CC BY
17
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No.4
Научная статья
УДК 57.014:58.051
doi: 10.18522/1026-2237-2021-4-34-44
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ КАШТАНОВОЙ ЗОНЫ В УСЛОВИЯХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Е.А. Бураева1^, О.С. Безуглова2, С.Н. Горбов3, Д.В. Иванков4, Т.А. Михайлова5, Е.А. Кащаева6,
H.В. Маломыжева7, Д.А. Швецова8, А.А. Ширяева9
I,2,3,4,5,6,7,8,9Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия 1buraeva@sfedu. ruB
2osbesuglova@sfedu.ru 3sngorbov@sfedu.ru 4ivankov@sfedu. ru 5tatmihaylova@sfedu. ru 6kashaeva@sfedu. ru 7llia. 2013 @yandex. ru 8dshvecova@sfedu. ru 9ashiryaeva@sfedu. ru
Аннотация. Определение радиоактивности почв населенных пунктов и природных территорий необходимо для выявления зон с повышенным уровнем содержания радионуклидов. Работа посвящена изучению особенностей загрязнения растений естественными дозообразующими радионуклидами (226Ra, 232Th, 40K) и искусственным 137Cs в условиях полусухих степей на примере Ростовской области. В качестве объектов исследования использованы образцы почв (преимущественно каштановых) и травянистых растений, отобранных в Цимлянском, Волгодонском, Дубовском и Орловском районах Ростовской области в экспедициях 2014-2017 гг. Удельную активность (концентрацию) радионуклидов в почве и растениях измеряли гамма -спектрометрическим методом. Показано, что распределение искусственного радионуклида 137Cs в почвенном покрове Ростовской области неравномерно. Наименьшее содержание естественных радионуклидов характерно для аллювиально-луговых почв и солончаков облегченного гранулометрического состава, сформированных в поймах рек и на прибрежных участках озера Маныч-Гудило. В каштановых и темно-каштановых почвах содержание естественных радионуклидов практически сопоставимо, так как вариация удельной активности данных радионуклидов в этих почвах находится в пределах погрешности измерений (1015 %). Уровень загрязнения радионуклидами растений обусловлен климатическими условиями в период отбора и, как следствие, механическим загрязнением частицами почвы, пыли как в период дождей, так и в засуху, когда почва начинает пылить.
Ключевые слова: естественные радионуклиды, радиоцезий (137Cs), полусухая (семиаридная) степь, наземные экосистемы, загрязнение, почва, травянистые растения, подстилка
Благодарности: исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (государственное задание в сфере научной деятельности научный проект № 0852-2020-0032) / (БА30110/20-3-07ИФ).
Для цитирования: Бураева Е.А., Безуглова О.С., Горбов С.Н., Иванков Д.В., Михайлова Т.А., Кащаева Е.А., Маломыжева Н.В., ШвецоваД.А., ШиряеваА.А. Особенности распределения радионуклидов в наземных экосистемах каштановой зоны в условиях Ростовской области // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2021. № 4. С. 34-44.
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
© Бураева Е.А., Безуглова О.С., Горбов С.Н., Иванков Д.В., Михайлова Т.А., Кащаева Е.А., Маломыжева Н.В., Швецова Д.А., Ширяева А.А., 2021
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No.4
Original article
FEATURES OF RADIONUCLIDES DISTRIBUTION IN TERRESTRIAL ECOSYSTEMS OF THE CHESTNUT ZONE IN THE CONDITIONS OF THE ROSTOV REGION
E.A. Buraevam, O.S. Bezuglova2, S.N. Gorbov3, D.V. Ivankov4, T.A. Mikhailova5, E.A. Kashchayeva6, N. V. Malomyzheva7, D.A. Shvetsova8, A.A. Shiryaeva9
1,2,3,4,5,6,7,8,9Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
1^buraeva@sfedu.ru 2osbesuglova@sfedu.ru 3sngorbov@sfedu.ru 4ivankov@sfedu. ru 5tatmihaylova@sfedu. ru 6kashaeva@sfedu. ru 7llia. 2013 @yandex. ru 8dshvecova@sfedu. ru 9ashiryaeva@sfedu. ru
Abstract. The determination of the radioactivity of soils in settlements and natural territories is necessary to identify areas with an increased level of radionuclide content. The paper is devoted to studying the features of accumulation of natural radionuclides (22'6Ra, 232Th, 40K) and artificial 137Cs by plants in the conditions of semiarid steppes on the example of the chestnut zone of the Rostov region. Samples of soils and plants selected in the Tsimlyansky, Volgo-donsky, Dubovsky and Orlovsky districts of the Rostov region during the 2014-2017 expeditions were used as objects of research. The activity concentration of radionuclides in soil and plants was measured by gamma spectrometric method of radionuclide analysis. It is shown that the distribution of artificial radionuclide 137Cs in the soil cover of the Rostov region, caused by the accident at the Chernobyl nuclear power plant, is extremely uneven and depends on the humus content. Biogenic element 40K accumulates in the surface horizon, also correlating with the humus content. The activity concentration of 137Cs content on 40K is most clearly displayed in the upper layer (0-10 cm). The lowest activity concentration of natural radionuclides is typical for alluvial-meadow soils and salt marshes of lightweight granulometric composition formed in floodplains of rivers and on coastal areas of lake Manych-Gudilo. In chestnut and dark-chestnut soils, the activity concentration of natural radionuclides is almost comparable, since variations in the activity concentration of these radionuclides in these soils are within the measurement error (10-15 %). The aggregated transfer factors from soil to plants for all radionuclides were generally less than 0.4 m2/kg. Variations in radionuclide aggregated transfer factors in the ecosystem are caused by climatic conditions during the selection period and, as a result, by mechanical contamination of soil particles and dust both during rains and during droughts, when the soil begins to dust.
Keywords: natural radionuclides, radiocaesium (137Cs), semiarid steppe, terrestrial ecosystems, accumulation, soil, herbaceous plants, litter
Acknowledgments: the study was carried out with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (State assignment in the field of scientific activity, scientific project No. 0852-20200032) / (BA30110 /20-3-07IF).
For citation: Buraeva E.A., Bezuglova O.S., Gorbov S.N., Ivankov D.V., Mikhailova T.A., Kashchayeva E.A., Malomyzheva N.V., Shvetsova D.A., Shiryaeva A.A. Features of Radionuclides Distribution in Terrestrial Ecosystems of the Chestnut Zone in the Conditions of the Rostov Region. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2021;(4):34-44. (In Russ.).
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Введение
Определение радиоактивности почв населенных пунктов и природных территорий необходимо для выявления зон с повышенным уровнем содержания радионуклидов. Пешеходная гамма -съемка (определение мощности эквивалентной дозы гамма-излучения) при радиоэкологических исследованиях дает представление о наличии радиоактивных аномалий на территориях или объектах. При этом данные о концентрации и распределении радионуклидов в почвах, растениях и иных объектах эко-
ISSN 1026-2237 BULLETIN OFHIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No.4
сферы можно получить методами гамма-спектрометрии. Информация о распределении радионуклидов по почвенному профилю также представляет интерес, так как поступление радиоактивных веществ в растения и грунтовые воды, а также уровень излучений на поверхности во многом определяются глубиной и формой закрепления в почвенном профиле. Изучению вертикального распределения естественных (ЕРН) и искусственных (ИРН) радионуклидов в различных экосистемах посвящено множество работ. Основное внимание уделяется формированию дозы излучения для поверхностных (дневных) горизонтов почв за счет ЕРН [1, 2], оценке радионуклидных отношений для определения нарушения радиоактивного равновесия в зонах с повышенным естественным фоном [3], использованию некоторых ЕРН (например, 210Pb) в качестве одного из маркеров эрозионно-аккумулятивных процессов [4] и для оценки радоноопасности территорий и объектов [5]. Отмечается недостаточное количество исследований по изучению миграции и переносу радионуклидов в системе почва - растения [6, 7].
Для юга европейской части России подобные радиоэкологические исследования не проводились. При этом на степных территориях активно изучаются особенности распределения тяжелых металлов [8, 9] и искусственного радионуклида 137Cs [10] в почвах, процессы опустынивания [11], исследуются вопросы и проблемы краснокнижных почв [12]. Необходимо отметить, что в Ростовской области в каштановой зоне расположена Ростовская АЭС, а Цимлянский, Волгодонской и Дубовский районы попадают в зону её влияния, следовательно, и обязательного мониторинга, а в Орловском и Ремонт-ненском районах располагается особо охраняемая природная территория - заповедник «Ростовский».
Целью работы является оценка особенностей накопления растениями естественных дозообразую-щих радионуклидов (226Ra, 232Th, 40K) и искусственного 137Cs в условиях полусухих степей на примере каштановой зоны Ростовской области. Работа является продолжением комплекса исследований, проводимых в Южном федеральном университете с целью создания карт территориального распределения ЕРН и их временной динамики. Полученные сведения могут быть использованы как справочная информация для оценки изменений в уровнях фоновой активности радионуклидов в окружающей среде из-за различных природных геологических процессов или техногенного влияния на экосистемы.
Объекты и методы исследований
Эколого-географическая характеристика региона исследования. Сухостепная зона в пределах Ростовской области представлена Донской провинцией, на территории которой выделяют все типы каштановых почв (Kastanozems). Широко распространены солонцы (Solonec) и лугово-каштановые (Gleyic Kastanozems) почвы, встречаются солончаки (Solonchaks). Гранулометрический состав почв преимущественно тяжелосуглинистый и легкоглинистый [13]. Почвообразующие породы - глины и лессовидные суглинки, в поймах рек - аллювиальные отложения.
Климатические условия сухостепной зоны характеризуются резко континентальным климатом: очень сухим летом и жесткой зимой. Годовое количество осадков составляет 320-390 мм, сумма активных температур - 3200-3300 °С, гидротермический коэффициент районов исследования - 0,4-0,5 [13].
Отбор почвенных и растительных проб. В качестве объектов исследования использованы образцы почв и растений, отобранных в Цимлянском (контрольный участок (КУ) 201), Волгодонском (КУ 75а, 12), Дубовском (КУ 3) и Орловском районах (К3, К4) Ростовской области в экспедициях 20142017 гг. (рис. 1).
Экспедиции проводились преимущественно в летний период (с июня по сентябрь). Контрольные участки расположены на целинных или залежных почвах. Растения срезались с площади от 0,05 до 0,5 м2 в зависимости от мощности растительного покрова. С этой же площади снималась подстилка (травяной или степной войлок). Разделение растительной массы по видам растений, подстилки - по степени разложения не проводилось.
Почва для оценки латерального и радиального распределения радионуклидов отбиралась в пятикратной повторности из прикопок глубиной 0-10 см и из почвенных разрезов глубиной до 150 см (послойно, слоями 0-1, 1-3, 3-5, 5-10, 10-15, 15-25, 25-35 см и далее слоями по 10 см до дна).
Методы измерений. Для оценки содержания радионуклидов в почвах и растениях использовали гамма-спектрометрическую установку «Прогресс-гамма сцинтилляционный» на основе NaI(Tl)-детектора. Применяли стандартные методики подготовки и измерений почвенных и растительных проб [14, 15]. Образцы почвы и растений высушивали до воздушно-сухого состояния. Почву перетирали до размера частиц не более 1 мм, растения измельчали до размеров порядка 1 см.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No.4
Рис. 1. Карта Ростовской области с выделенными районами исследований / Fig. 1. Map of the Rostov region with a dedicated research area
Использовались счетные геометрии Маринелли 0,5 л, Маринелли 1 л и чашка Петри. Время измерения гамма-спектров составляло 1-2 ч для счетных геометрий Маринелли 0,5 л, Маринелли 1 л и 24 ч -для чашки Петри. Погрешность определения удельной активности радионуклидов в образцах почвы и растений не превышала 15 %.
Определение гранулометрического состава почвенных образцов проводили по ГОСТ 12536-2014, гумуса в почвенных образцах - по методу Тюрина в модификации Симакова, рН водной вытяжки (почвенной суспензии) - по ГОСТ 2423-85.
Результаты и обсуждение
Содержание радионуклидов в почвах. Основная задача данного исследования - оценка особенностей распределения радионуклидов в почвах и травянистых растениях (в том числе в степной подстилке) в полусухих степях Ростовской области. На рис. 2 представлены вариации радионуклидов в различных почвах региона исследования.
ИРН 137Cs (рис. 2, табл. 1) в различных районах Ростовской области распределен крайне неравномерно и попал в почву в результате аварии на Чернобыльской АЭС. В верхнем слое почвы (0-10 см) имеет
ISSN 1026-2237 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ._2021. № 4
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No.4
место прямая зависимость удельной активности данного радионуклида от содержания гумуса [10]. Тем не менее взаимодействие этого радионуклида с гумусом достаточно сложное, ионы Cs+ образуют слабые связи с гуминовыми кислотами (ГК), в то же время комплесообразование ионов с ГК значительно увеличивается при подщелачивании среды, что обусловлено усилением ионизации карбоксильных групп ГК [16]. В целом поверхностные горизонты почв степей Ростовской области нейтральные и слабощелочные с диапазоном рН в пределах 7,0-7,8 [13], что может способствовать образованию гуматов цезия. Повышенное содержание радиоцезия в поверхностном слое может быть обусловлено еще и сорбцией цезия гумином [16]. Однако, учитывая тяжелый гранулометрический состав почвы, наличие натрия в почвенно-поглощающем комплексе (ППК) и, следовательно, пептизацию коллоидов, можно предположить, что цезий накапливается в поверхностном слое почвы также за счет образования сорб-ционных связей с глинистыми минералами. Изменение концентрации в верхнем слое почвы может быть обусловлено временем отбора в разные годы и, возможно, сочетанием метеорологических условий в периоды отбора.
Рис. 2. Распределение радионуклидов в верхнем (0-10 см) слое почвы на различных площадках / Fig. 2. The distribution of radionuclides in the 0-10 cm soil layer
Наименьшим содержанием ЕРН (рис. 2, табл. 1) обладают аллювиально-луговые насыщенные почвы (Gleyic Fluvisols) и солончаки облегченного гранулометрического состава (табл. 2), сформированные в поймах рек и на прибрежных участках (КУ К4, прибрежная часть озера Маныч-Гудило и КУ 201, расположенный в пойме реки Дон). В каштановых и темно-каштановых почвах содержание ЕРН практически сопоставимо. Вариации удельной активности данных радионуклидов в основном находятся в пределах погрешности измерений (10-15 %).
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No.4
Таблица 1 / Table 1
Среднее содержание радионуклидов в верхнем (0-10 см) слое почвы / The mean activity concentrations of radionuclides in the 0-10 cm soil layer
Контрольный участок Тип почвы Средняя удельная активность в слое 0-10 см, Бк/кг
Классификация 1977 г. WRB 137Cs 226Ra 232Th 40K
201 Аллювиально-луговая Gleyic Fluvisols 5,9±1,4 13,7±1,5 15,6±1,6 273,7±30,2
К4 Солончак Solonchak 2,9±0,8 23,3±2,5 25,4±2,2 362,1±35,9
КЗ Каштановая Luvic Kashtanozem 11,7± 1,6 29,1±3,1 33,5±2,8 585,2±60,1
75а Тёмно-каштановая Haplic Kashtanozem 13,0±1,7 20,3±2,1 27,0±2,5 465,8±51,1
3 Тёмно-каштановая Haplic Kashtanozem 18,3±1,8 27,5±3,0 31,0±3,2 487,8±51,2
12 Лугово-каштановая Gleyic Kashtanozem 21,4±2,2 21,0±2,4 28,3±2,6 574,0±60,1
Таблица 2 / Table 2
Физико-химические свойства почв района исследований / Physics and chemical characteristics of the study area soils
КУ Тип почвы pH Гумус, % Частицы >0,01 мм, %
Классификация 1977 г. WRB
201 Аллювиально -луговая Gleyic Fluvisols 7,87 1,6 40,8
К4 Солончак Solonchak 7,45 2,4 43,8
КЗ Каштановая Luvic Kashtanozem 7,71 3,3 51,9
75а Тёмно-каштановая Haplic Kashtanozem 7,93 4,3 54,3
3 Тёмно-каштановая Haplic Kashtanozem 7,27 4,4 53,1
12 Лугово-каштановая Gleyic Kashtanozem 7,96 5,0 59,4
Содержание ЕРН в почвах в основном зависит от почвообразующих пород, которые являются источником 40К. Поэтому этот изотоп относительно равномерно распределен по всему почвенному профилю. В то же время, будучи биогенным элементом, он накапливается в поверхностных слоях с относительно высокой биологической активностью [17]. ИРН, такие как 137Cs, попадают на поверхность почвы с радиоактивными выпадениями и мигрируют по почвенному профилю в виде солей, так как цезий, в силу своей очень высокой реакционной способности, активно реагирует со многими неметаллами и растворяется почти во всех кислотах, образуя соли. Не исключено и его передвижение по профилю с тонкими илистыми частицами, так как большинство почв региона в той или иной степени солонцевато, а, как известно, внедрение натрия в ППК сопровождается пептизацией минеральных коллоидов. Существует вероятность миграции радиоцезия по профилю и в виде комплексных соединений с гуминовыми веществами [16]. Тем не менее выпотной или периодически-выпотной тип водного режима способствует тому, что большая часть радиоцезия сосредоточивается в поверхностных горизонтах. Это происходит как за счет необменной сорбции глинистыми минералами, так и путем образования малоподвижных комплексных соединений с ГК и сорбции его гумином.
Обычно в черноземах и тёмно-каштановых почвах с мощным гумусовым горизонтом активность радиоцезия резко уменьшается с глубиной [10]. Поэтому зависимость содержания 137Cs от 40K наиболее четко отображается в верхнем слое (0-10 см) почвы, где присутствуют оба радионуклида (рис. 3). Коэффициент корреляции (K) в этом случае равен 0,539. Для степеней свободы F=964 критическое значение К«0,06 при уровне статистической значимости 0,05. Тем самым взаимосвязь удельных активностей 40K и 137Cs в поверхностном слое почвы является статистически значимой. По глубине почвенного профиля также прослеживается прямая линейная зависимость содержания 40К и 137Cs. При критическом значении К=0,11 для степеней свободы F=304 (уровень значимости 0,05) полученный К=0,181. Эта величина также является статистически значимой.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No.4
700
l.
Ш 600
_û 500 H
o о
Ш 400 S
s
го
ос го
X -û
s £
300
200
100
у О оо о о о о
/ о о □ о ° о о °° о о О о Ро°° о о о о о
ego о S -О : 1 о / о ! / ° о
о о о
В° ъ ° ° О О °(В ВЪо °о _ Œ ® о о о°° о о ° 8°
' ° о о Слой п очвы 0-10 см
10
20
30
40
50
60
Удельная активность 137Cs, Бк/кг
ш
л
н о о
X CD S
È го
ОС го
X -Û
s
£
70
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 о
о
° ^ V о о
о о & о ш О0 ° \ о \ , о0 О СО о
Щ. * Й> о ° о °о о ° о о о
tl-J- 0° « ъ>е 8 р Ъ о о О о Q / ® уь
W* 8 о Ф о ° о о о о о > о
& о к= р 1—^ СО 1
Поч венные профили
10 15
20
25
30
35 40
Удельная активность 137Cs, Бк/кг
Рис. 3. Зависимость удельной активности 137Cs от 40K в почвах / Fig. 3. Dependence of 137Cs/40K activity concentrations in soils
Радионуклиды в растительной массе и подстилке. Накопление радионуклидов растительностью. Растительный покров на КУ 3, 75а, КЗ представлен преимущественно полынно-злаковой степью -преобладают полынь австрийская (Artemisia austriaca), овсяница валисская (Festuca valesiaca), мятлик луговой (Poapratensis). На участках 201 и 12 встречается разнотравная луговая растительность. Здесь преобладают тысячелистник благородный (Achillea nobilis), пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare), цикорий (Cichorium intybus), марьянник полевой (Melampyrum arvense), полынь австрийская (Artemisia austriaca), а также различные злаки. К4 характеризуется наличием в травостое представителей гало-фильной растительности типа сарсазана шишковатого (Halocnemum strobilaceum) и солянки мясистой (Salsola faliosa). На всех участках, кроме К4, растительный покров сомкнутый.
В табл. 3 приведены примеры содержания радионуклидов на участках со степной (КУ 75а) и луговой растительностью (КУ 12) в различные годы. На К4 растительный покров сильно изрежен и малочисленные растительные образцы не отбирались.
Таблица 3 / Table 3
Содержание радионуклидов в почве (слой 0-2 см), подстилке (травяном войлоке) и растительной массе (в растениях и подстилке удельная активность радионуклидов определялась в высушенной массе, всм) / The activity concentrations of radionuclides in the study area soils (layer 0-2 cm), litter and plant mass (in plants and litter, the activity concentrations of radionuclides was determined in the dried mass, dm)
Год Объект Удельная активность радионуклида, Бк/кг
137Cs 226Ra 232Th 40K 137Cs 226Ra 232Th 40K
Лугово-каштановая почва, КУ 12 Тёмно-каштановая почва, КУ 75а
2014 Почва 15,0 21,5 25,5 501,0 19,7 21,9 30,1 488,0
Подстилка, всм <1,0 <1,0 <1,0 312,6 3,3 5,7 <1,0 104,0
Растения, всм 1,5 <1,0 <1,0 568,2 <1,0 28,2 14,1 101,0
2015 Почва 10,3 29,4 24,2 503,0 25,8 27,1 24,8 515,0
Подстилка, всм 2,8 <1,0 <1,0 59,0 <1,0 12,3 <1,0 403,0
Растения, всм <1,0 <1,0 <1,0 213,0 <1,0 <1,0 58,0 119,0
2016 Почва 3,1 27,4 21,2 456,0 9,7 20,7 26,0 481,0
Подстилка, всм 22,2 <1,0 3,0 <10,0 <1,0 18,1 11,5 82,0
Растения, всм 16,1 <1,0 <1,0 15,0 4,6 <1,0 33,0 666,0
2017 Почва 17,4 13,0 32,8 745,0 6,4 14,9 36,0 663,0
Подстилка, всм 57,0 <1,0 49,0 1132,0 17,6 <1,0 10,8 255,0
Растения, всм 24,7 <1,0 <1,0 1349,0 26,1 <1,0 31,8 381,2
ISSN 1026-2237 BULLETIN OFHIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No.4
Для оценки накопления и переноса радионуклидов растениями активно используются коэффициенты накопления (Кн, отн. ед.) [6, 7] и перехода (Кп, м2/кг) [18]. В данной работе оценивались уровни загрязнения (м2/кг) растений радионуклидами по отношению содержания радионуклида в растительной массе (Бк/кг) к плотности загрязнения почвы на единицу площади (Бк/м2).
На рис. 4 представлены примеры уровней загрязнения за различные годы для участков с луговой (КУ 12) и степной растительностью (КУ 75а). Загрязнение радионуклидами растений зависит от климатических особенностей региона произрастания, типа почвы, биологических особенностей растений, наличия доступных для растений соединений, содержащих радионуклиды. Не стоит исключать и фоновое содержание ЕРН в почвах, а также плотность выпадения искусственного радиоцезия в результате аварии на Чернобыльской АЭС и наличие предприятий топливной энергетики (особенно работающих на угле) [19, 20].
Достаточно высокие температуры воздуха и умеренный порывистый ветер в периоды отбора могут создавать условия для эолового переноса пылеватой фракции поверхностных горизонтов почвы (особенно после уборки урожая), хотя все участки отбора расположены на целинных и залежных землях, но среди сельскохозяйственных угодий. Сильные кратковременные ливни могут приводить к загрязнению растений частицами почвы. Несмотря на то что отбор почвы и растительной массы проводился в сухой период, в отдельные годы фиксировались противоречивые результаты по уровням загрязнения радионуклидами растений и подстилки. На участках со степной растительностью радионуклиды обнаружены и в растительной массе, и в подстилке.
На участках с луговой растительностью содержание радионуклидов в растительной массе и в подстилке выше. Как следствие, Кп для 137Cs выше, причем значения больше 1,0 м2/кг фиксировались в периоды отбора образцов после кратковременных ливней. Принято считать, что радиоцезий слабо мигрирует в растения [7], а 226Ra и 232Th малоподвижны, поэтому приоритетным фактором поступления радионуклидов в растительную массу можно считать ее механическое загрязнение частицами почвы, пыли как в период дождей, так и в дни с пыльными бурями, весьма характерными для этой зоны.
Рис. 4. Уровни загрязнения радионуклидами растений (УЗ, м2/кг) / Fig. 4. The aggregated transfer factors of radionuclides from soil to plants (Katf, m2/kg)
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No.4
Выводы
1. Географически распределение ИРН 137Cs в Ростовской области обусловлено аварией на Чернобыльской АЭС, что определяет крайнюю неравномерность его содержания в почвенном покрове.
2. Несмотря на то что содержание ЕРН в почвах зависит от состава почвообразующих пород, биогенный элемент 40К накапливается в поверхностном горизонте, коррелируя с содержанием гумуса. ИРН, такие как 137Cs, попадают на поверхность почвы с радиоактивными выпадениями. Определенная часть ионов цезия фиксируется ГК и гумином в поверхностном слое и закрепляется за счет необменной сорбции глинистыми минералами, поэтому зависимость содержания 137Cs от 40K наиболее четко отображается в верхнем слое (0-10 см). Другая часть мигрирует по почвенному профилю как в виде комплексных соединений с ГК, так и на минеральных коллоидах, пептизированных по причине присутствия натрия в ППК.
2. Наименьшее содержание ЕРН характерно для аллювиально-луговых почв и солончаков облегченного гранулометрического состава, сформированных в поймах рек и на прибрежных участках озера Маныч-Гудило. В каштановых и темно-каштановых почвах содержание ЕРН практически сопоставимо, так как вариации удельной активности данных радионуклидов в этих почвах находятся в пределах погрешности измерений (10-15 %).
4. Уровни загрязнения растений радионуклидами для всех радионуклидов составляли в основном менее 0,4 м2/кг. На участках с луговой растительностью содержание радионуклидов в растительной массе и подстилке высокое, и, как следствие, УЗ для 137Cs выше 1,0 м2/кг часто фиксировался в периоды отбора после кратковременных ливней. Поскольку радиоцезий слабо мигрирует в растения, приоритетным фактором поступления радионуклидов в растительную массу можно считать поверхностное загрязнение пылью.
Список источников
1. QuindosL.S., FernandezP.L., Rodenas C., Gomez-Arozamena J., Arteche J. Conversion factors for external gamma dose derived from natural radionuclides in soils // J. Environ. Radioactivity. 2004. Vol. 71, № 2. Р. 139-145.
2. Alatise O.O., Babalola I.A., Olowofela J.A. Distribution of some natural gamma-emitting radionuclides in the soils of the coastal areas of Nigeria // J. Environ. Radioactivity. 2008. Vol. 99, № 11. Р. 1746-1749.
3. Dowdall M., O'Dea J. 226Ra/238U disequilibrium in an upland organic soil exhibiting elevated natural radioactivity // J. Environ. Radioactivity. 2002. Vol. 59, № 1. Р. 91-104.
4. Геннадиев А.Н., Голосов В.Н., Чермянский С. С., МаркеловМ.В., Ковач Р.Г., Беляев В.Р., Иванова Н.Н. Сравнительная оценка содержания в почвах магнитных сферул, 137Cs и 210Pb для целей индикации эрозионно-аккуму-лятивных процессов // Почвоведение. 2006. № 10. С. 1218-1234.
5. Doering C., Akber R., Heijnis H. Vertical distributions of 210Pb excess, 7Be and 137Cs in selected grass covered soil in Southeast Queensland, Australia // J. Environ. Radioactivity. 2006. Vol. 87, № 2. Р. 135-147.
6. Парамонова Т.А., Шамшурина Е.Н., Беляев В.Р., Комиссарова О.Л. Сравнительный анализ поступления 137 Cs в луговую растительность районов черноземной зоны, в различной степени загрязненных в результате аварии на Чернобыльской АЭС // Радиационная биология. Радиоэкология. 2017. Т. 57, № 4. С. 429-439.
7. Парамонова Т.А., Мамихин С.В. Корневое поглощение 13^s и его распределение между надземными и подземными органами растений: Анализ литературы // Радиационная биология. Радиоэкология. 2017. Т. 57, № 6. С. 646-662.
8. Минкина Т.М., Федоров Ю.А., Невидомская Д.Г., Манджиева С. С., Козлова М.Н. Особенности содержания и подвижность тяжелых металлов в почвах поймы реки Дон // Аридные экосистемы. 2016. Т. 22, № 1 (66). С. 86-98.
9. Чернова О.В., Безуглова О.С. Опыт использования данных фоновых концентраций тяжелых металлов при региональном мониторинге загрязнения почв // Почвоведение. 2019. № 8. С. 1015-1026.
10. Buraeva E.A., Bezuglova O.S., Stasov V. V., Nefedov V.S., Dergacheva E. V., Goncharenko A.A., Martynenko S. V., Goncharova L. Yu., Gorbov S.N., Malyshevsky V.S., Varduny T. V. Features of 137Cs distribution and dynamics in the main soils of the steppe zone in the southern European Russia // Geoderma. 2015. № 259-260. Р. 259-270.
11. Безуглова О.С., Назаренко О.Г., Ильинская И.Н. Динамика деградации земель в Ростовской области // Аридные экосистемы. 2020. Т. 26, № 2 (83). С. 10-15.
12. Чернова О.В., Безуглова О. С. Принципы и особенности создания Красных книг почв степных регионов (на примере Ростовской области) // Аридные экосистемы. 2018. Т. 24, № 1 (74). С. 40-51.
13. Безуглова О.С., ХырхыроваМ.М. Почвы Ростовской области. Ростов н/Д.: Изд-во Южного фед. ун-та, 2008. 352 с.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No.4
14. МВК №1.5.2(45)-11. Методика контроля удельной активности грунта (почвы) с применением пробоот-бора. 2011. Свидетельство № 45090.1К196.
15. Bodrov I. V., Buraeva E.A., DavydovM. G., Mareskin S.A. Instrumentational Determination of uranium and thorium in natural objects // Atomic Energy. 2004. Vol. 96, № 4. Р. 246-249.
16. Хелаль А.А., Арида Х.А., Ризк Х.Е. Халифа С.М. Взаимодействие цезия с гумусовым веществом: исследование методами радиометрии и ионометрии // Радиохимия. 2007. Т. 49, № 5. С. 458-463.
17. El-Arabi A.M. 226Ra, 232Th, and 40K concentrations in igneous rocks from eastern desert, Egypt and its radiological implications // Radiation Measurements. 2007. Vol. 42, iss. 1. P. 94-100.
18. Санжарова Н.И., Фесенко С.В., Шубина О.А., Исамов Н.Н., Санжаров А.И. Пересмотр параметров миграции радионуклидов в агроэкосистемах // Радиационная биология. Радиоэкология. 2009. Т. 49, № 3. С. 268-276.
19. Clemenza M., Fiorini E., Previtali E., Sala E. Measurement of airborne 131I, 134Cs and 137Cs due to the Fukushima reactor incident in Milan (Italy). // J. of Environmental Radioactivity. 2012. Vol. 114. P. 113-118.
20. Stoulos S., Ioannidou A., Vagena E., Koseoglou P., Manolopoulou M. Post-Chernobyl 137Cs in the atmosphere of Thessaloniki: a consequence of the financial crisis in Greece // J. Environ. Radioactivity. 2014. Vol. 128. P. 68-74.
References
1. Quindos L.S., Fernandez P.L., Rodenas C., Gomez-Arozamena J., Arteche J. Conversion factors for external gamma dose derived from natural radionuclides in soils. J. Environ. Radioactivity. 2004;71(2):139-145.
2. Alatise O.O., Babalola I.A., Olowofela J.A. Distribution of some natural gamma-emitting radionuclides in the soils of the coastal areas of Nigeria. J. Environ. Radioactivity. 2008;99(11):1746-1749.
3. Dowdall M., O'Dea J. 226Ra/238U disequilibrium in an upland organic soil exhibiting elevated natural radioactivity. J. Environ. Radioactivity. 2002;59(1):91-104.
4. Gennadiev A.N., Golosov V.N., Chermyansky S.S., Markelov M.V., Kovach R.G., Belyaev V.R., Ivanova N.N. Comparative assessment of the content of magnetic spherules, 137Cs and 210Pb in soils for the purpose of indicating erosion-accumulative processes. Pochvovedenie = Eurasian Soil Science. 2006;(10):1218-1234. (In Russ.).
5. Doering C., Akber R., Heijnis H. Vertical distributions of 210Pb excess, 7Be and 137Cs in selected grass covered soil in Southeast Queensland, Australia. J. Environ. Radioactivity. 2006;87(2):135-147.
6. Paramonova T.A. Shamshurina E.N., Belyaev V.R., Komissarova O.L. Comparative analysis of the 137Cs input into meadow vegetation of the regions of the chernozem zone, in varying degrees of contamination as a result of the accident at the Chernobyl nuclear power plant. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2017;57(4):429-439. (In Russ.).
7. Paramonova T.A., Mamikhin S.V. Root uptake of 13^s and its distribution between aboveground and underground plant organs: Analysis of the literature. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2017;57(6):646-662. (In Russ.).
8. Minkina T.M., Fedorov Yu.A., Nevidomskaya D.G., Mandzhieva S.S., Kozlova M.N. Features of the content and mobility of heavy metals in the soils of the Don River floodplain. Aridnye ekosistemy = Arid Ecosystems. 2016;22(1):86-98. (In Russ.).
9. Chernova O.V., Bezuglova O.S. Experience of using data of background concentrations of heavy metals in regional monitoring of soil pollution. Pochvovedenie = Eurasian Soil Science. 2019;(8):1015-1026. (In Russ.).
10. Buraeva E.A., Bezuglova O.S., Stasov V.V., Nefedov V.S., Dergacheva E.V., Goncharenko A.A., Martynenko S.V., Goncharova L.Yu., Gorbov S.N., Malyshevsky V.S., Varduny T.V. Features of 137Cs distribution and dynamics in the main soils of the steppe zone in the southern European Russia. Geoderma. 2015;(259-260):259-270.
11. Bezuglova O.S., Nazarenko O.G., Ilyinskaya I.N. Dynamics of land degradation in the Rostov region. Aridnye ekosistemy = Arid Ecosystems. 2020;26(2):10-15. (In Russ.).
12. Chernova O. V., Bezuglova O.S. Principles and features of the creation of Red Data Books of soils of steppe regions (on the example of the Rostov region). Aridnye ekosistemy = Arid Ecosystems. 2018;24(1):40-51. (In Russ.).
13. Bezuglova O.S., Khirkhirova M.M. Soils of the Rostov region. Rostov-on-Don: Southern Federal University Press; 2008. 352 p. (In Russ.).
14. MVK No. 1.5.2 (45) -11. Methodology for controlling the specific activity of soil (soil) using sampling. 2011. Certificate No. 45090.1K196. (In Russ.).
15. Bodrov I.V., Buraeva E.A, Davydov M.G., Mareskin S.A. Instrumentational Determination of uranium and thorium in natural objects. Atomic Energy. 2004;96(4):246-249.
16. Helal A.A., Arida H.A., Rizk H.E., Khalifa S.M. Interaction of cesium with humic substance: research by methods of radiometry and ionometry. Radiokhimiya = Radiochemistry. 2007;49(5):458-463. (In Russ.).
17. El-Arabi A.M. 226Ra, 232Th, and 40K concentrations in igneous rocks from eastern desert, Egypt and its radiological implications. Radiation Measurements. 2007;42(1):94-100.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No.4
18. Sanzharova N.I., Fesenko S.V., Shubina O.A., Isamov N.N., Sanzharov A.I. Revision of the parameters of migration of radionuclides in agroecosystems. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2009;49(3):268-276. (In Russ.).
19. Clemenza M., Fiorini E., Previtali E., Sala E. Measurement of airborne 131I, 134Cs and 137Cs due to the Fukushima reactor incident in Milan (Italy). Journal of Environmental Radioactivity. 2012;114:113-118.
20. Stoulos S., Ioannidou A., Vagena E., Koseoglou P., Manolopoulou M. Post-Chernobyl 137Cs in the atmosphere of Thessaloniki: a consequence of the financial crisis in Greece. J. Environ. Radioactivity. 2014;128:68-74.
Информация об авторах
Бураева Елена Анатольевна - кандидат химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, Научно-исследовательский институт физики.
Безуглова Ольга Степановна - доктор биологических наук, профессор, кафедра почвоведения и оценки земельных ресурсов, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского.
Горбов Сергей Николаевич - доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского.
Иванков Дмитрий Васильевич - аспирант, кафедра почвоведения и оценки земельных ресурсов, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского.
Михайлова Татьяна Андреевна - научный сотрудник, Научно-исследовательский институт физики. Кащаева Елизавета Александровна - аспирант, кафедра физики наносистем и спектроскопии, физический факультет.
Маломыжева Наталья Владимировна - магистрант, кафедра физики наносистем и спектроскопии, физический факультет.
Швецова Дарья Алексеевна - магистрант, кафедра физики наносистем и спектроскопии, физический факультет.
Ширяева Анастасия Андреевна - магистрант, кафедра физики наносистем и спектроскопии, физический факультет.
Information about the authors
Elena A. Buraeva - Candidate of Science (Chemistry), Associate Professor, Leading Researcher, Scientific Research Institute of Physics.
Olga S. Bezuglova - Doctor of Science (Biology), Professor, Department of Soil Science and Evaluation of Land Resources, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology.
Sergey N. Gorbov - Doctor of Science (Biology), Associate Professor, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology. Dmitry V. Ivankov - Postgraduate, Department of Soil Science and Evaluation of Land Resources, Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology.
Tatyana A. Mikhailova - Researcher, Scientific Research Institute of Physics.
Elizaveta A. Kashchayeva - Postgraduate, Department of Physics of Nanosystems and Spectroscopy, Faculty of Physics. Natalya V. Malomyzheva - Master Student, Department of Physics of Nanosystems and Spectroscopy, Faculty of Physics. Daria A. Shvetsova - Master Student, Department of Physics of Nanosystems and Spectroscopy, Faculty of Physics. Anastasia A. Shiryaeva - Master Student, Department of Physics of Nanosystems and Spectroscopy, Faculty of Physics.
Статья поступила в редакцию 30.09.2021; одобрена после рецензирования 10.10.2021; принята к публикации 26.11.2021. The article was submitted 30.09.2021; approved after reviewing 10.10.2021; accepted for publication 26.11.2021.
