Современные представления о факторах, влияющих на корневое потребление Cs-137 растениями

Изучению накопления 137Cs элементами растительного покрова природных и антропогенных экосистем в результате его корневого потребления из радиоактивно загрязнённых почв в последние десятилетия уделялось большое внимание, что позволило определиться с основными закономерностями этого процесса. Известно, что 137Cs относится к радионуклидам с умеренно пониженной интенсивностью перехода из почв в растения [1,2], которая варьирует в зависимости от множества факторов: физико-химической формы, механизмов, срока давности и регулярности поступления загрязнителя в экосистему; состава и свойства почв, в том числе их минералогического и гранулометрического состава, pH, состава почвенного раствора, содержания органического вещества, обеспеченности подвижными формами соединений калия и аммонийного азота; семейства и вида растения, его сортовых особенностей, габитуса, фазы вегетационного цикла; состава и активности почвенной микробиоты наличия микоризы; погодных условий и т.д [1,3,4].

К основным биологическим и эдафическим особенностям корневого потребления 137Cs, установленным в настоящее время, можно отнести следующее:

  1. Наиболее интенсивное необменное поглощение 137Cs происходит в пространствах выветреных участков иллита, а также глинистых минералов с примесь иллита [5].
  2. Корневое поглощение 137Cs происходит по аналогии с природным стабильным изотопом 133Cs [6] или более активно.
  3. Биологическая доступность 137Cs в органогеннных почвах выше, чем в минеральных, а в минеральных увеличивается в зависимости от гранулометрического состава в ряду: суглинистые и глинистые < супесчаные < песчанные почвы.
  4. Растения, фотосинтез которых осуществляется по типу С4, накапливают из почв большее количества калия, железа и кальция, чем С3-виды, что может иметь связь с различиями этих групп в отношении интенсивности корнегово поглощения радиоцезия.
  5. После увядания трав запасы 137Cs, находящегося в корнях, может быть перераспределен к новым побегам, а главные корни многолетних растений могут служить депозитарием для сравнительно долговременного хранения радионуклидов.
  6. Согласно с  величинами Кн, установленными для надземных органов, в качестве растений-гипераккумуляторов 137Cs в  ряде случаев предлагаются амарант (Amaranthus retroflexus, А.viridis) и подсолнечник (Helianthus annuus) Относительно высокие величины Кн также зафиксированы для томатов (семейство Пасленовые), мангольдов (семейство Амарантовые), огурцов (семейство Тыквенные) [7], а также других растений из семейств Амарантовые (Amaranthaceae), Маре- вые (Chenopodicaceae), Капустные (Brassicaceae) [8] и Астровые (Asteraceae) [9].
  7. Межсортовые различия параметров корневого поглощения 137Cs для сельскохозяйственных культур, могут достигать 6-кратной разницы между минимальным и максимальным значениями [10].
  8. Использование на радиоактивно загрязненных землях азотных удобрений, содержащих ион NH4+, может стимулировать процесс перехода 137Cs в растения [11]. Относительно влияния аммонийного азота на переход 137Cs в растения есть и обратное мнение – то, что его присутствие во внешней среде при дефиците подвижного калия подавляет процессы симпорта Cs+/H+ и, следовательно, способствует снижению корневого поглощения радионуклида [9].
  9. Корневое потребление 137Cs из почв, содержащих аборигенную микробиоту, идет более активно, чем из стерилизованных почв. Корневая микориза, которая, с одной стороны, увеличивает площадь всасывающей поверхности корней, а с другой, может служить биологическим барьером, который препятствует проникновению радионуклида в растение [7, 10]
  10. Установленно, что арбускулярная микориза не является непосредственным накопителем радионуклида, но способствует снижению его проникновения вглубь корня к сосудам ксилемы и дальнейшего переноса в надземную часть, тем самым создавая эффект корневого биологического барьера [11]. В отношении поглощения 137Cs корнями сосны (Pinus pinaster), находящейся в симбиозе с Rhizopogon roseolus, наблюдалось общее увеличение Кн, но не отмечалось подавление переноса радиоцезия в хвою [8].
  11. Сезонные тенденция изменений Кн 137Cs не совпадают с особенностями внутрисезонного потребления калия растениями, что может говорить о различных путях ассимиляции калия и радиоцезия.

На процессы корневого поглощения 137Cs растениями влияют биологические особенности их корневых систем, однако в  настоящее время достовернных  данных по оценке аккумуляции 137Cs в подземной фракции фитомассы явно недостаточно. Кроме того, процессы корневого поглощения 137Cs и его дальнейшей транслокации в надземные органы растений зависят от различных морфологических, биохимических, филогенетических и физиологических особенностей.

Таким образом, корневое поступление 137Cs в растения определяется большим количеством факторов, прежде всего биологической и эдафической природы. В зависимости от конкретных обстоятельств, определяющими могут становится одни или другие факторы.

Список использованных источников:

  1. Introduction to Phytoremediation. EPA/600/r-99/107. U.S. Environ. Protect. Agency. Cincinnati, Ohio, 200. 70 p.
  2. Robertson D.E., Cataldo D.A., Napier B.A. et al. Literature Review and Assessment of Plant and Animal Transfer Factors Used in Performance Assessment Modeling. Washington: Pacific Northwest National Laboratory Richland, 2003. 182 p.
  3. Tamponnet C., Martin-Garin A., Gonze M.-A. et.al. The overvjew of Boris: Bioavailability of radionuclides in soils// J.Environ. Radioact.2008. V. 99. P. 820-830.
  4. Коноплев А.В., Коноплева И.В. Параметризация перехода 137 Cs из почв в растения на основк ключевых почвенных характеристик // Радиац. биол. Радиоэкол. 1999. Т. 39. №4. С. 455-461.
  5. Thiry Y., Gommers A., et.al. Rhizospheric mobilization and plant uptake of radiocesium from weathered micas // J. Environ. Qualiry. 2005. V. 34. № P. 2174-2180.
  6. Kamei-Ishikawa N., Tagami K., Uchida S. Estimation of 137Cs Plant root uptake using naturally exiting 133Сs // J.Nucl. Sci. Technol. 2008. Sup. 6. P. 146-151.
  7. Gouthu S., Arie T., Ambe S. et al. Screening of plant species for comparative uptake abilities of radioactive Co, Rb, Sr and Cs from soil // J. Radioanal. Chem. 1997. V. 222. P. 247–251
  8. Zhu Y.-G., Smolders E. Plant uptake of radiocaesium: a review of mechanisms, regulation and application // J. Exp. Bot. 2000. V. 51. № 351. P. 1635–1645.
  9. Касацкий А.А. Биологический круговорот 137Cs и К в лесных фитоценозах южной тайги и лесостепи в отдаленный период после чернобыльских выпаде- ний: Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 2014. 27 с
  10. Penrose B., Beresford N.A., Broadley M.R. et al. Intervarietal variation in caesium and strontium uptake by plants: a meta-analysis // J. Environ. 2015. V. 139. P. 103–117
  11. Willey N., Tang S. Some effects of nitrogen nutrition on caesium uptake and translocation by species in the Poaceae, Asteraceae and Caryophyllidae // Environ. Bot. 2006. V. 58. P. 114–122.
  12. Заглавное фото: https://unsplash.com– Дата доступа 26.03.2018.
Жуковская Евгения Викторовна
Жуковская Евгения Викторовна

© Евгения Жуковская, младший научный сотрудник лаборатории радиоэкологии

e-mail: zhukovskaya.evgenia@yandex.by