РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2013, том 53, № 2, с. 199-205
РАДИОНУКЛИДЫ
УДК 631.438+581.5:577.391
MОДЕЛЬ ПРОГНОЗА КОЭФФИЦИЕНТОВ НАКОПЛЕНИЯ 13^
В РАСТЕНИЯХ
© 2013 г. Е. В. Спирин*, В. С. Анисимов, Д. В. Дикарев, И. В. Кочетков, Д. В. Крыленкин
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН
Обнинск
На основе данных радиоэкологических исследований в долинах рек Рессета и Вытебеть на территории Калужской области разработана модель прогноза коэффициентов накопления (КН) 137С8 в растениях, учитывающая содержание органического углерода, рН, подвижного и общего калия в почве. Вид функциональной зависимости КН от почвенных характеристик может быть использован для оценки содержания радионуклидов в различных видах и продуктивных частях растений.
137С8, растения, коэффициенты накопления, модель прогноза, физико-химические характеристики почвы. БО1: 10.7868/80869803113020094
Поведение радионуклидов в системе почва-растение и формирование радиоэкологической обстановки на загрязненных территориях зависит от большого числа факторов, в том числе от почвенных и физико-географических характеристик территорий. При широкомасштабном радиологическом обследовании продукции личных подсобных хозяйств в населенных пунктах Калужской области было замечено, что коэффициенты пропорциональности между содержанием 137Cs в звеньях цепи "почва-сено-молоко" отличаются при содержании животных по разные стороны долин рек Рессета и Вытебеть [1, 2]. Характерными особенностями этих рек является то, что их возникновение и формирование долин происходило на границах таяния двух ледников — Московского и Днепровского, и практически на всем своем протяжении они текут с юга на север. После ухода ледников (100 тысяч лет назад Днепровского и 50 тысяч лет — Московского) в результате водноэрозионных процессов в южных районах Калужской области были сформированы зандро-вые и эрозионные формы рельефа. Первые находятся на территории Брянско-Жиздринского полесья, а вторые — на склонах Средне-Русской возвышенности [3]. В связи с отмеченными особенностями в коэффициентах перехода радионуклидов и различиями между ландшафтами региона было решено провести исследование пространственно-распределенных почвенных характеристик и их влияния на переход 137Cs в луговую растительность. Условия формирования ландшафтов в бассейне рек обеспечивают широ-
* Адресат для корреспонденции: 249032 Обнинск, Калужская обл., Киевское ш., 109 км, ГНУ ВНИИСХРАЭ: тел.; (48439) 9-69-60; e-mail: spirin@riar.obninsk.org.
кие вариации физико-химических свойств почвы, что позволяет построить модель прогноза содержания 137Cs в растениях.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Отбор проб почвы и растений производили по четырем маршрутам. Два пересекают р. Вытебеть в среднем и нижнем течении и захватывают две ландшафтные зоны: зону эрозионных равнин Брянско-Жиздринского полесья с дерново-слабоподзолистыми почвами и зону с дерновоподзо-листыми и серыми лесными почвами Среднерусской провинции. Два других маршрута пересекают р. Рессета и расположены в ландшафтной зоне зандровых равнин с дерново-среднеподзолисты-ми песчаными и супесчаными почвами (рис. 1). Точки отбора проб на каждой маршрутной линии находились практически на одной и той же географической широте.
Пробы почвы отбирали методом конверта с участка размером 10 х 10 м по слоям толщиной 5 см до глубины 25 см. По каждому слою готовили усредненную пробу и высушивали. Растения высушивали и размалывали. Из растительного материала пяти проб после перемешивания готовили усредненную пробу. Измерение удельной активности естественных радионуклидов (ЕРН) (40K, 226Ra, 232Th) и 137Cs в пробах почвы и растительности производили методом у-спектрометрии с использованием полупроводникового детектора из особо чистого германия с относительной эффективностью регистрации 35%, многоканального анализатора "InSpector" фирмы "Canberra" с пакетом программного обеспечения "Genie-2000".
200
СПИРИН и др.
Рис. 1. Схема ландшафтных зон в бассейне рек Рессета и Вытебеть ( I — зандровые равнины с дерново-среднеподзолистыми песчаными и супесчаными почвами; II — эрозионные равнины на покровных суглинках со слабоподзолистыми почвами; III — эрозионные равнины на покровных суглинках с дерновоподзолистыми и серыми лесными почвами).
В лабораторных условиях были определены основные физико-химические показатели для верхнего (0—5 см) слоя почв (pH, гидролитическая кислотность, емкость катионного обмена, содержание обменных кальция и магния, подвижных калия и фосфора) в соответствии с общепринятыми методами анализа [4]. Содержание органического углерода определяли с помощью анализатора углерода модели "АН-7529" (Беларусь). Измерение дисперсного состава почвы производили с помощью седиграфа марки "Sedi-Graph III 5120" (США). Предварительно образцы обрабатывали ультразвуком в 1%-ном растворе пирофосфата натрия (Na4P2O7) [5].
На отдельных образцах почвы с верхнего 5-см слоя был проведен вегетационный эксперимент с выращиванием в сосудах кормовых бобов (Viciafaba L.). Почвенные образцы и зеленая масса 21-дневных проростков бобов были подготовлены и измерены на содержание радионуклидов по такой же схеме, как в случае с луговыми травами.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Отбор проб проводили на целинных землях и залежных участках. В связи с этим в различных точках отбора проб распределение 137С8 по глубине в почве было разным. Условно были выделены
четыре вида распределения: равномерное, слабо неравномерное, неравномерное и крайне неравномерное. Пример типизации приведен на рис. 2.
Кластеризация всех данных по видам вертикального распределения 137С8 в почве позволяет получить более однородные выборки по коэффициенту накопления (КН) радионуклидов в растениях (отношению удельной активности в растениях к удельной активности в почве). Поскольку основная масса корней луговых растений распределена примерно в 10-см слое почвы, разделение на кластеры можно провести по соотношению между КН, рассчитанном для этого слоя, и коэффициентом перехода (КП), равном отношению удельной активности радионуклидов в растениях к поверхностной активности почвы. В наших исследованиях отношение КН (Бк/кг)/(Бк/кг) к КП (Бк/кг)/(кБк/м2), рассчитанное для 25-см слоя почвы, составило 0.32 ± 0.04 при равномерном распределении активности 137С8 в 25-см слое почвы, 0.26 ± 0.03 при слабо неравномерном, 0.18 ± 0.02 при неравномерном и 0.15 ± 0.015 при крайне неравномерном распределении активности. Из-за небольших различий соотношений КН к КП для равномерного и слабо неравномерного, а также неравномерного и крайне неравномерного распределений при определении закономерно-
стеи перехода радионуклидов в растения в зависимости от почвенных характеристик были выделены два кластера данных с близкими значениями отношении КН к КП.
Результаты измерения КН 137С8 в луговых травах по четырем маршрутам через реки Вытебеть и Рессета представлены на рис. 3. Данные по маршруту 1 по р. Вытебеть оказались наиболее интересными для анализа пространственно распределенных данных из-за того, что практически все точки принадлежат одному кластеру с равномерным распределением активности в почве, а изменение в пространстве КН происходит плавно и характеризует изменение в ландшафтных и физико-химических характеристиках почвы. На втором маршруте резко выделяются две точки отбора проб. Это связано с тем, что они расположены вблизи заболоченных участков поимы реки. Большинство участков для отбора проб по маршрутам через р. Рессета оказались целинными, и распределение активности 137С8 в почве было неравномерным. Вблизи русла реки колебания КН составляли порядок величины.
По первому маршруту на р. Вытебеть схожие пространственные распределения были наидены для содержания ЕРН и доли физической глины (частиц размером менее 10 мкм) в гранулометрическом составе верхнего слоя почвы (рис. 4 и 5).
Несмотря на схожесть распределении, отношение удельной активности 40К (Бк/кг), отражающего содержание общего калия в почве, к содержанию (в %) физической глины составляет в среднем 23 для левого берега реки и 10 для правого. Если же брать в расчетах долю частиц размером менее 50 мкм, то отношение 40К к содержанию мелкой фракции составляет 6.9 ± 1.8 по всем точкам отбора проб по обоим маршрутам через р. Вытебеть (по маршрутам через р. Рессета дисперсный состав частиц почвы не определяли). Таким образом, относительное содержание частиц почвы от 0 до 50 мкм может также, как и 40К, служить характеристикой общего содержания калия в почве.
Анализ связей КН с каждым в отдельности физико-химическим показателем проводили в соответствии с кластерным разделением точек отбора. Даже при равномерном распределении 137С8 по профилю почвы наблюдается большая вариабельность КН в зависимости от этих показателей, и выявить тренд очень затруднительно. Очевидно, что на переход радионуклидов в растения влияют сразу несколько показателей и для построения корректной зависимости КН от почвенных характеристик необходимо найти функцию, связывающую определенным образом эти характеристики. Построение поверхностного графика зависимости КН от содержания в почве органиче-
1000
м и
б 100
13
о о я <ч
13 10
м
св £
г -
1 --
— р
н
с —■— кн
10 15 Глубина в почве, см
20
25
Рис. 2. Типичные профили распределения удельной активности 137С8 в почве (р — равномерное, н — неравномерное, с — слабо неравномерное, кн — крайне неравномерное).
ского углерода и рН солевой вытяжки (1 н. КС1) (рис. 6) показало возможность свертки переменных Сорг и рН к одной переменной
Р(рН, С) = СоГЕ)2 + (1.78 • рН - 6.22)2, (1)
где Сорг — содержание органического углерода в почве, %; рН — кислотность почвы, ед. рН.
Кроме этих двух физико-химических показателей на величину КН сильное влияние оказывает уровень калия в почве, который является химическим аналогом 137С8. Поскольку исследования проведены в отдаленный период после аварии на ЧАЭС, было сделано предположение, что распределение между содержанием 137С8 в подвижной форме и общим количеством радионуклид
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.