Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

МИГРАЦИЯ 137CS В ПОЧВАХ РАЗЛИЧНЫХ ЭКОСИСТЕМ БРЯНСКОГО ПОЛЕСЬЯ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "МИГРАЦИЯ 137CS В ПОЧВАХ РАЗЛИЧНЫХ ЭКОСИСТЕМ БРЯНСКОГО ПОЛЕСЬЯ"

-ьв'б^

На правах рукописи

СКОВОРОДНИКОВА Наталья Алексеевна

миграция 137сз в почвах различных экосистем брянского полесья

Специальность 03.00.27 - почвоведение, 03.00.16- экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Брянск - 2005

Работа выполнена на кафедре почвоведения, агрохимии и сельхоз-радпологий Брянской государственной сельскохозяйственной академии в 1999-2005 гг.

Научные руководители - доктор биологических наук,

профессорам. ПАКШИНА,

кандидат биологических наук, доцент В.Б. ОСИПОВ

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук

профессор З.Н. МАРКИНА,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Д.Г. КРОТОВ

Ведущая организация - ФГУ «Брянскагрохимрадиология»

**

Защита диссертации состоится 23 декабря 2005 г. в на заседании диссертационного совета Д 220. 005. 01 в Брянской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 243365, Брянская обл., Вы-гоничский р-н, п. ЕСокино, Брянская ГСХА, корпус 1, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянской ГСХА.

Автореферат разослан д? / ноября 2005 г.

Просим принять участие в работе Совета или прислать свой отзыв в 2-х экземплярах, заверенных гербовой печатью.

Учёный секретарь диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент /^^г^/

A.B. Дронов

Актуальность темы. Исследование ми фации 137Св в почвах естественных экосистем и агроэкосистем имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение в связи с решением проблемы обеспечения населения экологически чистой продукцией, выращиваемой на загрязненных после катастрофы на ЧАЭС сельскохозяйственных угодьях. В настоящее время имеется большой банк данных по поведению Сэ в различных экосистемах. Однако остаются недостаточно изученными процессы миграции радионуклида в почвах, вызывающие особенности распределения и аккумуляции в разных условиях, их количественная оценка. Количественная оценка процессов массо-переноса в почвах различных естественных экосистем и агроэкосистем открывает новые возможные пути для повышения эффективности мероприятий по борьбе с загрязнением почв и сельскохозяйственной продукции радионуклидами.

Цель исследования. Изучение процессов миграции шСэ в почвах естественных экосистем и агроэкосистем Брянского Полесья и их количественная оценка

Задачи исследования:

• изучить динамику активности |37Сз в почвах различных экосистем;

• исследовать вертикальную миграцию радионуклида по профилю почв;

• изучить динамику форм нахождения шСз и их трансформацию во времени;

• оценить вклад различных процессов в изменение радиоактивного загрязнения '37Сз почв Брянского Полесья;

• изучить перераспределение радионуклида между различными ландшафтами;

• исследовать параметры накопления ,37Сз надземной и корневой массой травянистой растительности различных экосистем.

Научная новизна.

Выполнена количественная оценка процессов массолереноса

шСа в

почвах Брянского Полесья и определены основные процессы, максимально изменяющие степень загрязнения почв различных экосистем.

Обнаружена высокая степень выноса ,37Сз с дренажным стоком при осушении болотных низинных почв и раскрыты механизмы данного явления.

Установлена линейная зависимость между массой корневых систем и активностью шСэ на единицу массы корней.

Установлены факты аккумуляции радионуклидов в слоях почвы с повышенной плотностью. * РГАУ-МСХА

имени К.А. Тимиряз-ЦНБ имени Н-И, Жсл*

Защищаемые положения.

- экспериментальные данные по содержанию и трансформации форм радионуклида в почвах Брянского Полесья;

- экспериментальные данные по вертикальному распределению по профилю почв различных экосистем Брянского Полесья;

- экспериментальные данные по динамике активности шСб в почвах раз* личных экосистем Брянского Полесья;

- количественная оценка процессов миграции П7Сз в почвах различных экосистем Брянского Полесья;

- вывод о значимой роли дренажного стока в снижении загрязнения Сб мелиорируемых низинных болотных почв;

- вывод о связи поверхностного стока с процессом вторичного загрязнения почв;

- экспериментальные данные, указывающие на линейную зависимость между массой корневой системы и активностью на единицу массы корней.

Практическая значимость. Полученные данные расширяют представления о закономерностях миграции радионуклидов в различных экосистемах и служат основой для построения балансовых и прогностических моделей распространения радионуклидов в окружающей среде.

Результаты исследований могут быть использованы для выявления областей с повышенным содержанием радионуклидов и для решения практических задач минимизации негативных последствий аварии, рационального природопользования в пострадавших от аварии регионах.

Апробация работы. Материалы представленные в диссертации, докладывались на Международной научно-практической конференции «Использование достижений современной биологической науки при разработке технологий в агрономии, зоотехнии и ветеринарии» (Брянск, 2002); на X Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов - 2003» (Москва, 2003); на научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня рождения профессора Г.Б. Гальоина (Пенза, 2003); на конференции «Молодые ученые — аграрной науке и производству» (Брянск, 2003); на IV съезде Докучаеве кого общества почвоведов «Почвы — национальное достояние России» (Новосибирск, 2004); на Всероссийской научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях антропогенного загрязнения» (Ульяновск, 2004); Международной научно-практической конференции «Агроэко-логические аспекты устойчивого развития АПК» среди студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 25-летию Брянской ГСХА (Брянск, 2005).

Публикации, По теме диссертации опубликовано 9 работ, 2 находятся в печати.

Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 137 страницах машинописного текста и состоит из 4 глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 17 таблиц и 17 рисунков. Список литературы включает 204 наименования, в том числе 36 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия, объекты н методы нсследопаннй

Исследование миграции ШС& в почвах Брянского Полесья проводилось в течение 1999-2004 гг. на стационарных мониторинговых участках, расположенных на территории Новозыбковского района Брянской области, в окрестностях поселков Колодезский и Грива, вблизи границы с Белоруссией. В связи с тем, что для выявления процессов, участвующих в миграции радионуклида, требуется более продолжительный период времени, при обработке полученного материала использовались также результаты исследований, проведенных в 1992 году Е.В. Просянниковым (1995) и В.Б. Оснповым (1995) на тех же объектах.

Территория, на которой находятся объекты исследования, входит в Клет-ня-Новозыбковский район дер ново-слабо- н среднеподзол истых песчаных и супесчаных почв, подстилаемых моренными суглинками Белорусской провинции дерново-подзолистых слабогумусированных почв и низинных болот.

В 1992 г. Е.В. Просянниковым и В.Б. Осиповым был заложен геоморфологический профиль, проходящий от вершины моренного холма (п. Колодезский) до границы с Белоруссией, получивший название открытая катена «Старый Вышков».

Геоморфологический профиль включает сеть мониторинговых ключевых почвенных участков (КПУ), которые расположены вдоль трансекта, имеющего южное направление. На протяжении катены абсолютные высоты колеблются от 160,6 до 131,4 м над уровнем моря. Угол наклона катены изменяется от 0,3 до 10°.

Каждый мониторинговый ключевой почвенный участок (КПУ) состоит из 1-2 опорных почвенных площадок (ОПП), имеющих площадь, равную 2530 м2. ОПП различаются по степени агрогенного воздействия на почву: 1) естественная экосистема; 2) агроэкос истема, и расположены в непосредственной близости на одном и том же элементе рельефа: вершина холма, верхняя часть склона, середина склона, подножье склона и древняя ложбина стока ледниковых вод.

Отбор проб почвы проводили послойно цилиндрическим пробоотборником. В почвенных образцах были определены основные физико-химические и агрохимические свойства по общепринятым методикам.

Для извлечения форм '"Сэ применяли последовательную экстракцию следуюшими десорбентами: дистиллированная вода, 1 н. водный раствор ацетата аммония, 1 н. раствор соляной кислоты, б н. раствор соляной кисло* ты при кипячении.

В почве, полученных вытяжках и в остатке после всех обработок содержание шСз определяли сиинтилляционным методом на прибор РУБ-01П6, с блоком детектирования БДКГ-ОЗП,

При расчете относительного распределения радионуклидов по фракциям, за валовое содержание принимали его удельную активность в почве до обработки десорбентами. В целях проверки материального баланса это значение сравнивалось с суммарным содержанием 37Сэ во всех вытяжках и остатке после всех обработок. Расхождения между измеренными и рассчитанными значениями лежали в пределах 5-20% для средне- и высокоактивных образцов и 30-40% для низкоактивных.

Для математического анализа и обобщения экспериментальных данных использовали пакет прикладных программ в составе МЭ Ехе1-2002, МЭ \^огс1-2002.

Физико-химические и агрохимические свойства почв катены «СтарыП Вышков»

Почвы различных экосистем существенно отличаются друг от друга по своим физико-химическим и агрохимическим свойствам. Дерново-подзолистые почвы естественных экосистем характеризуются невысоким содержанием гумуса, обменных катионов и обменного калия. Реакция среды от очень кислой до нейтральной. Торфяные почвы естественных экосистем характеризуются высокой зольностью, более высоким содержанием обменных катионов. Реакция среды от средне кислой до нейтральной. Почвы агроэкоси-стем обладают низкой гидролитической кислотностью, нейтральной реакцией среды, низким содержанием гумуса, высоким содержанием обменных катионов и подвижного фосфора.

Миграция |31С8 в почвах различных экосистем Брянского Полесья

Динамика содержания форм соединений шСз в почвах катены «Старый Вышков»

Динамика качественного состава форм шСз приведена в табл. К При исследовании динамики содержания форм 137Сз за начальный произвольный момент времени принимался 1992 год, используя опубликованные данные

б

Таблица 1

Динамика качественного состава форм шСэ в верхнем слое почв, в % от суммарной активности _(для естественных экосистем слой почвы 0-10 см, для агроэкосистем 0-20 см)_

Почва, место отбора образцов почвы, № разреза Десорбенты

Н20 1 к. CHjCOONH* 1 н.НС1 6 н, НС1 после обработки десорбентами

N0 N, N„ N, N» N. No Н N, N.

Естественные экосистемы

Дерново-подзолистая, вершина моренного холма, Р1* 0,2 1,28 2,8 5,44 0,7 10,34 20,5 59,49 75,8 23,45

Дерново-подзолистая, верхняя часть склона, ?!** 0,3 0,54 10,8 4,39 2,0 4,08 28,5 77,12 58,3 13,87

Бапотно-дерново- глубокоподзолистая, подножье склона, Р8** озз 0,39 5,25 9,79 2,33 6,55 15,52 70,64 76,57 12,63

Болотная низинная, древняя ложбина стока ледниковых вод, РП** 0,24 0,29 1.19 0,07 4,18 1,02 17,56 34,41 76,83 64,21

Аг| роэкосистемы

Дерново-подзолистая, верш н на моренного холма, Р2*** 0,2 1,22 4,0 4,50 U 1,22 24,1 79,59 70,6 13,47

Дер ко во-подзолистая, верхняя часть склона, Рб*** 0,40 0,47 8,81 4,25 2,71 3,30 19,67 70,75 68,41 21,23

Дерново-слабоподзолистая, средняя часть склона, Р4*** 0,5 0,00 8,3 5,35 2,4 3,38 17,5 75,78 71,2 15,49

Болотная низинная перегнойно-глеевая, подножие склона, Р9*** оа 0,30 0,4 1,18 0,3 2,37 6,7 71,00 92,4 25,15

Болотная низинная перегнойно-мелкоторфяно-глеевая, древняя ложбина стока, PI0*** 0,28 0,31 1,68 2,77 0,56 2,46 3,07 70,46 94,41 24,00

Примечание: No - аетивностыючвы в 1992 г. (данные В.Б. Осипова, Е.В. Просянпикова,); N,- активность почвы в 2002 и 2003 голах;

' • * - отбор образцов почвы проводился соответственно в 2002,2003 и 2004 гидах.

(Прося нников Е.В., 1995; Осипов В.Б., 1995). Для почв естественных экосистем соотношение форм определялось в слое почвы, равном 0-10 см, для почв агроэкосистем в слое почвы, равном 0-20(35) см. В начальный (1992 г.) и конечный моменты времени (2002, 2003, 2004 гг.) имеет место невысокое содержание доступных фракций радионуклида: водорастворимой, обменной и извлекаемой 1 н. НС1. Основная часть прочно связана и извлекается 6 н. НС) при кипячении или остается в почве после всех обработок.

Суммарные запасы легкодоступных для растений форм соединений (водорастворимые + обменные) в почвах естественных экосистем варьирует от 0,4 до И,1 % от общего содержания в слое, равном 0-10 см, и от 0,6 до 9,2 % в слое, равном 0-20 см, почв агроэкосистем. При этом содержание обменной формы в несколько раз превышает содержание водорастворимой фракции радионуклида. Максимальным содержанием мобильных фракций радионуклидов характеризуется дерново-подзолистая почва на вершине моренного холма и болотно-дер ново-глубоко подзол истая почва подножья склона, минимальным - болотная низинная торфяная.

За период исследований во всех почвах уменьшилось содержание фракции, остающейся после обработки десорбентами, и увеличилась доля фракций, извлекаемых 6 н. НС1 при кипячении. Наиболее интенсивно процесс трансформации формы ШС$, остающейся в почве после обработки десорбентами, протекает в почвах агроэкосистем. Увеличение относительного содержания подвижных форм радионуклида наблюдается в почвах на вершине и у подножия моренного холма.

Наибольшее содержание подвижных фракций шСз в почвах естественных экосистем имеет место в нижней части исследуемого слоя. При этом в большинстве случаев, в нижних слоях почв в составе подвижных фракций значительную долю составляет водорастворимая форма.

В почвах агроэкосистем, вследствие сельскохозяйственной обработки, распределение форм радионуклидов по пахотному слою носит относительно равномерный характер.

Миграция тС$ в почвах естественных экосистем катены «Старый Вышков»

Распределение радионуклидов в почвенном профиле во многом определяет их биологическую доступность, накопление в растениях, а также радиоэкологическую обстановку на загрязненной территории. На рис.1 представлено распределение '^Сб в слое, равном 0-20 см, почв естественных экосистем катены «Старый Вышков».

кБк/м

Р1, 1992

^ ^ > ^ £ О

кБк/м 800

Р8,1992

V V) у* <о ^ Ч

кБк/м

Р11,1992

V

«СМ

■ч" и' у <\~ <Л о- > л 5' V ^ V ^ ^

кБгс'м

о ^ V- й,/7

$ $ > ^ ^

— ♦—1999

-2002

1999 --«—2003

кБк/м 800

РИ

—♦-■2002 —«—2003

Рис. 1. Распределение |37С5 в дерново-подзолистой старопахстюй залежной (Р1), болотно-дерново-глубокоподзолистоЙ торфяной <Р8) и болотной низинной почвах (Р11).

Во всех исследуемых почвах естественных экосистем 94-97% радионуклида сосредоточено в слое почвы, равном 0-10 см. Кривая распределения плотности загрязнения 137 Cs по профилю почв естественных экосистем через 16-17 лет после выпадений носит, как правило, экспоненциально убывающий характер с глубины 2-4 см, где наблюдается максимум запаса радионуклида. Кроме того, в дер ново-подзол истой почве вершины холма отмечается повышение содержания нуклида в слое 6-8 см, связанного с повышенной плотностью данного слоя почвы (1,69 г/см3). Известно, что с увеличением плотности почвы возрастает объем тонких водных слоев, способных задерживать ионы (Пакшина С,М., 1981). Образующийся градиент концентрации 137Cs вызвал диффузиоосмотический поток раствора в обратном направлении, который привел к перераспределению радионуклида.

Максимальной глубиной проникновения значимого количества нуклида характеризуется дерново-подзолистая почва на вершине моренного холма и болотная низинная почва древней ложбины стока.

Для выяснения процессов миграции радионуклида и их количественной оценки была рассмотрена динамика плотности загрязнения почв l37Cs (табл. 2). При этом использовали два крайних срока наблюдений 1992 — 2003(2) гг.

Как видно из табл. 2. значительного перераспределения плотности загрязнения почв естественных экосистем с поверхностным и внутрипочвен-ным стоками между различными элементами катены за исследуемый период не произошло, но появились существенные изменения в плотности загрязнения радиоцезием почв каждой экосистемы.

С целью выяснения причин, вызывающих эти изменения, были рассчитаны потери l37Cs, обусловленные радиоактивным распадом. Как видно из табл. 2. в дерново-подзолистой почве вершины холма абсолютное содержание ,37Cs уменьшилось, в почве склона — практически не изменилось, но учёт радиоактивного распада показывает, что происходит некоторое увеличение содержания радионуклида, т.е. имеет место вторичное загрязнение этих экосистем 137Cs. В почве подножья склона произошло некоторое увеличение плотности загрязнения, что вызвано привносом радионуклида с поверхностным и внутрипочвенным стоками. Наибольшей скоростью вертикальной миграции радионуклида в глубь почвы характеризуется дерново-подзолистая почва вершины моренного холма, в которой в конечный момент времени содержание радионуклида слое почвы, равном 10-20 см, составляло 6,2% от общего содержания радионуклида, что почтив 2 раза превышает аналогичный показатель в остальных почвах.

Таблица 2

Динамика плотности загрязнения ШС5 верхнего слоя (0-20 см) почв естественных экосистем _катеиы «Старый Вышков», кБк/м2______

Почва, место отбора образцов почвы, № разреза 0-10 см 10-20 см 0-20 см

1992 2003 (2) ±ДА p.p. ±ДА с p.p. 1992 2003 (2) ±ДА p.p. ±ДА с p.p. 1992 2003 (2) ±ДА p.p. ¿ДА с p.p.

Дерново-подзолистая, вершина мо 1662 1481 -181 -341 +160 51 97 +46 -11 +57 1713 1578 -135 -352 +217

ренпого холма, Р1 *

Дерново-подзолистая, верхняя часть склона, Р7** 1341 1319 -22 -299 +277 14 46 +32 -3 +35 1355 1365 +10 -302 +312

Болотно-дерново-глубокоподоолн- 952 1024 +72 -212 +284 25 32 +7 -6 +13 977 1056 +79 -218 +297

стая, подножье склона, Р8**

Болотная низин-пая, древняя ложбина стока 3233 1911 -1322 -722 -600 42 123 +81 -9 +90 3275 2034 -1241 -731 -510

ледниковых вод, РП**

Примечание: p.p. • ран »активный расиал к 2003(2) г. *, ** - отбор обраиюв почвы ироватпся соответственно в 2002 к 2003 юлах.

Наибольшим изменением запаса '"Се за 11 лет в слое, равном 0-20 см, характеризовалась болотная низинная перегной но-мел ксторфяно-гл ее вая почва (Р11), где снижение плотности загрязнения составило 38% от начальной (1992). Разрез №11 заложен непосредственно на месте расположения осушительной системы. В 1988-1991 году Государственным проектно-изыскательским институтом «Бря не кги проводхоз» были выполнены работы по реконструкции осушительной системы с устройством гончарного дренажа. Согласно проекту глубина осушительных каналов составляет 1,5-2 м, расстояние между каналами - 80-100 м.

Учитывая низкое содержание в этих почвах подвижных фракций шСз было сделано предположение, что при осушении загрязненных радионуклидом болотных низинных почв с дренажным стоком могут удалятся и необменные формы радионуклида.

Для доказательства явления выноса из почвы с дренажным стоком необменных форм шСз использовали уравнение Волобуева-Пакшиной (1985), описывающее движение заряженных частиц (ионы, коллоиды) в капиллярно-пористой среде.

Рассчитанные по формуле значения плотности загрязнения лочвы с учетом радиоактивного распада показали относительно высокую сходимость с экспериментальными данными (относительная ошибка расчета составила 12-26%).

Расчет коэффициента обмена ШС5 на К+ в ППК показал, что только в

болотных низинных почвах К + > 1. Отсюда следует, что ион цезия слабее,

к

чем калий, поглощается почвой и в большом количестве может выноситься с фильтрующимся раствором.

Таким образом, эффективным способом борьбы с радиоактивным загрязнением болотных низинных почв является дренаж. С дренажным стоком удаляются не только водорастворимые и обменные формы ШС$, но и необменные соединения, входящие в состав илистых и коллоидных частиц.

Миграция шСз в почвах агроэкоснстем катены «Старый Вышкой»

Распределение шСз по профилю почв агроэкоснстем катены «Старый Вышков» представлено на рис. 2. При глубокой вспашке с оборотом пласта наиболее загрязненным оказался слой 20-35 см. В 1992 году в это слое почвы было сосредоточено 37%-94% от суммарного содержания шСэ в 50-см слое дерново-подзолистых и болотных низинных почв соответственно. Исключение составляет дер но во-подзол истая почва верхней части склона (Р6), в которой

12

кБк/м

— — 1992

-2004

кБк/м' 1600

--»--1992

-2004

кБк/м3 3000

--♦--1992

-2004

- * — 1992

-2004

Почвы:

Р2 - дерново-подзолистая псевдофибровая,

Р4 _ дер ново-подзол истая связно-песчаная,

Р6 - дерново-подзолистая связно-песчаная,

Р9 - болотная низинная перегной-но- глеевая,

Р10 - болотная низинная перегной-но-средне-торфяиая.

Рис. 2. Распределение ы'Сз почвах агроэкосистем катены «Старый Вышков»

максимум содержания радионуклида (53%) наблюдался в слое 5-10 см. В 2004 году в пахотных дерново-подзолистых почвах основная масса шСз (8089 %) была равномерно распределена в слое 0-20 см, глубже содержание радионуклида убывает. В болотных низинных почвах наблюдается иная картина: в немелиорируемой почве подножья склона (Р9), которая после радиоактивного загрязнения была перепахана и залужена, а затем еще 1-2 раза перепахивалась, пик активности (59,3%) отмечается на глубине 10-20 см, в слое 0-10 см находилось 11,2% ШС5. В мелиорируемой болотной низинной освоенной почве, длительное время после аварии на ЧАЭС использовавшейся в качестве пастбища, затем вновь перепаханной и выведенной из сельскохозяйственного оборота, в 20-см слое в 2004 г. было сосредоточено 58,9% запаса радионуклида. При этом распределение шСз по профилю почвы носит равномерный характер.

Во всех исследуемых дерново-подзолистых почвах наблюдается увеличение содержания радионуклида в подпахотном горизонте, где из-за повышения плотности почвы в плужной подошве возрастает объем тонких водных слоев, способных задерживать ионы. Увеличение содержания радионуклида в слое, равном 35-50-см, дерново-подзолистых почв за исследуемый период составило 8-35 раз. В болотных низинных освоенных почвах, которые не подвергались ежегодной сельскохозяйственной обработке, содержание радионуклида в слое почвы, равном 35-50 см, уменьшилось.

В табл. 3 представлена динамика плотности загрязнения шСз почв аг-роэкосистем. В 1992 году плотность загрязнения почвы составляла 1,5-7,0 МБк/м2. При этом наибольшей плотностью загрязнения характеризовались почвы средней и верхней части склона, а также вершины моренного холма, наименьшей - почва подножья склока.

Через 12 лет появились существенные изменения в плотности загрязнения почв |37Сб. Запас радионуклида за исследуемый период снизился в 2-4 раза в зависимости от ландшафта, за исключением почвы окраины низинного болотного массива (Р8), примыкающей к моренному холму, где происходит аккумуляция Причем, максимальное снижение загрязнения наблюдается в дерново-подзолистых почвах, расположенных в верхней и средней частях склона и в болотной низинной почве древней ложбины стока ледниковых вод. С иелью выяснения причин, вызывающих эти изменения, были рассчитаны потери шСв, обусловленные процессами радиоактивного распада, биовыноса и поверхностного смыва почвы. Расчет потерь шСз в результате радиоактивного распада за 12 лет проводили по известной формуле.

Таблица 3

Динамика плотности загрязнения l!7Cs почв агроэкосистем (0-50 см) открытой катекы «Старый Вышков»

Аэкс, кБк/м* ±ДА, кБк/м^ I

Месторасположение, № разреза а2004 Радиоактивный распад Биовынос Поверхностный ±ЭДАрас, ьЕДАэкс,

1992 2004 AlWI % и дренажный стоки кБк/м1 кБк/м1

Вершина моренного холма, Р2 2669 1331 50 -643 -94 -124 -861 -1338

Верхняя часть склона, Р6 250! 796 32 -602 -78 -970 -1650 -1705

Средняя часть склона, Р4 6933 1722 25 -1672 -204 -2162 -4038 -5211

Подножие склона, Р9 1547 1615 104 -373 -61 - - +68

Древняя ложбина | стока, Р10 1857 445 24 -447 -44 -841* -1332 -1412

* - дренажный сток

Для расчета склонового смыва почвы за период с 1992 по 2004 год использовали формулу Бастракова (1993). Расчеты показали, что за исследуемый период с поверхностным стоком может быть перенесено от 124 до 2162 кБк/м* lí7Cs. Таким образом, поверхностный смыв почвы со склонов разной крутизны приводит к выносу U7Cs, переносу его и аккумуляции в пониженных элементах рельефа, вызывая вторичное загрязнение расположенных в них почв.

Биовынос 137Cs рассчитывали путем умножения среднем но гол етней плотности загрязнения почвы на значения коэффициентов перехода в продукцию растениеводства с учетом среднемноголетней урожайности сельскохозяйственных культур. Рассчитанные значения биовыноса ,í7Cs показывают, что с урожаем культур удаляется из почвы меньше радионуклида, чем с поверхностным стоком и вследствие радиоактивного распада.

На мелиорируемых землях (Р10) снижение загрязнения почв связано с работой дренажа. Расчет показал, что дренажный сток снизил плотность

загрязнения почвы на 841 кБк/м2. С дренажным стоком l37Cs попадает в речную сеть и в дальнейшем не участвует в загрязнении земель данной территории. По эффективности снижения радиоактивного загрязнения почв аг-роэкосистем действие дренажа сравнимо с поверхностным смывом почв на покатых склонах.

Сравнение значений ±2ЛАэкс с ±ЕДАрас показывает, что относительная ошибка расчетов суммы потерь ,37Cs вследствие радиоактивного распада, биовыноса, поверхностного и дренажного стоков для Р2, Рб, Р4 и Р10 составляет соответственно 35, 3, 22 и 6%. Высокая степень сходимости рассчитанных и экспериментальных значений для задач подобного рода указывает на адекватность предполагаемых процессов миграции 137Cs реальным, протекающим в почвах агроэкоснстем.

Таким образом, основными процессами миграции ,37Cs в почвах агроэкоснстем, за исключением а гроз косисте м ы на вершине моренного холма, являются поверхностный и дренажный стоки, на которые приходится соответственно 54-59% и 63% от общего выноса радионуклида. Биовынос сельскохозяйственными культурами составляет всего 3-11% от общего выноса радионуклида. Радиоактивный распад снизил общие потери mCs на 34-41%. В агроэкосистеме, слабо подверженной водной эрозии, основным процессом, снижающим загрязнение почвы, является радиоактивный распад (75% от общих потерь радионуклида).

Накопление ШС$ в фитоценозе

Наибольшая активность 13ТС$ в надземной части растений наблюдается в естественных экосистемах, на участках верхней части склона и древней ложбины стока ледниковых вод. Удельная активность "7Cs в корневых системах растений в 3-21 раз превышает содержание радионуклида в надземной фитомассе.

Наибольшими коэффициентами перехода ,í7Cs в растительность характеризуются целинная дерново-подзолистая и бол от но-дерново-глубоко-подзолистая почвы естественных экосистем. Биовынос шСз растительностью в естественных экосистемах выше, чем биовынос в аналогичных arpo-экосистемах в 5-100 раз. Однако, переход радионуклида из почвы в растения незначителен и не превышает 1,3% в естественных экосистемах и 0,3% в агроэ кос истемах.

На основании полученных результатов была установлена линейная зависимость между удельной активностью корней (Бк/г) и их массой (R2 = 0,85) (рис. 3). Следовательно, с увеличением массы корневых систем прямо

пропорционально увеличивается активность корней на единицу массы независимо от типа почвы и биоценоза. Зависимости между массой корневых систем и активностью надземной части растений не обнаружено.

Масса корней, г

♦ Активность корней (сух, масса) —*— Активность травостоя (сух. масса)

Рис. 3. Зависимость удельной активности корней и удельной активности надземной части растений от массы корневых систем.

Выводы

1. По истечению 16-17 лет после катастрофы на ЧАЭС изотопы IJ7Cs находятся в почве преимущественно в необменном и фиксированном состояниях. Суммарная активность подвижных форм IJ7Cs в верхнем 10-см слое почв естественных экосистем составляет 1,4-17,1%, в пахотном горизонте почв агроэкосистем — 3,9-8,7% от общей активности радионуклида. Наибольшее содержание мобильных фракций 137Cs имеет место в нижней части исследуемого слоя.

2. За период исследований во всех почвах уменьшилось содержание l37Cs в остатке, и увеличилась доля фракций, извлекаемых 6 н. HCl при кипячении. Наиболее интенсивно процесс трансформации формы l3TCs, остающейся в почве после обработки десорбентами, протекает в почвах агроэкосистем.

3. В почвах естественных экосистем 94-97% радионуклида сосредоточено в слое, равном 0-10 см. Кривая распределения плотности загрязнения l3TCs по профилю почв естественных экосистем через 16-17 лет после выпадений носит, как правило, экспоненциально убывающий характер с глубины 2-4 см, где наблюдается максимум. Наибольшей скоростью вертикальной ми фации характеризуется дерново-подзолистая почва на вершине холма.

17

4. Исследование динамики плотности загрязнения '"Сэ почв естественных экосистем катены позволяет сделать вывод, что во всех экосистемах, за исключением мелиорируемой, имеет место процесс вторичного загрязнения.

5. Дренаж является эффективным способом борьбы с радиоактивным загрязнением болотных низинных почв. Осушение позволило снизить плотность загрязнения почв шСз за исследуемый период на 38% от суммарного снижения загрязнения. С дренажным стоком из почвы удаляются не только водорастворимые и обменные формы радионуклида, но и труднорастворимые соединения, входящие в состав илистых и коллоидных частиц. Расчет коэффициента обмена шСэ на К+ в ПГПК показал, что в болотных низинных

Сз+

почвах К + >1, то есть ион цезия слабее, чем калий, поглощается почвой и в к

большом количестве выносится с фильтрующимся раствором.

6. Исследование динамики плотности загрязнения '"Се почв агроэкоси-стем катены показало, что во всех почвах, за исключением почвы подножья склона, имеет место снижение плотности загрязнения почв ,37С$. На почвах, подверженных водной эрозии, основная роль в перераспределении радионуклида принадлежит поверхностному стоку, на мелиорируемых — дренажному. Количественная оценка процессов миграции '^Сэ показала, что дренажный сток, поверхностный сток, радиоактивный распад и биовынос уменьшают активность шСв соответственно на 63, 14-59, 34-41 и 3-11% от общего снижения активности в этих почвах,

7. В пахотных почвах увеличилось содержание137Сз в нижней части исследуемого слоя, где из-за повышения плотности почвы в плужной подошве возрастает объем тонких водных слоев, обладающих ионозадерживающей способностью. Аналогичное явление наблюдается и в почвах естественных экосистем в слоях с повышенной плотностью.

8. Изучение накопления в фитоценозе показало, что содержание радионуклида в корневых системах значительно превышает его содержание в надземной массе. В естественных экосистемах это превышение составляет от 4 до 21 раза, в агроэкосистемах от 3 до 11 раз.

Установлена тесная линейная зависимость между активностью корневых систем и их массой (Я2 ■= 0,85). Независимо от типа почвы и биоценоза с увеличением массы корней пропорционально увеличивается активность корневых систем на единицу массы. Зависимости между массой корней и активностью надземной части растений не обнаружено.

Рекомендации производству

1. Для борьбы с радиоактивным загрязнением болотных низинных почв предлагается строительство новых и реконструкция старых осушительных систем, на которых необходимо устраивать специальные сооружения, задерживающие поступление шСз в водоприемники. Устройство таких сооружений в местах сброса дренажных вод в водоприемники позволит обеспечить экологическую эффективность дренажа.

2. На пахотных землях предлагается оптимизировать условия для формирования мощной и глубокой корневой системы, активность которой может превышать на порядок активность надземной массы,

Список опубликованных работ

1. Осипов, В.Б. Динамика распределения форм шСз в почвах геохимически сопряженных ландшафтов / Осипов В.Б., Чекин Г.В, Сковородннкова H.A. // Материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых «Использование достижений современной биологической науки при разработке технологий в агрономии, зоотехнии и ветеринарии». — Брянск, 2002. - С. 95- 96.

2. Осипов, В.Б. Особенности радиоактивного загрязнения переходного болота Брянской области / Осипов В.Б., Чекин Г.В, Сковородннкова H.A. Н Материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых «Использование достижений современной биологической науки при разработке технологий в агрономии, зоотехнии и ветеринарии». — Брянск, 2002. — С. 96-97.

3. Сковородннкова, H.A. Роль геохимических ландшафтов в перераспределении радиоактивного загрязнения / Сковородннкова H.A. // Тезисы докладов X Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2003». - Москва, 2003. - С. 126-127.

4. Осипов, В.Б. Особенности поведения шСз в почвах геохимически сопряженных ландшафтов / Осипов В.Б., Чекин Г.В. Сковородннкова H.A. // Материалы научно-практической конференции, посвященной 75 летию со дня рождения профессора Г.Б. Гапышна.-Пенза, 2003.-С. 149- 151.

5. Сковородннкова, H.A. Динамика распределения 1J7Cs в торфяной болотной низинной почве / Сковородннкова H.A. // «Молодые ученые — аграрной науке и производству». Сб. науч. работ молодых ученых-аграриев Центрального Федерального округа. Выпуск 1. - Брянск: Изд-во Брянской ГСХА, 2003, — С. 45-47.

HS 2 3 7 8 О

6. Пакшина, С.М. Оценка биовыноса mCs сельскохозяйственными культурами / Пакшина С.М., Сковородникова H.A. // Почвы - национальное достояние России: Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. - Новосибирск, 2004. - Кн, 1. - С. 282.

7. Пакшина, С.М,Особенности накопления радиоцезия в продукции растениеводства / Пакшина С.М., Сковородникова H.A. // Аграрная наука. - 2004. - №3. - С, 6-9.

8. Сковородникова, H.H. Радиоэкологический мониторинг распределения li7Cs по профилю некоторых почв Брянского Полесья / Сковородникова H.H., Осипов В.Б., Чекин Г.В. // Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях антро погенното загрязнения; Материалы Всероссийской научно-практической конфереции. - Ульяновск, 2004, -С. 66 - 68.

9. Пакшина, С.М, Экологическая эффективность дренажа при осушении болотных почв, загрязненных Cs / Пакшина С.М., Васильев В.К., Осипов В.Б., Сковородникова H.A. 11 Мелиорация и водное хозяйство. - 2005. - № 3. - С.32-34.

10. Сковородникова, H.A. Мнграция 137Cs в почвах Брянского Полесья / Сковородникова H.A. // Материалы Международной научно-практической конференции «Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК» среди студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 25-летию Брянской ГСХА. — Брянск, 2005 (в печати).

11. Пакшина, С.М. Особенности вторичного загрязнения l37Cs нечерноземных почв / Пакшина С.М., Просянников Е.В., Осипов В.Б., Сковородникова H.A. // «Чернобыль - 20 лет спустя,..». Материалы Международной научно-практической конференции. - Брянск, 2005 (в печати).

Формат 60x841/16

Тираж 100

Объем 1 п. л.

Редакционно-издательский отдел Брянской ГСХА