CC BY
13
УДК 631.438.1:631.445.25
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ 226Ra, 232^ И 40к
В ТЕМНО-СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВАХ
С РАЗЛИЧНОЙ ГЛУБИНОЙ КАРБОНАТНОГО ГОРИЗОНТА*
Д.Н.Липатов, Д.В. Манахов, А.И. Щеглов, О.Б. Цветнова
Вертикальные профили 22^а, 232ТЪ и 40к исследованы во взаимосвязи с почвенными свойствами: рНвод, суммой обменных оснований (Са2+ и Mg2+), степенью насыщенности основаниями, содержанием гумуса, подвижных форм фосфора и калия. Выявлено увеличение удельной активности 22^а, 232ТЬ и 40к в верхнем 10-сантиметровом слое гор. А в почве дубравы, сопряженное с накоплением гумуса и биогенной аккумуляцией подвижных форм калия и фосфора. Зафиксирован вынос 22^а из средней части профиля темно-серой лесной глубоковскипающей почвы. Выявлена положительная корреляционная связь между удельной активностью 22^а и суммой обменных оснований (Са2+ и Mg2+) в гор. А, А(АЕ), АВ и нижележащих В1, В2, В3, указывающая на сопряженное поведение этих элементов-аналогов. Отмечен вынос 232ТЬ из гор. А(АЕ) и его накопление в гор. АВ в условиях локального оподзоливания темно-серой лесной почвы в березняке.
Ключевые слова: естественные радионуклиды, миграция радионуклидов, почвенный профиль, почвенные процессы, темно-серая лесная почва.
Введение
Естественные радионуклиды (ЕРН), относящиеся к рядам распада 238и—22^а и 232ТИ, а также 40К вносят основной вклад в гамма-излучение от почвы [13]. Природный уровень радиоактивности в почвах связан с геологическим строением и литологическим составом почвообразующих пород. Содержание радия и тория варьирует во многих породах вследствие неоднородности их минералогического состава и различной степени вывет-релости. Оценка уровня удельной активности ЕРН в почвах — необходимый аспект регионального радиационного мониторинга.
Почвенные процессы могут оказывать значительное влияние на распределение ЕРН [4, 12, 14, 16, 17]. Пути миграции радионуклидов рядов урана и тория не совпадают, что отражается на особенностях их вертикального распределения в почвах [2, 22]. Для 22^а отмечена более высокая подвижность по сравнению с 238и и 232ТИ [18, 22]. На загрязненных территориях зафиксированы процессы латеральной миграции 22^а и 238и с грунтовыми и поверхностными водами [7]. В разнообразных ландшафтно-геохимических условиях выявлены корреляционные связи между 22^а, 232ТИ, 40К и рядом почвенных свойств: гранулометрическим составом, рН, содержанием гумуса и обменных оснований [4, 12, 14, 15, 21]. Актуальной задачей является изучение распределения 22^а, 232ТИ и 40К в карбонатных почвах, имеющих непромывной водный режим, что обеспечивает условия, при которых не происходит вынос радионуклидов за пре-
делы почвенного профиля. Серые лесные почвы, как правило, имеют периодически промывной водный режим, и глубина залегания карбонатов в них значительно варьирует, что может формировать характерные особенности в распределении ЕРН.
В лесных экосистемах значительное влияние на миграцию элементов оказывают биогеохимические процессы. Для тяжелых ЕРН характерны низкие коэффициенты биологического поглощения растениями: для 22^а — 0,01—0,24 [20], 232ТИ — 0,001—0,03 [19]. Коэффициент биологического поглощения калия высокий — 10,4 [5]. В лесах с высокой биологической продуктивностью некоторая часть ЕРН постепенно выносится из различных слоев почвы в ходе поглощения корнями деревьев и растительности других ярусов. Одновременно с растительным опадом происходит поступление элементов в виде подвижных соединений на поверхность почвы. Анализ распределения ЕРН в почвах необходим для изучения биологической миграции тяжелых химических элементов в лесных экосистемах.
Цель работы — определить закономерности вертикального распределения удельной активности 22^а, 232ТИ и 40К в темно-серых лесных карбонатных почвах и оценить взаимосвязь варьирования этих ЕРН с почвенными свойствами.
Объекты и методы исследования
Исследования проводили в северной подзоне лесостепи на территории 23-го квартала Плавско-го лесничества (Тульская обл.). На лесном участ-
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 18-04-00584-а.
ке, площадью 0,01 км2, представленном 60-летними дубовыми (Qercus robur L.) и березовыми (Betula pendula Roth) фитоценозами, были заложены два почвенных разреза. Разрез 1 (в дубраве), имел следующее строение почвенного профиля: АО (0—1)—А (1—20)—АВ (20—48)—В1 (48—58)— В2 (58—100)—В3 (100—150)—ВСк (150—170 см); разр. 2 (в березняке) немного отличался по строению профиля: АО (0—1)—А (АЕ) (1—22)—АВ (22—44)—В1 (44—72)—В2 (72—90)—В3 (90—110)— ВСк (110—165 см). Лесная подстилка в обоих профилях фрагментарная, представлена свежим опа-дом. В гор. А под березняком встречаются светлосерые морфоны гор. АЕ, указывающие на локальное развитие процесса оподзоливания. В гор. ВСк наблюдается вскипание от 10% HCl, обусловленное карбонатной пропиткой почвенных агрегатов. Согласно классификации [6], данная почва — темно-серая лесная среднесуглинистая на карбонатном покровном суглинке. Для диагностики карбонатного профиля этих почв использовали дополнительные градации по глубине залегания карбонатов (глубина вскипания от 10% HCl): выше 80 см — высоковскипающие, 80—120 см — средневскипа-ющие, глубже 120 см — глубоковскипающие. В разрезах проведен отбор образцов по всем диагностическим горизонтам, в пределах отдельных горизонтов — послойно с шагом 10 см.
В почвенных образцах определяли показатели кислотно-основного состояния по общепринятым методикам [1, 3]: рН водной вытяжки, сумму обменных катионов Са2+ и Mg2+, гидролитическую кислотность (по Каппену). На основе этих показателей рассчитывали степень насыщенности почвенного поглощающего комплекса основаниями по формуле V = S • 100%/(S + Нг), где V — степень насыщенности основаниями, S — сумма обменных оснований (Са2+ + Mg2+), Нг —
гидролитическая кислотность. Также определяли химические свойства: содержание гумуса (по Тюрину), содержание подвижных соединений фосфора и калия (по Чирикову) [8]. Последний показатель считается стандартным методом для серых лесных почв, но не применим для карбонатных горизонтов.
Удельную активность 226Ra, 232Th и 40K измеряли на сцинтилляционном гамма-спектрометре с детектором Nal (Tl) 63 х 63 (ООО «НТЦ Амплитуда», Россия). Для выявления взаимосвязи между показателями вычисляли коэффициент корреляции Спирмена.
Результаты и их обсуждение
Глубина залегания карбонатов в профилях темно-серых лесных почв существенно различается, несмотря на их близкое местоположение — 100 м друг от друга. Профиль в березовом фитоценозе (разр. 2) имеет глубину вскипания 110 см, почва — темно-серая лесная средневскипающая; профиль в дубовом фитоценозе (разр. 1) характеризуется большей выщелоченностью от карбонатов, глубина вскипания составляет 150 см, почва — темно-серая лесная глубоковскипающая. По-видимому, различия в глубине вскипания в этих почвах связаны с пространственной неоднородностью периодически промывного водного режима. Для дубрав также характерно более глубокое проникновение корневой системы деревьев, что может приводить к усилению процессов биогенной миграции в средней и нижней частях почвенного профиля.
Наиболее кислая реакция среды зафиксирована в верхней части обоих профилей: в гор. А и А(АЕ) значения рНвод составляют 5,7—5,9, в гор. АВ — около 6,0 (рис. 1). На глубине 50—100 см в гор. В1, В2, В3 отмечается постепенное увеличение рН
Рис. 1. Распределение физико-химических свойств по профилям темно-серых лесных почв (сплошная линия — разр. 1,
пунктирная — разр. 2; здесь и на рис. 2 и 3)
с 6,0 до 6,9. Такая тенденция более выражена в средневскипающей почве, где на уровне залегания карбонатного гор. ВСк значения рН переходят в слабощелочную область и резко возрастают в карбонатном горизонте до 8,3—8,5. В глубоковски-пающей почве величина рН на верхней границе карбонатного горизонта составляет 6,9. Следовательно, в нижней части профилей распределение актуальной кислотности связано с глубиной залегания карбонатного гор. ВСк.
В профильном распределении суммы обменных оснований Са2+ и Mg2+ наибольшие значения зафиксированы в гор. А(АЕ) и составляют 25—30 ммоль(+)/100 г почвы (рис. 1). Это связано с тем, что в широколиственных лесах на поверхность почвы с опадом ежегодно поступает 50—100 кг/га кальция и 10—30 кг/га магния [9]. В обоих профилях прослеживается снижение суммы обменных Са2+ и Mg2+ в гор. АВ, В1 и В2, а затем увеличение этого показателя в карбонатном гор. ВСк. Такое профильное распределение обменных оснований характерно для темно-серых лесных карбонатных почв. Следует отметить, что более высокие их значения наблюдаются во всех горизонтах средневскипающей почвы по сравнению с глубоковскипающей; соответственно, этот показатель в значительной степени определяется их карбонатным профилем.
Степень насыщенности основаниями увеличивается вниз по профилю в обоих разрезах, но особенности распределения в средневскипающей и глубоковскипающей почвах существенно различаются (рис. 1). В профиле первой наблюдается резкое увеличение этого показателя в гор. А(АЕ) и постепенное снижение его величины в гор. АВ; в средней части профиля он составляет около 90% и при переходе от В3 к ВСк возрастает до 99%. В глубоковскипающей почве степень насыщенности основаниями не такая высокая и изменяется
от 75—80% в верхних горизонтах до 85—87% при переходе к гор. ВСк. В нижней части гор. АВ отмечается локальное снижение этого показателя, указывающее на выщелоченность здесь карбонатов.
Содержание гумуса в верхних горизонтах темно-серой лесной средневскипающей почвы имеет регрессивно-аккумулятивное распределение и более низкие значения, чем в глубоковскипающей (рис.2). Распределение гумуса в верхних горизонтах глубоковскипающей почвы носит равномерно-аккумулятивный характер, что указывает на большее развитие процессов гумусонакопления. Это можно связать с влиянием биогеоценотиче-ских условий с различиями в количестве ежегодно образующихся органических веществ в почве дубравы по сравнению с березняком. Для дубрав характерны более высокие запасы органического вещества в надземных частях растений и корнях [9].
Содержание подвижных форм фосфора в слое 0—10 см гор. А и А(АЕ) составляет 40—50 мг/кг, что указывает на низкую обеспеченность почв этим элементом питания растений. В верхней части гор. АВ содержание подвижных фосфатов снижается до 25—30 мг/кг, в средней части профиля оно резко увеличивается и достигает 125—150 мг/кг на границе с гор. ВСк (рис. 2). Количество подвижных форм фосфора в гор. В1, В2, В3 в сред-невскипающей почве выше, чем в глубоковскипа-ющей, что свидетельствует о влиянии карбонатов на распределение данного показателя.
Резко выраженный максимум подвижного калия выявлен в слое 0—10 см гор. А (рис. 2) и обусловлен биогенной аккумуляцией этого элемента из растительного опада на поверхности лесной почвы. В почве березняка его содержание достигает 245 мг/кг, тогда как в дубраве — 160 мг/кг, что, по-видимому, связано с более коротким периодом накопления элементов питания в подподстилоч-ном слое вследствие их активного поглощения
Гумус, % РгС>5' мг/кг К20, мг/кг
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 25 50 75 100 125 150 0 50 100 150 200 250
Рис. 2. Распределение химических свойств по профилям темно-серых лесных почв
корневой системой дубов и разнотравной растительности. В нижней части гор. А(АЕ) и в гор. АВ содержание подвижного калия резко снижается до минимальных значений — 55—70 мг/кг. Распределение в гумусовых горизонтах обусловлено его вовлеченностью в биологический круговорот с учетом особенностей различных фитоценозов. В гор. В1, В2, В3 содержание подвижного калия составляет 70—100 мг/кг, и его профильное распределение достаточно равномерное. Основными факторами, определяющими распределение обменных форм калия в гор. В1, В2, В3 и ВСк серых лесных почв, являются содержание и минералогический состав илистой фракции, а также содержание слюд и иллитов в составе крупных фракций [11].
На основе рассмотренных показателей кислотно-основного состояния почв наблюдается разделение профилей на верхнюю, примерно 45-сантиметровую, толщу, включающую гор. А, А(АЕ) и АВ, среднюю, представленную гор.В1, В2, В3, и нижнюю, сформированную гор. ВСк. В распределении гумуса, подвижных форм фосфора и калия прослеживается отчетливая дифференциация в пределах гор. А, А(АЕ) и АВ вследствие значительного влияния биогенных и почвенных процессов в лесных фитоценозах.
Корреляционный анализ полученных данных проводили в обоих разрезах отдельно для каждой из трех частей почвенных профилей: гор. А, А(АЕ) и АВ — 0—45 см, гор. В1, В2 и В3 — 45—110 см, гор. ВСк (таблица). В верхних горизонтах зафик-
Коэффициенты корреляции Спирмена между почвенными показателями в исследуемых почвах
Показатель рН Са2+ + М^2+ V Гумус Р2О5 К2О 226Яа 232ТИ 40К
Горизонты А1, А(АЕ) и АВ
рН 1
Са2+ + М^2+ -0,28 1
V +0,19 +0,18 1
Гумус -0,42 +0,58* -0,29 1
Р2О5 +0,20 -0,20 +0,45 -0,04 1
К2О -0,18 +0,19 -0,52 +0,65* -0,02 1
226яа -0,67* +0,57* -0,17 +0,29 -0,27 -0,18 1
232ХИ +0,07 -0,38 +0,23 -0,49 -0,02 -0,13 -0,14 1
40К +0,09 -0,32 +0,19 -0,46 +0,07 -0,15 -0,23 +0,94* 1
Горизонты В1, В2, В3
рН 1
Са2+ + М^2+ +0,28 1
V +0,68* +0,78* 1
Гумус -0,40 +0,15 -0,03 1
Р2О5 +0,91* +0,38 +0,67* -0,44 1
К2О +0,64* +0,13 +0,32 -0,50 +0,65* 1
226Яа +0,25 +0,53* +0,54* +0,22 +0,29 +0,05 1
232ХИ +0,26 +0,16 +0,34 +0,05 +0,28 +0,03 -0,16 1
40К +0,01 -0,19 -0,26 +0,07 +0,09 +0,41 -0,22 +0,15 1
Горизонт ВСк
рН 1
Са2+ + М^2+ +0,10 1
V +0,79* +0,12 1
Гумус +0,28 +0,44 +0,30 1
226Яа +0,08 +0,45 -0,17 +0,03 1
232ХИ -0,40 +0,09 -0,20 -0,27 -0,21 1
40К -0,28 -0,63* -0,21 -0,03 -0,50 -0,31 1
Примечание. Звездочка — значимые коэффициенты корреляции (р = 0,05).
сирована статистически значимая (р = 0,05) положительная корреляция между содержанием гумуса, суммой обменных оснований и содержанием подвижного калия. Такая взаимосвязь отражает увеличение емкости почвенного поглощающего комплекса в верхнем, наиболее гумусированном, слое гор. А и накопление в нем подвижных форм калия, поступающих в составе опада и корневых остатков лесной растительности.
В гор.В1, В2 и В3 выявлена положительная взаимосвязь между суммой Са2+ и М£2+ и степенью насыщенности основаниями. Аналогичная взаимосвязь в вышележащей толще гор. А, А(АЕ) и АВ и в нижележащем гор. ВСк не оказалась статистически значимой вследствие варьирования их кислотности. В гор. В1, В2 и В3 установлены положительные корреляционные связи между рН, степенью насыщенности основаниями и содержанием подвижных форм фосфора и калия (таблица). При переходе реакции почвенной среды от слабокислой к нейтральной в этих горизонтах происходит увеличение содержания подвижных форм фосфора и калия. В гор. ВСк статистически значимая (р = 0,05) положительная взаимосвязь зафиксирована только между рН и степенью насыщенности основаниями, что указывает на сопряженное увеличение этих показателей в карбонатной толще.
Распределение ЕРН в профилях темно-серых лесных средне- и глубоковскипающих почв характеризуется различными градиентными переходами (рис. 3). Возможное влияние почвенных свойств на накопление или вынос радионуклидов рассмотрено с использованием корреляционного анализа.
В распределении 22^а по профилю глубо-ковскипающей почвы под дубравой (разр. 1) отмечено локальное увеличение удельной активности в верхнем слое гор. А и нижней части гор. АВ,
достигающее 38—40 Бк/кг. Накопление радионуклида в слое 0—10 см связано с биогенной аккумуляцией и включением в состав органических веществ почвы. Аналогичные, но более резко выраженные максимумы наблюдались в верхней части гор. А для гумуса и подвижных форм калия и фосфора, являющихся биофильными элементами. Локальное увеличение удельной активности 22^а в слое 30—40 см можно объяснить его высокой мобильностью в составе органических кислот и их осаждением в нижней части гумусовой толщи. В профиле средневскипающей почвы под березняком (разр. 2) такие градиенты увеличения 22^а в пределах гор. А(АЕ) и АВ выражены слабо, что связано со снижением содержания гумуса и меньшей емкостью биологического круговорота в этом биогеоценозе.
Результаты корреляционного анализа показывают статистически значимую (р = 0,05) положительную взаимосвязь между содержанием суммы обменных оснований и активностью 22^а в гор. А, А(АЕ) и АВ (таблица). Радий является химическим аналогом кальция и магния, и в органогенных слоях почвы подвижные формы этих элементов могут иметь сопряженное распределение. Эта корреляционная связь указывает на то, что соединения 22^а активно включаются в почвенный поглощающий комплекс, и подвижные формы играют значительную роль в формировании градиентов распределения данного радионуклида в верхних горизонтах темно-серых лесных почв. Зафиксированная в гумусовых горизонтах отрицательная корреляция между удельной активностью 22^а и рН связана с тем, что в верхней части профиля наблюдается наиболее кислая реакция среды и выраженное биогенное накопление радионуклида.
При переходе от гумусовой толщи к гор. В1, В2 в профиле глубоковскипающей почвы отмечено резкое скачкообразное, почти двукратное сниже-
20
2261Ча, Бк/кг 25 30 35 40
232Т1п, Бк/кг 30 35 40 45 50 55
40К, Бк/кг 400 450 500 550 600 650 700
10
30
50
г 70
о
га"
X
ю 90
£
110
130
150
- 1 1 1 \ / /> //
/ ___■___ /■
\ \
/ /
/ \ / \ /
\ V / \ /
\ / \ / \ /
10 30 50
0 70 го"
1
ю 90 £
110 130 150
4 V, III
N
^^ >
1 /
_ \ /
-
- (\
/ д
/ /
< У
10
30
50
г 70
о
га"
I
ю 90
£
110
130
150
N N
- \ ч V \ ^—\ Д)
/\ 1 \ / \ < N \ \ 1 )
1 / / / / ч
\ / (
- 1 \/
Рис. 3. Распределение удельной активности естественных радионуклидов по профилям темно-серых лесных почв
ние удельной активности 22^а (рис. 3). Увеличение глубины вскипания в этой почве связано с ее более глубоким промачиванием в условиях периодически промывного водного режима, что может сопровождаться миграцией веществ в составе поч-венно-грунтовых вод, вследствие чего происходит вынос 22^а из средней части профиля. Такая миграция радионуклида может иметь не только вертикальное (нисходящее), но и латеральное направление с боковым стоком почвенно-грунтовых вод.
В профиле темно-серой лесной средневски-пающей почвы снижение удельной активности 22^а прослеживается только в пределах гор.В1 (44—72 см) и менее выражено, чем в глубоковски-пающей почве. Водно-миграционные процессы в средневскипающей почве протекают слабее и ограничены глубиной промачивания до верхней границы гор. ВСк (110 см). Вследствие этого профильное распределение 22^а более плавное, при этом локальное увеличение его удельной активности проходит над границей карбонатного горизонта (рис. 3).
Еще одним фактором, определяющим различный характер профильного распределения 22^а в почвах, является расположение корневой системы древесной растительности. Вертикальное распределение радионуклидов может изменяться за счет их переноса корневой системой. Дубравы, имеющие высокую биологическую продуктивность и более глубокое проникновение корней, активно поглощают из почвы кальций и другие химические элементы, в том числе 22^а. Оба фактора (глубина промачивания почвенного профиля и тип биогеоценоза) могут иметь взаимную обусловленность и оказывать совместное влияние на миграцию 22^а и других элементов.
В гор. ВСк значения удельной активности 22^а в обоих профилях выравниваются, составляя 25—30 Бк/кг. Этот уровень, зафиксированный в карбонатных покровных суглинках, являющихся почвообразующей породой, можно использовать в качестве эталона сравнения при расчете почвенных и геохимических индексов. Так, на исследованном объекте коэффициент накопления, рассчитанный как отношение удельной активности элемента в поверхностном горизонте почв к его удельной активности в породе, для 22^а составляет около 1,5.
Результаты корреляционного анализа в гор. В1, В2 и В3 показывают статистически значимую (р = = 0,05) положительную корреляцию активности 22^а с суммой обменных Са2+ и М£2+ и степенью насыщенности основаниями (таблица). Как и в верхних горизонтах, такая взаимосвязь указывает на сопряженное распределение этих элементов в почвенном поглощающем комплексе, сформированное в результате миграционных процес-
сов в средней части профиля темно-серых лесных карбонатных почв.
В распределении 232ТИ по профилю глубоко-вскипающей почвы под дубравой (разр. 1) отмечена его повышенная удельная активность в гор. А, достигающая 50 Бк/кг. Противоположная тенденция наблюдается в гор. А(АЕ) средневскипающей почвыпод березняком (разр.2), где зафиксирован минимум удельной активности элемента, составляющий 31 Бк/кг, причем в нижележащем гор. АВ данный показатель резко возрастает до 53 Бк/кг (рис.3). В гумусовых горизонтах лесных почв в условиях кислой реакции среды, обусловленной органическими кислотами, характерно развитие процесса оподзоливания с интенсивным химическим разложением минералов и выносом многих элементов вниз по профилю. 232ТИ выносится из подзолистых и оподзоленных горизонтов [13]. Начальная стадия оподзоливания наблюдается под березняком и сопровождается выносом 232ТИ из гор.А(АЕ) и его накоплением в гор.АВ. В почве под дубравой такой вынос прослеживается из верхней части гор.АВ и слабо выражен. По-видимому, состав органических кислот, образующихся при разложении опада и корневых остатков берез, способствует развитию оподзоливания в большей степени по сравнению с дубами. Эти результаты свидетельствуют о том, что подобное элювиальное распределение 232ТИ может указывать на развитие процесса оподзоливания в темно-серых лесных почвах.
Накопление 232ТИ наблюдается не только в гор.АВ, но и в гор. В1 средневскипающей почвы под березняком. В нижележащих гор. В2, В3 и ВСк удельная активность элемента по профилю обеих почв выравнивается и составляет 45—50 Бк/кг, что можно считать уровнем геохимического фона для почвообразующей породы, в качестве которой на исследованной территории выступают карбонатные покровные суглинки. Статистически значимых (р = 0,05) коэффициентов корреляции между 232ТИ и почвенными свойствами не выявлено.
Профильное распределение 40К имеет характер, сходный с 232ТИ (рис.3). В гор.А(АЕ) и АВ обнаружена статистически значимая (р = 0,05) положительная связь между этими радионуклидами. Можно предположить, что в верхней толще исследованных почв их распределение обусловлено влиянием одних и тех же факторов: биогенных процессов и оподзоливания.
В глубоковскипающей почве под дубравой (разр. 1) удельная активность 40К увеличивается в верхней части гор. А, но менее резко, чем его подвижная форма, что отражает биогенную аккумуляцию этого элемента. Ежегодное поступление калия с опадом составляет в спелых дубравах 47—65 кг/га, тогда как в березняках того же возраста оно гораздо меньше — 14—35 кг/га [9].
В гор. А(АЕ) почвы под березняком зафиксирован минимум удельной активности 40К (рис. 3), при этом в нижележащем гор. АВ прослеживается его накопление, но менее выраженное, чем 232ТИ. Такое элювиальное распределение этих радионуклидов можно объяснить их выносом вследствие процесса оподзоливания. В профиле почвы под дубравой минимум 40К зафиксирован в верхней части гор. АВ, а максимум — в гор. В2 (58—100 см), т.е. пики смещены вниз на 30—40 см по сравнению с березняком.
В нижних горизонтах распределение 40К обусловлено уровнями валового содержания стабильного калия, которое определяется количеством и степенью выветрелости калиевых полевых шпатов и иллитов в составе песчаных и пылеватых фракций почвы [11]. В гор. В2, В3 и ВСк глубо-ковскипающей почвы значения удельной активности 40К составляют 600—630, в средневскипаю-щей — 550—580 Бк/кг, что отражает пространственное варьирование содержания валового калия в почвообразующей породе — карбонатных покровных суглинках.
Зафиксированные диапазоны значений удельной активности 226Яа (22—40 Бк/кг), 232ТЬ (31—53 Бк/кг) и 40К (420—680 Бк/кг) соответствуют региональному фоновому уровню. Эффективная удельная активность природных радионуклидов [10], рассчитанная для почвенных горизонтов, не превышает 370 Бк/кг и не представляет радиационной опасности для населения и экосистем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М., 1970.
2. Баранов В.И., Морозова Н.Г., Мухранели И.А. Эманирование почв различного генезиса // Почвоведение. 1968. № 12.
3. Воробьёва Л.А. Теория и методы химического анализа почв. М., 1995.
4. Гиль Т.В., Таскаев А.И., Алексахин Р.М. Влияние Са и Ва на поглощение 226Яа почвами // Почвоведение. 1981. № 11.
5. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М., 2003.
6. Классификация и диагностика почв СССР. М., 1977.
7. Носкова Л.М. Динамика миграции урана, радия и тория в компонентах экосистем, нарушенных в результате радиевого производства: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Сыктывкар, 2010.
8. Практикум по агрохимии / Под ред. В.Г. Минее-ва. М., 2001.
9. Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара. М., 1965.
10.СанПиН 2.6.1.2523-09. Нормы радиационной безопасности. НРБ-99/2009.
Выводы
• Показатели кислотно-основного состояния темно-серых лесных почв связаны с типом лесного биогеоценоза и глубиной залегания карбонатного гор. ВСк. Значения рНвод, суммы обменных Са2+ и М§2+, степени насыщенности основаниями снижены в глубоковскипающей почве и возрастают в средневскипающей с наибольшим увеличением при переходе к карбонатному горизонту.
• Увеличение удельной активности 22^а, 232ТИ и 40К в слое 0—10 см гор. А, зафиксированное в почве дубравы, сопряжено с накоплением гумуса и биогенной аккумуляцией подвижных форм калия и фосфора.
• Локальное развитие оподзоливания в почве березняка сопровождается выносом 232ТИ из гор. А(АЕ) и накоплением этого элемента в гор. АВ. Распределение 232ТИ и 40К имеет в исследованных почвах сходный характер.
• Положительная корреляционная связь между удельной активностью 22^а и суммой обменных оснований Са2+ и М£2+, выявленная в гор. А, А(АЕ), АВ и нижележащих гор. В1, В2, В3, указывает на сопряженное поведение этих элементов-аналогов в почвенном поглощающем комплексе в верхней и средней частях профиля.
• Вынос 22^а из средней части профиля сильнее выражен в глубоковскипающей почве вследствие более интенсивной миграции соединений в почвенно-грунтовых водах и глубокого проникновения корневой системы дуба.
11. Соколова Т.А., Куйбышева И.П. Факторы, определяющие формы соединений и валовое содержание калия в серых лесных почвах // Почвоведение. 1989. № 2.
12. Таскаев А.И., Овченков В.Я., Алексахин Р.М., Шуктомова И.И. О формах 226Ra в горизонтах почв с его повышенной концентрацией // Почвоведение. 1978. № 2.
13. Титаева Н.А. Ядерная геохимия. 2-е изд. М., 2000.
14. Шуктомова И.И., Титаева Н.А., Таскаев А.И., Алексахин Р.М. Поведение 238U, 232Th и 226Ra в почвах горной тундры // Почвоведение. 1983. № 8.
15. Belivermis M, Kilig O, (¿otuk Y, Topcuoglu S. The effects of physicochemical properties on gamma emitting natural radionuclide levels in the soil profile of Istanbul // Environ. Monit. Assess. 2010. Vol. 163, N 1—4. DOI: 10.1007/s10661-009-0812-1.
16. Dragovic S, Gajic B, Dragovic R. et al. Edaphic factors affecting the vertical distribution of radionuclides in the different soil types of Belgrade, Serbia // J. Environ. Monit. 2012. Vol. 14, N 1. DOI: 10.1039/c1em10457h.
17. Edsfeld C. The radium distribution in some Swedish soils and its effects on radon emanation. Doctoral thesis. Stockholm, Sweden, 2001.
18. Greeman D.J., Rose A.W., Washington J.W. et al. Geochemistry of radium in soils of the Eastern United States // Appl. Geochem. 1999. Vol. 14, N 3.
19. Hinton T.G., Knox A.S., Kaplan D.I., Sharitz R. Phytoextraction of uranium and thorium by native trees in a contaminated wetland // J. Radioanalyt. Nucl. Chem. 2005. Vol.264, N 2. DOI: 10.1007/s10967-005-0731-8.
20. Mahon D.C., Mathewes R. W. Uptake of a naturally occurring radioisotopes by vegetation in a region of high radioactivity // Can. J. Soil Sci. 1983. Vol.63, N 2. DOI: 10.4141/cjss83-028.
21. Tsai T.L. Liu C.C., Chuang C.Y. et al. The effects of physico-chemical properties on natural radioacti-
vity levels, associated dose rate and evaluation of radiation hazard in the soil of Taiwan using statistical analysis // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2011. Vol.288. DOI: 10.1007/s10967-011-1032-z.
22. Virtanen S, Vaaramaa K, Lehto J. Fractionation of U, Th, Ra and Pb from boreal forest soils by sequential extractions // Appl. Geochem. 2013. Vol. 38. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2013.08.004.
Поступила в редакцию 09.10.2018 После доработки 01.11.2018 Принята к публикации 28.11.2018
DISTRIBUTION OF 226Ra, 232Th AND 40K IN DARK GRAY FOREST SOILS
WITH DIFFERENT CARBONATE HORIZON DEPTH
D.N. Lipatov, D.V. Manakhov, A.I. Shcheglov, O.B. Tsvetnova
The 226Ra, 232Th, 40K vertical profiles were studied in relation with the soil properties: pHh20, the sum of exchangeable Ca2+ and Mg2+, the degree of saturation with bases, the content of humus, mobile forms of phosphorus and potassium. An increase in the specific activity of 226Ra, 232Th, 40K associated with the accumulation of humus and the biogenic accumulation of mobile forms of potassium and phosphorus in the upper 0—10 cm layer of horizon A in the soil of the oak forest was detected. The removal of 226Ra from the middle part of the profile of dark gray forest deep-carbonate soil was recorded. A positive correlation between the specific activity of 226Ra and the sum of the exchange bases Ca2+ and Mg2+ indicating the conjugate behavior of these elements-analogues in the horizons A, A(AE), AB and the lower horizons B1, B2, B3 was revealed. Removal of 232Th from horizon A(AE) and accumulation in horizon AB under conditions of local podzolization of dark gray forest soil in birch forest was observed.
Key words: natural radionuclides, radionuclide migration, soil profile, soil processes, dark gray forest soil.
Сведения об авторах
Липатов Денис Николаевич, канд. биол. наук, ст. препод. каф. радиоэкологии и эко-токсикологии ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: dlip@soil.msu.ru. Ма-нахов Дмитрий Валентинович, канд. биол. наук, ст. препод. каф. радиоэкологии и экоток-сикологии ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: dvmanakhov@gmail.com. Щеглов Алексей Иванович, докт. биол. наук, профессор, зав. каф. радиоэкологии и эко-токсикологии ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: shchegl@mail.ru. Цветнова Ольга Борисовна, канд. биол. наук, вед. науч. сотр. каф. радиоэкологии и эко-токсикологии ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: tsvetnova@mail.ru.
