CC BY
11
УДК 504.53 (477.41/.42)
Лукомський О.М. ©
Житомирський нацюнальний агроеколог1чний утеерситет
ДИНАМ1КА КОЕФЩ1СНТА ПРОПОРЦ1ЙНОСТ1 М1Ж ЩШЬШСТЮ
ЗАБРУДНЕННЯ ГРУНТУ ТА ГАММА-ФОНОМ В УМОВАХ ПРАВОБЕРЕЖНОГО ПОЛ1ССЯ
Уточнено коефщент пропорцтност1 м1ж щыьшстю забруднення Грунтового покриву та еим1ряним гамма-фоном, що дозеоляе еикористоеуеати експрес-методику для проеедення суцыьного обстеження еиеедених гз сгльськогосподарського об1гу земель та уточнення р1ете радюактиеного забруднення зг значним заощадженням часу, сил г кошт1е. Встаноелено, що динамгка коефщ1ента пропорцтност1 добре описуеться лттним р1енянням гз еисоким ступенем достое1рност1 та не залежить е1д типу грунту.
Постановка проблеми
Досвщ дослщжень показав, що методом систематичного вщбору грунту з його наступним спектрометричним ан^зом практично неможливо добитися уточнення радiацшноl ситуаци, так як для цього необхщно було б вщбирати декшька десятюв зразюв з кожного гектару. При меншш кшькосп ввдбраних проб, похибка у визначенш рiвня забруднення грунтового покриву може коливатися до 5-10 р^в.
Експрес-методика оцшки щшьносп забруднення сшьськогосподарських угщь радiоцезieм за даними гамма-зйомки [10], що використовувалася рашше, добре себе зарекомендувала при ощнщ високих рiвнiв щiльностi забруднення мкцевост^ При малих рiвнях щшьносп забруднення, використання ще! методики для обстеження може призвести до похибки у визначенш щшьносп забруднення мкцевосл до двох разiв через незнання ктинно! величини природного гамма-фону.
Разом з тим, методом вщбору обмежено! кшькосп проб та !х спектрометричного аналiзу можна уточнити значення коефщента пропорцiйностi мiж вимiряним гамма-фоном i щiльнiстю забруднення дано! мiсцевостi, тсля чого використовувати експрес-методику для детального обстеження даного регюну.
У зв'язку з цим, актуальним е питання уточнення коефщента пропорцiйностi та визначення його динамжи для можливостi проведення прогнозу радюлопчно! ситуаци.
Анал1з останшх дослщжень
Вертикальна мiграцiя радiонуклiдiв обумовлена дифузшним та конвективним перенесенням, партлюваци та лесиважу, перемiшування грунту внаслщок життедiяльностi тварин i рослин, перетворення радюнуклщно!
© Лукомський О.М., 2009
135
матрищ, процесом грунтоутворення з наступним переходом радюактивних елеменив у рухомi форми тощо [3].
Внесок вертикально! мпрацп 137Cs в зниження потужност експозицшно! дози (ПЕД) варiюe в залежностi вiд властивостей грунпв i складае 15,5-44,2%. В грунтах, в яких водонатрний горизонт залягае ближче до поверхнi або присутнш випiтний режим зволоження, внесок вертикально! мпрацп в зниження величини ПЕД складае 3,8-4,8%. В грунтах з штенсивним процесом мпрацп 137Cs внесок вертикально! мiграцi! складае вщ 3 до 4,6% в рк, при менш iнтенсивному вимиванню 137Cs вглиб грунтового покриву - 1-2,9% [7].
На прикладi дерново-пiдзолистого грунту, виведеного iз сiльськогосподарського використання, збер^аеться гетерогенний розподiл радiонуклiдiв в грунтовому профш - основна маса 137Cs (98%) та 90Sr (80%) зосереджена у верхньому (0-5 см) шарi грунту. З них вщповщно 3-10% та 5-30% знаходяться у рухомих формах. Темпи мпрацп та максимальна глибина, на якш визначаеться 9^г, суттево вищi порiвняно з 137Cs. Вглиб за профiлем грунту вщсоток радiонуклiдiв у рухомих формах зростае [3].
Зменшення щiльностi забруднення орного шару знаходиться в прямш залежност вiд глибини обробiтку грунту. При безполицевому оброб^ку найбiльша кiлькiсть радюнуклвдв вiдзначена у верхньому 0-10 см шар^ оранка за загальноприйняту глибину сприяе бiльш рiвномiрному розподiлу радюцезш по профiлю. Середня швидкiсть мпрацп 137Cs становить 2,5 см за рж. Встановлено, що за рахунок оброб^ку грунту початковий гамма-фон знижуеться в 1,5 - 3 рази, причому чим бшьша глибина оброб^ку, тим меншим ставав гамма-фон [5]. Значна вертикальна м^ращя 137Cs вщзначена на торфово-болотному грунтi при оброб^ку болотним плугом [8].
Разом з тим слщ вiдзначити тенденцш до коливання величини ПЕД в останш роки спостережень, що може бути викликано привнесенням 137Cs у верхш горизонти грунту при пщшманш грунтових вод i в результат бiологiчно! акумуляцi! рослинного покриву [7].
Методика дослвджень
Радiоекологiчний монiторинг здшснювався на сiльськогосподарських угiддях, розташованих на територи чотирьох населених пунктiв Народицького району Житомирсько! областi. Грунтовий покрив дослщжених територiй представлений перелогами i природними угiддями, що не оброблялися тсля аварi! на Чорнобильськiй АЕС.
Мiж щiльнiстю забруднення грунту i гамма-фоном встановлений пропорцiйний зв'язок, який можна визначати за формулою:
Ар
K = — , (1)
P
у
де К - коефщент пропорцiйностi, Кi/км2/ мР/год;
Ар - щшьшсть забруднення грунту, визначена спектрометричним або радiохiмiчним методом, кБк/м2 (Ю/км2);
136
Py - гамма-фон, вимiряний у ^rnpi дшянки, мР/год (мкР/год).
Для уточнення коефщента К на перюд обстеження угщь необхщно на рiллi чи луках вибрати п'ять точок так, щоб вони охопили весь дiапазон рiзних значень гамма-фону в репош. В кожнш точцi на площi 100 м2 вiдiбрати буром на глибинi 20 см по 10-15 зразюв грунту, а в ^mpi дiлянки замiряти значення гамма-фону. 1з п'яти значень К, отриманих в рiзних точках, розраховуеться середне значення, яке i використовуеться для розрахунку щiльностi забруднення грунту в даному репош [10].
Математичну обробку результат проводили за допомогою програми Microsoft Excel 2003 та за основами статистично! обробки результат дослщжень [2].
Результати дослщжень та 'ix обговорення
Представленi в таблиц 1 данi свiдчать, що дослщш дiлянки, закладенi в рiзних грунтово-екологiчних умовах, характеризуються також рiзними рiвнями радiоактивного забруднення грунту 137Cs - вiд 19,98 кБк/м2 до 409,59 кБк/м2. Зокрема, щiльнiсть забруднення мшерального грунту 137Cs змiнювалася в досить широкому дiапазонi. При середньому значенш даного показника 189,72±22,33 кБк/м2 мммальне його значення на дослщних дiлянках становило 19,98 кБк/м2, а максимальне - 409,59 кБк/м2, вщповщно, коефщент варiацil склав 11,95%. Аналопчш статистичнi показники щiльностi забруднення органогенного грунту Cs становили 153,21±23,31 кБк/м2; 50,32 кБк/м2; 307,84 кБк/м2; 14,46% вщповщно.
Таблиця 1.
Динамика коефщ^нта мроморцшносл м1ж щшьшстю забруднення грунту
та гамма-фоном, 1988-2006 рр.
„ , Коеф1ц1ент
- „ , 2 Гамма-фон, .„
Щшьшсть забруднення грунту, кБк/м мроморципюси,
мкР/год кБк/м2/мР/год
1988 1994 2006
1988 1994 2006 1988 1991 1994 2006
134+137Cs 137Cs 134Cs 134+137Cs 137Cs 134Cs 137Cs
М1неральний грунт
240,5- 204,98- 35,52- 41,07- 36,63- 2,22- 19,98- 80- 12- 13- 3211,1-
1128,5 847,3 281,2 1107,8 1040,1 67,71 409,59 320 170 39 3700 4995 6113 10016,8
564,83 425,92 138,91 336,00 315,73 20,48 175,24 168 33 25,8 7345,97
Органогенний грунт
175,0- 130,6- 44,4- 48,84- 44,4- 3,33- 50,32- 100- 16- 17- 1837,67-
1350,5 986,42 364,08 1090,0 1026,8 63,27 307,84 560 85 36 1665 2590 4825 8795,43 631,86 461,90 179,41 365,35 342,94 22,42 153,21 265 41 28,4 5766,37
*Примггка: в чисельнику д1апазон даних, у знаменнику - середне значення показника
137
Варiабельнiсть потужност експозицшно1 дози у межах квазiбезградkнтноl дшянки, зумовлена генеральним слiдом радiоактивних випадшь, не повинна перевищувати локальну варiабельнiсть ПЕД, обумовлену випадковими факторами [9]. Гамма-фон формуеться з бшьшо1 площi та характеризуе середнiй рiвень забруднення ще1 площi [1]. Тому варшвання щiльностi радiоактивного забруднення грунту 137Cs на кожнiй дослiджуванiй дiлянцi при близьких iнших грунтових параметрах обумовило й значну амплпуду величини гамма-фону. Середне значения згаданого показника для мшерального грунту склало 25,8±4,68 мкР/год, мiнiмальне - 13 мкР/год, а максимальне - 39 мкР/год при коефщкнт варiацil 18,42%. Аналогiчнi статистичш показники для органогенного грунту склали: 28,4±4,89 мкР/год; 17 мкР/год; 36 мкР/год i 17,68%.
З метою отримання прогнозних даних щодо можливост уточнення рiвнiв забруднення грунтового покриву нами була вивчена залежшсть щшьносп радiоактивного забруднення i гамма-фону. Досить ткний таи достовiрний зв'язок мiж показниками, що аналiзувалися, був отриманий для мшерального та органогенного грунту (коефщкнт кореляци вiдповiдно становив 0,86 та 0,83).
Шляхом застосування регресшного аналiзу було отримано лiнiйнi рiвняння (2-3), якi описують дану залежшсть. Значення коефщкнта детермшаци для наведених рiвнянь складае вiд 69% для органогенного грунту до 73% для мшерального. Величина коефщкнта детермшаци вказуе на те, що змша рiвня гамма-фону на 1 мкР/год вщповщае змiнi рiвня забруднення грунту на 0,06 кБк/м2 Отриманi залежностi статистично достовiрнi (Ft (541,9) > F05 (4,17) для мiнерального грунту i Ft (126,6) > F05 (4,45) для органогенного грунту). Таким чином, нульова гшотеза про вщсутнкть лшшного зв'язку мiж щiльнiстю забруднення i гамма-фоном вiдкидаеться i, вiдповiдно, вщхилення вiд лiнiйностi обумовлено випадковим вибiрковим варiюванням даних. Це дае можливкть за величиною гамма-фону математичним шляхом (формули 2-3) та iз використанням номограм (Рис. 1-2) спрогнозувати щшьнкть радiоактивного забруднення грунту, без вщбору зразюв грунту.
Аналiз експериментальних даних (табл. 1) свщчать, що за 18^чний перiод пiсля авари на ЧАЕС вщбулося 1,81 перiоду натвзниження щiльностi радiоактивного забруднення мiнерального грунту (0-20 см) та 2,61 перюду натвзниження гамма-фону. Для органогенного грунту вщповщш показники становили - 2,03 та 3,14 перюду.
У 1988 рощ коефщкнт пропорцшност мiж щшьнктю забруднення грунту та гамма-фоном на мкцевоси, становив 3700 кБк/м2 (100 Ю/км2) на 1 мР/год або, шшими словами, при щшьносп забруднення грунту 37 кБк/м2 (1 Ю/км2) загальний гамма-фон у 1988 рощ був вищий вiд природного на 10 мкР/год. Тобто, у 1988 рощ щшьнкть забруднення 555 кБк/м2 (15 Ю/км2) вщповщала гамма-фону на мкцевост 0,15 мР/год за рахунок забруднення грунту радiоцезiем, а з природним фоном - 0,165 мР/год. При уточненш границь зони зi щшьнктю забруднення грунту 555 кБк/м2 (15 Ю/км2) у 1991 рощ за даними гамма-фону, яка була виконана у 1988 рощ, треба врахувати, що з 1988 по 1991
138
piK сумарний вмкт радюцезш в грунтах за рахунок радюактивного розпаду знизився на 19%, тобто складае 81% вщ сумарного вмкту радюнуклща в грунтах у 1988 рощ [1].
« о
я
о
20 -
♦ ♦
y = 0,0613x + 14,161 R2 = 0,7342
Щльшсть забруднення грунту, кБк/м2
Рис. 1. Коеф1щент пропорцшност1 м1ж щ1льн1стю забруднення м1нерального грунту га р1внем гамма-фону, 2006 p.
5
0
0
Сшввщношення мiж щiльнiстю забруднення грунту iзотопами 137Cs i 134Cs в 1988 рощ становило 1:3. 1з плином часу, в 1994 рощ дане сшввщношення зросло до 1:15.
40 -,
0 -I-1-1-1-1-1-т
0 50 100 150 200 250 300
Щшьшсть забруднення грунту, кБк/м2
Рис. 2. Коефщ1ент пропорцшност м1ж щшьшстю забруднення органогенного грунту
га р1внем гамма-фону, 2006 р.
Дослщжувалася також динамжа коефщента пропорцшност мiж щiльнiстю pадiоактивного забруднення грунту та piвнем гамма-фону в piзнi
139
перюди тсля авари на ЧАЕС. Значний штерес являе ан^з середшх значень коефiцieнта пропорцшност (К), розрахованих для мiнерального та органогенного грунту в 2006 рощ.
Загалом, мммальне значення К з усього масиву даних спостеркалося на органогенному грунт 1837,67 кБк/м2/мР/год, а максимальне - 10016,8 кБк/м2/мР/год на мшеральному, тобто з усього масиву даних, навпь в одному тит грунту коефiцiент варiацil даних перевищував 36%. Середнi значення К становили для мшерального грунту 7345,97±2624,28 кБк/м2/мР/год, та органогенного 5766,37±2337,28 кБк/м2/мР/год.
6000 Ч о и
РЦ
« ^
Н' ^ & 24000
^ ^ ^000
у = -16,267х2 + 65174x - 7E+07
048х + 88301x - 9E+07 R2 = 0,9549
(5)
Роки
Рис. 3. Динамжа коефщента пропорцiйностi мiж щiльнiстю забруднення грунту та рiвнем гамма-фону, 1988-2006 рр.
органогенний грунт (5)
Мнеральний грунт (4)
0
Методом дисперсiйного аналiзу встановлено, що середнi значення К суттево вiдрiзнялися протягом 1988-2006 рр. Для динамжи величини К характерною тенденщею е загальне збiльшення значень протягом всього перюду дослщжень, яке добре описуеться рiвняннями (4-5) iз високим ступенем достовiрностi (р=95%). Проведена ощнка рiзницi мiж середнiми значеннями коефщента пропорцiйностi (К) в рiзнi типи грунтiв свiдчить, що, хоча за абсолютними величинами така рiзниця спостерiгаеться, проте математично вона не достовiрна (Ft (3,34)<F05 (7,71) для мшерального грунту та ^ (1,24)^05 (7,71) для органогенного грунту). Динамжа коефiцiента пропорцiйностi мiж щiльнiстю забруднення грунту i гамма-фоном обумовлена складом випадшь, перюдом напiврозпаду радiоiзотопiв (вщповщно до закону фiзичного розпаду за один рш активнiсть 137Cs та в грунтах зменшуеться на 1,655%) та вертикальною мкращею внаслщок екранування грунтовим покривом (згiдно лiзиметричних даних середня швидкiсть мкраци 137Cs становить 2,5 см за рш
[5]).
140
Висновки:
1. За перюд з 1988 по 2006 роки вщбулося 1,92 перюди нашвзниження щшьносп радюактивного забруднення грунтового покриву (0-20 см) та 2,87 перюди нашвзниження гамма-фону на мюцевость
2. Встановлена прямопропорцшна залежшсть мiж щшьшстю радюактивного забруднення грунту та гамма-фоном, переконливо доводить, що коефщент пропорцшност (К) не залежить вiд рiвня забруднення грунту i його слщ розглядати як важливу радiологiчну характеристику при обстеженш вiдчужених угiдь.
3. Динамжи коефiцieнта пропорцiйностi (К) мiж щiльнiстю забруднення грунту та гамма-фоном добре описуеться лiнiйним рiвнянням iз високим ступенем достовiрностi, та не залежить вщ типу грунту.
Перспективи подальших досл1джень слiд зосередити на вивченнi впливу фiзико-хiмiчних властивостей грунту на динамжу коефiцiента пропорцiйностi мiж щiльнiстю забруднення грунту та гамма-фоном.
Л1тература
1. Довiдник для радюлопчних служб Мiнсiльгосппроду Украши / за ред. Б.С. Прктера, О.В. Загорулько. - К.: Нора-пршт, 1997. - 176 с.
2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - 5-е изд., доп. и перераб. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.
3. Козир В.С. Профшьний перерозподш радюнуклщу 137Cs у грунтах / Досвщ подолання наслщюв Чорнобильсько! катастрофи в сiльському та лковому господарствi - 20 роюв пiсля авари на ЧАЕС (Доповда учасникiв п'ято! Мiжнародноï науково-практично! конференций 18-20 травня 2006
року). - Житомир: Державний агроеколопчний унiверситет, 2006. - с. 102106.
4. Ляшенко О.М., Пiскун О.В., Христинко Ю.С., Передерiй В.А., Солдаткiна I.A. Перерозподш та стан радюнуклвдв Чорнобильсько! аварiï у профiлi дерново-пiдзолистого грунту / Досвщ подолання наслщюв Чорнобильсько! катастрофи в сiльському та лковому господарствi - 20 рокiв тсля аварiï на ЧАЕС (Доповiдi учасниюв п'ято! Мiжнародноï науково-практично! конференций 18-20 травня 2006 року). - Житомир: Державний агроеколопчний ушверситет, 2006. - с. 106-110.
5. Савченко Ю.1.., Малиновський А.С., Ковальов В.Б., Савчук I.H. та iн. М^ращя 137Cs у грунтах i сшьськогосподарськш продукцiï пiсля аварiï на Чорнобильськш АЕС / Досвiд подолання наслщюв Чорнобильсько1' катастрофи в сiльському та лковому господарствi - 20 роюв пiсля авари на ЧАЕС (Доповда учасникiв п'ятоï Мiжнародноï науково-практичноï конференций 18-20 травня 2006 року). - Житомир: Державний агроеколопчний ушверситет, 2006. - с. 3852.
6. Санжарова Н.И., Фесенко С.В. Некоторые итоги изучения мигриции 137Cs в агроэкосистемах после аврии на Чернобылской АЭС / Проблеми сiльськогосподарськоï радюлоги: 17 роюв тсля авари на Чорнобильськш АЕС
141
(Доповда учасниюв четверто! Мiжнародно! науково-практично! конференций 19-21 червня 2003 року). - Житомир: Державний агроеколопчний ушверситет, 2003. - с. 13-17.
7. Тарасюк С.В., Шмигельская И.Д., Шмигельский А.А. Вклад вертикальной миграции 137Cs в основных типах почв в снижение МЭД / Проблеми сшьськогосподарсько! радюлоги: 17 рокiв пiсля авари на Чорнобильськiй АЕС (Доповда учасникiв четверто! Мiжнародно! науково-практично! конференций 19-21 червня 2003 року). - Житомир: Державний агроеколопчний ушверситет, 2003. - с. 13-17.
8. Фещенко В.П. Вплив добрив i мелюрантв на продуктившсть, якють i нагромадження радiоцезiю в урожа! зелено! маси кукурудзи на торфово-болотних грунтах Полiсся Укра!ни: Автореф. дис. канд. с-г наук: 03.00.16. -Житомир. - 1998. - 16 с.
9. ХомутЫн Ю.В., Кашпаров В.О., Жебровська К.1. Оптимiзацiя вiдбору i вимiрювання проб при радюеколопчному монiторингу: Монографiя. -К.: УНД1СГР, 2002. - 160 с.
10. Экспрес-методика оценки плотности загрязнения сельскохозяйственных угодий радиоактивными изотопами цезия по данным гамма-съемки местности с учетом радионуклидного состава и распределения радионуклидов по профилю почвы. - К., 1989. - 12 с.
Lukomskyy A.M., Zhitomir national agroecology university THE DYNAMICS OF COEFFICIENT OF PROPORTION BETWEEN CLOSENESS OF CONTAMINATION OF SOIL AND GAMMA-FON IN THE CONDITIONS OF RIGHT-BANK POLES'YA
The coefficient of proportion is specified between the closeness of contamination of the ground cover and measured background of gamut, that allows to utillize an expressmethod for the leadthrough of continuous inspection of the earths shown out of agricultural appeal and clarification of levels of radiocontammant with the considerable economy of time, forces and facilities. It is set that the dynamics of coefficient of proportion is well described linear equalization with the high degree of authenticity and does not depend on as soil.
Стаття надшшла до редакцИ 10.04.2009
142
