CC BY
26
УДК 631.413:631.524(571.1)' DOI: 10.36718/1819-4036-2020-9-19-26
Игорь Александрович Бобренко
Омский государственный университет им. П.А. Столыпина, заведующий кафедрой aгрохимии и почвоведения, доктор сельскохозяйственных наук, доцент, Россия, Омск, e-mail: [email protected] Олег Анатольевич Матвейчик
Омский государственный университет им. П.А. Столыпина, ассистент кафедры aгрохимии и почвоведения, Россия, Омск, e-mail: [email protected] Елена Геннадиевна Бобренко
Омский государственный университет им. П.А. Столыпина, доцент кафедры экологии, природопользования и биологии, кандидат сельскохозяйственных наук, Россия, Омск, e-mail: [email protected]
СОДЕРЖАНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В ПОЧВАХ И РАСТЕНИЯХ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Цель исследования - выявить уровень и закономерности изменения содержания радионуклидов в пахотных почах и продукции растениеводства в лесостепи Омской области. Исследование основано на результатах мониторинга 1994-2018 гг. на реперных участках. Также использовались архивные материалы радиологического обследования, проведенного ЦАС «Омский». Определение радионуклидов в почвах сельскохозяйственных угодий и продуктах растениеводства проводили согласно общепринятым методикам. Объектами являлись культурные растения и почвы: чернозем обыкновенный; лугово-черноземная почва; солонец лугово-черноземный глубокий. В результате радиологического обследования пахотного горизонта почв лесостепной зоны Омской области 1994-2018 гг. определено содержание радионуклидов и сделана оценка, для этого проводилось сравнение со средними значениями по Омской области и РФ. К самым важным из них для определения характера загрязнения относятся 137Cs и 90Sr, которые по-разному накапливаются. Ионный обмен является основным механизмом закрепления 90Sr в почве, а для 137Cs -также обменный либо по типу ионообменной сорбции на внутренней поверхности частиц почвы. Содержание 90Sr, 137Cs, 40К в почвах не превышало среднее по РФ; 226Ra и 232Th превышало среднее и по региону, и по РФ. Концентрация 90Sr в растениях составила 1,1-2,9; 137Cs - 5,615,4 Бк/кг. Коэффициенты накопления радионуклидов растениями (90Sr - от 0,54 до 2,1; 137Cs -от 0,47 до 1,64) соответствуют слабому уровню, сельскохозяйственная продукция не аккумулирует их в опасных количествах. Таким образом, учитывая низкое содержание радионуклидов в почве и продукции растениеводства, радиационную обстановку в лесостепной зоне Омской области можно считать безопасной.
Ключевые слова: радионуклид, содержание, почва, обследование, продукция.
Igor A. Bobrenko
Omsk State Agrarian University named after P. A. Stolypin, head of the chair of agrochemistry and soil science, doctor of agricultural sciences, associate professor, Russia, Omsk, e-mail: [email protected] Oleg A. Matveychik
Omsk State Agrarian University named after P. A. Stolypin, assistant of the chair of agrochemistry and soil science, Russia, Omsk, e-mail: [email protected]
© Бобренко И.А., Матвейчик О.А., Бобренко Е.Г., 2020 Вестник КрасГАУ. 2020. №9. С. 19-26.
Elena G. Bobrenko
Omsk State Agrarian University named after P. A. Stolypin, associate professor of the chair of ecology, environmental management and biology, candidate of agricultural sciences, Russia, Omsk, e-mail: [email protected]
RADIONUCLIDE CONTENT IN THE SOILS AND PLANTS OF THE FOREST-STEPPE OF WESTERN SIBERIA
The purpose of the research was to identify the level and patterns of the changes in the content of radionuclides in arable soils and crop production in the forest-steppe of Omsk Region. The research was based on the results of monitoring in 1994-2018 on reference sites. Also archival materials of radiological examination conducted by CAS "Omsk" were used. The noticing of presence of radionuclides in the soils of agricultural grounds and products of plant growing was carried out according to the standard techniques. The objects of the research were cultivated plants and soils: ordinary chernozem; meadow-chernozem soil; solonets meadow-chernozem deep. As a result of radiological inspection of arable horizon of soils of the forest-steppe zone of Omsk Region in 1994-2018 noticed the content of radionuclides and the assessment was made, the comparison with average values across Omsk Region and the Russian Federation was carried out for this purpose. The most important of them for the determination of the nature of pollution were differently accumulated 137Cs u 90Sr. Ionic exchange was the main mechanism of fixing 90Sr in the soil, and for 137Cs was also the exchange or as ion-exchange sorption on an internal surface of particles of the soil. The content of 90Sr, 137Cs, 40K in the soils did not exceed the average for the Russian Federation; 226Ra and 232Th exceeded the average for the region and for the Russian Federation. The concentration of 90Sr in the plants made 1.1 and 2.9,137Cs of 5.6-15.4 Bq/kg. The coefficients of accumulation of radionuclides by plants (90Sr - from 0.54 to 2.1, 137Cs - from 0.47 to 1.64) corresponded to a weak level, and agricultural products did not accumulate them in dangerous quantities. Thus, given the low content of radionuclides in the soil and in crop production, the radiation situation in the forest-steppe zone of Omsk Region can be considered safe.
Keywords: radionuclide, content, soil, survey, products.
Введение. В Омской области нет атомных электростанций, здесь не присутствуют предприятия ядерной энергетики и не проводились ядерные испытания. Но регион расположен вблизи территорий, которые используют или под ядерные полигоны, или для захоронения атомных отходов. В связи с этим может происходить перенос радионуклидов разными путями и способствовать загрязнению ими почв и продукции [1, 2].
Накопление радионуклидов продукцией сельского хозяйства зависит от биологических особенностей растений и свойств почв. Так, в значительно больших количествах радионуклиды поступают и накапливаются в растениях при возделывании на почвах, имеющих кислую реакцию почвенного раствора. Для своевременного реагирования на возможные проблемы проводится мониторинг [3, 4].
Цель исследования: выявить уровень и закономерности изменения содержания радионуклидов в пахотных почах и продукции растениеводства в лесостепи Омской области.
Материалы и методы исследования. Исследование проведено в 1994-2018 гг. на ре-перных участках лесостепи Омской области, объектами являлись культурные растения и почвы. Также в работе использовались архивные материалы радиологического обследования, проведенного ЦАС «Омский». Определение радионуклидов в почвах сельскохозяйственных угодий и продуктах растениеводства проводили согласно общепринятым методикам [5, 6].
Результаты исследования. В результате радиологического обследования пахотного горизонта почв лесостепной зоны Омской области 1994-2018 гг. определено содержание радио-
нуклидов и проведена оценка, для этого проводилось сравнение со средними значениями по Омской области и РФ. К самым важным из них для определения характера загрязнения относятся 137Об и 908г, которые по-разному накапливаются. Ионный обмен является основным механизмом закрепления 908г в почве, а для 137Об
Полученные экспериментальные данные выявили, что количество 137Об в пахотных почвах лесостепной зоны практически во все годы исследования не превышает средние величины по
Среднее содержание естественного радионуклида 40К в пахотном горизонте чернозема обыкновенного составляет 475 Бк/кг почвы, лу-гово-черноземной - 513 и солонца лугово-черноземного глубокого - 472 Бк/кг. Эти значения меньше средних по РФ и больше средних
- также обменный либо по типу ионообменной сорбции на внутренней поверхности частиц почвы [7].
Концентрация 908г в пахотных почвах лесостепной зоны за все годы исследования превышала средние показатели по Омской области, но была меньше среднероссийских (рис. 1).
Омской области и не выходит своими значениями за пределы показателей, средних по РФ (рис. 2).
по региону, что связано с высоким содержанием элемента в почвах зоны. В окружающей среде радиоактивный изотоп 40К составляет 0,012 % от общего количества калия. Отсюда чем больше концентрация в почвах стабильного калия, тем больше в них содержится калия радиоак-
-
и и
с
сл
а
и п о
и
8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0
1994-1998 1999-2003 2004-2008 2009-2013 2014-2018 Годы исследований
1 Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный
| Лугово-черноземная
среднемощная
среднегумусная 1 СолонеЦ лУгово-
черноземный глубокий
малогумусный
Среднее по Омской области
Среднее по РФ
Рис. 1. Содержание 90Эг в почвах лесостепи (1994-2018 гг.)
25,0
-
| 20,0
^ 15,0 е
ни10,0
а
8 5,0 о
и
0,0
1
1994-1998 1999-2003 2004-2008 2009-2013 2014-2018 Годы исследований
Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный
Лугово-черноземная
среднемощная
среднегумусная
Солонец лугово-
черноземный глубокий
малогумусный
Среднее по Омской области
Рис. 2. Содержание 1370з в почвах лесостепи (1994-2018 гг.)
тивного, и почвы лесостепной зоны, обладающие высоким содержанием калия, имеют высокий уровень и превышают региональный
Еще один естественный радионуклид 232^ во всех исследуемых почвах лесостепи превышал в почве среднее значение по Омской области и России (рис. 4). В природных условиях торий представлен окислами, силикатами, фосфатами, карбонатами, фторидами. Известно несколько десятков минералов тория, главными из которых являются монацит, торит, уратото-рит, торианит. Почти все минералы тория содержат и уран. Удельная активность тория
уровень [2]. Но только лугово-черноземная почва имеет содержание 40К в пахотном горизонте почв, близкое к среднероссийскому.
очень низкая, в связи с чем он мало актуален при изучении уровня радиоактивности окружающей среды [8, 9].
Содержание ^^ в пахотных почвах лесостепи, как и тория, за все годы исследования превышало среднее значение по Омской области и России (рис. 5). Радий содержится практически во всех объектах окружающей среды. Можно предположить, что эти превышения связаны со спецификой почвообразующих пород.
-
и и
.а н
а
и п о
и
60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0
1994-1998 1999-2003 2004-2008 2009-2013 2014-2018 Годы исследований
Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный
Лугово-черноземная
среднемощная
среднегумусная I Солонец лугово-черноземный
глубокий малогумусный Среднее по Омской области
Среднее по РФ
600
а 500
и
и
а400
о
« 300 ни
И 200
а е
до100
П [ГГ 1Г ИХ 1ГГ
1994-1998 1999-2003 2004-2008 2009-2013 2014-2018 Годы исследований
Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный
Лугово-черноземная
среднемощная
среднегумусная J Солонец лугово-черноземный
глубокий малогумусный Среднее по Омской области
Среднее по РФ
Рис. 3. Содержание 40К в почвах лесостепи (1994-2018 гг.)
0
Рис. 4. Содержание 232П в почвах лесостепи Омской области (1994-2018 гг.)
Рис. 5. Содержание 226Яэ в почвах лесостепи Омской области (1994-2018 гг.)
70,0
1 60: и
, 50.
ев СЙ
£ 40.
сч
и
§ 30. я
ев
I 20.
а
и
5 10. и
0
1994-1998 1999-2003 2004-2008 2009-2013 2014-2018 Годы исследований
1 Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный
| Лугово-черноземная
среднемощная
, среднегумусная 1 Солонец лугово-
черноземный глубокий
малогумусный
Среднее "по Омской области
Среднее по РФ
0
Для изучения особенностей содержания радионуклидов в почве исследованы их пробы с различной глубины отбора (табл. 1). Можно отметить, что зависимости концентрации 9^г и 13^ от горизонта нет, 2ЭДа и 232^ изменяется разнонаправленно. Количество 40К максималь-
ное в слое 20-80 см у всех типов почв, именно в этом слое наблюдается наибольшее содержание калийсодержащих минералов [10, 11].
Полученная продукция проанализирована на содержание 9^г и 13^ (табл. 2).
Почва Глубина отбора, см Радионуклид, Бк/кг почвы
искусственный естественный
9(^г 137Св 40К 22^а 232ТИ
Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный 0-20 2,4 12,6 479 45,2 43,3
20-40 2,4 12,3 645 31,8 52,0
40-60 2,5 12,6 626 30,8 58,6
60-80 2,5 12,4 768 35,0 54,7
80-100 2,4 12,3 514 69,6 66,5
Лугово-черноземная среднемощная среднегумусная 0-20 2,4 13,0 531 55,3 54,3
20-40 2,3 12,5 497 85,0 45,6
40-60 2,4 12,5 797 34,9 53,4
60-80 2,3 16,3 458 63,1 57,1
80-100 2,4 12,5 524 71,2 50,8
Солонец лугово-черноземный глубокий малогумусный 0-20 2,3 12,9 502 61,2 48,4
20-40 2,4 12,7 724 34,6 41,9
40-60 2,3 12,8 472 85,5 50,2
60-80 2,3 12,7 491 80,3 38,9
80-100 2,4 12,6 346 76,4 46,5
Таблица 1
Радиологические показатели метрового слоя почв лесостепной зоны Омской области
Таблица 2
Содержание 9^г и 13^ в растениях лесостепи, Бк/кг (среднее 1994-2018 гг.)
Культура Продукция 90Sr 137Cs
миним. макс. миним. макс.
Чернозем обыкновенный
Пшеница яровая Зерно 1,5 2,3 5,6 11,8
Солома 1,1 2,7 6,5 15,4
Ячмень яровой Зерно 1,3 2,5 6,8 11,9
Солома 1,1 2,4 6,2 12,0
Овес Зерно 2,4 2,5 7,1 12,6
Солома 2,0 2,4 6,9 12,0
Кукуруза Зеленая масса 2,9 2,9 12,6 12,6
Кострец безостый Сено 1,7 2,2 7,9 8,30
Лугово-черноземная почва
Пшеница яровая Зерно 2,0 2,1 10,2 10,8
Солома 2,2 2,3 11,1 12,6
Ячмень яровой Зерно 1,2 1,2 13,6 13,6
Солома 1,5 1,5 14,1 14,1
Овес Зерно 1,8 2,3 9,8 11,8
Солома 1,7 2,3 10,1 14,9
Кукуруза Зеленая масса 2,4 2,4 12,2 12,4
Картофель Клубни 1,8 1,9 9,9 11,4
Люцерна Зеленая масса 1,6 2,7 6,7 12,6
Кострец безостый Сено 1,1 2,6 8,6 11,2
Солонец лугово-черноземный
Пшеница яровая Зерно 1,7 2,5 8,1 12,2
Солома 1,9 2,4 8,3 12,0
Ячмень яровой Зерно 1,7 1,7 7,1 7,10
Солома 1,9 1,9 6,4 6,4
Овес Зерно 1,9 2,4 8,9 11,8
Солома 2,0 2,3 9,8 12,4
Подсолнечник Зеленая масса 1,2 2,1 7,8 9,90
Кукуруза 1,8 1,9 9,4 9,50
Люцерна 2,3 3,2 11,6 12,7
Содержание 9^г в растениях составило:
- на черноземе обыкновенном маломощном малогумусном - от 1,1 до 2,9 Бк/кг;
- на лугово-черноземной среднемощной среднегумусной почве - от 1,1 до 2,7 Бк/кг;
- на солонце лугово-черноземном глубоком малогумусном - от 1,6 до 2,7 Бк/кг (ПДК - от 50 до 140 Бк/кг).
Содержание 13^ в продукции растениеводства составило:
- на черноземе обыкновенном маломощном малогумусном - от 5,6 до 15,4 Бк/кг;
- на лугово-черноземной среднемощной среднегумусной почве - от 6,7 до 14,9 Бк/кг;
- на солонце лугово-черноземном глубоком малогумусном - от 6,4 до 12,7 Бк/кг (ПДК - от 80 до 320 Бк/кг).
Содержание искусственных радионуклидов в сельскохозяйственной продукции не зависит от почвы, на которой была получена. Их концентрация не превысила ПДК. Основываясь на полученных данных, были определены коэффициенты накопления искусственных радионуклидов в растениях (табл. 3).
Таблица 3
Среднестатистический коэффициент накопления искусственных радионуклидов в растениях, выращенных на пахотных почвах реперных участков лесостепной зоны Омской области (среднее 1994-2018 гг.)
Культура Продукция 1Э708
миним. макс. миним. макс.
Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный
Пшеница яровая Зерно 0,76 1,58 0,47 1,05
Солома 0,78 1,50 0,55 1,27
Ячмень яровой Зерно 0,67 1,24 0,60 1,01
Солома 0,70 1,00 0,55 1,17
Овес Зерно 0,74 1,14 1,02 1,03
Солома 0,71 0,95 0,97 1,00
Кукуруза Зеленая масса 1,16 1,16 1,03 1,03
Кострец безостый Сено 1,11 1,83 0,64 0,77
Лугово-черноземная среднемощная среднегумусная
Пшеница яровая Зерно 1,40 1,54 1,10 1,29
Солома 1,53 1,69 1,32 1,35
Ячмень яровой Зерно 0,75 0,75 1,58 1,58
Солома 0,94 0,94 1,64 1,64
Овес Зерно 0,82 1,06 0,91 1,20
Солома 0,82 1,00 1,16 1,23
Кукуруза Зеленая масса 1,04 1,04 0,94 1,01
Картофель Клубни 1,13 1,27 1,03 1,56
Люцерна Зеленая масса 0,54 1,13 0,61 1,03
Кострец безостый Сено 0,90 1,29 0,91 1,22
Солонец лугово-че рноземный глубокий малогумусный
Пшеница яровая Зерно 0,74 1,90 0,74 1,11
Солома 0,61 2,10 0,79 1,24
Ячмень яровой Зерно 1,55 1,55 0,69 0,69
Солома 1,73 1,73 0,62 0,62
Овес Зерно 0,62 1,06 0,85 1,03
Солома 0,59 1,11 0,89 1,14
Подсолнечник Зеленая масса 1,00 1,31 0,71 1,14
Кукуруза 0,90 1,27 0,96 1,11
Люцерна 0,81 1,33 0,95 1,02
Величина коэффициента накопления Кн показывает возможный уровень накопления радионуклида в растениях в зависимости от его содержания в почве [12]. Кн 9^г растениями, выращенными на исследуемых типах почв, изменялся в пределах:
- в черноземе обыкновенном маломощном малогумусном - от 0,67 до 1,83;
- в лугово-черноземной среднемощной среднегумусной почве - от 0,54 до 1,69;
- в солонце лугово-черноземном глубоком малогумусном - от 0,59 до 2,1.
Коэффициент накопления 13^:
- в черноземе обыкновенном маломощном малогумусном - от 0,47 до 1,27;
- в лугово-черноземной среднемощной среднегумусной почве - от 0,61 до 1,64;
- в солонце лугово-черноземном глубоком малогумусном - от 0,62 до 1,24.
В целом в растениях, выращенных на данных почвах согласно градации, слабое накопление 9^г и 13^ (Кн - от 1,0-10,0) или аккумуляция радионуклидов отсутствует (Кн - от 0,1-1,0).
Заключение. В результате исследования установлено, что в лесостепной зоне Омской области радиационную ситуацию можно считать
безопасной. Содержание 90Sr, 137Cs, 40К в почвах не превышало среднее по России; 226Ra и 232Th превышало среднее по региону и РФ, но их влияние на общий фон невелико.
Коэффициенты накопления радионуклидов растениями соответствуют слабому уровню, сельскохозяйственная продукция не аккумулирует их в опасных количествах.
Литература
1. Красницкий В.М., Бобренко И.А., Шмидт А.Г. и др. Агроэкологический мониторинг почв на правом берегу Иртыша лесостепной зоны Омской области // Плодородие. 2016. № 3. С. 33-36.
2. Красницкий В.М. Агроэкотоксикологическая оценка агроценозов. Омск: Изд-во ОмГАУ, 2001. 68 с.
3. Черных H.A., Овчаренко М.М. Тяжелые металлы и радионуклиды в биогеноценозах. М.: Агроконсалт, 2002. 197 с.
4. Красницкий В.М., Бобренко И.А., Пыхтаре-ва Е.Г. и др. Качество кормовых культур региона (на примере Омской области). Омск: ЛИТЕРА, 2017. 72 с.
5. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: Росинформагротех, 2003. 240 с.
6. Сборник методик по определению радионуклидов в почвах сельскохозяйственных угодий и продуктах растениеводства. М.: Агропрогресс, 2000. 156 с.
7. Алексахин Р.М. Ядерная энергия и биосфера. М.: Энергоатомиздат, 2009. 144 с.
8. Баюров Л.И. Курс лекций по сельскохозяйственной радиологии: учеб. пособие. Краснодар: Изд-во КубГАУ, 2009. 112 с.
9. Сахаров В.К. Радиоэкология. М.: Изд-во МИФИ, 2010. 185 с.
10. Soil and ecological évaluation of agrocherno-zems of Siberia / A.A. Shpedt, Yu.V. Akseno-va, M.R. Shayakhmetov, etc. // International Transaction Journal of Engineering, Management, & Applied Sciences & Technologies. 2019. Vol. 10. №.3. pp. 309-318.
11. Shpedt A.A., Aksenova Y.V. Soil Exhaustion Criteria for Central Siberia // Journal of Phar-
maceutical Sciences and Research. 2018. V. 10(4). рр. 870-873.
12. Пивоваров Ю.П. и др. Радиационная экология: учеб. пособие. М.: Академия, 2004. 240 с.
Literatura
1. Krasnickij V.M., Bobrenko I.A., Shmidt A.G. i dr. Agrojekologiche-skij monitoring pochv na pravom beregu Irtysha lesostepnoj zony Omskoj oblasti // Plodorodie. 2016. № 3. S. 33-36.
2. Krasnickij V.M. Agrojekotoksikologicheskaja ocenka agrocenozov. Omsk: OmGAU, 2001. 68 s.
3. Chernyh H.A., Ovcharenko M.M. Tjazhelye metally i radionuklidy v biogenocenozah. M.: Agrokonsalt, 2002. 197 s.
4. Krasnickij V.M., Bobrenko I.A., Pyhtareva E.G. i dr. Kachestvo kormovyh kultur regiona (na primere Omskoj oblasti). Omsk: LITERA, 2017. 72 s.
5. Metodicheskie ukazanija po provedeniju kompleksnogo monitoringa plodorodija pochv zemel' sel'skohozjajstvennogo naznachenija. M.: Rosinfor-magroteh, 2003. 240 s.
6. Sbornik metodik po opredeleniju radionuklidov v pochvah sel'sko-hozjajstvennyh ugodij i produktah rastenievodstva. M.: Agroprogress, 2000. 156 s.
7. Aleksahin R.M. Jadernaja jenergija i biosfera. M.: Jenergoatomizdat, 2009. 144 s.
8. Bajurov L.I. Kurs lekcij po sel'skohozjaj-stvennoj radiologii: ucheb. posobie. Krasnodar: Izd-vo KubGAU, 2009. 112 s.
9. Saharov V.K. Radiojekologija. M.: Izd-vo MIFI, 2010. 185 s.
10. Soil and ecological evaluation of agrochernozems of Siberia / A.A. Shpedt, Yu.V. Aksenova, M.R. Shayakhmetov, etc. // International Transaction Journal of Engineering, Management, & Applied Sciences & Technologies. 2019. Vol. 10. №.3. pp. 309-318.
11. Shpedt A.A., Aksenova Y.V. Soil Exhaustion Criteria for Central Siberia // Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. 2018. V. 10(4). rr. 870-873.
12. Pivovarov Ju.P. i dr. Radiacionnaja jekologija: ucheb. posobie. M.: Akademija, 2004. 240 s.
