Пространственная неоднородность радиоактивного загрязнения почв лесных фитоценозов Тульской области

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ЛЕСНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ ТУЛЬСКОЙ

ОБЛАСТИ

Богатова М.К. ,Щеглов А.И., Цветнова О.Б.

137

The study is dedicated to the processes of spatial and vertical distribution of Cs in the dark grey forest soils formed in different ecosystems of Tula region.

Особенности чернобыльского выброса радиоактивных веществ обусловили изначально высокую пространственную неоднородность распределения радионуклидов не только на больших территориях, но и в пределах локальных участков. Как показали исследования ряда авторов, неравномерность распределения выпадений по территории РФ, занятой лесами, первоначально колебалась по средним данным в диапазоне от 22 до 30% [1,3]. Миграция радионуклидов в глубь почвенного профиля в последующем приводит к изменению данных показателей. Несомненно, что при прогнозных оценках миграции радионуклидов в почве и системе «почва - растение» необходимо установление параметров временных изменений пространственной неоднородности распределения радиоактивных элементов. В связи с этим в задачу наших исследований входило установление

137

особенностей пространственной неоднородности загрязнения почв по Cs лесных фитоценозов через 15 -20 лет после чернобыльских выпадений.

Настоящая работа посвящена анализу особенностей геохимической миграции 137Cs под различными типами насаждений и выявлению факторов, определяющих вторичное перераспределение элементов техногенных выпадений в лесных ландшафтах лесостепи. Исследования проводили в 19992004 гг. на территории Плавского лесничества (Плавский район Тульской области). Объектом исследований послужили тёмно -серые лесные почвы автоморфных ландшафтов под основными типами лесонасаждений данного региона (березняк, дубрава, сосняк).

Проведенные исследования показали, что в почвах всех исследуемых биогеоценозов основное количество 137Cs сосредоточено в верхнем 2-3- х см подподстилочном слое минеральной толщи (табл. 1). Вместе с тем распределение данного радионуклида в микропрофиле почв (0 - 15 см) лиственных ценозов характеризуется относительно меньшими величинами градиента падения содержания цезия с глубиной по сравнению с таковыми в хвойных ценозах. Это, по всей видимости, обусловлено более значимым влиянием биогенной миграции на перераспределение 137Cs в почвах лиственных ценозов по сравнению с хвойными [2].

Загрязнение исследуемых почв 137Cs характеризуется высокой пространственной неравномерностью. Отчетливо выделяются зоны с

137

высокими и низкими уровнями загрязнения Cs. Это, по-видимому, обусловлено влиянием парцеллярной структуры исследуемых БГЦ на

первичное распределение радиоактивных выпадений. Выявленная неравномерность распределения 137Cs в верхних слоях почвенного профиля отмечается также и в нижних слоях (0-15 см) почвенной толщи. При этом зоны максимального и минимального содержания радионуклида в пределах участка совпадают. Это свидетельствует о том, что поток нисходящей

137

миграции при вторичном перераспределении Cs преимущественно определяется плотностью первичного загрязнения поверхности почв.

Таблица 1.

Удельная активность 137Сб в темно-серых лесных почвах различных

лесонасаждений, Бк/кг

Глубина, см Березняк Дубрава Сосняк

О 1085,0 898,1 1483,0

0-1 4449,0 4313,0 5990,0

1-2 4211,0 4529,0 5630,0

2-3 4113,0 3934,0 4141,0

3-4 3561,0 3559,0 2655,0

4-5 2654,0 2998,0 2153,0

5-6 2648,0 2332,0 1458,0

6-7 1972,0 1947,0 1037,0

7-9 1381,0 1272,0 564,6

9-11 801,0 670,1 256,2

11-13 609,5 320,0 169,0

13-15 359,1 220,5 128,1

15-19 222,7 191,9 89,02

Нашими исследованиями также было установлено, что в почвах хвойных

137

ценозов неравномерность распределения Cs почти в два раза выше, чем в лиственных (табл.2). В процессе вертикальной миграции пространственная неоднородность распределения радиоцезия возрастает, причем более значимо в дубраве и в менее - в березняке. В берёзовом лесу коэффициент

137

вариации удельной активности Cs составляет 20,8% (слой 0-5 см), а на глубине 5-15см - 24,6%. В дубраве отмечается более значимое увеличение коэффициента вариации содержания 13"^ с глубиной: с 22,7% (для слоя 05см) до 36,7% (для слоя 5-15см). В почвах сосняков коэффициент вариации

137

содержания Cs почти в два раза выше, чем в лиственных лесах, и его значение с глубиной уменьшается с 45,9% (0-5см) до 40,2% (5-15)см. По мнению ряда авторов, такая ситуация вполне закономерна: неоднородность

137

распределения радионуклидов ( Cs) в почвах определяется типом БГЦ, а максимальным коэффициентом варьирования данного показателя характеризуются почвы молодых сосновых лесов [1,3] .

Результаты проведенного дисперсионного анализа показали, что в изучаемых биогеоценозах различия в показателях физико -химических свойств почв статистически не значимы (табл.3). Соответственно выявление

137

зависимостей между этими показателями и Сб более целесообразно

проводить на основе объединенных выборок по всем исследуемым участкам (п=75). Теснота связи между показателями оценивалась с помощью коэффициента детерминации. Адекватность всех линейных моделей была проверена методами дисперсионного анализа в системе STATISTIKA при уровне значимости менее 5%. Все модели оказались адекватными (предположение о нормальности остатков выполняется), а также выполняется условие однородности дисперсий.

Таблица 2

137

Основные статистические показатели содержания Cs (Бк/кг) в темно -серых лесных почвах различных ценозов.

Глубина, см N x xmin xmax Доверительный интервал S Sx V, %

левая правая граница граница

Березняк

0-5 25 2846 2016 4333 2602 3090 591 118 20,8

5-15 25 922 465 1469 823 1016 227 45,3 24,6

Д убрава

0-5 25 3827 2075 5294 3468 4187 870 174 22,7

5-15 25 973 454 1926 825 1120 357 71,4 36,7

Сосняк

0-5 25 3538 974 6606 2868 4209 1624 325 45,9

5-15 25 572 302 1187 477 667 230 46,0 40,2

Проведенный анализ не выявил корреляционных зависимостей между распределением цезия и изменением показателей исследуемых свойств почв в слое 0-5 см. Вместе с тем обнаружена сильная (0,5^<0.8) положительная

137

корреляция между содержанием Cs и содержанием гумуса с R=0,58 в слое 5-15 см (табл.3), а также слабые ^<0,5) положительные корреляции между Cs и реакцией среды (рН водной вытяжки) с R=0,26; и обменными

137

основаниями с R=0,34; и К обменным с R=0,45. Это дает основание

137

предполагать, что распределение Cs в различных частях профиля определяется различными ведущими процессами. В верхнем 0-5 см слое неравномерность распределения определяется неравномерностью

первичных радиоактивных выпадений; в слое 5-15 см - она обусловлена неравномерностью интенсивности процессов вторичного перераспределения данного радионуклида в профиле почв. Вышеизложенное также указывает на причину отсутствия корреляционных связей между свойствами почв и

137

содержанием Cs в минеральном слое 0-5 см.

Таблица 3.

Коэффициенты корреляции между содержанием Cs и основными показателями физико-химических свойств почв

Показатели Ca 2+ Mg2+ K+ H+ PHH2O Гумус, подвижный Гумус, общий

137Cs (0-5 см) -0,05 0,17 0,02 0,04 -0,05 0,04 0,12

137Cs (5-15 см) 0,51 -0,08 0,45 -0,52 0,26 0,14 0,58

В целом на основании проведенных исследований можно заключить, что

137

пространственное распределение Cs в почвах лесостепи под лесом определяется особенностями первичных выпадений, парцеллярной структурой фитоценозов, а также спецификой и интенсивностью течения современных почвообразовательных процессов в различных условиях.

Литература

1. Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах. М.:Наука, 1999. 268 с.

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

3. Shcheglov F.I., Tsvetnova O.B., Klyashtorin A.L. Biogeochemical migration of technogenic radionuclides in forest ecosystems. M.: Nauka. 2001. 235 p.