Распределение 137Cs и естественных радионуклидов по профилю дерново-подзолистых почв различных экосистем

УДК - 631.438

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ 137Cs И ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ ПО ПРОФИЛЮ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ РАЗЛИЧНЫХ ЭКОСИСТЕМ

H.A. Сковородникова

Рассмотрено распределение 137Cs и естественных радионуклидов по профилю дерново-подзолистых почв естественных и агроэкосистем. Показано, что между профильным распределением 137Cs и естественных радионуклидов в почве наблюдается тесная корреляционная связь.

Ключевые слова: I37Cs, естественные радионуклиды, распределение радионуклидов, дерново-подзолистые почвы.

В результате аварии на Чернобыльской АЭС обширная территория юго-запада России подверглась загрязнению радионуклидами с продолжительным периодом полураспада (137Cs, 90Sr).

Еще задолго до аварии на ЧАЭС было установлено, что, несмотря на большую подвижность 137Cs в биогеоценозе, основным местом его локализации является почва. В ней концентрируется постепенно до 92 - 94 % этого радионуклида [1].

Вынос радионуклидов за пределы почвенного профиля и ландшафта с вертикальным и поверхностным стоком составляет в год десятые доли процента от суммарной активности, их ежегодное вовлечение в биологический круговорот также не превышает десятых долей процента. То есть, основная масса радионуклидов, независимо от типа почв и ландшафта, длительное время удерживается в верхних почвенных горизонтах. Однако характер их распределения и биологическая доступность неодинаковы, поэтому актуальной задачей остается наблюдение за содержанием и интенсивностью перемещения 137Cs по профилю почв. Важной задачей является также изучение распределения в почвах естественных радионуклидов, формирующих значительную часть дозы облучения организмов, и их влияние на распределение 137Cs.

Целью исследования явилось изучение распределения 137Cs и ЕРН в дерново-подзолистых почвах естественных и агроэкосистем в отдаленный период после катастрофы на ЧАЭС.

Исследования проводили в Белорусской провинции дерново-подзолистых слабогумусированных почв и низинных болот на территории Новозыбковского района Брянской области, наиболее загрязнённой в Российской Федерации в результате катастрофы на ЧАЭС. Непосредственным объектом исследования служили дерново-подзолистые почвы открытой катены «Старый Вышков» (с. Старый Вышков Новозыбковского района Брянской области). В 1992 году вдоль трансекта, имеющего южное направление, сотрудниками кафедры почвоведения, агрохимии и сельхозрадиологии Брянской ГСХА Е.В. Просянниковым и В.Б. Осиповым, были заложены мониторинговые ключевые почвенные участки (КПУ). Каждый мониторинговый КПУ состоит из 1-3 ОНИ. Они , в соответствии с Международной программой комплексного мониторинга, имеют площадь по 25-30 кв. метров, расположены в непосредственной близости на одном и том же элементе рельефа и различаются по степени агрогенного воздействия на почву: 1) естественная экосистема; 2) агроэкосистема [2, 3].

Исследование распределения 137Cs и ЕРН по почвенному профилю проводили в 2008 г. на следующих КПУ:

Колодезский КПУ № 1.

ОНИ 1 - вершина моренного холма, разрез №1 (Р1), естественная экосистема на многолетней залежи (около 70 лет). Поверхность почвы покрыта естественным разнотравьем с преобладанием злаковых трав, особенно пырея ползучего. Почва дерново-подзолистая псевдофибровая старопахотная залежная на глубоких на глубоких флювиогляциальных отложениях, подстилаемых мореной.

ОНИ 2 - вершина моренного холма, разрез № 2 (Р2), агроэкосистема. Грунтовые воды залегают глубже 10 м. Почва окультуренная дерново-подзолистая псевдофибровая глубокопахотная на глубоких флювиогляциальных отложениях, подстилаемых мореной. С 2007 года почва не обрабатывается.

Колодезский КПУ № 2.

ОНИ 1 - верхняя часть склона, разрез № 7 (Р7), естественная экосистема в роще. Древостой представлен сосной обыкновенной, изредка осиной, дубом и березой, подлесок - рябиной, бересклетом бородавчатым. Почва дерново-подзолистая целинная слабодифференцированная слабодерновая мелкоподзолистая супесчаная на флювиогляциальном песке, подстилаемом мореной в пределах 1 м.

Для определения содержания 137Cs и ЕРН образцы почвы отбирали послойно через каждые 10 см до глубины 1 м. Почву высушивали, измельчали и просеивали через сито диаметром 1 мм. В почвенных образцах содержание радионуклидов определяли на универсальном спектрометрическом комплексе «Гамма плюс» с программным обеспечением «Прогресс 2000» по стандартным методикам.

Нарисунке 1 представленораспределение 137Cs по профилю исследуемых почв.

-----Р1 ------Р7 см

Рис. 1 - Распределение 137Св по профилю дерново-подзолистых почв

В результате проведенных исследований выявлено, что в дерново-подзолистой почве залежи (Р1) и дерново-подзолистой целинной почве лесной экосистемы (Р7) максимальное количество 137С8 сосредоточено в слое почвы, равном 0-10 см, далее вниз по профилю содержание радионуклида резко уменьшается. Распределение радионуклида по профилю почвы описывается экспоненциальной кривой (Я2 равен 0,8 и 0,54 соответственно для Р1 и Р7). Интенсивность миграция радионуклида вглубь почвенного профиля невысока. Однако, в дерново-подзолистой целинной почве лесной экосистемы (Р7) отмечается некоторое повышение концентрации 137С8 в слое, равном 50-70 см. Данный слой почвы (горизонт Д1) представляет собой плотный моренный тяжелый суглинок, и, видимо, этот более уплотненный слой почвы, характеризующийся повышенным содержанием вторичных глинистых минералов, служит биогеохимическим барьером на пути миграции радионуклидов.

В дерново-подзолистой псевдофибровой глубокопахотной почве агроэкосистемы (Р2) многократная обработка почвы привела к относительно равномерному распределению 137С8 в слое почвы, равном 0-30 см. На глубине, равной 30-50 см, активность радионуклида снижается, а на глубине 50-100 см 137С8 относительно равномерно распределен по профилю почвы. В целом содержание радионуклида в нижних слоях исследуемой части профиля дерново-подзолистой почвы агроэкосистемы в 2,5-5 раз выше, чем в аналогичной почве естественной экосистемы (Р1). Используемые в агроэкосистемах агромелиоративные приемы и технологии изменяют свойства почв и оказывают влияние на физико-химическое состояние радионуклидов и их подвижность, обуславливая более интенсивную миграцию.

В таблице 1 представлено распределение естественных радионуклидов по профилю исследуемых дерново-подзолистых почв.

Таблица 1

Распределение естественных радионуклидов по профилю дерново-подзолистых почв

Глубина отбора образца, см Удельная активность, Бк/кг

Р1 Р7 P2

226Ra 232Th 40K 226Ra 232Th 40K 226Ra 232Th 40K

0 -10 100,0 26,2 435,0 122,1 32,8 495,0 61,1 22,3 488,0

10-20 79,9 27,0 454,0 51,1 11,8 290,3 80,8 15,4 418,1

20-30 34,6 14,3 306,7 12,4 12,7 276,0 60,5 23,8 478,0

30-40 12,0 12,9 249,1 22,9 6,9 252,4 31,3 19,4 389,1

40-50 9,8 9,1 222,8 18,2 7,8 234,5 26,1 15,6 407,3

50-60 7,6 11,2 308,6 29,8 16,2 263,7 21,3 20,5 514,3

60-70 16,6 7,6 506,0 25,1 13,7 308,8 28,9 10,3 457,2

70-80 17,6 5,1 448,0 11,8 12,1 296,8 28,5 19,6 496,1

80-90 5,7 9,5 266,8 12,8 9,8 299,5 23,4 26,1 502,5

90 - 100 - - - 11,6 12,2 353,2 26,8 23,2 521,0

Как видно из таблицы 1, содержание радия в дерново-подзолистых почвах не превышает 122,1 Бк/кг. Максимальная активность 22бЯа в почвах естественных экосистем наблюдается в верхнем почвенном слое, равном 0-20 см. В нижней части профиля наблюдается относительно равномерное распределение радионуклида. Содержание 232ТЬ также максимально в верхнем слое почвы, в нижележащих горизонтах распределение радионуклида носит практически равномерный

характер. Однако, следует отметить, что в дерново-подзолистой целинной почве (Р7) имеется второй пик концентрации 226Ra и 232Th на глубине, равной 50-70 см, что согласуется с распределением 137Cs. В дерново-подзолистой почве агроэкосистемы (Р2) содержание ЕРН существенно выше, чем в почвах естественных экосистем. Максимум содержания 226Ra и 232Th отмечается в слое почвы, равном 0-30 см, в нижележащих горизонтах их распределение носит практически равномерный характер. Активность 40K в исследуемых почвах существенно превышает активность 226Ra и 232Th, но четкой закономерности в распределении этого радионуклида по профилю почв не прослеживается.

На основании результатов исследований выявлена тесная положительная корреляционная связь между распределением 137Cs и ЕРН по профилю дерново-подзолистых почв естественных экосистем. Для дерново-подзолистой старозалежной почвы (Р1) коэффициенты корреляции между 137Cs и 226Ra, 232Th и 40K составили соответственно 0,86, 0,73 и 0,71, для дерново-подзолистой целинной (Р7) - 0,97, 0,93 и 0,88. Для дерново-подзолистой окультуренной почвы (Р2) сильная прямая связь обнаружена только между распределением по профилю 137Cs и 226Ra (г = 0,97), что объясняется, видимо, модификацией поведения радионуклидов в результате применения различных агромелиоративных приемов.

Таким образом, в дерново-подзолистых почвах естественных экосистем максимальная активность 137Cs наблюдается в верхнем слое почвы, равном 0-10 см, ниже содержание радионуклида резко убывает. Распределение 137Cs по почвенному профилю описывается экспоненциальной кривой. В почвах, имеющих прослойки тяжелого мореного суглинка, отмечается второй пик концентрации радионуклида на глубине их расположения. В дерновоподзолистой почве агроэкосистемы основное количество радионуклида сосредоточено в почвенном слое, равном 0-30 см, в нижележащих горизонтах радионуклид относительно равномерно распределен по профилю, а его активность в 2,5-5 раз выше, чем в почве естественной экосистемы, расположенной на том же элементе рельефа. Содержание ЕРН также максимально в верхних горизонтах почв. Между профильным распределением 137Cs и ЕРН в естественных экосистемах прослеживается сильная прямая корреляционная связь, в агроэкосистеме аналогичная зависимость отмечается только в отношении 226Ra.

The distribution of 137Cs and natural radionuclides along the profile of sod-podzolic soils of natural and agricultural ecosystems have been considered. It is shown, that among the profile distribution of 137Cs and natural radionuclides in the soil there is a close correlation.

The key words: 137Cs, natural radionuclides, distribution of radionuclides, sod-podzolic soils.

Список литературы

1. Алексахин P.M. Миграция радионуклидов в лесных в лесных биогеоценозах / P.M. Алексахин, М.А.Нарышкин. М.: Наука, 1977. 144 с.

2. Осипов В.Б. Физико-химические особенности поведения 137Cs, 90Sr и их стабильных изотопов в почвах экосистем Брянской области, подвергшихся загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС: Дис. ... канд. биол. наук: 03.00.01 / В.Б. Осипов; ВНИИСХРАЭ. Обнинск, 1995. 149 с.

3. Просянников Е.В. Взаимовлияние почв и радиоактивности в экосистемах полесья и ополья юго-запада России: Дис. ... д-ра с.-х. наук: 03.00.27 / Е.В. Просянников; Почв. ин-т им. В.В. Докучаева. Москва, 1995. 464 с.

Об авторе

Сковородникова H.A. - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Брянского

государственного университета имени академикаИ.Г. Петровского, eco_egf@mail.ru.