РАДИОНУКЛИДЫ
УДК 574::539.1.04:539.163:58.051:581.92
ТЕХНОГЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ В ПОЧВАХ ВОСТОЧНО-УРАЛЬСКОГО РАДИОАКТИВНОГО СЛЕДА И ИХ НАКОПЛЕНИЕ
РАСТЕНИЯМИ РАЗЛИЧНЫХ ТАКСОНОМИЧЕСКИХ ГРУПП © 2014 г. И. В. Молчанова*, Л. Н. Михайловская, В. Н. Позолотина, Е. В. Антонова
Институт экологии растений и животных УрО РАН, Екатеринбург
Оценено пространственное и вертикальное распределение 90$г, 137С8 и 239' 240Ри в почвах головной части Восточно-Уральского радиоактивного следа и их накопление растениями. Пространственное распределение радионуклидов в зависимости от удаления от эпицентра аварии с высокой степенью достоверности аппроксимируется экспоненциальной функцией. Спустя 55 лет после аварии основное количество радионуклидов удерживается в корнеобитаемом слое почв (0—20 см). Показано, что поступление 90$г в растения, в первую очередь, определяется уровнем загрязнения почв. Для 137С8 во всем градиенте загрязнения сохраняются достоверные различия накопительной способности между представителями высших растений с одной стороны, мхами и лишайниками — с другой.
Радионуклиды, пространственное распределение, накопление, растения, таксономические группы, Восточно-Уральский радиоактивный след.
БОТ: 10.7868/8086980311401010Х
Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС) образовался в 1957 г. в результате аварии на производственном объединении (ПО) "Маяк". Позднее, в 1967 г. произошло вторичное загрязнение его территории за счет ветрового переноса донных отложений оз. Карачай — технологического водоема ПО "Маяк". За годы, прошедшие после аварии, выполнены многочисленные исследования и получены уникальные данные, характеризующие закономерности миграции и распределения радионуклидов в разных типах экосистем следа. Создано целостное представление о миграции основного загрязнителя 90Sr в почвенно-растительном покрове, прослежена многолетняя динамика радиационной обстановки на загрязненной территории [1—4]. В головной части следа, на отчужденной территории в 1966 г. был организован Восточно-Уральский государственный заповедник. Несмотря на высокий уровень загрязнения, растительные сообщества на этой территории оцениваются как ядро экологического каркаса для сохранения биоразнообразия и поддержания экологической стабильности в регионе [5]. Характеризуясь широким диапазоном уровней загрязнения, неоднородностью топографических и экологических условий, головная часть следа является уникальным природным полигоном для проведения радиоэкологических исследований.
* Адресат для корреспонденции: 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202, ИЭРиЖ УрО РАН; тел.: (34377) 3-20-70; e-mail: molchanova_i_v@mail.ru.
Учитывая сложный характер пространственного распределения радионуклидов, заповедный статус обследованной территории и более чем полувековой отрезок времени, прошедший со дня аварии, представляло интерес оценить миграционную способность долгоживущих радионуклидов 90Sr, 137Cs и 239,240Pu в почвенно-растительном покрове головной части ВУРСа и выявить особенности их накопления растениями разных таксономических групп.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Исследования проводили в 2003—2012 гг. Территория расположена в лесостепной зоне, рельеф — холмисто-увалистый с общим понижением с запада на восток. В регионе преобладают ветры западного направления, что и определило конфигурацию загрязненной зоны. Наземные экосистемы представлены в основном вторичными березовыми и смешанными лесами, частично суходольными лугами и залежами.
В лесах преобладает береза повислая (Betula pendula) и сосна обыкновенная (Pinussylvestris). В лесном разнотравье широко представлено семейство злаковых, в котором доминирует вейник тростниковый (Calamagrostis arundinaceae), в изобилии присутствует костяника (Rubus saxati-lis). С высокой степенью постоянства встречается клевер средний (Trifolium medium), купена пахучая (Polygonatum odoratum), подмаренник ложный (Galium spurium), зопник обыкновенный (Prunella vulgaris) дудник лесной (Angelica sylvestris), гру-
шанка круглолистная (Pyrola rotundifolia), васи-листники простой и малый (Thalictrum simplex, Th. minus). Присутствуют рудеральные виды: крапива двудомная (Urtica dioica), бодяк (Cirsium seto-sum), подорожник средний (Plantago media), мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara). В разнотравье лугов основной вклад вносят злаки. Среди них господствует кострец безостый (Bro-mopsis inermis), ежа сборная (Dactylis glomerata), тимофеевка луговая (Phleumpratense), мятлик узколистный (Poa angustifolia). Часто встречаются полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris), мышиный горошек ( Vicia cracca), чина луговая (Lathyrus pratensis), щавель конский (Rumex confertus), свербига (Bunias orientalis), подмаренники (Galium boreale, G. verum, G. mollugo), воробейник лекарственный (Lythospermum officinale), звездчатка (Stellaria graminea), гравилат речной (Geum rivale). Подробное флористическое описание сообществ ВУРСа приведено в работе [6]. Группа напочвенных мхов представлена наиболее распространенными видами (Hylocomium splendens, Polytrichum commune, Pleurozium schreberi), а лишайники — листоватым эпифитным видом — Hypogymnia phy-sodes. Все отмеченные виды растений различаются по морфофизиологическим характеристикам, продолжительности жизни, относятся к разным жизненным формам и экологическим группам.
В почвенном покрове преобладают разновидности серых лесных почв, черноземы различной мощности, а также луговые почвы. Подтип серых лесных почв приурочен к сосново-березовым разнотравным лесам и колкам головной части ВУРСа. Содержание гумуса в их аккумулятивном горизонте составляет 7—10%. Значения pH лесных подстилок и гумусового горизонта варьирует от 5.6 до 6.1. Вниз по профилю кислотность увеличивается. Черноземы обыкновенные сформированы на участках, занятых суходольными разнотравно-злаковыми лугами. Содержание гумуса в них колеблется от 5 до 13% и постепенно убывает с глубиной. Величина pH водной суспензии изменяется от 5 до 7. Внутрипрофильное изменение этого показателя определяется содержанием карбонатов в почвах. В составе обменных оснований преобладает Са+2, затем в порядке уменьшения следуют Mg+2, K+ и Na+. В гранулометрическом составе этих почв отмечено высокое (30—45%) содержание илистой фракции. Лугово-слоистые почвы встречаются в депрессиях и приозерных понижениях. В этих почвах pH водной суспензии смещается в сторону щелочных значений. Содержание гумуса резко падает при переходе к иллювиальному горизонту, а в составе обменных катионов содержание Na+ достигает 10 мг-экв/100 г почвы; в гранулометрическом составе преобладает фракция физического песка.
В ходе работ в основных типах экосистем, на разных расстояниях от эпицентра аварии выделя-
ли реперные участки, на каждом из которых закладывали почвенные разрезы для отбора проб. Пробы отбирали слоями мощностью 5—10 см до глубины 50 см. Общее содержание радионуклидов в почвенном слое, нормированное на площадь, назвали запасом. В непосредственной близости от разрезов отбирали образцы листьев и крупных веток древесных пород (береза, сосна), надземную массу отдельных видов травянистых растений и разнотравья, а также эпифитных лишайников и напочвенных мхов. Наряду с этим там, где было возможно, отбирали пробы афилло-форовых (дереворазрушающих) и агариковых грибов.
Содержание 908г и 239,240Ри в подготовленных почвенных и растительных образцах определяли радиохимическим способом. Нижний предел обнаружения радионуклидов составлял 0.2 и 0.001 Бк соответственно. Для определения содержания 137Сб использовали гамма-спектрометр с полупроводниковым детектором и нижним пределом обнаружения — 0.1 Бк. Более подробно методика проведения исследований и определения содержания радионуклидов приведена в работе [7]. Все полученные данные, характеризующие содержание радионуклидов в исследованных объектах, рассчитаны на воздушно-сухой вес.
За пределами загрязненной территории были выбраны фоновые участки, идентичные по геоботаническим характеристикам и почвенным разностям. Запас радионуклидов в почвах таких участков не превышал фоновых значений для Уральского региона и составлял для 908г — 0.5—2.9, 137Сб - 1.6-7.0 и 239,240Ри - 0.1-0.2 кБк/м2.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Пространственное распределение радионуклидов в почвенном покрове головной части ВУРСа. Результаты проведенных исследований показали, что в 5 км от эпицентра аварии 1957 г. максимальные запасы 908г в почвенном покрове оси следа достигают 70000, 137С8 - 1500 и 239,240Ри -170 кБк/м2 (рис. 1). По мере удаления от эпицентра аварии наблюдается закономерное снижение запасов радионуклидов в почвах.
Ранее нами рассматривались фрагментарные данные, характеризующие вертикальное распределение радионуклидов в почвах отдельных участков обследованной территории [3, 8]. В настоящей работе приведены результаты, отражающие интегральную картину вертикального распределения поллютантов в профилях почв, доминирующих на обследованной территории. На рис. 2 видно, что ход кривых распределения 908г в профилях изученных почвенных разностей (серая лесная, чернозем, лугово-слоистая) имеет сходный характер. Максимальное его количество
,К90Яг) = 99275.49е-0Л9х Я13^) = 1802.57е-0Л4х
Я2 = 0.85
Я2 = 0.85
100000 10000 ~ 1000
м 100 и
к
10
^(239, 240ри) = 271.48е-0.21х Я2 = 0.97
1 0.1
10 15 20 25 Расстояние, км
30 35
Рис. 1. Распределение запасов радионуклидов в почвенном покрове в пределах центральной оси ВУРСа: 1 - 908г, 2 - 137С8, 3 - 239,240Ри.
(50-60% от общего содержания в профиле) приурочено к верхнему, гумусированному слою почв (0-20 см). Далее содержание 908г постепенно убывает и в достоверно детектируемых количествах обнаруживается за пределами гумусового горизонта, на глубине 30-40 см. Некоторая размытость максимума в черноземе может быть связана с антропогенной и рекультивационной нагрузкой, которую испытывали эти почвы в первые годы после аварии. В их морфологическом облике сохраняются признаки старой пахоты и следы нарушения естественного сложения верхней части гумусового горизонта. В гидроморфных лугово-слоистых почвах смещение максимального содержания 908г
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.