CC BY
1
УДК 504.055: 504.064.36 DOI: 10.24412/1816-1863-2024-3-42-47
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
§ ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ РАДИАЦИОННО ОПАСНОГО ОБЪЕКТА НЕЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ
Г. В. Лаврентьева, д-р биол. наук, доцент, директор института естествознания, Калужский государственный университет им. К. Э. Циолковского, [email protected], г. Калуга, Россия,
А. А. Удалова, д-р биол. наук, доцент, профессор отделения ядерной физики и технологий, Обнинский институт атомной энергетики — филиал ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», [email protected], г. Обнинск, Россия,
Я. В. Непогодина, аспирант, Обнинский институт атомной энергетики — филиал ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», [email protected], г. Обнинск, Россия,
Т. В. Мельникова, канд. хим. наук, доцент, доцент отделения ядерной физики и технологий, Обнинский институт атомной энергетики — филиал ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», [email protected], г. Обнинск, Россия
Проведено исследование в зоне наблюдения радиационно опасного объекта неэнергетического профиля, направленное на изучение уровня содержания гамма-излучаюгцих радионуклидов в почве и накопление наземной растительностью, а также на изучение влияния свойств почвы на миграционные особенности радионуклидов. Установлена удельная активность естественных радионуклидов в почве (К-40 от 394 ± 16 Бк/кг до 605 ± 24 Бк/кг, Ra-226 от 14,0 ± 1,00 Бк/кг до 25,0 ± 1,50 Бк/кг, Th-232 от 11,9 ± 1,30 Бк/кг до 23,6 ± 1,70 Бк/кг) и техногенного Cs-137 (15,5 ± 0,80 Бк/кг). Уровни содержания радионуклидов в почве не превышают фоновых значений. Экспериментальным путем определены коэффициенты накопления радионуклидов растительностью контролируемых участков: 0,2—0,4 для К-40', 1,5—1,8 для Ra-226, 0,1—0,3 для Th-232, 0,2—1,3 для Cs-137. Для изучения влияния свойств почв на миграционные показатели радионуклидов были определены механический состав почв, гигроскопическая влажность, полная влаго-емкость, массовая доля органического вещества, рНводной и солевой вытяжки, калий водорастворимый в почве. Отмечена статистически значимая корреляция удельной активности К-40 и Th-232 от полной влагоемкости почвы и Cs-137 от полной влагоемкости, рН водной и солевой вытяжек.
A study was carried out in the observation zone of a radiation hazardous non-energy object. The study is devoted to studying the level of gamma-emitting radionuclides in soil and accumulation by plants, as well as studying the influence of soil properties on the migration characteristics of radionuclides. The specific activity of natural radionuclides (K-40 from 394 ± 16 Bq/kg to 605 ± 24 Bq/kg, Ra-226 from 14.0 ± 1.00 Bq/kg to 25.0 ± 1.50 Bq/ kg, Th-232 from 11.9 ± 1.30 Bq/kg to 23.6 ± 1.70 Bq/kg) and tech-nogenic Cs-137 (15.5 ± 0.80 Bq/kg) in soil has been established. The levels of radionuclides in the soil do not exceed background values. The coefficients of accumulation of radionuclides by plants were determined experimentally: 0.2-0.4 for K-40; 1.5-1.8 for Ra-226, 0.1-0.3 for Th-232, 0.2-1.3 for Cs-137. To study the influence of soil properties on the migration parameters of radionuclides, the mechanical composition of soils, hygroscopic humidity, total moisture capacity, mass fraction of organic matter, pH of water and salt extracts, and water-soluble potassium in the soil were determined. A statistically significant correlation was noted between the specific activities of K-40 and Th-232 from the total moisture capacity of the soil and Cs-137 from the total moisture capacity, and the pH of water and salt extracts.
Ключевые слова: радионуклиды, мониторинг, удельная активность, коэффициент накопления, почва, растительность.
Keywords: radionuclides, monitoring, specific activity, accumulation coefficient, soil, plant.
42
Введение
В настоящее время не энергетическое применение радиационных технологий относится к числу прогрессивных и эколо-
гически приемлемых. Следует отметить, что с точки зрения радиационной безопасности для человека и объектов окружающей среды из-за неполного соответствия современным требованиям особое
внимание привлекают объекты атомной промышленности и науки, созданные в середине прошлого столетия. Ввиду того, что при эксплуатации радиационно опасных объектов происходит поступление техногенных поллютантов, в том числе и радионуклидов, в природную среду необходимо проводить мониторинг объектов окружающей среды в зоне наблюдения предприятий. При этом существующие системы производственного экологического мониторинга радиационной обстановки включают ограниченное количество показателей. Также практически полностью игнорируется оценка миграционных показателей радионуклидов, которые характеризуют интенсивность перераспределения поллютантов между компонентами природных сред. В данной работе представлены результаты радиоэкологического мониторинга гамма-излучающих радионуклидов в системе «почва—растение» в зоне влияния радиационно опасного объекта неэнергетического профиля — АО «НИФХИ им. Л. Я. Карпова».
Методы исследования
Пробоотбор почв и растительности проводился в зоне наблюдения АО «НИФХИ им. Л. Я. Карпова», г. Обнинск (рисунок). В настоящее время одной из задач деятельности предприятия является производство радионуклидов медицинского назначения, радиофармпрепаратов, количество которых возрастает с каждым годом. Пробы почв были отобраны в 12 контролируемых точках, при наличии растительности в точках пробоотбора также осуществлялся отбор. Пробы растительности представляли собой смесь вегетативных частей травы и кустарников, таких как вейник, ландыши, иван-чай, папоротник, черника.
Физико-химические свойства почв определяли на основании стандартных методик. Определение механического состава было произведено в одной повторности по быстрому методу, рекомендованному для зональных агрохимических лабораторий в соответствии [1]. Максимальная гигроскопическая влажность определялась посредством потери влаги из почвы при высушивании [2]. Анализ полной влаго-емкости заключался в определении максимального количества воды, способного вместиться в тип почвы исследуемого об-
Рис. Схема пробоотбора
разца при условии полного заполнения всех почвенных каналов [3]. Исследование массовой доли органического вещества в различных типах почв осуществлялось по методу Тюрина в модификации ЦИНАО, основанного на окислении органического вещества раствором двухромо-вокислого калия в серной кислоте с последующим определением на фотоэлектро-колориметре [4]. Измерение рН водной и солевой вытяжки проводилось на рН-мет-ре «Анион-4100» с помощью комбинированного электрода и комбинированного стеклянного электрода, соответственно [3]. Калий водорастворимый определяли методом извлечения калия из почв водой и измеряли его концентрацию в полученной вытяжке потенциометрическим методом с помощью селективного калиевого электрода [5].
Удельная активность гамма-излучаю-щих радионуклидов в пробах почв и растительности определялась на сцинтилля-ционном гамма-спектрометре с программным обеспечением «Прогресс» по методике [6].
Для количественной оценки поступления радионуклидов из почвы в растительность определяли коэффициенты накопления (КН): отношение концентрации радионуклида в единице массы растительности (Бк/кг) к его концентрации в единице массы почвы (Бк/кг).
Определение физико-химических и спектрометрических показателей, представленных в таблицах и графиках, проводилось в трехкратной повторности. Экспериментальные данные, обработанные с помощью программного пакета Microsoft 1 —
о
(Г)
о 0)
Ехсе1+ 2016, продемонстрированы в виде среднего значения с указанием стандартной ошибки среднего.
Результаты и обсуждение
В связи с тем, что физико-химические свойства почв определяют сорбционные свойства, а следовательно, и характер миграции радионуклидов в почвенно-рас-тительной системе на изучаемой территории были определены следующие свойства почв: механический состав, гигроскопическая влажность, полная влагоемкость, массовая доля органического вещества, рН водной и солевой вытяжки, калий водорастворимый. Почвы изучаемой территории по механическому составу относятся к легкому суглинку, содержащему песчаные частицы. Водородный показатель водной вытяжки варьирует в пределах от 4,85 ± 0,00 до 8,49 ± 0,01 ед. При этом почва, отобранная в т. 2.10а, является нейтральной, в т. 1.8, т. 1.10, т. 2.1 — слабокислой, в т. 2.5, т. 2.7, т. 2.9 — сильнокислой, в т. 2.10, т. 2.11 — очень сильно кислой. Значения рН солевой вытяжки варьируют в диапазоне от 3,85 ± 0,00 ед. до 7,51 ± 0,02 ед. По результатам анализа почв на показатель обменной кислотности почвы можно отнести к сильно кислым в т. 2.5, т. 2.7, т. 2.9, к среднекислым в т. 1.8, нейтральной реакции — все остальные анализируемые пробы. Гигроскопическая влажность почв варьирует в пределах от 0,57 ± 0,03 % до 1,92 ± 0,08 %, показатель полной влагоемкости — от
25,14 ± 2,05 % до 46,54 ± 1,28 %. Учитывая массовую долю органического вещества (~3—4 %), почвы исследуемой территории можно отнести к среднегумусным. Диапазон количества водорастворимого калия в почвах от 2,74 ± 0,05 мг/кг (т. 1.10) до 13,2 ± 1,10 мг/кг (т. 2.7), в среднем содержание калия в водорастворимой форме составляет 8,16 ± 0,51 мг/кг.
Радиоэкологический мониторинг территории в зоне влияния предприятия был направлен на выявление уровней содержания гамма-излучающих радионуклидов естественного (К-40, Яа-226, Т/1-232) и техногенного (Сз-137) происхождения в почве и установление показателей миграции радионуклидов в растительность в контролируемых точках.
Удельная активность естественных радионуклидов в почвах изучаемой территории (табл. 1) варьирует в следующих пределах: К-40 от 394 ± 16 Бк/кг до 605 ± 24 Бк/кг, Яа-226от 14,0 ± 1,00 Бк/кг до 25,0 ± 1,50 Бк/кг, 771-232 от 11,9 ± ± 0,30 Бк/кг до 23,6 ± 1,70 Бк/кг.
В связи с отсутствием в настоящее время нормативной базы относительно содержания радионуклидов в почвах анализ данных экологического мониторинга проводился с учетом данных фонового содержания. Учитывая данные публикации [7], фоновое содержание радионуклидов в почве для Московского региона составляет К-40 — 560 Бк/кг, Ка-226 — 22 Бк/кг, Т11-232 — 40 Бк/кг. Таким образом, содержание естественных радионуклидов в почвах контролируемой территории не
Таблица 1
Удельная активность радионуклидов в почве
Участок пробоотбора 40К, Бк/кг 226Иа, Бк/кг 232П, Бк/кг 137Сб, Бк/кг
1.7 394 ± 16 14,0 ± 1,00 11,9 ± 1,30 <1
1.8 463 ± 19 16,1 ± 1,20 16,2 ± 0,80 5,2 ± 0,5
1.10 453 ± 18 20,7 ± 1,40 15,3 ± 1,20 <1
1.10а 423 ± 17 15,3 ± 1,20 14,3 ± 0,70 2,1 ± 0,4
2.1 505 ± 20 15,9 ± 1,30 19,1 ± 1,50 3,7 ± 0,5
2.3 457 ± 18 18,6 ± 1,50 17,2 ± 1,20 4,6 ± 0,5
2.5 605 ± 24 19,7 ± 1,20 19,9 ± 2,40 11,5 ± 0,70
2.7 429 ± 17 14,0 ± 1,10 16,3 ± 0,80 <1,9
2.9 519 ±21 17,5 ± 1,20 21,6 ± 1,50 14,4 ± 0,90
2.10 547± 22 25,0 ± 1,50 23,6 ± 1,70 11,3 ± 0,70
2.10а 508 ± 20 21,0 ± 1,90 21,7 ± 1,50 2,2 ± 0,4
2.11 473 ± 19 20,1 ± 1,20 14,1 ± 1,00 15,5 ± 0,80
44
превышают фоновые значения. Аналогичная картина наблюдается и с содержанием техногенного радионуклида Сз-137 в почве. Удельная активность радионуклида максимально достигает значения 15,5 ± 0,80 Бк/кг, что незначительно превышает фоновое значение 9 Бк/кг.
На основании проведенного анализа установлена статистически значимая корреляция удельной активности К-40 и ТИ-232 от полной влагоемкости почвы (табл. 2).
Корреляционная зависимость между другими изучаемыми физико-химическими характеристиками почв и содержанием естественных радионуклидов в почве отсутствует и/или является статистически незначимой. Установлена сильная степень корреляции между удельной активностью Сз-137 в почве и такими свойствами почвы, как полная влагоемкость, рН водной и солевой вытяжки. При этом, учитывая достаточно небольшую площадь исследования, а, следовательно, и однородность свойств почв в точках пробоотбора логично, что в эксперименте не наблюдается закономерностей изменения удельной активности радионуклидов в зависимости от почвенных свойств.
Для анализа миграционного поведения гамма-излучающих радионуклидов были определены КН радионуклидов растительностью, отобранной в тех же точках пробоотбора, что и почвы.
КН К-40 наземной растительностью в точках пробоотбора составляет от 0,2 до 1,4, что не противоречит имеющимся литературным данным. Например, КН К-40 пижмой обыкновенной в среднем составляет 0,9. При этом прослеживается законо-
мерная тенденция [8, 9], что с ростом показателя влагоемкости увеличивается КН.
Значения КН Ка-226, полученные в ходе эксперимента, составляют 1,5—1,8. При этом радий практически не имеет биологического барьера, для него характерны КН больше 1 [10]. По литературным данным [8], Яа-226 в большей степени концентрируется в надземной части дикорастущих растений, о чем свидетельствуют значения КН для Яа-226 — 0,36—1,3.
Иная картина наблюдается для ТИ-232, КН радионуклида растениями всегда ниже 1 [10], что обнаружено и в данном исследовании. КН ТИ-232 наземной растительностью составляет 0,1—0,3. Известно, что для тория существует корневой биологический барьер и кислородный геохимический барьер. Торий прочно сорбируется почвой, осаждаясь в виде гидроксидов, поэтому миграция его по почвенному профилю выражена слабо. Опираясь на данные исследований [8], значения КН ТИ-232 разнотравьем в зависимости от почвен-но-климатических условий и видовых особенностей растений варьирует в пределах 1 • 10_3—0,02.
КН техногенного радионуклида Сз-137 наземной растительностью на экспериментальной площадке составляют 0,2—1,3. Миграционные особенности радионуклидов в почвенно-растительной системе зависят от ряда факторов, включая вид растений, характеристики почвы, климатические условия. Например, в работе [11] представлены значения КН Сз-137 биомассой растений от 0,12 до 2,08. При этом максимальные КН имеют полынь, пижма и эспарцет. Данные значения сопоставимы
а>
о ^
о
О -1
Таблица 2
Корреляционная зависимость между физико-химическими характеристиками почвы и удельной активностью радионуклидов в почве
Свойства К-40 Ча-226 П-232 Сб-137
г г г г г г г г
рН водной вытяжки, ед. -0,47 1,66 -0,34 1,13 -0,24 0,77 -0,779 3,926
рН солевой вытяжки, ед. -0,50 1,84 -0,32 1,06 -0,30 0,99 -0,729 3,372
Гигроскопическая влажность, % 0,41 1,43 0,29 0,94 0,56 2,14 0,197 0,634
Полная влагоемкость, % 0,59 2,28 0,39 1,33 0,60 2,36 0,724 3,319
Массовая доля органического — — — — — — — —
вещества, %
Калий водорастворимый, мг/кг -0,13 0,42 -0,49 1,76 0,05 0,17 -0,189 0,607
(—) — данный вид анализа в указанный период не проводился.
О ^
(Г)
о
CD
с результатами, полученными в данном исследовании. Авторами [8] отмечено, что максимальные КН Сз-137 травянистой растительностью преобладают в лесных и болотных биогеоценозах, что обусловлено повышенной миграционной способностью радионуклидов в данных группах почв. При этом КН Сз-137 в вегетативной массе у различных сортов люпина составляет 0,11, что в пять раз превышает значения для кукурузы.
Заключение
На основании проведенного мониторинга почвенно-растительной системы зоны наблюдения радиационно опасного объекта не энергетического профиля не выявлено отрицательного воздействия предприятия с учетом изученных радионуклидов. При этом удельная активность гамма-излучающих радионуклидов в почве и наземной растительности не превы-
шает фоновых значений в почве и средних значений содержания нуклидов в растительности. Следует отметить, что оценка показателей миграции радионуклидов в натурных условиях зачастую осложнена факторами естественной среды, включая физико-химические свойства почв. Ввиду ограниченности ареала исследования почвы изучаемой территории по свойствам достаточно однородны, в связи с чем не наблюдается каких-либо зависимостей изменения удельной активности радионуклидов от изученных свойств почв. Установленные коэффициенты накопления радионуклидов наземной растительностью также не противоречат соответствующим значениям, приведенным в литературных источниках.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 23-2910166).
Библиографический список
1. Ильковская 3. Г., Коновалов А. С., Пономарев В. В. Агрохимические методы исследования почв / А. В. Соколов (отв. ред.). — М.: Наука, 1975. — 656 с.
2. ГОСТ 28268—89. Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений: — М.: Стандартинформ, 2006. — 8 с.
3. Белолипецкая В. П., Латынова Н. Е., Полякова Л. П., Кривова А. А. Почвоведение. Науки о Земле: практикум. — Обнинск: ИАТЭ, 2009. — 66 с.
4. ГОСТ 26213—91. Почвы. Методы определения органического вещества. — М.: Изд-во стандартов, 1992. — 8 с.
5. ГОСТ 27753.6—88. Грунты тепличные. Методы определения водорастворимого калия. — М.: Изд-во стандартов, 1989. — 8 с.
6. ФВКМ.412131.002-03 РЭ. Руководство по эксплуатации. — Комплекс спектрометрический для измерений активности альфа-, бета- и гамма-излучающих нуклидов «Прогресс» гамма-спектрометр сцинтилляционный «Прогресс-гамма» — М.: ООО НПП «Доза». — 14 с.
7. Лащенова Т. Н., Зозуль Ю. Н. Определение фонового содержания радионуклидов и тяжелых металлов в почве // Атомная энергия. — 2006. — Т. 100. — № 3. — С. 231—236.
8. Бекман И. Н. Радиохимия: учебное пособие: в 7 т. Том VI. Экологическая радиохимия и радиоэкология: учебное пособие. — М.: Издатель П. Ю. Мархотин, 2015. — 400 с.
9. Сельскохозяйственная радиоэкология / Р. М. Алексахин, А. В. Васильев, В. Г. Дикарев и др.; Под ред. Р. М. Алексахина, Н. А. Корнеева. — М.: Экология, 1992. — 400 с.
10. Титаева Н. А. Ядерная геохимия: учебное пособие. — М.: Изд-во МГУ им. М. В. Ломоносова, 2000. - 336 с.
11. Ефремов И. В., Савченкова Е. Э., Рахимова Н. Н. Миграции радионуклидов цезия-137 и строн-ция-90 в почвенно-растительных комплексах Оренбуржья: Материалы Всероссийской научно-методической конференции с международным участием «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры». — Оренбург: Оренбургский государственный университет. — 2015. — С. 655—660.
ECOLOGICAL MONITORING OF THE SOIL AND PLANT SYSTEM IN THE ZONE OF INFLUENCE OF A RADIATION HAZARDOUS NON-ENERGY FACILITY
G. V. Lavrentyeva, Ph. D. (Biology), Dr. Habil, associate professor. Director of the Institute •'. JL of Natural Sciences, Tsiolkovsky Kaluga State University, [email protected], Kaluga, ' - •' Russia,
№3, 2024
A. A. Udalova, Ph. D. (Biology), Dr. Habil, associate professor, professor of the Department of Nuclear Physics and Technologies, Obninsk Institute for Nuclear Power Engineering, ciT
National Research Nuclear University Moscow Engineering Physics Institute, [email protected], u Obninsk, Russia, c
Y. V. Nepogodina, Ph. D. student, the Department of Nuclear Physics and Technologies, Obninsk Institute for Nuclear Power Engineering, National Research Nuclear University Moscow Engineering Physics Institute, [email protected], Obninsk, Russia, T. V. Melnikova, Ph. D. (Chemistry), assoc. professor of the Department of Nuclear Physics and Technologies, Obninsk Institute for Nuclear Power Engineering, National Research Nuclear University Moscow Engineering Physics Institute, [email protected], Obninsk, Russia
References
1. IFkovskaya Z. G., Konovalov A. S., Ponomarev V. V. Agrokhimicheskiye metody issledovaniya pochv [Agrochemical methods for soil research]. Moscow: Nauka, 1975. 656 p. [in Russian].
2. Pochvy. Metody opredeleniya vlazhnosti, maksimal 'noy gigroskopicheskoy vlazhnosti i vlazhnosti ustoychivogo zavyadaniya rasteniy: GOST28268—89. [Soils. Methods for determining humidity, maximum hygroscopic humidity and the humidity of persistent wilting of plants: GOST 28268—89]. Moscow: Standartinform, 2006. 8 p. [in Russian],
3. Belolipetskaya V. I., Latynova N. E., Polyakova L. P., Krivova A. A. Pochvovedeniye. Nauki o Zemle: praktikum. [Soil science. Geosciences]. Obninsk: IATE, 2009. 66 p. [in Russian].
4. Pochvy. Metody opredeleniya organicheskogo veshchestva: GOST26213—91. [Soils. Methods for determining organic matter: GOST 26213—91]. Moscow: Izd-vo standartov, 1992. 8 p. [in Russian].
5. Grunty teplichnyye. Metody opredeleniya vodorastvorimogo kaliya: GOST 27753.6— 88. [Greenhouse soils. Methods for determining water-soluble potassium: GOST 27753.6—88]. Moscow: Izd-vo standartov, 1989. 8 p. [in Russian],
6. Rukovodstvopo ekspluatatsii. FVKM.412131.002-03 R E — Kompleks spektrometricheskiy dlya izmereniy ak-tivnosti al'fa-, beta- i gamma-izluchayushchikh nuklidov "Progress" gamma-spektrometr stsintiUyatsionnyy "Progress-gamma". [Operation manual. FVKM.412131.002-03 RE — Spectrometric complex for measuring the activity of alpha, beta and gamma-emitting nuclides "Progress" gamma scintillation spectrometer "Progress-gamma"]. Moscow: OOO NPP "Doza". 14 p. [in Russian].
7. Lashchenova T. N., ZozuF Yu. N. Opredeleniye fonovogo soderzhaniya radionuklidov i tyazhelykh met-allov v pochve. [Determination of background content of radionuclides and heavy metals in soil]. Atom-naya energiya, 2006. Vol. 100. No. 3, P. 231—236 [in Russian],
8. Bekman I. N. Radiokhimiya: uchebnoye posobiye v 7 t. Tom VI. Ekologicheskaya radiokhimiya i radioe-kologiya: uchebnoye posobiye. [Radiochemistry: textbook in 7 volumes. Volume VI. Environmental radi-ochemistry and radioecology: textbook]. Moscow: IzdateF Markhotin P. Yu., 2015. 400 p. [in Russian].
9. Aleksakhin R. M., VasiFyev A. V., Dikarev V. G. i dr. SeFskokhozyaystvennaya radioekologiya. [Agricultural radioecology]. Moscow: Ekologiya, 1992. 400 p. [in Russian]
10. Titayeva N. A. Yademaya geokhimiya: uchebnoye posobiye. [Nuclear geochemistry: textbook]. Moscow: Izd-vo MGU im. M. V. Lomonosova, 2000. 336 p. [in Russian].
11. Efremovl. V., Savchenkova E. E., Rakhimova N. N. Materialy Vserossiyskoy nauchno-metodicheskoy kon-ferentsii (s mezhdunarodnym uchastiyem "Universitetskiy kompleks kak regional'nyy tsentr obrazovaniya, nauki i kul 'tury " (Materials of the All-Russian scientific and methodological conference (with international participation "University complex as a regional center of education, science and culture"). Orenburg, 2015. P. 655-660 [in Russian],
47
