Радиоактивные элементы в почвах и донных отложениях долины реки Васюган (Томская область) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Уда 550.4

Д. Н. Балыкин, канд. сельскохоз. наук, н. с., ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, т:(385-2) 666-516; А.В. Пузанов, д-р биол. наук, проф., зам. дир. ИВЭП СО РАН; С.Н. Балыкин, канд. биол. наук, с.н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, E-mail: [email protected]

РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ПОЧВАХ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ДОЛИНЫ РЕКИ ВАСШГАН (ТОМСКАЯ ОБЛАСТЬ)

Исследованы основные физико-химические свойства почв долины р. Васюган. Установлены уровни содержания естественных радионуклидов (238и, 232ТИ, 40К) и 137Cs в почвах и донных отложениях долины р. Васюган. Рассмотрены ТИ/и отношения в почвах и донных отложениях.

Ключевые слова: радионуклиды, почвы, донные отложения, река Васюган.

ВВЕДЕНИЕ

Река Васюган принадлежит к типу равнинных таежных рек Сибири. В верховье имеет низкие заболоченные берега и широкую пойму, в среднем течении их высота увеличивается; в нижнем течении много островов и мелей. Водосборная поверхность р. Васюган расположена на склоне от Васюганской равнины к долине р. Обь. Река с многочисленными притоками прорезала озёрно-аллювиальные нижне-среднечетвертичные отложения и сформировала широкую долину с комплексом террасовых отложений. Выделяют пойму и 2-3 надпойменные террасы. В административном отношении основная часть бассейна реки приходится на территорию Каргасогского района Томской области. В ходе экспедиционных работ в июле 2009 г. был исследован участок долины р. Васюган от устья до п. Катыльга.

Загрязнение компонентов окружающей среды техногенными радионуклидами в Томской области связаны с деятельностью Сибирского химического комбината, проведением испытаний на Новоземельском, Семипалатинском полигонах, отдельные незначительные локальные участки - с "Тоцким" ядерным взрывом в 1954 г. [1]. Значительная часть естественной радиоактивности почв, речных вод и донных отложений связана с изотопами, которые образуют три семейства: урана (родоначальник 238И; период полураспада Т1/2 = 4,5 • 109 лет), актиния (родоначальник 235И; Т1/2 = 7,1 • 108 лет) и тория (родоначальник 2321Ъ; Т1/2 = 1,4-1010 лет). Из всех изотопов урана, 238и составляет 99,28%. Существенный вклад в естественную радиоактивность почв вносит долгоживущий изотоп 40К (Т1/2 = 1,3-109 лет) [2]. Ее уровень для исследуемой территории определяется, в первую очередь, содержанием этого элемента в материнских породах. Кроме того, она зависит от ландшафта, климатических условий, процессов вертикальной и горизонтальной миграции естественных радионуклидов в почвах, их биологической аккумуляции [3].

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Бассейн р. Васюган относится к южнотаежной подзоне подзолистых почв. Преобладание хвойной растительности создает предпосылки для развития подзолообразования, главная роль в котором принадлежит растительному опаду. Исключительная равнинность центральных частей водоразделов, малая врезан-ность рек затрудняют сток поверхностных вод, что приводит к значительному поверхностному и грунтовому переувлажнению, а также преобладанию здесь полугидроморфного и гидро-морфного почвообразования. Автоморфное почвообразование в силу специфических геоморфологических и гидрологических особенностей приурочено лишь к узким приречным пространствам, представляющим собой хорошо дренированные поверхности, толщи пород которых, как правило, на значительную глубину отмыты от карбонатов [4]. В ходе исследования выделены следующие типы и подтипы почв: аллювиальные слоистые, аллювиальные дерновые, аллювиальные луговые, аллювиальные лугово-болотные, подзолистые, болотно-подзолистые, дерновоподзолистые.

Почвенные разрезы закладывали на глубину, охватывающую все генетические горизонты. Выполняли подробное описание морфологического строения профиля по правилам, принятым в почвоведении. Образцы почв на общий анализ отбирали из

каждого генетического горизонта, на наличие радионуклидов -послойно через 5 см до глубины 30 см и ниже по генетическим горизонтам. Радионуклиды определяли гамма-спектрометрическим методом в аналитическом центре ИГМ СО РАН. Плотность загрязнения почв 137Cs рассчитывали формуле [5]: Р (мКи/км2) = 0,27-А ^Ь, где Р - плотность загрязнения 137Сs, нКи/м2; А - удельная активность, Бк/кг; d - объемная масса почвы, г /см3; И - мощность исследованного почвенного слоя, см; 0,27 - коэффициент пересчета. Образцы донных отложений отбирали с помощью дно-черпателя Петерсона S = 0,025 м2.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Актуальная кислотность (рНв) почв долины р. Васюган изменяется от сильнокислой до нейтральной. Кислая обстановка всего почвенного профиля характерна для аллювиальных дерновых кислых, дерново-подзолистых и подзолистых почв долины, что связано с характером наземной растительности, условиями гидроморфизма.

Развитие процессов заболачивания способствуют значительному накоплению органического материала на поверхности почвы, образованию органогенных и органоминеральных горизонтов с высоким содержанием органических веществ различной степени разложения. Потери при прокаливании составляли 2030 %, в отдельных случаях - до 80-90 %. Содержание гумуса в органоминеральных и минеральных горизонтах почв установлено на уровне 0,1-9,0 %. По гранулометрическому составу исследуемые почвы в основном относятся к супесчаным, легкосреднесуглинистым разновидностям. Преобладающими фракциями являются мелкий песок и крупная пыль, в отдельных случаях - крупная пыль и ил. Гранулометрический состав донных грунтов р. Васюган представлен крупнопылевато-мелкопесчанными и иловато-мелкопесчанными отложениями, для его притоков характерно: мелко-среднепесчанные (р. Махня), крупнопылевато-мелкопесчанные (р. Варингъёган), мелкопесчанно-крупнопыле-ватые (р. Нюролька), средне-мелкопесчанные отложениями (р. Чижапка, р. Сильга).

Содержание естественных радионуклидов в почвах долины р. Васюган в целом находится на уровне кларка. Величина то-рий-уранового отношения соответствует нормальным значениям (без техногенного воздействия) и составляет 2,7-4,0. Для различных регионов, стран и континентов вне зависимости от генетического типа почв и природно-климатических зон эта величина составляет 3-5 [6]. Концентрации 238и, 232ТИ и 40К в органо-мине-ральных и минеральных почвенных горизонтах в пределах: 0,14,3 г/т, 1,9-6,4 г/т и 0,25-1,4 %о, соответственно. В среднем относительно высокие уровни содержания естественных радионуклидов характерны для аллювиальных слоистых и дерновых почв долины (табл. 1).

Почвенные процессы оказывают влияние на содержание естественных радионуклидов в почвах. При выраженных подзолистых и глеевых процессах (аллювиальные луговые, дерновоподзолистые, болотно-подзолистые, лугово-болотные) характерно относительное обеднение ураном, торием и калием (табл. 1).

Удельная активность 137Cs в почвах долины р. Васюган значительно варьирует. Пределы ее колебаний составляют 2-115 Бк/кг, при этом значительная часть приходится на поверхност-

Таблица 1

Среднее содержание естественных радионуклидов в почвах долины р. Васюган

Тип почвы В8и№), г/т 232ТЬ, г/т 40К, %

Аллювиальные дерновые слоистые кислые 2,3 ± 0,2 6,2 ± 0,3 1,7± 0,06

Аллювиальные дерновые кислые 2,1 ±0,1 6,8 ± 0,2 1,3 ± 0,05

Аллювиальные луговые кислые 1,9 ± 0,1 6,5 ± 0,2 1,3 ± 0,06

Аллювиальные лугово-болотные 1,8 ± 0,1 6,9 ± 0,2 1,5 ± 0,02

Дерново-п одзолист ые 1,6 ± 0,1 4,5 ± 0,3 1,5 ± 0,05

Болотно-подзолистые 1,2 ± 0,1 4,0 ± 0,4 1,2 ± 0,07

Кларк в почвах по А.П. Виноградову [7] 1 6 1,4

ные органогенные и органоминеральные горизонты: лесная подстилка (Ао), гумусовые (Ад), перегнойные и оторфованные и торфяные горизонты (Ап, и Т). Удельная активность 137Cs на глубине 20 см и более, как правило, составляет менее 1 Бк/кг. Плотность загрязнения почв 137Сs на локальных участках долины реки Васюган превышает уровень глобального фона (около 50 мКи/км2) (табл. 2). Неравномерный характер распределения

Плотность загрязнения почв цезием-137

радиоцезия связан с пространственной неоднородностью исходных выпадений радиоактивных осадков и последующей миграцией, а также с биогеохимическими особенностями наземной растительности. Высокая плотность загрязнения характерна для аллювиальных дерновых, болотно-подзолистых и луговых почв долины (табл. 2).

Таблица 2

различных участках долины р. Васюган

Створ Расстояние от устья Почва 13^, мКи/км2

I 465 км аллювиальная дерновая слоистая кислая 1

аллювиальная луговая кислая 38

аллювиальная дерновая слоистая кислая 41

1а 408 км аллювиальная дерновая кислая 119

II 335 км дерново-подзолистая 75

дерново-подзолистая 24

аллювиальная лугово-болотная 9

11б 280 км аллювиальная дерновая кислая 27

III 193 км болотно-подзолистая 95

дерново-подзолистая 50

аллювиальная дерновая кислая 53

IV 115 км аллювиальная луговая кислая 92

аллювиальная луговая кислая 66

аллювиальная луговая кислая 58

V 66 км аллювиальная луговая кислая 58

перегнойно-торфянистая 54

аллювиальная луговая кислая 91

Поступление радионуклидов в речную систему с твердым стоком связан, прежде всего, с проявлением эрозионно-аккумулятивных процессов, следствием которых является размыв поверхности водосбора. Генетическая связь почв и донных отложений находит свое отражение в сходстве их количественного радионуклидного состава. Это подтверждается результатами исследования долины р. Васюган и ее притоков (на различных участках, удаленных от устья): в целом имеются близкие уровни содержания естественных радионуклидов (табл. 3).

Индикатором миграционных процессов в системе "почва -поверхностные воды - донные отложения" могут служить торий-урановые отношения [8]. В донных отложениях долины р. Васю-ган величина ТИ/И снижается и варьирует более широких пределах, чем в почвах. Это связанно с относительным обогащением их ураном (табл. 3). В донных отложениях долины р. Васюган 137Сs не был обнаружен, что, возможно, обусловлено тем, что он прочно фиксируется в почвах на водораздельном пространстве.

Содержание органического вещества и ила в донных осадках может оказывать существенное влияние на сорбцию естественных радионуклидов. С увеличением содержания органического

вещества в донных отложениях возрастает уровень содержания 238И (коэффициент парной корреляции для урана и органического вещества в донных отложениях составляет + 0,5). На концентрацию 232ТИ в донных отложениях р. Васюган оказывает влияние содержание органического вещества и ила (коэффициенты парной корреляции, соответственно, составляют + 0,6 и + 0,8).

ВЫВОДЫ

Почвообразование на исследуемой территории протекает преимущественно в условиях кислой, слабо кислой реакции среды при сезонной смене окислительно-востановительной обстановки, что создает предпосылки для миграции элементов с переменной валентностью и подвижных в кислой среде.

Удельная активность естественных радионуклидов (238И, 232ТИ, 40К) в почвах долины р. Васюган в среднем находится на уровне среднемировых значений. Величина торий-уранового отношения соответствует нормальным значениям для почв, не подверженных техногенному воздействию, и составляет 2,7-4,0. Плотность загрязнения почвенного покрова долины р. Васюган 137Сs значительно варьирует и в отдельных случаях превышает фоновые показатели для таежной зоны. Высокий уровень удель-

Таблица 3

Содержание естественных радионуклидов в почвах и донных отложениях (ДО) долины р. Васюган и ее притоках

на различных участках, удаленных от устья

Створ Расстояние от устья Объект 238U(Ra), г/т 232Th, г/т 40K, % Th/U

почва 2,2 6,7 1,6 3,0

I 465 км ДО, р. Васюган 1,8 4,9 1,6 2,7

ДО, р. 1,3 3,9 1,8 3,0

Ь 408 км почва ДО, р. Махпя 2,2 1,1 7,2 1,1 1,5 1,2 3,3 1,0

II 335 км почва 1,6 5,0 1,5 3,1

ДО, р. Васюган 1,5 3,6 1,6 2,4

Пб 280 км почва ДО, р. Варипгъёгап 2,1 1,6 7,4 5,3 1.5 1.6 3,5 3,3

почва 1,6 4,7 1,2 2,9

III 193 км ДО, р. Нюролька 1,5 7,5 1,4 5,0

ДО, р. Васюган 1,3 5,6 1,5 4,3

почва 1,9 6,2 1,4 3,3

IV 115 км ДО, р. Чижапка ДО, р. Васюган 0,8 1,8 2,1 4,3 1.5 1.5 2,6 2,4

ДО, р. Васюган 0,9 3,2 1,1 3,6

почва 1,7 6,1 1,2 3,6

V 66 км ДО, р. Сильга 3,5 4,7 1,0 1,3

ДО, р. Васюган 2,0 4,4 1,7 2,2

ной активности радиоцезия характерен для аллювиальных дер- лятивных процессов. Содержание органического вещества и или-

новых, болотно-подзолистых и луговых почв долины. стой фракции в донных отложениях играет существенную роль

Поступление естественных радионуклидов в речную систе- в процессе сорбции естественных радионуклидов (238И и 232ТЬ).

му с твердым стоком связано с проявлением эрозионно-аккуму-

Библиографический список

1. Булатов, В.И. Россия радиоактивная. - Новосибирск: ЦЭРИС, 1996.

2. Радиобиология / Г.Д. Волков, В.А. Липин, Д.П. Черкасов. - М.: Колос, 1964.

3. Дричко, В.Ф. Частотное распределение концентраций радия-226, тория-228 и калия-40 в различных почвах / В.Ф. Дричко, Б.Э. Крисюк и др. // Почвоведение - 1977. - № 9.

4. Гаджиев, М.А. Почвы Бассейна р. Васюган. - Новосибирск: Наука, 1976.

5. Экогеохимия Западной Сибири. Тяжелые металлы и радионуклиды - Новосибирск: изд-во СО РАН, НИЦ СИГГМ, 1996.

6. Гребенщикова, В.И. Геохимия окружающей среды Прибайкалья (Байкальский геоэкологический полигон) / В.И. Гребенщикова, Э.Е. Лустенберг, Н.А. Китаев, И.С. Ломоносов. - Новосибирск: Академическое изд-во "Гео", 2008.

7. Алексеенко, В.А. Экологическая геохимия. - М.: Логос, 2000.

8. Восель, Ю.С. Влияние состава донных осадков на содержание естественных и искусственных радионуклидов. Байкальский экорегион / Ю.С. Восель, В. Д. Страховенко // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: Материалы III Международной конференции, г. Томск, 23-27 июня 2009 г. - Томск: SST, 2009.

Статья поступила в редакцию 14.07.10

Уда 574.52 (58.02)

Т.В. Кириллова, канд. биол. наук, н.с. Лаборатории водной экологии ИВЭП СО РАН, г. Барнаул; В.В. Кириллов, канд. биол. наук, зав. Лабораторией водной экологии ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, E-mail: [email protected]

СООТНОШЕНИЕ ХЛОРОФИЛЛА И БИОМАССЫ О ФИТОПЛАНКТОНЕ ВОДОТОКОВ И ВОДОЕМОВ БАССЕЙНА ВЕРХНЕГО ЧУЛЫМА

Проанализироеаны сезонная динамика и пространственная неоднородность соотношения хлорофилла и биомассы фитопланктона разнотипных водных экосистем бассейна Верхнего Чулыма. Определены пределы колебаний и средние значения этого показателя в изученных реках, озерах и водохранилищах. Эти исследования позволили выявить черты сходства и отличия между различающимися по своему трофическому статусу группами водотоков и водоемов.

Ключевые слова: содержание хлорофилла а, фитопланктон, гидробиологические исследования, водные экосистемы, река Чулым.

Введение аналог биомассы фитопланктона. Соотношение хлорофилла

При изучении фитопланктона разнотипных водных объек- и биомассы водорослей (Хл/В) определяется как видовой специ-

тов большое внимание уделяют выявлению связи между биомас- фичностью, так и условиями среды обитания. Удельное количе-

сой и содержанием основного фотосинтетического пигмента ство хлорофилла а нестабильно и может заметно варьировать

в планктоне как показателя уровня развития альгоценозов [1-6]. в зависимости от стадии роста, соотношения размерных фракций

Содержание хлорофилла а в клетках часто рассматривают как и таксономического состава фитопланктона, сезона года, глуби-