CC BY
5
УДК 550.422:631.41
DOI: 10.24412/1728-323X-2023-5-85-88
УДЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ТЕХНОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В РАЗНЫХ ТИПАХ ЛАНДШАФТОВ ЮГА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
Р. В. Кайгородов, кандидат биологических наук, доцент, младший научный сотрудник, Тобольская комплексная научная станция УрО РАН, r-kaigorodov@yandex.ru, Тюменская область, г. Тобольск, Россия
Аннотация. В результате использования ядерного топлива в энергетике за счет образования радиоактивных отходов и возникновения аварий на объектах атомной энергетики техногенные радионуклиды поступают в окружающую среду и накапливаются в почвенном покрове, аквальных экосистемах. Проведен анализ удельной активности техногенных изотопов 137Cs и 90Sr в почвах юга Тюменской области, расположенных в разных геохимических типах ландшафтов. В элювиальных ландшафтах изучены подзолистая типичная и дерново-подзолистая типичная почва, в транзит-но-аккумулятивных ландшафтах — темногумусовая метаморфизированная и гумусово квазиглеевая почвы, в аккумулятивных ландшафтах — аллювиальная серогумусовая почва с погребенным гумусовым горизонтом и аллювиальная гумусовая глееватая почва. Исследуемая территория относится к Восточно-Уральскому радиоактивному следу, связанному с деятельностью ПО «Маяк». Миграция радионуклидов на исследуемых участках происходит по речным системам общей водосборной территории. Удельную активность 137Cs и 90Sr в верхних органогенных горизонтах почв определяли на гамма-бета спектрометре «Гамма Плюс» с использованием программного обеспечения «Прогресс-5». Установлены зависимости между типом ландшафта, агрохимическими свойствами почв (гранулометрический состав, уровень кислотности и поглотительная способность) и удельной активностью радионуклидов.
Abstract. As a result of the use of nuclear fuel in the energy sector, due to the formation of radioactive waste and the occurrence of accidents at nuclear power facilities, technogenic radionuclides enter the environment and accumulate in the soil cover, aquatic ecosystems. The analysis of the specific activity of technogenic isotopes 137Cs and 90Sr was carried out in the soils of the south of the Tyumen Region, located in different geochemical types of landscapes. In the eluvial landscapes, typical podzolic and sod-podzolic typical soil were studied, in transit-accumulative landscapes the dark humus metamorphosed and humus quasi-clay soils were investigated, in the accumulative landscapes the alluvial gray humus soil with a buried humus horizon and the alluvial humus clay soil were studied. The territory under study belongs to the East Ural radioactive trace associated with the activities of the enterprise "PO Mayak". The migration of radionuclides in the studied areas occurs along the river systems of the common catchment area. The specific activity of 137Cs and 90Sr in the upper organogenic horizons of soils was determined on the gamma-beta spectrometer "Gamma Plus" using the software "Progress-5". The dependences between the type of landscape, agrochemical properties of soils (granulometric composition, acidity level and absorption capacity) and specific activity of radionuclides are established.
Ключевые слова: техногенные радионуклиды, удельная активность, геохимические типы ландшафта, агрохимические свойства, миграция.
Keywords: technogenic radionuclides, specific activity, geochemical types of landscape, agrochemical properties, migration.
Введение
Техногенные радионуклиды 137С8 и 908г являются побочными продуктами атомной энергетики и, обладая длительными периодами полураспада, представляют опасность загрязнения среды обитания человека, водных объектов и почвенного покрова, включая агроэкосистемы [1, 2].
Миграция техногенных радионуклидов в южной части Тюменской области связана с деятельностью ПО «Маяк», радиационными авариями на предприятии, что в совокупности образует «Восточно-Уральский радиоактивный след». Основными путями миграции техногенных радиоактивных изотопов в Восточно-Уральском регионе являются речные системы водосборной территории водосборную территорию рек Теча, Исеть, Тобол, Миасс. В почвенном покрове максимальная аккумуляция радиоактивных изотопов наблюдается в верхних (0—15 см) слоях почвы, обогащенных органическим веществом горизонтах, и резкое снижение с глубиной [3, 4].
Цель исследования. В настоящей работе изучена удельная активность радиоактивных изотопов и в верхних органогенных горизонтах почв юга Тюменской области, залегающих в разных геохимических типах ландшафта: элювиальных, транзитно-аккумулятивных и аккумулятивных.
Объекты и методы исследования
Объектами исследования послужили органогенные горизонты почв Вагайского и Тобольского районов Тюменской области. Для каждого типа почв закладывали по три разреза в соответствующих элементах рельефа (высокая равнина, коренной склон, пойма) на расстоянии 50—70 м друг от друга. В средней части исследованных горизонтов отбирали по три образца на основной и двух боковых стенках разреза. Повторность анализа физико-химических свойств и удельной активности радионуклидов была 9-кратной для каждого типа почв.
Полевое определение почв и номенклатуру проводили согласно «Классификации и диагностики почв России, 2004» [5]. Анализ агрохимических свойств почв проводили стандартными методами [6]. Удельную активность радиоактивных изотопов 90Sr и 137Cs определяли на гамма-бета спектрометре «Гамма Плюс» с использованием программного обеспечения «Прогресс-5». Статистическую обработку данных проводили в программе «Past 3.16». Достоверность различий удельной активности радионуклидов в органогенных горизонтах разных типов почв доказывали по показателям наименьшей существенной разности при 5 % уровне значимости (НСР05). Рассчитывали коэффициенты корреляции (r) между удельной активностью изотопов и агрохимическими свойствами почв [7].
Результаты и их обсуждение
Агрохимические свойства исследованных горизонтов почв
Границы и мощность органогенных горизонтов исследованных типов почв, данные по поглотительной способности, гранулометрическому составу, значения актуальной кислотности (рНвод) и содержанию гумуса в представлены в таблице 1.
Исследованные агрохимические свойства играют важную роль в иммобилизации радионуклидов в почвах и их миграции в компонентах ландшафта [3].
Удельная активность радионуклидов существенно варьировала в зависимости от залегания почв в элементах рельефа и типа почвы (см. табл. 2). Максимальная удельная активность 90Sr
и 137С8, с превышением фоновых значений, установлена в аллювиальных почвах, расположенных в поймах р. Тобол и р. Вагай, т. е. в аккумулятивных ландшафтах с гидрохимическим поступлением веществ из русла рек и вышележащих форм рельефа.
В переходных транзитно-аккумулятивных формах рельефа в органогенных горизонтах тем-ногумусовой метаморфизированной и гумусово-квазиглеевой почвы удельная активность техно -генных радионуклидов была близка к фоновым показателям.
Минимальная удельная активность радио -нуклидов наблюдалась в подзолистой и дерново-подзолистой почвах, расположенных на высоких равнинах в элювиальных типах рельефа.
Корреляционный анализ показал различное влияние агрохимических свойств почв на накопление 908г и 137С8. Для 908г установлена высокая зависимость (г = +0,73) от поглотительной способности почвы, для 137С8 — от доли гумуса (г = +0,68). Уровень кислотности по-разному влияет на удельную активность исследуемых изотопов. Для 90$г установлена сильная отрицательная корреляция (г = —0,65——0,78) с актуальной кислотностью, т. е. удельная активность изотопа увеличивается с повышением кислотности почвы. Удельная активность 137С8 напротив возрастает при снижении кислотности (г = +0,55—+0,68).
В наших ранних исследованиях [8] и в работах других авторов [9, 10] показана сильная положительная корреляция между удельной активностью техногенных радионуклидов и содержанием фосфатов в почвах. Ионный состав почвы за счет явлений антагонизма, существенно влияет на накопление и удельную активность радионуклидов.
Таблица 1
Агрохимические химические свойства исследованных почв
Тип почвы Горизонты, границы/мощность, см Поглотительная способность (ЕКО), мг-экв/100 г N = 9 Гранулометрический состав (доля физической глины, %) N = 9 рНвод N = 9 Доля гумуса, % N = 9
Подзолистая типичная O — Подстилочный 0-4/4 2,4 Супесчаный (12,3) 4,0 2,3
Дерново-подзолистая типичная AO — Грубогумусовый 0—4/4 3,1 Супесчаный (14,2) 4,3 2,7
Темногумусовая метамор-физированная AU — Перегнойно-темногумусовый 0—24/24 17,3 Супесчаный (17,3) 5,6 9,4
Гумусово-квазиглеевая почва AY — Серо-гумусовый 0—2/2 15,2 Супесчаный (18,3) 6,4 10,5
Аллювиальная гумусовая глееватая AY — Серо-гумусовый 0—6/6 19,2 Супесчаный (13,7) 5,3 4,2
Аллювиальная темногумусо-вая глеевая с погребенным AU — Темногумусовый 0—14/14 20,1 Супесчаный (13,4) 4,8 4,3
гумусовым горизонтом
Таблица 2
Удельная активность радионуклидов в почвах, Бк/кг
Тип почвы Горизонт Мощность 908Г 137Сз
горизонта, см
Подзолистая типичная О 0—4/4 2,1 ± 0,5 0,98 ± 0,25
Дерново-подзолистая типичная АО 0—4/4 3,7 ± 1,2 1,3 ± 0,7
Темногумусовая метаморфизированная Аи 0—24/24 19,3 ± 4,2 10,6 ± 2,8
Гумусово-квазиглеевая почва АУ 0—2/2 17,4 ± 3,4 8,3 ± 2,2
Аллювиальная гумусовая глееватая АУ 0—6/6 43,1 ± 5,7 16,4 ± 3,2
Аллювиальная темногумусовая глеевая с погребенным АИ 0—14/14 42,7 ± 4,2 17,6 ± 4,7
гумусовым горизонтом
Глобальный фон 5—20 —
[по 2 = 4 старой]
НСР05 15,3 3,7
С повышением содержания ионов Са2+ и Mg2+ снижается удельная активность 908г, с увеличением уровня ионов К+ уменьшается активность 137С8 [8].
Заключение
Таким образом, верхние органогенные горизонты почв, залегающих в транзитно-аккумуля-тивных (коренные склоны) и аккумулятивных (пойменные участки) ландшафтах, отличаются повышенным накоплением и удельной активностью техногенных радионуклидов. Поступление изотопов и 137С8 в ландшафты юга Тюменской области осуществляется через речные системы Восточного Урала. В качестве фоновых
участков для мониторинга радиационной обстановки в регионе можно использовать элювиальные участки высоких равнин с региональными типами дерново-подзолистых почв. Для оценки миграции отдельных радионуклидов необходимо учитывать различный характер их иммобилизации за счет агрохимических свойств почвенных горизонтов.
Статья подготовлена при финансовой поддержке ФАНО России в рамках темы «Региональные особенности пространственно-временной дифференциации почв юга Тюменской области» (¥ииМ-2022-0005).
Библиографический список
1. Ашинов Ю. Н., Схашок Ф. Ю. Радионуклиды 137Сб и 90Бг пахотных почвах Адыгеи // Новые технологии. — 2013. — № 1. — С. 56—59.
2. Бахур А. Е. Новые методические рекомендации по подготовке проб и измерениям суммарной активности альфа- и бета-излучающих радионуклидов в пробах пресных и минерализованных природных вод // АНРИ. — 2009. — № 1 (56). — С. 47—48.
3. Трапезников А. В., Трапезникова В. Н., Коржавин А. В., Николкин В. Н. Радиоэкологический мониторинг пресноводных экосистем. Том I. — Екатеринбург: Изд-во «АкадемНаука», 2014. — 496 с.
4. Безносиков В. А., Лодыгин Е. Д., Шуктомова И. И. Искусственные и естественные радионуклиды в почвах южно-и среднетаежных подзон Республики Коми // Почвоведение. — 2017. — № 7. — С. 824—829.
5. Классификация и диагностика почв России / Авторы и составители: Л. Л. Шишов, В. Д. Тонконогов, И. И. Лебедева, М. И. Герасимова. — Смоленск: Ойкумена, 2004. — 342 с.
6. Агрофизические и агрохимические методы исследования почв: Учебно-методическое пособие / сост. В. И. Терпе-лец, В. Н. Слюсарев. — Краснодар: КубГАУ, 2016. — 65 с.
7. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). — М.: Агропромиздат, 1985. — 351 с.
8. Кайгородов Р. В. Удельная активность радионуклидов 137Сб и 90Бг в почвах прибрежных зон водных объектов Тюменской области // Успехи современного естествознания. — 2020. — № 9. — С. 66—70.
9. Болдырев В. В., Водолазко А. Н. Радионуклиды стронций-90 и цезий-137 в пахотном слое почв сухостепной зоны Волгоградской области // Научно-практические пути повышения экологической устойчивости и социально-экономическое обеспечение сельскохозяйственного производства: Материалы международной научно-практической конференции, посвященной году экологии в России. — 2017. — С. 475—478.
10. Кайзер М. И. Цезий-137 в почвах Северо-Восточного Алтая // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной столетию заповедной системы России / Отв. ред. Т. В. Яшина. — 2017. — С. 77—81.
SPECIFIC ACTIVITY OF TECHNOGENIC RADIONUCLIDES IN DIFFERENT TYPES OF LANDSCAPES OF THE SOUTH OF THE TYUMEN REGION
R. V. Kaygorodov, Ph. D. (Biology), Associate Professor, Junior Researcher, Tobolsk Complex Scientific Station of the Ural Branch of the RAS, r-kaigorodov@yandex.ru, Tobolsk, Russia
References
1. Ashinov Yu. N., Shashok F. Yu. Radionuklidy 137Cs i 90Sr v pakhotnykh pochvakh Agygei [Radionuclides 137Cs and 90Sr in the arable soils in Adygea]. Novye tehnologii. 2013. No. 1. P. 56—59 [in Russian].
2. Bakhur A. E. Novye metodicheskie rekomendacii po podgotovke prob i izmerenijam alfa- i beta-izluchajuschikn radionuklidov v probach presnykh I miberalizovannykh prirodnykh vod [New guidelines for sample preparation and measurement of total activity of alpha-and beta-emitting radionuclides in the samples of fresh and mineralized natural waters]. ANRI. 2009. Vol. 1. No. 56. Р. 47—48 [in Russian].
3. Trapeznikov A. V., Trapeznikova V. N., Korzhavin A. V., Nikolkin V. N. Radioecologicheskij monitoring presnovodnykh ecosystem [Radio-ecological monitoring of freshwater ecosystems]. Vol. I. Ekaterinburg, AkademNauka. 2014. 496 p. [in Russian].
4. Beznosikov V. A., Lodygin E. D., Shuktomova I. I. Iskusstvennye I prirodnye radionuklidy v pochvakh juzhno- i sredneta-jozhnykh podzon v respublike Komi [Artificial and natural radionuclides in the soils of the southern and middle taiga subzones in the Republic of Komi]. Pochvovedenie. 2017. No. 7. Р. 824—829 [in Russian].
5. Klassifikaciya i diagnostika pochv Rossii [Classification and diagnostics of soils of Russia]. L. L. Shilov, V. D. Tonkonogov, I. I. Lebedeva, M. I. Gerasimova. Smolensk, Ojkumena. 2004. 342 p. [in Russian].
6. Agrofizicheskie i agrohimicheskie metody issledovaniya pochv. Uchebno-metodicheskoe posobie. [Agrophysical and agrochemical methods of soil research. Educational and methodical manual]. V. I. Terpelets, V. N. Slyusarev. Krasnodar, KubGAU. 2016. 65 p. [in Russian].
7. Dospehov B. A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezultatov issledovanij). [Methodology of field experience (with the basics of statistical processing of research results)] Moscow, Agropromizdat. 1985. 351 p. [in Russian].
8. Kaigorodov R. V. Udelnaya aktivnist radionulidov 137Cs i 90Sr v pochvakh pribrezhnykh zon vodnykh objektov Tyumenskoj oblasti [The specific activity of radionuclides 137Cs and 90Sr in the soils of the coastal zones of water objects of the Tyumen Region]. Uspekhi sovremennogo estestvoznanija. 2020. No. 9. Р. 66—70 [in Russian].
9. Boldyrev V. V., Vodolazko A. N. Stroncij-90 i cezij-137 radionuklidy v pachotnom sloe pochv sukho-stepnoj zony Volgo-gradskoj oblasti [Strontium-90 and caesium-137 radionuclides in the arable soil layer of the dry-steppe zone of the Volgograd Region]. Nauchno-prakticheskie puti povysheniya ecologicheskoj ustojchivosti I socialno-economicheskoe obespechenie selko-hozyajstvennogo proizvodstva: Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyaschennoj godu ecologii v Rossii. 2017. P. 475—478 [in Russian].
10. Kajzer M. I. Cezij-137 v pochvach Severo-Vostochnogo Altaja [Caesium-137 in the soils of the North-Eastern Altai]. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyaschennoj stoletoyu zapovednoj sistemy Rossii. Otv. Red. T. V. Jas-hina. 2017. P. 77—81 [in Russian].
