Акумуляція 137Cs таломами епіфітного лишайника Hypogymnia physodes (L.) Nyl на різних висотах стовбура у соснових деревостанах
Анотація
Лишайники розглядаються дослідниками як біоіндикатори забруднення навколишнього середовища штучними радіонуклідами, в т.ч. 137Cs. Одним з таких видів-біоіндикаторів є епіфітний лишайник Hypogymnia physodes (L.) Nyl, використання якого для радіоекологічного моніторингу може модифікуватися рядом факторів: деревною породою, розміщенням на дереві (гілки – стовбур), висотою відбору зразків та ін. Метою досліджень було вивчити питому активність 137Cs у таломах гіпогімнії у соснових деревостанах: на стовбурах Pinus sylvestris L. та Betula pendula Roth на різній висоті відбору зразків у 3-х діапазонах висот: 0-65, 65-130, 130-195 см та проаналізувати інтенсивність акумуляції радіонукліду у ланці «таломи лишайника – кора дерева» для обох деревних порід у всіх висотних діапазонах. Дослідження проведене у серпні 2021 р. у Коростенському районі Житомирської області, Житомирському Поліссі, на 4 пробних площах, у природному заповіднику «Древлянський», переважно у середньовікових соснових деревостанах з домішкою берези, де відібрано 130 зразків ґрунту, кори дерев та лишайника. Питому активність 137Cs у зразках вимірювали з використанням гамма-спектрометра СЕГ-001 «АКП-С»–150 зі сцинтиляційним детектором БДЕГ-20Р2 (NaI(Tl). Продемонстровано, що на всіх пробних площах на сосні вміст 137Сs у таломах Hypogymnia physodes на різних висотних діапазонах статистично достовірно не відрізнявся на 95 % довірчому рівні. Зроблено попередній висновок про можливість відбору таломів Hypogymnia рhysodes на стовбурах сосни у діапазоні висот 0-195 см, однак, для зручності відбору зразків попередньо рекомендуємо проводити його у діапазоні 130-195 см. Доведено, що, як питома активність 137Сs у таломах Hypogymnia рhysodes, так і інтенсивність акумуляції 137Сs у ланці «Hypogymnia рhysodes – кора дерев» є приблизно у 2 рази вищою на сосні порівняно з березою. Виявлено, що на березі вміст 137Сs у лишайнику між висотними діапазонами 0-65 – 65-130 см та 0-65 – 130-195 см суттєво відрізняється на 95 % довірчому рівні, тому попередньо рекомендуємо відбір зразків Hypogymnia рhysodes на березі проводити у діапазоні 65-130 см
Ключові слова
Pinus sylvestris L., Betula pendula Roth, листуватий лишайник, кора дерева, коефіцієнт накопичення, питома активність, радіонуклід
[1] Anderson, J., Levesque, N., Caron, F., Beckett, P., & Spiers, G.A. (2022). A review on the use of lichens as a biomonitoring tool for environmental radioactivity. Journal of Environmental Radioactivity, 243, article number 106797. doi: 10.1016/j.jenvrad.2021.106797.
[2] Bargagli, R., Nimis, P.L., & Monaci, F. (1997). Lichen biomonitoring of trace element deposition in urban, industrial and reference areas of Italy. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 11(3), 173-175. doi: 10.1016/S0946-672X(97)80049-1.
[3] Bartok, K., & Mocsy, I. (1990). Studies upon lichen radioactivity. Revue Roumaine de Biologie. Serie de Biologie Vegetale, 35(1), 61-65.
[4] Biazrov, L.G. (2005). Lichens – indicators of radioactive contamination. Мoscow: КМК.
[5] Blum, O.B. (2001). The pollution of the environment cases by lead dumping after the Chornobyl NPP accident – myth or reality? In M.V. Frontasyeva, V.P. Perelygin & P. Vater (Eds.), Radionuclides and heavy metals in environment (pp. 237-244). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.
[6] Bossew, P., Ichikawa, M., Mraz, G., Wallner, G., & Wenisch, A. (2000). Radiological investigations in the surroundings of Bilibino, Chukotka, Russia. Journal of Environmental Radioactivity, 51(3), 299-319. doi: 10.1016/S0265-931X(00)00085-0.
[7] Boyko, О.L., & Orlov, О.О. (2012). Regularities of distribution of the total stock of 137Cs in forest biogeocenoses of Ukrainian Polissia. Scientific Bulletin of UNFU, 22(13), 29-37.
[8] Cecconi, E., Fortuna, L., Benesperi, R., Bianchi, E., Brunialti, G., Contardo, T., Nuzzo, L.D., Frati, L., Monaci, F., Munzi, S., Nascimbene, J., Paoli, L., Ravera, S., Vannini, A., Giordani, P., Loppi, S., & Mauro, T. (2019). New interpretative scales for lichen bioaccumulation data: The Italian proposal. Atmosphere, 10(3), article number 136. doi: 10.3390/atmos10030136.
[9] Dohi, T., Ohmura, Y., Yoshimura, K., Sasaki, T., Fujiwara, K., Kanaizuka, S., Nakama, S., & Lijima, K. (2021). Radiocaesium accumulation capacity of epiphytic lichens and adjacent barks collected at the perimeter boundary site of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Station. PLoS ONE, 16(5), article number 0251828.
[10] Eberhardt, L.L. (1964). Variability of the strontium-90 and caesium-137 burden of native plants and animals. Nature, 204, 238-240. doi: 10.1038/204238a0.
[11] Eckl, P., Türk, R., & Hofmann, W. (1984). Natural and man-made radionuclide concentrations in lichens at several loсations in Austria. Nordic Journal of Botany, 4(4), 521-524. doi: 10.1111/j.1756-1051.1984.tb02058.x.
[12] Ferry, B.W., Baddeley, M.S., & Hawksworth, D.L. (1973). Air Pollution and Lichens. London: Athlone Press.
[13] Fojcik, B., Chruscinska, M., & Nadgorska-Socha, A. (2017). Epiphytic habitats in an urban environment. Contamination by heavy metals and sulphur in the barks of different tree species. Polish Journal of Natural Sciences, 32(2), 283-295.
[14] Gailey, F., & Lloyd, О. (1986). Methodological investigation into low technology monitoring of atmospheric metal pollution: Part 1 – The effects of sampler size on metal concentrations. Environmental Science, 12, 41-92. doi: 10.1016/0143-148X(86)90005-4.
[15] Grodzinska, K. (1976). Acidity of tree bark as a bioindicator of forest pollution in southern Poland. In Proceedings of the first International Symposium on acid precipitation and the forest ecosystem (рр. 905-911). Upper Darby: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Northeastern Forest Experiment Station. doi: 10.1007/BF00156718.
[16] Heinrich, G. (1987). On the radioactive contamination of various plants in Graz after the Chernobyl reactor accident. Mitteilungen des Naturwissenschaftlichen Vereins für Steiermark, 117, 7-25.
[17] Hofmann, W., Attarpour, N., Lettner, H., & Türk, R. (1993). 137Cs concentrations in lichens before and after the Chernobyl accident. Health Physics, 64(1), 70-73. doi: 10.1097/00004032-199301000-00009.
[18] Ingemansson, T., Mattsson, S., & Erlandsson, B. (1981). Sewage sludge – a positive indicator for radionuclides released to the atmosphere from nuclear power plants. Health Phys, 41(6), 815-822.
[19] Kondratiuk, S.Ya. (2008). Іndication of condition of environment of Ukraine with the help of lichens. Кyiv: Naukova Dumka.
[20] Koroleva, Yu., & Revunkov, V. (2017). Air pollution monitoring in the south-east Baltic using the epiphytic lichen Hypogymnia physodes. Atmosphere, 8(7), article number 119. doi: 10.3390/atmos8070119.
[21] Lakin, G.F. (1973). Biometry. Мoscow: Higher School.
[22] Mattsson, L.J.S. (1975). 137Cs in the reindeer lichen Cladonia alpestris: Deposition, retention and internal distribution, 1960-1970. Health Physics, 28(3), 233-248. doi: 10.1097/00004032-197503000-00008.
[23] Nevstrueva, M.A., Ramzaev, P.V., Moiseev, A.A., Ibatulin, M.S., & Teplykh, L.A. (1967). The nature of 137Cs and 90Sr transport over the lichen-reindeer-man food chain. In Radioecological concentration processes (рр. 209-2015). Oxford: Pergamon Press.
[24] Nifontova, M.G. (1998). Content of long-lived artificial radionuclides in moss-lichen cover of terrestrial ecosystems of Ural-Siberian region. Ecology, 3, 196-200. doi: 10.1007/BF02762818.
[25] Nifontova, M.G., & Kulikov, N.V. (1984). 137Cs in vicinities of Beloiarsk atomic power plant named after I.V. Kurchatov. Ecology, 5, 81-83.
[26] Nifontova, M.G., & Kulikov N.V. (1981). About accumulation of 90Sr and 137Cs by some representatives of the lower plants in vicinities of Beloiarsk atomic power plant on Ural. Ecology, 6, 94-97.
[27] Nifontova, M.G., & Kulikov, N.V. (1990). Dynamics of distribution of radionuclides of strontium and caesium in components of terrestrial ecosystems in the zone of Beloiarsk NPP on Ural. Ecology, 3, 77-80.
[28] Nimis, P.L., Andreussi, S., & Pittao, E. (2001). The performance of two lichen species as bioaccumulators of trace metals. Science of Total Environment, 275, 43-51. doi: 10.1016/s0048-9697(00)00852-4.
[29] Orlov, О.О. (2021). Regularities of 137Cs migration on geochemical barriers of marginal zone of mezotrophic bog in Ukrainian Polissia. Geochemistry of Technogenesis, 6(34), 58-70. doi: 10.15407/10.15407/geotech2021.34.058.
[30] Orlov, А.А., & Krasnov, V.P. (2007). Methodological remarks to use of lichens in radioecological monitoring of forests. In Rational use and reproduction of forest resources in the system of sustainable development: Mаterial of international scientific conference (рр. 290-292). Gomel: Institute of Forest of the NAS of Belorussia.
[31] Pavlenko, А.P., & Orlov, О.О. (2020). Mosses and lichens as test-objects of monitoring of radioactive contamination by 137Сs of pine forests of Ukrainian Polissia. In XХVІІ Annual scientific conference of the Institute of Nuclear Research of the NAS of Ukraine: Abstract of reports (рр. 319-320). Kyiv: Institute of Nuclear Research of the NAS of Ukraine.
[32] SOU 74.14-37-425:2006 “Quality of Soil. Methodology of soil sampling for radiation control”. (2006, January). Кyiv: Ministry of Agrarian Policy of Ukraine.
[33] Richardson, D.H.S. (1994). Lichens as biological indicators – recent development. In D.W. Jeffrey & B. Madden (Eds.), Bioindicators and environmental management (рр. 263-272). London: Academic Press.
[34] Sawidis, T., Heinrich, G., & Chettri, M.K. (1997). Cesium-137 monitoring using lichens from Macedonia, Northern Greece. Canadian Journal of Botany, 75(12), 2216-2223. doi: 10.1139/b97-931.
[35] Seaward, M.R.D. (1995). Use and abuse of heavy metal bioassays in environmental monitoring. Science of the Total Environment, 176(1-3), 129-134. doi: 10.1016/0048-9697(95)04839-1.
[36] Seaward, M.R.D. (1980). The use and abuse of heavy metal bioassays of lichen from environmental monitoring. In J. Spaleny (Eds.), Proceedings 3rd international conference bioindicators deteriorisationis regionis (рр. 375-384). Praha: Academia. doi: 10.1016/0048-9697(95)04839-1.
[37] Seaward, M.R.D., Heslop, J.A., Green, D., & Bylinska, E.A. (1988). Recent levels of radionuclides in lichens from southwest Poland with particular reference to 134Cs and 137Cs. Journal of Environmental Radioactivity, 7(2), 123-129. doi: 10.1016/0265-931X(88)90003-3.
[38] Shukla, V., Upreti, D.K., & Bajpai, R. (2014). Lichens to biomonitor the environment. New Delhi: Springer. doi: 10.1007/978-81-322-1503-5.
[39] Steinnes, E., & Njastad, O. (1993). Use of mosses and lichens for regional mapping of 137Cs fallout from the Chernobyl accident. Journal of Environmental Radioactivity, 21(1), 65-73. doi: 10.1016/0265-931X(93)90026-4.
[40] Strand, P., Beresford, N., Copplestone, D., Godoy, J., Jianguo, L., Saxen, R., Yankovich, T., & Brown, J. (2009). Environmental protection: Transfer parameters for reference animals and plants. ICRP Publication, 39(6), article number 114. doi: 10.1016/j.icrp.2011.08.009.
[41] Suno, H., Machida, M., Dohi, T., & Ohmura, Y. (2021). Quantum chemical calculation studies toward microscopic understanding of retention mechanism of Cs radioisotopes and other alkali metals in lichens. Scientific Reports, 11, article number 8228. doi: 10.1038/s41598-021-87617-w.
[42] Order of the Ministry of Health of Ukraine No. 54 “On Basic Sanitary Rules of Provision of Radiation Safety of Ukraine”. (2005, February). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0552-05#Text.
[43] Tuominen, Y., & Jaakkola, T. (1973). Absorption and accumulation of mineral elements and radioactive nuclides. In V. Ahmadjian & M.E. Hale (Eds.), Lichens (рр. 185-223). New York: Academic Press. doi: 10.1016/B978-0-12-044950-7.50011-8.
[44] Wang, W., Gorsuch, J.W., & Hughes, J.S. (1997). Plants for environmental studies. Boka Raton: CRC Press. doi: 10.1201/9781420048711.