Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ПОВЕДЕНИЕ СТРОНЦИЯ-90

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ПОВЕДЕНИЕ СТРОНЦИЯ-90"



ВСЕСОЮЗНАЯ АШЕИИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ИМЕНИ В .И .ЛЕНИНА ■

Почвенный институт им. В Л).Докучаева

'■''.. . ■ о "

' « На правах рукописи

- НАЗАРОВА Людмила Филипповна

поведение стронция-90 ' в дерново-подзолистых: почвах

Специальность 06.01.0a-,- почвоведение

> '' *

\ •' • - ' ' Автореферат

дассерхацкн на ооьсканив ученей Степана. . кандидата оельскохоэявотвенных наук

Москва - 1975

ВСЕСОЮЗНАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ИМЕНИ В,И .ЛЕНИНА

Почве шшй институт ии. В .В .Докучаева

о"

На правах рукописи НАЗАРОВА Людиила Филипповна

ПОВЕДЕНИЕ СТРОНЦИЯ-*) В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ (1С'IB АХ

Специальность Об.01.03.- почвоведение

Автореферат

диссертации на сокскание ученоЧ степени. . кандидата сельскохозяйственных. неук

Цоснва - I9?iT

Л-

работа выполнена в Почьеннои институте кн. ВЛЗ.Докучаева.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук

Ю .А .Поляков

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

А.Н .Коготков,

какдидат сельскохозяйственных наук Р.А.Ширшова

Ведущее учреждение: Белорусский н ау чн о-и со ля до в ате ль ски й институт Почвоведения и Агрохимии;

Агтореферат разослан 1975 г.

Защита диссертации состоится 19?5 г. на'засе-

дании Ученого Совета Почвенного института им.В.В.Докучаева (10Э017 Москва, К-17, Пыжевский пар.,7).

С диссертацией иолво ознакомиться в б"блиотеке Почвенного института ш.В.В.Докучаева,

Учэшй секретарь института

(Е .В .Бот щи)

ВВЕДЕНИЕ

Производство атомной энергии и *ое использование в различных сферах человеческой деятельности приводят к загряаненци . окружающей среды радиоактивными продуктами делания. Одним из наиболее опасных для населения радиощклкдов является строк-циЙ-90,который обладает относительно высокой энергией излучения, большим периодом полурлсаадп и активным участием в биологической круговороте вещестъ. * . '

В связи с огромными масштабами развития атомной энергетики и постановкой различных ядерных экспериментов,количество отрон-ция-90 во внешней среде непрерывно возрастает, значительное увеличение размеров поступления стронция-^О во внешнюю среду, наря-ГУ с существующими запасами данного нуклида в почве, которые накопились в период интенсивных'ядерных испытаний, создает потенциальную опас ность радиоактивного 'загрязнения продуктов растениеводства, животноводства и других объектов внешней среды.

Завно отметить, что во всех процессах, связанных о посту*

пленяем и накоплением радиоактивных веществ в растительных и животных организмах весьма большую роль «греет почвенный фа«- ' тор. Поэтому изучение закономерностей взаимодействия ^ио-нуклидов с почвой предотавляет значительный.интерес, т»к хан знание этих закономерностей необходимо для лрогноаигоьания • »-явлений миграции отронщинЭО в почвах и других объектах биосферы,а ракхе для пазработэд практичесйгх ывроприя-

taii по снижению их накопления п сельскохозяйственных растениях.

Всестороннее и систематическое изучение этих вопросов является одной из основных задач почвенной радиоэкологии. В настоящее время проблемы почвенной радиозкоиогии занимают значительное место среди тех радиационных исследований, которые проводятся »о многих исследовательских центрах мира. В последние годы большой внимание уделяется изучении закономерностей и механизмов миграции радионуклидов и их химических аналогов в почвах и других экологических системах (Алексиев Р.М1963Д973; "Архипов Н.П. И др-t, 1969; Верховская И.Н, и др., 1971* Гулн-~кин И.В., Юдинцзва Е.В1973i Дибобес И Л., 1967] Иванов С.Н. и "др., 1969, 197 V, КлечковскиЙ В.Н. и др., 1968. 1973} Коготков А ".Я., 1971; Корнеев НА. и др., 19 rO, 1971; Мельникова М.К., i960, 1966; Павлоцкая Ф.Й., 1966, 1974; Поляков Ю.А., 1966, 1970; Прохоров В .И., 1965, 1973; РыдкиЗ CJ1., 1969; Тихомиров Ф.А., Х971; Федоров Е.А., Романов Т.Н., 1969; Шириоча P.A., 1964, 1973; Ядшщева Е.В., Гуляккн К,В., 1963; н др.). В у к а- *> ванных работах, ь танке в работах других авторов содержится обширный информационный^материал по вопросим накопления строк-ция-90 в почвах и его миграции в различных звеньях биологического цикла. Однако еще многие аспекты рассиат,,кваеыой заыи проблемы остается недостаточно изученными. Отметим, что по поведению естественных химических элементов в экологических си-схемах можно предсказать, с известным приближением, характер миграции их радиоактивных изотопов в этих системах. С другой стороны, используя радионуклида в качестве меток, мохно изучить роль природных алемантоэ в процессах почвообразования. Необходимо подчеркнуть, что изучению элементов-аналогов стабильного

щронцин и чаяьция в система питательный раствор - растение уделялось большое ввиувняе в работах Гадройца К.К. (1936).

, *

Главной задачей аашцс исследована* являлось изучение влияния. физико-хини часкюс свойств почв, шшер-,логического состава и водного фактора на процессы миграции -стронщ:л-90 в дернсво-под-золистых :оочвах легкого деханичэско^о состава в зоне Гадок ?айгн.

1 В программу исследований входили идущие вопросы;

1. Динамика накопления стронция-^О и его ииграцрч в дерново—подзолистых п ыл е в ат о-па счаных почвах.

2. Форш соединений строныя-90, стабильного стронция и кальция в почвах (целинных и пахотных).

' 3. Содержание стронция-50,..стабильного стронция и кальция в почзенно^. растворе и лизиметрических водах. "*.

Л- Влияние механического и шшарадогаческото состава на процессы сорбции схрояцая-90 почвами.

5. Роль химических агентов з разработка практических мероприятий по дезактивации почв, загрязненных стронциеи-ФО.

Объекты исследования; В качестве объектов исследования были взяты'дерново-подзолистыа шлевахог-песчаные почви на древне-аллювиальных песках иолого-Шекснинской низины. Все исследования проводили на территории Дарвинского запс^днина. За помощь, оказанную при проведении полевых наблюдений, автор выражает глубокую ■ «

признательность дирекции заповедника - Криницшшу В.1. и Мощен-ко СЛ. '

Цууоды исследований; Для выполнения програцш диссертационное раббто проводили шгоголетние погевнв к лабораторные исследования, которые сопровождались наблюдениями $а,переносом отроа*-вди-90 по почвенному профилю при * помояд л-ггчцетров,

Полэвые исследования проводили на уровне глобальных концентраций стронция-90. В лабораторных и молельных опытах применяли ин- . дикахорные концентрации нуклида■

Малые (глобальные) ko.wsстеп стронвдя-90 определяли на установке УКФ при помощи счетчика с ЧЛ-геометрией» В процессе исследован"}) применяли также традиционные методы химического, механического и рентгенографического ан: лиза почв, йочвенныт растворов и лизиметрических вод.

Работа проводилась в аспекте тех задач, которые были поставлены ХХХУ огезаон КПСС в связи с разработкой научных основ охраны природы в целях улучшения естественной среды, окружающей человека. Работа выполнена за время пребывший в заочной аспирантуре при отделе физико-химии и минералогии почв Почвенного института ьл«В .В .Докучаева под руководством доктора сельскохозяйственных наук Полякова ОД., оказавwerq. автору псаощь при организации и проведении рабгты, за что автор выражает ечу глубокую благодарность. .

Глава I. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Наблюдения за процебсами миграции отронция-90 проводили на территории Дарвинского Государственного заповедника, расположенного на вге Вологодский области, в подзоне шиой тайги. Изучение фивико-географических условий показало, что в районе исследований выпадает относительно больше количество осадков (500600 им/год). Почвн рассцатриваемого регионе., по данный А.А.Роде л вашим наблюдениям, характеризуются легким механическим соста-: вон, слабо-кислой реакцией, незначительной емкостью поглощения (1,5-3,7 мгэквДОО г) с относительно высоким содержание« водорода, v.aiun содержанием гуиуса (1,3-1,6^), неглубоким залеганием

(Фунтовых год (1,5-2 и).

Приведенные данные показыза»тФ чю рассматриваемые почвы обладают такими физико-химическими и водными свойствам, которые благоприятствуют конвективному и диффузионному переносу ионов стронция-90 из поверхностных г более•глубокие горизонты почз.

Глава П. ПОВЕДЕНИЕ СТГ0НЦЫ-90 В ДЕРНОВО-ПСДЗОЧИСТЫХ ПОЧЗАХ

4 1

X. Передвижение стронция-:*) по профиле де ре ов о-по дэо ст ых

почв.

Наблюдения за поведение« стравцня-ЭД в дарново-подаолийтых дылевато-песченых почвах проводились нами с 1963 по 1972 гг. В результат stioc наблюдений установлено, что величина кумулятивного накопления стронция-90 в коркеобитаеиоы слое 0-20 сл аа Ю-детниИ период наблюдений варьировала в пределах №-47 MKiaptvfai2^ Максимального значения она достигла в 1965 г. - 47,5 цкюри/ки2. Затеи, а связи о полный почти прекращением ядерных нспытрний, по-* кхупление радионуклидов значительно уменьаилось, и начался процесс оч^иания верхнего слоя почвы от стронщ-1-50 в результате его естественною распада и выноса в нижние горизмпч

Перемещение стронция-90 ш? профилю почвы происходило о самого начала появления его в почвенно-расгитальном покрове. Но в начальный период Ядерных испытан^ покушение стронция-90 из атмосферы было намного значительней его выноса. Пчсл^ уиеньшения плотности радиоактивных выпадений вынос уже не ^компенсируется -

Еоступлчниеы, благодаря чему нааетился явный спад содержания

4 ',1 *

мроацад-ЭО в, верхних горизонтах почв .Так," содержав строн-

о .

пия-90 в слое 0-30 см в 1ЭТ0 г, доставляло лица 66% os тоге коля-чеотва, которое было найд(-.ю в атом горизонте в I?í5 т.

- 3 -

В течение рассматриваемого периода наблюдались не только явления конвективного к диффузного перекоса ионов стронция-90 ия верхних горизонтов в нижележащие, ко одновременно протекали процессы избирательной сорбции ионов стронция-90 почвенными коллоидами. В результате этик процессов концентрация нуклида в аллювиальном горизонте оказалась более низкой, чем в иллювиальной горизонте, который в данной случае можно рассматривать как геохимический барьер на пут? передвижение струнцяя-90 из поверхностного горчаонта в нижележащие. На протяжении воего периода „наблюдений максимальное количество строншя-90 приходится на верхние горизонты. Так, содержание стронция-90 в слое 0-30 см в 1272 г. оказалось равным 67-;!, от общего содержания нуклида в почве. Характерно, что интенсивность переноса ¿тронция-90 из верхних горизонтов в нижние коррелируют с количеством атмосферных осадков, что можно видеть при рассмотрении кривых, показанных на рис.1. В пахотных почвах отмечалось более низкое содержание строацля-90, чем в целинных. Это происходит за счет выноса сельскохозяйственными растениями. Нами установлано, что за 15 лет примерно 22% стронция-ЭО вынесено сельскохозяйственными растениями (в ерздшзу ¿коло Iв год).

2. Формы соединений стродция-90 в почвах.

Определение форм соединений стронция-90'в почвах проводи-

(

лось в водаои, ацетатной и соляно-кислой вытяжках. Чрк помощи радиохимического анализа этих вытяжек устанавливали соответственно количества воднорастворимой, обтанкой и необмэнной форм соединений стронция-90.

Как известно, стронций-90 выла да от из атиос^ры, главным об::&;;ом, в вид« воднорастао^иных соединений, поэтому он быстро

- s -

fttc.i, Ôbwoc StS0из &ергнис cJtoeâ

tfêjn/HHoô №¿6! с f$63/7 о Wârn »-- Слои ÔSctu

ж—-X O-fOcÁi

Осадки, JUM ^

вовлекается в физико-химические процессы, происходящие в почве, и интенсивно поступает в растения. По истечении некоторого времени воднорастворимые формы соединений стронция-90, в результате ионнообменных процессов, переходят в обменные и нвобманные форма.' Переход стронция-90 в не обменную форму уменьшает его подвижность в почве и снижает поступление в растения. Нами установлено, ~то с 1968 по гг. произошло увеличение нэобыенной фракции стронция-90 о II до 30,75&» Наиболее отчетливо рассматриваемые явления наблюдались в гумусовой горизонте, на глубине 10-20 см.

Глава Ш. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТАБИЛЬНЫХ СТРОНЦИЯ И КАЛЬЦИЯ В ПОЧВАХ

Наряду со строяциеы-90 нами изучались закономерности распределения стабильных стронция и кальция в почвах л почвообра-■зующих породах. _

Оба элемента характеризуются биогенным накоплением в горизонте А^, выносом из ¿2 9 более глубокие слои и повыюенным содер-, жаниеи в горизонта! В и ВС. Максимальное содерданив кальция в рассматриваемых почвах составляет 2,8* мгэкь/300 г, а стронция стабильного ОДОХв мгзкв/100 г (7,96 мг/кг).

I

Пахотные почвы обличаются от целинных несколько повышенным содержанием стабильного стронция (9,08 мг/кг), что можно объяснить систематическим внесением фосфатных удобрений) содержаниях следовые количества стабильного стронция. В условиях влажного климата выщелачивание кальция и стронция'оказывается интенсивнее их биологического накопления - порода и нижние горизонты относительно обогащены стронцием л кальцием по сравнению и перегяойко-аккукулятввними горизонтами.

Содержание ¿л, St, %

Рис.2 Относительное 'регслреёеямь*е а^М^лу^а^ ' <pofvu соединении ¿к и Sv

--it

При рассмотрении содержания стабильного стронция и кальция •п различию; формах (рис.2) можно отмэтить, что в гумусовом горизонте эти элемента находятся, в основном, в обменной форма, а в иллювиальных горизонтах - в необмекной, что связано с увеличением содержания илистой фракции* состоящей из сне юа я но слоиных образований и гядрослюд, способных к необменному поглощению*

Для из; -:заия совместной миграции отронциа-^О и кальция в биологических цепочках приълто брать атокщые отношения этих элементов. В исследуемых почвах атомные огнслеияя Са:порядка IüO, Во влажные годы оно возрастает до 300 (аа счет значительного ¡•меньаеамя содержания стронция). Вто говорят о том, что стронций в Ландшафтах исследуемого Района более подвижен, чем кальций* Это положение не противоречит литературным данным А.И.Перельма-ка (1%1) о том, 4to кислые тено-таежные ландшафты с маломкнера--лязованныня гидроиарб она тн о-каль диев ымя во дами должны характеризоваться Оолэе интенсивны;« выносом стронция по сравнению о кальцием ( так как растворимость бикарбоната стронция больше, чем растворимость бикарбоната кальция.

Глава 1У. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СТРШЩЛ-ЭО, СТАБИЛЬНОГО СТРОНЦЯЯ И КАЛЬЦИЯ В СИСТЕМЕ ТВЕРДАЯ ФАЗА. ВОТВЫ-ИОЧВЕЙШЙ РАСТВОР

I. Содержание стронция-90 в почвенном раствора.

Одним из механизмов миграции стронция-90 в почвах является его вереиэщеиие с почвенным раствором. Нами изучались состав и свойства почвенного раствора и его роль в процессах миграция стронция-ЭО в целинных и пахотных дерново-подзолистых почвах. Полученные данные показывает, что о увеличением запасов от рои-ция-90 в почве, ого концентрация в почвенном растворе увеличивается. Установлено, что со временем происходит уменьшение содержа-

ffttn строки^я-90 в почвенном растворе, выделенной из верхнего слоя почвы и увеличение его содержания а раствора на глубине 10-20 oía. Отметим, что содершакие стронция-90 в почвенном растворе пахотных я<~чв в 1,5-2 pasa больше, чок в целинных. Об этом свидетельствуют значения коэффициента распределения (К^), которые в naxïn.Jx почвах колеблются от.0,13 до 0,42, в то время как в целинных почвах оы: мвнявтсг от 1,1 до 4,2.

а

2. Распределение строация-90 между твердой и химкой Фазами почвы.

Для количественной оценки распределена,» отронция-90 между твердой фазой почвы и почвенчым раствором ьрименяется коэффициент распределения К^ . Чиоленныг значения К^- определяли при помощи уравнения:

где \im и Н^ означают соответственно доля нуклида в тьердой фазе и равновесной растворе; V - обили раствора,- л;т- sec сор-Лента, г. Коэффициент распределения обычно сохраняет постоянное значение, независимо от изменения величины ТгГ

(ЛА uèext^flictr

teг., №8¡ 5bmp&Lns,JUaye%, №7).+

Однако, в почвенных системах, где могут присутствовать посторонние ионы, величина К^ не всегда сохраняет постоянное ь.тчение, что наблюдалось и.в наших исследованиях. Например, значения К^ в целинных почвах изменялись в пределах.0,6-7,7.

3. Влияние концентрации .¡очвенного раствора на К^.

Из литературы известно« 4ti «е*яу значениями коэффициента распределена ко олово г концентрацией раствора сувдятвуе* оорат

^ноя зависимость - с повышенmu солевой концентрации' раствора. ¿д

■> '

сорбция отронциа<-90 почвами и глинами в суспензиях уменьшается.

В вамих исследованиях,которые проводились о влаятши почвами, Сила обнаружена оолее сложная зависимость между концентрацией почвенного раствора и значениями коэффициента распределения К^, На рис, 3 представлена кривая К^ »^(С), показывающая зависимость меиду величиной "К^ и концентрацией почтенного раствора (С). Слокний характер зависимости,сучествующий между переменными Кф и С«объясняется,на паи взгляд, сложный я непостоянный составом почвенного раствора.

4. Влияние влажности на К^.

В полевых и лабораторных наблюдениях было отмечено,что о у-яднчениен влажности величина К^возрастает. Нами бьшн выбраны шесть интервалов влажности; 25, 40, SO, ¿00, 400, 500%. О влиянии,которое оказывает изменение влажности на величину Я^, можно судить по тем кривим,которые покааавы на рио.4. Мы видим, что с увеличением влажности происходит увеличение коэффициента распределения К^н уиэнынение концентрации строн-дая-90 в почвенном растворе.

Таким образом, разбавление почвенного раствора,находящегося в равновесна о твердой ф. вой почвы,изменяя концентрации стро-нция-90 в растворе, приводит к усиленному поглощение нуклида почвой за счет вытеснения в раствор катионов,обладающих неявней энергией поглощения.

Наряду со стронцием-90,1 качестве компонентов почвенного раствора, изучали стабильные стронций и кальций.Установлено,что в почвенном растворе целинных дерново-подзолистых почв в среднем содержится кальция 5,тронцая-13,5?» от общего содержания

- iS -

1 IP __

-,-,—'-1---,----- -

QÍ 0L2 Q3 W dS Ctiyu.

рис. ЪМгииенеийв значении хоэ^хрициента.

распределения(Kc¿) ¿зоЗ^симос^и о/я • содержания cwed ¿яогбеннол/ рааЬ&оре fс)

к.

У

t<L ■300

-£00

400

JL,

: 1-1-1-1-1-Г-)-1

-(00 soo 300 kor jcy

c Содержа» ve ¿лещ %

Рис. Ч, Изменение зна^еми /{^ и жнь&я/праум St В погёетолг pocmio^e А зо£исол/ост и-огп изменения ¿>j>aj*c/soc/r?cc

«-• Концентрация ¿ г>о*£е.нном ро&пёсре

—х ¿наьема

этик элементов в верх:-®: горизонтах почв. При сравнении поведения кальция и стронция в исслэдуемой почве бь:ла отмечена большая ^подвижность стабильного стронция (больший процент перехода в почвенный раствор).

5. Лязгметрчческие наблюдения.

одновременно с изучением почзегтого раствора исследовали состав лизиметрических вод и содержание в них стронция-90. Для этой цели применяли лизиметра, имеюцле цилиндрическую '¿орму, диаметром в I ч2, высотой 30 и 50 см. По степени минерализации -лизиметрические воды пресные. Содержание сол.а % лизиметрических водах с глубины 30 см составляет О, г/л, с глубины 50 см -

0,06-0,11 т/л. По химическому составу эти воды гидроиарбонатно-

' О

кальциевые, по реакции'- близки к нейтральным,

Весенние воды болеэ концентрированы по сравнение с осенними Радиохимический анализ лизиметрических вод показал, что концентрация стронция-90 з осенних пробах воды оказалась более высокой, чем в весенних. Обнаруживается обратная зависимость между концентрацией солей в лизиметрических водах- и концентрацией в них строн-ция-90.

Как правиле, осенью через лизиметры проходит большее коли. честно вод, чем весной. Следовательно, основной вынос стронция-90 из верхних горизонтов исследуемых почв происходит с осенними осадками. ■

Глава У. ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО И МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА ВА СОРБЦИЮ 0ТР0НЦИЯ-90 ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВОЙ .

И ЧЕРНОЗЕМОМ

Сорбция стронция-90 почвами в значительной степени определяется минералогическим и механическим составом почв. Значение . механического и минералогического состава в процессах сорбции

- *а -

стронция-90 почвами неоднократно отмечалось в литеретуре. Опыты ло изучении роли мехавнчаскои состава в процессах сорбции стронция-90 проводили на дерново-подзолистых пылеваточшсчаных почвах и среднесуглинистом черноземе. Разделение, на фракции производили без предвррительнс 1 химической обр^Лотки по методике Горбунова (i960).

, Изучение ссрбционных своЙсгр механических фракций и минералов проводилось в статических условиях, при соотношении T:K=IiI0, на образцах с ненарушенным составом и на Образцах, лишенных органического вещества. ! ■■

' • *

Для изучений процессов десорбции стронции-ЭС применялся метод последовательных вытяжек сорбированных ионов раьными порциями десорбирующего раствора <In уксуснокислый аммоний и бн HCl). Вытеснение производили до полного отсутствия стронция-90 в растворе.

I. Сорбция стронция-90 минералами. |

Были взяты наиболее распространенные минералы: гидробиотииj каолинит и монтмориллонит. Все исследуемые минералы обладают большим адсорбционным сродством по отношению к микроколичествам "стронция-90 (92,8-98,1$). Основная масса сорбированного стронция-90 находится в обменной форме. Наиболее прочно обменный строи-цнй-90 закрепляется на монтмориллоните. Об. этом свидетельствует тот фект, что для вытеснения обменнопйгдощ^нного стронщ-я-90 из монтмориллонита потребовалось большее число вытяжек (16), чем для каолинита и гмдробиотита (9). Это объясняется межсло^вым поглощением стронция-50 на монтмориллоните. На монтмориллоните 2,4$

закреплены в не обменной форме, а на г~:дробиотите процент неооьен-

,, ■ - ■ *

догосгрондия-90 увеличивается до .7,4$.

* Таблица I

л

Сорбция строндвя-90 дерново-подзолистой почвой и ее механическими фракциями

Размер фракций, Ш1

Содер- :^одедаапие г^иу-; Ко л лче ство _ со рби-; В о дао расгворииая; Обмс иная форка с Именная форма

; ров энного <5г-90, ; форт 5^-90, 90, % от сор-; 2г-ЭО, % от сср-

жание

:са, %

; фракции, : К- ;ог ве^а •почвы, :фракции : яа % .; : фракции* А В А 4> ; .в : А : В 1 . ' А * В

0,25-0,1 ' 10,15 . 1,6* 0,17 58,0 77,8 5,0 88,8 88,7 9,7 6,3

0,1-0,01 ■ 80,31 0,61 . 0,49 85,8 95,5 1,1 6 23,2 86,3 ' 69,3 12,0 7,5

0,01-0,005 I,?* . 3,86 0,15 86,8 9 7,4 0,8 ^8,7 ¿7,8 77,4 31,4 13,9

0,005-0.001 3,33 8,09 ." 0,27 40,Э 97,4 2,5 п5,1 72,0 . 22,4 27,2

¿0,001 3,26 7,93 0,26 52,8 ' 98,0 4,5 ¿»5 70,9. 49,9 24,6 46,6

Почва (С-5 си) ¿.32 9Г,6 53,5 2,2 13,9 83,8 .71,9 14,0 ' 14,2

А - естественный образец; В - образец, обрабоганшай1 н^

40 I

2. Сорбция стронция-ЗО-иеханичесгаш! фракциями дернсгао-

подаол.ютой почвы Относящиеся сода данные представлены а таблице I. Из таблицы вудно, что наибольшей сорбционнои способностью обладают фракции размером 0,1-0,01 и 0,С1-^,005 ш, сорб;?ущие соответстван-но 85,8 и 85,3,4 нукллда. Остальные фракции -орбируго меньшие коя лкчества отронцт*я-90, которда варьируют в пределах 40,9-58?». Удаление органического вещества приводит к увеличению количества сорбированного нуклида, з результате чего во всех кехаиических фракциях (кроме фракции 0,25-0,1 мы) величина сорбции достигает 95-98;*. Следовательно, главную роль в процоссгк сорбции нуклида играет минеральная часть по^зы. Органическое вещество тонкогис-персных фракций, состоящее з основном из пленок.фульвокислот, образует растворимые комплексные соединения со стрслцием-90, тем самым'способствуя увеличена» подвижности нуклида и уменьшению сорбции его почвой,

Вояыиая часть стронция-90, "орбирезанного механическими фракциями, находится в обменной, форме (67,8-88,7/»). Ыйксиыальное количество необменного нуклида находится я тонкодисперсных фракциях (22,4-31,4,$). Удаление органического вещества приводит к . значительному (почти в 2 раза) увеличению необменно. сорбированного етронция-90 илистой фракцией, на 70$ состоящей из смепавно-слойных образований- и гидрослюд. ' • . .. ''

3. Сорбция схронция-90 механичесгами фракциями чернозема Механические.фракции чернозема, несмотря на значительные ко-.

лебеаия степей** их .дисперсности'«орбируит весьма близкие количеств ва стронция-ЭО, варьирувдив в пределр.х-90,6-98,?^ (*абл.2). Тм-ление органического вещества приводит к небольшому увед^чейип сорбции строн^ия-90 глистой фракцией и к не значительному уменьям-

Таблица Z

Сорбция стронция-90.черноземом и его мехаякчегниик фракциями

Размер фракций, 1М :СоДЕзряа-;ние :Сэдер*апие гу-куса, % Коли"ество сорбированного <>£-90, % от внесенного :Воднорастворишя ;0бмоняая фор^а .'Не обменная форма 1 форма¿1-90, % : ¿1- -90, % or Jr от сор-:от сирбированного:сорб!я)оыаш1с1го:биоопашого

¡фракции, Л _ lot весагна $ ■фракц^л:фракции :ПОЧВЫ J. А . : В : А в : А В : А

0,25-0,1 ■ 2,89 не определялось . .98,5 95,9 4 0,4 4,9 67,8 83(9 37,7 11,1

0,1-0,01 , 52,90 3,43' -г;о5 ■ 97,2 92,0 0,4 о 2,3 78,6 92 9 20,8 3,2

0,01-0,005 10,45 7,58 0,79 98,0 96,0 0,1 4,2 '64,1 77,5 35,6 18,2

С,005-0,001 И ,05 13,9 1.54 98,0 97,1 0,2 2,0 38,9 ,50,5 3,9.

¿. 0,001 15,« II,5 1,78 90,6 94,6 1,3 3,3 54,6 76,6 44,0 30,0 '

Почва (0-10 ом)' 6,93 97,3 93,5 IA 2,8 65,1 87,6 33,9. - 9,6

А - есюстьчнный образец; " '.>-._

В - образец, обработанный Н^ ,

-К

- 22 - * лип сорбции ясени остальными фракциями, которые почти на ивмэня-вî своей .сорбционаой емкости. Однако удаление органического вещества приводит к' существенному увеличению количества воднорастт зоримой формы соединений стронция-90. Так, во фракции 0,25-0,1 мм ата уорма соединеаиг нуклида увеличиваете,! более чем в десять раз, в других фракциях - в 3-6 раз. Одновременно наблюдается небольшое, но вполне достоверное возрастание содержания обменной 4 формы соединенна нуклида и, что особенно важно, - происходит sanan ое уменьшение (в 2-3 раза) необменной формы соединений стронция-90, В коночном счете удаление органического вещества способствует уменьшению защитной роли рассматриваемой почвы, так как оно (удаление) приводит в увеличении легкодоступных форм соединений стронция-ЭО для растении и уменьшении малодоступный $vspu нуклида.

Таким образом, органическое вещество является наиболее важный ингредиентом, способствующим повышению адсорбционного средства схронция-90 к механическим фракциям черноземной почвы. Удаление органического вещества приводит к снижению адсорбционного сродства и переходу необменних 'форм соединений в обмзнние. 8то явление, наиболее отчетливо наблюдается во фракции мелкой пыли, - где содержание необменного стронция-^О достигает 50?».

Сорбция стронция-дО перново-подэоли^той почвой Для изучегчя адсорбционного срсдотва ионов строш'ия-90 к дбрношо-лодаолистой почве в различных слоях профиля проводила опыт,.результаты которых приводятся на рас.5, Рисунок показывает, что ноны стронция-90 во всех горизонтах обладают высоким адсорбционным средством к дерново-подзолистой почве и что количество сорбированного нуклида, в преде^х 1,2 « глубины, варьирует ot 66,8 до 94,0^, Наибольшее количество сорбированного стронция-.

Рис, S. Сорбциэ горизонтами дерно£о-

подзояисгпои поъВы У% от Внесенного »%

— естеипВенные ъйрО-Зцы

— образцы, о5ра.&о?панные .

КЗ' -rSt- 90} Сьр&роёанныи cftëaHtrt£cK£/Jù Веществом

(94$) обнаружено в поверхностном слое (0-5 см), наименьшее (60,8Ц)> в слое 40-50 см. В подзолистом гори онте (18-22 см) количество сорбированного нучлида составляет около 88^, хотя содержание ток-кодмсгерсаюс фракций*(суша фракций -¿0,01 мм) не превышает здесь 5¡5. Отиосите дьло высокий уровень сорбции стронция-90 подэг-дистым горизонтом объясняется повышенным содержанием фракции крупной пыли, обладающей, как уже было указано выше, наиболее 'значительной энергией сорбции нуклида. В слое 50-60 см количество сорбированного нуклида составляет 83,3$. С углублением количество сорбированного строиция-9о возрастает, и в слое 110-120 cu достигает 90,Одновременно возрастает содержание фракдии крупной пыли. Таким образом, увеличение количества сорбированного стронодя-90-с глубиной коррелирует с возрастанием содержания' фракции крупной пыли, отличающейся наиболее высоким уровнем адсорбционного сродства к нукллду, по сравнению о другими механическими фракциями.

Удаление органического вещества приводит к незначительному увеличению сорбции стронция-90 в горизонтах Aj и В3 и лакоторопу уменьшению в остальных горизонтах,' за исключением слоя Ь5-55 см. '

Сорбирующийся стронций-90 находится в тчво главным обрезом в обменной форме, причем эха форма соединений нуклида в естествен-) вой почве и дивенной оргакич ского вещества варьирует соответствен но в првмалах.б2,7-Э1,^ и 45,0-93,9^,.

• - ... - ' ' Г * •

■ # .Глава УХ. Дезактивация почв

• * " . • ' ' i

Дезактивация ьочв, загрязненных стронцием-90, являемся проб... " . ••!

хексй огромной важности ¿ вместе с тем чреьвычайнсЧ сложности. ' Ивучвнжю этой проблемы посвящено значительное число исследов^ий, ш вое же вопроо о дезактивации почв остается до"сих пор deдоста-

точно выясненным.

Существует несколько способов дезактивации почв, которые, I с некоторой условностью, можно подразделить на три группы: биологические, механические и химические. Наш разрабатывался один из способов'химической дезактивации почв, загрязненных сгронци-еы-90.

При выборе методов химической дезактивации почв возможны два пути; путь рассредоточения и иу.ь локализации схрснция-90. 3 первом с.-учае повышенные концентрации строцодя-90 приводятся к ничтожно калым при тюиовд выщелачивания и тареноса из корне обитаемого слоя в более глубокие слог почли, во втором - путем перевода воднорастворимых и обменных форм соединений нуклида в необ-ценную, иалодоступну» для растений Форму. Нами разрабатывался метод дезактивации но»?, основанный на принципах выщелачивания. Поскольку оща К-К.Гедройцем (1950) было доказано, что растения иогут усваивать биогенные элементы, находящиеся в необкенком С01 стоянии, мы считали, что достаточно перспективными буд>т поиски . химических агентов, способствующих рассредоточению и выносу стронция-90 из корнеобитаемо: э слоя, а не фиксация (сосредоточение) его в активном горизонте почвы.

Процессы выщелачивания стронция-90 из почв изучали методом мокнообданной сорбции в статических1 и динамических условиях. Опыты провожали с дву.к почвами; дерново-подзолистой пылавато-песчаной и черноземом типичным среднесуглинистым. В качестве выщелачивающая растворов исгюльзиваяясь: соль этнлендиаыинтетрауксусной. кислот (трилон Б) 0,1 и 0,01 п, {-'аммоний лимоннокислый двузаке-■цли&й 0,1а; хлор и с; у,* кагл'ций 0,1; 0,01 гь и вода.

Опыты в статических условиях проводили при соотношении твердая фаза почвы:десорбярущи;! раствор = 1:10. сорбированные ко-

личества стронция-90 определяла по активности дасорбирующзго раствора. 'Опыты з динамических уело!лях были поставлены в колонках, h я 40 см, площадь сечения = 25 си2 в которые насыпалась ночи I кг). Сверху помещался слой той же почвы (0,5 см), загрязненной стронцием-90. Вчщэлачизающцй раствор подавался ав:-томатически сверху колонки. Высота столба раствора над почвой оставалась все время постоянной, благодаря чему передвижение раствора через колонку происходило при постоянное гидростатическом давлении.

Результата статических.опнтов показали, что наиболее слабым выщелачивающим агентом, как и с^довилб ожидать, является вода, затем следует трилон-Б, причем его десорбирущее действие увеличивается с ^вь.шчаниам концентрации. Хлористый кальций и цитрат аммония действуют почти одинаково и наиболее эффектилно из всех примененных десорбантов. Moiuio отметить, что все указанные выше химические агенты выщелачивают из чернозема меньше стронция-90» чем из дерново-подзолистой почвы» Этот факт свидетельствует о том, что адсорбционное сродство стронция-90 к чср-.позему более высокое, чем к дерново-подзолистoil почве.

--Динамические опыты показали, что при гыцелачивании стр>н-ция-90 № дерново-подзолистой почвы водой, взятой в количестве 3 литров (это количество эквивалентно двум годовом кориам осадков, выпадающих в-воне Дарвинского Заповедника) из ьагряэаенно-го слоя колонки удаляется около I2J нуклида. Значительно меньшее количество нуклил (примерно 4^), при тех условиях опыта, удаляется «одой из загрязненного счоя черноезма,

При помощи 0',01 tv раствора тридона-Б, взятого в объеме 3 лгтров, из вагряэненного слоя дерновс-подзолистой почвы, удаляется 50$ нуклида. Тог же раствор'выщелачивает из загрязненного-

сдоя черноземной по «вы примера I5/S нуклида. 'хан им образок, применение трилона оказывает более эффективное действие на дерново-'подзолистой почве, чем на узрназемэ. Это объясняется, значительным набуханием чернозема, что уменьшает скорость фильтрации про-иывного расгвора, а также более высоким содержанием в черноземе' калымя, который образует о трилоноь Б более прочные соединения, чаи отронций-Я> и выщелачивается вследствие этого раньше, чем строкций-90.

Применяя в качестве выщелачивающего агента 0,In раствор цитрата агония в обадмв 5,7 литров для дорново-подаоя лстой почвы и 1,7 л - для чернозема, было удалено из заграбленного слоя дерново-подзолистой почвы^Ьочернозема соответственно 92,3 и 85,6^ сгронцня-90.

Применение 0,01л- раствора хлористого кальция в объеме 3 литров (что эквивалентно двум годовым нормам осадков) обеспечивает почти полное удаление стррнвдя-90 из загрязненного слоя черноземной почвы.

При изучении процессов выщелачивания стронцвн-90 из почв о помощью рассмотренных выше модельных опытов ииелся в виду первые период испытания ядерных устройств, когда сгронпий-90 я другие продукты радиоактивного распада сосредоточены в самом поверхностном слое почвы. Для изучения вопросов дезактивации почв о более, глубоким залеганием нуклида (второй период радиоактивных испытаний) были заложены дополнительные опыты на колонках, задачей которых явилось исследование процессов элпирования стронция-90 при помощи указанных выше химических агентов. Применяя принципы экстраполяции кривых элпадования, которые былк описан« в литературе (¿U' MayVi, £ П-. Ч/отрЛилз,, 1947( Поляков, ¿964, 1966, 1970), нами были найдены численные значения коэффициентов распре-

деления стронция-90 ивжду твердой фазой почвы и выщелачивающим -раствором а динамических условиях. Величины этих козффициетов для тридона-Б и цитрата аыыония кзиеняются соответственно в пределах 0,65 - Г,5 и 0,60 - 3,0.

На основании кривых актирования и численных знслений козффициетов распределения, били рассчитаны примерные количества трияона-Б ,цитрата аммония ,хлорчстого кальция и воды, требующиеся для частичного или полного удаления стронция-90 из поверх-ностногоС 0-5 си) и из корнаобчтаеиого горизонта дерново-подзолистой и черноземной почв. Эти количества,ка« правило , превышает . известные из прачтики мелиорации почв дозы мелиорирующих агентов. Однако, в некоторых случаях ( например, в случае применения; хлористого кальции) они становятся вполне соизмеримы с этими дозами,что значительно упрощает их использование для решения практических задач дезактивации почв, загрязненных стронцием-90.

Таким образом, результаты опытов показывают,что применение указанных номплексообразоватзлей и электролитов дает хороший эффект и что они могут иайтя применение в практике дезактивации почв,загрязненных стронцием-ЭО.

В Ы В О Я Ы:

В период 1У66-1У74 гг. в подзоне Южной тайги изучали закономерно ст и миграции етрошда-90 на дерново-подаолкстых почвах в зависимости ^от состава и генетических особенностей этих почт», уровни их увлажнения и плотности радиоактивных выпадений. . 1 ■

1. Установлено, что в ранний период ядеркых испытаний (1958- , 1960 гг.) стронвд:Я-90 концентрировался в слое 0-10 см (85-95^).<

с

В последующие года (3961-1972 гГ;) в результате уменьшения плотности радиоактивных выпадений (обусловленного принятием Соглашения о прекращении ядерных испытаний в трех сферах), а также вследствие значительной водопроницаемости изучаемых лочв и воздействия водного факторе, наблюдался^тенсивный вынос стровция-90 в нижележащие горизонты, сопровождавшийся уменьшением его концентрации в слое 0-10 см$и25-30,^ я накоплением в иллювиальных горизонтах (до 10$).

2. Показано, что содержанке строкция-90 в пахотных почвах (^^^г) рассматриваемой зоны примерно на 22$ меньше, чем э целинных, что . объясняется (.¿егодным выкосом нуклида сельскохозяйственными растениями,- размер которого варьирует в пределах 1-1,

3. В начальный период радиоактивных вападений (1958-1961 гг.) стронций-90 в изучаемых нами почвах,находился преимущественно в • обменной,;легкодоступной для растений, ферме (85-90£). С течением времекл, в результате необратимой сорбции нуклида поверхностно-активными минеральными и органическими веществами почвы, происходил переход обменной Формы стронция-90 в необменную. При этом содержание обменной нурида к началу 1972 года снизилось-

до 50-60^, а необменной возрасло до 30£.

Изучена роль почвенного раст&ра в переносе стронция-90 -по почвенному профилю. Определены коэффициенты распределения К^

стронция-90 мееду твердой фазой почвы и почвенным раствором це-

винной и пахотной почв. Численные значения К^в целинной почве

изменяются от 0,6 до 7,7 , в пахотной -о£ 0,13 до 0,4с. Величие

на зависит от концентрации почвенного раствора.

5. Изучение состава ли' иметрических год показало,что вынос стронция-90 из верхних горизонтов в ниже; зхащие происходит,главным образом, с осенними осадками,причем кэацентрация нуклида в осенних лизиметрических водах била в 1,5-4,6 раза больше, чем

в веоеныих.

6. исследование поведения стабильного стронция и кальция

< 4

позволило установить,что выщелачивание этих элементов из изучаемых почв оказывается более интенсивным,чем биологическое их накопление. Стронций в ландшафтах исследуемого района более подвижен,чем кальций,что объясняется больней растворимость» гндро-карбоната стронция по сравнению с гидрокарбонатом кальция, а также другими факторами.

7. Модельные опыты показали,что органическое вещество сказывает бопьиое влияние на ;юведение стронция-90 в почвах* В черноземах оно способствует процессам необратимой сорбции схрон-цня-90 .образуя нерастворимые гуматы нуклида. В дерново-подзолистых пгчвах,где существуют пленки фульвокислот,покрывающие частицы тонводисперсвых фракций ,органическое вещество образует растворимые комплексные соединения со стргнцием-90^ что способствует переходу нуклида в раствор и переносу его по почвенному профиле.

8« Установлено,что большая часть стронция-90,сорбированного почвами и отдельными механическими фракциями находится х обменной форме. Необменное поглоценн. отронция-90 в дерково-'ггод-

золистой почве происходит в сж лаянослойных минералах и гидрослг-де, а также в продуктах разложения органического вещества. В чер-'ноземах органическая и минеральная час-"и поглоцаюиего комплекса принимают одинаковое участие в необменном закреплении стронция-90.

9. Изучение процессов вьщелачиэаниз стронция-90 из дерново-1 подзолистых почв и чернозема при помочи коиплечсообразователей к электролитов позволило выявить наиболее эффективны"1 дезактизаторы этого нуклида. Ими оказались хлористы" кальций для чернозема и цитрат ашонаа для дерново-подзолистых почв. Эти химические агенты можно, в первую очередь, рекомендовать для частичной или полной дезактивации почв, загрязнениях строяциеа-90. 1

10. Выполненная работа-содержит новые данные о закономерностях взаимодействия стронция-90 с почвам« и его миграции в зависимости от процессов почвообразования и физико-географических условий внешней ¿реды. Эти данные можно использовать в качестве научной основы при разработке практических мероприятий по защите почв от радиоактивных загрязнений.

Спи со:: работ, опубликованных по теме диссертации:

I. £(¿3Ьи£и.1о?гь ¿уЫъе. $сяЛ-рпорЛь ¿/г-.тЫяхоЩл пм1Аш- &ис£ш&4 <у ¡Ал.'Ш5/1. & *ЯсизШ>-

¿пШУихкогихЛ $цтрт1Ш-п, сп, ¿¿сс&А&Вт-, о&гх&тго,

З^ооигъ&гъ. Рьезз, /96?.

г Дискриминация &.50, С& 137 относительно Са в си-теме почва-растение. Тезисы докладов на симпозиуме по миграции радиоактивных элементов в наземных биогеоцентрах. М., 1968 (в соавторстве).

м. Роль фнэико-г&охрафических условий среды в явлениях миграции радионуклидов (,/3-излучателей) в почве* Кн.: "Радиоактивные изотопы в почвах и растениях". Труды АфИ, вып.18, 1969, (в соавторстве).

4. Накопление' стронциа-ЭО с/х растениями при почвенной и .аэрозольной путях загрязнения. Те:псы докладов на симпозиуме по исследованию фо~м соединений радионуклидов и механизмов^их миграции в почвах и растениях. Тбилиси, 1Э70, (в соавторстве).

5. Распределение по профилю дерново-подзолистых почг. 'Тезисы докладов на Всесоюзной конференции по использованию радиационной техники в сельском хозяйстве, т.П, Кишинев, 1972.

6* Содержание стршцил-^О в поч;1енноы растворе дерново-подзолистых почв. Природный ресурсы Полого-Шекснинской низины. Радиоэкологические и физико-химические исследования почв и растений. Труды ДГЭ, вып.ХШ, 1973. '

7. Неойивнный стронций-90 в почвах Дарвинского заповедника. Там же, (в соавторстве).

В. О распределении радионуклидов в природных объектах зоны Дарвинского заповедника. Там же, (в соавторстве).

9* Поступление стронция-90 в сельскохозяйственные растения в районе распространения дерново-подзолистых почв. Там хе, (в соавторстве).

Ткпогрлфна ВАСХН11Л