АГРОХИМИЯ, 2007, № 2, с. 72-82
УДК 631.453: 546.36:546.42(4762)
ВЛИЯНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОЙ МИГРАЦИИ И ФОРМ НАХОЖДЕНИЯ И 9(^г В ПОЧВАХ НА ИХ БИОЛОГИЧЕСКУЮ ДОСТУПНОСТЬ НА ПРИМЕРЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЛУГОВ БЕЛОРУССКОГО ПОЛЕСЬЯ
© 2007 г. А. Г. Подоляк
Институт почвоведения и агрохимии НАН Белоруссии 220108 Минск, ул. Казинца, 62, Белоруссия Поступила в редакцию 26.06.2006 г.
На основе результатов многолетних исследований (1992-2005 гг.) установлено, что кроме основных факторов, влияющих на величину коэффициентов перехода радионуклидов (^п, Бк/кг : кБк/м2) в травостой луговых фитоценозов (тип луговой экосистемы, тип почвы, режим увлажнения, биологические особенности растений), важное значение имеют параметры вертикальной миграции и формы нахождения 137Cs и 9С^г в луговых почвах. В отдаленный период после аварии на ЧАЭС максимальным накоплением 137Cs характеризуется естественный травостой заболоченных лугов на мощных торфяно-болотных почвах (Кп = 40-47), а 9С^г - суходольных лугов на дерново-подзолистых песчаных почвах (Кп = 15-20).
ВВЕДЕНИЕ
Результаты исследований, полученные в "до-чернобыльский" период и в первые годы после аварии на ЧАЭС, показали, что биологическая доступность радионуклидов для луговых растений в большей мере зависит от их поведения в почве (почвенной химии радионуклидов) и от биологических особенностей самих растений. Установлено влияние основных почвенных свойств на поведение 137Св и 90Бг в системе почва-растение, среди которых наиболее важными являются: гранулометрический и минералогический составы, кислотность почвенного раствора, степень насыщенности основаниями, содержание органического вещества [1-10].
Поглощение радионуклидов почвой определяется распределением между двумя основными фазами почвы: твердой и почвенным раствором - и осуществляется за счет процессов сорбции-десорбции, осаждения-растворения труднорастворимых соединений и коагуляции-пептизации коллоидных частиц.
Сорбция 137Св и 90Бг дерниной на лугах препятствует их быстрому передвижению по профилю почв и облегчает их переход в растительность. 137Св может закрепляться минеральными компонентами почвы, для него характерен перенос по почвенному профилю с тонкодисперсными частицами в фиксированном состоянии, тогда как 10-40% 90Бг связывается гуматами почвенного поглощающего комплекса (гуминовыми, гематоме-лановыми и фульвокислотами) или переносится в обменной форме. Доступность для растений 908г в
ионной форме в 2-4 раза выше, чем из органо-ми-неральных комплексов, а переход 137С$ из гума-тов в 1.3-1.5 и 908г в 2.0-2.5 раза ниже, чем из фульватов [10-13].
Разработана двухкомпонентная конвективно-квазидиффузионная модель поведения радионуклидов в почвах, которая описывает закономерности и позволяет прогнозировать параметры вертикальной миграции 137Св и 908г [14-15].
В данной статье представлены результаты мониторинговых исследований поведения 137С$ и 908г чернобыльского генезиса в системе почва-луговые растения в 1992-2005 гг., которые имеют важное значение для решения задач, связанных с прогнозированием и оценкой скорости самоочищения корнеобитаемого слоя луговых почв и анализа роли этого процесса в изменении доступности радионуклидов с течением времени. Они весьма важны для прогноза радиологической ситуации, сложившейся на лугах различных типов региона Белорусского Полесья в отдаленной период после аварии на Чернобыльской АЭС.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Представленные данные получены при выполнении Государственной программы Республики Беларусь по минимизации и преодолению последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС по этапу 3.1.2. "Сельскохозяйственная радиология" по теме: "Радиационно-экологический мониторинг загрязненных радионуклидами земель, выведенных из сельскохозяйственного оборота (ре-перная сеть)".
Таблица 1. Почвенная, радиологическая и ботаническая характеристики объектов исследования
Характеристика Суходольный луг Заболоченный луг Пойменный луг
Местоположение д. Савичи (Брагинский р-н) д. Дублин (Брагинский р-н) д. Тульговичи (Хойникский Р-н) Аллювиальная дерново-гле-
Почва Дерново-подзолистая песча- Торфяно-болотная низинно-
ная глееватая го типа еватая песчаная
Плотность радиоак-
тивного загрязнения, кБк/м2 (Ки/км2), 1992 г.
137Сз 1026 ± 84 (27.7 ± 2.3) 250 ± 36 (6.7 ± 1.0) 864 ± 93(23.4 ± 2.5)
908г 162 ± 19 (4.4 ± 0.5) 65 ± 11 (1.7 ± 0.3) 72 ± 12 (2.0 ± 0.3)
Доминирующие виды в растительном покрове (естественный травостой) Тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), щавель малый (кислый) (Rumex acetosa L.), белоус торчащий (Nardus srticta L)., овсяница красная (Festuca rubra L.), полевица белая (Agrostis alba L.) Крапива двудомная (Urtica dioica L.), лапчатка гусиная (Potentilla anserina L.), лютик едкий (Ranunculus acris L.) щучка дернистая (Deschamp-sia caespitosa L.), мятлик болотный (Poa polustris L.), осока острая (Carex acuta L.) Мятлик луговой (Poa pratense L.), лисохвост луговой (Alopecurus pratensis L.), клевер луговой (Trifolium pratense L.), клевер белый (Trifolium repens L.), горошек мышиный (Vicia cracca L.)
Мониторинговые исследования проводили на протяжении 1992-2005 гг. в условиях стационарных полевых опытов, расположенных в окрестностях населенных пунктов Савичи, Дублин Брагинского района и Тульговичи (30-км зона) Хойник-ского района Гомельской области, по следующим основным направлениям: 1) определение интенсивности вертикальной миграции радионуклидов и по профилю почв естественных суходольных, заболоченных и пойменных лугов с течением времени; 2) изменение соотношения форм нахождения и 9^г в верхнем слое луговых почв различных типов с течением времени; 3) изучение влияния биологических особенностей растений на накопление и 9^г в естественном травостое основных типов лугов.
Почвенная, радиологическая и агрохимическая характеристики объектов исследований (тип луга и почвы, плотность радиоактивного загрязнения и 9^г, основные агрохимические показатели, гранулометрический и минералогический составы почв, ботанический состав травостоя) представлены в табл. 1 и 2.
Параметры вертикальной миграции радионуклидов рассчитывали на основе данных спектрометрического и радиохимического анализа проб ненарушенной структуры, отбираемых по почвенному профилю каждого опыта послойно (0-5, 5-10, 10-15, 15-20, 20-25, 25-30 см) в 4-кратной повторно-сти специальным пробоотборником. Одновременно с почвенными образцами отбирали растительные пробы с площади не менее 1 м2. Определение отдельных видов растений и их принадлежность к той или иной ботанической группе проводили по методологическим разработкам [16].
Определение форм нахождения радионуклидов в исследуемых луговых почвах проводилось по методике Павлоцкой при соотношении почва : раствор для минеральных почв 1 : 10, а торфяно-болотной - 1 : 20. Сущность метода заключается в последовательном извлечении форм нахождения 137Cs и 90Sr: 1) водорастворимые - дистиллированной Н2О; 2) обменные (подвижные) - 1 М CH3COONH4; 3) необменные (кислотораствори-мые) - 3 М HCl; 4) прочнофиксированные - 6 М HCl при кипячении при температуре 85°С [3, 10].
В почвенных пробах определяли : гумус - по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 2621391); зольность и содержание органического вещества в торфяно-болотной почве методом прокаливания (ГОСТ 27784-88); рН (KCl) - потенциомет-рическим методом (ГОСТ 26483-85); гидролитическую кислотность - по Каппену (ГОСТ 2621284); сумму поглощенных оснований - по Каппену (ГОСТ 27821-88); подвижные формы фосфора и калия - по Кирсанову (ГОСТ 26207-91); кальций и магний - на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS-30 (ГОСТ 26487-85); степень насыщенности почв основаниями и индекс агрохимической окультуренности почв - расчетным методом; гранулометрический состав почв - методом пипетки (ГОСТ 12536-79); минералогический состав почв - методом рентгеноструктурного анализа [17].
Содержание 137Cs в исследуемых образцах (почва, растения, почвенные вытяжки) определяли на у-спектрометрических комплексах фирм "Canberra" и "Tennelec". Радиохимическое выделение 90Sr проводили по стандартной методике ЦИНАО с радиометрическим окончанием на аттестованном
Таблица 2. Агрохимические показатели, гранулометрический и минералогический составы гумусово-аккумуля-тивного горизонта почв изучаемых типов лугов
Характеристика
Дерново-подзолистая песчаная глееватая
Торфяно-болотная низинного типа*
Аллювиальная дерново-глееватая песчаная
Органическое вещество, %
Обменная кислотность, рНКС1
Гидролитическая кислотность, Нг, мг-экв/100 г почвы
Подвижный Р2О5, мг/кг
Подвижный К2О, мг/кг
Обменный Са, мг/кг
Обменный Mg, мг/кг
Сумма поглощенных оснований, S, мг-экв/100 г почвы
Емкость катионного обмена, Т, мг-экв/100 г почвы
Степень насыщенности основаниями, V, %
Индекс агрохимической окультуренности почв, Иок
Агрохимические показатели 2.2 3.50
57 25 235 55 2.3
11.1
21 0.21
84 5.40 31.6
250 176 1170 1070 81.5
113
72 0.50
1.0-0.5 мм 0.5-0.25 мм 0.25-0.1 мм
0.1-0.01 мм 0.01-0.002 мм
Гранулометрический состав (массовая доля частиц, %)
0.4 3.1 62.9 24.0 9.6
Минералогический состав (глинистые минералы, %)
4.2
5.00 2.2
77 96 515 170
7.1
9.3
76 0.69
0.5 6.8 65.9 16.0 10.0
Вермикулит 87 - 95
Каолит 13 - 5
* Ботанический состав торфяного горизонта гипново-древесно-осоковый, степень разложения 50-60%.
а-, в-счетчике "Canberra-2400". Аппаратурная ошибка измерений не превышала 15-20%.
Для количественной оценки поступления радионуклидов из почвы в растения рассчитывали коэффициенты пропорциональности (Кп) по следующей формуле:
Кп = (Бк/кг) : (кБк/м2). (1)
Все полученные данные подвергали статистической обработке методами дисперсионного и регрессионного анализов c использованием стандартного компьютерного программного обеспечения (Excel 7.0, Statistic 7.0).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Под миграцией радионуклидов в почве понимают совокупность процессов, приводящих к перемещению или перераспределению их между
различными фазами и слоями почвы в горизонтальном и вертикальном направлениях [18-22].
Вертикальная и горизонтальная миграция радион
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.