Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Поведение 137Cs в пойменных почвах Брянской области

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Поведение 137Cs в пойменных почвах Брянской области"

— г

С ^ (3 На правах рукописи

, , 'Г '

КОШЕЛЕВ Иван Александрович

ПОВЕДЕНИЕ 137Сз В ПОЙМЕННЫХ ПОЧВАХ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ

06.01.03 - агропочвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Брянск-1998

Работа выполнена в Брянской государственной сельскохозяйственной академии.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, академик РАЕН Просянников Е.В.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, академик Международной академии экологии и природопользования Кувшинов Н.М.

кандидат сельскохозяйственных наук Калацкий B.C.

Ведущая организация - Брянский Центр «Агрохимрадиология».

Защита диссертации состоится 25 сентября 1998 г. в Ю00 час. на заседании диссертационного совета К 120.38.01 в Брянской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 243365, Брянская обл., Выгоничский р-н, с. Кокино, Брянская ГСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянской ГСХА.

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

Автореферат разослан 1 августа 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. с.-х. наук, доцент

Дронов А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Речные долины в зоне глобальной ядерной аварии на Чернобыльской АЭС, являясь сложными аккумулятивными ландшафтами, становятся критическими кормовыми угодьями из-за загрязнения 137Сб. На многих из них не могут быть проведены мероприятия, снижающие его поступление в травостои. Разработка научных принципов безопасного использования естественных пойменных кормовых угодий, загрязненных выбросами ЧАЭС, весьма актуальна. Исследования проводили по программе «Разработать научные основы формирования агроландшафтов и создать качественно новые зональные системы земледелия для основных природно-сельскохозяйственных зон России» и заданию 01.4.4. «Разработать научные основы экологической оценки закономерности миграции и аккумуляции радионуклидов в почвах, подвергшихся радиоактивному загрязнению».

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ - изучить особенности поведения 137Сб в пойменных почвах- юго-западной части Брянской области для разработки агроэкологических принципов использования естественных пойменных кормовых угодий, находящихся в различных зонах радиоактивного загрязнения.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

1. Обобщить архивные и опубликованные материалы о радиоэкологических условиях региона и речных долин;

2. Изучить строение, состав и свойства почв основных естественных пойменных экологических подсистем (ПЭП);

3. Исследовать радиологическую обстановку в различных ПЭП и определить валовое содержание 137Сз и его формы в их почвах;

4. Изучить влияние основных почвенных показателей на

137

доступность Сэ пойменным травостоям;

5. Провести агроэкологическую оценку почвенного покрова естественных пойм, загрязненных 137Сз, и разработать научные принципы его безопасного использования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЙ. Впервые в юго-

137

западном регионе России изучено поведение Сб в естественных пойменных почвах в зависимости от вариаций природно-антропогенных условий и предложен новый адаптивный подход к экологически безопасному использованию пойменных лугов.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Результаты систематических исследований радиоэкологической обстановки естественных пойм юго-запада Брянской области;

2. Особенности поведения 137Сб в пойменных почвах, обусловленные разнообразием экологических условий различных частей пойм;

3. Адаптивный подход к экологически безопасному использованию пойменных лугов, расположенных в различных зонах радиоактивного загрязнения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. На основании установленного

137

закономерного перераспределение Сэ между компонентами почвенного покрова естественных пойм, выделены участки, существенно различающиеся по накоплению радионуклида в почве. Оценено влияние основных почвенных показателей на его биологическую доступность. Проведена комплексная экологическая оценка пойменных почв, позволившая определить степень влияния радиоактивного загрязнения на их хозяйственную ценность. Предложен показатель для определения агроэкологической пригодности естественных пойменных кормовых угодий, загрязнённых 137Сз.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты научных исследований апробированы на Всероссийской научной конференции «Научные основы ведения агропромышленного производства в условиях крупных радиационных аварий» (Обнинск, 1996), Межгосударственной научной конференции «Современные проблемы охраны земель» (Киев, 1997), Межрегиональной научно-практической конференции «Человек: жизнь в окружающей среде» (Брянск, 1997), Межвузовской научно-практической конференции «Достижения и передовой опыт в производство и научно-воспитательный процесс» (Брянск, 1997), Научно-практической конференции «Вклад ученых и специалистов в национальную экономику» (Брянск, 1997), Международной научно-производственной конференции «Агроэкологические аспекты системы земледелия юго-западной части Российской Федерации» (Брянск, 1998), Всероссийской конференции «Антропогенная деградация почвенного покрова и меры её предупреждения» (Москва, 1998).

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ.

ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из Ц глав, /3 разделов, заключения, выводов и предложений. Она изложена на //5" машинописных страницах, включая &0 страниц текста, у/ таблиц, НЧ рисунков, список отечественной и зарубежной литературы из Щ9 наименования на 44 страницах.

БЛАГОДАРНОСТИ. Автор выражает глубокую признательность коллективу кафедры почвоведения, агрохимии и сельхозрадиологии Брянской ГСХА, сотрудникам Брянского центра «Агрохимрадиология», ВНИИСХРАЭ, Факультета почвоведения МГУ, БелНИИ радиологии.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. МЕТОДОЛОГИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Методологической основой исследований являются концепция экологического мониторинга, разработанная В.А. Ковдой с соавторами, системный подход (Глазовская, 1964, 1973; Фридланд, 1972; Системный..., 1985), научные положения почвоведения и сельскохозяйственной радиологии (Добровольский, 1968, 1985; Клечковский, 1956; Гуля-кин, Юдинцева, 1962, 1973; Алексахин, 1963, 1982; Роде, 1971; Молчанова, и др., 1972; Тюрюканов, 1974, 1982; Павлоцкая, 1974; Корнеев, Фирсакова, Малышева, 1975; Тихомиров, Санжарова, 1978; Прохоров, 1981; Пристер, 1988; Балабко, 1990; Шишов, Дурманов, Карманов, 1991, Круглов, 1997, идр.).

В 1993 году нами был заложен экосистемный ландшафтный стационар в поймах рек Ипути, Унечи, Беседи, расположенный в юго-западных районах Брянской области. Он состоит из 5 ключевых экоси-темных участков (К^ЭУ), которые находятся в различных зонах радиоактивного загрязнения и репрезентативны по природно-антропогенным условиям бассейну верхнего Днепра:

Суражский КЭУ (СКЭУ), Суражский район Жуковский КЭУ (ЖКЭУ), Суражский район Лопатнинский КЭУ (ЛКЭУ), Клинцовский район Перевозский КЭУ (ПКЭУ), Новозыбковский район Батуровский КЭУ (БКЭУ), Красногорский район

< 1 Ки/км ; 1 - 5 Ки/км2; 5-15 Ки/км2; 15-40 Ки/км2; > 40 Ки/км2

„„ 137~„ ПО СБ

Каждый КЭУ состоит из ряда пойменных экологических подсистем (ПЭП). Они представляют собой естественные сообщества растений и определенный набор природных условий (почвенный покров, гидрология, геоморфология, литология участка и т. п.). Различные сочетания подсистем образуют экологическую систему конкретной поймы, обусловливающую индивидуальные закономерности поступления, накопления, перемещения и преобразования поллютантов (рис. 1).

Схемы объектов исследований приведены на рисунках 2-6.

Намывной ТВП

Атмосферный ТВП

Склоновый ТВП

Прирусловая Центральная Притеррас-

пойма пойма ная пойма

1 2 3 4 5

\ Река

Грунтово-напорный ТВП

"ВоддтстммПгоЁтош^

а б

, . . ......... ...... ,

в .........:......":: ......-.,": ':Водоупор.С/;^.-....;

Условные обозначения:

Пойменные экологические подсистемы: 1 - прирусловая пойма с мезофитными злаками, бобовыми и разнотравьем; 2 - прирусловая пойма с лисохвостом луговым и разнотравьем; 3 - центральная пойма с канареечником тростниковидным, осоками лисьей, острой и разнотравьем; 4 - центральная пойма с манником водным, осоками острой, пузырчатой и разнотравьем; 5 - притеррасная пойма с осоками острой, пузырчатой с разнотравьем и хвощом болотным.

ТВП - тип водного питания. Уровень воды в реке или паводка: а - паводок; б - межень в среднем по осадкам году; в - межень в сухом году.

Рис. 1. Поперечный профиль типичной поймы реки

ПЭП 1+2 Прирусловая пойма

КЩ-9юР(Щ

плотность загрязнения <1 Ки/км2 по"'Сэ.

Почва аллювиальная дерновая кислая маломощная укороченная

Тип луга: разнотравно - злаковый.

Урожайность сена 21,2 ц/га.

ПЭПЗ Центральная пойма

плотность загрязнения ■ <1 Ки/км2 по "'Сб.

Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная.

Тип луга: осоково - манниково -канареечниковый.

Урожайность сена 45,3 ц/га.

ПЭП 4 Центральная пойма

плотность загрязнения -

<1 Ки/км2 по '"Сэ.

Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная.

Тип луга' разнотравно -манниковый.

Урожайность сена 72,3 ц/га.

ПЭП 5 Притеррасная пойма

плотность загрязнения <1 Ки/км2 по "'Сэ,

Почва собственно аллювиальная лугово-болотная.

Тип луга: разнотравно -осоковый.

Урожайность сена 72,3 ц/га.

Рис. 2. Схема объектов исследований Суражского КЭУ

ПЭП 1+2 Прирусловая пойма

МЭД -19 мкР/час, плотность загрязнения -

1,1 Ки/км2 по "'Сэ. Почва аллювиальная

дерновая кислая слоистая примитивная укороченная.

Тип луга: бобово - разнотравно -злаковый.

Урожайность сена 20,6ц/гз.

ПЭПЗ Центральная пойма

МЭД-22 мкР/час, плотность загрязнения 1,5 Ки/км2 по "'Сэ.

Почва собственно аллювиальная лугова: кислая маломощная укороченная.

Тип луга: осоково - разнотравно -канареечниковый.

Урожайность сена 37,4ц/га.

ПЭП 4 Центральная пойма

МЭД-25 мкР/час, плотность загрязнения -1,9 Ки/км2 по'"Сб.

Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная.

Тип луга: осоково-канареечниково-манниковый.

Урожайность сена 92,9 ц/га.

ПЭП 5 Притеррасная пойма

МЭД-17 мкР/час, плотность загрязнения -0,8 Ки/км2 по "'Сэ.

Почва собственно аллювиальная лугово-болотная, оторфованная

Тип луга: манниково - разнотравно осоковый.

Урожайность сена _31,5 ц/га._

Рис. 3. Схема объектов исследований Жуковского КЭУ

ПЭП 1+2 Прирусловая пойма

МЭД -120 мкР/час, плотность загрязнения -18 Ки/км2 по "'Сэ.

Почва аллювиальная дерновая кислая слоистая примитивная укороченная.

Тип луга: бобово - разнотравно -злаковый.

Урожайность сена _4.6 ц/га._

ПЭПЗ Центральная пойма

МЭД-150 мкР/час, плотность загрязнения 23 Ки/км2 по "'Сэ.

Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная.

Тип луга: разнотравно -канареечниковый.

Урожайность сена _47 ц/га._

ПЭП 4 Центральная пойма

МЭД-80 мкР/час, плотность загрязнения 11,3 Ки/км2 по "7СЭ.

Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная.

Тип луга: разнотравно -манниковый.

Урожайность сена 92,9ц/га.

ПЭП 5 Притеррасная пойма

МЭД - 80 мкР/час, плотность загрязнения -

11,3 Ки/км2 по "'Сб.

Почва собственно аллювиальная лугово-болотная, оторфованная.

Тип луга: разнотравно - осоковый

Урожайность сена 28,1 ц/га.

Рис. 4. Схема объектов исследований Лопатнинского КЭУ

ПЭП П2 Прирусловая пойма

МЭД - 250 мкР/час, плотность загрязнения -40 Ки/км2 по '"Сэ.

Почва аллювиальная

дерновая кислая слоистая примитивная укороченная.

Тип луга: разнотравно - злаковый

Урожайность сена 8 ц/га.

ПЭПЗ Центральная пойма

МЭД- 270 мкР/час, плотность загрязнения -43 Ки/км2 по "'Сэ.

Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная.

Тип луга: разнотравно -канареечниковый.

Урожайность сена _43 ц/га_

ПЭП 4 Центральная пойма

МЭД - 260 мкР/час, плотность загрязнени: - 41,5 Ки/км2 по «'Сэ Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная.

Тип луга: разнотравно -манниковый.

Урожайность сена 45 ц/га._

ПЭП 5 Притеррасная пойма

МЭД - 220 мкР/час, плотность загрязнения -34,8 Ки/км2 по 13?Сз.

Почва собственно аллювиальная лугово-болотная.

Тип луга: осоковый.

Урожайность сена 25,2 ц/га.

Рис. 5. Схема объектов исследований Перевозского КЭУ

ПЭП 1+2 Прирусловая пойма

МЭД-1000 мкР/час, плотность загрязнения -166 Ки/км2 по '"Сэ.

Почва аллювиальная дерновая кислая слоистая примитивная укороченная

Тип луга: бобово - разнотравно -злаковый

Урожайность сена Ю,2ц/га.

ПЭПЗ Центральная пойма

не обнаружена в пределах данной зоны

ПЭП 4 Центральная пойма

МЭД-400 мкР/час, плотность загрязнения

65,5 Ки/км2 по »'Сб.

Почва собственно аллювиальная лугово-болотная.

Тип луга: разнотравно - осоково -манниковый.

Урожайность сена 63 ц/га

ПЭП 5 Притеррасная пойма

МЭД -720 мкР/час, плотность загрязнения -119 Ки/км2 по "7Сэ.

Почва собственно

аллювиальная лугово-болотная.

Тип луга: разнотравно - осоковый

Урожайность сена 49,3 ц/га

Рис. 6. Схема объектов исследований Батуровского КЭУ

Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения на поверхности почв измеряли дозиметром СРП-68-01.

В Брянском Центре «Агрохимрадиология» определяли содержание 137Cs в образцах почв и растений методом полупроводниковой у - спектрометрии.

Для определения содержания форм 137Cs почвенные образцы последовательно обрабатывали десорбентами по следующей схеме:

• дистиллированная вода при комнатной температуре (извлекает водорастворимые формы);

• 1 н водный раствор ацетата аммония при комнатной температуре (извлекает легкообменные формы);

• 1 н раствор HCl при комнатной температуре (извлекает труднообменные формы);

• 3 н раствор HCl (извлекает необменные формы);

• остаток, не извлекаемый вышеуказанными десорбентами (прочносвязан-ные формы).

В полученных вытяжках и в почве после всех обработок содержание

Cs определяли методом полупроводниковой у - спектрометрии.

При расчете распределения радионуклидов по фракциям за валовое содержание в почве 13 Cs принимали его исходное количество, измеренное до начала обработки десорбентами. Для проверки баланса это значение сравнивали с суммарным содержанием 37Cs во всех вытяжках и в почве после всех обработок.

Для математического анализа и обобщения экспериментальных данных использовали современный аппарат математической статистики (Дмитриев, 1972) и почвенной информатики (Рожков, 1983, 1989). Оформление результатов исследований проводил на компьютере с помощью программ MS Exel 97, MathCaD 6.0 и MS Word 97.

2. РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РЕГИОНА

Брянская область имеет достаточно развитую речную сеть. По её территории протекает около 2880 рек и речушек. Практически все реки области принадлежат днепровскому бассейну (Николаев, Роговой, 1983).

Изучение архивных материалов по гидрологии региона исследований показало, что реки, в поймах которых расположены КЭУ, принадлежат к типу равнинных с преобладанием снегового питания. Сток в годовом разрезе характеризуется высоким весенним половодьем, относительно низкой летней меженью, периодическими летними и осенними паводками. В осенне-зимний период обычно наблюдается повышение водности рек в результате осадков. Распределение весеннего, дождевого и грунтового стока в году находится в прямой зависимости от величины осадков, рельефа, почвогрунтов, геологического строения местности, растительности.

В целом, следует отметить высокую густоту речной сети рек верхнего бассейна р. Днепр 0,36-0,38 км/км2, достаточно длительный весенний паводок 15-30 дней, 1-4 дождевых паводка, смешанный тип водного питания, хорошо выраженные малоуклонные поймы, обилие естественной луговой растительности, особенно начинающей вегетацию под водой (ПЭП 3-5), выносящей повторное затопление и подтопление.

Опыт работ по изучению радиоактивного загрязнения водных объектов, расположенных на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению в зоне аварии на ЧАЭС, показал, насколько долговременными являются последствия радиоактивного загрязнения водных экосистем.

Наблюдения за состоянием радиоактивного загрязнения водных объектов региона в 1991 - 1995 гг., свидетельствует, что в реках уровни загрязнения 137Cs ниже временных допустимых уровней на два порядка (Вакуловский и др., 1994,1996). В непроточных водоемах и малых водотоках уровни загрязнения указанными радионуклидами близки к установленному нормативному пределу. Это позволило авторам сделать вывод, что определяющая роль в формировании концентрации радионуклвдов в водном потоке принадлежит запасу радионуклидов на соответствующей водосборной территории.

Ежегодно начиная с 1993 проводили измерения мощности экспозиционной дозы (МЭД) -излучения с поверхности почв пойменного экосистем-ного ландшафтного стационара (Просянников, Кошелев, Силаев, 1996). МЭД обусловлена излучением всех радионуклидов, находящихся в экосистеме. Этот показатель характеризует общую радиологическую обстановку в подсистемах и варьирует в зависимости от конкретной поймы, ПЭП и зоны радиоактивного загрязнения (рис. 7).

а)

М кР /ч 1 6 О

1 4 О

1 2 О

1 О О

8 О

6 О

4 О

2 О

О

б) м кР/ч

1000 " 900 800 700 600 500 400 300 200 100 О

В ПЭП 1+2 ■ ПЭП 3 □ ПЭП 4 В ПЭП 5

Рис. 7. Мощность экспозиционной дозы у - излучения над поверхностью пойменных почв (в среднем за 1993 - 1996 гг.)

СКЭУ ЖКЭУ ЛКЭУ

МЭД «чистого» Суражского КЭУ осталась на доаварийном уровне и колеблется в среднем около 7 мкР/час. При этом определенного различия по МЭД между ПЭП не отмечено (рис. 7а). По мере продвижения в более загрязненные районы, наблюдали увеличение рассматриваемого показателя (рис. 7б). В пределах всех этих КЭУ установлены отличия меоду ПЭП по МЭД. На калздом КЭУ, загрязнённом радионуклидами, выделены участки, где МЭД наивысшая. Это, как правило, центральная пойма. Следует отметить, что здесь отмечается тенденция к повышению уровня этого показателя в ПЭП 4, где доминантом является манник водный.

По годам (1993-1996 гг.) определенных закономерностей в изменении МЭД в пределах всех КЭУ не наблюдали. Вероятно, это вызвано тем, что наиболее активное снижение этого показателя происходило в первый период после аварии из-за распада короткоживущих радионуклидов.

Немаловажную роль в формировании МЭД в подобных условиях играют такие факторы, как перераспределение 13 Сб по профилю почвы в связи с изменением его подвижности и метеорологические условия конкретного года. Вероятно, осадки повышают подвижность радионуклида и «экранируют» водой на поверхности почвы активность находящегося в ней 1 Сэ.

1. ВАЛОВОЕ СОДЕРЖАНИЕ '^Сб В ПОЧВЕ

Наличие в почве мощного слоя дернины обеспечивает поддержание длительно действующего депо 137Сб в доступных формах для усвоения растениями (Алексахин, 1993). Г.Т. Воробьевым с сотрудниками (1994) установлено, что в пойменных почвах максимальное содержание цезия отмечено в верхнем дерновом горизонте (0-5 см). Незначительное его количество наблюдали в слое 5-10 см. Поэтому для определения 137Сз нами были отобраны почвенные образцы с глубин 0-5 и 5-10 см.

В прирусловой пойме Суражского КЭУ, расположенного в «чистой» зоне (плотность загрязнения Сэ < 1 Ки/км ), 1Э7Сз содержится больше в слое 5-10 см, а в почвах остальных частей поймы - в слое 0-5 см. Сравнивая мезду собой содержание 137Сз в 0-10-сантиметровом слое почв Суражского КЭУ можно отметить, что больше всего содержится его в почвах ПЭП центральной поймы, а меньше - в прирусловой (рис. 8).

В обоих слоях почвы ПЭП 1+2 Жуковского КЭУ 137Сб содержится примерно в одинаковом количестве. В почвах остальных ПЭП его больше сосредоточено в слое 0-5 см. По содержанию 137Сз в слое 0-10 см этого КЭУ ПЭП размещаются в следующий ряд: 4 > 3 и 5 >1+2.

В почвах всех ПЭП Лопатнинского КЭУ больше 137Сэ содержится в слое 0-5 см. По содержанию его в слое 0-10 см ПЭП размещаются в следующей последовательности: 4 > 3 и 5 > 1+2 (рис. 8).

СУРАЖСКИЙ КЭУ

I V„lfu2

ПЭП 1+2 ПЭПЗ ЖУКОВСКИЙ КЭУ 1 - 5 Ки/км!

ПЭП4 ПЭП5

ПЕРЕВОЗСКИЙ КЭУ 15-40 Кк/км1

ПЭП 1 +2 ПЭП 3 ПЭП 4 ПЭП 5

ЛОПАТНИНСКИЙ КЭУ 5-15 Ки/км'

ПЭП 1+2 ПЭПЗ ПЭП 4 БАТУРОВСКИЙ КЭУ > 40 Ки/км2

11Л 1

50000 0000 30000 20000 10000 о

ПЭП 1+2 ПЭПЗ

ПЭП 4

ПЭП 5

ПЭП 1 +2

ПЭП 5

Рис. 8. Содержание 137Сз в почвах пойменных экологических подсистем, Бк/кг

ПЭП 4

На Перевозском КЭУ в ПЭП 1+2 и ПЭП 3 отмечено большее накопление Сэ в слое 5-10 см. В ПЭП 4 и ПЭП 5 этот радионуклид находится в большем количестве в слое 0-5 см. По содержанию 13 Сб в слое 0-10 см ПЭП разполагаются следующим образом: 4 >1+2 и 5 > 3.

В почвах всех ПЭП Батуровского КЭУ 137Сз содержится больше в слое 0-5 см. По содержанию его в слое 0-10 см ПЭП размещаются следующим образом: 4 > 5 > 1+2.

Между количеством в пойменных почвах илистых частиц и содер-

137

жание Сэ установлена сильная, а в некоторых случаях тесная, корреляционная связь (в среднем г = 0,8).

4. ФОРМЫ ,37Сб В ПОЙМЕННЫХ ПОЧВАХ

Состояние и поведение 137Сэ характеризуются всей совокупностью форм, образуемых им. Соотношение этих форм зависит как от свойств самого радионуклида, его склонности к специфической сорбции, характеристик источника, так и от состава и свойств природных объектов, реальных физических и химических условий (Круглов, 1997).

Основная часть 137Сэ находится в прочносвязанном состоянии (в среднем 67 %).

Суммируя водорастворимую и легкобменную формы получили количество радионуклида, доступное для растений. Оно в ПЭП 1+2 всех КЭУ сосредоточено больше в слое 0-5 см, а ПЭП 5 наоборот - в 5-10 см. В почвах ПЭП 3, кроме Перевозского КЭУ, 137Сб в доступной форме больше в слое 5-10 см. В ПЭП 4 подобного не отмечено.

На рисунке 9 представлено содержание доступной формы 137Сэ в слое почв 0-10 см в абсолютном и относительном выражениях. Видно, что в загрязненных районах наибольшее содержание её характерно для почв центральной поймы.

На биологическую доступность 137Сб большое влияние оказывают физико-химические и агрохимические свойства почв.

Так, в слое почв 0 - 10 см ПЭП 1+2 достоверная положительная сильная корреляционная связь отмечена между величиной доступной формы 137Сз и содержанием подвижного калия (г = 0,75), а достоверная сильная отрицательная - с рНкс; (г= - 0,79), ЕКО (г= -0,63).

В ПЭП 3 и ПЭП 4 так же, как и в ПЭП 1+2 - содержание доступной формы 137Сб прямо пропорционально К20 (соответственно г = 0,58 и 0,41) и обратно - рНкС| (-0,46, -0,52) и ЕКО (-0,35, -0,75). Однако степень связи между ними ниже, чем в ПЭП 1+2.

В ПЭП 5 подобная закономерность между подвижностью радионуклида и агрохимическими показателями сохраняется. Как и в ПЭП 1+2 связь между анализируемыми величинами сильнее, чем почвах центральной поймы.

Бк/кг ЖКЭУ (1-5 Ки/км2)

% Бк/к г у 3600

ПКЭУ (15 - 40 Кп/км2)

Г1ЭП1+2 ПЭПЗ ПЭП4 ПЭП5

пэп

т°го

^ 16 I,«

I

Т« |10 + а

Г

'ПЭПЗ ПЭП4 ПЭП5 12

БК/К1. ЛКЭУ (5-15 Ки/км2)

1500

% б^кг БКЭУ ( > 40 Ки/км2)

13 42X0

Рис. 9. Содержание доступных форм Сэ в пойменных почвах с плотностью загрязнения более 1 Ки/км2 (слой 0-10 см)

В связи с тем, что между рНкС|, ЕКО, К20 и доступным 137Сб обнаружена сильная достоверная корреляционная связь, было рассчитано уравнение множественной регрессии для почв каждой ПЭП:

У = 17,98 - 3,19Х1 - 0,15Х2+ 2,22Х3 У = - 349,88 - 13,39Х1 + 3,86Х2+ 47,42Х3 У = 30,74 - 4,03Х1 - 0,17Хг + 2,85Х3 У = 39,24 - 4,89Х1 - 0,23Хг+ 1,41 Х3

(ПЭП 1+2); (ПЭП 3); (ПЭП 4); (ПЭП 5)

где

У - относительное содержание доступной формы 137Сз, %; Х-\ - рНкс1;Х2- ЕКО, мг" экв/100 г почвы; Хз- К2Ор мг/100 г почвы.

6. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И НАУЧНЫЕ ПРИНЦИПЫ ХОЗЯЙСТВЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ЕСТЕСТВЕННЫХ ПОЙМ, ЗАГРЯЗНЁННЫХ |37Сб

Поймы рек представляют собой молодые, ещё не вполне сложившиеся природные экосистемы, находящиеся в состоянии активного преобразования в результате современных воздействий аллювиального и поемного процессов. Любое изменение природных условий в бассейне реки и её долине неизбежно сказывается на режиме речного потока и жизни поймы, на усилении или ослаблении эрозионной и аккумулятивной деятельности, на режиме почвообразования. В то же время характер самой поймы существенно влияет на режим и деятельность реки. Поэтому любые крупные мероприятия в долинах рек следует проводить с учётом их возможного влияния на самые разнообразные стороны жизни речной долины (Добровольский, 1968; Балабко, 1990). Особенно это актуально для речных долин, травмированных радиоактивным загрязнением. Поэтому прежде, чем приступить к проведению каких-либо мероприятий в поймах рек, необходимо дать аг-роэкологическую оценку состоянию их почв и почвенного покрова.

Почвенным институтом им. В.В. Докучаева (Карманов, 1990; Шишов, Дурманов, Карманов и др., 1991) предложена методика и технология почвенно-экологической оценки на основании свойств почв, климатических показателей и других особенностей территории с помощью интегрального показателя - почвенно-экологического индекса (ПЭИ). Методика расчета ПЭИ для почв, загрязненных 137Сз, уточнена Е.В. Просянниковым (1995, 1996).

Расчёт ПЭИ с учётом поправочного коэффициента на радиоактивное загрязнение позволил выявить существенные различия между КЭУ по мере увеличения их радиоактивного загрязнения (рис. 10).

При радиоактивном загрязнении 137Сз более 5 Ки/км2 отмечено особенно резкое снижение этого показателя в почве ПЭП 4, что обу-

137

словлено большим накоплением здесь Сэ.

Луговые травы в ПЭП 3 и ПЭП 4 накапливают меньше этого радионуклида, чем травы в ПЭП 1+2 и ПЭП 3 (Просянников, Кошелев, Силаев, 1997, рис. 11).

пэи

в пэп 1+2

шпэп 3

0пэп4 нпэп5

скэу

жкэу

пкэу

бкэу

Рис. 10. Величины ПЭИ в естественных поймах рек с учетом поправочного коэффициента на радиоактивное загрязнение

Жуковский КЭУ 1 - 5 Ки/км2

ЛопатшшскиП КЭУ 5-15 Ки/км2

пэп 1+2

ПЭП 5

Перевозский КЭУ 15-40 Ки/км2

ПЭП 1+2 ПЭПЗ ПЭП 4

Батуровский КЭУ > 40 Ки/км2

ПЭП 1+2

ПЭП 4

ПЭП 5

137

Рис. 11. Коэффициенты перехода Сб из почвы в луговые травы различных пойменных экологических подсистем

ПЭПЗ

ПЭП 5

ПЭП 4

Следовательно, для агроэкологической оценки естественных кормовых угодий необходимо учитывать не только содержание 137Сб в почве и в луговых травах, но и соответствие их ВДУ. Для этого предлагаем использовать показатель агроэкологической пригодности (ПАП) конкретной загрязнённой территории. Он показывает, во сколько раз

137

фактическое содержание Сэ в растениях превышает значения, предусмотренное ВДУ, и может быть рассчитан по следующей формуле:

пдп _ Фактическое содержание 13/Св в растениях, Бк/кг

Допустимые уровни содержания Се в растениях, Бк/кг

По мере превышения ПАП единицы, агроэкологическая пригодность территории снижается.

При расчетах ПАП учитывали, что для трав прирусловья (ПЭП 1+2), обычно используемых на зеленый корм, ВДУ-93 равняется 370 Бк/кг, а для трав остальной поймы (ПЭП 3, ПЭП 4 и ПЭП 5), используемых для заготовки сена, - 600 Бк/кг.

■ — ................1 ........I >11

СКЭУ ЖКЭУ

< 1Кн/км2 I - 5 Кн/км2

Рис. 12. Величины показателя агроэкологической пригодности пойменных лугов, загрязненных 137Сб (до 5 Ки/км )

В «чистом» Суражском КЭУ все участки поймы обладают высокой и примерно одинаковой агроэкологической пригодностью. Но даже при небольшом увеличении радиоактивного загрязнения (Жуковский КЭУ) различные участки поймы заметно отличаются по этому показателю. Наиболее низко агроэкологической пригодностью отличается притер-расье (ПАП >1) (рис. 12).

По мере увеличения плотности радиоактивного загрязнения (более 5 Ки/км2) происходит снижение агроэкологической пригодности естественных пойменных угодий. В центральной пойме это происходит менее заметно, чем в прирусловье и притеррасье (рис. 13).

35

30-

25-

0ПЭП 1 + 2 НПЭП 3

□ ПЭП 4

□ ПЭП 5

ЛКЭУ -15 Ки/км*

ПКЭУ 15-40 Ки/км*

БКЭУ > 40 Ки/км2

Рис. 13. Величины показателя агроэкологической пригодности пойменных лугов, загрязненных 137Сб (свыше 5 Ки/км2)

Для естественных пойменных лугов, загрязненных выбросами ЧАЭС, где по разным причинам невозможно проведение мероприятий, снижающих накопление 137Сб в травах, необходимо пересмотреть стратегию их использования, отдавая предпочтение адаптивному (приспособительному) подходу (Просянников, Кошелев, 1997). При этом целесообразно руководствоваться следующими научными принципами:

❖ использовать под сенокосы центральную пойму, где луговые травы

1Т7

накапливают меньше Сэ;

❖ на центральной пойме, где в почве накапливается больше радионуклида, чем в других её частях, нельзя стравливать скоту отаву, так как при этом происходит попадание радионуклида с почвенными частицами и дерниной в организм животных;

❖ в прирусловье и притеррасье, травостои, которых характеризуются значительной способностью к накоплению 137Сб, выпас скота и заготовка сена приводят к загрязнению животноводческой продукции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В Брянской области на продукцию сенокосов и пастбищ, которые занимают 542,6 тыс. га приходится 58 % всех кормов. В результате аварии на Чернобыльской АЭС 491,4 тыс. га естественных сенокосов и пастбищ оказались загрязненными долгоживущими биологически значимыми радионуклидами. После этой аварии речные поймы ряда районов Брянской области, расположенные в бассейне верхнего Днепра, стали критическими ландшафтами из-за загрязнения радионуклидами. На естественных, не подвергнутых коренному улучшению, пойменных лугах получают более половины всех кормов, но на многих из них не могут быть проведены мелиоративные мероприятия. Вследствие всего этого уровень загрязнения зелёной массы и

137

сена Сэ значительно возрос.

Природные условия региона весьма разнообразны и особенно в поймах рек. Авария на ЧАЭС еще больше увеличила неоднородность факторов образования и эволюции почв, а также создала объективные трудности в рациональном и безопасном хозяйственном использовании естественных луговых угодий. Почвенный покров в поймах отличается значительной природной сложностью. После чернобыльской аварии эта пестрота ещё больше увеличилась.

Каждый тип пойменных почв характеризуется специфическим морфологическим строением почвенного профиля, особыми чертами водно-воздушного, окислительно-восстановительного и пищевого режима, количественными и качественными особенностями биологического круговорота, приуроченностью к определенным генетическим областям поймы и элементам рельефа, неодинаковыми плотностью, физико-химическими и агрохимическими свойствами. Все это оказывает влияние на перемещение, преобразование и закрепление, то есть поведение, 137Сб в почвах и почвенном покрове отдельных участках поймы. Данные объективные обстоятельства необходимо учи-

137

тывать при прогнозировании поведения Сэ в системе поименная почва - растение, агроэкологической оценке естественных пойменных лугов и в практике их сельскохозяйственного использования.

Почвы различных экосистем неодинаково аккумулируют 137Сз. Наибольшее накопление радионуклида отмечено в почвах центральной поймы. Большая часть валового содержания 137Сэ в пойменных почвах сосредоточено чаще всего в слое 0-5 см и тесно связана с количеством в почве ила. Концентрируясь в дернине, радионуклид мигрируют в почву. Поступление его в травостой зависит от типа луга, свойств пойменных почв и от времени нахождения в дернине.

Среди основных физико-химических и агрохимических почвенных показателей на доступность 13 Се оказывают существенное влияние реакция почвенного раствора, ёмкость катионного обмена и содержания обменного К20. Теснота этих связей определяется природными особенностями конкретной части поймы. Наиболее сильны эти связи в почвах прирусловья и притеррасья, обладающих низкой способностью к поглощению радионуклида. Приведенные в диссертации уравнения шожественной регрессии позволяют прогнозировать доступность Сб луговым травам из почв конкретной части загрязнённой поймы.

По мере увеличения плотности загрязнения Се снижается величина почвенно - экологического индекса - интегрального показателя плодородия пойменных почв.

При агроэкологической оценке естественных пойменных угодий необходимо учитывать и величину перехода 13 Се из почвы в травостой. Наибольший переход отмечен в прирусловьях и притеррасьях, а наименьший - в центральных частях пойм. Для оценки конкретной загрязненной территории предложен показатель агроэкологической пригодности, позволяющий проводить их соответствующую группировку и картирование. Он показывает, во сколько раз фактическое содержание Сб в растениях превышает содержание в них Сэ, предусмотренное ВДУ. По мере увеличения радиоактивного загрязнения пойм снижается их агроэкологическая пригодность, причём различные их участки заметно отличаются по этому показателю. В центральной пойме это происходит менее заметно, чем в прирусло-вье и притеррасье.

В современных условиях, когда невозможно проводить на естественных пойменных лугах мероприятия по снижению накопления 137Сб травами, целесообразен адаптивный (приспособительный) подход к безопасному использованию этих ценных кормовых угодий, загрязненных выбросами Чернобыльской АЭС.

ВЫВОДЫ

1. Природные условия Брянской области весьма разнообразны и особенно в поймах рек. Авария на Чернобыльской АЭС увеличила неоднородность факторов образования и эволюции почв, а также создала объективные трудности в безопасном использовании естественных пойменных луговых угодий.

2. В поймах рек бассейна верхнего Днепра, расположенных в юго-западной части Брянской области, впервые установлена закономерная неоднородность мощности экспозиционной дозы гамма-излучения. В каждой пойменной экосистеме выделены участки, где этот показатель наивысший. Это, как правило, центральная часть поймы.

3. Установлено, что почвы различных участков поймы неодинаково аккумулируют 137Сз. Больше его накапливается в центральной пойме. Подтверждено ранее установленное положение, что в ее-тественных пойменных почвах значительная часть валового Се сосредоточена в слое 0-5 см.

137

4. Основная часть Сэ находится в прочносвязанном состоянии. Наибольшее содержание радионуклида в доступной форме характерно для почв центральной поймы.

5. Реакция почвенного раствора, ёмкость катионного обмена и содержание обменного К20 существенно влияют на доступность 137Сб естественным луговым травам. Теснота этих связей зависит от природных особенностей конкретной части поймы. Наиболее сильны они в почвах прирусловья и притеррасья, обладающих низкой способностью к поглощению радионуклида.

6. Впервые для почв основных частей пойм, рассчитаны уравнения множественной регрессии, позволяющие определять относительное содержание доступного 137Сз (У) по рНкс! (ХО, ёмкости катионного обмена (Х2) и содержанию обменного К20 (Х3), что важно для прогнозирования его поведения.

7. Впервые проведена комплексная экологическая оценка естественных пойменных почв, расположенных в зоне радиоактивного загрязнения, с помощью почвенно-экологического индекса. Расчёт ПЭИ, с учётом поправочного коэффициента на радиоактивное загрязнение, позволил выявить существенные различия между поймами по мере увеличения их загрязнения. При плотности загрязнения 137Сз более 5 Ки/км2 отмечено особенно резкое снижение этого показателя в почвах центральных частей пойм.

8. Для агроэкологической оценки конкретных частей загрязнённых пойм впервые предложено использовать показатель агроэкологической пригодности, позволяющий проводить их соответствующую группировку и картирование. Установлено, что по мере увеличения радиоактивного загрязнения пойм снижается их агроэкологи-ческая пригодность, причём различные их участки отличаются по рассматриваемому показателю. В центральной пойме это происходит менее заметно, чем в прирусловье и притеррасье.

РЕКОМЕНДАЦИИ

137

1. Для загрязнённых Cs естественных поименных лугов, где невозможно проведение мероприятий по снижению накопления 137Cs травостоями, необходимо пересмотреть стратегию их использования, отдавая предпочтение адаптивному (приспособительному) подходу.

2. При адаптивном использовании естественных пойм, загрязнённых 1 Cs более 5 Ки/км2, целесообразно руководствоваться следующими принципами:

❖ использовать под сенокосы центральную пойму, где луговые травы накапливают меньше 137Cs;

❖ на центральной пойме, где в почве накапливается больше радионуклида, чем в других её частях, нельзя стравливать скоту отаву, так как при этом происходит попадание радионуклида с почвенными частицами и дерниной в организм животных;

❖ в прирусловье и притеррасье, травостои, которых характеризуются значительной способностью к накоплению 137Cs, выпас скота и заготовка сена приводят к загрязнению животноводческой продукции.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

i. Круглов C.B., Просянников Е.В., Осипов В.В., Кошелев И.А. Влияние различного агрогенного воздействия на формы цезия-137 и стронция-90 в почвах Брянской области // Проблемы смягчения последствий Чернобыльской катастрофы: Мат. Международного семинара, ч. 2. - Россия-Брянск, 1993. - С. 373 - 376.

% Просянников Е.В., Кошелев И.А. Радиоэкологический мониторинг речных пойм // Чернобыль: 10 лет спустя. Итоги и перспективы: Мат. Всерос. конф. Ч. I. - Брянск, 1996. - С. 36 - 37.

3- Просянников Е.В., Кошелев И.А., Силаев А.Л. Поведение поллютантов в естественных пойменных экосистемах // Повышение плодородия и продуктивности песчаных почв: Труды Новозыбковского филиала ВИУА. - Вып. VI. - Брянск: Изд-во Брянского госпедуниверситета, 1996. - С. 222 - 239.

L\. Просянников Е.В., Кошелев И.А., Силаев А.Л. Некоторые экосистемные особенности поведения радионуклидов в поймах рек Брянской области //Мат. докл. Межвузовской научно-методической конференции. I часть. - Ярославль, 1996. - С.116 - 117.

5. Мамеев В.В., Кошелев И.А., Просянников Е.В. Некоторые особенности распределения цезия-137 в поймах рек, расположенных в различных зонах радиоактивного загрязнения // Достижения науки

. и передовой опыт в производство и учебно-воспитательный процесс: (Мат. X Межвузовской научно-практической конференции). -Брянск: Изд-во Брянской госсельхозакадемии, 1997. - С. 88 - 89.

6. Просянников Е.В. Кошелев И.А. Экологические особенности речных пойм в зоне аварии на Чернобыльской АЭС И Биологическая и техническая интенсификация сельскохозяйственного производства: (Тез. XXXII научно-практич. конф.) / Великолукская ГСХА - Великие Луки, 1997. - С. 38 - 39.

7. Просянников Е.В. Кошелев И.А. К вопросу об адаптивном использовании речных пойм бассейна Верхнего Днепра // Современные проблемы охраны земель: (Труды Межгосударственной научной конф. Киев СОПС Украины, НАН Украины) / Киев, 1997. - С. 62 - 64.

8. Кошелев И.А., Силаев А.Л., Просянников Е.В. Радиоэкологическая обстановка в поймах рек бассейна верхнего Днепра // Человек: жизнь в окружающей среде: Межрегион, научн. - практ. конф. -Брянск, 1997. - С. 82 - 85.

9. Просянников Е.В., Кошелев И.А. Оценка деградации почвенного покрова естественных пойм, загрязненных выбросами Чернобыльской АЭС // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения: Тезисы и доклады Всероссийской конференции. Т 2. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 1998. -С. 176-180.

10. Просянников Е.В., Кошелев И.А., Силаев А.Л. Влияние подвижности цезия-137 в аллювиальных почвах на его накопление в луговых травах // Проблемы природопользования, экологического воспитания и образования: (Материалы Российско-белорусской экологической конференции). / Великолукская ГСХА - Великие Луки, 1998. -С. 123-125.

11. Кошелев И.А., Просянников Е.В. Экосистемные особенности поведения радионуклидов в поймах и состояние беспозвоночных в аллювиальных почвах // Научные основы ведения агропромышленного производства в условиях крупных радиационных аварий: (Материалы Всероссийской конференции). - Обнинск, 1998. - С. 70 - 73.