CC BY
10
УДК 631.4:546.36:631.5
СОВРЕМЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ 137CS В ПОЧВАХ ЕСТЕСТВЕННЫХ КОРМОВЫХ УГОДИЙ
ЧЕСАЛИН С.Ф.,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВО Брянский ГАУ.
СИЛАЕВ А.Л.,
кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий кафедрой агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВО Брянский ГАУ.
ЧЕКИН Г.В.,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВО Брянский ГАУ.
СМОЛЬСКИЙ Е.В.,
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВО Брянский ГАУ.
Реферат. В статье дана современная оценка радиоактивного загрязнения естественных кормовых угодий пойменного ландшафта реки Ипуть, юго-запада Брянской области. Проведенный мониторинг радиоактивного загрязнения аллювиальных почв, естественного травостоя и плодородия почв обнаружил следующие результаты: горизонтальное перераспределение 137Cs в почвах естественных кормовых угодий пойменного ландшафта реки Ипуть определялось типологией поймы, генезисом почв пойменных подсистем; максимальную удельную активность 137Cs слоя почвы 9523 Бк/кг обнаружили в притеррасной части пойменного ландшафта наиболее низко расположенного на рельефе; вертикальное распределение 137Cs в слое 0-60 см определяется генезисом почв пойменных подсистем, установили, что на слой почвы 5-10 см приходится наибольший удельный вес 137Cs, который в зависимости от пойменной подсистемы варьировал от 33 до 45 % от общего количества в исследуемом слое 0-60 см; установили сильную положительную связь между содержанием органического вещества, обменных катионов, подвижного фосфора и удельной активностью 137Cs почвы (коэффициент корреляции более 0,70); в пойменном ландшафте реки Ипуть коэффициент перехода 137Cs из почвы в растения зависит от гранулометрического состава почв и снижается от прирусловой (1,4) к притеррасной подсистеме (0,1) пойменного ландшафта.
Ключевые слова: пойменный ландшафт, аллювиальная почва, радиоактивное загрязнение, миграция, корреляция, 137Cs.
MODERN DISTRIBUTION OF 137Cs IN SOILS NATURAL FODDER LANDS
CHESALIN S.F.,
candidate of agricultural sciences, associate professor, department of agrochemistry, soil science and ecology FSBEI HE Bryansk SAU.
SILAEV A.L.,
candidate of agricultural sciences, head of department of agrochemistry, soil science and ecology FSBEI HE Bryansk SAU.
CHEKIN G.V.,
candidate of agricultural sciences, associate professor, department of agrochemistry, soil science and ecology FSBEI HE Bryansk SAU.
SMOLSKY E.V.,
candidate of agricultural sciences, associate professor, department of agrochemistry, soil science and ecology FSBEI HE Bryansk S AU.
Essay. The article gives a modern assessment of radioactive contamination of the natural fodder lands of the floodplain landscape of the Iput River, the south-west of the Bryansk region. The monitoring of radioactive contamination of alluvial soils, natural grass and soil fertility revealed the following results: the horizontal redistribution of 137Cs in the soils of the natural fodder lands of the floodplain landscape of the Iput River was determined by the typology of floodplain, the genesis of soils of floodplain subsystems; the maximum specific activity of the 7Cs soil layer of 9523 Bq/kg was found in the terrain of the floodplain landscape of the lowest terrain; vertical distribution of 13 Cs in the layer 0-60 cm is determined by the genesis of soils of floodplain subsystems, it was found that the soil layer 5-10 cm accounts for the largest specific gravity of 13 Cs, which, depending on the floodplain subsystem, ranged from 33 to 45% of the total amount in the studied layer 0-60 cm; established a strong positive relationship between the content of organic matter, exchange cations, mobile phosphorus and the specific activity of soil 137Cs (correlation coefficient greater than 0.70); in the floodplain landscape of the Iput River, the coefficient of transition of 137Cs from soil to plants depends on the granulometric composition of soils and decreases from a natural (1.4) to a terraced subsystem (0.1) of the floodplain landscape.
Keywords: floodplain landscape, alluvial soil, radioactive contamination, migration, correlation,
137Cs.
Введение. Анализ удельной активности 137Cs травостоя естественных кормовых угодий после аварии на ЧАЭС показал широкий разброс показателей, который обусловлен многими факторами: неоднородностью загрязнения почв, различиями по генезису и гранулометрическому составу почв, неодинаковой удаленностью обследуемых площадей от места аварии, различными формами нахождения радионуклида в почве [1-3].
Вертикальная миграция в почве 137Cs протекает с малой скоростью. Глубина миграции радионуклидов зависит в значительной степени от состава органических и минеральных компонентов почвы, ее физико-химических характеристик и режима увлажнения. В почвах, испытывающих постоянное переувлажнение, радионуклиды мигрируют глубже, чем в автоморфных [4-6].
Необходимость изучения вертикальной и горизонтальной миграции 137Cs в почвах естественных кормовых угодий определяется несколькими факторами: во-первых, распределение радионуклида в почвенном профиле и удаление из корнеобитаемой зоны определяет размеры его накопления в травостое, во-вторых, влияет на величину экспозиционной дозы и, следовательно, на дозу внешнего облучения человека [7, 8].
В настоящее время вопросы распределения и миграции 137Cs по профилю аллювиальных почв остаются недостаточно изучены.
Сокращение площадей естественных кормовых угодий для получения грубых и сочных кормов, вызванное аварией на ЧАЭС и выпадению радиоактивных осадков, сдерживает развитие животноводческой отрасли в регионе, может быть компенсировано введением в оборот улучшенных радиоактивно загрязненных естественных кормовых угодий [9-11].
Возникает необходимость исследования вертикального и горизонтального распределения 137Cs в пойменном ландшафте для прогноза его перехода в естественный травостой.
Цель исследования - изучить распределение 137Cs по профилю аллювиальной почвы и переход радионуклида в растение в зависимости от местонахождения в пойменном ландшафте.
Материал и методика исследования. Исследования проводили в юго-западной части Брянской области в ландшафте поймы реки Ипуть. Ландшафт конкретной поймы образуют различные сочетания подсистем (прирусловой, центральной, притеррасной), обусловливающий индивидуальные закономерности поступления, накопления, перемещения элементов. Отбор растительных и почвенных образцов для определения соответственно удельной активности 137Cs и агрохимических свойств, удельной активности Cs проводили в 2019 г. в разных по геоморфологии и гидрологии подсистемах пойменного ландшафта (рисунок 1).
Намывной А т м о с ф е р н ы й ТВП
ТВП П о й м а
прирусловая центральная притеррасная
б в
Склоновый ТВП
\ Р е к а _______Грунтово- / напорный ТВП
В о д о у п о р
Р исунок 1 - Профиль типичного пойменного ландшафта
а
Рисунок 2 - Расположение точек отбора почвенных образцов
На рисунке 2 отражено местоположение отбора почвенных образцов: Российская Федерация, Брянская область, Новозыбковский район, с. Перевоз, левый берег р. Ипуть, мелиорационная система в хорошем состоянии, проведены защитные мероприятия по реабилитации радиоактивно загрязненной территории, плотность загрязнения 137Cs в результате выпадения чернобыльских радиоактивных осадков в пределах 555-1480 кБк/м2. Соответствие точек отбора почвенных образцов и аллювиальных почв представлено в таблице 1.
Органическое вещество, обменную кислотность, содержание подвижного фосфора и обменного калий, кальция и магния в почвенных образцах определяли по общепринятым методикам.
137
Удельную активность Cs почвенных и растительных образцов определяли на УСК «Гамма Плюс» (Россия), ошибка измерений не превышала 10%, анализы выполняли в центре коллективного пользования научным оборудованием при Брянском ГАУ.
Для выявления почвенных факторов, связанных с распределением 137Cs, использовали корреляционный анализ, количество пар при
анализе равнялось 12, который позволяет, в первом приближении, определить связи между исследуемыми переменными, к которым в нашем случае относятся 137Cs, обменная кислотность, органическое вещество, подвижные формы фосфора, обменные формы калия, а также обменные кальций и магний. Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием MS Excel 2016.
Результаты исследования. Формирование профиля в аллювиальных почвах обусловлено различным расположением на рельефе, длительностью поемного процесса, особенностями видового состава растительного покрова, разными гранулометрическим и минералогическим составом почв. Распределение Cs в различных слоях почв подчиняется определенным закономерностям, обусловленным действием многих факторов, и является результатом сложных и многообразных биогеохимических процессов. Концентрация 137Cs в различных подсистемах пойменного ландшафта, который расположен в зоне промывного водного режима и на который накладываются пойменный и водо-застойный режимы, характеризуется значительной пестротой и сложностью.
Таблица 1 - Удельная активность 137Cs аллювиальных почв пойменного ландшафта, Бк/кг
Слой почвы, см Аллювиальная дерновая кислая слоистая Аллювиальная луговая кислая маломощная Аллювиальная болотная перегнойно- глеевая тяжелосуглинистая (Р13)
примитивная укороченная супесчаная (Р16) укороченная среднесуглинистая (Р14)
0-5 Ад 3704±398 Ад 2204±264 Ад 8536±897
5-10 А1 3282±347 2712±295 А1В 9523±1047
10-15 В 1693±183 667±76 5592±591
15-20 350±40 А1 285±34 4560±462
20-25 240±35 63,1±9 ВВ 27,2±3
25-30 71,2±9,9 19,27±3,8 6,1±2,2
30-35 30,4±4,5 3,6±1,5 1,3±1,6
35-40 С 4,35±1,7 Вв 0,9±1,0 1,9±1,4
40-45 11,3±2,3 0,6±0,8 2,4±1,6
45-50 3,2±1,5 0,5±1,4 Св 12,6±2,5
50-55 1,6±1,6 Св 0,9±1,0 4,6±1,6
55-60 2,7±1,6 1,3±1,7 2,8±2,4
Климатические условия юго-запада Брянской области, генетические особенности аллювиальных почв и плотность радиоактивного загрязнения в разной степени влияют на вертикальное распределение 137Cs по почвенному профилю и удельную активность 137Cs отдельных слоев (таблица 1).
Наибольшую удельную активность 137Сб обнаружили в дернине и горизонте А1, она варьировала в зависимости от типа аллювиальной почвы от 2712 до 9523 Бк/кг, При этом для менее обводненных почв прируслового вала и центральной поймы максимум приходится на дернину, а в болотной почве прирусловой части поймы максимум отмечен в горизонте А1. Далее с глубиной происходило снижение удельной активности по исследуемым почвам. В почве прирусловой части поймы 137Cs активно мигрировал в горизонт В, и продолжает вертикальную миграцию далее в горизонт С. Подобной активной вертикальной миграции способствует легкий гранулометрический состав данной почвы. В почве центральной части поймы вертикальная миграция идет более медленными темпами, и говорить достоверно о наличии 137Cs в горизонте Вв в настоящее время нельзя, учитывая незначительные значения удельной активности. В болотной почве притеррасной части поймы распределение имеет вид резко убывающей кривой, при этом часть радионуклида мигрировала в горизонт Вв, где, по-видимому, имеются условия для его закрепления, несмотря на высокую обводненность профиля.
Рассматривая горизонтальное распределение 137Cs в пойменном ландшафте, установили следующий тренд: удельная активность 137Сб
возрастает от прирусловой к притеррасной подсистеме поймы, с минимумами в центральной подсистеме поймы, что, по-видимому, связано с постоянным выносом 137Cs с продукцией кормопроизводства.
С точки зрения ландшафтно-геохимических исследований в пойменных ландшафтах наибольшей информативностью обладает корнеобитаемый слой почв, включающий собственно гумусовый горизонт и частично следующий за ним слой аллювия разной степени вовлеченности в почвообразовательный процесс. Свойства данного слоя являются как чувствительным индикатором техногенного загрязнения, так и показателем возможности формирования урожая естественных кормовых трав.
В 2019 г., через 33 года после аварии на
ЧАЭС, в зависимости от типа аллювиальной
почвы в корнеобитаемом слое 0-20 см было от 1
96,11 до 99,79 % 137С^ при этом в слое от 20 до 60 см 137Cs было от 3,89 до 0,21 % (рисунок
3).
137
Сравнивая распределение Cs по слоям почвы, выявили, что в почве прирусловой (аллювиальной дерновой кислой слоистой примитивной укороченной супесчаной) около 40% 137Cs находилось в слое 0-5 см, в то время как далее в притеррасной подсистеме ландшафта (аллювиальная перегнойно-болотная тяжелосуглинистая почва) шло его снижения до 30%, на наш взгляд это связано гранулометрическим составом почв, на легких почвах основная часть 137Cs закрепляется в слое с наибольшим количеством корней, для тяжелых почв характерно более равномерное распределение Сб.
с
ы в ч о п й о л С
Аллювиальная дерновая
кислая слоистая примитивная укороченная супесчаная
Аллювиальная луговая кислая маломощная
укороченная среднесуглинистая
Аллювиальная болотная перегнойно- глеевая тяжелосуглинистая
%
137 „
Рисунок 3 - Распределение Cs по слоям аллювиальной почвы, % от общего количества в слое 0-60 см
«-• 137
Таблица 2 - Коэффициенты корреляции (г) удельной активности Cs и показателей поч-
Показатель г
Р2О5, мг/кг 0,75
К2О, мг/кг 0,29
Са (обм), ммоль/100 г 0,72
Мв (обм), ммоль/100 г 0,75
рНка, ед 0,26
Собщ, % 0,76
В почве центральной поймы (аллювиальной луговой кислой маломощной укороченной среднесуглинистой) основное содержание 137Сб находилось в слое от 0 до 10 см (около 80%), далее шло резкое снижение.
Проведенный корреляционный анализ между агрохимическими показателями почвенного плодородия и удельной активностью 137Cs выявил сильную положительную (г > 0,70) связь между содержанием органического вещества, обменного кальция и магния и подвижного фосфора и удельной активностью 137Cs (таблица 3).
Электроположительно заряженные элементы могут притягиваться к отрицательно заряженной поверхности органического вещества, глинистых частиц и оксидов Fe и А1, которые определяют катионообменную емкость. Поэтому высокая емкость катионного обмена^ ^(ЕКО) снижает подвижность и доступность Cs и увеличивает его фиксацию. Как следствие, появление значимых корреляционных связей между ЕКО, органическим веществом и удельной активностью 137Cs в пойменных почвах.
Содержание органического углерода и илистые частицы в разной степени участвуют в удерживании или ремобилизации Cs, содержащегося в аллювиальных почвах, и частично объясняют характер распределения данного элементов в профиле и отмеченные корреляционные связи.
137
Миграция Cs из почвы в многолетние травы зависела от типа аллювиальной почвы и ее гранулометрического состава. Так наибольший (1,4) коэффициент перехода выявили для условий прирусловой подсистемы пойменного ландшафта, а наименьший 0,1 для притеррасной подсистемы пойменного ландшафта (таблица 3).
Установили тенденцию снижения коэффициент перехода Cs из почвы в воздушно-сухую массу растений от прирусловой до притеррасной подсистем пойменного ландшафта, при изменении гранулометрического состава от супесчаного до тяжелосуглинистого. При этом наиболее ценная в хозяйственной отношении часть пойменного ландшафта имела средний коэффициент перехода 0,9.
Таблица 3 - Переход 137Cs из почвы в растения
Вариант Удельная активность 137Cs Бк/кг Коэффициент перехода 137Сб из почвы в воздушно-сухую массу растений
почва, слой 0-20 воздушно-сухая масса естественного травостоя
Аллювиальная дерновая кислая слоистая примитивная укороченная супесчаная 2257,3 1661,5 1,4
Аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная среднесуглинистая 1467,3 1599,5 0,9
Аллювиальная перегнойно-болотная тяжелосуглинистая 7052,9 553,1 0, 1
Выводы. В результате проведения исследований были получены следующие выводы: 1) горизонтальное распределение 137Cs в почвах пойменного ландшафта р. Ипуть определялось генезисом почв пойменных подсистем,
137
максимум удельной активности Сб 9523 Бк/кг установили в притеррасной части пойменного ландшафта; 2) вертикальное распределение 137Cs в слое 0-60 см определялось генезисом почв пойменных подсистем, было об-
137
наружено, что наибольшее количество Сб находится в слое 5-10 см и от пойменной под-
системы варьировало от 33 до 45 % от общего количества в исследуемом слое; 3) выявили сильную положительную связь между содержанием органического вещества, обменных катионов, подвижного фосфора и удельной активностью 13"^ почвы; 4) в пойменном ланд-
137
шафте р. Ипуть коэффициент перехода Cs из почвы в растения зависит от гранулометрического состава почв и снижается от прирусловой к притеррасной подсистеме пойменного ландшафта.
Список использованных источников
1. Чернобыль: радиационный мониторинг сельскохозяйственных угодий и агрохимические аспекты снижения последствий радиоактивного загрязнения почв (к 30-летию техногенной аварии на Чернобыльской АЭС) / В.Г. Сычев, В.И. Лунёв, П.М. Орлов, Н.М. Белоус. - М.: ВНИИА, 2016. - 184 с.
2. Панов А.В., Алексахин Р.М., Музалевская А.А. Изменение эффективности защитных мероприятий по снижению накопления Cs сельскохозяйственными растениями в различные периоды после аварии на Чернобыльской АЭС // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2011.
- Т. 51. № 1. - С. 134-153.
3. Аверин В.С., Подоляк А.Г. Роль защитных мероприятий для снижения доз облучения населения и получения нормативно чистой сельскохозяйственной продукции //Белорусское сельское хозяйство. - 2010. - № 4. - С. 18-22.
4. Харкевич Л.П., Белоус И.Н., Анишина Ю.А. Реабилитации радиоактивно загрязненных сенокосов и пастбищ: монография. - Брянск, 2011. - 211 с.
5. Panov A.V., Aleksakhin R.M., Muzalevskaya A.A., Prudnikov P.V., Novikov A.A. Influence of rehabilitation measures on 137Cs uptake by crops from soils contaminated during the Chernobyl NPP accident // Eurasian Soil Science. - 2009. - Vol. 42. - № 4. - Pp. 445-457.
6. Panov A.V., Fesenko S.V., Sanzharova N.I., Aleksakhin R.M. Remediation of zones of local radioactive contamination // Atomic Energy. - 2006. - Vol. 100. - № 2. - Pp. 123-131.
7. Алексахин Р.М., Лунев М.И. Техногенное загрязнение сельскохозяйственных угодий (исследования, контроль и реабилитация территорий) // Плодородие. - 2011. - № 3. - С. 32-35.
8. Панов А.В., Фесенко С.В., Алексахин Р.М. Эффективность мероприятий, направленных на снижение доз облучения жителей сельских населенных пунктов в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2001. - Т. 41. - № 6.
- С. 682-694.
9. Бельченко С.А., Белоус И.Н., Наумова М.П. Развитие АПК Брянской области // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. - № 2. - С. 32-35.
10. Шаповалов В.Ф., Харкевич Л.П., Белоус Н.М. Влияние систем удобрений на продуктивность и содержание цезия-137 в урожае // Агрохимический вестник. - 2007. - № 1. - С. 11-12.
11. Качественные корма - путь к получению высокой продуктивности животных и птицы и экологически чистой продукции / Л.Н. Гамко, В.Е. Подольников, И.В. Малявко и др. // Зоотехния. - 2016. - № 5. - С. 6-7.
Spisok ispoFzovanny'x istochnikov
1. ChernobyT: radiacionny'j monitoring sel'skoxozyajstvenny'x ugodij i agroximicheskie aspekty' snizheniya posledstvij radioaktivnogo zagryazneniya pochv (k 30-letiyu texnogennoj avarii na ChernobyTskoj AE'S) / V.G. Sy'chev, V.I. Lunyov, P.M. Orlov, N.M. Belous. - M.: VNIIA, 2016. - 184 s.
2. Panov A.V., Aleksaxin R.M., Muzalevskaya A.A. Izmenenie e'ffektivnosti zashhitny'x meropriyatij po snizheniyu nakopleniya Cs sel'skoxozyajstvenny'mi rasteniyami v razlichny'e pe-riody' posle avarii na ChernobyTskoj AE'S // Radiacionnaya biologiya. Radioe'kologiya. - 2011. -T. 51. № 1. - S. 134-153.
3. Averin V.S., Podolyak A.G. Rol' zashhitny'x meropriyatij dlya snizheniya doz oblucheniya na-seleniya i polucheniya normativno chistoj sel'skoxozyajstvennoj produkcii //Belorusskoe sel'-skoe xozyajstvo. - 2010. - № 4. - S. 18-22.
4. Xarkevich L.P., Belous I.N., Anishina Yu.A. Reabilitacii radioaktivno zagryaznenny'x senokosov i pastbishh: monografiya. - Bryansk, 2011. - 211 s.
5. Panov A.V., Aleksakhin R.M., Muzalevskaya A.A., Prudnikov P.V., Novikov A.A. Influence of rehabilitation measures on 137Cs uptake by crops from soils contaminated during the Chernobyl NPP accident // Eurasian Soil Science. - 2009. - Vol. 42. - № 4. - Pp. 445-457.
6. Panov A.V., Fesenko S.V., Sanzharova N.I., Aleksakhin R.M. Remediation of zones of local radioactive contamination // Atomic Energy. - 2006. - Vol. 100. - № 2. - Pp. 123-131.
7. Aleksaxin R.M., Lunev M.I. Texnogennoe zagryaznenie sel'skoxozyajstvenny'x ugodij (issledovaniya, kontrol' i reabilitaciya territorij) // Plodorodie. - 2011. - № 3. - S. 32-35.
8. Panov A.V., Fesenko S.V., Aleksaxin R.M. E'ffektivnost' meropriyatij, napravlenny'x na snizhenie doz oblucheniya zhitelej sel'skix naselenny'x punktov v otdalenny'j period posle avarii na Chernoby'l'skoj AE'S // Radiacionnaya biologiya. Radioe'kologiya. - 2001. - T. 41. - № 6. - S. 682694.
9. Bel'chenko S.A., Belous I.N., Naumova M.P. Razvitie APK Bryanskoj oblasti // Vestnik Bryanskoj gosudarstvennoj sel'skoxozyajstvennoj akademii. - 2015. - № 2. - S. 32-35.
10. Shapovalov V.F., Xarkevich L.P., Belous N.M. Vliyanie sistem udobrenij na produktivnost' i soderzhanie ceziya-137 v urozhae // Agroximicheskij vestnik. - 2007. - № 1. - S. 11-12.
11. Kachestvenny'e korma - put' k polucheniyu vy'sokoj produktivnosti zhivotny'x i pticy i e'kologicheski chistoj produkcii / L.N. Gamko, V.E. Podol'nikov, I.V. Malyavko i dr. // Zootexniya. -2016. - № 5. - S. 6-7.
