CC BY
46
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No. 1
УДК 631.416
doi 10.18522/1026-2237-2021-1-70-80
УДЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ РАДИОНУКЛИДОВ И ИХ ВЗАИМОСВЯЗЬ С ВАЛОВЫМ ХИМИЧЕСКИМ СОСТАВОМ ПОЧВ*
© 2021 г. Д.А. Козырев1, С.Н. Горбов1, О.С. Безуглова1, Е.А. Бураева1, С.С. Тагивердиев1,
Г.А. Плахов1, Н.В. Сальник1
1Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
ACTIVITY CONCENTRATION OF RADIONUCLIDES AND THEIR CORRELATION WITH THE TOTAL CHEMICAL CONTENT OF SOILS
D.A. Kozyrev1, S.N. Gorbov1, O.S. Bezuglova1, E.A. Buraeva1, S.S. Tagiverdiev1, G.A. Plakhov1, N.V. Salnik1
1Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
Козырев Денис Андреевич - аспирант, младший научный сотрудник, научно-испытателъная лаборатория биогеохимии, Южный федеральный университет, пр. Стачки, 194/1, г. Ростов-на-Дону, 344090, Россия, e-mail: [email protected]
Горбов Сергей Николаевич - доктор биологических наук, заведующий научно-испытательной лаборатории биогеохимии, профессор, кафедра ботаники, Южный федеральный университет, пр. Стачки, 194/1, г. Ростов-на-Дону, 344090, Россия, e-mail: [email protected]
Безуглова Ольга Степановна - доктор биологических наук, профессор, кафедра почвоведения и оценки земельных ресурсов, Южный федеральный университет, пр. Стачки, 194/1, г. Ростов-на-Дону, 344090, Россия, e-mail: osbesuglova@sfedu. ru
Бураева Елена Анатольевна - кандидат химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, Научно-исследовательский институт физики, Южный федеральный университет, пр. Стачки, 194/1, г. Ростов-на-Дону, 344090, Россия, e-mail: [email protected]
Тагивердиев Сулейман Самидинович - научный сотрудник, научно-испытательная лаборатория биогеохимии, Южный федеральный университет, пр. Стачки, 194/1, г. Ростов-на-Дону, 344090, Россия, e-mail: [email protected]
Плахов Герман Анатольевич - аспирант, Южный федеральный университет, пр. Стачки, 194/1, г. Ростов-на-Дону, 344090, Россия, e-mail: [email protected]
Сальник Надежда Владимировна - аспирант, Южный федеральный университет, пр. Стачки, 194/1, г. Ростов-на-Дону, 344090, Россия, e-mail: [email protected]
Denis A. Kozyrev - Postgraduate, Junior Researcher, Scientific Testing Laboratory of Biogeochemistry, Southern Federal University, Stachki Ave., 194/1, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
Sergey N. Gorbov - Doctor of Biological Sciences, Professor, Head of the Scientific Testing Laboratory of Biogeochemis-try, Department of Botany, Southern Federal University, Stachki Ave., 194/1, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: sngorbov@sfedu. ru
Olga S. Bezuglova - Doctor of Biological Sciences, Professor, Department of Soil Science and Land Resources Assessment, Southern Federal University, Stachki Ave., 194/1, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
Elena A. Buraeva - Candidate of Chemistry al Sciences, Associate Professor, Leading Researcher, Scientific Institute of Physics, Southern Federal University, Stachki Ave., 194/1, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: bu-raeva_elena@mail. ru
Suleiman S. Tagiverdiev - Researcher, Scientific Testing Laboratory of Biogeochemistry, Southern Federal University, Stachki Ave., 194/1, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
German A. Plakhov - Postgraduate, Southern Federal University, Stachki Ave., 194/1, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
Nadezhda V. Salnik - Postgraduate, Southern Federal University, Stachki Ave., 194/1, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
* Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания в сфере научной деятельности № 0852 -2020-0029.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No. 1
Изучены валовой химический состав и активность естественных радионуклидов в нашивных и антропогенно-преобразованных почвах Ростовской агломерации (Юг России). Удельная активность естественных радионуклидов в целом близка к показателям, характерным для черноземов Ростовской области. В профиле изученных почв наблюдается повышение активности 40K, 232Th в верхних горизонтах, что обусловлено природой самих радионуклидов и внесением удобрений в агрогенный период почв, до того как указанные территории были включены в состав города. Корреляционный анализ между активностью радионуклидов и содержанием доминирующих в черноземах макро- и микроэлементов проводился с помощью ранговой корреляции Спирмена. В ходе исследования не было выявлено существенной корреляции между активностью тория, радия с валовым химическим составом почв. Однако группа погребенных горизонтов антропогенно-преобразованных почв показала наличие достоверных корреляций с радионуклидом 40Кв отличие от гумусово-аккумулятивных горизонтов черноземов. Наиболее значимая корреляция наблюдалась для группы горизонтов ВСА.
Ключевые слова: почвенный покров города, городские почвы, радионуклиды, тяжелые металлы, 40K, 232Th, 226Ra.
The total heavy metal content and activity concentration of natural radionuclides were obtained in native and anthropogen-ically transformed soil of the Rostov agglomeration (south of the Russia). The specific activity of natural radionuclides in soils of the has been comparable with indicators typical for chernozems of the Rostov region. Increased activity of 40K, 232Th is observed in the upper horizons, which is due to the origin of the radionuclides themselves and fertilization in the agrogenic period of soils, before the specified areas were included in the urban area. The correlation between activity concentration of radionuclide and total content of heavy metals were derived by Spearman's Rank-Order Correlation. The study was revealed that the activity concentration of thorium and radium doesn't provide significant correlation with the total content of heavy metals. The group of buried horizons have shown a positive correlation with naturally occurring 40K in contrast with humus horizon (AU). The carbonates-accumulating group of horizons (BCA, [BCA]) have random correlation sign by each of metals. The most significant correlation was observed for the B horizons group.
Keywords: city soil cover, urban soils, radionuclide, heavy metals, 40K, 232Th, 226Ra.
Введение
Развитие технологий, увеличение доли городского населения и рост антропогенного воздействия на окружающую среду предопределяют необходимость выделения основных индикаторов антропогенного воздействия на почвенный покров и постоянный экологический мониторинг почв [1]. Одним из таких показателей является удельная активность радионуклидов.
Определение радиоактивности почв населенных пунктов и природных территорий необходимо для выявления районов с повышенным уровнем загрязнения, так как подобные элементы способны попадать в растения и грунтовые воды, представляя тем самым опасность и для человека [2, 3].
В работах многих авторов рассматривается проблема вертикальной и горизонтальной миграции естественных радионуклидов в различных почвах [4, 5]. Основное внимание уделяется формированию дозы излучения на поверхности вследствие влияния на нее природных радионуклидов [6, 7], а также вопросам оценки радионуклидных взаимосвязей с целью определения нарушения радиологического равновесия в районах с высоким естественным фоном [8]. Отдельные работы посвящены использованию некоторых естественных радионуклидов (например, 210РЬ) в качестве одного из маркеров для индикации процессов эрозии, соотношения процессов выноса и накопления [9] и для оценки радоновой опасности территорий и объектов [10].
В настоящий момент накоплен значительный массив информации о валовом химическом составе как почв, функционирующих в непосредственной близости от промышленных предприятий юга европейской части России [11, 12], так и городских почв Ростовской агломерации [13]. Содержание элементов в почвах Ростовской области варьирует в широком диапазоне и определяется двумя основными факторами. Первым из них является естественный фон, контролируемый геохимическими аспектами. Второй фактор - антропогенное загрязнение почв тяжелыми металлами из различных источников [13]. В начале XXI в. в Ростовской области было выделено 12 зон загрязнения почв. По данным В.В. Приваленко [14], в Ростове-на-Дону были обнаружены почвенные аномалии цинка, свинца, меди, ванадия, кадмия, ртути и некоторых других металлов, наиболее высокие концентрации которых выявлены для хрома, меди, свинца и цинка.
Целью данной работы является изучение радиоактивности нативных и антропогенно-преобразованных почв Ростовской агломерации, а также связей между активностью естественных радионуклидов и валовым химическим составом исследованных городских почв.
Изучение процессов поступления загрязняющих веществ в почву, выявление закономерностей их накопления и перемещения в почвенном профиле способствуют пониманию механизмов трансформации и закрепления поллютантов и разработке технологий снижения их вредного воздействия на урбо-экосистемы в целом [15, 16].
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No. 1
Объекты и методы
Объектами исследования были выбраны антропогенно-преобразованные почвы - урбостратоземы (Urbic Technosols) города Ростова-на-Дону и его пригородов, а также нативные почвы - чернозем ми-грационно-сегрегационный (Calcic Chernozems)
водораздельных участков рекреационных зон агломерации (рис. 1) [17]. Для объективного анализа полученных результатов почвы были разделены на четыре группы: под травянистыми и древесными фи-тоценозами (естественные почвы), а также экранированные и неэкранированные варианты городских почв (антропогенно-преобразованные почвы).
Рис. 1. Чернозем миграционо-сегрегационный (Calcic Chernozems) (а) и антропогенно-преобразованная почва (Urbic Tech-nosol) (б) / Fig. 1. Migration-segregation chernozem (Calcic Chernozems) (a) and Anthropogenically transformed soil (Urbic Technosol) (b)
В выборки входили почвы, сформировавшиеся на лессовидных суглинках водоразделов, склоны и пойма были сознательно исключены для снижения вариабельности [18-20]. Горизонты по своим свойствам были распределены на несколько групп. В естественных почвах были выделены следующие горизонты: AUrz - гумусово-аккумулятивные горизонты (дерновые) с развитой ризосферой за счет травянистой растительности в верхнем слое 15-20 см; AU - гумусово-аккумулятивные горизонты; BCA -иллювиальные карбонатно-аккумулятивные (кальциевые) горизонты; C - почвообразующие породы. Также были исследованы их аналоги, погребенные под толщей антропогенных горизонтов (урбик, UR): [АЩ, [BCA] и [с], в классификации FAO A, B, C и Ab, Bb, СЬ соответственно [21].
Для изучения активности естественных радионуклидов (226Ra, 232Т^ 40К) пробы были отобраны со всех генетических горизонтов на глубину до 120 см. Поверхностные пробы отбирали методом конверта, который предусматривал выбор выровненного квадратного участка на площадке мониторинга и отбор проб по углам участка и в его центре [22]. Все пробы
почвы высушивались при температуре 100 °С, измельчались до размера частиц не более 1,0 мм и запечатывались в сосуды Маринелли емкостью 1 л и 0,5 л или чашки Петри.
Удельную активность радионуклидов в почвах определяли гамма-спектрометрическим методом радионуклидного анализа. Использовали низкофоновую спектрометрическую установку [23] на основе полупроводникового коаксиального детектора из особо чистого германия (GeHP) с эффективностью 25 % в диапазоне 13^1500 кэВ, отношением пик/комптон 51,7:1 (модель 7229N-7500sl-2520, Canberra Corporate Headquarters, Франция).
Уровень активности 226Ra определяли по продуктам распада 222Rn: 214Pb (по фотопикам 295,2 (18,9 %) и 352,6 кэВ (36,3 %)) и 214Bi (по фотопику 609,3 кэВ (45,5 %)) в условиях их радиоактивного равновесия с 222Rn. Для определения 226Ra результаты по трем фотопикам усредняются. Активность 232Th в естественных объектах в основном находится в радиоактивном равновесии с радионуклидами его семейства 228Ac, 211Pb и 208Tl. Радионуклид 228Ac определяется по трем его фотопикам: 338,3 (11,4 %), 911,2
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No. 1
(27,7 %) и 969,6 кэВ (17,3 %), 211РЬ - по фотопику 238,6 кэВ (44,6 %), 208Т1 - по фотопику 583,2 кэВ (84,6 %), 40К - по фотопику 1460,8 кэВ (10,4 %).
Валовой химический состав почв определяли методом рентгеновской флуоресцентной спектрометрии на оборудовании «Спектроскан МАКС-вУ» с использованием сертифицированного метода, который рекомендован Российской Федерацией как метод, пригодный для государственного экологического и производственного контроля. Некоторые исследователи подтверждают также возможность использования этого метода для анализа содержания тяжелых металлов в грунтах, в том числе в городской местности [24-26]. Для обеспечения высокого качества полученных результатов был использован стандартный эталонный материал (БИМ) для проверки точности и достоверности метода [27]. Степень загрязнения оценивалась по интегральному индексу ^с), который рассчитывается как сумма коэффициентов концентрации химических загрязняющих элементов [28]:
2с = (X Кс) - (п - 1).
Коэффициент корреляции Спирмена использовался для оценки корреляции между активностью радионуклидов и валовым химическим составом почв. Этот метод математической статистики имеет ряд преимуществ по сравнению с корреляцией Пирсона. Корреляция Спирмена относится к группе непараметрических методов, что позволяет использовать ее без предварительной верификации образцов для нормального распределения. Низкая чувствительность к (засоренным) выборкам также важна, т.е. к тем, в которых несколько значений сильно выбиваются, что довольно часто встречается в исследуемых нами объектах.
Результаты и обсуждение
При изучении особенностей активности естественных радионуклидов почвы Ростовской агломерации были разделены на две группы: естественные
и антропогенно-преобразованные. В группу естественных почв были также отнесены черноземы ми-грационно-сегрегационные особо охраняемых природных территорий (ООПТ) - заповедника «Перси-ановская степь», а также участка заповедной целины экспозиции «Приазовская степь» Ботанического сада ЮФУ, которые использовались при обсуждении полученных результатов в качестве фоновых территорий. На рис. 2 представлены диаграммы распределения удельной активности радионуклидов в исследуемых почвах.
Удельная активность радионуклидов в почвах Ростовской агломерации. Особенности распределения удельной активности в антропогенно-преобразованных и естественных почвах Ростовской агломерации и их статистический анализ представлены в табл. 1.
Как видно из рис. 2 и табл. 1, распределение естественных радионуклидов в городских почвах Ростовской агломерации в основном стремится к нормальному, с небольшим сдвигом вправо: коэффициенты асимметрии отрицательны. В целом средняя удельная активность радионуклидов в антропогенно-преобразованных (Urbic Technosol) и естественных (Calcic Chernozems) почвах совпадает в пределах погрешности определения (7-10 %). Средняя удельная активность 226Ra, 232Th и 40K в фоновых почвах ООПТ составляет 24,3, 28,5 и 430,8 Бк/кг соответственно. Следует отметить, что модальные удельные активности 226Ra в городских (Urbic Technosol) почвах вдвое выше модальных значений этого радионуклида в черноземах (ООПТ) (14,7 и 30,2 Бк/кг соответственно). Аналогичное содержание радионуклидов в естественных (нативных) почвах Ростовской агломерации сопоставимо с литературными данными о радио-нуклидном составе почв других регионов [29-33] и является характерным для исследуемой территории [34, 35].
Таблица 1
Параметр Антропогенно-преобразованные почвы Нативные почвы
226Ra 232Th 40K 226Ra 232Th 40K
Минимум 4,1 5,2 110,0 6,2 2,5 81,7
Максимум 34,3 45,1 811,0 37,9 49,9 744,0
Среднее арифметическое 21,5 30,3 473,2 24,3 28,5 430,8
Медиана 22,1 31,0 458,0 25,6 29,8 438,2
Мода 14,7 32,8 777,0 30,2 31,9 564,0
Стандартная ошибка 0,7 0,8 13,7 0,6 0,8 11,2
Эксцесс -0,1 2,1 0,6 1,1 0,6 0,6
Асимметричность -0,5 -1,1 -0,03 -1,0 -0,7 -0,4
Количество проб 98 133
Результаты статистического анализа удельной активности радионуклидов в антропогенно-преобразованных и нативных почвах Ростовской агломерации, Бк/кг / Results of statistical analysis of specific activity of radionuclides
in urban soils of Rostov region, Bq/kg
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No. 1
35 30 25
H
S 15
о rt
F 10
12 18 20 24 28 32 36 40 22sRa, Bq/kg
Ш
Si Щ
щ
щ
щ
ipp ер
iw
400 500
иК, Bq/kg
700 800
CT 20
ЕЧо
16 20 226,
24 28 Ra. Bq/kg
24 28 32 38 40 44 48 232Th, Bq/kg
a/a
0 100 200 300 400 500 800 700 800 40 K, Bq/kg
б/b
Рис. 2. Распределение естественных радионуклидов в антропогенно-преобразованных почвах - Urbic Technosol (а) и нативных почвах - Calcic Chernozems (б) Ростовской агломерации / Fig. 2. Distribution of natural radionuclides in anthropogenically transformed soils - Urbic Technosol (a) and native soils - Calcic Chernozems (b) in Rostov agglomeration
Если сравнивать средние значения активности естественных радионуклидов для верхних и нижних почвенных горизонтов черноземов миграционно-се-грегационных, а именно поверхностные гумусово-аккумулятивные горизонты (АЦг) и почвообразую-щую породу (С), то полученные значения находятся приблизительно на одном и том же уровне независимо от типа фитоценозов (табл. 2).
При этом распределение таких естественных радионуклидов, как 232^ и 40К, в профиле имеет общие черты: среди максимумов наивысшая активность радионуклидов характерна для верхних дерновых гумусово-аккумулятивных горизонтов, вниз
по профилю наблюдается снижение активности. Не исключено поступление естественных радионуклидов вследствие внесения удобрений в некогда пахотные почвы до их включения в границы агломерации. Стоит отметить, что в отдельных почвах средние значения активности 22^а выше в почвообразующей породе (без статистически достоверных отличий), чем в дневных горизонтах. Это может быть обусловлено как естественной радиоактивностью региональных материнских пород (преобладают разноцветные глины, лессовидные суглинки), так и особенностями водного режима в верхних почвенных горизонтах (вымывание радионуклидов осадками).
0505060610110506060411090606101005
ISSN 1026-2237 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ._2021. № 1
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No. 1
Таблица 2
Удельная активность радионуклидов в естественных почвах / Activity concentration of radionuclides in Calcic Chernozems
Радионуклид Горизонт Удельная активность ± погрешность, Бк/кг
Минимум Максимум Среднее
Почвы под травянистой растительностью
226Ra AUrz 14,7±1,5 38,9±3,9 23,5±2,4
C 20,5±2,0 28,1±2,8 25,2±2,5
232Th AUrz 30,5±3,0 33,3±3,3 32,4±3,2
C 21,3±2,1 34,6±3,5 30,6±3,1
40K AUrz 427,0±42,7 628,0±62,8 490,5±49,1
C 326,0±32,6 571,0±57,1 425,4±42,5
Почвы под древесной растительностью
226Ra AUrz 14,7±1,5 28,3±2,8 23,0±2,3
C 13,3±1,3 30,9±3,1 25,7±2,6
232Th AUrz 23,6±2,4 41,6±4,2 32,1±3,2
C 26,2±2,6 33,6±3,4 29,5±3,0
40K AUrz 399,0±39,9 643,0±64,3 473,0±47,3
C 360,0±36,0 562,0±56,2 423,4±42,3
Сравнение полученных значений удельной активности изучаемых радионуклидов между почвами под травянистой и древесной растительными ассоциациями показало, что разница минимальна. Это указывает на то, что уровень накопления радионуклидов в первую очередь определяется их происхождением и способами поступления в биосферу. Однако нельзя исключать свойства твердой фазы почв, имеющие первостепенное значение при формировании почвенного поглощающего комплекса (ППК) для черноземов, сформированных на суглинистых породах. Многие авторы указывают на высокую поглотительную способность почв и глинистых минералов по отношению к таким радионуклидам, как 90Бг [36, 37]. Но так как смена растительных ассоциаций в условиях агломерации существенно не затрагивает ППК нативных почв, то это находит отражение в отсутствии разницы средних значений активности естественных радионуклидов.
Значения активности радионуклидов в антропогенно-преобразованных почвах также отличаются только на величину погрешности (табл. 3).
В отдельных диагностических горизонтах ур-бик (ИЯ) наблюдаются резкие изменения значений удельной активности, что, прежде всего, связано с гранулометрическим и минералогическим составом материалов, его формирующих, изменением содержания органического вещества в почве, а также с изменением реакции среды от нейтральной
к слабокислой. Генезис городских почв носит хаотичный характер, как следствие, при формировании горизонтов урбик могут быть задействованы все горизонты почвенного профиля черноземов, с включениями бытового и строительного мусора. Дальнейшие процессы урбопедогенеза приводят к некой гомогенизации отдельных поверхностных горизонтов урбостратоземов, но пестрота химических и физических свойств находит отражение и в высокой динамике активности радионуклидов. Как следствие, возникающие зависимости не подлежат точным интерпретациям, однако нижележащие погребенные горизонты черноземов, сохранившие свое нативное сложение, в целом повторяют тенденции, характерные для естественных почв Ростовской агломерации. При этом четко прослеживается зависимость содержания радионуклидов от гранулометрического состава частиц. С увеличением содержания физического песка активность радионуклидов уменьшается.
Тяжелые металлы в почвах Ростовской агломерации. Накопленные с 2012 г. данные показывают, что концентрации тяжелых металлов в материнской породе Ростова-на-Дону превышают фоновые значения [13]. Для некоторых элементов они даже превышают ОДК: гп - 72,7±5,1; Си - 56,3±3,0; Со -19,3±2,0; РЬ - 29,7±6,4; N1 - 52,0±4,3; V - 96,3±7,8; Сг - 104,0±6,5. Это является одной из причин повышенного содержания этих элементов в профиле
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No. 1
почв. Другая причина - вклад антропогенных источников, о чем свидетельствует накопление в поверхностных горизонтах таких элементов, как хром, никель и цинк. Коэффициенты загрязнения (гс) варьируют от 1,55-1,31 для свинца до 1,01-1,14 для хрома. Сегрегация насыпных горизонтов и погребенных черноземных почв по всем изученным параметрам наблюдается в профилях экранированных
В свою очередь, исследование показало, что величина активности тория и радия не обеспечивает надежной корреляции с валовым химическим составом. В отличие от 40К, который среди погребенных горизонтов показывает самое большое количество достоверных корреляций в горизонте [АИ]. Наибольшее число достоверных корреляций среди естественных почв наблюдалось в группе карбо-натно-иллювиальных горизонтов ВСА (табл. 4). Скорее всего, такой результат связан с промачива-
урбопочв (ИгЫс ТесЬпо8о1 Екгашс). Уровень загрязнения оценивается как допустимый по всему профилю. Профильные распределения тяжелых металлов неоднородны. Изученные почвы характеризуются следующими типами распределения тяжелых металлов: с биогенным и антропогенным поверхностным накоплением, с максимумом в карбонатном горизонте и с максимумом в материнской породе.
нием почвы атмосферными осадками, так как максимальное число корреляций наблюдается на нижней границе промачивания.
Интересным фактом является то, что все корреляции соответствуют законам обменной сорбции катионов в почве, согласно которым элементы с более высокими степенями окисления в первую очередь заменяют элементы с наименьшими степенями окисления. В случае 40К элементы со степенью окисления +3 сначала заменяют элементы со степенью окисления +2.
Таблица 3
Удельная активность радионуклидов в антропогенно-преобразованных почвах / Activity concentration of radionuclides in Technosols
Радионуклид Горизонт Удельная активность ± погрешность, Бк/кг
Минимум Максимум Среднее
Почвы городских территорий
226Ra UR 7,9±0,8 31,7±3,2 20,0±2,0
[AU] 7,1±0,7 29,4±2,9 18,1±1,8
[C] 13,4±1,3 33,6±3,4 24,8±2,5
232Th UR 11,2±1,1 38,6±3,9 27,7±2,8
[AU] 32,9±3,3 45,0±4,5 38,2±3,8
[C] 29,6±3,0 34,9±3,5 32,1±3,2
40K UR 257,0±25,7 707,0±70,7 436,8±43,7
[AU] 440,0±44,0 525,0±52,5 487,7±48,8
[C] 379,0±37,9 448,0±44,8 417,4±41,7
Экранированные почвы городских территорий
226Ra UR 4,1±0,4 30,4±3,0 20,3±2,0
[AU] 15,6±1,6 33,2±3,3 24,5±2,5
[C] 7,2±0,7 28,3 ± 2,8 21,8±2,2
232Th UR 0,0±0,0 40,1±4,0 26,3±2,6
[AU] 15,0±1,5 39,5±4,0 29,6±3,0
[C] 9,2±0,9 45,1±4,5 31,4±3,1
40K UR 110,0±11,0 644,0±64,4 412,3±41,2
[AU] 208,0±20,8 811,0±81,1 455,2±45,5
[C] 123,8±12,4 777,0±77,7 515,5±51,6
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No. 1
Это можно объяснить тем, что данный элемент является более тяжелым изотопом. Количество достоверных корреляций резко уменьшается в погребенных горизон-
Выводы
Удельная активность радионуклидов в почвах Ростовской агломерации сопоставима по величине с показателями, характерными для черноземов Ростовской области. Радионуклиды в нативных почвах (Calcic Chernozems) равномерно распределены по профилю. В поверхностных горизонтах наблюдается некоторое увеличение удельной активности 232Th и 40K, что связано с особенностями самих радионуклидов и внесением удобрений в агрогенный период функционирования почв, до того как указанные территории были включены в состав города.
Радий и торий не показали существенных корреляций между удельной активностью радионуклидов и валовым химическим составом почв. Активность 40K, напротив, имеет значимые корреляции с валовым химическим составом почв. Следует отметить, что все корреляции в целом соответствуют законам обменной сорбции катионов в почве. Наибольшее количество корреляций наблюдается в гумусово-аккумулятивных горизонтах [AU] погребенных профилей и карбонатно-иллювиальных горизонтах ВСА естественных почв. Достоверных корреляций
тах [ВСА], что может быть сопряжено с изменениями окислительно-восстановительных условий, вызванных сложным газообменом в погребенном состоянии.
не обнаружено в почвообразующей породе как естественных, так и антропогенно-преобразованных почв (С и [C]). Таким образом, распределение 40K и тяжелых металлов в почвенном профиле зависит от промачивания почвы атмосферными осадками, а сильная корреляция достигается на глубине, совпадающей с нижней границей промачивания, которая определяет глубину залегания карбонатных новообразований, т.е. на карбонатном барьере.
Литература
1. Tagiverdiev S.S., Gorbov S.N., Bezuglova O.S., Skrip-nikov P.N. The content and distribution of various forms of carbon in urban soils of southern Russia on the example of Rostov agglomeration // Geoderma Regional. 2020. Vol. 21. Р. E00266. Doi: 10.1016/j.geodrs. 2020.eoo266.
2. Методика радиометрического определения активности естественных и искусственных радионуклидов в объектах экосферы, продуктах и отходах производства. Ростов н/Д., 1993. 12 с.
3. МИ 2143-91. Государственная система обеспечения единства измерений. Активность радионуклидов в объемных образцах. Методика выполнения измерений на гамма-спектрометре. М., 1991. 24 с.
Таблица 4
Корреляция между валовым составом городских почв и удельной активностью 40K (* - достоверные значения, P < 0,05) / Spearmen correlation of total content of heavy metal and activity concentration of 40K (* - marked a significant values, P < 0.05)
Компонент химического состава AU, n=41 [AU], n=20 BCA, n=27 [BCA], n=18 C, n=13 [C], n=14
Коэффициент корреляции
V 0,06 0,55* 0,25 0,42 -0,09 0,14
Ni 0,16 0,59* 0,52* 0,47* 0,44 0,19
Sr -0,1 -0,05 -0,53* -0,47* -0,52 -0,19
MnO 0,35* 0,47* 0,5* 0,51* -0,15 0,16
SiO2 0,25 -0,09 0,5* 0,21 -0,39 0,3
AI2O3 0,15 0,51* 0,43* 0,42 -0,03 0,16
TiO2 0,22 0,4 0,52* 0,44 -0,38 0,01
Fe2O3 0,24 0,57* 0,57* 0,43 0,03 0,21
CaO -0,33* -0,12 -0,66* -0,34 0,12 -0,37
P2O5 -0,32* 0,05 -0,12 -0,22 -0,45 -0,51
MgO -0,2 0,09 -0,63* -0,39 -0,06 -0,27
K2O 0,07 0,48* 0,52* 0,46 -0,33 0,44
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No. 1
4. Рачкова Н.Г., Шуктомова И.И., Таскаев А.И. Состояние в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория (обзор) // Почвоведение. 2010. № 6. С. 698-705.
5. Strok M., Smodis B. Fractionation of natural radionuclides in soils from the vicinity of a former uranium mine Zirovski vrh, Slovenia // J. Environ. Radioactivity. 2010. Vol. 101, No. 1. P. 22-28.
6. Alatise O.O., Babalola I.A., Olowofela J.A. Distribution of some natural gamma-emitting radionuclides in the soils of the coastal areas of Nigeria // J. Environ. Radioactivity. 2008. Vol. 99, No. 11. P. 1746-1749.
7. Quindos L.S., Fernandez P.L., Rodenas C., Gomez-Arozamena J., Arteche J. Conversion factors for external gamma dose derived from natural radionuclides in soils // J. Environ. Radioactivity. 2004. Vol. 71 (2). P. 139-145.
8. Dowdall M, O 'Dea J. 226Ra/238U disequilibrium in an upland organic soil exhibiting elevated natural radioactivity // J. Environ. Radioactivity. 2002. Vol. 59 (1). P. 91-104.
9. Геннадиев А.Н., Голосов В.Н., Чернянский С.С., Маркелов М.В., Ковач Р.Г., Беляев В.Р., Иванова Н.Н. Сравнительная оценка содержания в почвах магнитных сферул, 137Cs и 210Pb для целей индикации эррози-онно-аккумулятивных процессов // Почвоведение. 2006. № 10. С. 1218-1234.
10. Doering C., Akber R., Heijnis H. Vertical distributions of 210Pb excess, 7Be and 137Cs in selected grass covered soil in Southeast Queensland, Australia // J. Environ. Radioactivity. 2006. Vol. 87 (2). P. 135-147.
11. Linnik V.G., Minkina T.M., Bauer T.V., SavelievAA., Mandzhieva S.S. Geochemical assessment and spatial analysis of heavy metals pollution around coal-fired power station // Environmental Geochemistry and Health. 2020. Vol. 42 (12). P. 4087-4100. Doi: 10.1007/s10653-019-00361-z.
12. Minkina T., Konstantinova E., Bauer T., Mandzhieva S., Sushkova S., Chaplygin V., Burachevskaya M., Nazarenko O., Kizilkaya R., Gulser C., Maksimov A. Environmental and human health risk assessment of potentially toxic elements in soils around the largest coal-fired power station in Southern Russia // Environmental Geochemistry and Health. 2020. Doi: 10.1007/s10653-020-00666-4.
13. Горбов С.Н. Генезис, классификация и экологическая роль городских почв европейской части Юга России (на примере Ростовской агломерации): дис. ... д-ра биол. наук. М., 2018. 488 с.
14. Приваленко В.В. Геохимическая оценка экологической ситуации в г. Ростове-на-Дону. Ростов н/Д.: Геоинформ, 1993. 167 с.
15. Горбов С.Н., Безуглова О.С., Абросимов К.Н., Скворцова Е.Б., Тагивердиев С.С., Морозов И.В. Физические свойства почв Ростовской агломерации // Почвоведение. 2016. № 8. С. 964-974.
16. Тагивердиев С.С., Горбов С.Н., Безуглова О.С., Котик М.В. Деградация физических свойств почв черноземной зоны в условиях города // Изв. Самарского науч. центра РАН. 2016. Т. 18, № 2. С. 226-229.
17. IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources 2014. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps // World Soil Resources Reports. FAO, Rome, 2014. No. 106.
18. Безуглова О.С., ХырхыроваМ.М. Почвы Ростовской области. Ростов н/Д., 2007. 352 с.
19. Bezuglova O.S., Yudina N.V. Interrelationship between the physical properties and the humus content of chernozems in the South of European Russia // Eurasian Soil Science. 2006. Vol. 39 (2). P. 187-194.
20. Bezuglova O.S., Zviagintseva Z.V., Goryainova N.V. Humus Losses in Soils of the Rostov Province // Eurasian Soil Sci. 1996. Vol. 28 (4). P. 40-53.
21. IUSS FAO. Guidelines for soil description. Roma, 2006.
22. ГОСТ Р 53091-2008. Качество почвы. Отбор проб. Ч. 3: Руководство по безопасности. М.: Стандар-тинформ, 2009. 20 с.
23. Buraeva EA., DavydovM.G., Zorina L.V., Stasov V.V. Components of the Background of ge(Li) and Ge detectors in passive shielding // Atomic Energy. 2007. Vol. 103 (5). P. 895-900.
24. Bodrov I.V., Buraeva EA., DavydovM.G., Mareskin SA. Instrumentational determination of uranium and thorium in natural objects // Atomic Energy. 2004. Vol. 96 (4). P. 246249. Doi: 10.1023/B: ATEN.0000035994.57721.26.
25. DosAnjosM.J., LopesR.T., de JesusEFO, Assis J.T., Cesareo R., Barradas C.A.A. Quantitative analysis of metals in soil using X-ray fluorescence // Spectrochim Acta B. 2000. Vol. 55. P. 1189-1194.
26. Guagliardi I., Buttafuoco G., Cicchella D., De Rosa R.A. А multivariate approach for anomaly separation of potentially toxic trace elements in urban and peri-urban soils: An application in a southern Italy area // J. Soils Sediments. 2013. Vol. 13 (1). P. 117-128.
27. Poukhovski A. V. X-ray fluorescence analysis in the Russian State Agrochemical Service: an overview // X-Ray Spectrom. 2002. Vol. 31 (3). P. 225-234.
28. Bezuglova O.S., Gorbov S.N., Tischenko S.A., Ale-ksikova A.S., Tagiverdiev S.S., Sherstnev A.K., DubininaM.N. Accumulation and migration of heavy metals in soils of the Rostov region, south of Russia // J. of Soils and Sediments. 2016. Vol. 16(4). P. 1203-1213. Doi: 10.1007/s11368-015-1165-8.
29. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П., Смирнова Р. С., Башаркевич И.А., Онищенко Т.А., Павлова Л.Н., Трефи-лова Н.Я., Ачкасов А.И., Саркисян С.Ш. Геохимия окружающей среды. М.: Мир, 1990. 319 с.
30. Al-Hamarneh I.F., Awadallah M.I. Soil radioactivity levels and radiation hazard assessment in the highlands of northern Jordan // Radiation Measurements. 2009. Vol. 44 (1). Р. 102-110.
31. Blanco P., Vera Tome F., Lozano J. C. Fractionation of natural radionuclides in soils from a uranium mineralized area in the south-west of Spain // J. Environ. Radioactivity. 2005. Vol. 79 (3). Р. 315-330.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No. 1
32. Laubenstein M., Magaldi D. Natural radioactivity of some red Mediterranean soils // Catena. 2008. Vol. 76 (1). Р. 22-26.
33. Ladonin D.V. Heavy metal compounds in soils: problems and methods of study // Eurasian Soil Sci. 2002. Vol. 35 (6). Р. 605-614.
34. Кобцева М.А., Бураева Е.А., Давыдов М.Г., Кры-щенко В.С., Стасов В.В., Янкова Н.С. Динамика радиоэкологических показателей почвенных профилей тридцатикилометровой зоны // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Спец. выпуск. 2010. № 2а. С. 171175.
35. Бураева ЕА., Малышевский В.С., Шиманская Е.И., Вардуни Т.В., Триболина А.Н., Гончаренко А.А., Гончарова Л.Ю., Тоцкая В.С., Нефедов В.С. Содержание и распределение естественных радионуклидов в различных типах почвы Ростовской области // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 4. С. 37.
36. Манахов Д.В., Емельянов А.М., Карпухин М.М., Липатов Д.Н., Агапкина Г.И., Мамихин С.В. Методы изучения форм нахождения радионуклидов в почвах // Радиационная биология. Радиоэкология. 2019. Т. 59, № 4. С. 410-418.
37. Санжарова Н.И., Фесенко С.В., Шубина О.А., Исамов Н.Н., Санжаров А.И. Пересмотр параметров миграции радионуклидов в агроэкосистемах // Радиационная биология. Радиоэкология. 2009. Т. 49, № 3. С. 268-276.
References
1. Tagiverdiev S.S., Gorbov S.N., Bezuglova O.S., Skripnikov P.N. (2020). The content and distribution of various forms of carbon in urban soils of southern Russia on the example of Rostov agglomeration. Geoderma Regional, vol. 21, р. E00266. Doi: 10.1016/j.geodrs. 2020.eoo266.
2. Radiometric method for determining the activity of natural and artificial radionuclides in the objects of the ecosphere, products, and waste production. (1993). Rostov-on-Don, 12 p. (in Russian).
3. MI 2143-91. State system for ensuring the uniformity of measurements. Activity of radionuclides in bulk samples. Method of performing measurements on a gamma-ray spectrometer. (1991). Moscow, 24 p. (in Russian).
4. Rachkova N.G., Shuktomova I.I., Taskaev A.I. (2010). The state of natural radionuclides of uranium, radium and thorium in soils (review). Pochvovedenie, No. 6, pp. 698-705. (in Russian).
5. Strok M., Smodis B. (2010). Fractionation of natural radionuclides in soils from the vicinity of a former uranium mine Zirovski vrh, Slovenia. J. Environ. Radioactivity, vol. 101, No. 1, pp. 22-28.
6. Alatise O.O., Babalola I.A., Olowofela J.A. (2008). Distribution of some natural gamma-emitting radionu-clides in the soils of the coastal areas of Nigeria. J. Environ. Radioactivity, vol. 99, No. 11, pp. 1746-1749.
7. Quindos L.S., Fernandez P.L., Rodenas C., Gomez-Arozamena J., Arteche J. (2004). Conversion factors for external gamma dose derived from natural radionuclides in soils. J. Environ. Radioactivity, vol. 71 (2), pp. 139-145.
8. Dowdall M., O'Dea J. (2002). 226Ra/238U disequilibrium in an upland organic soil exhibiting elevated natural radioactivity. J. Environ. Radioactivity, vol. 59 (1), pp. 91104.
9. Gennadiev A.N., Golosov V.N., Chernyanskiy S.S., Markelov M.V., Kovach R.G., Belyaev V.R., Ivanova N.N. (2006). Comparative evaluation of the content in the soils of magnetic spherules, 137Cs and 210Pb for display purposes erozionno accumulation processes. Pochvovedenie, No. 10, pp. 1218-1234. (in Russian).
10. Doering C., Akber R., Heijnis H. (2006). Vertical distributions of 210Pb excess, 7Be and 137Cs in selected grass covered soil in Southeast Queensland, Australia. J. Environ. Radioactivity, vol. 87 (2), pp. 135-147.
11. Linnik V.G., Minkina T.M., Bauer T.V., Saveliev A.A., Mandzhieva S.S. (2020). Geochemical assessment and spatial analysis of heavy metals pollution around coal-fired power station. Environmental Geochemistry and Health, vol. 42 (12), pp. 4087-4100. Doi: 10.1007/s10653-019-00361-z.
12. Minkina T., Konstantinova E., Bauer T., Mandzhieva S., Sushkova S., Chaplygin V., Burachevskaya M., Nazarenko O., Kizilkaya R., Gulser C., Maksimov A. (2020). Environmental and human health risk assessment of potentially toxic elements in soils around the largest coal-fired power station in Southern Russia. Environmental Geochemistry and Health. Doi: 10.1007/s10653-020-00666-4.
13. Gorbov S.N. (2018). Genesis, classification and ecological role of urban soils of the European part of the South of Russia (on the example of the Rostov agglomeration). Dissertation Thesis. Moscow, 488 p. (in Russian).
14. Privalenko V.V. (1993). Geochemical assessment of the ecological situation in Rostov-on-Don. Rostov-on-Don, Geoinform Publ., 167 p. (in Russian).
15. Gorbov S.N., Bezuglova O.S., Abrosimov K.N., Skvortsova E.B., Tagiverdiev S.S., Morozov I.V. (2016). Physical properties of soils of the Rostov agglomeration. Pochvovedenie, No. 8, pp. 964-974. (in Russian).
16. Tagiverdiev S.S., Gorbov S.N., Bezuglova O.S., Kotik M.V. (2016). Degradation of physical properties of soils of the chernozem zone in the conditions of the city. Izv. Samarskogo nauch. tsentra RAN, vol. 18, No. 2, pp. 226-229. (in Russian).
17. IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources 2014. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. (2014). World Soil Resources Reports. FAO, Rome, No. 106.
18. Bezuglova O.S., Khyrkhyrova M.M. (2007). Soils of the Rostov region. Rostov-on-Don, 352 p. (in Russian).
19. Bezuglova O.S., Yudina N.V. (2006). Interrelationship between the physical properties and the humus content
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2021. No. 1
of chernozems in the South of European Russia. Eurasian Soil Science, vol. 39 (2), pp. 187-194.
20. Bezuglova O.S., Zviagintseva Z.V., Goryainova N.V. (1996). Humus Losses in Soils of the Rostov Province. Eurasian Soil Sci., vol. 28 (4), pp. 40-53.
21. IUSS FAO. Guidelines for soil description. (2006). Roma.
22. GOST R 53091-2008. Soil quality. Sampling. Part 3: Safety manual. (2009). Moscow, Standartinform Publ., 20 p. (in Russian).
23. Buraeva E.A., Davydov M.G., Zorina L.V., Stasov V.V. (2007). Components of the Background of ge(Li) and Ge detectors in passive shielding. Atomic Energy, vol. 103 (5), pp. 895-900.
24. Bodrov I.V., Buraeva E.A., Davydov M.G., Mareskin S.A. (2004). Instrumentational determination of uranium and thorium in natural objects. Atomic Energy, vol. 96 (4), pp. 246-249. Doi: 10.1023/B: ATEN.0000035994.57721.26.
25. Dos Anjos M.J., Lopes R.T., de Jesus EFO, Assis J.T., Cesareo R., Barradas C.A.A. (2000). Quantitative analysis of metals in soil using X-ray fluorescence. Spectrochim Acta B, vol. 55, pp. 1189-1194.
26. Guagliardi I., Buttafuoco G., Cicchella D., De Rosa R.A. (2013). А multivariate approach for anomaly separation of potentially toxic trace elements in urban and peri-urban soils: An application in a southern Italy area. J. Soils Sediments, vol. 13 (1), pp. 117-128.
27. Poukhovski A.V. (2002). X-ray fluorescence analysis in the Russian State Agrochemical Service: an overview. X-Ray Spectrom, vol. 31 (3), pp. 225-234.
28. Bezuglova O.S., Goibov S.N., Tischenko S.A., Ale-ksikova A.S., Tagiverdiev S.S., Sherstnev A.K., Dubinina M.N. (2016). Accumulation and migration of heavy metals in soils of the Rostov region, south of Russia. J. of Soils and Sediments, vol. 16(4), pp. 1203-1213. Doi: 10.1007/s11368-015-1165-8.
29. Saet Yu.E., Revich B.A., Yanin E.P., Smirnova R.S., Basharkevich I. A., Onishchenko T. A., Pavlova L. N., Tre-
\
Поступила в редакцию /Received_
filova N.I., Achkasov A.I., Sarkisyan S.S. (1990). Geochemistry of the environment. Moscow, Mir Publ., 319 p. (in Russian).
30. Al-Hamarneh I.F., Awadallah M.I. (2009). Soil radioactivity levels and radiation hazard assessment in the highlands of northern Jordan. Radiation Measurements, vol. 44 (1), pp. 102-110.
31. Blanco P., Vera Tome F., Lozano J.C. (2005). Frac-tionation of natural radionuclides in soils from a uranium mineralized area in the south-west of Spain. J. Environ. Radioactivity, vol. 79 (3), pp. 315-330.
32. Laubenstein M., Magaldi D. (2008). Natural radioactivity of some red Mediterranean soils. Catena, vol. 76 (1), pp. 22-26.
33. Ladonin D.V. (2002). Heavy metal compounds in soils: problems and methods of study. Eurasian Soil Sci., vol. 35 (6), pp. 605-614.
34. Kobtseva M.A., Buraeva E.A., Davydov M.G., Kryschenko V.S., Stasov V.V., Yankova N.S. (2010). The dynamics of radio-ecological indicators of soil profiles thirty-kilometer zone. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Tekhn. nauki, Special issue, No. 2a, pp. 171-175. (in Russian).
35. Buraeva E.A., Malyshevsky V.S., Shimanskaya E.I., Varduni T.V., Tribolina A.N., Goncharenko A.A., Gon-charova L.Yu., Totskaya V.S., Nefedov V.S. (2013). Content and distribution of natural radionuclides in various types of soil in the Rostov region. Sovremennye problemy nauki i obra-zovaniya, No. 4, p. 37. (in Russian).
36. Manakhov D.V., Emelyanov A.M., Karpukhin M.M., Lipatov D.N., Agapkina G.I., Mamikhin S.V. (2019). Methods of studying the forms of finding radionuclides in soils. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya, vol. 59, No. 4, pp. 410-418. (in Russian).
37. Sanzharova N.I., Fesenko S.V., Shubina O.A., Isamov N.N., Sanzharov A.I. (2009). Revision of the parameters of radionuclide migration in agroecosystems. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya, vol. 49, No. 3, pp. 268-276. (in Russian)
12 января 2021 г. / January 12, 2021
