Характеристика радиоэкологической обстановки в лесных экосистемах северной и центральной лесостепи

ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ СЕВЕРНОЙ И ЦЕНТРАЛЬНОЙ

ЛЕСОСТЕПИ

Цветнова О.Б., Новиков А.С.

Radioecological characteristic of forest ecosystems of northern and central forest-steppe zones has been given. Concentration of natural and technogenic radionu-clides in soil, soil litter, atmospheric and soil air, у - dose rate have been determined.

В настоящее время в условиях глобального радиоактивного загрязнения Земли техногенными радионуклидами радиоэкологическая обстановка является интегральным показателем содержания в окружающей среде естественных и искусственных источников излучения. Таким образом, доза облучения, получаемая населением от этих источников, обусловлена как природными, так и техногенными радионуклидами. В связи с этим весьма актуальными являются исследования, направленные на оценку вклада данных радионуклидов в радиоэкологическую обстановку различных экосистем территорий, относящихся к загрязненным и условно фоновым. Последнее явилось целью настоящей работы.

Исследования проводились в лесных экосистемах северной (Тульская обл., Плавский р-н, уч. 1) и центральной лесостепи (Воронежская обл., Лискин-ский р-н, уч. 2). Тульская область относится к территориям с напряженной экологической обстановкой, здесь в результате аварии на ЧАЭС радиоактивному загрязнению подверглись 18 районов области, одним из наиболее загрязненных является Плавский [4]. Непосредственно перед аварией средние показатели плотности радиоактивного загрязнения по 137Cs здесь составляли 2,2 кБк/м2, после аварии - 185-555 кБк/м2 (5-15 Ки/км2) [2]. Территория Воронежской области относится к условно фоновой, до аварии на ЧАЭС плотность загрязнения по 137Cs здесь также не превышала 2,2 кБк/м2, после аварии увеличилась не столь значительно, как в Тульской области - до 4 - 20 кБк/м2 (0,1- 0,54 Ки/км2) [2].

В северной лесостепи объектами исследований послужили одновозраст-ные (40-50-летние) лесные искусственные насаждения дуба черешчатого (Qercus robur L.), березы повислой (Betula pendula Roth) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на темно-серые лесных почвах. В центральной лесостепи -сосняк (80-100 летний) естественного происхождения на интразональных дерновых песчаных почвах. Для характеристики радиоэкологической обстановки данных объектов нами проводился комплексный анализ содержания естественных и искусственных радионуклидов в почвах, лесных подстилках; оценивалось объемная активность 222Rn (ОАР) в атмосферном и почвенном воздухе, а также мощность экспозиционной дозы гамма-излучения (МЭД). Измерения

МЭД проводили радиометром ДРГ-01Т на поверхности почвы и высоте 1 м.

222

Определение объемной активности Rn проводили с помощью радиометра радона РРА-01М-01. Определение содержания естественных (40K, 232Th, 226Ra) и

техногенных ( Cs) радионуклидов проводилось на сцинтилляционном гамма -спектрометре с обработкой амплитудного спектра импульсов с помощью программы ПРОГРЕСС.

Проведенные исследования показали, что в лесных экосистемах условно фоновых территорий (уч. 2) значения МЭД в зависимости от топографических условий местности варьируют от 0,005 до 0,015 мР/ч, что значительно ниже верхнего предела диапазона колебаний естественного фона. При этом средние значения МЭД на поверхности почвы и высоте 1 м значимо не различаются (табл. 1). В тоже время в лесных экосистемах загрязненных регионов РФ (уч. 1) показатели МЭД закономерно выше и значимо различаются на поверхности почвы и высоте 1 м. Это связано с различной плотностью загрязнения почв исследуемых участков. По средним показателям плотность загрязнения почв по территории Воронежской области (уч. 2) составляет 12,1 кБк/м2, территории Плавского р -на Тульской области - 307 кБк/м2.

Таблица 1- Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения, мР/ч

Место обследования МЭД

На поверхности На высоте 1 м

Тульская область

Сосняк 0,038 0,031

Дубрава 0,033 0,024

Березняк 0,031 0,025

Воронежская область

Сосняк 0,011 0,010

Гамма - спектрометрический анализ проб выявил присутствие в почвах

40т^ 232^1 226т->

изучаемых лесных экосистем на диагностируемом уровне ^ т, ^^ и 137Cs (табл. 2). Удельная активность естественных радионуклидов в почвах лесных экосистем как фоновых (уч.2), так и загрязненных территорий варьирует в зависимости от минералогического состава почвообразующих пород. Это определяет более высокое содержание 2 и особенно K в темно-серых лесных почвах, сформированных на покровных карбонатных суглинках (уч. 1), по сравнению с таковым в интразональных дерновых почвах на песках (уч.2). В целом в исследуемых почвах содержание природных радионуклидов находятся на уровне или незначительно превышает их фоновые среднемировые концентрации, только в отдельных слоях темно -серых лесных почв удельная активность 40К в 1,5-1,7 раза выше этого показателя [1, 3]. Одним из основных дозо-образующих радионуклидов в почвах северной и центральной лесостепи явля-

137

ется Cs. Его содержание характеризуется значительной вариабельностью, что характерно для чернобыльских выпадений [7]. Вместе с тем, немаловажное значение при оценке радиоэкологической обстановки имеют особенности распределения радионуклидов в почве. Так, в профиле исследуемых почв распределение естественных и искусственных радионуклидов различно (табл.2).

Таблица 2- Средние показатели содержания естественных и искусственных радионуклидов в почвах, Бк/кг

Горизонт, глу- Техногенные ра-

бина, дионуклиды Естественные радионуклиды

см

137 Cs 40K 232Th 226Ra

Тульская область

Сосняк

О* 472,0 57,0 5,1 14,9

0-5 5144,5 802,7 56,6 54,0

5-15 756,7 561,3 40,7 37,2

Дубрава

О* 569,3 110,6 6,6 31,8

0-5 3667,1 637,5 37,4 52,1

5-15 1244,8 608,3 46,6 30,3

Березняк

О* 318.8 153.4 6.0 11.6

0-5 2961.2 551.4 29.3 41.4

5-15 112.8 467.0 30.1 65.6

Воронежская область

Сосняк

О* 553,8 следы следы 28,48

0-5 166,0 13,24 0,66 15,38

5-15 2,4 5,8 1,1 0,3

* О - лесная подстилка

Содержание естественных радионуклидов в почвах, как уже отмечалось, в первую очередь, зависит от их наличия и концентрации в материнской породе, а профильное распределение этих элементов в целом определяется течением почвообразовательных процессов, в связи с этим максимальные концентрации рассматриваемых радионуклидов, как правило, отмечаются в более глубоких

137

почвенных слоях. Распределение Cs в почве - иное. При радиоактивных выпадениях данный радионуклид первоначально аккумулируется в верхних органогенных горизонтах почв (в лесных экосистемах, в основном, в подстилке), которые являются биогеохимическим барьером на пути его вертикальной миграции [7]. В последующем аккумулирующая способность подстилок будет определяться их генезисом, мощностью, наличием (или отсутствием) мохового покрова. В деструктивных подстилках лесных экосистем северной лесостепи

137

содержание Cs уже к 5 году после радиоактивных выпадений составляет незначительный процент от суммарного содержания в почвенном профиле [7,8]. В настоящее время абсолютный максимум активности в этих условиях находится в 0-5 см слое почвы, а различия в аккумуляции радионуклидов в деструктивных подстилках лесов Тульской области определяются исключительно компонентным и фракционным составом опада [9]. В лесных экосистемах центральной лесостепи с интразональными дерновыми почвами при значительно

137

меньшей плотности их загрязнения Cs, максимум активности, по -прежнему, приурочен к органогенному слою подстилки. Это связано с тем, что здесь сформированы более мощные подстилки с выраженным моховым покровом,

которые характеризуются большей удерживающей способностью. Соответственно, в минеральных слоях этих почв удельная активность существенно ниже, чем в подстилках и аналогичных слоях почв загрязненных регионов РФ. Последнее также связано со значительно меньшими уровнями радиоактивного загрязнения этих почв.

Проведенное нами комплексное обследование лесных экосистем Тульской и Воронежской областей включало оценку особенностей радоновой обстановки (табл.3). Было установлено, что в лесных экосистемах северной лесостепи отмечается высокая объемная активность 222Яп в почвенном воздухе. Это, как уже отмечалось, связано с особенностями минералогического состава почвообра-зующих пород рассматриваемых территорий. Тяжелые породы, на которых сформированы исследуемые темно -серые лесные почвы, содержат большее ко-

222^ 238тт 226-г, г

личество материнских элементов Rn - U и Ra, что, в свою очередь, обусловливает обогащение почвенных горизонтов этими радионуклидами (табл. 2) и приводит к повышению уровня эмиссии радона.

Таблица 3 - Объемная активность радона в атмосферном и почвенном воздухе, Бк/м3

Место обследования Концентрация 222Яп

Атмосферный воздух Почвенный воздух

Тульская обл.

Дубрава 85 8001

Воронежская обл.

Сосняк:

болото Клюквенное-1 40-60 <20 Бк/м3

озеро Угольное 30 25-35

озеро Чистое 30-150 <20 Бк/м3

р. Усмань <20 Бк/м3 * <20 Бк/м3

*- предел обнаружения

В лесных экосистемах центральной лесостепи (уч. 2) на дерновых песчаных почвах объемная активность 22^п в различных природных средах невысока. В водах гидрографической сети исследуемого региона (озера, родники, река Усмань, геофизические скважины, заложенные в пойме этой реки) она находится ниже предела или на границе предела обнаружения - (5 Бк/л). В почвенном воздухе ОАР, как правило, также ниже предела обнаружения, только в некоторых случаях было зафиксировано повышение уровня объемной активности радона в атмосферном и почвенном воздухе до уровня 200 Бк/м . Это может быть связано с локальным повышением содержания материнских элементов в почве, а также с геологическими особенностями строения территории (в частности, с наличием тектонических микроразломов). Приуроченность участков к таким микроразломам, что, в частности, наблюдается в районе озера Угольное, обусловливает повышение концентрации радона в почвенном воздухе.

В целом проведенные исследования показали, что в лесных экосистемах северной и центральной лесостепи дозообразующими радионуклидами в на-

137

стоящее время являются техногенный Cs и природные радиоактивные эле-

менты. Вместе с тем радиоэкологическая обстановка в этих регионах различна. В загрязненных лесных экосистемах северной лесостепи (Тульская обл.) дозо-вые нагрузки на население максимальны и связаны как с высоким внешним об-

137

лучением, обусловленным техногенным Cs, так и внутренним облучением, обусловленным повышенным содержанием природного радионуклида 222Rn. На условно фоновых территориях центральной лесостепи (Воронежская обл.), в лесных экосистемах, сформированных на легких почвах, дозовые нагрузки, обусловленные природными радионуклидами - минимальны, вследствие невысокой эмиссии радона из почв. В этих условиях относительный вклад техно-

137

генного Cs в дозовые нагрузки на население более значим, несмотря на невысокие уровни его содержания в почвах.

Литература

1. Алексахин Р.М. Ядерная энергия и биосфера. М.: Энергоиздат, 1982

2. Атлас загрязнения Европы цезием после чернобыльской аварии. ЕК/ ИГКЭ, Росгидромет /Минчернобыль (Украина) /Белгидромет, 1998.

3. Вернадский В.И. Очерки по геохимии. М.: Горнонефтьиздат, 1934.

4. Оценка и экологический контроль состояния окружающей природной среды региона (на примере Тульской области)/ ред. Г.В. Добровольский, С.А. Шоба. М.: МГУ, 2001. 256 с.

5. Титаева Н.А. Ядерная геохимия. М. :МГУ, 1992. 272 с.

6. Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах. М.: Наука, 1999. 266 с.

7. Щеглов А.И., Цветнова О.Б., Тихомиров Ф.А. Миграция долгоживущих радионуклидов чернобыльских выпадений в лесных почвах Европейской части С НГ // Вестник МГУ, сер. 17. 1992. N 2. C.27-35.

8. Щеглов А.И., Цветнова О.Б., Богатырев Л.Г. Роль лесных подстилок различного генезиса в миграции техногенных радионуклидов // Вестник МГУ. Сер.17.почвоведение, 2004. № 4. С. 1-9

9. Ядерная энциклопедия. М.: Благотворительный фонд Ярошинской, 1996. 656 с.