND FINANCES Сафаров Ш. О. Пути совершенствования цено Safarov Sh. O. Ways to improve the price mecha вого механизма в сельском хозяйстве. 2 nism in agriculture АГРОЭКОЛОГИЯ AGROECOLOGY Абдулл...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" Институт наук о Земле Кафедра физической географии...»

«№4, 2005 г. © Бородин П.М. Первая любовь Чарльза Дарвина П.М.Бородин, доктор биологических наук Институт цитологии и генетики СО РАН Новосибирск Здесь речь пойдет не о геологии и даже не о собирании жуков и раковин. Я хочу рассказать вам о первой любви Чарльза Дарвина в самом прямом смысле этого слова. Вы не поверите, но Чарльз Дарвин не всег...»

«УДК 612.017.1:616-097 КОЛИКОВА ЮЛИЯ ОЛЕГОВНА АУТОАНТИТЕЛА К ДНК В СЫВОРОТКЕ КРОВИ ЗДОРОВЫХ ЛИЦ 03.00.04 биохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Казань 2003 Работа выполнена на кафедре биохимии Казанского государственного университета Научный руководител...»

«Convention on Protection and Use of Transboundary Watercourses and International Lakes SEMINAR ON ENVIRONMENTAL SERVICES AND FINANCING FOR THE PROTECTION AND SUSTAINABLE USE OF ECOSYSTEMS Geneva, 10-11 October 2005 ДОКЛАД ПО ЭКОЛОГИЧЕСКИМ УСЛУГАМ И ФИНАНСИРОВАНИЮ ОХРАНЫ И УСТОЙЧИВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКОСИСТЕМ, СВЯЗАННЫХ С ВОДОЙ М...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Инст...»

«Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Средняя общеобразовательная школа № 6" Принято Утверждено на педагогическом совете приказом МБОУ "СОШ№6" протокол от 29.05.2017г. № 5 29.05.2017г № 153о РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебного курса "Готовимся к ЕГЭ по биологии" 1...»

«Станякина Маргарита Владимировна ВЛИЯНИЕ ПРЕНАТАЛЬНЫХ, НАТАЛЬНЫХ И ПОСТНАТАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ НА ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ ДЕТЕЙ СТАРШЕГО ДОШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА 19.00.02 – Психофизиология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологиче...»

«Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2014. Вып. 10. С. 68–76. УДК 582.594.2:[581.46+581.5] (477.75) ОСОБЕННОСТИ АНТЭКОЛОГИИ ЯТРЫШНИКА ПРОВАНСКОГО (ORCHIS PROVINCIALIS, ORCHIDACEAE) В КРЫМУ: ФЕНОЛОГИ...»

«Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(13), 2014 г., [158-167] УДК 631.67.03 Л. А. Воеводина (ФГБНУ "РосНИИПМ") НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛЕНЫХ ВОД ДЛЯ ОРОШЕНИЯ В статье рассмотрена...»

«Номер: KZ61VCY00072512 Дата: 15.07.2016 АЗАСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ ЭНЕРГЕТИКА МИНИСТРЛІГІ РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН МНАЙ-ГАЗ КЕШЕНДЕГІ КОМИТЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ЭКОЛОГИЯЛЫ РЕТТЕУ, РЕГУЛИРОВАНИЯ, КОНТРОЛЯ И БАЫЛАУ ЖНЕ МЕМЛЕКЕТТІК ГОСУДАРСТВЕННОЙ ИНСПЕКЦИИ ИНСПЕКЦИЯ КОМИТЕТІ В НЕФТЕГАЗОВОМ КОМПЛЕКСЕ АТЫРАУ ОБЛЫСЫ БО...»

«Вестник Тюменского государственного университета. 20 Экология и природопользование. 2016. Т. 2. № 4. С. 20–32 Павел Евгеньевич КАРГАШИН1 Платон Сергеевич ЯСЕВ2 УДК 528.87+528.94 КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ОСВОЕНИЯ ХОХРЯКОВСКОГО НЕФТЯНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ кандидат географических наук, доце...»

«Українська ентомофауністика 2011, 2(2) : 1–9 Дата публікації: 18.04.2011 Чехликовые моли (Lepidoptera, Coleophoridae): к фауне степной зоны Украины Ю. И. Будашкин Карадагский природный заповедник НАН Украины ул. Науки, 24 98188 п/о Курортное, Феодосия, Украина budashkin@pocht...»

«Ельчининова О.А. Мышьяк в почвах долины Катуни и над месторождениями ртути 1. / М.А. Мальгин, А.В. Пузанов, О.А. Ельчининова, Т.А. Горюнова // Сибирский экологический журнал. -1993.№ 2 Ельчининова О.А. Тяжелые металлы и мышьяк в дикорастущих лекарственных 2. раст...»

«ЭКОТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГОРОДСКИХ ПОЧВ МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ Яковишина Татьяна Федоровна доцент кафедры экологии и охраны окружающей среды, канд. с.-х. наук, доцент, Государственное высшее учебное заведение "Приднепров...»

«ООО "ИНСТИТУТ РЕСТАВРАЦИИ, ЭКОЛОГИИ и ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ" Муниципальный заказчик: Комитет архитектуры и градостроительства администрации городского округа "Город Калининград". ДОКУМЕНТАЦИЯ ПО ПЛАНИРОВКЕ ТЕРРИТОРИИ Проект планировки с проектом межевания в его...»

«Гончаров Владимир Михайлович АГРОФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ В КОМПЛЕКСНОМ ПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ Специальность: 06.01.03 – агрофизика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Москва – 2010 Работа выполнена на кафедре физики и мел...»

«Межгосударственная кластерная интеграция. Санкт-Петербургский Кластер Чистых технологий для городской среды. Interstate cluster integration. Saint-Petersburg Cleantech Cluster for urban environment. Миссия Кластера Mission of the Cluster Cделать Санкт-Петербург Making St. Petersburg экологичным и безопасным environment...»

«Пояснительная записка к рабочей программе по биологии для 9 класса Программа разработана на основе Федерального компонента государственного стандарта основного общего образования и Федерального базисного учебного плана, в соответствии с которым на изучение биологии в 9...»

«1. ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОГО ПРЕДМЕТА Предметные компетенции формируются в рамках определённого предмета. В процессе преподавания химии формируется представление о химии как неотъемлемой составляющей естественно-научной картины мира; понимание роли химии в повседневной жизни и прикладного значения химии в жизни...»























 
2017 www.kn.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.