CC BY
0
ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2024. Т. 79. № 2 LOMONOSOV SOIL SCIENCE JOURNAL. 2024. Vol. 79. No. 2
УДК 631.41:539.163 |(сс)Т7аТТЯ
DOI: 10.55959/MSU0137-0944-17-2024-79-2-85-104
СВОЙСТВА УРБОПОЧВ ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ ДЕЗАКТИВАЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА РАДИОАКТИВНО ЗАГРЯЗНЕННОЙ ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА ЭЛЕКТРОСТАЛЬ
Д. Н. Липатов*, В. А. Вараченков, Д. В. Манахов, Г. И. Агапкина, А. И. Щеглов
МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, 119991, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12 * E-mail: dlip@soil.msu.ru
Определены морфологические свойства, рН, содержание органического углерода, а также удельная активность 137Cs и естественных радионуклидов (40K, 226Ra, 232Th) в верхних горизонтах почв на дезактивированных и слабонарушенных участках города. Исследования проводились в урбоэкосистемах г. Электросталь (Московская область) в 2019 г., т. е. через шесть лет после локальных выпадений 137Cs вследствие радиационного инцидента. Морфологические признаки верхних горизонтов урбопочв: буровато-серый цвет, легкосуглинистый состав, мелкоглыбистая и комковатая структура, включения строительных и бытовых отходов. В верхних горизонтах урбиквазиземов и урбистратифицированных почв отмечено низкое содержание углерода (менее 1%) и высокие коэффициенты вариации этого показателя. В исследованных городских почвах отмечен широкий диапазон варьирования рНводн: от кислой (4,6-5,5) до сильнощелочной (>8,0) реакции почвенной среды. С помощью корреляционного анализа показано, что в верхних горизонтах UR уменьшено содержание органического углерода и наблюдается подщелачивание почвенной среды. Аккумулятивный тип распределения 137Cs зафиксирован для профилей почв загрязненных урбоэкосистем, в которых не проводились дезактивационные мероприятия. В профилях урбопочв, которые подвергались земляным дезактивационным работам, выявлены низкие значения удельной активности 137Cs в поверхностных насыпных слоях и максимумы в погребенных загрязненных горизонтах. В насыпных горизонтах UR, включающих большое количество щебня, отмечается увеличение удельной активности 226Ra. Для некоторых техногенных горизонтов UR и TCH, состоящих преимущественно из кварцевого песка, характерны очень низкие значения удельных активностей 226Ra и 40K. Корреляционные связи химических и радиационных показателей в профилях урбопочв отражают различный состав и свойства верхних горизонтов, сформированных в результате земляных и дезактивационных работ.
Ключевые слова: урбистратифицированные почвы, городские экосистемы, профиль почвы, радиационный инцидент, цезий-137, естественные радионуклиды.
Введение
Рекультивация почв широко применяется для их восстановления в промышленных и городских ландшафтах. Технический этап рекультивации может включать экскавацию верхнего загрязненного или утратившего плодородие горизонта почвы и его замену новыми искусственно сформированными слоями [ГОСТ Р 57446-2017; ГОСТ Р 590572020]. Такие рекультивированные почвы чаще всего трансформируются в урбистратифицированные почвы и урбиквазиземы [Классификация ..., 2004], при этом в их профилях проявляются резкие градиенты изменения морфологических, физических и химических свойств [Герасимова и др., 2003; Кузнецов, Стома, 2013; Сусленкова и др., 2019]. Мониторинг антропогенных почв, сформированных при
участии насыпных слоев разной мощности, является актуальной задачей в урбоэкологических исследованиях.
C целью реабилитации радиоактивно загрязненных территорий разработаны и применяются различные методы дезактивации почв и других компонентов природной среды [Roed et al., 1998; МР 2.6.1.0010-10, 2010; Cui et al. 2020]. По сведениям обобщающих исследований [Пути миграции ..., 1999; Evrard et al., 2019], на радиоактивно загрязненных городских территориях эффективно применялись различные дезактивационные и рекультива-ционные приемы: перекопка почв садов и скверов, дефолиация деревьев; подметание и отмывка дорог; обработка тротуаров, стен и крыш зданий водой, специальными растворами и с помощью щеток и пескоструйных аппаратов; экскавация поверх-
© Липатов Д.Н., Вараченков В.А., Манахов Д.В., Агапкина Г.И., Щеглов А.И., 2024
ностных загрязненных слоев почвы; замена крыш и других конструкций. Наиболее распространенным, но достаточно дорогостоящим подходом является дезактивация почв и грунтов механическим способом, основанная на экскавации загрязненного радионуклидами слоя почвы, его транспортировании с дальнейшим захоронением, а также насыпка завезенного чистого материала (песок, известь, щебень, плодородный слой), которые могут сопровождаться глубокой вспашкой с переворотом почвенного пласта. Такие методы позволяют существенно снизить мощность эквивалентной дозы гамма-излучения на радиоактивно загрязненных участках и предотвратить ресуспензию и ветровой перенос пыли, включающей радионуклиды [Roed et al., 1998; МР 2.6.1.0010-10, 2010; Рачкова, 2010; Taira et al., 2020]. По результатам проведения механических дезактивационных мероприятий на территории, загрязненной чернобыльскими выпадениями в Брянской области, отмечено уменьшение накопления 137Cs в почве на обработанных участках в 5-8 раз. Остаточное загрязнение было погребено под слоем чистого песка толщиной 5-10 см, который служит дополнительным защитным экраном [Рамзаев и др., 2008]. Мероприятия по дезактивации территорий, как правило, проводятся в несколько этапов. Так, в ходе рекультивации почв на участке с радиоактивным загрязнением в городе Ульяновске проводилось три этапа: 1-й — подготовительные работы, включавшие обустройство временной инфраструктуры (санпропускника и пункта дезактивации) и очистку площади работ от крупной растительности; 2-й — основные работы, включавшие экскавацию почво-грунта, его сортировку и вывоз; 3-й — окончание работ, включавшее демонтаж временных пунктов, планировку и рекультивацию площади участка, а также выполнение контрольного радиационного обследования [Федоскова и др., 2018]. Такие дезактивационные работы приводят к значительным механическим нарушениям верхних горизонтов почв, изменению строения почвенного покрова, поэтому необходимы исследования этих трансформаций.
В городе Электросталь в апреле 2013 г. на заводе тяжелого машиностроения произошел радиационный инцидент: попадание источника 137Cs в плавильную печь, его расплавление c выбросом радиоактивных аэрозолей из вентиляционной трубы в городскую среду. Активность расплавленного источника оценена на уровне 1000-7000 Ки (37-259 ТБк) [Романович и др., 2014]. Площадь загрязнения на территории завода составила 7500 м2, и распространение радиоактивных аэрозолей происходило также в западном направлении в прилегающий микрорайон города. В промышленной зоне на месте инцидента и на близлежащей городской территории в 2013 г. проводились дезактивационные мероприятия, включавшие снятие загрязненной
почвы с ее заменой на завезенный грунт [Информационно-аналитический сайт AtomInfo.Ru, 2013].
Цель работы — исследовать морфологические свойства, кислотность, содержание органического углерода, а также удельную активность 137Сз и естественных радионуклидов (40К, 22<^а, 232^) в верхних горизонтах почв на дезактивированных и слабонарушенных участках в урбоэкосистемах г. Электросталь.
Объекты и методы
Полевые исследования проводились в урбоэкосистемах г. Электросталь (Московская область) в 2019 г., т.е. через шесть лет после локальных выпадений 137Сз вследствие радиационного инцидента. Обследованный район города к западу от завода тяжелого машиностроения охватывал территорию в пределах географических координат: 55°47'35.5"-55°47'55.4" северной широты и 38°26'23.1"-38°27'21.7" восточной долготы. В семи точках, выбранных вблизи ЭЗТМ, в промышленных и в близлежащих селитебных урбоэкосистемах были заложены почвенные разрезы в прикопках глубиной 30 см (табл. 1). Почвы в контрольных точках № 1 и № 5 не затронуты дезактивационными и другими земляными работами. В точках № 3, 4, 7 в 2013 году проводилось снятие верхнего 5-10-сантиметрового слоя загрязненной почвы и ее вывоз специализированной организацией, в точках № 2 и № 6 дополнительно засыпали новый привозной слой почвы. В ходе нашего полевого исследования по вертикальным профилям заложенных разрезов выполнено морфологическое описание горизонтов и отбор проб почвы из слоев 0-5, 5-10, 10-15, 15-20, 20-25, 25-30 см. Пробоотбор осуществлялся почвенным ножом из каждого слоя по всей его мощности, масса пробы составляла около 1000 г. Почвы диагностированы на основе Классификации почв России 2004 года [Классификация ..., 2004], с дополнительной индексацией, используемой для городских почв [Прокофьева и др., 2014].
В лаборатории после высушивания и гомогенизации во всех пробах почвы проводили определение содержания органического углерода по методу Тюрина в модификации Антоновой, Скалабян, Су-чилкиной [Практикум ..., 2001]. Актуальную кислотность оценивали на основе рН водной вытяжки в соотношении почва-дистиллированная вода 1:5 (по ГОСТ 26423-85). Определение удельной активности 137Сз, 40К, 22<^а, 232^ в почвенных пробах выполняли на сцинтилляционном гамма-спектрометре с детектором №1(Т1) 63-63 «Мультирад» (ООО НТЦ «Амплитуда», Россия).
При статистической обработке данных проводили проверку нормального закона распределения на основе критерия Уилка-Шапиро (р=0,05) для исходных значений и логнормального — после их преобразования с помощью вычисления десятично-
Таблица 1
Местоположение контрольных точек с прикопками, характеристика урбоэкосистем, почв и проведенных дезактивационных работ
Номер точки, улица, расстояние от источника выброса 137Cs Назначение урбоэкосистемы Фитоценоз Подтипы почвы, горизонты (глубина, см) Название и горизонты по WRB [World ..., 2015] Проведенные земляные работы
Промышленные урбоэкосистемы
№ 1, ул. Красная, 100 метров Участок складирования отходов Ивняк рогозово- осоковый Торфяно-глеезем урбистратифицированный Tmr,ur(0-6)-Bg,ur(6-20)-G(20-30) Dystric Histic Gleysol (Technic), Hur-Bl,ur-Cr Не проводились
№ 2, ул. Красная, 30 метров Полоса отвода надземного трубопровода Рудеральное разнотравье Подзолистая урбистратифицированная глееватая турбированная UR1(0-11)-UR2(11-19)-TUR[EL, BEL]ur(19-24)-BTf,g (24-30) Eutric Nudiargic Gleyic Retisol (Technic, Transportic) Aur-Cur-2EBur-2Bt,s Снятие верхнего слоя почвы + Засыпка нового слоя
№ 3, ул. Красная, 60 метров Полоса отвода вблизи бетонного забора завода Рудеральное разнотравье Урбиквазизем глееватый UR (0-15)-TCH (15-26)-TCHg(26-30) Eutric Gleyic Urbic Technosol Aur-Cur-Cur,l Снятие верхнего слоя почвы
Селитебные урбоэкосистемы
№ 4, ул. Красная, 50 метров Газон бывшего развлекательного центра «Солярис» Разнотравно-злаковый Урбиквазизем оглеенный UR1(0-12)-TCHg(12-21)-TCHG(21-30) Eutric Urbic Gleyic Technosol Aur-Cur,l-Cur,r Снятие верхнего слоя почвы
№ 5, ул. Первомайская, 200 метров Пустырь Кленовник рудерально- разнотравный Урбиквазизем AYur(0-9)-UR1(9-15)-UR2(15-30) Dystric Urbic Technosol (Transрortic) Aur1-Aur2-Aur3 Не проводились
№ 6, ул. Первомайская, 280 метров Двор пятиэтажного дома Липняк рудерально- разнотравный Урбиквазизем UR1(0-10)-UR2 (10-19)-TCHf,ur(19-30) Eutric Urbic Technosol (Novic, Transрortic), Aur-Aur2-Cur,s Снятие верхнего слоя почвы + засыпка нового слоя
№ 7, ул. Жулябина, 410 метров Двор пятиэтажных домов, парк Кленовник рудерально- разнотравный Подзолистая урбистратифицированная турбированная почва UR1(0-9)- UR2(9-22)-TUR[EL, BEL]ur (22-30) Eutric Nudiargic Retisol (Technic, Transportic) Aur-A2ur-2EBur Снятие верхнего слоя почвы
го логарифма. Для выявления взаимосвязей между почвенными показателями рассчитывался коэффициента корреляции Спирмена.
Результаты
Морфологическое строение
и свойства урбопочв
В результате морфологических исследований верхней толщи почв на городской территории вблизи Электростальского завода тяжелого машиностроения выявлено несколько вариантов стра-
тифицированных почв и урбиквазиземов (табл. 1). В верхней части рассмотренных профилей наиболее распространены горизонты урбик UR, имевшие следующие морфологические характеристики: буровато-серый цвет, мелкоглыбистую и комковатую структуру, легкосуглинистый гранулометрический состав, включения строительных и бытовых отходов. В ряде профилей выявлены горизонты ТСН, отмечаемые на техногенных поверхностных образованиях [Прокофьева и др., 2014]. Горизонт UR, выделенный в профилях № 2 и 6, включает насыпан-
ный слой мощностью около 10 см, характеризовавшийся низким содержанием гумуса.
Серогумусовый горизонт AYur отмечен в верхнем слое профиля № 5 в урбоэкосистеме пустыря, в которой не проводились земляные и дезактива-ционные работы. В прикопках № 2 и 7 в горизонте UR2 выявлены прослои осветленного материала супесчаного гранулометрического состава, и ниже отмечен светло-бурый горизонт погребенный или ранее насыпанный TUR[EL, BEL]ur с плитчато-глы-бистой структурой. Такой супесчаный прослой, по-видимому, является остатком скальпированной подзолистой почвы. В средней части профилей № 3 и 4 зафиксирован мокрый оглеенный горизонт ТСЩ легкосуглинистого гранулометрического состава с включениями осколков кирпичей, асфальта и других строительных отходов.
В заболоченной урбоэкосистеме в контрольной точке № 1 выявлен торфяно-глеезем урбистратифи-цированный, который не подвергался земляным и дезактивационным работам. В верхней части этого профиля отмечен минерально-торфяный горизонт Ттг,иг, ниже которого залегают оглеенный Bg,ur и глеевый G горизонты, имевшие сизовато-бурый цвет, среднесуглинистый состав и мокрое состояние влажности.
Среднее содержание органического углерода в верхних горизонтах урбик UR составило 0,70%. Содержание органического углерода в исследованных верхних горизонтах урбопочв варьирует в широком диапазоне: от 0,01 до 7,75%, коэффициент вариации очень высокий — 139,3% (табл. 2). В выборке горизонтов урбик максимальный уровень содержания углерода в три раза меньше, и степень варьирования этого показателя также уменьшается. Распределение содержания органического углерода в верхних горизонтах исследованных урбопочв не удовлетворяло не только нормальному, но и логнормальному закону.
Наиболее высокое содержание органического углерода отмечено в минерально-торфяном горизонте Ттг,иг в разрезе № 1 и в гумусовом горизонте AYur в разрезе № 5, которые не подвергались дезак-тивационным и другим земляным работам. Вертикальное распределение содержания органического углерода в верхней части исследованных профилей урбопочв относится преимущественно к равномерно-аккумулятивному типу (рис. 1а, б). Однако в профилях № 3, 4, 6 аккумуляция органического углерода в верхнем горизонте UR не выражена. В нескольких профилях урбопочв наблюдается локальное слабовыраженное увеличение содержания углерода при переходе к нижележащим горизонтам UR2 и Bg,ur. Наименьшие значения содержания углерода отмечены для урбиквазиземов, имеющих в профиле техногенные горизонты ТСН.
Для исследованных горизонтов урбопочв выявлен широкий диапазон варьирования показате-
Таблица 2
Статистические характеристики варьирования содержания углерода, рН и удельной активности радионуклидов в верхней толще (0-30 см) исследованных урбопочв
Показатель Среднее Медиана Минимум Максимум Коэффициент вариации, %
Верхние горизонты урбик (п=20)
Содержание органического углерода, % 0,70 0,63 0,01 2,34 82,4
РНводн 7,61 7,46 6,42 9,07 11,9
Удельная активность 137С8, Бк-кг-1 300,4 217,1 6,3 1142,0 105,5
Удельная активность 226Яа, Бк-кг-1 21,7 17,2 4,4 53,0 61,9
Удельная активность 232а, Бк-кг-1 13,6 13,9 2,3 25,3 45,9
Удельная активность 40К, Бк-кг-1 175 207 25 309 60,3
Все исследованные верхние слои урбопочв (п=38)
Содержание органического углерода, % 0,96 0,62 0,01 7,75 139,3
рНводн 7,40 7,33 5,28 9,07 14,4
Удельная активность 137С8, Бк-кг-1 880,4 217,1 6,3 8740,0 227,8
Удельная активность 226Яа, Бк-кг-1 21,2 17,6 4,4 61,3 61,7
Удельная активность 232а, Бк-кг-1 14,1 13,9 1,0 25,3 51,0
Удельная активность 40К, Бк-кг-1 202 214 25 374 50,7
ля рНводн: от кислой (4,6-5,5) до сильнощелочной (>8,0) реакции почвенной среды. Распределение значений рНводн в горизонтах урбик, выделенных в верхней части профиля, подчиняется нормальному закону. Зафиксированный средний уровень рНводн соответствует слабощелочной (7,1-7,5), а для выборки верхних горизонтов урбик — щелочной (7,6-8,0) реакции почвенной среды.
Кислая и слабокислая реакция почвенной среды отмечена для испытывающих наименьшее антропогенное воздействие горизонтов почвенных профилей № 1 в слабонарушенной заболоченной урбо-экосистеме и № 5 на пустыре, заросшем деревьями американского клена. Наиболее выраженная щелочная реакция почвенной среды выявлена по всей верхней толще в профилях № 2 и 3 в промышленных экосистемах. В селитебных экосистемах в профилях урбистратифицированных почв в верхнем горизонте UR1 реакция среды слабощелочная, при переходе к горизонту Bg,ur становится сильнощелочной.
Рис. 1. Распределение содержания органического углерода (Сорг) в верхней части профилей почв: промышленных урбоэкосистем (а) в контрольных точках № 1, 2, 3 и селитебных урбоэкосистем (б) в контрольных точках № 4, 5, 6, 7
Удельная активность 137Cs и естественных радионуклидов в урбопочвах
В урбоэкосистемах к западу от Электросталь-ского завода тяжелого машиностроения отмечено загрязнение почв 137Сз, сформированное в результате локальных выпадений, произошедших в 2013 г. вследствие радиационного инцидента. Зафиксированные уровни удельной активности 137Сз во многих исследованных почвенных горизонтах значительно превышают верхнюю границу референтного фонового уровня для почво-грунтов Московского региона — 40 Бк-кг-1 [Петрова, 2011].
Удельная активность 137Сз достигает максимальных значений в верхних горизонтах почвенных профилей № 1 и 5 (рис. 2а, б), для которых не проводились дезактивационные мероприятия. В выборке верхних горизонтов урбик средние и
максимальные уровни удельной активности 137Сз уменьшены (табл. 2), в этих слоях проводились дез-активационные работы. Выявленные очень высокие коэффициенты вариации удельной активности 137Сз обусловлены наличием участков, на которых не проводились дезактивационные мероприятия, это формирует локальный характер радиоактивного загрязнения почв. Распределение удельной активности 137Сз в верхних горизонтах урбик не подчинялось нормальному закону, но удовлетворяло логнормальному закону.
В исследованных профилях почв загрязненных промышленных урбоэкосистем отмечено несколько типов вертикального распределения 137Сз (рис. 2а). В разрезе № 1 в заболоченной урбоэкосистеме распределение 137Сз в верхней части профиля торфя-но-глеезема является регрессивно-аккумулятивным с максимумом в поверхностном слое 0-5 см,
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 22,5 25,0 27,5 30,0
137Cs, Бк-кг1
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
137Cs, Бк-кг-1 2000 3000
а) Почвы промышленных экосистем
б) Почвы селитебных экосистем
0
1000
4000
5000
Рис. 2. Распределение удельной активности 137Сз в верхней части профилей почв: промышленных урбоэкосистем (а) в контрольных точках № 1, 2, 3 и селитебных урбоэкосистем (б) в контрольных точках № 4, 5, 6, 7
сформированном радиоактивными выпадениями в 2013 г. Кроме того, в этом профиле при переходе к глеевому горизонту G, в котором были вскрыты по-чвенно-грунтовые воды, прослеживается некоторое увеличение удельной активности 137Сз, указывающее на возможную латеральную внутрипочвенную миграцию радионуклида.
В профиле урбистратифицированной турбиро-ванной почвы в контрольной точке № 2 зафиксирован резко выраженный максимум удельной активности 137Сз в горизонте UR2 на глубине 15-20 см, составлявший 8740 Бк-кг-1, тогда как в вышележащем UR1 уровень загрязнения в 12 раз меньше. Такое вертикальное распределение техногенного радионуклида, по-видимому, обусловлено насыпным происхождением верхнего слоя, привезенного в ходе проводившихся дезактивационных работ в 2013 г., и погребенным состоянием горизонта UR2, который в момент радиоактивных выпадений был поверхностным и оказался наиболее загрязненным. В другом профиле урбопочвы в контрольной точке № 3 отмечается равномерно-аккумулятивный тип распределения 137Сз при значительном уменьшении уровня загрязнения всех горизонтов (рис. 2а) вследствие очистки почвы с помощью снятия и вывоза загрязненного поверхностного слоя в ходе проведенных дезактивационных работ на этом участке.
В почвах селитебных экосистем отмечены типы распределения 137Сз, сходные с выявленными для промышленных участков на исследованной загрязненной территории. Регрессивно-аккумулятивный тип распределения радионуклида зафиксирован в профиле № 5 почвы урбоэкосистемы пустыря, заросшего американским кленом (рис. 2б). В этой селитебной экосистеме земляные дезактивационные работы не проводились, поэтому 137Сз по-прежнему сосредоточен в поверхностном горизонте AYur (0-9 см). В профиле урбиквазизема, исследованного в контрольной точке № 6 во дворе пятиэтажного дома, распределение 137Сз проявляет максимум в горизонте UR2 на глубине 10-15 см, тогда как в вышележащем UR1 уровень загрязнения в 4 раза меньше. Такое вертикальное распределение техногенного радионуклида обусловлено насыпным характером верхнего слоя, завезенного в ходе проведения земляных дезактивационных работ в 2013 г., и погребенным состоянием горизонта UR2, который в момент радиоактивных выпадений был поверхностным и остается наиболее загрязненным. В профиле № 7, изученном в соседнем дворе пятиэтажных домов, отмечается равномерно-аккумулятивный тип распределения 137Сз при сходном уровне загрязнения (рис. 2б). На этой дворовой территории в 2013 г. проводилось снятие и вывоз загрязненного поверхностного слоя почв, эти дезактивацион-ные мероприятия позволили значительно снизить удельную активность 137Сз.
В верхних горизонтах исследованных урбопочв отмечен широкий размах варьирования удельных активностей естественных радионуклидов: 22<^а — от 4,4 до 61,3 Бк-кг-1, 232гШ — от 1,0 до 25,3 Бк-кг-1, 40К — от 25 до 374 Бк-кг-1 (табл. 2). Распределение значений удельной активности естественных радионуклидов в верхних горизонтах урбик подчиняется нормальному закону. Максимальные уровни удельной активности 22<^а выявлены в некоторых щебнистых поверхностных горизонтах UR1, которые были насыпаны в ходе дезактивационных мероприятий. Более высокие значения удельной активности 232^ и 40К выявлены в горизонтах Bg,ur и G торфяно-глеезема. Наименьшие уровни удельной активности естественных радионуклидов отмечены для отор-фованного горизонта Тт^шт, а также для отдельных слоев UR2, которые в значительной степени состояли из кварцевого песка.
Корреляция исследованных показателей урбопочв
С помощью коэффициента корреляции Спир-мена для верхних горизонтов урбопочв выявлена статистически значимая (р=0,05) обратная связь между содержанием органического углерода и рНводн (табл. 3), обусловленная свойствами по-чво-грунтов, использованных для рекультивации. Положительные коэффициенты корреляции отмечены для удельной активности 137Сз с содержанием органического углерода и удельной активностью 22<^а. Удельные активности естественных радионуклидов 232^ и 40К положительно коррелируют между собой и проявляют статистически значимый отрицательный коэффициент корреляции с рНводн.
Таблица 3
Коэффициенты корреляции Спирмена между содержанием органического углерода, рНводн и удельной активностью радионуклидов в верхних горизонтах урбик(п=20)
Показатель рНводн Удельная активность радионуклидов
137С8 226Иа 232а 40К
Содержание углерода -0,52* +0,53* +0,35 +0,33 +0,39
рНводн -0,03 -0,31 -0,72* -0,79*
Удельная активность 137Сз +0,65* +0,05 +0,04
Удельная активность 226Яа +0,25 +0,22
Удельная активность 232^ +0,83*
* — статистически значимые (р = 0,05) коэффициенты корреляции.
Обсуждение
Морфологическое строение
и свойства урбопочв
В почвенном покрове исследованного района города Электросталь распространены урбистрати-фицированные почвы и урбиквазиземы, в верхней толще их профили сложены горизонтами урбик UR. На загрязненных участках вблизи завода, а также на близлежащих селитебных территориях в 20132014 гг. проводились дезактивационные мероприятия, включавшие земляные работы, поэтому в ряде урбоэкосистем верхний почвенный горизонт урбик UR1 включает насыпной слой на поверхности. В профилях урбиквазиземов отмечены горизонты ТСН, представленные техногенными слоями, сформированными в 1940-1980 гг. при строительстве завода тяжелого машиностроения, транспортной инфраструктуры и зданий.
Слабонарушенные серогумусовые горизонты AYur и минерально-торфяный горизонт Ттг,иг сохраняются в урбоэкосистемах, в которых не проводились земляные и дезактивационные работы.
Низкое содержание органического углерода в исследованных урбистратифицированных почвах и урбиквазиземах указывает на то, что они формировались без участия плодородных почвенных слоев. Высокие коэффициенты вариации, отмеченные для пространственного распределения содержания углерода в верхней толще городских почв, обусловлены сочетанием как техногенных, так и слабонарушенных природных горизонтов. Равномерно-аккумулятивный тип распределения углерода характерен для профилей, в которых сохранились слабонарушенные серогумусовые горизонты AYur и минерально-торфяный горизонт Ттг,иг (рис. 1). В городских почвенных конструкто-земах может наблюдаться сильная трансформация торфяных горизонтов с 2-3-кратным снижением содержания органического углерода [Сусленкова и др., 2019].
В исследованных профилях урбопочв, на которых проводились дезактивационные мероприятия со снятием загрязненного поверхностного слоя (табл. 1), в большинстве случаев отсутствует увеличение содержания органического углерода в верхнем горизонте UR1 (рис. 1). Выявленное в нескольких профилях локальное увеличение содержания органического углерода в нижележащем горизонте UR2 указывает на то, что он ранее был поверхностным и оказался погребен в ходе антропогенной деятельности в городе.
Выявленная низкая гумусированность горизонтов UR1, UR2, ТСН характерна как для промышленных, так и для селитебных урбоэкосистем. В слабонарушенных почвах, встречающихся на промышленных и селитебных участках, наблюдается увеличение содержания органического углерода.
Зафиксированное подщелачивание верхних горизонтов почв города Электросталь связано с влиянием техногенной пыли, оседающей на поверхность, а также с действием кальция и карбонатов, поступающих из строительных и бытовых отходов. В урбоэкологических исследованиях отмечалось, что на участках с интенсивной рекреационной нагрузкой реакция почвенной среды сдвигается в нейтральную и щелочную область (на 0,5-1,5 ед. рН), и в составе обменных катионов увеличивается доля кальция и магния [Кузнецов, Стома, 2013]. Кроме того, используемые для дезактивации и рекультивации привезенные почво-грунты, материалы и мелиоранты могут существенно изменять кислотность почв.
Щелочная и сильнощелочная реакция почвенной среды, отмеченная во всех верхних горизонтах в профилях № 2, 3 для промышленных экосистем, а также в горизонте Bg,ur для селитебных экосистем, могла сформироваться под влиянием строительных материалов и отходов, оказавшихся включенными в техногенные горизонты ТСН.
Удельная активность 137Cs и естественных
радионуклидов в урбопочвах
Регрессивно-аккумулятивный тип профильного распределения 137Сз характерен для почв загрязненных урбоэкосистем к западу от Электросталь-ского завода тяжелого машиностроения, в которых не проводились дезактивационные мероприятия. В урбопочвах, которые подвергались земляным дезактивационным работам, могут формироваться специфичные типы распределения 137Сз, включающие максимумы в погребенных загрязненных горизонтах UR2 на глубине 10-20 см, и низкие уровни в поверхностных (0-10 см) насыпных слоях, формирующих UR1 (рис. 2).
Широкое варьирование значений удельной активности естественных радионуклидов обусловлено неоднородным строением профилей урбопочв. В горизонтах урбик UR1, включающих большое количество щебня, отмечается увеличение удельной активности 22<^а. Для некоторых горизонтов UR2 и ТСН, состоящих преимущественно из кварцевого песка, характерны очень низкие значения удельных активностей 22<^а и 40К. Показатели удельной активности естественных радионуклидов (22<^а, 232^, 40К) могут достаточно четко маркировать разное происхождение и состав техногенных горизонтов в почвенном профиле.
Корреляция исследованных
показателей урбопочв
Обратная корреляционная связь между содержанием органического углерода и рНводн, выявленная в верхних горизонтах урбик (табл. 3), указывает на сопряженность этих показателей в исследованных городских почвах. По-видимому, это обуслов-
лено особенностями насыпных грунтов, характеризовавшихся низким содержанием органического углерода и щелочной реакцией среды, тогда как сохранившиеся природные почвенные горизонты являются более кислыми и гумусированными.
Отмеченная положительная корреляция удельной активности техногенного радионуклида 137Сз с содержанием органического углерода в верхних горизонтах урбопочв свидетельствует о том, что старые загрязненные слои более гумусированы, чем новые, насыпанные в ходе проведения дезак-тивационных работ. Обратная корреляционная взаимосвязь рНводн с удельными активностями 232^ и 40К отражает тот факт, что наиболее щелочная реакция почвенной среды была характерна для тех горизонтов UR2, в которых отмечена высокая доля кварцевого песка с возможным включением карбонатов и строительных отходов.
Корреляционные связи содержания органического углерода, рН и радиационных показателей в верхней толще профилей урбопочв обусловлены различным составом и свойствами горизонтов, сформированных в результате земляных и дезак-тивационных работ. Анализ почвенных свойств и их взаимосвязей может использоваться в экологическом мониторинге и разработке методов рекультивации городских почв.
Выводы
1. В почвенном покрове исследованного района города Электросталь преобладают урбистратифи-цированные почвы и урбиквазиземы, включая их турбированные и оглеенные виды. Характерные морфологические признаки их верхних горизонтов: буровато-серый цвет, легкосуглинистый состав, мелкоглыбистая и комковатая структура, включения строительных и бытовых отходов.
2. Выявленное низкое содержание углерода (менее 1%) в горизонтах UR1, UR2 указывает на их формирование без участия плодородных почвенных слоев. Высокие коэффициенты вариации, отмеченные для пространственного распределения содержания органического углерода в верхней толще городских почв, обусловлены сформированными урбаногенными и техногенными слоями в сочетании со слабонарушенными природными горизонтами.
3. В исследованных верхних горизонтах городских почв характерен широкий диапазон варьирования рНводн: от кислой (4,6-5,5) до сильнощелочной (>8,0) реакции почвенной среды. Подщелачивание реакции почвенной среды отчетливо проявляется в техногенных горизонтах UR2 с включениями строительных отходов.
4. Проведенные дезактивационные и рекуль-тивационные работы уменьшили уровень удельной активности 137Сз в поверхностных горизонтах почв. Регрессивно-аккумулятивный тип распреде-
ления 137Cs характерен для профилей почв загрязненных урбоэкосистем, в которых не проводились дезактивационные мероприятия. В урбопочвах, которые подвергались земляным дезактивацион-ным работам, сформированы специфичные типы распределения с низкими значениями удельной активности 137Cs в поверхностных насыпных слоях и максимумами в погребенных загрязненных горизонтах.
5. Распределение удельной активности естественных радионуклидов отражает неоднородное строение профилей урбопочв. В горизонтах, включающих большое количество щебня, отмечается увеличение удельной активности 226Ra. Для некоторых горизонтов UR2 и TCH, состоящих преимущественно из кварцевого песка, характерны очень низкие значения удельных активностей 226Ra и 40K.
Информация о финансировании работы
Исследования проводилось в рамках НИОКТР № АААА-А21-121012290189-8, выполняемой по государственному заданию и при поддержке Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ имени М.В.Ломоносова «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды».
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можаро-ва Н.В. и др. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация. Смоленск, 2003.
2. ГОСТ Р 57446-2017. Наилучшие доступные технологии. Рекультивация нарушенных земель и земельных участков. Восстановление биологического разнообразия. М., 2017.
3. ГОСТ Р 59057-2020. Охрана окружающей среды. Земли. Общие требования по рекультивации нарушенных земель. М., 2020.
4. Информационно-аналитический сайт Atominfo. Ru [Электронный ресурс]. Ликвидацию последствий радиоактивного излучения завершили на заводе в Подмосковье. 2013. URL: http://atominfo.ru/newse/l0199.htm (дата обращения 10.09. 2023)
5. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004.
6. Кузнецов В.А., Стома Г.В. Влияние рекреации на лесные городские ландшафты (на примере Национального парка «Лосиный остров» г. Москвы) // Вестн. Моск. ун-та. Сер.17. Почвоведение. 2013. № 3.
7. МР 2.6.1.0010-10 Оценка радиологической эффективности защитных мероприятий (контрмер), проводимых в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС: Методические рекомендации. М., 2011.
8. Петрова Т.Б. Особенности формирования радиационного фона г. Москвы, обусловленного гамма-излу-чающими радионуклидами природного и техногенного
происхождения: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. М., 2011.
9. Практикум по агрохимии / Под ред. В.Г. Минеева. М., 2001.
10. Прокофьева Т.В., ГерасимоваМ.И., Безуглова О.С. и др. Введение почв и почвоподобных образований городских территорий в классификацию почв России // Почвоведение. 2014. № 10. https://doi.org/10.7868/ S0032180X14100104
11. Пути миграции искусственных радионуклидов в окружающей среде. Радиоэкология после Чернобыля / Под ред. Ф. Уорнера, Р. Харрисона; пер. с англ. М., 1999.
12. Рамзаев В.П., Барковский А.Н., Мишин А.С. и др. Радиационно-гигиеническая оценка возможностей применения механической дезактивации в населенных пунктах Брянской обрасти // Радиационная гигиена. 2008. Т. 1, № 2.
13. Рачкова Н.Г. Дезактивация радиоактивно загрязненных почв: современные методы решения проблемы и их эффективность // Журн. вестн. ИБ. 2010. № 5.
14. Романович И.К., Брук Г.Я., Громов А.В. и др. Радиационная обстановка на Электростальском заводе тяжелого машиностроения и прилегающей территории г. Электросталь, связанная с расплавлением радионуклид-ного источника // Актуальные вопросы радиационной гигиены: Сб. тезисов конференции. СПб, 2014.
15. Сусленкова М.М., Умарова А.Б., Кокорева А.А. и др. Трансформация агрохимических свойств конструк-тоземов разного строения в условиях г. Москвы // Проблемы агрохимии и экологии. 2019. № 3.
16. Федоскова Л.М., Бородков Д.А., Жукова Е.Ю. и др. Опыт проведения дезактивационных мероприятий территории Соловьева оврага в г. Ульяновске // Актуальные вопросы радиационной гигиены: Мат-лы международной научно-практической конф. СПб., 2018.
17. Cui L., Taira Y, Matsuo M. et al. Environmental Remediation of the difficult-to-return zone in Tomioka Town, Fukushima Prefecture // Scientific Reports, 10, Article number: 10165 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-66726-y
18. Evrard O., Laceby J.P., Nakao A. Effectiveness of landscape decontamination following the Fukushima nuclear accident: a review // SOIL, 2019. Vol. 5. https://doi. org/10.5194/soil-5-333-2019
19. IUSS Working Group WRB. 2015. World reference base for soil resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. Word Soil Resources Report 106. FAO. Rome.
20. Roed J., Andersson K.G., Barkovsky A.N., et al. Mechanical decontamination tests in areas affected by the Chernobyl accident. Riso National Laboratory. Denmark. 1998. № 1029(EN).
21. Taira Y., Matsuo M., Orita M. et al. Assessment of localized and resuspended 137Cs due to decontamination and demolition in the difficult-to-return zone of Tomioka town, Fukushima Prefecture // Integr Environ Assess Manag. 2022. Vol. 18(6). https://doi.org/10.1002/ieam.4625
Поступила в редакцию 21.09.2023 После доработки 20.11.2023 Принята к публикации 18.01.2024
ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2024. Т. 79. № 2 LOMONOSOV SOIL SCIENCE JOURNAL. 2024. Vol. 79. No. 2
PROPERTIES OF URBAN SOILS AFTER DECONTAMINATION MEASURES ON THE RADIOACTIVELY CONTAMINATED TERRITORY OF THE CITY OF ELEKTROSTAL
D. N. Lipatov, V. A. Varachenkov, D. V. Manakhov, G. I. Agapkina, A. I. Shcheglov
We studied morphological properties, pH, organic carbon content, and specific activity of 137Cs and natural radionuclides (40K, 226Ra, 232Th) in the upper horizons of soils in deactivated and slightly damaged areas of the city. The studies were carried out in the urban ecosystems of the city of Elektrostal (Moscow region) in 2019, i.e. 6 years after local precipitation of 137Cs due to a radiation incident. Morphological features of the upper horizons of urban soils were: brownish-gray color, light-loamy composition, small-lumpy and lumpy structure, inclusions of construction and household waste. In the upper horizons of urbiquasizems and urban soils, a low carbon content (less than 1%) with high coefficients of variation - were detected. In the studied urban soils, a wide range of water pH values was noted: from acidic (4,6-5,5) to highly alkaline (> 8,0) reaction. Correlation analysis showed that in the upper horizons of UR, the content of organic carbon was reduced and alkalinization of the soil environment was observed. The accumulative type of distribution of 137Cs was recorded for soil profiles of polluted urban ecosystems in which decontamination measures were not carried out. The profiles of urban soils that were subjected to decontamination revealed low values of the specific activity of 137Cs in surface bulk layers and maxima in buried contaminated horizons. In the bulk horizons of UR, which include a large amount of crushed stone, there is an increase in the specific activity of 226Ra. Some technogenic horizons UR and TCH, consisting mainly of quartz sand, are characterized by very low values of specific activities 226Ra and 40K. Correlations of chemical and radiation indicators in the profiles of urban soils reflect the different composition and properties of upper horizons formed as a result of excavation and decontamination work.
Keywords: urban soils, urban ecosystems, soil profile, radiation incident, caesium-137, natural radionuclides
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Липатов Денис Николаевич, канд. биол. наук, ст. преп. кафедры радиоэкологии и экотоксикологии факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: denis_lipatov@mail.ru
Вараченков Василий Андреевич, аспирант кафедры радиоэкологии и экотоксикологии факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: kapkan09@mail.ru
Манахов Дмитрий Валентинович, канд. биол. наук, ст. преп. кафедры радиоэкологии и экотоксикологии факультета почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова, e-mail: demian2@yandex.ru
Агапкина Галина Ивановна, канд. химич. наук, ст. науч. сотр. кафедры радиоэкологии и экотоксикологии факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: Galina_agapkina@mail.ru
Щеглов Алексей Иванович, докт. биол. наук, профессор, зав. кафедрой радиоэкологии и экотоксикологии факультета почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова, е-mail: shchegl@mail.ru
© Lipatov D.N., Varachenkov V.A., Manakhov D.V., Agapkina G.I., Shcheglov A.I., 2024
