CC BY
23
УДК 631.438
МИГРАЦИЯ СТРОНЦИЯ В РАЗНЫХ СЛОЯХ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО
А.И. Мельченко, к.б.н.
Кубанский государственный аграрный университет, e-mail: [email protected]
В результате многолетних исследований в естественных полевых условиях на черноземе выщелоченном малогумусном сверхмощном установлены границы вертикальной миграции радионуклида 90Sr, расположенного в пахотном слое почвы и при заглублении на 50 см. Исследования выполнены в плодовом ценозе - яблоневый сад. Отмечены слои почвы, имеющие наибольшие ак-
90
кумуляции Sr.
Ключевые слова: почва, чернозем, радионуклид, миграция, аккумуляция 90Sr.
STRONTIUM MIGRATION IN SOIL LAYERS OF LEACHED CHERNOZEM
PhD. A.I. Melchenko
Kuban State Agrarian University, e-mail: [email protected]
As a result of long-term researches, in natural field conditions on the leached chernozem low-humus heavy-duty borders of vertical migration of the radionuclide 90Sr located on a surface of the soil and when deepening on 50 cm are established. Investigations are conducted in a fruit coenosis - an apple-tree garden. The layers of earth having the greatest accumulations 90Sr are noted.
Keywords: soil, chernozem, radionuclide, migration, accumulation 90Sr.
Радиоактивные вещества поступают во внешнюю среду при испытании ядерного и термоядерного оружия, в качестве отходов промышленных и энергетических реакторов, аварийных ситуаций на этих установках, а также при транспортировке и хранении радиоактивных отходов. Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г. считается наиболее тяжелой для окружающей среды, так как выброшен большой объем активности, загрязнены обширные территории и, к сожалению, погибли люди.
В большинстве случаев, оказавшись в окружающей среде, радионуклиды первоначально поступают на поверхность почвы и в дальнейшем передвигаются вниз по почвенному профилю. Перемещение радионуклидов вглубь почвы изменяет их распределение в пределах корнеобитаемого слоя, что влияет на доступность радионуклидов для корневых систем растений. В этой связи исследование миграции радионуклидов в почве представляет интерес с точки зрения сельскохозяйственной радиоэкологии.
Роль почвы как компонента биогеоценоза по отношению к радиоактивным веществам определяется влиянием на скорость и способы включения их в биогеохимические циклы миграции. К свойствам почв, влияющим на поведение радионуклидов, относится кислотность, содержание обменных катионов и органического вещества, а также механический и минералогический состав. Свойствами почвы в значительной мере определяется характер и прочность сорбции, и скорость миграции радио-
нуклидов по почвенному профилю и биологическая доступность их растениям.
В результате исследований, выполненных в естественных природных условиях [1-4], отмечается, что радионуклиды характеризуются различной подвижностью в почвах. Влияние физико-химических особенностей почв на характер распределения радионуклидов проявляется отчетливее при сравнении их содержания в отдельных генетических горизонтах [5].
По данным Ф.И. Павлоцкой [6], уи8г, несмотря на то, что большая его часть задерживается в верхних горизонтах, по-разному ведет себя в различных типах почв, донных отложениях и, следовательно, с неодинаковой скоростью мигрирует по почвенному профилю. Наибольшей емкостью поглощения и поглотительной способностью обладают минералы группы монтмориллонита и гидрослюд, наименьшей - группы полевых шпатов и кальцинита. Как правило, максимальная сорбция отмечается на тяжелых по механическому составу почвах [7].
Поведение радионуклидов в почве в значительной степени определяет поступление их в растения и миграцию по экологическим и пищевым цепям. Это очень сложный и неоднозначный процесс. В общих чертах его можно представить в виде непрерывно повторяющихся «элементарных» процессов: сорбция - десорбция, диффузия, конвективный перенос, биогенный и эрозионный переносы и др. Изучая механизмы поглощения радионуклидов
почвами, необходимо еще раз подчеркнуть, что почвы представляют собой сложную гетерогенную систему, в которой одновременно протекают физические, химические и биохимические процессы [8].
Проблема получения сельскохозяйственной продукции с радиоактивно загрязненных сельхозугодий - весьма актуальна, так как большие территории сельскохозяйственных угодий долгое время остаются не востребованными [9-13] и др. Ведение сельскохозяйственного производства на загрязненных территориях нужно решать в каждом конкретном случае с учетом всех обстоятельств и на основе точной и достоверной информации. Как бы ни были ценны наблюдения и результаты, полученные в вегетационных и лизиметрических опытах, прежде чем сделать практические выводы, рекомендации для производства, они должны быть проверены в условиях сравнительного полевого опыта.
Цель исследований - определение поведения
90с
Ьг в разных слоях чернозема выщелоченного ма-логумусного, сверхмощного. Материнская порода представлена тяжелыми лессовидными суглинками с высоким содержанием карбонатов. Мощность гумусового горизонта 180 см, тяжелый механический состав: физической глины 62 %, фракции ила 33 %, песка почти нет. По профилю механический состав довольно выровнен, однако отчетливо видно увеличение иловатой фракции в горизонте В. С глубиной количество иловатых частиц уменьшается постепенно. Минералогический состав: наряду с монтмориллонитовой группой и кварцем (4%), имеется 6% каолинита. Выщелоченные черноземы в сухом состоянии имеют крупнокомковато-глыбистую структуру. При увлажнении комки быстро распадаются до пылевидных фракций, а при пересыхании образуют глыбистость и корку, затрудняющие аэрацию. Объемная масса в слое 0-10 см составляет 1,24 г/см3, в слое 20-30 см - 1,29 г/см3, общая скважность - 51%. Пахотный слой имеет нейтральную реакцию (рИКС1 6,9). В нижних слоях реакция слегка щелочная (рН 7,2-7,5). Обменная кислотность 0,6 мг-экв/100 г почвы. Гидролитическая кислотность 1,3 мг-экв/100 г почвы. Сумма поглощенных оснований в пахотном горизонте составляет 37,5 мг-экв/100 г почвы. Содержание гумуса 3,8%. При достаточном запасе питательных веществ подвижных форм их в отдельные периоды развития растений бывает мало [14].
В 1989 г. 90Ьг был внесен в почву в виде раствора соли ЬгС12, активность - 500 МБк/м2. Повтор-ность опыта шестикратная. В пределах каждого участка заложены элементарные учетные площадки размером 1 м2. Отбор образцов проводили буром послойно с интервалом 5 см. С каждой элементарной площадки отбирали смешанный образец для слоя наблюдений из 5 точек.
Испытания продукции по признаку радиоактив-
ного загрязнения выполнены на приборе УСК «Гамма Плюс» по методике измерения активности бета-излучающих радионуклидов в счетных образцах с применением программного обеспечения «Прогресс». Методика разработана ГП ВНИИФТРИ и утверждена Госстандартом России 05.05.1996 г. При контроле почвы применяли «Инструкции по отбору проб почвы при радиационном обследовании загрязненности местности» (Госкомгидрометом, 1987). При контроле содержания стронция-90 в почвах и растениях, кроме того применяли Методические указания по определению содержания строн-ция-90 и цезия-137 в почвах и растениях (ЦИНАО, 1985), ГОСТ Р 50801-95 и ОСТ Р 10070-95 «Почвы. Методика определения стронция-90 в почвах сельхозугодий». Результаты обрабатывали методами математической статистики по Б.А. Доспехову (1968).
Результаты. В 1994-2003 гг. радионуклид располагался в пахотном слое почвы. Миграция 90Ьг от места внесения в нижележащие почвенные горизонты невелика. Передвижение составило всего 5 см. Из слоя 0-25 см радионуклид мигрировал в слой 25-30 см, в следующем слое (30-35 см) его активность была значительно ниже. За следующие 10 лет (20042014 гг.) радионуклид не «ушел» глубоко в почву, уменьшилась его активность (табл. 1).
Следует отметить, что экстраполяция параметров вертикальной миграции радионуклидов и прямой перенос существующих диффузионных и конвективно-диффузионных моделей миграции радионуклидов, установленных для почв определенных регионов, на другие районы даже с аналогичными типами почв неправомерна, так как различные природно-климатические условия внесут свои коррективы и повлияют на миграцию радионуклидов в почвах. Кроме того, в последние десятилетия происходит уменьшение содержания гумуса в почвах Кубанских черноземов, наряду с некоторым их подкислением, что ведет к уменьшению сорбции 90Ьг почвами [15, 16].
Одним из способов, уменьшающих доступность радионуклида растениям при поверхностном расположении их корневой системы - это выполнение плантажной вспашки. Ее проводят плантажным плугом на глубину от 50 до 70 см. Верхний, загрязненный слой почвы при обороте пласта плугом перемещается вниз, а нижележащий слой перемещается вверх. Одной из задач при этом было определение
90с
поведения Ьг в почвенном горизонте, оказавшем-
1. Содержание стронция-90 в пахотном слое почвы в плодовом саду (1994-2014 гг.), Бк/кг
Глубина, Годы исследований
см 1994-2004 гг. 2004-2014 гг.
0-25 2,21 • 106 ± 2,99 • 102 1,92 • 104 ± 1,12 • 102
25-30 0,61 • 106 ± 2,01 • 102 3,25 • 103 ± 1,14 • 102
30-35 1,49 • 104 ± 1,25 • 102 1,86 • 103 ± 0,12 • 102
2. Содержание стронция-90 в почве после плантажной вспашки (50 см) в плодовом саду (1994-2004 гг.), Бк/кг
Глубина, см Содержание, Бк/кг
5-10 4,58 • 103 ± 1,12 • 102
10-15 3,78 • 103 ± 1,10 • 102
15-20 3,50 • 103 ± 1,10 • 102
20-25 3,50 • 103 ± 1,11 • 102
25-30 3,29 • 103 ± 1,09 • 102
30-35 3,41 • 103 ± 1,10 • 102
35-40 3,46 • 103 ± 1,10 • 102
40-45 9,86 • 104 ± 1,56 • 102
45-50 2,13 • 106 ± 2,72 • 102
50-55 2,10 • 106 ± 2,71 • 102
55-60 5,91 • 104 ± 1,33 • 102
60-70 3,10 • 103 ± 1,09 • 102
70-80 3,05 • 103 ± 1,09 • 102
80-100 3,09 • 103 ± 1,08 • 102
3. Содержание стронция-90 в почве после
плантажной вспашки (50 см) _в плодовом саду (2014 г.), Бк/кг_
Глубина, см Содержание, Бк/кг
2004 г. 2014 г.
45-50 2,13 • 106 ± 2,72 • 102 8,45 • 104 ± 4,52 • 102
50-55 2,10 • 106 ± 2,71 • 102 6,91 • 104 ± 3,21 • 102
55-60 5,91 • 104 ± 1,33 • 102 1,82 • 102 ± 0,11 • 102
ся, после оборота пласта плугом на глубине 50 см (табл. 2). На изучаемой глубине практически не будут оказывать влияние на вертикальную миграцию радионуклидов эрозионные переносы (ветровые, водные). Не сильно будет выражена и биогенная миграция.
Исходя из полученного экспериментального материала (табл. 2), можно сделать вывод: миграция 908г, расположенного в почве на глубине 50 см крайне мала и составляет около 5 см за период исследований. Причина такого поведения радионуклида объясняется как механическим составом почвы на этой глубине, так и химическими свойствами черноземов. Кроме того, на этой глубине очень мало почвенных животных, которые также играют определенную роль в миграции загрязняющих веществ.
В поставленном эксперименте одной из задач было определение поведения 908г в почвенном горизонте, оказавшемся после оборота пласта плугом на глубине 45-50 см (табл. 3). На изучаемой глубине почвы температура ниже, чем на поверхности, а это уменьшает вертикальную миграционную способность радионуклидов [6].
Таким образом, миграция от места внесения в нижележащие почвенные горизонты невелика и составляет около 5 см (т.е. на глубину почвенного горизонта до 30 см). Миграция 90Бг, расположенного в почве на глубине 50 см, также
крайне мала и составляет около 5 см за период исследований.
Литература
1. Белова Е.И. Распределение 908г и 144Сб по профилю почв // Гигиена и санитария, 1970. № 2. - С. 110.
2. Молчанова И.В. Распределение 908г в почвенно-геохимических ландшафтах Северного и Южного Урала // Радиобиология, 1971, № 3. - С. 26.
3. Алипбеков О.А., Жуков Б.И. Миграция 147Рт и 908г в почве под влиянием диффузионных процессов / Тезисы докладов II Всесоюзной конференции по сельскохозяйственной радиологии. - Обнинск, 1984, Т. 1. - С. 28.
4. Ефремов И.В., Рахимова Н.Н. Профильная миграция стронция-90 и цезия-137 в почвах естественных экосистем степных ландшафтов / III съезд биофизиков России. - Воронеж, 2004, Т. 2. - С. 640-642.
5. Шестопалов В.М., Богуславский А.С., Бублясь В.Н., Онищенко И.П. Барьерная и автореабиляционная функция геологической среды (на примере чернобыльской зоны отчуждения / Современные проблемы гидрогеологии и гидрогеомеханики. - СПб, 2002. - 175 с.
6. Павлоцкая Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах. - М.: Атомиздат, 1974. - 215 с.
7. Юдинцева Е.В. Поступление в растения стронция-90 и цезия-137 в зависимости от сорбции их механическими фракциями почв // Агрохимия, 1970, № 2. - С. 3039.
8. Тихомиров Ф.А., Щеглов А.И., Цветнова О.Б. Распределение и миграция радионуклидов в лесах в зоне радиоактивного загрязнения. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. - С. 41-47.
9. Алексахин Р.М. Радиоактивное загрязнение почвы и растений. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - 161 с.
10. Алексахин Р.М. Некоторые актуальные вопросы почвенной химии естественных и искусственных радионуклидов и их накопления сельскохозяйственными растениями // Почвоведение, 1975, № 11. - С. 15-18.
11. Анненков Б.Н. Миграция 908г, 137Сб и 1311 по цепи корм - сельскохозяйственные животные - продукты животноводства // Проблемы и задачи радиоэкологии животных. - М.: Наука, 1980. - С. 131-144.
12. Пестряков А.М., Панухник В.Н. Агроприемы по снижению поступления радионуклидов в растения, применяемые в Рязанской области // Химия в сельском хозяйстве, 1996, № 1. - С. 34-35.
13. Копылова В.Д. Применение ионообменных материалов для улучшения качества и повышения безопасности продовольственных товаров и окружающей природной среды // Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация, 2004, № 2. - С. 34.
14. Симакин А.И. Удобрение, плодородие почв и урожай. - Краснодар, 1988. - 270 с.
15. Онищенко Л.М. Анализ гумусного состояния чернозема выщелоченного Западного Предкавказья // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ, 2013, № 91. - С. 1129-1146.
16. Клюшин П.В., Подколзин О.А., Марьин А.Н. Аг-роэкологическое состояние черноземов южных // Агрохимический вестник, 2008, № 5. - С. 14-15.
