Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Поведение 90Sr и 137Cs в агроэкосистемах зоны отчуждения Чернобыльской АЭС

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Поведение 90Sr и 137Cs в агроэкосистемах зоны отчуждения Чернобыльской АЭС"

?Го ОД

*л / ~ Г"

На правах рукописи

Архипов Андрей Николаевич

Поведение 908г и 137Сб в агроэкосистемах зоны отчуждения Чернобыльской АЭС

Специальность 03.00.01 - радиобиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

г. Обнинск - 1995

Диссертация выполнена в Чернобыльском научном центре международных исследований Научно-производственного объединения "Припять" Минчер-

нобыля Украины

Научные руководители:

академик Россельхозакадемии, академик Украинской академии аграрных наук, доктор биологических наук, профессор P.M. Алексахин кандидат химических наук Г.С. Мешалкин

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук

И.И.Крышев

кандидат химических наук, доцент С.В.Круглов

Ведущая организация - Украинский научно-исследовательский институт

сельскохозяйственной радиологии Украинской академии аграрных наук

заседании диссертационного Совета по радиобиологии Д 120.81.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственой радиологии и агроэкологии. Отзывы на автореферат просим отправлять по адресу: 249020, Калужская обл., г.Обнинск, ВНИИСХРАЭ, диссертационный Совет.

Защита диссертации состоится

1995 г. в 'СО~ ^на

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат биологических наук

Н.И.Санжарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность и состояние проблемы. Исследования поведения радиоактивных веществ в экосистемах приобрели повышенную актуальность с началом использования ядерной энергии в военных, а затем и мирных целях. Особый интерес к этой проблеме возникает в такие периоды времени, когда в биосфере появляются значимые в глобальном масштабе источники поступления радиоактивных веществ как от испытаний ядерного оружия (что привело к интенсивным глобальным выпадениям), так и при крупных радиационных авариях (авария на Южном Урале - 1957 г. и авария на Чернобыльской АЭС - 1986г.).

Специфические особенности Чернобыльской аварии (продолжительный выброс радиоактивных веществ в атмосферу, резкое изменение погодных условий в период выброса, наличие в выпадениях радиоактивных аэрозолей с существенно отличающимися физико-химическими характеристиками и т.п.) потребовали проверки в конкретных почвенно-климатических условиях выявленных ранее закономерностей поведения радионуклидов, в особенности 905г и 137Сз.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является экспериментальное изучение состояния в почве и поведения в звене почва-растение 903г и |37Сэ в почвенно-климатических условиях Припятского Полесья, при наличии в составе радиоактивных выпадений топливной фракции.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

• Оценить количественно соотношение форм 903г и |37Сз в почве и его изменение в зависимости от времени, прошедшего с момента аварии, и влияния почвенно-климатических условий;

• Рассмотреть процессы миграции 905г и 137Сб по профилю почв различного типа, наиболее характерных для Полесья;

• Исследовать накопление радионуклидов сельскохозяйственными растениями, возделываемыми по традиционным технологиям и при использовании контрмер.

Научная новизна работы. Впервые в натурных почвенно-климатических условиях проведены крупномасштабные, долговременные экспериментальные исследования поведения 90 Б г и 137Сэ в почве и в звене почва-растение. Рассмотрена трансформация физико-химических форм радионуклидов в почве в зависимости от времени и почвенно-климатических условий. Показана приоритетная роль форм радиоактивных выпадений в формировании первичной радиоэкологической обстановки. При этом отмечено, что под влиянием природных процессов показатели радиоэкологической ситуации в экосистемах зоны отчуждения (в том числе и сельскохозяйственных) приблизились к соответствующим показателям для глобальных выпадений в регионе Полесья.

Впервые оценено влияние радиоактивных выпадений в форме твердых частиц (радионуклидов, инкорпорированных в матрицу разрушенных твэлов и конструкционных материалов) на подвижность радионуклидов в почвах и на поступление в растения. Впервые показано влияние физико-химических характеристик выпадений на эффективность мероприятий по снижению перехода радионуклидов в урожай сельскохозяйственных культур.

Полученные в работе результаты существенно дополняют информацию о поведении долгоживущих, раднологически значимых 908г и |37Сз в сельскохозяйственных и естественных ландшафтах, при этом расширяя общую картину зональности миграции радионуклидов в почвенно-растительном покрове различных природно-климатических зон.

Основные положения, выносимые на защиту:

• изменение приоритетности физико-химических и почвенно-климатических факторов при оценке биологической подвижности радионуклидов в зависимости от этапов развития радиоэкологической ситуации в агроценозах на территории зоны отчуждения ЧАЭС;

• основные закономерности трансформации физико-химических форм радионуклидов в почвах и их влияние на процессы миграции и переноса радионуклидов в звене почва-растение;

• необходимость использования комплексного подхода к оценке радиоэкологической обстановки в агроценозах с учетом физико-химического состояния радионуклидов в почвах разного генезиса, параметеризации процессов миграции радионуклидов по почвенному профилю, количественной характеристики перехода радионуклидов из почвы в растения и урожай сельскохозяйственных культур.

Теоретическое и практическое значение работы. Теоретическая значимость работы заключается в обобщении и интерпретации большого объема фактической информации по динамике развития радиоэкологической ситуации на территории, выведенной из хозяйственного использования в результате радиационной аварии. Установлены параметры поведения 905г и 137Сб с учетом таких факторов, как физико-химические особенности выпадений, ландшафтно-агрохимические особенности территории, трансформация форм радионуклидов интенсивность внутрипочвенной миграции радионуклидов, биологические особенности растений.

Полученные количественные характеристики поведения радионуклидов е экосистемах Чернобыльской зоны были учтены при построении и корректировке картограмм радиоактивного загрязнения территории и разработке мероприятий по улучшению радиоэкологической ситуации на загрязненной территории включая рекультивацию сельскохозяйственных угодий. Кроме того, полученные результаты были использованы при разработке "Концепции обращения с территорией Чернобыльской зоны..." и при решении вопросов о реэвакуации населе ния для отдельных населенных пунктов.

Публикации и апробация работы. Основные положения диссертации быт представлены на: 1, 2 и 3-м Всесоюзных научно-технических совещаниях по ито гам ликвидации последствий аварии на ЧАЭС (Зеленый Мыс, Украина, 1989 1990,1992), 1-й Международной конференции "Биологические и радноэкологиче ские аспекты последствий аварии на ЧАЭС" (Зеленый Мыс, Украина, 1990) 4-й международной научно-технической конференции по проблемам ликвидацш последствий аварии на ЧАЭС (Зеленый Мыс, Украина, 1994), научной конферен ции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Ленинградскогс сельскохозяйственного института (Пушкин, Россия, 1991), 1-м семинаре Совет

ского отделения Международного союза радиоэкологов "Радиоэкология и контрмеры" (Киев, Украина, 1991), 2-м радиобиологическом съезде (Киев, 1993), а также ежегодных рабочих совещаниях и научных советах НТ1Д НПО "Припять", координационных и рабочих встречах исполнителей международных программ Комиссии Европейского Союза.

Диссертация апробирована на научно-техническом совете НТЦ НПО "Припять" 12 апреля 1995 года.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов, объектов и методов исследования, собственных экспериментальных данных и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 109 листах, иллюстрирована 36 таблицами и 11 рисунками. Список литературы содержит 156 источников, в том числе 25 зарубежных.

условия, объекты и методы исследований

Исследования проводили в Чернобыльском районе Киевской области Украины, расположенном в специфическом геохимическом регионе - Белорусско-Украинском Полесье (в его части, именуемой Припятское Полесье). После аварии на ЧАЭС на этой территории образовалась зона радиоактивного загрязнения, которую называют "зона отчуждения ЧАЭС".

Климат Припятского Полесья умеренно-континентальный. Среднемного-летняя сумма осадков составляет 566 мм за год; 75% осадков приходится на вегетационный период. Среднегодовая температура воздуха +6.5 °С. Продолжительность периода с температурой > +10 °С - 155-160 дней. Несмотря на благоприятные условия увлажнения в отдельные периоды вегетации, в засушливые годы не исключена возможность почвенной засухи.

В структуре Припятского Полесья сочетаются ландшафты, существенно различные по генезису, рельефу, режимам увлажнения, почвенному и растительному покровам. На бедном минеральном субстрате в условиях избыточного увлажнения формируются дерново-подзолистые (минеральные) и торфяно-болотные (органические) разной степени, оглеенности почвы легкого гранулометрического состава. На водоразделах и примыкающих к ним участках высоких террас распространены дерново-подзолистые песчано-супесчаные почвы. К поймам рек обычно приурочены торфяно-болотные, торфяно-глеевые, дерново-подзолисто-глеевые и песчаные разной степени оподзоленности почвы.

Наиболее распространены в зоне отчуждения ЧАЭС дерново-подзолистые супесчаные почвы (до 70% сельскохозяйственных угодий). Они характеризуются преимущественно легким механическим составом с содержанием 79 - 86 % физического песка и 14-21 % физической глины. Повышенное содержание илистой фракции (8-11 %) обусловливает удовлетворительную водоудерживающую способность почв при легком их механическом составе. Агрохимические показатели минеральных почв зоны отчуждения характеризуются низким содержанием гумуса (1.3 - 2.5%), высокой потребностью в известковании (рН сол. 4.4 - 5.4 ; гидролитическая кислотность - 1.5 - 6 мг-экв/100 г), низкой или средней обеспечен-

ностью калием (2.4 - 9.7 мг/100 г) и фосфором (2.0 - 7.0 мг/100 г) и очень низкой обеспеченностью азотом.

Для Припятского Полесья характерно комплексное залегание минеральных и органических почв. Последние образуются в результате изменения условий увлажнения (уровень грунтовых вод периодически находится в пределах почвенного профиля) и минерализации растительного опада (торфо-образование). От минеральных органические почвы отличаются повышенным содержанием мелкодисперсных фракций гранулометрического состава, в связи с чем емкость ка-тионного обмена возрастает примерно в два раза. Тем не менее, эти почвы бедны минеральными соединениями азота, фосфора и калия, что значительно лимитирует их плодородие.

Для определения содержания радионуклидов в почвах и растениях проводили отбор сопряженных проб с определенной площади. Образцы высушивали, измельчали и тщательно перемешивали. Почвенные пробы просеивали через сито 1 мм. Формы нахождения радионуклидов (водорастворимые, обменные, кис-лоторастворимые, труднодоступные и связанные с органическим веществом, остаток в почве) определяли последовательным выщелачиваем: Н2О, 1N CH3COONH4, 6N НС1, 8М HNOs.

Содержание 137Cs в пробах почв и растений определяли на гамма-спектрометрах с полупроводниковыми детекторами. В качестве одного из критериев достоверности измерений использовали отношение 134Cs/l37Cs в пробах. Содержание 90Sr определяли радиохимическими методами (оксалатный и экстракционный), а также с помощью разработанного нами метода прямой радиометрии, в котором используется торцовый p-детектор с алюминиевыми фильтрами, отсекающими р-частицы с энергией ниже 2 МэВ. Это дает возможность определять содержание 90Y - дочернего радионуклида 90Sr с энергией р-частиц 2.4 МэВ.

Коэффициент перехода (КП) радионуклидов из почвы в растения рассчитывался как отношение концентрации радионуклида в воздушно-сухой массе растений (Бк/кг) к плотности загрязнения почв данным радионуклидом (кБк/м2).

Математическая и статистическая обработка результатов проводилась с помощью стандартного программного обеспечения (Excel 5.0, OriGin 2.8, Graf-in-Box 2.0).

результаты исследований и обсуждение

При изучении закономерностей поведения 90Sr и l37Cs и наблюдении за динамикой развития радиоэкологической обстановки на сельскохозяйственных угодьях зоны отчуждения ЧАЭС в качестве основных показателей нами рассматривались: соотношение физико-химических форм радионуклидов в почвах, интенсивность миграции 90Sr и ,37Cs по почвенному профилю, их переход в звен« почва-растения при обычном возделывании растений сельскохозяйственны:» культур и в случаях применения контрмер.

Особенности формирования радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий зоны отчуждения ЧАЭС

В результате аварии в непосредственной близости от ЧАЭС образовалась обширная зона радиоактивного загрязнения с общей площадью выведенных из сельскохозяйственного оборота земель более 360 тыс. га.

Результаты исследовании свидетельствуют о сложном характере распределения радионуклидов на территории зоны аварии в соответствии с трансформацией физико-химического состояния легколетучих веществ в радиоактивных облаках и особенностями выпадения дисперсных частиц на пути миграции последних.

В непосредственной близости к ЧАЭС образовалась зона преимущественно топливных выпадений, в которой загрязнение в основном представлено частицами мелкодисперсного топлива и конструкционных материалов. На расстояниях более 25-30 км ЧАЭС образовались зоны загрязнения, обогащенные легколетучими радионуклидами.

Характеристика радионуклидного состава выпадений в зоне аварии на ЧАЭС приведена в табл. 1. Обращает на себя сходство радионуклидного состава загрязнения в зоне топливных выпадений с радионуклидным составом ядерного топлива кампании 1100 дней.

Таблица 1. Раднонуклидный состав загрязнения почв в зоне аварии иа ЧАЭС, доли от содержания 95Zr (на 10.05.86)

Радионуклид Зона топливных выпадений (до 5-10 км) Зона топливно-конденсационных выпадений (5-20 км) "Цезиевые пятна" (более 25 км)

90Sr 0.086 0.079 1.9 ±0.4

,03Ru 0.72 ± 0.03 1.4 ± 0.1 15 ± 11

io«Ru 0.18 + 0.01 0.38+0.04 4 ± 2

»4 0.28 ±0.01 < 4 25 + 5

n4Cs 0.035 + 0.002 0.26 + 0.04 10+1

,37Cs 0.060 ± 0.003 0.48+0.08 18 ± 1

14lCe 0.82 ± 0.02 0.79+0.04 1.8 ±0.4

'«Ce 0.72 ±0.02 0.66+0.04 1.0 + 0.1

Специфичность поведения частиц диспергированного реакторного топлива, поступивших на земную поверхность, в значительной мере обусловлена их высокой удельной плотностью (8-9 г/см3 для урановой матрицы), что являлось причиной сравнительно низких коэффициентов вторичного переосаждения радионуклидов в системе почва - воздух и быстрого заглубления выпавших аэрозольных частиц в почву. Это способствовало более быстрой нормализации радиационной, радиоэкологической и радиационно-гигиенической обстановки, чем это имело место при выпадении растворимых форм радионуклидов (аварийная ситуация на химкомбинате "Маяк" в 1957 с образованием Восточно-Уральского радиоактивного следа).

Нами было установлено, что характерными особенностями загрязнения территории радионуклидами является большая пестрота в распределении их по площади (макронеравномерность). Результаты определения содержания (3-

излучающих радионуклидов в 40 одинаковых навесках из одной пробы хорошо перемешанной супесчаной почвы различались между собой на 2 порядка величины (микронеравномерность).

В 1986 году нами было проведено первичное обследование выведенных из эксплуатации сельскохозяйственных угодий. Были построены схемы загрязнения сельскохозяйственных угодий и проведена группировка землепользовании по радиоактивному загрязнению почв (рис. 1).

Рис. 1. Карта-схема загрязнения 131 Се сельскохозяйственных угодий зоны отчуждения ЧАЭС

За критерий были взяты уровни, принятые Госагропромом СССР в качестве отправных при проектировании мероприятий в сфере сельскохозяйственного производства при радионуклидном загрязнении территории. Данные группировки сельскохозяйственных угодий показывают, что около половины площадей зоны отселения может быть использовано для производства сельскохозяйственной продукции, если использовать в качестве критерия плотность загрязнения 908г и |37Сз (табл. 2).

Таблица 2. Распределение территории зоны отчуждения ЧЛЭС по площади за-грязнсння сельскохозяйственных угодий

Возможности использования согласно временным нормативам »Sr 137Cs

плотность загрязнения, Ки/км2 доля площадей, % от обследованной плотность загрязнения, Ки/км2 доля площадей, % от обследованной

Обычное (контролируемое) ведение АПК по всем направлениям 3 55 15 50

Ограниченное ведение, перепрофилирование АПК 3-40 44 15-40 35

Прекращение сельскохозяйственного производства, выборочное использование 40 1 40 15

Динамика форм 905г и "7Сг в почвах Чернобыльской зоны

Результаты исследований показали, что существуют общие закономерности распределения различных радиоактивных продуктов деления по вытяжкам в первый год после выпадений. Соотношение радионуклидов как в почвенных пробах, так и в вытяжках подчинялось общей закономерности - с удалением от эпицентра происходило обогащение '"Сэ, при этом соотношение радионуклидов в водной вытяжке оставалось таким же, как в почве, независимо от типа почв. Это говорит о том, что переход радионуклидов в вытяжки идет в виде тонкодисперсных топливных частиц. По сравнению с водной вытяжкой, кислотная и щелочная вытяжки содержат большие количества радионуклидов, хотя переход последних в каждую вытяжку ни в одном случае не превышал 3%. Средние значения содержания радионуклидов в почвенных вытяжках приведены в табл. 3.

Таблица 3. Переход радионуклидов из дерново-подзолистой супесчаной почвы в водную, солянокислую и щелочную вытяжки, % общего содержания (1986 г.)

Тип загрязнения ШО диет. 1МНС1 lMNaOH

Топливные выпадения (1-5 км от ЧАЭС) 0.3410.04 2.010.4 1.010.1

Тошшвно-конденсационные (смешанные) выпадения (15-20 км от ЧАЭС). 0.55+0.07 1.310.3 2.210.7

Конденсационные выпадения (40-60 км от ЧАЭС). 0.7010.08 3.010.3 0.810.1

Среднее по всем точкам 0.54+0.07 2.1+0.3 1.3+0.4

Примечание: в торфяно-бсшотных почвах характер распределения радионуклидов по вытяжкам незначимо отличался от дерново-подзолистых почв.

В 1987 г. поведение 90Sr и l37Cs в почвенных вытяжках начинает различаться. Результаты анализов почвенных вытяжек этого периода приведены в табл. 4. Наблюдаются существенные (в 3-5 раз) различия в содержании водорастворимых и обменных форм "Sr и l37Cs в почвах разных зон. В связи с тем, что содержание обменного 90Sr больше, по сравнению с содержанием обменного 137Cs в вытяжках почв обеих зон, следует ожидать и большей биологической доступности 90Sг в этих почвах. К 1989 г. до 70% 90Sr находилось в относительно до-

ступной растениям форме в почвах "конденсационной" зоны и до 50% - в почвах "топливной". Для 137Сб эти значения достигали 40 и 20%, соответственно.

Таблица 4. Распределение 905г и шСз в почвенных вытяжках из дерново-подзолистых и торфяно-болотных почв зон различных выпадений, % от общего

Экстрагент 1987 г. 1988 г. 1989 г.

'»Бг |37С5 '"СБ 908г '"Сб

Зона топливных выпадений

Н20 1.5 1.1 1.8 1.2 2.4 2.9

ШСНзСОСИМШ 6.7 5.4 23.4 18.4 38.4 23.4

61У1 НС1 27.7 15 22.1 13.6 27.9 17.5

8М НЫОз 14.6 33.4 12.2 29.5 7.1 22.7

Остаток в почве 49.5 45.1 40.5 37.3 24.2 33.5

Зона конденсационных выпадений

ШО 2.2 1.8 2.9 2.6 3.4 1.7

1М СНзСООМЩ 24.7 17.3 42.1 12.4 48.8 9.8

6МНС1 41.3 11.6 36.1 19.6 28 21.9

8М НЫОз 12.4 41.6 12.3 39.4 9.7 33.2

Остаток в почве 19.4 27.7 6.6 26 10.1 33.4

Результаты 1992-1994 гг. по сравнению с данными более ранних наблюдений дают характеристику динамики процессов трансформации форм выпадений в почвах. В первую очередь следует отметить, что на 6 - 9-й годы после выпадений состояние радионуклидов в почвах центральной части зоны отчуждения стабилизируется и существенно не изменяется (табл. 5).

Таблица 5. Динамика перехода 137Се в почвенные вытяжки из дерново-подзолистой супесчаной почвы, % от общего содержания

Экстрагент 1992 г. 1993 г. 1994 г.

ШО диет. 1.9±0.5 1.7+0.8 2.110.7

1М СНзСООИШ 8.512.4 7.4±2.9 5.9+2.1

6М НС1 28.7±6.9 24.717.7 20.4+6.3

8М НЫОз 32.5±12.4 34.4±11.6 37.5112.2

Остаток в почве 28.4+7.2 31.8+12.1 34.1+9.9

Доминирующее влияние агроклиматических факторов в формировании конечной радиоэкологической обстановки (выраженное через один из показателей - форму радионуклидов) хорошо подтверждается нашими последними данными, а именно существованием различия содержания форм радионуклидов в пробах органических и минеральных почв (рис. 2). Если в первое время после аварии не существовало различий в распределении 905г и '"Сб по фракциям в разных почвах (табл. 3 и 4), то к 1992-1994 гг. наблюдается отчетливая дифференциация для почв разных типов, свидетельствующая о различной интенсивности внутрипочвенных процессов. Обращает внимание относительно высокое содержание радионуклидов в почвенном остатке. Это может объясняться двумя причинами: необменной сорбцией почвенными минералами; существованием в почвах остатков топливных частиц, которые плохо растворимы.

Рис. 2. Распределение 905г и 137Сэ по фракциям, % от общего содержания

В наиболее общем виде динамика трансформации физико-химических форм представлена последовательным переходом радионуклидов из частиц диспергированного топлива в водорастворимую и обменную формы. Если принять мобильные формы радионуклидов за сумму этих форм, то можно заметить, что пик содержания мобильных форм 137Сз был достигнут через 3 года после выпадений (рис. 3), а максимальное содержание 908г наблюдается через 6-8 лет для дерново-подзолистых почв и несколько раньше - для торфяно-болотных. Начиная с 1990 г., содержание мобильных форм изменяется незначительно. Из-за низкой сорбционной способности 905г значительного снижения содержания его мобильных форм в почвах не ожидается.

ДО:ТЯ

0.6 0.5 0.4 0.3

мобильных ф орм

- 9 -

- - 9 -

Г 11"!

3 4 5 6 7

Время после выпадении, годы

Рис. 3. Динамика мобильных форм 9П8г и ,37С.ч в дерново-подзолистых почвах.

Динамика перераспределения радионуклидов по почвенному профилю

В первые месяцы после аварии загрязнение практически полностью (9899%) было сконцентрировано в самом верхнем слое почвы толщиной не более 1 см. При этом независимо от вида почв достоверно измеряемые количества радионуклидов были обнаружены на глубине до 20 см и более (табл. 6).

Таблица 6. Распределение радионуклидов (сумма у-излучающих) по вертикальному профилю почв ближней части зоны отчуждения ЧАЭС в июне-июле 1986 г. (78 точек), % от общего содержания

Глубина, см Среднее Стандартное отклонение

0-1 92.7 12.3

1-2 5.41 1.37

2-3 1.05 0.08

3-4 0.39 0.11

4-5 0.14 0.03

5-10 0.14 0.04

10-15 0.10 0.05

15-20 0.03 0.02

С 1988 г. в почвенном профиле начинается сепарация радионуклидов, связанная, по-видимому, с процессами деструкции частиц выпадений. По мере разрушения частиц радионуклиды высвобождаются, после чего их поведение определяется собственно химическими свойствами радионуклида, агрохимическими свойствами почв и климатическими особенностями. Начавшийся процесс сепарации радионуклидов в почвах центральной части зоны отчуждения (зона топливных выпадений), основанный на химических свойствах элемента, доминирует над сепарацией за счет свойств почвы (табл. 7).

Таблица 7. Распределение 90Эг и 137Сз по профилю дерново-подзолистой и торфяно-болотной почв центральной части зоны, 1988 г. (% от запаса)

Слой, см Дерново-подзолистая Торфян о-болотн ая

'»Бг '"Св »»Бг »'О.

0-1 74.3+4.3 86.315.1 67.6+4.2 78.2+5.1

1-2 9.311.2 5.910.7 12.511.3 8.9+1.1

2-3 5.2+0.4 2.110.2 9.110.7 5.310.6

3-4 2.710.1 1.7+0.1 3.610.4 2.710.2

4-5 1.610.1 1.110.1 1.910.2 1.8+0.2

5-10 4.210.2 1.810.1 2.810.2 2.110.2

10-15 1.810.1 0.810.1 1.410.1 0.710.1

15-20 0.910.1 0.310.1 1.110.1 0.310.1

Так, различия между распределением 905г и 137Сз в почве одного типа существенно выше, чем различия в поведении каждого радионуклида в почвах разных типов. Миграция 908г идет интенсивнее как на торфяно-болотной, так и на дерново-подзолистой почве по сравнению с |37Сз, при этом в верхнем односантиметровом слое почвы остается около 70% 908г и приблизительно 80%- ,37Сз.

Через 4-6 лет после аварии перераспределение радионуклидов в почвенном профиле существенно замедлилось и несколько последних лет практически не изменяется. К этому времени наблюдается существенная разница в интенсивности миграции ,37С5 в дерново-подзолистых и торфяно-болотных почвах.

Для минеральных почв характерна меньшая интенсивность вертикальной миграции "'Се, в связи с чем его большая часть до сих пор находится в верхнем 0-4х-сантиметровом слое. Для органической почвы свойственна большая интенсивность миграции '"Сэ и наблюдается тенденция к образованию второго слоя его аккумуляции (вероятно, за счет конвективного переноса). Вертикальное распределение ,37Сз по почвенному профилю (обобщение результатов по 48 почвенным разрезам) показано на рис. 4. % от запаса

I

I

1

— \ 1—>

\

1

>---1 <Ц - ■. <—я-а-шгх

"О" Дерново-

подзолистая

-X Торфяно-

болотная

О 5 10 15 20 25

Глубина, см

Рчс. 4. Распределение шСя по профилю дерново-подзолистой и торфяио-болотной почв (% от запаса)

Для математического описания внутрипочвенных миграционных процессов радионуклидов нами была разработана двухкомпонентная квазидиффузионная модель:

х2

1 - д

(х,0

= С

л/71 ° 1 '

•л/тГЁГ

4Б р

40

2 I

где: С - содержание радионуклида в X слое (см) в I момент времени (с) после выпадений; С0 - содержание радионуклида в единичном верхнем слое в первый момент после аварии; Э], Бг - коэффициенты миграции (диффузии) медленной и быстрой фракции, соответственно (см2/с); (1 - доля быстро мигрирующей фракции; х - глубина , см. При этом параметры Оь Эг и доля быстромигри-рующей фракции (1 являются функциями времени (I, с), прошедшего с момента аварии.

80

Параметры миграции радионуклидов (входящих в состав топливной матрицы), через 2 года после выпадений характеризуются близкими значениями. Это дает основание считать, что в почве идет постепенное измельчение топливных частиц, мелкие "осколки" которых мигрируют в глубь почвы, продолжая оставаться носителями радиоактивных продуктов деления и нейтронной активации. Более высокое значение с! для |37Сб по сравнению с другими радионуклидами может быть обусловлено тем, что часть его выходила за пределы топливной матрицы более интенсивно вследствие диффузии.

В соответствии с разрушением топливной матрицы и трансформацией физико-химического состояния радионуклидов параметры модели претерпевают заметные изменения, отражающие динамику процессов, обусловленных влиянием почвенно-поглощающего комплекса на топливные частицы (рис. 5).

Время после выпадений, лет

—Л— d - левая шала

__ „ 2, _ х D2, см/год, левая икала

--О - Di, см/год, правая шкала

Рис. 5. Многолетняя динамика параметров миграции 137Cs в дерново-подзолистой почве (согласно двухкомпонентной квазидиффузионной модели миграции)

Обращает на себя внимание сходство кривой, соответствующей доле бы-стромигрирующей фракции, с кривой на рис. 3, соответствующей содержанию мобильных форм 137Cs в почвах. Видимо, d - доля быстромигрирующей фракции

l37Cs связана с содержанием его мобильных форм в почве.

Приведенная на рис. 5 динамика коэффициентов квазидиффузии хорошо иллюстрирует снижение интенсивности миграции с 1991 г. - коэффициенты Di и D2 практически вышли на плато.

Расчеты, сделанные с помощью квазидиффузионной модели, позволяют считать, что периоды полуочищения 10 - сантиметрового слоя почвы за счет заглубления и физического распада l37Cs составляют 14-18 лет для пахотной почвы.

Особенности накопления ""вг и "гСб сельскохозяйственной и естественной растительностью

Первичное загрязнение растительности свежими выпадениями

Как известно, загрязнение растительности в первые месяцы после аварии происходит преимущественно внекорневым путем, и коэффициент перехода (в данном случае КП по сути равен коэффициенту задерживания) зависит от запаса вегетативной массы на единице площади. В зоне ЧАЭС также проявлялись известные общие закономерности: молодое растение имеет меньшую загрязненность по сравнению с более старым, озимые культуры более загрязнены, чем яровые, генеративные органы содержат меньше радионуклидов, чем вегетативные. Уровни загрязнения растительных объектов на территории зоны отчуждения в 1986 г. приведены в табл. 8. Внекорневое поступление радионуклидов, в том числе 137С5, было достаточно интенсивным, но на участках, на которых оно было ограничено (модельный эксперимент), значение КП 137Сз в растительность при поступлении корневым путем характеризовалось относительно низкой величиной - 0.17±0.05.

Таблица 8. Отношение концентрации суммы радионуклидов в растениях к суммарной плотности загрязнения (1986 г.), (1>к/кг) / (кБк/м2)

Вид растительности Июнь Авгу ст-Сентябр ь

Естественные травы 17+6 -

Озимая рожь, солома 130+25 40±6

Озимая пшеница, солома 70+15 30±5

Озимый ячмень, солома 40+7 16±3

Яровой ячмень, солома 1.1+0.4 -

Овес, солома 4+1 -

Лен, солома 3±1 -

Сеянные травы, клевер, люпин 5±1 -

Пропашные культуры: картофель, свекла, кукуруза 14+3 -

Влияние видовых и сортовых особенностей растении на накопление 908г и шСя

После стабилизации радиоэкологической обстановки в 30-км зоне видовые особенности накопления радионуклидов различными сельскохозяйственными культурами четко выражаются для растений, выращиваемых на дерново-подзолистой почве (табл. 9).

Загрязнение естественных трав 905г и |37Сз наибольшее, особенно на почвах гидроморфного типа. КП для культур, возделываемых на пашне, до 5 раз ниже. Загрязнение репродуктивных органов '"Сэ примерно в 2 раза ниже, чем соломы, а 908г - в 5 - 6 раз меньше. Бобовые культуры (люпин) намного интенсивнее накапливают радионуклиды, чем зерновые. Наиболее высокие КП у рапса, особенно по ,0ог.

Таблица 9. КГ1 w,Sr н 137Cs iu почвы в сельскохозяйственные растения, (Бк/кг) / (кБк/м2), 1993-1994 гг.

Культура Часть растений MSr li7Cs

Ячмень солома 6.1912.71 0.6810.34

зерно 0.9410.28 0.3710.12

Овес солома 4.67±0.93 0.6210.27

зерно 0.6310.14 0.3210.15

Рапс биомасса 34122 1114

Люпин бобы 4.2712.12 6.412.3

биомасса 12.1011.93 6.314.1

Картофель клубни - 0.2210.02

ботва - 1.1210.1

Свекла корнеплод - 2.011.3

Морковь корнеплод - 1.210.8

Райграсе биомасса 7.8913.35 ¡.610.7

Естественные травы биомасса 10.611.5 3.711.9

Видовые особенности загрязнения радионуклидами луговой растительности определяли для доминирующих на естественных лугах видов. Размах значений КП '"Сб в луговую растительность на минеральной почве составляет 33 раза, а '"Бг - 50 раз. Наиболее высокими значениями КП характеризовались такие травы, как щавелек кислый, тысячелистник (30-40 (Бк/кг)/(кБк/м2) для '"Сб п 60-100 (Бк/кг)/(кБк/м2) для 908г). Наиболее распространенные травы - пырей ползучий и мятлик луговой имели в 6-10 раз более низкие значения КП. На органической почве разброс значений КП выше и составляет 130 и 40 раз для '"Се и 903г, соответственно.

Оценить влияние типа почв на КП в луговую растительность оказалось сложным, так как на разных почвах произрастают растения разного видового состава, а их урожайность неодинакова. Одинаковые для обеих почв травы (пырей, мятлик) имели большие (в 1.5-2 раза) КП на органической почве.

Учитывая, что с радиологической точки зрения более важным показателем является вынос радионуклидов, были проведены сравнительные исследования этого показателя (табл. 10, 11).

Таблица 10. Вынос '-"'Sr и 137Cs луговой растительностью из дерпово-подзолистой почвы при плотности загрязнения 1 МБк/м2 (Бк/м2)

Вид растений *>Sr '"Cs

Rumex acetosella 29001800 21001500

Potentilla anserina 990011700 1400+430

Achillea millifolium 35001940 11001220

Poa pratensis 17001720 6101150

Agropyron repens 1100+350 4801140

Hypericum perforatum 7901180 300170

Phleum pratense 280+80 110130

Galium vulgaris 4301100 3017

Вынос радионуклидов в большей степени зависит от биомассы, чем от КГ1, размах значений выноса выше, чем КГ1. Суммарный вынос ,37Св из органической почвы растительностью выше в 2 раза, чем из минеральной, за счет большей урожайности и несколько более высоких КГ1. Суммарный вынос 908г растительностью практически не отличается для разных почв.

Таблица 11. Вынос 905г и шСз луговой растительностью из торфяно-болотной почвы при плотности загрязнения 1МБк/м2 (Бк/м2)

Вид растительности "Sr 137Cs

Carex acuta 5400±1300 3300+1000

Polygonum minus 3700±1100 21001800

Scutelloria galericu 24001900 13001400

Agropyron repens 32001800 8801270

Juncus iffiosus 11001420 8401350

Poa pratensis 6501180 5901220

Stellaria graminea 850+250 480+120

Achillea millifolium 1 100+300 450+180

Urtica dioica 330011100 400+150

Potentilla anserina 32001900 400190

Lythrum wigatum 180150

Ballota ruberalis 330+100 110+30

Festuca rubra 60130 10+3

Hypericum perforatum 2616 511

Из-за крайней неравномерности выпадений почвенная и сопряженная растительная пробы могут быть не адекватны. Для того, чтобы уменьшить влияние неравномерности выпадений и при этом оценить сочетанное влияние уровней загрязнения и топливной компоненты на поступление радионуклидов в растения, были выбраны данные по близлежащим точкам отбора почв и растений (разброс более 20-30 м). Для этих проб были образованы все возможные пары почва-растения, число которых превышало три тысячи. Были рассчитаны КП и вынос |37Сз для каждой пары, которые после статистической обработки были представлены па графике в виде сочетания реальных данных и линии тренда с планками погрешностей (рис. 6) Приведенный график позволяет считать, что в условиях зоны отчуждения ЧАЭС поведение 137Сз специфично: концентрация |37С$ в растениях возрастает нелинейно, при загрязнении почв выше 10 МБк/мд линия тренда выходит на плато.

Линии тренда КП и выноса |37Ся в соответствии с их физическим смыслом должны располагаться на графике горизонтально, здесь же они имеют тенденцию к снижению значений с увеличением плотности загрязнения почв, с последующим выходом на плато. Эти явления отражают возрастание доли топливной компоненты в составе загрязнения при увеличении плотности загрязнения, что в свою очередь обусловливает пониженное содержание доступных форм 137С5 в почвах.

Концентрация БкЛг Переход (Бк/кг)/(кБк/м^)

Вынос, %

100 10 1

0.1 0.01 0.001

-; г

!Й|

ЧI11рI IИ|рщ|

1.5

- 5 " бьшос

(по правой осп)

1

..... $ - псрсхпд

(па левой оси)

■ ни ф _ иэндснградия 0 ■ 5 (по лсеон осл)

0 5 10 15

Уровень загрязнения почвы МБк/м2

Рисунок 6. Тенденции изменения параметров накопления 137Си луговой растительности в зависимости от плотности загрязнения почв

Динамика загрязнения растительности как следствие трансформации радиоактивных выпадений в почвах

С 1988-1989 годов аэральный путь поступления радионуклидов в растения крайне незначителен. К этому времени начали проявляться индивидуальные особенности растений в корневом накоплении отдельных радионуклидов, а также влияние агрохимических свойств почв. В 1988 г. КП 137Сз в луговую растительность на суходольных лугах составлял 0.14 (Бк/кг)/(кБк/м2), а для торфяников -0.52 (Бк/кг)/(кБк/м2).

Обобщение данных периода 1988-1990 гг. свидетельствует о том, что размеры перехода ,37Сз в растительную продукцию по существу начали стабилизироваться с 1989 г. При этом в отношении 908г проявляется некоторая тенденция к возрастанию его концентрации в растительности.

На рис. 7 приведена динамика КП радионуклидов в естественную растительность на лугах и брошенных сельскохозяйственных угодьях. Она свидетельствует, что с 1989 г. переход ,37Сз из почвы в растения практически постоянен. Для 905г, листовое поступление которого также прекратилось к 1988 г., наблюдается систематическое увеличение КП, что свидетельствует об увеличении содержания биологически доступной доли 903г в почве. Небольшое увеличение перехода ,37Сз в 1988-1989 гг. хорошо согласуется с процессами трансформации форм радионуклидов в почвах (рис. 3). Так как значения КП 908г и ,37Сз к 1994 году достигли значений, каких следовало ожидать на основе наблюдений за глобальными выпадениями в данной агроклиматической зоне, можно заключить, что дальнейшего увеличения КП не предвидится.

КП (Бк/к1')/(кБк/м!)

20 18 16 14 12 10

т

+

1

1 4 и-

\ А ж!

5 Ч] р х; ■■-..и

•п-Т 11 г

□ '"Сэ

— "Тренд '"Сб

- - - Тренд '»Бг

1986 1987 1988 1989

1990 Года

1991 1992 1993 1994

Рис. 7. Многолетняя динамика коэффициента перехода 90йг и ,37Сч в естественную луговую растительность на дерново-подзолистых почвах центральной части 30-км зоны (Бк/кг / кБк/м2 )

Особенности применения сельскохозяйственных контрмер в 30-км зоне отчуждения

Агрохимические способы уменьшения доступности радионуклидов для растений

Были проведены многолетние опыты с внесением минеральных и органических удобрений в качестве контрмер, направленных на снижение перехода радионуклидов в урожай сельскохозяйственных культур. В качестве основной культуры в многолетних экспериментах в течение 3 лет использовали овес. Изменения в накоплении 137Сз овсом на протяжении трех лет не имели определенных закономерностей (рис. 8). 12

Г~~1.П .[ I , Г" ГП.с!

11

□ '"Сэ I 0 '»Бг

Зерно Мнкмна Солома Зерно Мякина Солома Зерно Мякина Солома 1992г 1992г 1992г 1993г 1993г 1993г 1994г 1994г 1994г

Рчс. 8. Изменение перехода радионуклидов из почвы в овес в течение 3 лет (контрольные варианты) (Бк/кг)/(кБк/м2)

Накопление шСз растениями незначительно возросло в 1994 г., тогда как для 905г это увеличение было очевидным. Так, по сравнению с 1993 г. накопление 137Ск растениями в 1994 г. возросло на 5-40%, а 908г - на 200-400%. Увеличение перехода 903г может быть объяснено рядом причин: более интенсивный выход радионуклида из топливных частиц после перепашки; более высокая влажность корнеобитаемого слоя в 1994 г.;

Коэффициенты перехода 908г в овес были в 4 - 8 раз выше, чем |37С5. Это вызывается известными различиями ионного механизма взаимодействия радионуклидов с почвенно-поглощающим комплексом. В то время, как для 903г имеет место ионный обмен, |37Св абсорбируется необменно кристаллическими структурами глинистых минералов

В однолетних опытах установлено, что на дерново-подзолистой почве внесение навоза снизило поступление 137Сз в зерно овса в 2 раза, а в клубни картофеля - на 40 % (табл. 12).

Таблица 12. Поступление 137Сз в урожай на дерново-подзолистых почвах при применении различных удобрений (% от контроля)

Культура Навоз Фосфор Калий

Овес, зерно солома 47 100 76

55 83 90

Картофель, клубни ботва 60 - 46

108 - 91

Рапс, зеленая масса - 45 112

Люпин, бобы зеленая масса - 106 79

- 143 ПО

Повышенная доза фосфора не оказала существенного влияния на поступление '"Сб в зерно овса. Повышенная доза калия снизила поступление радиоцезия в клубни картофеля в 2 раза, а в зерно овса - на 24%. Применение повышенной дозы фосфора снизило содержание 137Сб в вегетативной массе рапса в 2 раза.

Для торфяных почв (табл. 13) установлено отсутствие положительного влияния внесения навоза, повышенных доз калия и фосфора (как контрмеры) на содержание |37Сз в соломе овса. Содержание '"Сэ в зерне овса снижается при применении минеральных удобрений. Применение повышенных доз фосфора и калия приводит к снижению концентрации |37Сз в рапсе.

Обобщение многолетних данных, показало, что внесение минеральных и органических удобрений в большинстве случаев способствует уменьшению выноса 137Сз растениями и не оказывает существенного влияния на вынос 903г (табл. 14). Среднее снижение поступления '"Сэ в растения изменяется от 28% при использовании калийных и фосфорных удобрений до 38% - при применении навоза. Эти значения получены в 26 случаях из 34. В остальных случаях происходило увеличение поступления '"Сэ в растения от 18 до 24%. Для 905г можно отметить меньшую эффективность внесения удобрений, как контрмеры.

Таблица 13. Поступление шСз в урожай на торфяно-болотных почвах при применении различных удобрений (% от контроля)

Культура Навоз Фосфор Калий

Онес, зерно солома 108 92 83

244 172 116

Картофель, клубень ботва 80 - 227

93 - 186

Рапс, зеленая масса - 24 163

Люпин, бобы зеленая масса - 94 176

180 190

Таблица 14. Влияние минеральных и органических удобрений на переход 905г и •■"Сб из почвы в растения (тенденции относительно контроля), количество случаев

Вносимое вещество Радионуклид Число наблюдений Снижение <-) Повышение ( + )

Навоз '»Бг 3 1 2

137 Се 8 7 1

Всего по навозу И 8 3

Калий ««г 9 6 3

,37Сз 14 13 1

Всего по калию 23 19 4

Фосфор '»Бг 11 4 7

137Сз 10 6 4

Всего по фосфору 21 10 11

Всего 23 11 12

|37Сз 32 26 6

55 37 18

Применение специальных контрмер (внесение мелиорантов и сорбентов)

Среди контрмер, направленных на снижение миграции ШС5 в системе "почва - растение", особое место занимают добавление сорбентов (мелиорантов). Обогащение почвенно-поглощающего комплекса легких дерново-подзолистых почв природными и искусственными сорбентами с избирательной сорбционной способностью к '"Сэ может являться эффективным средством длительного действия, приводящим к снижению подвижности радионуклида в почвах и перехода его в растения.

Использование различных сорбентов (мелиорантов) в комплексе с удобрениями (органическими и минеральными) может менять эффективность отдельно примененных как мелиорантов, так и удобрений. Для овса показано, что соче-танное влияние мелиорантов и удобрений выше, чем отдельное (табл. 15). При этом важное значение имеют химические характеристики мелиоранта.

Эффективность применения клиноптилолита была выше в варианте с поверхностным внесением (табл. 15, рис. 9), рост эффективности для 137Сз достигал

Таблица 15. КП 131Сх в овес в зависимости от вида контрмер, (Бк/кг)/(кБк/м2)

Внесенный мелиорант Вариант Зерно Шелуха Солома

Бентонит (Украина) Контроль 0.51+0.28 0.6910.34 1.0710.64

Опыт 0.70+0.39 0.89+0.44 1.3210.84

Бентонит (Швеция) Контроль 0.42 0.21 0.6310.49

Опыт 0.61 0.2510.02 1.22+0.87

Бептопит + клиноптилолит Контроль 0.35 0.4710.19 0.55+0.52

Опыт 0.42 1.0511.22

Бентонит + клиноптилолит + навоз Контроль 0.53+0.29 0.7710.47 0.6210.37

Опыт 0.29±0.14 0.3410.14 0.4110.19

Бентонит + навоз Контроль 0.32 0.25 1.39+1.10

Опыт 0.25 0.1610.48 1.0610.88

Клш юптилолит Контроль 0.73±0.16 0.5010.23 1.1110.34

Опыт 0.6б±0.49 0.4310.30 1.06+0.70

Навоз Контроль 0.2710.15 0.5210.22 0.54+0.27

Опыт 0.97+0.65 3.4714.50 2.3911.74

Навоз + клиноптилолит Контроль 0.62+0.70 1.02+0.86 0.9811.14

Опыт 0.4810.38 0.8410.77 0.9510.81

Берлинская лазурь Контроль 0.72 - 2.6811.62

Опыт 0.67 - 1.81+0.34

Клиноптилолит при поверхностной обработке Контроль 0.7310.35 1.1210.50 1.48+1.03

Опыт 0.3510.07 0.5010.10 0.7910.21

Клиноптилолит под вспашку Контроль 1.3310.92 2.2111.65 3.26+2.46

Опыт 1.03+0.44 1.87+0.88 1.9610.97

Зерно Солома Зерно Мякина Солома

"Бг >°Бг '"С* »'С! »'С5

Рис. 9. Влияние способа внесения клиноптилолита в почву на поступление 908г и 137Св из лочвы в растения, (Бк/кг)/(кБк/м2)

200-220%, в то время как увеличение эффективности для 90Бг было незначительным и не превышало 20-30%. Общий механизм увеличения эффективности в этом случае был основан на увеличении локальной дозы внесения клиноптилолита в почву, т.е. при обычном внесении мелиорант разбавляется в 20-см слое почвы,

при поверхностном - в 5-см слое, при эгом его относительная концентрация в 4 раза выше.

Различие в эффективности контрмер для разных радионуклидов вызвано свойствами радионуклидов. Так как цезий имеет высокую способность к сорбции, то увеличение концентрации сорбента-мелиоранта в четыре раза в слое почвы, содержащем основной запас |37Сз, может привести к четырехкратному снижению в почвах доли подвижных форм радионуклида. Радиостронций, имеющий низкую сорбционную способность, практически не изменяет состояния в почвах, и для него способ внесения сорбента был бы значим только при использовании селективного сорбента.

Агротехнические мероприятия

Удаление или захоронение верхнего, наиболее загрязненного слоя почвы -наиболее эффективный прием, существенно улучшающий радиоэкологическую обстановку. Так, вспашка, произведенная на глубину 18-20 см, способствовала относительно равномерному распределению радионуклидов в пахотном слое (табл. 16). Эта же закономерность сохраняется и после многократной перепашки на ту же глубину. Различные виды обработки почвы существенно влияют на перераспределение радионуклидов в почвенном профиле (табл. 17). При вспашке распределение ,37Сз в почвенном профиле относительно равномерно, а верхний 5-см слой содержит наименьшее количество |37Сз, при дисковании и фрезерной обработке основные количества 137Сь сконцентрированы в 0-10см слое почвы.

Таблица 16. Распределение радионуклидов в пахотном слое дерново-подзолистой супесчаной почвы в первый год после вспашки, в % от общего содержания

Слой, см 10611и '"Се ,44Се В среднем

0-5 25.2 22.7 21.6 23.210.8

5- 10 20.1 19.6 18.6 19.910.3

10-15 25.5 28.4 26.9 27.010.7

15-20 20.4 20.8 23.2 21.610.5

20-25 8.8 8.5 9.7 8.910.3

С увеличением глубины обработки содержание 137Сз в верхних корнеоби-таемых слоях уменьшается за счет большего разбавления чистыми слоями почвы. Так, при вспашке на глубину 35-40 см содержание 137Сб в пахотном слое (0-20 см) уменьшилось в 5 раз.

Таблица 17. Размещение 137Св при различных способах обработки почвы (% от содержания в слое 0-30 см)

Слой почвы, см До обработки Дискование Вспашка Фрезерование

0-5 98.0 60.2 7.4 42.6

5-10 1.2 38.6 14.4 39.8

10- 15 0.5 1.0 25.4 17.5

15-20 0.2 0.2 37.3 0.1

20-25 0.1 - 14.5 -

25-30 - - 1.0 -

Сравнение контрмер, основанных на механическом и на химическом воздействии на почву, показывает значительно большую эффективность агротехнических мероприятий (рис. 10). Однако, следует учитывать и во много раз более высокую стоимость таких мероприятий, особенно удаление верхнего слоя почвы.

Вспашка Глубокая Удаление Фрезерование вспашка верхнего слоя

Рис. 10. Влияние контрмер различной природы на поступление П7Ся в урожай трав (ежа сборная), за 100% принят контроль на вспашке.

заключение

Особенности Чернобыльской аварии определили разнообразие форм выпадений. Неоднородные ландшафтные и почвенно-агрохимические характеристики территории обусловили сложную радиоэкологическую ситуацию. Однако наибольшую уникальность создает наличие радионуклидов (в составе малорастворимой фракции), связанных с топливной матрицей и другими выброшенными диспергированными материалами. Это обусловило парадоксальную ситуацию - после прекращения аэрального загрязнения растений, когда основным источником радионуклидов в растения стала почва, КП '"Сб и 908г в сельскохозяйственные культуры оказались значительно меньшими, чем это имело место на отдаленных территориях с тем же уровнем загрязнения, а также существенно ниже, чем это ожидалось из известных общих закономерностей поведения радионуклидов, выпавших в растворимой форме, в звене почва-растения.

Выполненные исследования растворимости радионуклидов в разных экс-трагентах однозначно показывают существенные различия ближней и дальней зон в этом отношении.

Содержание мобильного 137Сб в представительных для зоны аварии дерново-подзолистых почвах динамически меняется в соответствии с процессами трансформации форм выпадений в почвах. Выход радионуклидов из топливных частиц и последующая их сорбция определили дальнейшее поведение радионуклидов в почвах и в системе почва-растение.

Стабилизация радиоэкологической ситуации и наступившее с 1991-1994 г. динамическое равновесие в системах топливные частицы-почвенный раствор-почвенный поглощающий комплекс и почва-растение обусловили влияние поч-венно-агрохимических показателей на поведение радионуклидов. Миграция ра-

диоиуклидов в почвах и переход их в растения различаются для основных групп почв зоны отчуждения - дерново-подзолистых и торфяно-болотных.

Особый характер выпадений в ближней зоне аварии сказался на эффективности контрмер в снижении перехода радионуклидов в растения. В первую очередь это касается контрмер, эффект которых обусловлен уменьшением доли подвижных форм радионуклидов. Наши результаты показывают, что в ближней [ зоне положительные эффекты при применении средств химизации менее существенны, чем приводимые в литературе (15-30% по сравнению с 150-200%), и даже имели место отрицательные результаты.

Наиболее эффективны приемы, основанные на изменении способов обработки почвы и способов ведения хозяйства. Использование этих приемов может дать уменьшение загрязнения растений в 2-3 раза.

Таким образом, специфические природные и радиоэкологические условия ближней зоны и динамика их развития позволяют заключить, что при достижении равновесия (в формах радионуклидов в почвах), количественные параметры миграционных процессов будут типичными для почвенно-климатических условий, характерных для Чернобыльской зоны.

выводы

1. Наложение специфических особенностей Чернобыльской аварии (наличие топливной формы выпадений) и ландшафтно-геохимических характеристик района исследований (почвы легкого механического состава) обусловили сложный характер формирования и развития радиоэкологической обстановки на территории Припягского Полесья. Поведение радионуклидов в первые годы в значительной степени определялось не собственно физико-химической природой радионуклидов и особенностями их взаимодействия с почвами, а свойствами аэрозольных частиц выпадений, представленных топливной композицией.

2. Выветривание и выщелачивание радионуклидов из топливных частиц выпадений под влиянием природных процессов привело к тому, что ведущая роль физико-химических форм выпадений как фактора, обуславливающего радиоэкологическую обстановку, уменьшалась, а со временем роль почвенно-климатических факторов увеличивалась. Результатом наличия топливных частиц в составе радиоактивных выпадений явились одинаковый характер распределения и скорость миграции разных радионуклидов по почвенному профилю в первое время после аварии (1-2 года). В последующем, по мере выхода радионуклидов из топливной матрицы, скорость вертикальной миграции уменьшалась и различия в поведении 905г и шСз стали более выраженными.

3. Содержание мобильных форм 137Сз и 905г в почвах не различалось в течение двух-трех лет после аварии. Пик содержания водорастворимых и обменных форм радиоцезия достигал 40%) (суммарно) в 1988-1989 гг., и затем их содержание снизилось до 5-10% за счет сорбции почвенными минералами. Содержание мобильных форм 903г нарастало от 5-10% в первые два года после выпадений, до 50-70% к 1990 г.

4. Миграция 905г и 137Сз в почвах 30-км зоны является медленным процессом. В результате, через 9 лет после поступления на земную поверхность около 80% радионуклидов по-прежнему находится в верхнем пятисантиметровом слое почвы с ненарушенной структурой. Прогноз распределения радионуклидов в профиле почвы, полученный с использованием квазидиффузионной модели миграции, показывает, что и через 50 лет до 80% 131 Се будет находиться в верхнем 5~10см слое. Это факт имеет важное значение с точки зрения реабилитации территории.

5. В зависимости от типа почв, времени после выпадений и от биологических особенностей растений КП могут колебаться до двух порядков величин. При этом, в связи с химическими различиями КП 908г выше, чем 137С$ в 2 - 5 раз. В условиях 30-км зоны КП из органической почвы в растительность по сравнению с КП из минеральной почвы выше для 137С5 в 2-3 раза, а для 908г - почти не зависит от типа почв.

6. Динамика загрязнения растительности радионуклидами является отражением разнонаправленных процессов выхода радионуклидов из топливных частиц и их взаимодействия с почвенными компонентами. В результате происходит ежегодное снижение накопления 137Сз в урожае сельскохозяйственных культур (с постепенным выходом на плато), тогда как накопление 908г возрастает (также с выходом на плато). Максимальные значения КП 137Сз были отмечены в 1986 г. за счет аэрального загрязнения, затем наблюдался пик в 1988-89 гг., что соответствует периоду максимального содержания в почвах доступных форм. Кратность уменьшения КП |37Сз в течение 9 лет достигает 10-15 раз.

7. Эффективность использования защитных мероприятий, направленных на снижение перехода радионуклидов в урожай сельскохозяйственных культур, в ближней зоне (где выпадения представлены преимущественно топливной формой), ниже в 1.5-4 раза, по сравнению с аналогичными мероприятиями, проведенными в зоне конденсационных выпадений. Наибольшей эффективностью из агрохимических мероприятий характеризуется поверхностное внесение мелиорантов и сорбентов.

8. Относительно низкие КП радионуклидов на большей части территории 30-км зоны позволяют утверждать, что на ней можно получать "чистую" сельскохозяйственную продукцию, однако практические соображения (экономические, социально-психологические) против внедрения в практику такого решения.

Основные публикации по теме диссертации

1. Мешалкин Г.С., Архипов А.Н., Архипов Н.П. Характеристика физико-химического состояния радионуклидов в почвах. В сб.: "Чернобыль'88'7/Доклады 1 Всесоюзного совещания по итогам ликвидации последствий аварии на ЧАЭС. -Т.5. - 4.1. -1988 С. 152-159.

2. Мешалкин Г.С., Архипов Н.П., Архипов А.Н., Буров Н.И. Особенности формирования радиоактивного загрязнения территории. В сб.: "Чернобыль'88" // Доклады I Всесоюзного совещания по итогам ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. -Т.5. - 4.1. - Чернобыль. - 1988. - С.34-42.

3. Мешалкин Г.С., Архипов А.H., Архипов Н.П., Турсукова Т.А. Динамика перераспределения и изменения форм состояния радионуклидов в почвах. В сб.: "Чернобыль'88".// Доклады I Всесоюзного совещания по итогам ликвидации последствии аварии на ЧАЭС. - Т.5. - 4.1. - 1988. - С.160-169.

4. Архипов Н.П., Архипов А.Н., Куликов В.В. Влияние природных факторов на особенности радиологической обстановки в зоне аварии. В сб.: "Чернобыль'88"// Материалы I Всесоюзного научно-технического совещания по итогам ЛПА на ЧАЭС. - Чернобыль. - 1988. - Т.5. - 4.2. - С.225-231.

5. Архипов Н.П., Мешалкин Г.С., Архипов А.Н. Актуальные проблемы обращения с территорией и природными объектами зоны отселения ЧАЭС . В сб.: "Чернобыль'88" // Материалы I Всесоюзного научно-технического совещания по итогам ЛПА на ЧАЭС. - Чернобыль. - 1988. - Т.4. - С.63-74.

6. Архипов Н.П., Мешалкин Г.С., Архипов А.Н., Мишенков H.H., Буров Н.И. Технология и эффективность мер по улучшению радиоэкологической обстановки в связи с особенностями источников загрязнения в Кыштыме// Материалы I международной конференции/Биологические и радиоэкологические аспекты последствий аварии на ЧАЭС. - Зеленый Мыс. - 1990. - Т.2. - 4.2. - С.267-282.

7. Мешалкин Г.С., Архипов А.Н., Архипов Н.П., Буров Н.И. Особенности соотношения физико-химической подвижности, биологической доступности и миграции радиоактивных нуклидов в почвах зоны аварии на ЧАЭС. // Материалы I международной конференции/Биологические и радиоэкологические аспекты последствий аварии на ЧАЭС. - Зеленый Мыс. - 1990. - Т.2. - 4.2. - С.253-266.

8. Архипов Н.П., Мешалкин Г.С., Архипов Н.П., Кучма Н.Д. Проблемы и перспективы реабилитации 30-км зоны Чернобыльской АЭС. В сб.: "Чернобыль'92"// Доклады III Всесоюзного научно-технического совещания по итогам ликвидации последствий аварии на ЧАЭС. - Т.2. - 4.2.-Зеленый Мыс.- 1992. - С.191-202.

9. Мешалкин Г.С., Архипов Н.П., Архипов А.Н., Буров Н.И., Сухоручкин А.К. Биогенная и антропогенная миграция радионуклидов в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС. - В сб.: "Чернобыль'92" //Доклады III Всесоюзного научно-технического совещания по итогам ликвидации последствий аварии на ЧАЭС. -Зеленый Мыс. - 1992. - Т.2. - 4.2. С.203-212.

10. Мешалкин Г.С., Архипов А.Н., Архипов Н.П., Сухоручкин А.К. Миграция радиоактивных нуклидов в почвах зоны отчуждения Чернобыльской АЭС. В сб.: "Чернобыль'92" //Доклады III Всесоюзного научно-технического совещания по итогам ликвидации последствий аварии на ЧАЭС. - Зеленый Мыс. - 1992. - Т.2. -4.2. С.213-225.

11. Мешалкин Г.С., Архипов Н.П., Архипов А.Н., Афонин C.B., Бакин Р.И., Василь-ченко Д.Л., Ермаков А.И., Иванов Ю.П., Ковалев A.B., Магуськин Б.Б., Сухоручкин А.К. Водная и ветровая миграция радионуклидов на территории зоны отчуждения Чернобыльской АЭС. В сб.: "Чернобыль'92". //Доклады III Всесоюзного научно-технического совещания по итогам ликвидации последствий аварии на ЧАЭС - Зеленый Мыс. - 1992. - Т.2. - 4.2. -С.225-235.

12. Архипов А.Н., Архипов Н.П., Городецкий Д.В., Мешалкин Г.С. Развитие радиоэкологической ситуации на сельхозугодьях 30-км зоны Чернобыльской АЭС. И Препринт НТЦ НПО "Припять". - Чернобыль. - 1994. - 43 с.

13. Arkhipov N.P., Meshalkin G.S., Arkhipov A.N. et al. Measures (and their Effectiveness) to improve the Radioecological Situation Given the Particular Features of the Contamination Caused by the Kyshtym and Chernobyl Accidents. // In Proceedings of seminar on comparative assessment of the environmental impact of radionuclides released during three major Nuclear accidents: Kyshtym, Windscale, Chernobyl-Luxembourg. - 1990. - P.977-992.

14. Arkhipov N.P., Meshalkin G.S., Arkhipov A.N., Kuchma N.D. Problems encountered in rehabilitation of 30-km zone around Chernobyl NPP and prospects for its success. II In Proceedings of international seminar on intervention levels and countermeasures for nuclear accident. - Cadarache. - 1991. - P.458-466.

15. Arkhipov N.P., Meshalkin G.S., Arkhipov A.N., Burov N.I., Mishenkov N.N. Distribution and redistribution of radionuclides in the terrestrial ecosystems following the Chernobyl NPP accidents .11 In Proceedings of IUR, Soviet branch seminar on the radi-oecology and countermeasures. - Kiev, 1991. - P.33-44.

16. Meshalkin G.S., Arkhipov N.P., Arkhipov A.N., Kuchma N,D. Problems of rehabilitation of the territory within the Chernobyl NPP accident zone. //In Proceeding of International Conference on Nuclear Waste. - Prague, 1993.

17. Arkhipov N.P., Meshalkin G.S., Arkhipov A.N. The experience of decontamination operations under the conditions of the Chernobyl NPP accidents .11 In Proceedings of International Conference on Nuclear Waste. - Prague, 1993.

18. P.A. Assimakopoulos, K.G. loannides, D. Karamanis, A. Lagoyannis, A.A. Pakou, K. Koutsotolis, E. Nikolaou, A. Arkhipov, N. Arkhipov. S. Gaschak, A. Kurman, and I. Chizhevsky. Ratios of transfer coefficients for radiocesium transport in ruminants // Health Physics, 1995, Vol. 69, №3, p410-414.