РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2009, том 49, № 3, с. 291-301
^ МИГРАЦИЯ
РАДИОНУКЛИДОВ
УДК 574:531.1.04:546:581.526.425
О ВЛИЯНИИ ПОДТОПЛЕНИЯ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ 137С8 И 908г
В ЛЕСНОМ БИОГЕОЦЕНОЗЕ
© 2009 г. Т. В. Переволоцкая*, И. М. Булавик, А. Н. Переволоцкий
Республиканское научно-исследовательское унитарное предприятие "Институт радиологии",
Гомель, Республика Беларусь
Проанализировано распределение 137Сз и 90Бг в дубовых, сосновых и грабовых насаждениях при различном уровне грунтовых вод. Установлено, что интенсивность миграции 137Сз и 90Бг в вертикальном профиле исследованных почв определяется уровнем грунтовых вод на пробной площади: чем ближе к поверхности расположены грунтовые воды, тем меньше радионуклидов содержат поверхностные почвенные слои и тем больше - глубинные. Определены коэффициенты "быстрой" и "медленной" квазидиффузии 137Сз и 90Бг и вклад этих компонент миграции в общий перенос радионуклидов в вертикальном профиле почвы. Отмечено уменьшение коэффициентов перехода Сз и увеличение - Бг для элементов надземной фитомассы по мере снижения уровня грунтовых вод.
137Сз, 90Бг, удельная активность, миграция, коэффициент перехода, лесные насаждения, заболачивание, затопление.
С целью предотвращения смыва радиоактивных веществ с загрязненных территорий в 30-километровой зоне вокруг Чернобыльской АЭС был осуществлен комплекс мероприятий: залу-жение водоохранных зон водотоков, закрытие затворных заграждений, отсыпка перемычек на мелиоративных каналах и др.
Однако их роль в задержании выноса радионуклидов с загрязненных территорий оказалась незначительной, фильтрующие плотины быстро заиливались и превращались в глухие, закрытие заграждений и отсыпка перемычек способствовали формированию затоплений, в зоне действия которых оказались и лесные насаждения.
В ряде исследований [1-5] было показано отрицательное воздействие формирующегося затопления на состояние лесных насаждений, которое выражалось в гибели или угнетении древесных растений.
К сожалению, в научной литературе отсутствуют сведения о влиянии периодического затопления или подтопления лесов на перераспределение радионуклидов в лесных биогеоценозах. При проведении модельных экспериментов [6-8] отмечено повышение относительного количества радионуклидов в почвенном растворе с возрастанием коэффициента обводненности почвы, что косвенно свидетельствует об увеличении миграционной способности радионуклидов. Однако
* Адресат для корреспонденции: Республика Беларусь, 246654 Гомель, ул. Федюнинского, 16, Республиканское научно-исследовательское унитарное предприятие "Институт радиологии"; тел.: (375-0232) 51-95-54, факс: (3750232) 51-68-22; e-mail: forest_rad@mail.ru
эксперименты в естественных условиях в насаждениях одинакового растительного состава при различных уровнях грунтовых вод практически не проводились.
В последние годы появились данные, которые указывают, что с изменением плодородия и увлажнения почвы коэффициент перехода (ХП) радионуклидов для различных фракций биомассы древесных растений существенно меняется [912]. Однако в этих работах рассмотрены случаи, когда режим увлажнения почвы лесных участков формировался в течение длительного времени, а при образовании болотных водоемов водно-воздушный режим почвы устанавливается в течение очень короткого времени (несколько лет). Это позволяет предположить высокую вероятность коренных изменений в перераспределении радионуклидов в лесных биогеоценозах при их подтоплении и затоплении.
Цель настоящего исследования - изучение влияния подтопления на радиоэкологическую обстановку в лесных насаждениях белорусского сектора 30-километровой зоны ЧАЭС.
ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Объектами исследования послужили сосново-березовые, дубово-березовые и грабовые насаждения в белорусском секторе 30-километровой зоны ЧАЭС, произрастающие в условиях подтопления. В каждом из них были заложены пробные площади с примерно одинаковым составом дре-весно-кустарниковой и травяной растительности, но с различными уровнями грунтовых вод.
291
3*
Закладку пробных площадей, описание почвы и живого напочвенного покрова проводили в соответствии с методиками, применяемыми при радиоэкологическом мониторинге в лесных насаждениях [13]. Определение рН(КС1) почвы выполняли по ГОСТ 26483-85, гидролитической кислотности -по методу Каппена, в модификации ЦИНАО - по ГОСТ 26212-91 (ммоль/100 г); определение содержания в почве К2О и Р2О5 - по ГОСТ 26207-91 (мг/100 г), Са++ - по ГОСТ 26487-85 (мг/кг почвы).
Измерение мощности дозы у-излучения в воздухе, отбор почвенных проб для определения плотности загрязнения 0-20-см слоя почвы 137Cs и 90Sr, а также для изучения распределения радионуклидов в вертикальном профиле почвы проводили по общепринятым методикам [13-15]. Пробы древесины и коры отбирали в пределах пробной площади в соответствие с ранее опубликованной методикой [16].
Удельную активность 137Cs в исследуемых образцах почвы и древесины определяли на у-спек-трометрических комплексах Canberra (СапЬегга, США). Радиохимическое выделение 90Sr проводили по стандартной методике ЦИНАО с последующим измерением активности на а-Р-счетчике Canberra-2400 (СапЬегга, США). Аппаратурная ошибка измерений не превышала 20%.
Для сопоставления уровней накопления 137Cs и 90Sr в древесине определяли коэффициент перехода (КП) (соотношение удельной активности радионуклида в коре или древесине (Бк/кг) и плотности загрязнения 0-20-см слоя почвы 137Cs и 90Sr (кБк/м2)).
Анализ распределения 137Cs и 90Sr в вертикальном профиле почв пробных площадей проводили по общепринятым методикам [13, 16]. Для этого была определена плотность загрязнения каждого из почвенных слоев (кБк/м2) и выражена в % от суммарного запаса радионуклидов в 0-45 см почвенного слоя [13, 16]. Проведенный расчет послойного загрязнения слоев 137Cs и 90Sr, выраженный в относительных величинах, позволил установить различия в распределении радионуклидов в вертикальном профиле почвы при разных плотностях загрязнения ее поверхности и уровня грунтовых вод.
Параметры миграции радионуклидов в вертикальном профиле минеральной части почвы оценивали с помощью двухкомпонентного квазидиффузионного уравнения, предполагающего наличие двух механизмов миграции близких к диффузии и определяющих их "медленное" и "быстрое" перемещение [17]:
Q(у, t) =
Af eX'Qo
Jn Mft
exp
4 Mft
+
+ -
As eX' Qo
Jn Mst
exp
4 Mj
где ö0 - активность радионуклида, поступившего на почву, на момент выпадений, отн. ед.; Mf и Ms -коэффициенты квазидиффузии соответственно "быстрой" и "медленной" компонент переноса, см2/с; Af и As - доля "быстрой" и "медленной" компонент, см-1; t - время с момента поступления радионуклидов на поверхность почвы, с; X - постоянная радиоактивного распада, равная для 137Cs 7.28 х 10-10 с-1, для 90Sr 7.82 х 10-10 с-1. Физически коэффициент квазидиффузии отражает скорость перемещения мигранта через площадь в 1 см2.
"Медленное" перемещение основного количества радионуклидов обычно относят за счет диффузии, "быстрое" - за счет конвективного влагопереноса. Исходя из параметров миграции, рассчитанных с помощью двухкомпонентного квазидиффузионного уравнения, был сделан прогноз распределения радионуклидов в вертикальном профиле почв пробных площадей.
Опытный объект Кл-1 находится в 30-летнем сосново-березовом насаждении искусственного происхождения в квартале 17 выделе 22 Колы-банского лесничества. Координаты опытного объекта 51°28.102' с.ш. и 30°16.566' в.д. Состав насаждения 8С2Б. Средний диаметр ствола сосны (Pinus silvestris L.) на объекте - 13 см, березы (Betila pendula Roth.) - 11 см.
В насаждении выделен участок размером 70 х 55 м, длинная сторона которого расположена вдоль кромки болотного водоема и совпадает с направлением рядов деревьев. Он включает 19 рядов, каждый из которых представляет собой отдельную пробную площадь с различным уровнем грунтовых вод (табл. 1).
Изменение рельефа опытного объекта постепенное, без резких повышений. При неблагоприятных климатических условиях (повышенное количество осадков) до 7-го ряда включительно он затапливается.
Почвенный разрез был заложен на 19-м ряду, а на остальных рядах были сделаны почвенные прикопки. По итогам выполненного обследования почва на объекте охарактеризована как дерново-подзолистая, развивающаяся на песке рыхлом, подстилаемая рыхлым песком.
А0 - 0-1 см - подстилка;
А1 - 1-26 см - светло-серый рыхлый песок, корни растений;
А2В1 - 26-44 см - темно-желтый свежий рыхлый песок, переход постепенный;
Таблица 1. Уровни грунтовых вод и радиологические характеристики опытных объектов
Номер пробной площади Порода Среднегодовые значения УГВ, см Загрязнение поверхности почвы, кБк/м2 Мощность дозы у-излучения, нГр/с
137Cs 90Sr на высоте 1 м на поверхности почвы
Опытный объект Кл-1, сосново-березовое насаждение
ПП № 1 Сосна 18 - - 0.16 ± 0.005 0.21 ± 0.005
ПП № 2 24 845 ±132 57.3 ± 0.69 0.17 ± 0.005 0.20 ± 0.005
ПП № 3 33 699 ±137 61.0 ± 4.40 0.17 ± 0.005 0.19 ± 0.005
ПП № 4 - 737 ± 88 70.6 ± 5.20 0.16 ± 0.005 0.19 ± 0.005
ПП № 5 42 785 ± 78 65.0 ± 10.8 0.15 ± 0.005 0.18 ± 0.005
ПП № 6 Береза - 922 ± 89 65.0 ± 10.8 0.15 ± 0.005 0.17 ± 0.005
ПП № 7 50 853 ± 75 60.8 ± 14.9 0.15 ± 0.005 0.15 ± 0.005
ПП № 8 Сосна - 778 ± 85 48.6 ± 2.77 0.14 ± 0.005 0.16 ± 0.005
ПП № 9 60 852 ± 62 48.2 ± 3.20 0.16 ± 0.005 0.17 ± 0.005
ПП № 10 - 766 ± 83 47.2 ± 2.22 0.16 ± 0.005 0.19 ± 0.005
ПП № 11 72 804 ± 61 55.7 ± 6.25 0.17 ± 0.005 0.21 ± 0.005
ПП № 14 85 709 ± 78 - 0.16 ± 0.005 0.19 ± 0.005
ПП № 19 Береза - 721 ± 70 - 0.16 ± 0.005 0.20 ± 0.005
ПП № 50 Сосна 245 760 ± 76 - 0.23 ± 0.002 0.28 ± 0.002
Опытный объект Мс-1, грабовое насаждение
ПП № 1 Граб 19 4649 ± 778 1574±185 0.69 ± 0.02 0.91 ± 0.03
ПП № 2 55 4170 ± 111 1494 ± 122 0.83 ± 0.04 1.01 ± 0.06
ПП № 3 106 4210±388 1345 ± 135 0.87 ± 0.04 0.99 ± 0.04
Опытный объект Мс-2, дубово-березовое насаждение
ПП № 2 Дуб 48 2046±271 466 ± 18 0.53 ± 0.02 0.65 ± 0.02
ПП № 3 50 1808 ± 56 531 ± 10 0.56 ± 0.02 0.65 ± 0.03
В2 - 44-73 см - темно-желтый
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.