РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 1, с. 71-81
УДК 574::539.1.04:34.49.23:58.051:539.16
МИГРАЦИЯ В ПОЧВЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ РАСТЕНИЯМИ ПРОДУКТОВ МИРНОГО ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА В ПЕРМСКОЙ ОБЛАСТИ
© 2015 г. Н. Г. Рачкова*, И. И. Шуктомова
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар
В статье представлены данные о миграционной способности в почве и поглощении растениями 238Ри, 239, 240Ри, 137С8 и 90$г на территории проведения мирного ядерного взрыва в северной тайге. Изучено влияние почвенных физико-химических показателей на профильное распределение и трансформацию форм нахождения радионуклидов в подзолистой почве. В толще навала грунта, выброшенного при взрыве, обнаруживаются максимальные удельные активности искусственных радионуклидов. Наибольшими показателями накопления радионуклидов характеризуются листья, молодые ветки и хвоя деревьев.
13^, 90$г, 239, 240Ри, 238Ри, навал грунта, погребенная почва, последовательные вытяжки, легкодоступные формы, труднодоступные формы, удельная активность, коэффициент накопления.
БО1: 10.7868/80869803115010129
Промышленные подземные ядерные взрывы являются одним из источников радиоактивного загрязнения объектов окружающей среды. В этом случае, согласно накопленным данным [1—3], радионуклиды обладают довольно слабой миграционной способностью, поскольку, будучи сосредоточенными в "горячих" частицах, оказываются вплавленными в почвенную силикатную матрицу. Скорость включения поллютантов в долговременные процессы миграции и трансформации форм химических элементов будет зависеть от генетических и сорбционных свойств почвы, исходных концентраций загрязнителей, а также биогенных факторов, одним из которых является корневое поглощение растениями. В радиоактивно-загрязненных труднодоступных таежных районах, в меньшей мере подверженных влиянию антропогенной деятельности, его закономерности могут оказаться решающими для изменения миграционной способности техногенных радионуклидов в почве. С другой стороны, интенсивность их биологического поглощения тесно связана с протеканием почвообразовательных процессов и свойствами почвы к депонированию новообразованных форм радиоактивных элементов.
Исследованию этих взаимосвязей посвящена данная статья. В ней представлены данные о валовом содержании, долговременном вертикаль-
* Адресат для корреспонденции: Республика Коми, 167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28; тел.: (8212) 43-6301; е-шаП: rachkova@ib.komisc.ru.
ном распределении, формах нахождения и поглощении растениями 238Ри, 239,240Ри, 13"^ и 908г из технозема на погребенной подзолистой почве, нарушенной вследствие проведения мирного ядерного взрыва в таежной зоне. Показано влияние физико-химических показателей почвы, в том числе имеющих биогенный характер, на миграцию радионуклидов в условиях северной тайги.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследования стала территория на севере Пермской области, где в 1971 г. в 20 км от ближайшего населенного пункта Чусовской был произведен групповой подрыв трех ядерных зарядов. Взрывные работы выполнялись в рамках программы, нацеленной на переброску вод северных рек в мелеющий Каспий. Исследуемая территория расположена в труднодоступной таежной болотистой местности междуречья рек Печора и Колва в 2 км от р. Березовка. Климат района — умеренно континентальный. Типичными для территории являются почвы подзолистого типа с низким содержанием гумуса и кислой реакцией среды, слабо насыщенные основаниями. Почво-образующие породы сложены водно-ледниковыми песками и супесями, тяжелыми глинами и суглинками. Территория, незатронутая взрывом, занята преимущественно еловыми лесами с примесью березы пушистой и ольхи, встречаются кедр сибирский, осина и рябина обыкновенная. Кустарники и кустарнички представлены шипов-
ником, малиной, жимолостью, черникой и брусникой. В травянистом ярусе произрастают мать-и-мачеха, ястребинка, кошачья лапка, седьмич-ник, грушанка круглолистная, хвощ лесной, иван-чай.
Исследования проводились в 2001 г. К этому времени на месте воронки, оставшейся после вышеуказанного взрыва, уже существовало бессточное озеро с минерализованной (до 2500 мг/мл) и практически нерадиоактивной водой [4—7]. Водоем был оконтурен навалом радиоактивного грунта высотой до 6 м, дневную поверхность которого занимал молодой смешанный лес сомкнутостью около 50% со скудной травянистой растительностью. Площадь образовавшейся техногенной аномалии характеризовалась сложной конфигурацией и была ограничена расстоянием до 300 м от берега озера. На отдельных участках вокруг водоема радиоактивный фон достигал 7 мкЗв/ч, что в 60 раз превышало региональные показатели. По имеющимся данным [6, 7], в компонентах исследуемой экосистемы обнаруживаются 908г, 155Еи, 94№, 152Еи, 154Еи, 207В1, 60Со, 137С8, 241Ат. Установлено, что повышенный уровень ра-диактивного фона значимо коррелирует с удельной активностью 60Со, 137С8 и 241Ат в грунтах территории [6, 7].
Для изучения профильного распределения и форм нахождения радионуклидов в радиоактивно загрязненном техноземе на погребенной подзолистой почве нами были заложены три почвенных разреза. Их расположили на склоне навала грунта в 50—60 м от восточного берега озера в южном направлении на расстоянии около 100 м друг от друга. Опробование грунта из насыпной толщи проводили через 5 см, из генетических подгори-зонтов нативной почвы были отобраны средние пробы. Профиль почвогрунтов исследовали на глубину 120 см. При этом высота навала грунта для 1-го разреза составляла 60, 2-го — 30 и 3-го — 15 см. Мощность эквивалентной дозы в местах их закладки соответствовала 3.3, 2.0 и 0.15 мкЗв/ч.
Профиль наименее нарушенной почвы (разрез 3) имел следующий вид:
(0—2 см) — листовой опад, в основном, березы, темно-серый сырой песок, к низу гумусирован-ный, переход ясный;
(2—14.5 см) — насыпной слой темно-серого сырого песка;
(14.5—16 см) — хорошо разложившийся опад, пронизан корнями растений, темно-серая влажная супесь, мажется, переход неровный, нечеткий;
(16—21.5 см) — влажный песок темно-серого цвета, с подтеками гумусированного материала и "ржавыми" пятнами, переход неровный, ясный;
(21.5—30 см) — влажная супесь рыжего цвета, корни, мелкие камни, темно-бурые вкрапления, переход ясный;
(30—40 см) — влажная рыхлая темно-серая супесь с черными вкраплениями и прослоями белесого песка, единичные корни, переход заметный;
(40—55 см) — темно-серый с рыжиной средний суглинок, с мелкими "ржавыми" пятнами, плотный, переход ясный;
(55—100 см) — светло-коричневый легкий суглинок с множественными прослойками и вкраплениями белесого песка;
(100—120 см) — песок с мелкими камнями и уплотненными глинистыми структурными фрагментами размером до 0.5 см.
В лабораторных условиях определяли физико-химические характеристики почвы — рН водный и солевой, гидролитическую кислотность, содержание подвижных фосфора и калия, обменных магния и кальция, гигроскопической влаги, общего азота и гумуса (табл. 1). Связь параметров оценивали по коэффициенту корреляции Пирсона, его достоверность — согласно принятой процедуре [8].
Определяли также удельную активность и вычисляли коэффициенты накопления радионуклидов в надземной биомассе типичных для зоны техногенеза растений: береза пушистая Betula pu-bescens, кедр сибирский Pinus sibirica, рябина обыкновенная Sorbus aucuparia, ива козья Salix ca-prea, осина Populus tremula, мать-и-мачеха Tissila-go farfara, кукушкин лен Pleurosium Schrebera (табл. 2). Пробоотбор осуществляли с площадки, ограниченной расстоянием не далее 1 м вокруг почвенного разреза. Коэффициент накопления рассчитывали как частное удельной активности (Бк/кг) радионуклида в сухой биомассе и его суммарного содержания в верхнем 20-сантиметровом слое воздушно-сухого грунта (Бк/кг, без учета вариабельности объемной плотности почвы). Содержание форм нахождения радионуклидов оценивали только для образцов из толщи навала разрезов 1 и 2. При этом основывались на результатах последовательной десорбции поллютантов бидистиллированной водой (водорастворимая форма), 1 моль/л растворами ацетата аммония (обменные формы) и соляной кислоты (кислото-растворимые формы) [9, 10]. Недесорбированную часть валовой удельной активности 238Pu, 239,240Pu, 137Cs и 90Sr рассматривали как фиксированную форму. Содержание легкодоступных форм поллютантов рассчитывалось как сумма
Таблица 1. Физико-химические характеристики грунтов
Разрез рН рНсол ГК, ммоль/100 г Валовый состав грунта
мг/кг % ммоль/100 г
К Р N ГМ ГВ Са Mg
1 4.7-5.9 3.5-4.8 1.4-10.8 9-86 11-173 0.03-0.13 0.2-3.5 0.4-1.9 0.03-2.38 0.1-1.1
2 4.2-6.5 3.3-5.3 1.1-17.3 32-168 36-240 0.03-0.67 0.4-4.9 0.9-5.0 2.0-8.2 0.6-2.0
3 4.1-5.7 3.1-4.8 3.0-11.0 26-154 22-143 0.03-0.14 0.2-8.7 0.7-3.0 0.03-3.0 0.05-1.7
Примечание. рН и рНсол — водородные показатели водной и солевой вытяжек; ГК — гидролитическая кислотность, К и Р — содержание подвижных калия и фосфора в расчете на К2О и Р2О5; N ГМ, ГВ — массовая доля общего азота, гумуса и гигроскопической влаги; Са и Mg — количество обменных кальция и магния.
удельной активности их водорастворимых и об-меннопоглощенных фракций, в качестве труднодоступных полагали кислоторастворимые и фиксированные соединения радионуклидов. Радиохимическое выделение 137С8 из проб грунта и золы растений проводили посредством осаждения С838Ъ219 на ферроцианиде никеля, 908г определяли оксалатным методом [11]. Удельную активность изотопов плутония в образцах оценивали альфа-спектрометрическим методом [12] в собственной модификации [13]. Все аналитические работы проводились в аккредитованных лабораториях Института биологии Коми НЦ УрО РАН.
табл. 2. Установлено, что наибольшими размерами и интенсивностью накопления отличается 908г. Соответствующие коэффициенты для березы достигают 18. По сравнению с этими величинами интенсивность накопления 137С8 растениями ниже до 90 раз. Выражена склонность кедра и кукушкиного льна к поглощению радионуклида из почвы с низким уровнем радиоактивного загрязнения. Значения коэффициентов накопления 238Ри растениями одного вида (береза, кедр) сравнител
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.