CC BY
31
УДК 631.4
А. В.Пузанов, И. А. Егорова, А. В.Салтыков, И. В.Горбачев, Д. Н. Балыкин
ШС$ В ВЫСОКОГОРНЫХ ПОЧВАХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО АЛТАЯ
Выявлены основные закономерности внутрипрофильного распределения 137Сз в горно-тундровых и горно-луговых почвах Северо-Западного Алтая. Основной запас 137Св сосредоточен в верхнем (0-10см) слое гумусового горизонта. Пространственное распределение в почвах определяется характером выпадения радиоактивных осадков, структурой почвенного покрова, геохимическими особенностями ландшафтов, состоянием гумусовых горизонтов.
Территория Алтайского края в 1949-1962 годах оказалась в зоне влияния ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне [8].
Большое значение приобретает исследование био-геохимической судьбы Сз на данной территории, так
как часть ее является заповедной (Тигирекский заповедник).
Загрязнение почвенного покрова искусственными радионуклидами является лишь частью глобального антропогенного воздействия на биосферу в целом и до сих пор остаётся одной из актуальных проблем [2]. В этой связи, оценка сложившейся эколого-геохимической ситуации в отношении искусственных радиоактивных элементов в Алтайском крае представляет большое теоретическое и прикладное значение.
Цель и задачи исследования. Основная цель исследования - изучить особенности распределения Сз137 в горно-тундровых и горно-луговых почвах СевероЗападного Алтая.
Задачи: 1) изучить физико-химические свойства почв, влияющие на поведение Сз137; 2) исследовать пространственное и внутрипрофильное распределение Сз137 в горно-тундровых и горно-луговых почвах СевероЗападного Алтая.
Объекты и методы исследования. Объекты исследования - горно-тундровые и горно-луговые почвы в бассейнах рек Чарыш и Алей.
Горно-тундровые почвы формируются в верхней части высокогорного пояса в условиях низких темпера-
тур и значительного атмосферного увлажнения под моховой, лишайниковой, кустарниковой и травянистой растительностью на щебнисто - каменистом элювии или элювио-делювии сланцев, гнейсов, песчаников и гранитов.
Профиль горно-тундровых почв образован следующей системой генетических горизонтов: Ап - АВ - В - С.
Ап - буро-черный или серовато-темно-коричневый рыхло перегнойный, пороховатый;
АВ - буро-коричневый, значительно прогумусиро-ван, с хорошо выраженной крупитчатой или мелкозернистой структурой;
В - рыжевато-бурых тонов, разного гранулометрического состава, защебенен, может быть оглеен;
С - каменистая порода различного петрографического состава, возможно оглеение.
Содержание органического вещества в аккумулятивном горизонте достигает существенных значений - от 8-12 до 40 (у торфянистых подтипов) %, состав гумуса гуматно-фульватный (табл. 1). Содержание валового азота может достигать 2,5%, нитратного - 0,4, аммонийного - до 70-80 мг/100 г в органогенных торфяноперегнойных горизонтах. Содержание органического вещества в верхней части оторфованного слоя рассматриваемых почв достигает 30 %, вниз по профилю резко уменьшается. Реакция среды всего профиля слабокислая. Емкость обмена высокая, в составе обменных катионов преобладает кальций.
Таблица 1
Физические и физико-химические свойства горно-тундровых почв
Генетический горизонт Глубина образца, см pH Угле- род вало- вой Азот вало- вой N-NO3 N-NH4 Нг, мг-экв/100 г почвы Объемный вес Удельный вес Физ. глина, Ил,
г/см3 %
% мг/100 г почвы
Горно-тундровая автоморфная, Тигирекский хребет, бассейн р. Иня. Разрез 9
Ад 0-9 6,4 4,9 0,7 1,4 39,3 0,6 2,3 26,3 3,7
А-1 10-20 5,4 4,5 0,5 0,3 2,6 33,5 0,7 2,3 30,6 3,8
В1 20-30 5,2 1,2 - - - 10,8 1,1 2,7 34,4 5,8
ВС 35-45 4,9 1,6 - - - 8,1 0,9 2,4 41,7 10,1
с 50-60 5,1 1,5 - - - 12,0 1,4 2,6 35,8 14,9
Горно-тундровая, Тигирекский хребет, бассейн р. Иня. Разрез 10
Ат 0-10 4,7 7,1 1,1 0,1 3,2 44,9 - 2,2 24,4 8,2
С 20-30 5,0 1,3 - - - 17,3 1,2 2,6 29,3 12,5
Горно-тундровая, Тигирекский хребет, бассейн р. Иня. Разрез 12
А-1 2-10 4,5 5,3 0,6 0,4 7,1 43,9 0,9 2,3 30,8 7,9
АС 10-20 4,6 4,9 0,8 0,5 1,3 50,3 1,0 2,5 37,1 12,7
С 30-35 5,0 3,7 - - - 49,2 - 2,3 35,6 9,1
Горно-тундровая торфяно-перегнойная, Тигирекский хребет, бассейн р. Иня. Разрез 14
Ат 0-10 5,1 25,2 2,5 0,4 79,4 90,2 - 1,7 12,2 1,0
Ап 10-15 4,6 16,4 1,1 0,5 27,8 68,9 - 1,8 26,5 8,1
ВС 20-25 4,9 4,8 - - - 35,9 - 2,6 34,2 14,7
Таким образом, можно отметить несколько важных моментов горно-тундрового почвообразования, определяющих биогеохимическое поведение радионуклидов в почвенном профиле и в горно-тундровых ландшафтах в целом:
1) наличие большого содержания органического вещества, имеющего преимущественно фульватный состав;
2) кислая реакция среды профиля;
3) слабая степень проявления гипергенеза минеральной фазы, преобладание процессов физического выветривания над химическим превращением;
4) разнообразие петрографии и минералогии почвообразующего субстрата;
5) положение горно-тундровых почв в системе элювиальных и транзитных элементарных геохимических ландшафтов
Горно-луговые почвы развиваются на суглинистом сильнощебнистом элювии, элювио - делювии (гранитов, песчаников, сланцев), на ледниковых и делювиальных отложениях. Нижняя часть профиля горно - луговых почв каменистая. Среди почв преобладают легко - и среднесуглинистые разновидности. Песок и крупная пыль являются основной составляющей мелкозема.
На долю ила приходится 7-15 %, иногда больше. Намечается тенденция накопления тонких частиц в средней части почвенного профиля.
Содержание гумуса- 7-20%. Кислая реакция среды увеличивается с глубиной.
Распределение по профилю кремнезема и полуторных оксидов равномерное, выражена биологическая аккумуляция кальция, магния и серы в верхних горизонтах этих почв.
Обобщенный морфологический габитус горнолуговых почв, по нашим и литературным данным, характеризуется следующей системой генетических горизонтов:
Ад - А - АВ - (ВС) - С
Ад - серый, комковато-зернистый, легкий суглинок, рыхлый,
А - темно-серый, задернованный, зернисто-пороховатый, супесчаный или суглинистый, иногда защебенен;
В - темно-бурый с гумусовыми затеками, непрочно комковатый, супесчаный или суглинистый, защебенен;
С - щебнистая порода разнообразного петрографического состава.
Таблица 2
Физические и физико-химические свойства горно-луговых почв
Генетический горизонт Глубина образца, см pH Углерод валовой, % Азот валовой, % N-NO3 N-NH4 Нг, мг-экв/100 г почвы Объемный вес, г/см3 Удельный вес, г/см3 Физ. глина, % Ил, %
мг/100 г почвы
Горно-луговая, Тигерекский хребет, бассейн р. Белая. Разрез 03
Ад 0-8 4,3 13,8 1,3 2,4 20,3 56,3 0,5 2,0 6,7 0,0
АВ 10-20 4,5 3,5 0,5 0,3 1,6 17,3 1,1 2,5 43,8 13,4
В 20-30 4,9 2,1 - - - 14,9 1,5 2,4 34,0 18,0
ВС 40-80 4,8 2,2 - - - 11,2 1,2 2,6 39,6 18,5
С > 80 7,1 0,2 - - - Не опр. 1,2 2,6 50,6 34,3
Горно-луговая, Тигерекский хребет, бассейн р. Пня. Разрез 11
Ад 0-10 4,5 6,2 0,9 0,1 1,9 29,9 0,8 2,3 12,2 5,6
А1 10-20 4,6 4,6 0,3 0,1 2,5 30,6 0,9 2,4 27,0 7,2
Горно-луговая, Тигерекский хребет, бассейн р. Иня
Ад 0-10 5,2 11,5 1,1 0,5 70,0 29,9 - 1,7 23,1 12,2
Горно-луговые почвы характеризуются накоплением большого количества органического вещества (табл. 2,). Содержание гумуса в аккумулятивном горизонте колеблется от 7 до 20 %. В зависимости от экологии почвообразования состав гумуса может быть как гуматным, так и фульватным. Почвенный профиль отмыт от карбонатов, признаки оподзоленности отсутствуют. В зависимости от содержания гумуса, гранулометрического состава емкость поглощения существенно варьирует от 5 до 40 мг-экв на 100 г почвы. pH почвенного раствора изменяется в профиле горно-луговых почв от кислого в верхних горизонтах до нейтрального к почвообразующей породе (см. табл. 2)
Содержание общего азота находится на уровне 0,91,3 %. Высоки так же концентрации нитратного (до 2,4 мг/100г) и аммонийного азота (до 20 мг/100 г)
(см. табл. 2).
Таким образом, горно-луговые почвы имеют следующие особенности, определяющие биогеохимические циклы микроэлементов: 1) ярко выраженное проявление дернового почвообразовательного макропроцесса, приводящего к значительной аккумуляции органического
вещества; 2) замедленность процессов разрушения минеральной фазы почв; 3) процессы миграции химических элементов протекают в условиях выраженного выщелачивания профиля и кислой реакции среды; 4) положение почв в рельефе предполагает усиленную латеральную миграцию подвижных соединений микроэлементов.
Почвенные разрезы закладывали в системе ландшафтно-геохимических катен, охватывающих все элементы рельефа.
137Сз определяли гамма - спектрометрическим ме-тодом[3].
Результаты и их обсуждение
Доказательством радиоактивного загрязнения территории Северо-Западного Алтая от ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне являются долгоживущие радионуклиды, в том числе и 137Сз. В почвах 137Сз изучается сравнительно давно. Распределение плотности загрязнения радионуклида в ненарушенном почвенном покрове исследованного региона неравномерное, что обусловлено пестротой исходного выпадения осадков и последующим перераспределением 137Сз в ландшафт-
но-геохимических системах. Исследования поведения радиоцезия в почвенном покрове со сложной структурой в системе катен позволяет судить о степени разнообра-
зия плотности загрязнения нуклидом, помогает составить целостную картину миграции 137Сз в ландшафтах.
Таблица 3
Содержание Сз в горно-тундровых почвах, Бк/кг
Почва, место отбора проб. Разрез Генетический горизонт Генетический горизонт s C 7 3
Горно-тундровая автоморфная, Тигерекский хребет, бассейн р. Иня. Разрез 9 Ад 0-5 н.о.
Ад 5-10 н.о.
А1 10-15 179
В1 20-30 н.о.
ВС 35-45 111
с 50-60 17
Горно-тундровая, Тигерекский хребет, бассейн р. Иня. Разрез 10 А 0-10 10
В 10-20 н.о.
Горно-тундровая, Тигерекский хребет, бассейн р. Иня. Разрез 12 А1 0-5 111
А1 5-10 17
АС 10-15 10
АС 15-20 н.о.
С 35-45 н.о.
Горно-тундровая торфяно-перегнойная, Тигерекский хребет, бассейн р. Иня. Разрез 14 Ат 10-15 239
ВС 20-25 15
Горно-тундровая 05 - Чар - 07 Верховье Коргона Ад 0-5 78
Ад 5-10 5
АВ 10-15 н.о
АВ 15-20 9
В 45-55 3
Горно-тундровая олуговелая 07 - Чар - 07 Ад 0-5 42
Ад 5-10 43
АВ 10-15 17
АВ 15-20 н.о
В 25-35 н.о
ВС 50-60 н.о
количеством исходно выпавших продуктов радиоактивного распада, так и современным состоянием почвенного покрова. Выпавшие на поверхность почв искусственные радионуклиды включаются в биогеохимические циклы [5], их дальнейшая «геохимическая судьба» определяется ландшафтными особенностями территории [6].
Мозаичность пространственного распределения
выпадений атмосферных осадков и последующим перераспределением их, зависящим от природных условий (рельефа местности, характера растительности, свойств почв).
Максимальные запасы 137Сз приурочены к вершинам хребтов и почвам окаймления котловин, в почвах днищ котловин и речных долин - они минимальны.
Таблица 4
Содержание Сз в горно-луговых почвах, Бк/кг
Почва, место отбора проб. Разрез Генетический горизонт Генетический горизонт 137Cs
Горно-луговая, Тигерекский хребет, бассейн р. Белая. Разрез 3 Ад 0-5 64
Ад 5-10 6
АВ 10-15 и.о.
АВ 15-20 и.о.
ВС 40-80 и.о.
С >80 и.о.
Горно-луговая, Тигерекский хребет, бассейн р. Иня. Разрез 11 Ад 0-5 167
Ад 5-10 9
Горно-луговая, Тигерекский хребет, бассейн р. Иня. Разрез 15 Ад 0-10 50
Почва, место отбора проб. Разрез Генетический горизонт Генетический горизонт s C 7 3
Горно-лугово-степная, бассейн р. Белой. Разрез 4 Ад 0-5 102
Ад 5-10 2
АС 10-15 и.о.
АС 15-20 и.о.
С 50-60 и.о.
Горно-луговая 06 - Чар - 07 Ад 0-5 203
Ад 5-10 16
АВ 10-15 4
АВ 15-20 2
В 40-50 н.о
Горно-луговая 08 - Чар - 07 Королевский белок Ад 0-5 147
Ад 5-10 16
А 10-15 3
А 15-20 н.о
АВ 30-40 н.о
В 50-60 н.о
Ведущими факторами, обеспечивающими поведение 137Сз в профиле, являются физико-химические свойства почв, тип почвообразования и положение почвы в ландшафте.
В профиле исследованных горно-тундровых, горнолуговых и горно-лугово-степных почв Северо-Западного Алтая, не смотря на условия промывного режима, нена-сыщенности поглощающего комплекса и слабокислой
137,ч
реакции почвенного раствора, основное количество Сз обнаружено в верхнем дерновом горизонте (0-10 см), и лишь незначительно нуклид мигрирует по толще почвенного профиля (см. табл. 3,4).
Удельная активность загрязнения 137Сз в горнотундровых почвах существенно варьирует (см. табл. 3), что определяется как исходными контрастными выпадениями в условиях высотной поясности Тигирексого и Коргонского хребтов, так и пестротой почвенного покрова горных экосистем и ландшафтно-геохимическими обстановками, определяющими дальнейшую биогеохи-мическую судьбу радионуклида.
Особенностью внутрипрофильного распределения радионуклида в исследованных почвах является сосредоточение его в верхней 10-см толще гумусового гори-
Работа выполнена при поддержке грантов РГНФ 07-06-18019е и РФФИ 06-08-00438а.
зонта, в которых обнаружены значимые (>2Бк/кг) его количества. С глубиной концентрация 137Сз резко падает (<2Бк/кг) и ниже 15 см обнаруживается очень редко.
В горно-тундровых почвах высокогорий, формирующихся в условиях переувлажнения и недостатка теп-
137
ла, выявлены аномальные по уровню загрязнения С8 концентрации (106-323 Бк/кг), превышающие в несколько раз фоновые значения. Около 95 % загрязнения сосредоточено в верхнем 2-5 см.
Максимальная удельная активность 137Сз в горнолуговых почвах регистрируется в верхних горизонтах почв.
В поверхностном слое (0-5 см) дернового горизонта Ад горно-луговой почвы отмечен самый высокий уровень удельной активности радионуклида - 203 Бк/кг. Высокая удельная активность верхнего горизонта обусловлена, по-видимому, наличием оторфовонного слоя, а также высоким содержанием органического вещества.
Таким образом, для почвенного покрова высокогорий Северо-Западного Алтая выявлена значительная пестрота удельной активности 137Сз. Исследованный радионуклид, как правило, сосредоточен в 0-10см слое почв.
Библиографический список
1. Балыкин, Д.Н. Цезий-137 в горно-лесных почвах отрогов Салаирского кряжа и Кузнецкого Алатау I Д.Н. Балыкин II Вестник Алтайского государственного университета - 2000 - №4. - С. 53-58.
2. Балыкин, Д.Н. Cs-137 в почвенном покрове бассейна реки Томи I Д.Н. Балыкин II Сохранение почвенного разнообразия в естественных ландшафтах. Тез. докладов V Докучаевских молодёжных чтений. Санкт-Петербург 26 февраля - 1 марта 2002, СПб.: С-ПГУ, 2002. - С. 112-113
3. Бобров, В.А. Лабораторный гамма-спектрометрический анализ естественных радиоактивных элементов I В.А. Бобров, А.М. Гофман II Метод. разраб. - Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1971. - 68 с.
4. Сухорукое, Ф.В. Радиоцезий в почвах Сибири (опыт многолетних исследований) I Ф.В. Сухоруков, И.Н. Маликова, М.А. Мальгин [и др.] II Сибирский экологический журнал. - 2001. - № 2. - С. 131-142.
5. Моисеев, А.А. Цезий-137 в биосфере I А.А. Моисеев, П.В. Рамзаев. - М.: Атомиздат, 1975.
6. Романов, Г.М. I Г.М. Романов, В.З. Мартюшова, Е.Г. Смирнов [и др.] II Геохимия. - 1993 - С. 955-963.
7. Мальгин, М.А. Цезий -137 в почвах Алтайского края I М.А. Мальгин, А.В. Пузанов II Сибирский экологический журнал. - 1995.
- № 6. - С. 499-509.
8. Лобарев, В.М. Раздел 1 IB.M Лобарев II Ядерные испытания, окружающая среда и здоровье населения Алтайского края. -
Барнаул, 1993 - С. 5-125.
Материал поступил в редакцию 9.09.07.
