РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 5, с. 616-624
^=РАДИОЭКОЛОГИЯ
УДК 574.41.5:539.163
СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ В ПОЧВАХ ЛЕСНЫХ И АГРОЭКОСИСТЕМ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ
© 2007 г. Д. Н. Липатов*, А. И. Щеглов, О. Б. Цветнова
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва
В статье представлено сравнительное исследование загрязнения 137Cs лесных, залежных и пахотных почв Тульской области. Перехват первичных радиоактивных чернобыльских выпадений 137Cs лесными экосистемами возрастал в ряду дубрава > березняк > сосняк > агроценоз. Вертикальная миграция 137Cs в глубокие слои почвы наиболее интенсивна в агроэкосистемах и снижается в ряду пашня > залежь > березняк > дубрава > сосняк. В работе показаны особенности пространственного варьирования содержания 137Cs и законы его распределения в почвах под различными насаждениями. Пространственная гетерогенность содержания 137Cs в почвах агроэкосистем значительно ниже, чем в лесных почвах. Для почвы пашни определена скорость ресуспензии, которая составила 6.1 х 10-4 сут-1. Для лесных почв описаны особенности перераспределения 137Cs в подстилке различных экосистем. Роль основного барьера-накопителя 137Cs в многолетнем долгосрочном прогнозе после Чернобыльской аварии сохраняют за собой верхние слои почв (горизонт А1(А1Е) - в лесных, горизонт Ар - в агроэкосистемах).
Миграция радионуклидов, 137Cs, лесные биогеоценозы, агроценозы, пространственное распределение, почвенный профиль.
После аварии на Чернобыльской АЭС аэрозоли техногенных радионуклидов выпали на ландшафты различного генезиса. При этом структура самих ландшафтов оказывала непосредственное влияние на уровень и пространственное распределение радиоактивного загрязнения. В лесных биогеоценозах (БГЦ) распределение техногенных радионуклидов оказалось во многом связано со строением древостоя [1, 2], а последующее вторичное перераспределение - с процессами под-стилкообразования [3], водной и биогенной миграцией в почве [2, 4]. В агроэкосистемах наряду с миграционными процессами важнейшая роль в трансформации полей загрязнения принадлежала характеру сельскохозяйственного использования угодий [5, 6]. Важной исследовательской задачей остается сравнительный анализ закономерностей изменения пространственного распределения 137Св в почвах различных экосистем. Изучение вертикальной и горизонтальной изменчивости удельной активности 137Св в почвах позволяет получить более полное представление о процессах биогеохимической миграции элементов-загрязнителей в различных биогеоценотических условиях, провести количественную оценку отдельных миграционных потоков.
* Адресат для корреспонденции: 119234 Москва, Воробьевы горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, Факультет почвоведения, кафедра радиоэкологии и экотоксикологии; тел./факс: (495) 939-22-11; e-mail: dlip@soil.msu.ru.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Исследования проводили в 2001-2005 гг. на территории Плавского и Арсеньевского районов Тульской области, относящейся к дальней зоне загрязнения чернобыльскими выпадениями. В Плавском районе объектами исследования послужили три лесных биогеоценоза: искусственные одновозрастные (50-летние, второго бонитета) насаждения дуба, березы и сосны; а также агроценоз с посевами яровой пшеницы. При этом участки леса и агроценоза расположены вблизи друг от друга на одном типе мезорельефа (слабо пологая вершина межбалочного водораздела), почва темно-серая лесная. В Арсеньевском районе в однотипных условиях мезорельефа исследовали сходный по уровню загрязнения участок старопахотной залежи, почва светло-серая лесная. Основные химические и физико-химические свойства исследованных почв представлены в табл. 1 [2, 6, 7].
Для исследования горизонтальной изменчивости удельной активности 137Св почвенные образцы отбирали по равномерной сетке с шагом 5 м в 25 точках опробования (для залежного участка в 35 точках). При этом на лесных участках раздельно отбирали подстилку (А0) и минеральные слои почвы по глубинам 0-5 и 5-15 см. В агроценозе и залежи пробоотбор проводили по глубинам, соответствующим различным слоям пахотного горизонта: 0-5 и 5-15 (5-19)см.
СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ 13^ Таблица 1. Основные химические и физико-химические свойства почв
Глубина, см рН Гидролитическая кислотность, Гумус, % Фосфор (по Чири-кову) Калий (по Масло-вой) Са2+ Mg2+
Н2О КС1 мг-экв/100 г мг/кг мг-экв/100 г
Сосняк
0-10 5.0 4.0 14.2 7.15 49.3 247.8 16.4 8.4
10-20 5.6 4.5 7.1 4.70 47.4 160.2 17.4 5.4
0-10 5.7 4.6 8.3 Дубрава 7.61 27.0 7.0
10-20 5.9 4.7 7.8 6.51 - - 25.3 8.5
0-10 6.0 5.0 7.1 Березняк 7.05 31.1 8.4
10-20 5.9 4.7 7.0 6.13 Залежь - - 26.4 8.0
0-10 - 6.1 2.1 3.42 65.0 125.0 8.0 2.2
10-20 - 5.4 2.8 1.70 32.0 76.0 7.4 1.8
0-10 6.6 5.5 3.8 Агроценоз 4.60 76.6 153.8 20.4 5.2
10-20 6.8 5.7 4.0 4.75 46.6 138.7 20.8 4.8
Для характеристики перераспределения в профиле почв на всех пяти контрольных участках из разрезов послойно отбирали образцы с шагом в 1 см до глубины 7 см, далее с шагом 2 см до глубины 15 см и с шагом 4 см до глубины 40 см.
Определение удельной активности в почвенных образцах проводили на сцинтилляцион-ном у-спектрометре с №1-детектором, амплитудный спектр импульсов обрабатывали с помощью программы "Прогресс". Ошибка измерений не превышала 10%. Для сопоставления данных разных лет проведен пересчет активности радионуклида на 2005 год (с учетом естественного распада Анализ экспериментального материала проводили как в отношении удельной активности, так и плотности загрязнения почв по Для расчета плотности загрязнения использовали данные по плотности сложения почвы, полученные экспериментальным путем при отборе образцов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Согласно полученным данным, в почвах исследованных экосистем удельная активность примерно на 2-3 порядка превышает фоновые уровни для почв Тульской области в дочерно-быльский период (4-10 Бк/кг) [8]. Детальный послойный анализ удельной активности 13^ в исследованных микропрофилях почв показывает индивидуальный характер вертикального распределения радионуклида для различных экосистем (рис. 1).
Так, в почвах всех исследованных лесных фитоце-нозов абсолютный максимум удельной активности приходится на верхний 0-1, 1-2-сантиметровый подподстилочный слой минеральной толщи. Для залежи такой максимум выявлен на глубине 37 см. В пределах от 2-5 до 10-15 см наблюдается резкое снижение удельной активности по микропрофилям как лесных, так и залежного БГЦ. В нижней части этих микропрофилей от 15-20 до 3540 см удельная активность снижается плавно и достигает 10-50 Бк/кг. Для агроценоза характерно равномерное распределение радионуклида по всей толще пахотного горизонта с резким снижением в подпахотных слоях. Микропрофильная изменчивость показателей удельной активности (Бк/кг) и плотности загрязнения (кБк/м2) в целом
идентична, проявление дополнительных слабо выраженных максимумов запаса в средней части микропрофилей различных БГЦ отражает внут-рипрофильные изменения плотности сложения тонких слоев почвы.
Распределение в микропрофиле почв
лиственных (дубрава, березняк) и хвойных (сосняк) экосистем различно. В сосняке отмечается относительно более высокая удельная активность радионуклида в подстилке и 0-3-сантиметровом подподстилочном слое, а также более высокие величины градиента падения этой величины с глубиной, особенно в интервале 3-8 см. В микропрофилях почв лиственных ценозов отмечается более равномерное распределение и меньшие величины градиента падения удельной ак-
Рис. 1. Распределение удельной активности 137Cs (Бк/кг) в микропрофиле почв различных экосистем: 1 - сосняк, 2 -дубрава, 3 - березняк, 4 - залежь, 5 - агроценоз.
тивности 137С$ с глубиной. Это связано, с одной стороны, со строением самой подстилки: в сосняке гор. А0 более мощный и обладает повышенной удерживающей способностью радионуклида по сравнению с подстилками лиственных фитоцено-зов. С другой стороны, в лиственных фитоцено-зах более выражено влияние зоофауны, что приводит к активному перемещению загрязненного материала из поверхностных в более глубокие слои почвы. В частности, значительные различия в количестве дождевых червей в лиственных и хвойных насаждениях на черноземных почвах данного региона под лесом, по-видимому, сказываются на интенсивности биогенной миграции и, как следствие, на внутрипрофильном перераспределении 137Св в этих условиях [2, 4].
Для агроценоза равномерное распределение 137Св в пределах пахотного горизонта (рис. 1) объясняется его ежегодным перемешиванием в ходе сельскохозяйственных обработок. При этом может происходить незначительное проникновение 137Св ниже пахотного горизонта вследствие миграции из Ар и припашки в случае проведения глубоких почвенных обработок. Заглубление радионуклида в почве залежного БГЦ также происходит в результате процессов диффузии, водной, биогенной миграции и сопровождается развитием дернового процесса. Это находит отражение в смещении максимума удельной активности 137С$ на глубину 3-7 см при сохранении общего вида кривой профильного распределения, описанной для лесных экосистем.
Для отдельных слоев и генетических горизонтов почвы рассчитывали относительные величи-
ны от общего запаса радионуклида в профиле (рис. 2). Плотность загрязнения подстилки лесных экосистем 137Св не превышает 1 кБк/м2, тогда как в слоях 0-1 и 1-2 см в сотни раз выше. Спустя 18 лет после радиоактивного выпадения именно верхние подподстилочные слои почвы являются главными депо 137Св, а горизонт самой подстилки (А0) представлен свежим опадом последних лет, материал которого слабо загрязнен. Относительный запас 137Св в гор. А0 сосняка составляет 1.2%, дубравы - 0.4%, березняка - 0.2%, тогда как в верхних подподстилочных слоях гор. А1(А1Е) достигает 75-90% (рис. 2).
В гор. Ар (0-20 см) агроценоза сосредоточено 86.8% профильного запаса 137Сз и 13.2% обнаружено в верхнем 10-см подпахотном слое. В почве залежи основной запас радионуклида также зафиксирован в старопахотном горизонте - до 95% (рис. 2). По-видимому, обработка почвы, ежегодно проводимая при сельскохозяйственном использо
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.