Некоторые особенности радиоэкологической обстановки в лесных и агроэкосистемах Тульской области

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ

ОБСТАНОВКИ В ЛЕСНЫХ И АГРОЭКОСИСТЕМАХ ТУЛЬСКОЙ

ОБЛАСТИ

Цветнова О.Б., Новиков А.С.

Radioecological characteristic of forest and agroecosystems of Tula region was given. Concentration of natural and technogenic radionuclides in organic and mineral soil layers, atmospheric and soil air have been determined.

До настоящего времени по-прежнему остаются актуальными исследования, направленные на анализ радиоэкологического состояния различных регионов России. Как известно, современный радиационный фон местности формируют естественные и техногенные радионуклиды. Основной вклад в дозу облучения, получаемую населением, вносят природные радионуклиды. Представители урано-ториевого ряда урана, а также К обеспечивают 80-98% радиационной нагрузки на природные объекты. При этом значительный вклад приходится на внутреннее облучение, связанное с ингаляционным поглощением радиоактивных газов, образуемых в результате распада естественных материнских радионуклидов. Основным дозообразующим элементом, обусловливающим более 32% суммарной поглощенной дозы, является 222Rn, поступающий в биосферу в результате радиоактивного распада 226Ra [3]. Анализ особенностей содержания и распределения естественных и техногенных радионуклидов в различных экосистемах на территории Тульской области РФ, подвергшейся загрязнению в результате аварии на ЧАЭС, является целью настоящей работы.

Исследования проводились в 2002 - 2005 гг. Объектами исследований послужили темно-серые лесные почвы под различными искусственными одновозраст-ными (50-летними) 2 бонитета насаждениями дуба, березы и сосны, а также под посевами яровой пшеницы на участке агроценоза. Участки леса и агроценоза расположены вблизи друг от друга на одном типе мезорельефа (слабо пологая вершина межбалочного водораздела). На контрольных участках площадью 25х25 м в узлах равномерной сетки был проведен отбор подстилки (в лесных БГЦ) и минеральных слоев почв по глубинам 0-5, 5-15 см. Для оценки вклада естественной радиоактивности в дозу облучения населения определялась объемная активность 222

Rn (ОАР) в почвенном воздухе, а также плотность потока радона (ППР) с по-

222

верхности почвы. Определение объемной активности Rn в почвенном воздухе и уровня эмиссии радона проводили с помощью радиометра радона РРА-01М-01.

137

Определение удельной активности естественных ( Ra) и искусственных ( Cs) радионуклидов осуществлялось на сцинтилляционном гамма-спектрометре с NaI-детектором. Обработка амплитудного спектра импульсов проводилась с помощью программы ПРОГРЕСС. Относительная погрешность определения радионуклидов составляла 10-25%.

Проведенные исследования показали, что суммарная плотность загрязнения почв изучаемых фитоценозов 137Cs, несмотря на относительную близость расположения контрольных участков, колеблется от 163 кБк/м2 в почвах агроценоза до

275,5 - 353,5 кБк/м в почвах под лесными насаждениями (табл.1). Меньшие за-

137

пасы Cs в почвах агроценоза, видимо, связаны с особенностями распределения первичных выпадений. Так, по оценкам некоторых авторов, при чернобыльской аварии на лесные массивы выпало примерно на 30% больше активности, чем на прилегающие необлесенные участки [5].

Таблица 1- Статистические показатели запасов (кБк/м2) в темно-серых почвах лесных и агроценозов

Глубина, см Статистические показатели

Среднее значение xmax S V, %

Агроценоз под посевами яровой пшеницы

0-5 56,5 43,4 66,5 5,2 9,3

5-15 106,5 95,0 117,0 6,7 6,3

Березняк

0,1 0,1 0,3 0,1 50,7

139,2 86,8 209,2 30,6 22,0

128,9 80,3 189,2 29,0 22,5

Дубрава

О 0,3 0,2 0,7 0,1 41,9

0-5 194,3 127,0 242,3 33,9 17,4

5-15 151,0 71,3 234,5 42,9 28,4

Сосняк

О 0,8 0,3 1,4 0,3 35,3

0-5 226,0 163,1 308,8 39,4 17,4

5-15 83,8 35,9 157,3 33,8 40,3

137

Анализ пространственной неоднородности запасов Cs в профиле темно-серых почв показал, что наибольшие коэффициенты варьирования данного показателя (V) отмечаются в почвах лесных фитоценозов. Они колеблются от 17 до

137

50% в зависимости от слоя. Значения коэффициентов вариации запасов Cs в почвах агроценоза в 3-5 раз ниже и составляют 6,3-9,3 %.

Отмечаются также различия в изменении коэффициентов вариации запасов

137

Cs по глубине почвенной толщи. В почвах агроценозов V мало меняется с глубиной, что обусловлено ежегодной перепашкой пахотного слоя. В почвах лесных насаждений максимальные значения коэффициентов вариации наблюдаются в слое лесной подстилке (35,3 - 50,7%), а минимальные - в слое 0-5 см. В нижележащей толще этот показатель вновь несколько увеличивается. Возрастание величины V в горизонте лесной подстилки обусловлено пространственной неоднородностью содержания в составе опада вследствие парцеллярной структуры БГЦ. В свою очередь, увеличение рассматриваемого показателя в нижней части профиля лесных почв связано с различиями в интенсивности течения миграционных процессов в этой толще. Вместе с тем минимальное значение V в слое 0-5 см и близость абсолютных величин этого показателя в почвах под различными лес-

137

ными насаждениями, а также с коэффициентом варьирования содержания Cs в почвах в начальный период после выпадений на территории Тульской области (~22%) [5,6] свидетельствует о том, что данный слой, вероятно, в наибольшей

степени несет в себе признаки неравномерности первичных радиоактивных выпадений.

Таким образом, неравномерность распределения в почвах лесных фито-ценозов выше, чем в почвах агроценозов, а в почвах хвойных насаждений выше, чем в лиственных. Следует подчеркнуть, что изменение плотности загрязнения 137Cs в различных слоях почвенной толщи и характеристик варьирования данного показателя ярко демонстрируют влияние типа фитоценоза, обусловленного особенностями течения современных биогеохимических процессов. В начальный пе-

137

риод после выпадений основные запасы Cs во всех БГЦ были сосредоточены в лесной подстилке [1,4,5,6]. В настоящее время лесная подстилка утратила свои

137

барьерные функции; запасы в этом горизонте снизились до десятых (сосняк) - сотых долей (лиственные ценозы) процента от суммарных запасов в почвенной

137

толще. В настоящее время основной запас Cs в почвах исследуемых лесных фи-тоценозов сосредоточен в подподстилочной минеральной толще с абсолютным

137

максимумом в слое 0-5 см. В то же время в почвах агроценозов весь запас Cs относительно равномерно распределен в пахотном горизонте (0-20 см). Отмеченный характер распределения, в основном, обусловлен технологией ведения сельскохозяйственного производства. По данным ряда исследователей, при отсутствии такой обработки в почвах залежи основной запас радионуклида фиксируется в верхней 0-5 см толще [2].

Для визуализации и выявления особенностей пространственной структуры полей загрязнения почв исследуемых участков нами были составлены карта-схемы

137

распределения плотности загрязнения Cs различных слоев почвенного профиля (рис.1,2).

Карта-схемы также показывают, что почвы лесных фитоценозов характеризуются значительной вариабельностью. Отмечается наличие зон с высокими и низкими уровнями загрязнения . Это, как уже отмечалось, обусловлено: в горизонте лесной подстилки - влиянием парцеллярной структуры БГЦ на распределение 137Cs; в слое 0-5 см - неравномерностью первичного распределения радионуклида; в слое 5-15 см - различиями в интенсивности течения миграционных процессов.

137

В то же время варьирование запасов Cs в почвах агроценоза незначительно. При этом в условиях агроландшафта наблюдается наибольшее совпадение зон

137

максимальной и минимальной плотности загрязнения Cs в различных почвенных слоях. Выявленные закономерности, несомненно, связаны с латеральным перераспределением и системой ведения почвенных обработок.

Слой 0 -5 см

кБк/м2

Слой 5-15 см

кБк/м2

м

Рисунок 1- Карта-схемы пространственного распределения плотности загрязнения Сб (кБк/м2) темно-серой лесной почвы агроценоза Тульской области

Среди природных радионуклидов основное внимание в наших исследованиях было уделено 226Яа, являющемуся материнским радионуклидом 222Яп. Удельная активность радия в толще почв невелика и колеблется от 30,8 Бк/кг в почвах лесных фитоценозов (дубрава) до 69,5 Бк/кг в почве агроценоза, что в 1,5-3 раза превышает его фоновую среднемировую концентрацию (20 Бк/кг) [3]

Запасы 226Яа (табл. 2) в почвах исследуемых фитоценозов также невелики, они колеблются в диапазоне от 8,9 (дубрава) до 13,9 кБк/м2 (агроценоз).

Таблица 2- Статистические показатели запасов 226Яа (кБк/м2) в темно - серых почвах различных биогеоценозов

Глубина, см Статистические показатели

N Среднее значение Хщш Хщах Б V, %

Агроценоз

0-5 23 4,2 2,6 6,3 0,8 20,0

5-15 25 9,8 7,4 13,9 1,7 17,6

Л есной биогеоценоз

0-5 15 3,2 0,5 10,4 2,52 78,2

5-15 15 5,2 1,4 12,6 3,3 62,2

При этом в почвах лесных фитоценозов варьирование данного показателя достигает максимальных величин (У=78- 62%). Равномерность запасов 226Яа в пахотном горизонте почвы агроценоза, как уже неоднократно подчеркивалось, связана с перемешиванием почвенной массы в ходе ежегодных механических обработок, а неоднородность запасов в пределах 0-15 см слоя почвы лесных фитоценозов обусловлена течением сложившихся почвообразовательных процессов.

Для характеристики радоновой обстановки нами было проведено определение объемной активности радона (ОАРПВ) в почвенном воздухе, а также измерение плотности потока радона (ППР) с поверхности почвы (табл. 3).

Таблица 3- Характеристики радоновой обстановки различных биогеоценозов | | Агроценоз Лесной биогеоценоз

ОАРпв, кБк/м3 6,0 8,0

ННР, мБк/с*м2 25,8 36,2

Проведенные исследования показали, что в целом значимых различий в плотности потока радона с поверхности почв лесных и агроценозов не выявлено.

Таким образом, результаты наших исследований позволяют заключить, что в лесных фитоценозах запасы 137Cs в значительной степени определяются пространственной неоднородностью первичных аэральных выпадений и влиянием на это распределение типа фитоценоза. Первичное распределение радиоактивных выпадений в наибольшей степени проявляется в распределении Cs в верхнем 0-5 см подподстилочном слое. Биогеохимическая миграция радионуклида приводит к усилению первичной пространственной неоднородности запасов 137Cs в лесной подстилке и 5-15 см минеральной толще почв. Пространственное распределение естественных радионуклидов в почвах выше, чем таковое техногенных, что обусловлено течением естественных биогеохимических процессов. Это подтверждает высказанное нами положение о том, что биогеохимические процессы увеличивают пространственную неоднородность распределения техногенных радионуклидов.

Уровень эмиссии радона определяется содержанием радия в почвенной толще и условиями аэрации.

Литература

1. Алексахин Р.М., Нарышкин М.А. Миграция радионуклидов в лесных биогеоценозах. -М.: Наука, 1977. -144 с.

137

2. Липатов Д.Н., Манахов Д.В., Вежливцева Л.А. Миграция Cs в залежных и пахотных почвах агроландшафтов Тульской области // Вестник МГУ, сер. Почвоведение. -№ 3, 2003.

3. Титаева Н.А. Ядерная геохимия. -М. МГУ, 1992. -272 с.

4. Тихомиров Ф.А., Алексахин Р.М., Федоров Е.А. Миграция радионуклидов в лесах и действие ионизирующих излучений на лесные насаждения // Peaceful uses of atomic energy. Vienna: IAEA, 1972. Vol. 11. -P. 675-684.

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

6. Щеглов А.И., Цветнова О.Б., Тихомиров Ф.А. Миграция долгоживущих радионуклидов чернобыльских выпадений в лесных почвах Европейской части СНГ // Вестник МГУ. Сер. 17. почвоведение. - № 3. -1992. - С. 27-35.

Рисунок 2- Карта-схемы пространственного распределения плотности загрязнения (кБк/м2) почвы лесных биогеоценозов Тульской области