CC BY
16
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
Известия ТСХА, выпуск 3, 2009 год
УДК 631.417.7:541.183.5
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ 137С8 ПО ГРУППАМ И МОЛЕКУЛЯРНО-МАССОВЫМ ФРАКЦИЯМ ГУМУСОВЫХ ВЕЩЕСТВ*
А.И. КАРПУХИН, А. ИЛАХУН**, С.П. ТОРШИН
(Кафедра почвоведения, кафедра радиологии)
В лабораторных исследованиях, проведённых с серо-коричневой почвой Синь Цзанского Уйгурского автономного района (СУАР) КНР, искусственно загрязнённой 137Сз, установлено, что органическая часть почвы связывала около 1/5 внесённого радионуклида, причём большая часть его — 9% была обнаружена в негидролизуемом остатке и приблизительно равные части — 6 и 7% соответственно — в составе гуминовых кислот и фульвокислот. Данные, полученные при помощи гель-фильтрации, позволяют утверждать, что гуминовые кислоты образуют с 137Сб устойчивые соединения комплексной природы. Установлено также, что наибольшей ёмкостью аккумул ции радиоцези обладает сама высокомо-лекул рна фракци гуминовых кислот.
Ключевые слова: цезий-137, серо-коричневая почва, загря знение, гумус, гуминовые кислоты, фульвокислоты, гель-фильтрация, органический углерод.
В современном почвоведении большое внимание уделя ется образованию органоминеральных соединений в почве [6, 10]. При этом выделя ется большая роль гумусовых веществ в свя зыва-нии радионуклидов и поведении последних в натурных и агроэкосистемах [1~3, 8, 9]. В меньшей степени изучено вли ние органических веществ на химическое состоя ние 137Сб и 908г в системе почва - растение. В литературе [9] имеются определённые сведения о том, что почвы с высоким содержанием гумуса отличаютс повышенным сродством с этими радионуклидами. Проведено сравнительное изучение поступления 137Сб и 908г из различных типов почв [8, 9], в результате прослеживается закономерность уменьшения поступлени этих радионуклидов с увеличением содержания органического вещества в исследуемых почвах.
Это даёт основание утверждать, что гумус представл ет собой мощный био-геохимический барьер сорбционного типа. Изучение природы взаимодействия 137Сб с гумусовыми веществами позволит более полно оценить состав и свойства этих органоминеральных соединений и их вли ние на миграцию в почвах и поступление этого радионуклида в растени .
Методика
Исследовани проводили на кафедре радиологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в течение 20062007 гг. Групповой и фракционный состав гумуса определ ли методом И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономарёвой и Т.А. Плотниковой (1968) [7]. Вли ние гуминовых кислот (ГК) на молекул рно-массовое распределение
* Работа выполнена при финансовой поддержке ГФЕН (ЫБЕС) — грант № 40861010 и МНУ КНР (2005-129).
** Синь Цзанский Аграрный университет.
137Св изучали с помощью гелевой хроматографии [4, 5, 11].
Активность 137Сб определяли на гамма-спектрометре Сошр^ашша-1285 (ЬКБ, Швеция ). Результаты экспериментальных исследований обрабатывали статистически с использованием критерия Стъюдента при Р = 0,05.
Результаты и их обсуждение
Показатели гумусового состоя ния дают объективную характеристику общего содержания, состава и свойств гумусовых веществ [7] в изучаемых почвах. Основные параметры гумусового состояния серо-коричневых почв южного Синь Цзанского Уйгурского автономного района (СУАР) КНР (табл. 1)
соответствуют средним показателям этого типа почв.
При нахождении содержания углерода групп и фракций с различной растворимостью использовали систему вытяжек (табл. 2).
Анализ состава гумуса по этой при-ня той методике представля ет возможность выделить три фракции гумино-вых и четыре фракции фульвокислот. Кроме этого, можно рассчитать величину негидролизуемого остатка, которая характеризует содержание наиболее прочнозакреплённых гумусовых веществ минеральной частью почвы (табл. 3).
При изучении распределения 137Св по группам и фракция м гумусовых веществ ввели в почву этот изотоп с активностью 2 0 кБк с содержанием но-
Т а б ли ц а 1
Основные показатели гумусового состояния серо-коричневой почвы
Показатель Пределы значений Уровень признака
Содержание гумуса, % 0,68±0,03 Очень низкое
Запас гумуса, т/га:
в горизонте 0-25см 37,4±1,5 Очень низкое
в профиле 0-58см 80,3±3,5 Очень низкое
Степень гумификации органического вещества, 68,0±3,0 Очень низкое
Сгк/Сфкх100%
Тип гумуса Сгк/Сфк 0,68±0,03 Гуматн о-фульватн ый
Содержание «свободных» гуминовых кислот, % к ГК 1,63±0,07 Очень низкое
Содержание гуминовых кислот, связанных с Са, % к ГК 19,6±0,9 Очень низкое
Содержание прочносвязных гуминовых кислот, связан- 1,80±0,07 Низкое
ных с Са, % к ГК
Содержание негидролизуемого остатка, % к Собщ 42,8±1,9 Высокое
Оптическая плотность гуминовой кислоты 0.001% Е495 0,04±0,01 Низкая
Отношение 0:Ы 8,18±0,36 Среднее
Т а б л и ц а 2
Содержание органического углерода в вытяжках
Вытяжки
Вариант расчёта Собщ почвы непосредственная 0,1 н. N804 0,1 н. Н2в04 0,1 н. Na0H после декальцинирования 0,2 н. Na0H
Собщ Сгк Сфк Собщ Собщ Сгк Сфк Собщ Сгк Сфк
% к почве % к Собщ почвы 0,68±0,01 100 0,097 15,85 0,01 1,63 0,086 12,65 0,06 9,80 0,26 42,48 0,12 19,61 0,14 22,88 0,02 3,27 0,011 1,80 0,0091 1,47
Групповой и фракционный состав гумуса
% от общего содержания органического углерода почвы
Собщ почвы фракции ГК фракции ФК ГК+ ФК негидроли-
1 2 3 сумма 1а 1 2 3 сумма зуемый остаток Сфк
0,68±0,03 1,63 19,61 1,80 23,04 9,80 4,91 17,97 1,47 34,15 57,19 42,81 0,68
сителя 0,5 мг хлорида цезия и провели изотопный обмен в течение суток.
В составе гуминовых кислот обнаружено 1100 Бк (5,50%), фульвокислоты свя зали 1320 Бк (6,60%), в составе негидролизуемого остатка обнаружено 1850 Б к (9,25%) и свя зано с минеральной частью почвы большее количество активности — 15675 Бк (78,65%).
При исследовании молекул рно-массового распределения 137Сб применяли гелевую хроматографию на сефадексе G-10. Для выя вления моле-куля рно-массовых фракций (ММФ), расчёта коэффициентов распреде-лени (Кф) и молекул рно-массовых (ММ) фракций определяли рабочие параметры колонки согласно общепринятой методике [4].
Рабочие параметры колонки, мл:
— 2 5,8; У8 — 6,9; V, — 13,8; V, — 5,0; Утах — 18,8; Vр — 5-18,8.
При гелевой фильтрации выделено три фракции по оптической плотности и четыре — по содержанию 137Сб. В первых трёх фракци х пики по содержанию гуминовых кислот и 137Сб совпадают, что позволяет предположить
Молекулярно-массовое распределение
образование более прочных, чем ионообменные св зи гуминовых кислот с ионами цези (рисунок). Перва фракция выходит с элюционным объёмом ^е), равным свободному объёму [4, 5], это согласно общей теории гелевой фильтрации позволяет утверждать, что ММ этой фракции больше верхнего предела используемой марки геля, т.е. больше 700. Как видно из таблицы 4, самая высокомолекулярная фракция содержит 2,5 мг С 54,3 и свя -зывает около 70% 137Сб (4,3 Бк).
Втора фракци выходит с элюци-онным объёмом 11,5 мл, и по соотношению ^е - V,,) / V, был рассчитан коэффициент распределения Кй, который составил 0,47.
По графикам К = I 1дММ и Кй = = 1 1пММ найдены логарифмы ММ и рассчитано среднее значение ММ, которое составило 392 [4]. Эта фракция содержала 1,2 мг углерода (26,1%) и связала только 0,14Бк (2,4%) 137Сб. Третья ф ракция выходит с Vе = 17,5 мл, К составля ет 0,906, среднее значение ММ = 168. Эта фракция включала
0,9 мг углерода (19,6%) и связала 1,25 Б к
Т а б л и ц а 4 1370в по фракциям гуминовых кислот
Фракция Vе Кс 1д/1п ММ ММ среднее Содержание фракции Активность 1370б
мг С % Бк %
I 5,0 0 н.о. >700 >700 2,5 54,3 4,30 69,5
II 11,5 0,470 1,629 3,570 425 359 392 1,2 26,1 0,14 2,4
III 17,5 0,906 0,225 0,519 169 167 168 0,9 19,6 1,25 20,2
IV 23 1,9 н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. 0,49 7,9
н.о. — не определяли.
V мл
— - - А------Е
Молекулярно-массовое распределение 137Св в составе гуминовых кислот. Е — оптическая плотность; А — активность 137Св
137Сб (20,2%). Ч етвёртая ф ракция выходит с Vе = 23 мл, К составля ет 1,9. Это показывает, что Vе данной фракции лежит за пределами действия обратноситового механизма распределени хроматографируемового вещества ^тах = 18,8 мл).
Выводы
1. Параметры гумусового состояния серо-коричневых почв соответствуют средним значени ям показателей изучаемого типа почв.
2. При имитации загрязнения радионуклидом 137Сб органическая часть почвы аккумулировала 4325 Бк, что составляет 21,6% от внесённого его количества. При этом гуминовые кислоты связали 5,50%, фульвокислоты — 6,60%, в составе не-
гидролизуемого остатка обнаружено 9,25% от внесённого в почву 137Сб.
3. Использование гель-проникающей хроматографии на колонке с гелем сефа-декс 0-10 позволило установить сложное молекул рно-массовое распределение 137Сб. Выделено 4 фракции органоминеральных соединений гуминовых кислот с 137Сб с ММ >700; 392; 168 и <100.
4. Применение гель-фильтрации показало, что 137Сб выходит вместе с гу-миновыми кислотами в первых трёх фракциях. Это позволяет утверждать, что ГК образуют устойчивые соединения с этим радионуклидом, возможно, комплексной природы.
5. Наибольшей ёмкостью аккумуляции 137Сб обладает самая высокомолекул яр-ная ф ракция ГК, составляет около 70% от количества радионуклида, связанного органическими веществами образца.
Библиографический список
1. Гуля кин И.В., Юдинцева Е.В. Радиоактивные продукты деления в почве и растениях. М.: Госатомиздат, 1962.
2. Гулякин И.В.,Юдинцева Е.В. Сельскохозяйственная радиобиология. М.: Колос, 1973.
3. Илахун А., Карпухин А.И. , Торшин С.П. Поступление радионуклидов в растения кукурузы с применением органических лигандов // Плодородие, 2008. № 4. С. 46-47.
4. Карпухин А.И. Применение гелевой хроматографии в почвенных исследованиях. М.: МСХА, 1984.
5. Карпухин А.И. Методические указания для практического применения гель-хроматографии в почвенных исследованиях. М.: МСХА, 1984.
6. Карпухин А.И., Сычёв В.Г. Комплексные соединения органических веществ с ионами металлов. М.: ВНИИА, 2005.
7. Орлов Д.С. Химия почв. М.: МГУ, 1985.
8. Павлоцкая Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадения в почвах. М.: Атомиздат, 1974.
9. Юдинцева Е.В., Гулякин И.В. Агрохимия радиоактивных изотопов стронция и цезия. М., 1968.
10. Mortensen J.L. Complexing of metals by soil organic matter. — Soil Sci. Soc. America Proc., 1963. Vol. 27. No 2.
11. Schitzer M., Skinner S.I.M. Gel filtration of fulvic acid, a soil, humic compound: Isotopes and Radiation. Soil Organic-Matter-Studies. Vienn a, 1968.
Рецензент — д. с.-х. н. В.И. Савич
SUMMARY
During laboratory research carried out on brownish-grey soil in Sin Tszan Uigur autonomous region (SUAP), Chin a, contamin ated artificially with 137Cs it has been discovered that the organic part of soil binds about one fifth of applied radionuclide, a greater part of which 9% has been found, in inhydrolyzable residue and approximately equal parts — 6% and 7% in composition of both humic and fulvic acids. Data, obtained by means of gel filtration, allow to assert that humic acids and 137Cs generate stable compounds, perhaps, of complex origin. It has also been discovered that the greatest radiocaesium cumulation capacity belongs to the highest molecular fraction of humic acids.
Key words: radiocaesium, brownish-grey soil, contamination, humus, humic acids, fulvic acids, gel filtration, organic carbon.
