Закономерности миграции 137Cs на болотных лугах в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС

Подворко, Галина Анатольевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Закономерности миграции 137Cs на болотных лугах в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС
ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Закономерности миграции 137Cs на болотных лугах в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС"

На правахрукописи

ПОДВОРКО Галина Анатольевна

ЗАКОНОМЕРНОСТИ МИГРАЦИИ 137С8 НА БОЛОТННЫХ ЛУГАХ В ОТДАЛЕННЫЙ ПЕРИОД ПОСЛЕАВАРИИ НАЧЕРНОБЫЛЬСКОЙАЭС

Специальность 03.00.01 - Радиобиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Обнинск - 2004

Диссертация выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии Российской академии сельскохозяйственных наук

Научные руководители:

Доктор биологических наук, профессор Санжарова Наталья Ивановна

Кандидат биологических наук Коноплева Ирина Валиевна

Официальные оппоненты

Доктор биологических наук, профессор Дричко Владимир Федорович

Кандидат биологических наук Анисимов Вячеслав Сергеевич

Ведущая организация: Республиканское научно-исследовательское унитарное предприятие «Институт радиологии» (Беларусь, г. Гомель)

Защита диссертации состоится на заседании Диссертационного совета Д 006.068 01 при Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии 249032, Калужская обл , г Обнинск, Киевское шоссе, 109 км, ВНИИСХРАЭ, Диссертационный совет

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИСХРАЭ Автореферат разослан

004 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук, профессор

Н И Санжарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Авария на Чернобыльской АЭС привела к масштабному загрязнению территорий Беларуси, Украины, России и ряда европейских стран Одним из наиболее тяжелых последствий аварии явилось радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий, а также природных экосистем Загрязнение сельскохозяйственных угодий и вызванное этим производство и потребление продукции с повышенным содержанием радионуклидов является одним из основных источников внутреннего облучения населения В отдаленный период после аварии сохраняется вероятность производства сельскохозяйственной продукции с высокими уровнями загрязнения Это обусловлено в значительной степени поч-венно-геохимическими особенностями загрязненных территорий, в первую очередь наличием в почвенном покрове дерново-подзолистых почв легкого механического состава и торфяных почв, для которых характерны высокие темпы миграции радионуклидов Использование для производства кормов пастбищ и сенокосов на торфяных почвах является одним из критических путей с точки зрения производства продукции животноводства, не соответствующей санитарно-гигиеническим нормативам

Более интенсивная миграция радионуклидов в луговых экосистемах была выявлена в исследованиях, проводившихся в 70-80-е годы прошлого столетия под руководством академика РАСХН Н А Корнеева На территории Восточно-Уральского радиоактивного следа впервые были проведены исследования по изучению динамики поведения I37Cs на лугах различных типов (И Т Моисеев, Ф А Тихомиров, Р М Алексахин) После аварии на Чернобыльской АЭС изучение миграции радионуклидов в луговых экосистемах стало одной из наиболее актуальных проблем Выполнен цикл работ по изучению закономерностей поведения mCs в луговых экосистемах и оценено влияние на его миграцию свойств выпадений, динамики процессов сорбции и фиксации радионуклида в почвах, типа луга, гидрологического режима и т п (Н И Санжарова, С В Фесенко, Г И Попова, В А Котик, С К Фирсакова, Н В Гребенщикова, С Ф Тимофеев, А Г Подоляк, Г П Перепелятников, Б С Пристер, М И Ильин, Ю А Иванов и др ) Проведенные исследования показали - болотные луговые экосистемы являются зоной повышенной миграции радионуклидов, что приводит к необходимости выделения торфяных почв как "критических" с точки зрения риска производства продукции, не соответствующей санитарно-гигиеническим нормативам

В отдаленный период после аварии наиболее остро стоит проблема оптимизации применения защитных мероприятий, в том числе и для луговых экосистем Одним из путей решения этой проблемы является научное обоснование оптимальных доз и сочетаний агро-мелиорантов Разработка теоретических основ рационального применения агромелиорантов для уменьшения накопления радионуклидов в растениях на основании определения и количественного описания протекающих в почве процессов является одним из актуальных и перспективных направлений исследований современной сельскохозяйственной радиоэкологии

Цель и задачи исследования. Целью работы является изучение закономерностей и оценка параметров миграции 137Cs в болотных лугах различных типов и выявление механизмов действия агромелиорантов на снижение биологической подвижности радионуклида Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи

1 Изучить закономерности и динамику поведения l37Cs в болотных лугах различных типов в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС

2 Изучить состояние '"Се в почвах болотных пути ряттшму хнппч и ппрс

количественные параметры сорбции и фиксации радионук

3. Оценить параметры вертикальной миграции на основе двухкомпонентной конвективно-диффузионной модели.

4. Оценить эффективность защитных мероприятий на снижение перехода 137Сб в травостой из торфяных почв в отдаленный период после аварии.

5. Изучить механизмы действия агрсмелиорантов на поведение |37Сб в торфяных почвах и системе почва-травостой болотного луга.

Научная новизна работы. В результате проведенных исследований изучены закономерности и динамика поведения 13 Се в болотных лугах в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС. Определены показатели подвижности 137Сб для торфяных почв болотных лугов различных типов. Оценен период полуснижения содержания обменной формы радионуклида в торфяной почве. Впервые определены показатели селективной сорбции 1 7Сб для торфяных почв. Изучены и описаны механизмы влияния свойств почв на процессы сорбции и фиксации шСб. Впервые установлено изменение параметров подвижности при хозяйственной обработке торфяников (осушение, вспашка), а также в случае пожара.

На базе использования двухкомпонентной конвекгивно-квазидиффузионной модели проведена сравнительная оценка параметров вертикальной миграции 137Сб и периодов полуочищения корнеобитаемого слоя почв для торфяников различных типов. Показана зависимость параметров миграции, экологического и эффективного периодов полуочищения от типа болотного луга. Впервые установлена зависимость между вертикальным распределением 137Сб в профиле торфяных почв и содержанием ионов аммония в почвенном растворе.

Дана сравнительная оценка параметров вертикальной миграции 137Сб на ненарушенных торфяниках различных типов и торфяниках, подвергшихся воздействию хозяйственной деятельности (осушению, вспашке). Впервые оценены параметры вертикальной миграции |37Сб в торфянике после пожара.

Дана оценка эффективности защитных мероприятий по снижению накопления 137Сб в травостое болотного низинного луга в отдаленный период после аварии на ЧАЭС. Изучены механизмы действия агромелиорантов на биологическую подвижность 137Сб. Для прогнозирования эффективности применения агромелиорантов на снижение накопления 137Сб в травостое предложено использовать параметр биологической доступности, который учитывает влияние почвенных характеристик и показателей подвижности..

Теоретическое и практическое значение работы. Теоретическую значимость представляют выявленные закономерности и механизмы поведения 157Сб в болотных лугах различных типов. Предложено теоретическое обоснование для описания механизмов действия агромелиорантов на биологическую доступность 137Сб на основании определения протекающих в почве, процессов сорбции и фиксации радионуклида

Пракгическую ценность имеют полученные количественные параметры миграции |37Сб в почвах болотных лугов, которые могут быть использованы при прогнозировании радиологической обстановки на кормовых угодьях.

Дана оценка эффективности защитных мероприятий на болотных лугах в отдаленный период после аварии на ЧАЭС. Для ггоогаоза эффективности агротехнических и агрохимических приемов по снижению перехода 137Сб в травостой болотных лугов предложено использовать параметр биологической доступности.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Состояние, формы нахождения и параметры селективной сорбции |37Сб в торфяных почвах болотных лугов различных типов в отдаленный период после аварии на ЧАЭС.

2. Количественные параметры вертикальной миграции 137Сб для естественных болотных лугов различных типов и болотных лугов, нарушенных в результате хозяйственной деятельности (осушение, вспашка) и пожара.

3. Оценка роли аммония в вертикальной миграции в торфяных почвах на болотных лугах различных типов.

4. Закономерности накопления |37Сб в травостое болотных лугов различных типов.

5 Оценка эффективности применения агротехнических и агрохимических мероприятий на низинном болотном лугу в отдаленный период после аварии на ЧАЭС

бОписание механизмов действия агромелиорантов на изменение биологической доступности "'Се в торфяных почвах

7 Прогнозирование снижения накопления ,37С5 в травостое болотных лугов после применения агромелиорантов на основе параметра биологической доступности

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международной конференции "Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям", Москва,

2002, XXXIII съезде Европейского общества по применению ядерных методов в сельском хозяйстве (ESNA), Витербо, Италия, 2003, 10-ой международной конференции молодых ученых «Ломоносов», Москва, 2003, 7-ой школе-конференции молодых ученых «Биология -наука XXI века», Пущино, 2003, 3-ем конгрессе по радиационным исследованиям, Киев,

2003, 4-ой международной научно-практической конференции "Проблемы сельскохозяйственной радиологии - 17 лет спустя после аварии на ЧАЭС", Житомир, 2003

Публикации. По теме диссертации опубликовано и находится в печати 8 работ Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 137 страницах текста, включает введение, 7 глав, заключение, выводы, в том числе 32 таблицы, 6 рисунков и список публикаций из 202 наименования

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Экспериментальные исследования миграции в почвах верховых, переходных и

низинных болотных лугов были проведены в 2000-2002 гг на территории Брянской области, загрязненной в результате аварии на Чернобыльской АЭС

Таблица 1. Характеристика экспериментальных участков

Населенный пункт (№ участка) Тип (подтип) почвы Растительный покров

Бабаки (участок №1) Болотная низинная (болотная маломощная торфяно- глеевая) (осушенная) Equisetum palustre L , Calama-grostis epigeros (L) Roth , Carex vesicana L

Старый Вышков (участок №2) Болотная низинная (болотная перегнойная торфяно- глеевая) Myosotis palustns L, Comarum palustre L, Calamagrostis epigeros (L) Roth , Equisetum palustre L, Scirpus sylvaticus L , Mentha arvensis L

Старые Бобовичи (участок №3) Болотная переходная (болотная перегнойно-торфяная) Carex vesicana L, Calluna vulgans (L) Hull

Батуровка (участок №4) Болотная низиннгя (болотная мелкоторфяная-глеевая) Comarum palustre L, Typha latifolia L , Carex nigra (L) Reichard Potentilla ansenna L

Кожановское (участок №5) Болотная низинная (болотная перегнойная торфяно- глеевая) (осушенная и перепаханная) Carex vesicana L Typha latifolia L.

Каменный (участок №6) Болотная верховая (болотная перегнойно-торфяная) Carex nigra (L) Reichard Athynum filix-femina L

Макаричи (участок №7) Болотная переходная (перегнойно-торфяная) Carex nigra (L ) Reichard Typha latifolia L

Макаричи (участок №8) Болотная переходная (перегнойно-торфяная) (после пожара) Chamaenenon angustifiolium L

Отбор проб почвы проводили методом монолитов, размеры которых составляли 10x10 см или 20x20 см Слои почвы отбирали через 2 или 5 см до глубины 20-50 см Отбор растительности проводили с площади 1-2 м2 в зависимости от продуктивности травостоя и далее

разделяли по видам. Физико-химические показатели почв определяли по общепринятым методам (Аринушкина, 1970; Агрохимические методы..., 1975; Агрохимия, 1989).

Таблица 2. Физико-химические характеристики почв

№ Глубина, рНка Гумус, Золь- Содержание обменных катионов

участка См % ность, К | Мд Са Нг ЕКО

% мг-экв/100 г почвы

1 0-5 4,2 21,0 49 0.9 0,6 3,7 13,1 18,3

5-10 4,2 21,4 51 0.4 0 1.7 13.7 15,8

10-15 4,3 1.1 94 0,7 0,3 3,6 3,5 8,1

15-20 4,4 1,2 90 0,5 0,4 3,2 4,7 8,9

2 0-5 7,4 37,4 36 1,8 1,6 39,5 28,1 71,0

5-10 6,2 39,2 39 1,0 0,5 30,6 34,8 66,9

10-15 6,3 36,6 29 0,3 0,5 34,6 56,2 91,6

15-20 6,2 36,1 32 0,5 0,3 34,5 56,2 91,5

3 0-5 3,2 36,8 19 3,2 1,8 7,7 157,2 169,9

5-10 3,2 8,5 44 1.0 0,03 1,7 196,5 199,2

10-20 3,4 2,2 85 0,2 0 1,7 25,1 27,0

4 0-5 7,6 13,7 64 2,5 3,7 38,1 4,7 49,0

5-10 6,2 14,1 68 0,8 2,2 19,5 4,5 27,0

10-15 6,2 11,6 78 0.4 2,5 21,7 3,8 28,4

15-20 6,4 8,9 83 1,3 4,4 25,3 3,6 34,6

5 0-5 5,5 41,2 25 1.4 4,1 36,2 67,4 109,1

5-10 5,1 37,5 31 0,4 2,3 31,1 84,2 118,0

10-20 5,3 47,8 22 0,6 1,6 28,3 78,6 109,1

6 0-5 2,8 22,0 8 2,5 2,2 5,9 278,8 289,4

5-10 2,9 21,5 9 0,3 0,6 0,9 320,5 322,3

10-20 2,6 24,Я 15 0,5 0,5 0,4 380,2 381,6

7 0-5 3,1 17,6 19 0,5 0,4 1,2 125,4 127,5

5-10 3.1 21,1 19 0.8 0,9 5,0 126,0 132,7

10-20 3,1 76,3 27 0,9 1,3 7,5 98,0 107,7

8 0-5 3,8 2,2 45 1.8 5,6 7,2 120,2 134,8

5-10 3,0 3,4 55 0,7 0,4 0,3 119,8 121,2

10-15 3,0 2,5 56 0.7 0,4 1,0 121,4 123,5

15-20 3,1 19,2 28 0,7 0,6 2,7 118,2 122,2

Определение форм нахождения >i7Cs в почве. Для определения различных форм нахождения радионуклидов в почве использовался метод последовательных вытяжек (Павлоц-кая, 1974). В вытяжках измеряли также содержание обменных ионов Са2*, Mg2*, К* методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

Определение коэффициента распределения Для определения коэффициента распределения (Ко) использовали методику М. Шеппард (1985). Для выделения почвенного раствора образцы почв доводились до 60% ППВ, выдерживались в течение суток в эксикаторе с водой для установления равновесия, затем центрифугтровались В почвенном растворе определяли концентрацию СК^ рассчитывали как отношение концентраций радионуклида в почве и почвенном растворе.

Определение концентрации катионов в почвенном растворе. Для выделения почвенного раствора образцы почв доводились до 60% ППВ, выдерживались в течение суток в эксикаторе с водой для установления равновесия, затем центрифугтровались. В выделенном растворе измерялись концентрации катионов методом атомно-абсорбционной спектрофото-метрии. Концентрацию в почвенном растворе измеряли на основе индофеноловой ре-

акции колориметрическим методом (Krom, 1980).

Определение потенциала селективной сорбции J3?Cs в почвах (RIP). Для изучения подвижности используются показатели селективной сорбции почвы: емкость селектив-

ных сорбционных мест (Frayed Edge Sites, FES) и потенциал селективной сорбции (Radiocaesium Interception Potential, RIP). Для определения емкости FES применялся метод, разработанный Wauters J. с сотрудниками (1996) и основанный на изучении изотермы сорбции при блокировании (маскировке) поверхностных сорбционных центров RES (Regular Exchange Sites) Для маскировки RES используется раствор К-Са PAR 0,05. Са = 100mM, К - 0,5 тМ. Образец почвы уравновешивается с раствором содержащим К и Са с концентрациями 0,5 mМ и 100 mМ, соответственно (PAR=0,05) После 3-х кратного насыщения и центрифугирования в течение 2-х СуГОК образцы почвы уравновешиваются с раствором K-Ca (PAR=0,05) в присутствии I37Cs. Взвеси встряхивают на протяжении 24 час, центрифугируют и определяют значение Kd посредством измерения активности 137Cs в супер-нантанте Результаты представляются в виде зависимости [Kd06" • тк] то отношению к пж и значения плато идентифицируются как RIP(K)

Анализ органического вещества почв. С целью изучения распределения 137Cs по группам и фракциям органического вещества был поставлен эксперимент с внесением 137Cs в низинную торфяную перегнойную почву. Почва была пропущена через сито с диаметром отверстий 1 мм. Концентрация 137Cs в почве составляла 9,1-Ю6 Бк/кг. Образцы выдерживались в течение 1 года Повторность опыты 4-хкратная Использовали классическую схему группового и фракционного разделения почвенного гумуса, предложенную И В. Тюриным, в модификации В В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (Агрохимические методы .., 1975)

Методы измерения содержания радионуклида. Измерение концентрации 137Cs в почве, растительных образцах и почвенных вытяжках проводилось гамма-спектрометрическим методом на многоканальном анализаторе IN 1200 (Франция) с германиевым детектором GEM-1200 (США) Ошибка измерений не превышала ±10%.

Расчетные показатели. Коэффициент перехода (КП) рассчитывали как отношение удельной активности l37Cs в растениях (Бк/кг) к суммарному запасу радионуклида в почве (кБк/м2) Коэффициент накопления (КН) рассчитывали как отношение удельной активности 137Cs в растениях к его удельной активности в почве.

Модельные опыты по изучению влияния агромелиорантов на биологическую доступность 137Cs. Для изучения биологическойдоступностШСяюльзовался метод 14-дневных проростков. В вегетационном опыте была использована торфяная почва низинного типа, отобранная на участке №4. Удельная активность 137Cs в почве составляла 16 кБк/кг. Почва была разделена на 6 частей в соответствии со схемой опыта. В одну часть почвы агро-мелиоранты не вносили (контроль), а в три части почвы был внесен КС1 в возрастающих дозах из расчета 70, 140, 210 кг/га по д в. В две части почвы была внесена известь (СаСОз) из расчета 6 и 9 т/га. Образцы инкубировались в течение 2 мес с однонедельным циклом периодического высушивания и увлажнения Повторность опыта 4-хкратная Высевали семена ячменя сорта Зазерский-85 в количестве 25 штук на сосуд Растения выращивали в сосудах в условиях вегетационного домика. При выращивании растений поддерживалась влажность почвы 60% ПВ Через 14 сут растения срезали на высоте 0,5 см, обмывали подкисленной водой, высушивали и размалывали Содержание 137Cs в растениях определялось гамма-спектрометрическим методом

После срезки растений из почвенных образцов различных вариантов опыта выделялся почвенный раствор, в котором проводили измерение концентраций ионов К*, Caî+, NH/ методом атомно-адсорбционной спектрофотометрии В почве определялись формы нахояще-ния l37Cs и содержание обменных К, Ca, Mg, NH4

Полевые опыты по изучению влияния защитных мероприятий на переход "7Cse травостой болотного луга. Для изучения воздействия различных агрохимических и агротехнических мероприятий на биологическую доступность l37Cs на территории Брянской области был заложен полевой эксперимент на низинном болотном лугу Экспериментальный участок был расположен в Новозыбковском районе возле поселка Рудня

Почвенный покров представлен низинной болотной торфяно-глеевой почвой (табл 3) Плотность загрязнения почвенного покрова по I37Cs - 450 кБк/м2.

Учетная площадь опытных делянок 3,5x5 м2. Повторность опыта 4-хкратная.

Было проведено коренное улучшение болотного луга, включавшее: дискование дернины в две борозды, вспашку на глубину до 20 см, культивирование, внесение доломитовой муки (СаО - 60-65%, MgO - 35-40%) и минеральных удобрений: нитрата аммония (34% N), суперфосфата (46% Р2О5) и хлористого калия (60% КгО) (табл. 4).

Доза минеральных удобрений составляла N80P60K80. В опыте также было изучено влияние повышенных доз фосфорно-калийных удобрений: N80P60K120, N80P90K120. Удобрения вносили весной, а после 1 -го укоса проводили подкормку травостоя азотно-калийными удобрениями (N15K25). Доза извести рассчитывалась по гидролитической кислотности и составляла 3 т/га. Было изучено также влияние повышенных доз извести (1,5 Нг) - 4,5 т/га.

Участок был засеян травосмесью: тимофеевка луговая (Phleum pratense) (10 кг/га), овсяница лугозая (Festuca pratence) (12 кг/га) и костер безостый (Bromus inermis) (10 кг/га).

Таблица 3. Физико-химические характеристики почвы

Показатели Ненарушенный Ненарушенный слой Вспаханная почва

слой (0-10 см) (10-20 см) - слой (0-20 см)

рНнго 4,75 5,13 4,91

рНкс! 4,43 4,91 4,78

Гумус (%) 10,04 4,50 6,67

Плотность почвы (г/ см"3) 0,6 1,0 0,78

ЕКО (мг-экв/ЮОг) 22,1 14,7 17,2

Нг 13,05 7,0 9,16

Обменный Р (мг-экв/ЮОг) 0,014 0,014 0,014

Обменный К (мг-экв/ЮОг) 0,07 0,075 0,13

Обменный Мд (мг-экв/ЮОг) 1,2 0,4 0,8

Обменный Са (мг-экв/ЮОг) 7,6 7,2 7,0

Обменный ЫН4 (мг-экв/ЮОг) 0,244 0,083 0,161

Таблица 4. Схема опыта

Исследования проводилис в течение 3-х лет. На 2-ой 3-ий годы исследований в начале вегетационного пе риода вносились минераль ные удобрения в соответст вии со схемой опыта и про водилась подкормка траво стоя после 1-го укоса трав.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ Оценка динамики поведения |37С$ в системе почва-растение Отдаленный период после аварии на ЧАЭС характеризуется относительной стабилизацией форм нахождения '"Сэ в почве - содержание обменной формы практически не изменилось по сравнению с 1997 г. Оценка темпов снижения содержания обменной формы |37Сз в торфяной низинной почве за весь период после аварии (1987-2001 гг.) показала, что средний экологический период полуснижения (Тж) составляет 23,9 года, а эффективный (Т,фф) - 13 лет. Полученные значения подтвердили оценки сделанные в первый период после аварии.

Динамика подвижности 13 Сз в торфяных почвах определяет и динамику накопления радионуклида в травостое. Коэффициенты перехода '"Сэ в травостой низинных болотных лугов с 1987 по 2001 гг. снизились в среднем в 6 раз. Выделено два периода, различающихся по темпам снижения поступления радионуклида: первый период (1987-1990 гг.) составил 1,8 лет, а второй (1990-2001 гг.) - 9,5 лет.

№ Вариант

1 Контроль

2 Дискование+вслашка

3 Дискование+вслашка+80М60Р80К

4 Дискование+вслашка+известь 3 т/га

5 Дискование+вспашка+известь 3 t/ra+80N60P80K

6 Дискование+вспашка+известь 3 т/га+80Ы60Р120К

7 Дискование+вслашка* 80Ы60Р80К+известь 4,5 т/га

8 Дискование+вспашка+известь 3 t/ra+80N90P80K

9 Дискование+вспашка+известь 4,5 t/ra+80N90P120K

Рис.1. Динамика содержания обменной формы в торфяных почвах, %

Рис. 2. Динамика КП лугов

7 Cs в травостой болотных

Физико-химическое состояние Cs в торфяных почвах болотных лугов различных типов в отдаленный период после аварии на ЧАЭС

Для оценки состояния и подвижности I37Cs в почвах болотных лугов различных типов был определен комплекс показателей подвижности: формы нахождения радионуклида; коэффициент распределения (Kd) между твердой и жидкой фазой почвы; показатель селективной сорбции (RIP).

Формы нахождения ,37Cs в торфяных почвах. Содержание l37Cs в почвах в различных формах зависит от типа болотного луга и характеристик почв.

Таблица 5. Содержание форм 137Cs в торфяных почвах

Максимальным содержанием обменной и подвижной форм 137С$ характеризуется верховой торфяник -14.3-36.6% и 7.6-12.1%, соответственно. Наиболее низкое содержание форм '"Сб отмечается в болотных низинных почвах - от 0.3 до 3.4% и от 0.4 до 3.7%, соответственно. В болотных переходных почвах содержание обменной формы '"Се варьирует от 1,0 до 31%. Низкие значения содержания обменной и подвижной формы 137Cs отмечены в болотах низинного типа подвергшихся осушению и вспашке - 0,5-7,4% и 0,73,5%, соответственно I "г

Самым низким содержанием обменной и подвижной формы " Се характеризуется торфяник переходного типа после пожара - 0,6-1,2% и 0,4-1,0%. Особенностью этого участка является то, что при пожаре верхний слой торфа (0-20 см) обуглился, что привело к его ми-

Тип почвы NH«OAc, % 1н HCI, %

Низинная торфяная 0,9 3,3

(осушена) 0.5 2,5

Низинная торфяная 0,8 3,7

1,2 3,6

Переходная торфяная 31,3 9,5

14,5 3,2

Низинная торфяная 2,5 1,6

0,3 0,5

Низинная торфяная 2,1 2,2

(осушена и перепахана) 0,6 0,7

Верховая торфяная 36,6 10,2

14,3 7,6

Переходная торфяная 1.1 0.7

1,1 0,7

Переходная торфяная 1,1 0,8

(после пожара) 1,0 1,0

нерализации и повлияло на подвижность Оценка показателей подвижности

'Cs.

Cs в торфяных почвах. Подвижность Cs в

почве определяют процессы селективной сорбции и фиксации Для описания подвижности радионуклида в почве используют обменный коэффициент распределения (Ко"6"). Величина Ко"6" зависит от сорбционных свойств почв и катионного состава почвенного раствора Очень низкое содержание 137С$ в почвенном растворе позволило нам измерить Ко°6атолько в

нескольких слоях (табл. 6). Поэтому, мы оценивали его значения на основе свойств почв. Для этого применяли выражение (Cremeis et al., 1990):

Ко06" =ЫР(К)/([К*] + 5,3 [NH/]) (1),

где [К*], [ЫНЛ - молярные концентрации К* и NHí* в почвенном растворе; RIP(K) -потенциал селективной сорбции Cs+, который определяется как произведение емкости FES и коэффициента селективности Cs* по отношению к К+ при обмене на FES.

Коэффициент селективности (Кс) является константой ионообменного равновесия Cs+ с конкурирующим катионом. Потенциал селективной сорбции Cs+ является величиной, характеризующей способность почв селективно и обратимо сорбировать 13,Cs. Самые низкие значения RIP получены для верховой торфяной почве - 34 мг-экв/кг. В низинных торфяниках этот показатель составляет от 484 до 560 мг-экв/кг, а в переходном торфянике - 460 мг-экв/кг. Различия в значениях RIP отражают различную сорбционную способность торфяных почв, что связано с условиями их формирования.

Таблица 6. Показатели подвижности 137Cs в корнеобитаемом слое низинных торфяников

№ Глубина, Влажность, [К*], [NH/J, RIP(K) Ко00" Kd°dm

см % тМ тМ мг-экв/кг изм. расч.

среднее

для слоя

0-10 см

1 0-5 53 0,38 2,94 560 19 ± 6 29 ±8

5-10 66 0,22 586 - 47 ± 12

2 0-5 280 1,55 6,86 484 - 13 ±1

5-10 171 0.86 501 - 13 ± 2

3 0-5 263 4,38 4,45 460 16±1,0 14 ± 3

5-10 178 1,08 460 34 ±12 24 ±2

6 0-5 293 0,32 5,34 34 - 1,3±2

5-10 210 0,19 34 - 1,3+1

Анализ величин Ко06", рассчитанных на основе значений RIP и катионного состава почвенного раствора, (уравнение 1) и измеренных экспериментально (табл. 6), показывает их хорошее согласие. Очень низкие значения Kd"6" получены для верхового болота (участок №6) - 1,3 л/кг. Значения Ко"6" в низинных (участок №2, №4) и переходном (участок №3) торфяниках составили от 13 до 27 д/кг, соответственно. В осушенном низинном торфянике (участок №1) отмечены максимальные значение Ко06* -29-47 л/кг.

Различия в сорбционной способности торфяных почв на болотных лугах различных типов обусловлены в значительной степени особенностями разложения органического вещества, соотношением в нем гумусовых и фульвокислот, степенью минерализации, кислотностью почвенного раствора и т.п. Почвы переходного и верхового болот характеризуются более высоким содержанием гумуса и большей емкостью катионного обмена, но очень низким содержанием обменных катионов. Почвы низинных торфяников в большей степени минерализованы, что обуславливает их более высокую фиксирующую способность по отношению к "7Cs. Различия в подвижности 137Cs в почвах болотных лугов различных типов обусловлены также вариабельностью факторов, влияющих на формирование торфяников. Так, почвы низинных торфяников сформировались под воздействием жестких грунтовых вод, что обусловило высокое содержание в них обменного кальция. Значительное влияние на изменение подвижности радионуклида в торфяных почвах оказывает хозяйственная деятельность человека (осушение, вспашка), а также пожары.

Распределение137Cs по группам и фракциям органического вещества торфяной почвы. Изучение связи l37Cs с органическим веществом торфяной почвы низинного луга показало, что количество радионуклида, связанного с органикой, не столь велико, как можно было бы ожидать, с органическим веществом связано не более 4,5% 137Cs, что подтверждает предположение о его преимущественной связи с минеральной частью торфяных почв. Коли-

чество '"Се, связанного с гуминовыми кислотами (1, 2, 3 фракций), составляло 1,76%, а с фульвокислотами (1,2, 3 фракций) - 1,37%. Следует отметить относительно высокое содержание "'Се связанного с фракцией 1а ФК (1,4%) - свободные и связанные с полуторными окислами ФК, которые являются наиболее подвижными в почве. Минимальная часть 137Сз связана с фракциями 3 ГК и 3 ФК, которые зависят от присутствия илистой фракции, содержание которой в торфяных почвах очень низкое. Связь "'Се с 1 и 2 фракциями ГК свидетельствует о включении радионуклида в структуру комплексных органических соединений. Возможно включение 13 Сэ во внешнюю сферу комплексных органических соединений по типу ионного обмена (И.Г. Водовозова. Р.И. Погодин, 1981).

137Сз, являясь щелочноземельным элементом, способным к необменной фиксации в межпакетном пространстве кристаллических решеток слоистых алюмосиликатов, прочно закрепляется в почвах. Органическое вещество торфяной почвы является фактором, препятствующим его фиксации вследствие экранирования поверхности минеральных частиц, а также образования Св-органических соединений, которые могут бьпь более доступны для растений. Фиксации 13 Сэ в торфяных почвах предшествует менее прочная его адсорбция на поверхности минеральных частиц, сорбция в результате обмена с катионами почвенно-поглощающего комплекса, а также образование в небольших количествах органических соединений, обладающих различной устойчивостью и подвижностью. Сочетание данных процессов зависит от физических и химических характеристик почвы и определяет подвижность шСз в конкретных почвенных условиях.

Вертикальная миграция 137С$ в болотных лугах различных типов

Вертикальноераспределение 117С$ в профиле почв болотныхлугов. Необходимость изучения вертикальной миграции 137С$ в почвах болотных лугов определяется двумя факторами: во-первых, распределение радионуклида в почвенном профиле и удаление из корне-обитаемой зоны определяет размеры его накопления в травостое; во-вторых, - влияет на величину экспозиционной дозы и, следовательно, дозу внешнего облучения человека.

В результате проведенных исследований установлено, что через 15 лет после аварии на Чернобыльской АЭС |37Сз наиболее интенсивно мигрирует в почве верхового болота, а менее интенсивно - в торфяниках низинного и переходного болота.

В болотной верховой почве максимальное содержание радионуклида (58% от суммарного запаса) обнаружено в слое 5-10 см (рис. 3). Радионуклид достаточно интенсивно мигрирует в более глубокие слои - даже на глубине 20-25 см находится около 4% ,37Сз. Вертикальное распределение 137Сз в болотной переходной почве характеризуется максимальным содержанием радионуклида в верхнем 0-5 см слое почвы, где сосредоточено 74 % от суммарного содержания в слое 35 см. Отмечено экспоненциальное снижение содержания радионуклида с глубиной. На экспериментальных участках представлены болотные низинные почвы с различными характеристиками. На низинных ненарушенных торфяниках основное количество 137С5 (до 80%) фиксируется в верхнем 0-10 см слое. С глубиной наблюдается резкое снижение концентрации радионуклида в почвенных горизонтах.

Среди экспериментальных участков два выбраны на нарушенных торфяниках, а на третьем участке на распределение Се в профиле почв повлиял пожар. На осушенном болоте низинного типа 92% 37Св от суммарного содержания наблюдается в слое 0-10 см. Оотше-ние привело к минерализации органического вещества и повлияло на закрепление 13 Се в верхних горизонтах почвы. Это подтверждается данными о достаточно высокой зольности торфяника. Осушение и вспашка болотного низинного луга привели к перераспределению радионуклида в профиле - 65% ,37Сз от суммарного запаса содержится в верхнем 0-15 см слое, 34% - в слое 15-25 см. В болотной переходной почве горелого болота '"¿б регистрируется до глубины 30 см. В слое 0-5 см содержится 36% от суммарного запаса; в слое 10-20 см распределение радионуклида достаточно равномерное - 23-28% в каждом 5-см слое. Прошедший пожар повлиял на характер распределения '"Сб в почвенном профиле - радионуклид распределен более равномерно и достигает большей глубины, чем в ненарушенном переходном торфянике.

Рис 3. Распределение Се в почвах болотных лугов

верховой торфяник (участок № 6)

Переходной торфяник (участок № 7)

Низинный торфяник (осушенный)(участок № 1) ДатяШ0 отсуупс^нгосодфкакя

Низинный торфяник (участок № 4) Диля тО от сумма!*и содержания

Низинный торфяник (осушенный и перепаханный) (участок № 5)

Доля шСз от сумарюго содержания

0,00 0 05 0Д0 0Д5 0,20 ОД

Переходной торфяник (после пожара) (участок № 8)

Доля от суммарного пгагаш 0,0 0,1 о^ 0^ 0,4

ШШ-

Какай®*- " "3

[

«V

Анализ перераспределения в вертикальном профиле торфяных почв показывает, что процессы естественной миграции радиоцезия протекают относительно медленно, а фактическая скорость проникновения вглубь почвенного профиля зависит не только от степени взаимодействия между радионуклидом и компонентами почвенного поглощающего комплекса, но и от физических свойств почвы, ее характеристик и гидрологического режима. При этом гидрологический режим почв оказывает более сильное влияние на миграцию 137Сз. Хозяйственная деятельность и пожары приводит к изменению характера распределения в профиле торфяных почв.

Изучение влияния ионов ЛИ**и К*почвенного раствора на вертикальную миграцию Перенос радионуклидов по профилю почвы является результирующей следующих физико-химическим процессов: адсорбция-десорбция в системе почва-почвенный раствор; фиксация и ремобилизация (трансформация форм нахождения радионуклидов); диффузия радионуклидов в поровой среде почвы; движение частиц, содержащих радионуклиды, по порам в результате их биологического транспорта, а также конвективного движения влаги.

Основными процессами, определяющими вертикальную миграцию радионуклидов, являются конвективный и диффузионный перенос, при этом должно соблюдаться условие равновесия между жидкой и твердой фазой. Миграция радионуклида описывается уравнением конвективной диффузии:

(2),

где О — коэффициент диффузии в воде; V — конвективная скорость движения влаги; R - фактор замедления (ретардации), обусловленный процессами сорбции и фиксации радионуклида твердой фазой почв:

(3),

где р - плотность почвы; В - влажность. Уравнения 2 и 3 демонстрируют обратно пропорциональную зависимость скорости миграции от коэффициента распределения Кп.

Коэффициент распределения '37Се (Ко) между твердой и жидкой фазой был рассчитан как отношение обменного коэффициента распределения Сб к доле его обменной формы.

Таблица 7. Расчетные значения коэффициентов распределения С5

Глубина, см Низинная торфяная (осушенная) (участок N8 1) Низинная торфяная (участок № 2) Переходная торфяная (участок N2 3) Верховая торфяная (участок N2 6)

0-5 659 289 34 28

5-10 3357 271 343 59

Минимальные значения коэффициентов распределения получены для

верхового торфяника, что объясняют высокую миграционную подвижность в них радионуклида. В низинном ненарушенном и переходном торфяниках эти значения составляют 289-271 и 34-343, соответственно. Максимальные значения составили 659-3357 и отмечены в

осушенном низинном торфянике. Осушение привело к закреплению 137Сз в верхнем 0-10 см слое, что обусловило увеличение Ко и снижение скорости миграции радионуклида.

Величина коэффициента распределения 137С8 между твердой и жидкой фазами почв зависит от концентрации конкурирующих ионов в почвенном растворе. Увеличение концентрации К* и Ш4+ приводит к мобилизации '"Се с обменных мест глинистых минералов и переходу в жидкую фазу, в результате чего происходит снижение

В исследуемых торфяных почвах концентрация аммония значительно превышает концентрацию калия в почвенном растворе и его можно считать основным конкурирующим катионом для ,37С$. Таким образом, если снижение коэффициента распределения '^Сб приводит к увеличению скорости миграции, то увеличение концентрации аммония (приводящее к снижению является одним из факторов увеличения миграции радионуклида в почвах.

Применив в качестве характеристики интенсивности миграции Се степень очищения верхнего 10-см слоя, полученные экспериментальные данные об относительном содержании 137Сз в слое 0-10 см сравнивали с концентрацией аммония в почвенном растворе для этого слоя торфяников. Анализ данных выявил тесную корреляционную связь скорости очищения верхнего 10 см слоя с концентрацией аммония в почвенном растворе (рис. 4.). Рис. 4. Зависимость

Запас радионуклида в корнеобитаемом слое определяет уровень его накопления в растениях, поэтому интенсивность самоочищения верхнего слоя почв важна с точки зрения реабилитации загрязненных территорий. Экспериментальные данные, свидетельствующие об определяющем влиянии аммония на интенсивность миграции '"Се, позволяют сделать вывод, что для ускорения процессов самоочищения корнеобитаемого слоя торфяных почв, целесообразно проведение агромелиоративных мероприятий, направленных на усиление минерализации органического азота почв.

между скоростью очищения верхнего 10-см слоя и концентрацией аммония в почвенном растворе

« 5

" Я

3°

а к а о

А 5

0 2 4 6

(Ьершс{МН], гтМ в поштон растворе

Моделированиевертикальноймиграции ,37Ся в почвах. Одним из основных методов прогнозирования радиоэкологической обстановки является математическое моделирование процессов миграции радионуклидов в биогеоценозах. Для сравнительного анализа подвижности 137Сз в болотных почвах различных типов была использована двухкомпонентная конвективно-диффузионная модель миграции.

Двухкомпонентная конвективно-диффузионная модель описывается следующей системой уравнений:

(4),

(5),

(6), (7),

где: q - суммарная концентрация 137С5 в почвенном слое; qf и qs- концентрации "быстрой" и "медленной" компонент' '"Сб, соответственно; 8$ - доля "медленной" компоненты; и - эффективные коэффициенты квазидиффузии "быстрой" и "медленной" компонент; И/ и - линейные скорости вертикального переноса радионуклидов; X - постоянная радиоактивного распада; после выпадения;

Двухкомпонентная квазидиффузионная модель была параметризована с использованием полученных экспериментальных данных, описывающих распределение 137Сз попрофи-лям торфяных почв различного типа Значения коэффициентов квазидиффузии для "быстрой" и "медленной" компонент находятся в диапазонах 0,45-0,9 и 0,35-0,7 см2/год, соответственно. Скорости конвективного переноса 137С$ составили для "быстрой" компоненты 0,5-1,3, а для медленной - 0,29-0,7 см/год. Минимальное значение доли "медленной" компоненты (32%) зафиксировано для верхового торфяника. Значение этого показателя для торфяников других типов достигает 50-87%.

Таблица 8. Количественные параметры миграции 137 Се в торфяных почвах (2001 г.)

Тип почвы 0. \Л/, С), Щ Т.* Тек

Болотная низинная (участок №2) 0,70 0,70 0,90 1,30 50 16,8 10,8

Болотная верховая (участок №6) 0,46 0,29 0,85 0,99 32 13,8 9,4

Болотная переходная (участок№7) 0,35 0,29 0,45 0,50 87 21,8 12,4

На рис. 5 представлено сравнение расчетных и экспериментальных данных, характеризующих распределение '"Сб по почвенным профилям торфяников.

В качестве интегрального количественного показателя, характеризующего степень близости расчетных оценок и экспериментальной информации, применен критерий Тейла. Величина критерия Тейла (варьирующая в диапазоне от 0 до 1) составила 0,096, 0,061 и 0,095 для верхового, низинного и переходного торфяников, соответственно. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что модель адекватно описывает распределение в профиле торфяных почв различного типа

Двухкомпонентная конвективно-диффузионная модель, параметризованная для различных типов торфяников, использована для прогнозирования (на период 50 лет после радиоактивных выпадений) содержания '"Се в корнеобитаемых слоях почвы (0-10 см) (рис. 6).

Рис 5. Сравнение расчетных и экспериментальных данных по вертикальной миграции '■"Ся в торфяных почвах болотных лугов различных типов

Низинный торфяник Верховой торфяник

Переходной торфяник

О 5 10 1$ 10

Гл>6иия, см

расчете дыяые эмлерммснптыс амс

Рис. б. Прогноз динамики содержания U7Cs в корнеобитаемом слое болотных почвг

Полученная информация использована для оценки экологических (Тес) и эффективных (Tea) периодов полувыведения 137Cs из корнеобитаемых слоев верхового, низинного и переходного торфяников (табл. 8). Интервал значений экологических периодов полувыведения составил 13,8-21,8 года Наименьший период полуочищения характерен для верхового торфяника - в 1,2-1,6 раза короче, чем для торфяников других типов. Рассчитанные на основе полученных экспериментальных данных периоды полуочищения, практически совпадают с интервалом значений этого показателя (15-21 год), оцененным другими исследователями для торфяных почв (С В. Фесенко). Это свидетельствует об устойчивости проведенных оценок и позволяет сделать вывод о возможности их практического использования Проведенные исследования подтвердили адекватность применения двухкомпонентной конвективно-диффузионной модели гатя описания процесса вертикальной миграции 137Cs в торфяных почвах.

Накопление I37Cs в травостое болотных лугов различных типов в отдаленный период

после аварии на ЧАЭС Зависимость коэффициентов перехода l37Cs в травостой от типа болотного луга и почвенных характеристик. Поступление радионуклидов в травостой болотных лугов определяется различными факторами: типом луговой экосистемы; почвенно-климатическими условиями, геоботаническим составом травостоя, временем, прошедшим после аварии

Максимальным уровнем накопления характеризуется травостой на торфянике верхового типа - средняя величина коэффициента перехода (КП) 13 Cs равна 12,4. Для торфяника переходного типа КП 137Cs составил 5 3, а для торфяника низинного типа-3,5. Таблица 9. Коэффициенты перехода 137Cs в травостой болотных лугов различных типов

Тип болотного луга КП

Верховой (участок № 6) 12,4

Переходной (участок № 3, № 7) 5,3

Низинный (участок № 2, № 4) 3,5

Низинный (осушенный) (участок № 1) 2,2

Низинный (осушенный, перепаханный) (участок № 1) 1,7

Переходной (после пожара) (участок № 8) 0,04

Различия в накоплении радионуклида в травостое обусловлены как влиянием почвенных показателей (Нг, рН, катионный состав, концентрация питательных элементов в почве и содержание гумуса), так и различным режимом увлажнения болотных лугов и, как следствие, ботаническим составом травостоя Верховой торфяник отличается кислой реакцией среды (рН-2,5) и высоким содержанием обменной формы 137Сз (36,6%), что оказывает влияние

на интенсивность перехода 137Cs в травостой Доступность. 137Cs в почвах переходного и низинного торфяника существенно ниже - содержание обменной формы I37Cs составляло 1,02,5%, что определяет коэффициенты перехода в травостой

Влияние гидрологического режима почвы так же оказывает влияние на биологическую подвижность l37Cs в почвах болотных лугов Так, на осушенном низинном торфянике КП 137Cs в травостой составил 2 2, т е при осушении накопление радионуклида в травостое снизилось в среднем в 1,6 раза по сравнению с ненарушенными низинными торфяниками

В случае осушения и перепашки низинного торфяника КП составил 1 7, т е в 2,1 раза ниже, чем на ненарушенных низинных торфяниках

Специфические условия создаются на торфянике после пожара, при этом изменяется как структура и свойства торфяника, так и ботанический состав травостоя Типичным для пожарищ растением является иван-чай, накопление 137Cs в котором минимально - коэффициент перехода составил 0,04

В ходе исследований были выделены доминирующие виды растений, произрастающие на болотах различного типа и определены КП 137Cs Результаты исследований показали, что КП 137Cs в растения одного вида, но произрастающие на болотных лугах различных типов, существенно различаются КП для осоки черной (Сагех nigra (L) Reichard) изменялись от 2,8 до 11,7

Осушение болотных низинных лугов в значительной степени повлияло на накопление l37Cs растениями КП для рогоза широколистного (Typha latifoha L ) и вейника наземного (Calamagrostis epigeros (L )Roth ) снизились в 1,7-7,6 раза

Таблица 10. Коэффициенты перехода 137Cs в растения болотных лугов различных типов

Тип почвы Вид растительности Б к/кг

(место отбора) КП . -'-т-гг кБк/м

Болотная низинная Equisetum palustre L 2,0

(участок №1) Calamagrostis epigeros (L )Roth 2,2

Carex vesicana L 2,2

Болотная низинная, Myosotis palustris L 8.9

осушенная Comarum palustre L 0,4

(участок №2) Calamagrostis epigeros (L )Roth 3,7

Equisetum palustre L 5,3

Scirpus sylvaticus L 0,5

Mentha arvensis L 1 0

Болотная ереходная Carex vesicana L 7,0

(участок №3) Calluna vulgans (L) Hull 0,1

Болотная низинная Comarum palustre L 0,4

(участок №4) Typha latifolia L 1,0

Carex nigra (L) Reichard 2,8

Potentilla ansenna L 26

Болотная низинная, Carex vesicana L 3,2

осушенная, перепаханная Typha latifolia L 0,3

(участок №5)

Болотная верховая Carex nigra (L) Reichard 11,7

(участок №6) Athynum filix-femina L 4.1

Болотная переходная Carex nigra (L) Reichard 3,4

(участок №7) Typha latifolia L 2,3

Болотная переходная, Chamaenenon angustifiolium L 0,04

после пожара

(участок №8)

Поступление 137С$ в травянистую растительность торфяников имеет ряд особенностей Так как торфяники формируются в условиях постоянного затопления, то их геоботани-

ческий состав представлен гидрофильными видами растений, выдерживающими избыточное увлажнение. Кроме того, для торфяников характерны специфические физико-химические процессы, протекающие в почвах и связанные с торфообразованием и оглеением. Поступление радионуклида в травостой на болотных лугах различных типов определяется комплексом факторов, среди которых можно выделить гидрологический режим торфяников, а также вариабельность почвенных характеристик.

Межвидовые различия в накоплении растениями. В болотных экосистемах поступление в растения различных видов может существенно различаться, так как накопление радионуклида в вегетативной массе растений зависит от их биологических особенностей, среди которых наибольшее влияние оказывают продуктивность растений, величина и характер распределения в почве корневой системы, продолжительность периода вегетации, калиефильности и т.д. Видовые различия в накоплении "'Сэ в пределах одной болотной экосистемы были значительными - до 22 раз (участок № 2) и до 7 раз (участок № 4). Варьирование накопления радионуклида в растениях различных связано как с их биологическими особенностями, так и с микроусловиями произрастания (мозаичность и комплексность почвенного покрова, топологические особенности, изменение гидрологического режима и т. д.).

Таким образом, формирование видового состава травостоя болотных лугов и, соответственно, поступление в вегетативную массу травянистой растительности в большинстве случаев определяется гидрологическим режимом этих биогеоценозов и особенностями физико-химических процессов, протекающих в почвах. Изменение этих показателей при осушении и дальнейшем использовании в сельскохозяйственном производстве может значительно повлиять на уровни накопления радионуклида в травостое болотных лугов.

Исследование механизмов действия калийных удобрений и извести на изменение биологической доступности 1ПС$ в торфяной почве. Традиционными агромелиоративными мероприятиями, направленными на снижение содержания 137Сз в сельскохозяйственной продукции, является внесение в почву калийных удобрений и извести. Механизмы действия аг-

137-,

ромелиорантов на изменение доступности в системе почва - растение изучены недос-

таточно. В частности, не проводились такие исследования для болотных лугов. В связи с этим, изучение механизмов действия калийных удобрений и извести, как основных агроме-лиорантов, которые эффективно снижают переход 13 Се в растения, является актуальной задачей.

Целью модельного вегетационного эксперимента на 14-дневных проростках ячменя было: изучение влияния возрастающих доз калийных удобрений и извести на физико-химические свойства низинной торфяной почвы и переход 137С$ из почвы в растение в контролируемых условиях, оценка подвижности в цепи миграции почва - растение с использованием параметра биологической доступности радионуклида в почве.

Влияние агромелиорантов на изменение почвенных характеристик и накопление в растениях

Применение агрохимических приемов для снижения накопления

в растениях

обусловлено изменением их подвижности в почвах и, как следствие, снижением доступности для растений. Для изучения механизмов, контролирующих эти процессы, были проведены модельные опыты на 14-дневных проростках ячменя.

Влияние агромелиорантов на изменение почвенных характеристик и накопление ,17Сэ в растениях. Проведенные исследования показали, что применение агромелиорантов привело к изменению характеристик почвы и снижению КН Сэ в растениях. Внесение в почву калийных удобрений привело к увеличению содержания обменного калия в почве в 1,7 раз, а известкование, соответственно, повлияло на содержание кальция - содержание обменного кальция увеличилось в 1,2 раза.

Внесение агромелиорантов в почву привело к увеличению содержания не только обменных форм катионов, но и их концентраций в почвенном растворе. Применение калийных удобрений увеличило концентрацию калия в почвенном растворе с 0,88 до 0,96-1,15 мМ/л.

Внесение извести в дозах 6 и 9 т/га в низинную торфяную почву увеличило концентрацию кальция в почвенном растворе с 17,4 до 18,7-22,4 мМ/л, а также снизило концентрацию аммония до 3,5 раз.

Таблица 11. Физико-химические характеристики почвы

Вариант рНка Гумус % л" Я о Обменные катионы ЕКО

с; К Мд Са Нг

о со мг-экв/100 г

Контроль 6,1 11,84 74,9 1,7 1,0 1,4 30,2 56,16 91,5

К70 6,2 2,4 0,9 1,9 36,0

К140 6,2 2,8 1,0 1,9 32,5

К210 6,1 3,0 0,9 1,9 40,1

СаСОз 6 т/га 6,2 2,0 0,8 1,9 35,5

СаСОэ 9 т/га 6,2 2,0 1,0 1,9 36,9

Таблица 12. Катионный состав почвенного раствора.

Вариант [К], мМ/п [МН4], мМ/л [Са], мМ/л

Контроль 0,68 0,49 17,4

К70 0,88 0,21 11,9

К140 1,15 0,28 12,1

К210 0,96 0,37 15,9

СаСОз, 6 т/га 0,69 0,26 18,7

СаСОэ, 9 т/га 0,62 0,14 22,4

Изменение почвенных показателей привело в свою очередь к изменению накопления 137С5. Применение калийных удобрений снизило КН 1,7-3,5 раза. Уменьшение КН в 2,8 раз отмечено при внесении извести.

Выявлена тесная корреляционная связь между КН 13,Сб в растения и содержанием обменных катионов калия и кальция - г=-0,995 и г=-0,955, соответственно. Для других показателей почвы корреляция не выявлена.

Влияние агромелиорантов на подвижность в торфяной почве. Подвижность

'"Се в исследуемой торфяной почве оценивалась по комплексу показателей: содержание обменной и подвижной формы 137Сз в почве, коэффициент распределения между твердой и жидкой фазой почвы, потенциал селективной сорбции.

Процесс поступления 137Сз из почвы в растения происходит в результате ионного обмена в системе почва-почвенный раствор, причем только обменная форма радионуклида участвует в обмене с почвенным раствором. Изучаемая низинная торфяная почва характеризуется низким содержанием обменной (< 1%) и кислоторастворимой (< 2%) форм '*7С$. Полученные данные свидетельствуют о том, что внесение калия в дозах 70, 140 и 210 кг/га (по д в ) и извести в дозах 6 т/га и 9 т/га оказало влияния на содержание обменной и кислоторастворимой форм '"Сб в почве. Содержание обменной формы снизилось в 1,5-2,0 раза, а кислоторастворимой увеличилось в 1,6-2,0 раза, что указывает на переход ШС5 в более труднодоступную форму за время проведения эксперимента.

Высокое содержание минеральных веществ в исследуемой торфяной почве обусловливает, по-видимому, относительно высокое значение RIP(K) - 600-700 мг-экв/кг. Внесение агромелиорантов привело к увеличению значений ЫР(К) в 1,1-1,2 раза. При этом произошло также повышение Кс1. Изменение этих показателей указывает на увеличение степени сорб-

137л

ции почвы по отношению к

Корреляционный анализ данных выявил тесную связь между содержанием обменной формы и КН '"Се в растениях г=0,957. Отрицательная корреляционная связь получена меж-

ду показателями подвижности (ИР(К) и М) и коэффициентом накоплен в растениях: г=-0.702; г=-0.715, соответственно.

Таблица 13. Влияние агромелиорантов на показатели подвижности 1Э7Сэ в торфяной почве

№ Вариант NH„OAc, % 1н HCl, % RIP(K) Kd

1 Контроль 1 0,30 0,8 600 3375

2 К70 0,25 0,8 660 3712

3 К140 0,20 1.3 700 3915

4 К210 0,20 1,3 710 3982

5 СаСОз 6 т/га 0,20 1,2 650 3645

6 СаСОз 9 т/га 0,15 1,6 670 3746

Оценка зависимости КН ,37Cs проростками ячменя от параметра биологической доступности в почве при внесении агромелиорантов. Эффективность применения калийных удобрений и известкования на низинной торфяной почве оценивали по величине коэффициентов накопления 137Cs в 14-дневных проростках. Для оценки подвижности 137Cs в цепи миграции почва-растение возможно использование параметра биологической доступности Cs в почве, предложенный A.B. Коноплевым (1999). Параметр биологической доступности 137Cs в почве рассчитывается на основе сорбционных характеристик почв и катионного состава почвенного раствора:

А= Кэ/Ф (Cs/К)[Са1бм (8),

где, А - параметр биологической доступности; а - обменная доля l37Cs в почве; Kc^CCs/K) -эффективный коэффициент селективности Cs* по отношению к конкурирующему катиону К* при обмене на почвенном поглощающем комплексе. •

Полученные данные о коэффициентах накопления l37Cs в растениях (Бк-кг сравнивали с параметром биологической доступности А. Корреляционный анализ данных выявил значимую линейную корреляцию между КН и параметром А для проростков ячменя, что свидетельствует о том, что параметр биологической доступности, может быть использован при прогнозировании значений в

оастениях.

Оценка влияния агротехнических и агрохимических мероприятий на изменение подвижности в торфяной почве и его накопление в травостое болотных лугов

Одним из важнейших путей уменьшения доз внутреннего облучения населения на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению, является применение защитных мероприятий направленных на снижение перехода радионуклидов в сельскохозяйственною продукцию. Для оценки эффективности защитных мероприятий по снижению перехода 13 Cs в травостой болотного низинного луга в отдаленный период после аварии на ЧАЭС, были проведены полевые опыты.

Оценка действия и последствия применения агротехнических и агрохимических приемов на снижение накопления "'Cs в травостое болотного луга. Применение агротехнических приемов (дискование, вспашка) оказалось достаточно эффективным и привело к снижению накопления l37Cs в травостое болотного низинного луга в 2,5 раза. Действие этого приема сохранялось в течение трех лет проведения исследования и эффект был устойчивым,

Рис. 7. Зависимость КН в 14-дневных проро-

стках ячменя от параметра биологической дос-тупностн 137Cs в низинной торфяной почве

что отразилось на коэффициентах перехода радионуклида в травостой - КП '"Се были в 1,92,8 раз ниже по сравнению с контролем.

Таблица 14. Эффективность применения защитных мероприятий на болотной низинной почве (1 -ый год исследований) •_

№ Вариант 1 укос 2 укос

КП Кен КП Кен

1 Контроль 93,4 1 92,9 1

2 Дискование+вспашка 37,0 2,5 1 37,1 2.5 1

3 Дискование+вспашка+известь 3 т/га 30,1 3,1 1.2 28,6 3,2 1,3

4 Дискование+вспашка+ 80№0Р80К 20,0 4,7 1.9 31,8 2,9 1,1

5 Дискование+вспашка+известь+Зт/га+80М60Р80К 18,9 4,9 2,0 27,6 3,4 1,3

6 Дискование+вспашка+известь 3 т/га+80№0Р120К 17,6 5,3 2.1 23,5 4,0 1.6

7 Дискование+вспашка+80№0Р80К+извесгь 4,5 т/га 19,5 4,8 1.9 21,6 4,3 1,7

8 Дискование+вспашка+известь 3 т/га+80№0Р80К 18,5 5,0 2.0 16,4 5.7 2.2

9 Дискование+вспашка+известь 4,5 т/га+80№ОР12ОК 8,4 11,1 4.4 8,6 10,8 4,3

При внесении извести в дозе 3 т/га, наблюдается снижение поступления шСб в травостой в 1-ом укосе в 1,2 раза. Известкование на фоне дискования и вспашки приводит к снижению перехода 137С8 в травостой до 3,2 раза. Внесении минеральных удобрений 8(Ш60Р80К обеспечило снижение загрязнения травостоя до 1,9 раза, а в варианте с дискованием и вспашкой - до 4,7 раза. Совместное внесение стандартных доз минеральных удобрений и извести снижает КП 137Сз в травостой в 2,0 раза, а при фоне дискования и вспашки - 4,9 раз. При применение повышенной дозы калийных удобрений КП снизился в 2,1 раз, а на фоне дискования и вспашки - в 5,3 раза. Применение известкования 3 т/га и и полного минерального удобрения с повышенной дозой фосфора (8(Ш90Р80К) привело к снижению поступления '"Сэ в травостой в 2,0 раза, с учетом дискования и вспашки - 5,0 раз.

Наиболее эффективным приемом, снижающем переход ШС5 в травостой, является комплексное применение дискования, вспашки и повышенных доз извести и фосфорно-калийных удобрений. Максимальный коэффициент снижения составил более 11 раз.

Во втором укосе трав эффективность применения защитных мероприятий сохранялась. Кратность снижения поступления '"Се в травостой на 2-ой и 3-й год эксперимента варьировала от 2,8 до 9,3 и от 2,5 до 8,7, соответственно.

Рис. 8. Эффективность применения защитных мероприятий

1. Днскованис+вспашка

2. Дискование + вспашка + известь 3 т/га

3. Дискование +вспашка + 80К60Р80К

4. Дискование + вспашка + известь 3 т/га+80К60Р80К

5. Дискование + вспашка + известь 3 т/га+ 80Ы60Р120К

6. Дискование+вспашка+ 80Ы60Р80К+извссть 4,5 т/га

7. Дискование + вспашка + известь 3 т/га+ 80Ы90Р80К

8. Дискование + вспашка + известь 4,5 т/га+ 80Ы90Р120К

Вариант

□ 1-ый год а 2-ой год О 3-ий щд

В результате проведенных исследований показано, что в отдаленный период после аварии на ЧАЭС использование коренного улучшения приводит к значительному снижению накопления радионуклида в травостое. Наиболее эффективным приемом, снижающем переход в травостой, является комплексное применение агротехнических и агрохимических приемов

Влияние агромелиорантов на изменение агрохимических характеристик торфяной почвы Применение агротехнических и агрохимических приемов обработки почвы в полевом эксперименте повлияло на почвенные характеристики емкость катионного обмена, кислотность, содержание обменных катионов Известкование приводит к снижению кислотности, обогащает почву кальцием, оказывает положительное действие на плодородие почвы В почве опытного участка содержание кальция при внесении извести увеличилось с 7,6 до 11,2 мг-экв/ЮОг почвы Отмечена тенденция к снижению кислотности и увеличению ЕКО по сравнению с контролем Внесение минеральных удобрений способствовало увеличению содержания подвижного фосфора в среднем в 2,0 раза и обменного калия - в 2,4 раза

Проведен корреляционный анализ между различными параметрами почвы и в травостое Сравнивали варианты 1-9, в которых рассматриваются изменения почвенных характеристик под действием агротехнических и агрохимических мероприятий, и варианты 2-9, на изменение почвенных характеристик в которых повлияло внесение агромелиорантов Выявлена достоверная обратная корреляционная зависимость между КП '"Се в травостое и содержанием обменного калия Г=-0,701 М е 1Ш д'фБ в травостое и параметрами почвы в других вариантах корреляционная связь не выявлена

Таблица 15. Изменение характеристик почвы в результате применения агромелиорантов

№ Вариант рНка ЕКО мг-экв/100 г Р |К | Са мМ

1 Контроль 4,7 15,5 0,014 0,07 7,6

2 Дискование+вспашка 4,9 17.1 0,014 0,13 7,0

3 Дискование + вспашка + известь 3 т/га 4,5 16,9 0,017 0,15 7,2

4 Дискование +вспашка + 8(М60Р80К 5,3 15,4 0,023 0,16 7,0

5 Дискование + вспашка + известь 3 т/га +80Ы60Р80К 4,5 20,4 0,023 0,17 7,2

6 Дискование + вспашка + известь 3 т/га +80М60Р120К 5,8 18,0 0,033 0,19 7,2

7 Дискование + вспашка+ 80№60Р80К + известь 4,5 т/га 4,6 18,4 0,026 0,16 7,2

8 Дискование + вспашка + известь 3 т/га +80№0Р80К 4,6 20,4 0,049 0,17 7,1

9 Дискование + вспашка + известь 4,5 т/га +80Ы90Р120К 4,6 19,5 0,028 0,20 8,8

Изменение подвижности 137Сх в торфяной почве в результате применения защитных мероприятий Агротехнические и агрохимические мероприятия изменяют агрохимические характеристики почвы, что приводит к изменению показателей подвижности 1 Сэ в почве и снижению коэффициентов перехода 137С5 в травостой Были определены следующие показатели подвижности радионуклида формы нахождения в почве, коэффициент распределения между твердой и жидкой фазами, потенциал селективной сорбции почвы

Дискование и вспашка была одним из факторов, повлиявшим на уменьшение содержания обменной и подвижной формы 137С$ — содержание обменной формы снизилась в 2,0 раза, а подвижной - в 2,8 раза Снижение содержания обменной формы '''Сэ в 3 раза наблюдалось после внесения калийных удобрений и извести Для остальных вариантов применение повышенных доз минеральных удобрений и извести привело к снижению содержания обменной формы в среднем в 2,5 раза

Применение агротехнических и агрохимических защитных мероприятий также влияет на коэффициент распределения 137С$ (К<1) между твердой и жидкой фазой почвы Вспашка является определяющим фактором повышающим этот параметр примерно в 2 раза, т к происходит смешивание верхнего гумусированного слоя с минеральным горизонтом, что увеличивает сорбционную способность почвы по отношению к С$ Применение извести и минеральных удобрений также повлияло на коэффициент распределения (Кс1), но в меньшей степени Максимильное увеличение Кс1 получено в варианте с внесением 4,5 т/га извести

Таблица 16. Содержания форм Cs в почве после применения агромелиорантов

№ Вариант 1H NH4AC 1н HCI

1 Контроль 4,0 4,58

2 Дискование+вспашка 1,99 1,62

3 Дискование + вспашка + известь 3 /га 1,38 1,54

4 Дискование +вспашка + 80М60Р80К 1,35 0,92

5 Дискование + вспашка + известь 3 /га +80Ы60Р80К 1,87 1,94

6 Дискование + вспашка + известь 3 /га + 80^0Р120К 1,68 1,16

7 Дискование + вспашка + 80М60Р80К + известь 4,5 /га 1,46 1,13

8 Дискование + вспашка + известь 3 /га +80№ОР80К 1,80 1,66

9 Дискование + вспашка + известь 4,5 /га + 80№ОР120К 1,49 1,32

Применение агротехнических приемов (дискования, вспашка) привело к увеличению потенциала селективной сорбции почвы в 2 раза по сравнению с контролем (табл. 18). Самый высокий показатель RIP получен в варианте с внесением повышенных доз минеральных удобрений и извести на фоне дискования и вспашки. Таблица 17. Показатели подвижности I37Cs в почве

Корреляционный анализ не выявил связи между содержанием обменной формы Cs, коэффициентом распределения I37Cs меящу твердой и жидкой фазой почвы и агрохимическими характеристиками почвы. Тесная корреляционная связь была выявлена между КП l37Cs в травостое и содержанием обменной формы I37Cs (1=0,741). Установлена отрицательная корреляционная связь КП I37Cs в травостой с Kd(r=-0,673) и RIP (г=-0,728).

Прогнозирование эффективности применения калийных удобрений и известкования для снижения перехода в травостой болотного низинного луга. Прогностическую

137/4

оценку кратности снижения перехода Cs луговую растительность проводили на основе параметра биологической доступности 137Cs в почве (А) (уравнение 8). Для расчета этого параметра использовали такие характеристики почв, как содержание обменной формы l37Cs, содержание СаоСм и Kc^^Cs/K) (табл. 18). В качестве контроля рассматривался вариант опыта, где были проведены дискование и вспашка (без применения агромелиорантов).

Под действием агрохимических защитных мероприятий происходит изменение параметра биологической доступности (А) в сторону снижения, что и обусловливает и снижение КП. Согласно уравнению (8), модифицированный параметр биологической доступности 137Cs является комбинацией 3-х свойств почв: а06М, Саобм и Кс ^(Cs/K), из которых как под действием калийного удобрения, так и доломитовой муки в наибольшей степени изменилось значение Добм- Из этого можно заключить, что фактором, в значительной степени определяющим эффективность действия агромелиорантов, является снижение обменной формы 137Cs. Под действием известкования в лугово-болотной почве также наблюдалось заметное изменение содержания

Таблица 18. Изменение физико-химических характеристик почвы и показателей подвижно-

сти после применения агромелиорантов

Варианты опыта ЭобМ| % СЭоб«,, мг-экв/ЮОг ов, % Ксзфф А КП

1 Контроль 4,0 7,6 10 11,8 0,42 93,4

d Дискование+вспашка 2,0 7,0 6,7 12,2 0,22 37,0

3 Дискование+вспашка+известь Зт/га 1,38 7,2 6,7 12,2 0,15 30,1

4 Дискование+вспашка+80№0Р80К 1,35 7,0 6,7 12,2 0,15 20,0

5 Дискование+вспашка+известь Зт/га+ 80N60P80K 1,87 7,2 6,7 12,2 0,20 18,9

6 Дискование+вспашка+известь Зт/га+ 80N60P120K 1,68 7,2 6,7 12,2 0,18 17,6

7 Дискование+вспашка+80Ш0Р80К+ известь 4,5т/га 1,46 7,2 6,7 12,2 0,16 19,5

8 Дискование+вспашка+ известь 3 т/га+ 80N90P80K 1,80 7,1 6,7 12,2 0,09 18,5

9 Дискование+вспашка+ известь 4,5 т/га+ 80N90P120K 1,49 7,8 6,7 12,2 0,07 8,4

Эффективность действия агромелиорантов оценивали по кратности снижения коэффициентов перехода 137Сз в травостой (экспериментальные данные) и по параметру биологической доступности (расчетные данные). Данные таблицы 19 демонстрируют, что различие между расчетными и опытными значениями для большинства вариантов опыта не превышает 2-х раз. Учитывая высокую вариабельность КП 137Сэ в растения в условиях полевого опыта, можно признать, что получено удовлетворительное совпадение расчетных оценок с экспериментальными результатами.

Таблица 19. Сравнение расчетных и экспериментальных значений кратности снижения перехода "'Ся в травостой низинного болотного луга под действием агромелиорантов

№ Вариант Кратность снижения, раз

Расчетная (на основе параметра биологической доступности А) Экспериментальная (по величине КП)

3 Дискование + вспашка + известь Зт/га 1,5 1,2

4 Дискование +вспашка+80М60Р80К 1,5 1,9

5 Дискование+вспашка+известь 3T/ra+80N60P80K 1.1 2,0

6 Дискование+вспашка+известь Зт/га + 80N60P120K 1,2 2,1

7 Дискование+вспашка+80^0Р80К+известь 4,5т/га 1,4 1,9

8 Дискование+вспашка+известь 3 т/га+ 80N90P80K 2,4 2.0

9 Дискование+вспашка+известь4,5т/га+ 80N90P120K 3,1 4,4

Наблюдаемые результаты хорошо согласуются с теоретическими представлениями о процессах фиксации 1 7Cs в почвах. Снижение доли обменной формы 13 Cs при внесении калийных удобрений может быть вызвано явлением межслоевого коллапса расширенных на краях слоев кристаллической решетки глинистых минералов в результате увеличения концентрации К* в почвенном растворе. В случае известкования при увеличении концентрации Са2* в почвенном растворе возможна стабилизация емкости селективных сорбционных мест (FES) (удерживание их в расширенном состоянии), что обусловливает усиление фиксации 1J7Cs.

ВЫВОДЫ

1. В отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС болотные луга являются критическими экосистемами, характеризующимися повышенной миграционной подвижностью радионуклидов Поведение 1 Cs в болотных экосистемах определяется типом луга, гидрологическим режимом, свойствами почв, особенностями ботанического состава травостоя

2. Состояние l37Cs в почвах болотных лугов различных типов характеризуется относительной стабильностью Оценка темпов снижения содержания обменной формы 137Cs в торфяной низинной почве за период с 1987 по 2001 гг показала, что средний экологический период полуснижения (Ти) составляет 23,9 года, аэффективный (Тэфф) — 13 лет Коэффициенты перехода 137Cs в травостой низинных болотных лугов за этот период снизились в среднем в 6 раз Выделено два периода, различающихся по темпам снижения поступления радионуклида в травостой первый период составил 1,8 лет (1987-1990 гг), а второй (1990-2001 гг) - 9,5 лет Полученные оценки подтвердили прогнозы, сделанные в первый период после аварии

3. Подвижность l37Cs в почвах болотных лугов обусловлено физико-химическими процессами, протекающими между почвенным поглощающим комплексом и почвенным раствором Показано, что ведущая роль принадлежит процессам сорбции, включая селективную сорбцию, и фиксации радионуклида, которые зависят от свойств почв (емкость катионного обмена, содержание органического вещества, концентрация конкурирующих ионов в почвенном растворе) Для описания подвижности 137Cs в почвах предложен комплекс показателей, включая содержание обменной формы радионуклида в почве, коэффициент распределения 137Cs между твердой и жидкой фазами почвы, показатель селективной сорбции (RIP)

4. Содержание 137Cs в различных формах зависит от типа болотного луга и характеристик торфяных почв Максимальным содержанием обменной и подвижной форм: 137Cs характеризуется верховой торфяник - 14 3-36 6% и 7 6-12 1%, соответственно Наиболее низкое содержание l37Cs в обменной и подвижной форм отмечается в болотных низинных почвах - от 0 3 до 3 4% и от 0 4 до 3 7%, соответственно В болотных переходных почвах содержание обменной формы 137Cs варьирует от 1 0 до 3 1%

Низкие значения содержания обменной и подвижной формы I37Cs отмечены в болотах низинного типа, подвергшихся осушению и вспашке, - 0 5-7 4% и 0 7-3 5%, соответственно Минимальным содержанием обменной и подвижной формы ,37Cs характеризуется торфяник переходного типа после пожара - 0 6-1 2% и 0 4-1 0%

5. Впервые определены коэффициенты распределения (Ко) между твердой и жидкой фазами торфяных почв болотных лугов различных типов Минимальные значение Ко l37Cs (28-59) характерны для почв верхового болота В почвах низинного и переходного болот эти значения составляют 289-271 и 34-343, соответственно Максимальные значения KD 137Cs 6593357 получены для осушенного низинного торфяника Величина Ко зависит от сорбционных свойств почв и катионного состава почвенного раствора

6. Впервые определены величины потенциала селективной сорбции " Cs (RIP) для торфяных почв болотных лугов различных типов, характеризующие способность почв селективно и обратимо сорбировать радионуклид Самые низкие значения RIP получены для верховой торфяной почвы - 34 мг-экв/кг В низинных торфяниках этот показатель составляет от 484 до 560, а в переходном - 460 мг-экв/кг

7. Изучение распределения ,37Cs между группами и фракциями органического вещества низинной торфяной почвы показало, что количество радионуклида, связанного с органическим веществом не превышает 4 5%, что подтверждает предположение о ведущей роли минеральной части торфяных почв в процессах сорбции и фиксации ,37Cs

8. Вертикальная миграция 13 Cs в почвах болотных лугов различных типов зависит от особенностей их формирования, режима увлажнения, физико-химических характеристик почвы Миграция 137Cs на торфяной почве верхового болота характеризуется большей интенсивностью, чем на болотах низинного и переходного типа Оценка параметров вертикальной миграции 137Cs с использованием двухкомпонентной конвективно-диффузионной модели показала, что значения коэффициентов квазидиффузии l37Cs для "быстрой" и "медленной" ком-

понент находятся в диапазонах 0,45-0,9 и 0,35-0,7 см'/год, соответственно. Скорости конвективного переноса |37Сз составили для "быстрой" компоненты 0,5-1,3, а для "медленной" -0,29-0,7 см/год. Доля "медленной" компоненты для верхового торфяника составила 32%, а для низинного и переходного торфяников - 50 и 87%, соответственно.

Значения экологических периодов полуочищения корнеобитаемого слоя торфяных почв составили от 13,8 до 21,8 лет. Период полуочищения для верхового торфяника в 1,2-1,6 раза короче, чем для торфяников других типов.

9. Осушение болот низинного типа приводит к замедлению процессов миграции 137Сз в почве - 92% радионуклида сосредоточено в верхнем 0-10 см слое. Применение агротехнических приемов (осушение и вспашка) на болотном низинном лугу приводит к равномерному распределение радионуклида - в пахотном слое - 65% |37С$ содержится в слое 0-15 см, около 34% - в слое 15-40 см и менее 1% обнаруживается на глубине до 45 см.

В случае пожара 137Сз в профиле болотной переходной почве распределяется достаточно равномерно - 36% в слое 0-5 см, далее по 23-28% в каждом 5-см слое.

10. Впервые установлена зависимость миграции 137С8 в торфяных почвах от содержания в почвенном растворе ионов аммония, которые определяют значение коэффициента распределения между твердой и жидкой фазами почв. Установлена корреляционная связь скорости очищения верхнего 10-см слоя торфяных почв с N114* в почвенном растворе (г=0,924).

11. Накопление 137С$ в травостое зависит от типа болотного луга и режима его увлажнения, почвенных характеристик, распределения в профиле почв, ботанического состава травостоя. Максимальные КП 137Cs в травостй характерны для верховых болот - 12.4, средняя величина КП для переходных болот составила 5.3, а низинных - 3,5. Переход радионуклида в одни и те же виды растений, произрастающих на болотных низинных и переходных лугах в 3-4 раза ниже, чем на верховом торфянике. Видовые различия между растениями в накоплении *37Сб в пределах одной болотной экосистемы составляют 22 раза.

Осушение и вспашка низинных торфяников приводит к снижению

КП '"Св в травостой в

1,6-1,7 раза. Специфические условия создаются после пожара - изменяются как свойства торфяника, так и ботанический состав травостоя -

КП '"СБ в травостой составил 0,04.

12. В отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС применение агротехнических и агрохимических приемов улучшения болотных лугов является эффективным способом снижения накопления 137С$ в травостое. Агротехнические приемы (дискование, вспашка) обеспечивают снижение

КП в травостой болотного низинного луга в 1.9-2.8 раза. Применение известкования снижает поступления 137С$ в травостой в 1.2-2.1 раза, а повышенных

доз калийных и фосфорно-калийных удобрений - в среднем в 2.0 раза. Наиболее эффектив-

1 Л/->

ным приемом снижения перехода в травостой является комплексное применение агро-

технической обработки почв и повышенных доз извести и минеральных удобрений - кратность снижения КП составила 9-11 раз.

13. Изучение механизмов действия агротехнических приемов и агромелиорантов на снижение накопления в травостое болотных лугов показало, что их применение проводит к изменению агрохимических свойств почв и показателей подвижности радионуклида. Применение агротехнических приемов и мелиорантов приводит к снижению содержания обменной формы в почве в среднем в 2-3 раза, увеличению коэффициент распределения между твердой и жидкой фазами почвы и потенциала селективной сорбции почв по отношению к

(в среднем в 2 раза)

14. Предложено теоретическое обоснование для описания механизмов действия агромелио-рантов на основании определения протекающих в почве процессов сорбции и фиксации радионуклида. Использована статическая математическая модель для описания процессов перехода ,37Сз из почвы в растение, рассматривающая 3 компартмента' почва -почвенный раствор - корень растения, для оценки эффективности действия агромелиорантов на снижение накопления |57С$ в травостое болотных лугов предложено использовать параметр биологической доступности, при расчете которого учитывается влияние на подвижность радионуклида свойств почвы и показателей подвижности.

Список опубликованных работ

1. Подворко Г.А., Коноплева И.В., Санжарова Н.И. Изучение вертикальной миграции l37Cs в торфяных почвах низинного типа/Тезисы докладов 7-ой Пущинской школы-конференции молодых ученых "Биология - наука XXI века", 14-18 апреля 2003, Пущино. С. 42.

2. Podvorko, G.A., Konopleva, I.V. Influence of soil solution composition on caesium-137 removal from the root layer in peat soils/Abstracts of the XXXIII Annual ESNA/IUR Meeting Viterbo, Italy, 27-31 August 2003. P. 39-40.

3 Подворко ГА. Исследования вертикальной миграции 137Cs в торфяных почвах в отдаленный период после аварии на ЧАЭС/Тезисы докладов III Съезда по радиационным исследованиям, 21-25 мая 2003, Киев С. 309.

4 Подворко Г.А. Изучение вертикальной миграции ,37Cs в торфяных почвах Брянской области/Тезисы докладов X Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2003», 15-18 апреля 2003, МГУ, Москва С. 54.

5. Подворко ГА., Санжарова ЯП., Спиридонов СМ., Коноплева И.В. Вертикальная миграция 13 Cs в болотных почвах в отдаленный период после аварии на ЧАЭС/Ж. Радиацио-ная биология. Радиоэкология. 2004 (в печати).

6. Санжарова Н.И., Котова А.Ю., Подворко Г.А. Влияние свойств почвы на поведение радионуклидов в природных и аграрных экосистемах/Тезисы докладов Международной конференции "Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям", Москва, 2002.С. 446.

7. Коноплева И.В., Подворко Г.А. Изучение вертикальной миграции 137Cs в болотных почвах/Материалы 4-ой международной научно-практической конференции "Проблемы сельскохозяйственной радиологии - 17 лет спустя после аварии наЧАЭС", 19-21 июня 2003, Житомир. С. 65-69.

8 Podvorko, GA, Konopleva, I. V., Sanzharova N.I. Influence of soil solution composition on Caesium-137 removal from the root layer in peat soils/Proceedings of the XXXIII Annual ESNA/IUR Meeting. Viterbo, Italy, 27-31 August 2003 P. 28-33.

Р -60 811

Макет, компьютерная верстка - Подворко Г А Сдано в набор 3 03 2004 г Подписано в печать 4 03 2004 г Формат-60\84/16 Уел пен л 1,7 Тираж 70 экз Заказ № 81 Отпечатано во ВНИИСХРАЭ

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Подворко, Галина Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

1.1. Анализ факторов, определяющих поведение 137Св в почвах.

1.2. Вертикальная миграция 137Сз в почвах луговых экосистем.

1.3. Биологическая подвижность Сб в системе «почва - травостой луговых экосистем».

1.4. Особенности поведения Сб в почвах болотных лугов.

1.5. Моделирование процессов миграции Сэ луговых экосистемах.

1.6. Применение агротехнических и агрохимических защитных мероприятий для снижения накопления шСз в травостое болотных лугов.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Характеристика экспериментальных участков.

2.2. Материалы и методы исследования.

2.3. Изучение влияния агромелиорантов на биологическую доступность

137Сз.

2.4. Схема полевых опытов по изучению влияния защитных мероприятий на переход 137Сз в травостой болотного луга.

3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ 137Сз В ТОРФЯНЫХ ПОЧВАХ БОЛОТНЫХ ЛУГОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ В ОТДАЛЕННЫЙ ПЕРИОД ПОСЛЕ АВАРИИ НА ЧАЭС.

3.1. Состояние и формы нахождения 137Сз в торфяных почвах.

3.2. Оценка показателей подвижности Сб в торфяных почвах.

3.3. Распределение 137Сб по группам и фракциям органического вещества торфяной почвы.

4. ВЕРТИКАЛЬНАЯ МИГРАЦИЯ ,37Сз В БОЛОТНЫХ ЛУГАХ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ.

4.1. Вертикальное распределение 137Сб в профиле почв болотных лугов.

4.2. Изучение влияния ионов 1МН4+ и К+ в почвенном растворе на вертикальную миграцию Сб.

4.3. Моделирование вертикальной миграции 137Сз в почвах.

5. НАКОПЛЕНИЕ 137Сз В ТРАВОСТОЕ БОЛОТНЫХ ЛУГОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ В ОТДАЛЕННЫЙ ПЕРИОД ПОСЛЕ АВАРИИ НА ЧАЭС.

5.1. Динамика перехода Сб в травостой болотных лугов после аварии на

ЧАЭС.

5.2. Зависимость коэффициентов перехода Сб в травостой от типа болотного луга и почвенных характеристик.

5.3. Межвидовые различия в накоплении 137Сб растениями.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ДЕЙСТВИЯ КАЛИЙНЫХ УДОБРЕНИЙ И ИЗВЕСТИ НА ИЗМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ДОСТУПНОСТИ шСз В ТОРФЯНОЙ ПОЧВЕ.

6.1. Влияние агромелиорантов на изменение почвенных характеристик и накопление 137Сб в растениях.

6.2. Влияние агромелиорантов на подвижность Сб в торфяной почве.

6.3. Оценка зависимости КН Сэ проростками ячменя от параметра биологической доступности в почве при внесении агромелиорантов.

7. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АГРОТЕХНИЧЕСКИХ И АГРОХИМИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ ПОДВИЖНОСТИ 137Св В ТОРФЯНОЙ ПОЧВЕ И ЕГО НАКОПЛЕНИЕ В ТРАВОСТОЕ БОЛОТНЫХ ЛУГОВ.

7.1. Оценка действия и последствия применения агротехнических и агрохимических приемов на снижение накопления 137Сз в травостое болотного луга.

7.2. Влияние агромелиорантов на изменение агрохимических характеристик торфяной почвы.

7.3. Изменение подвижности Се в торфяной почве в результате применения защитных мероприятий.

7.4. Прогнозирование эффективности применения калийных удобрений и известкования для снижения перехода Сб в травостой болотного низинного луга.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Закономерности миграции 137Cs на болотных лугах в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС"

Авария на Чернобыльской атомной электростанции 26 апреля 1986 г. привела к масштабному загрязнению обширных территорий Беларуси, Украины, России и ряда европейских стран. Одним из наиболее тяжелых экологических последствий аварии явилось радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий, а также природных экосистем. Загрязнение сельскохозяйственных угодий и вызванное этим производство и потребление продукции с повышенным содержанием радионуклидов является одним из основных источников внутреннего облучения населения.

В составе поступивших в результате аварии в окружающую среду радиоактивных веществ присутствовали биологически значимые долгоживущие радионуклиды 137Сб и 905г, что обуславливает длительную (десятки лет) опасность загрязнения аграрных и природных экосистем. Выделено три поставарийных периода, которые определяют радиационную ситуацию в сельском хозяйстве. Период "йодной опасности", который обусловлен наличием в выбросе изотопов иода, что приводит к загрязнению пастбищной растительности и далее молока. Этот период продолжается несколько месяцев. Второй период после аварии характеризуется как "период аэрального загрязнения" и его продолжительность ограничивается первым вегетационным периодом после радиоактивных выпадений. Основным путем поступления радионуклидов в продукцию растениеводства является непосредственное (аэральное) загрязнение надземной массы растений и почвы. Третий период в развитии радиологической ситуации начинается со второго вегетационного периода после радиоактивных выпадений. Основным путем поступления радионуклидов в цепи миграции становится корневое усвоение радионуклидов из почвы растениями. Продолжительность этого периода может охватывать десятки лет.

В рамках третьего периода после аварии выделяют отдаленный период (или восстановительный), который характеризуется переходом к доаварийным санитарно-гигиеническим нормативам. С точки зрения миграции радионуклидов в природных и аграрных экосистемах отдаленный период имеет следующие особенности: радионуклиды в почвах находятся в состоянии относительного равновесия; процессы трансформации форм радионуклидов протекают чрезвычайно медленно; снижение концентрации радионуклидов в компонентах экосистем определяется в основном радиоактивным распадом; уменьшается эффективность различных контрмер, выполняемых в сельском хозяйстве для снижения накопления радионуклидов в продукции.

В отдаленный период после аварии сохраняется вероятность производства сельскохозяйственной продукции, не соответствующей радиологическим стандартам. Это обусловлено как высокими уровнями загрязнения земель, так и почвенно-геохимическими особенностями территории, в первую очередь наличием в почвенном покрове дерново-подзолистых почв легкого механического состава и торфяных почв, для которых характерны высокие темпы миграции радионуклидов.

К критическим дозообразующим пищевым продуктам в рационе питания населения в отдаленный период после аварии относятся в первую очередь молоко. Так, в загрязненных районах Брянской области в 2000 г. было произведено в общественном секторе с превышением СанПиН 2.3.2.560-96 36% молока и 11% мяса. Использование для производства кормов сенокосов и пастбищ на торфяных почвах является одной из главных причин производства продукции животноводства не соответствующей санитарно-гигиеническим нормативам.

Более интенсивная миграция радионуклидов в луговых экосистемах была выявлена в исследованиях, проводившихся в 70-80-е годы под руководством академика РАСХН H.A. Корнеева. Впервые были установлены различия в накоплении 90Sr травостоем лугов различных типов, а также выявлена роль базальной части растений в поглощении радионуклидов травостоем. На территории Восточно-Уральского радиоактивного следа впервые были проведены исследования по изучению динамики поведения 137Cs на лугах различных типов (И.Т. Моисеев, Ф.А. Тихомиров, P.M. Алексахин).

После аварии на Чернобыльской АЭС изучение миграции радионуклидов в луговых экосистемах стало одной из наиболее актуальных проблем. В зоне аварии значительная часть пастбищных и сенокосных угодий расположена на торфяных почвах, что приводит к повышенному накоплению Cs в травостое и, далее, в продукции животноводства. Выполнен цикл работ по изучению закономерностей поведения 137Cs в луговых экосистемах и оценено влияние на миграцию радионуклида свойств выпадений, процессов сорбции и фиксации радионуклида в почвах, типа луга, гидрологического режима и т.п. (Н.И. Санжарова, Г.И. Попова, C.B. Фесенко, В.А. Котик, С.К. Фирсакова, Н. В. Гребенщикова, С.Ф. Тимофеев, А.Г. Подоляк, Г.П. Перепелятников, Б.С. Пристер, М.И. Ильин). Проведенные исследования показали - болотные луговые экосистемы являются зоной повышенной миграции радионуклидов, что приводит к необходимости выделения торфяных почв как "критических" с точки зрения риска производства продукции, не соответствующей санитарно-гигиеническим нормативам.

Несмотря на многочисленные исследования в области миграции радионуклидов в луговых экосистемах, ряд аспектов этой проблемы, особенно в вопросах специфики поведения радионуклидов на болотных лугах, до последнего времени остается недостаточно изученным. К числу таких вопросов относится оценка состояния радионуклидов и выявление механизмов их поведения в почвах болотных лугов различных типов в отдаленный период после аварии. Интерес представляет также продолжение наблюдений за динамикой поведения 137Cs в болотных лугов различных типов, что позволит уточнить некоторые механизмы сорбции и фиксации радионуклида в почвах; получить количественные параметры миграции; проверить корректность прогнозов, сделанных в первый период после аварии. Практически не изучена роль органического вещества торфяных почв в миграции радионуклидов. Мало изучены видовые различия в накоплении 137Cs травостоем болотных лугов различных типов.

Информация о закономерностях миграции радионуклидов в луговых экосистемах имеет определяющее значение как для оценки и прогнозирования радиологической обстановки, так и для научного обоснования защитных мероприятий, которые целесообразно применять в отдаленный период после аварии. Многочисленные исследования, проведенные на загрязненных территориях России, Беларуси и Украины, показали, что применение защитных мероприятий на лугах обладает высокой эффективностью (Н.И. Санжарова, C.B. Фесенко, С.К. Фирсакова, Г.П. Перепелятников, Б.С. Пристер).

В отдаленный период после аварии наиболее остро стоит проблема оптимизации применения защитных мероприятий, в том числе и для луговых экосистем. С этой целью рассматривается комплекс критериев, включая радиологические, дозовые, экономические и комбинированные. Одним из путей оптимизации применения защитных мероприятий является применение научно обоснованных доз агромелиорантов. Для решения этой задачи необходимо исследование механизмов действия агромелиорантов на поведение радионуклидов. В последние годы предложен ряд новых показателей для описания процессов фиксации радионуклида в почвах, дальнейшее развитие получила теория селективной сорбции, предложены методы прогнозирования поведения радионуклидов в почвах и системе почва-растение. Однако, эти новые методические подходы до настоящего времени практически не применялись для изучения модифицирующего действия агромелиорантов на поведение радионуклидов. Разработка теоретических основ рационального применения химических мелиорантов для уменьшения накопления радионуклидов (в первую очередь 137Cs) в сельскохозяйственных культурах на основании определения и количественного описания протекающих в почве процессов является одним из актуальных и перспективных направлений исследований современной сельскохозяйственной радиоэкологии.

Цель и задачи исследования.

Целью работы является изучение закономерностей и оценка параметров миграции 137Cs в болотных лугах различных типов и выявление механизмов действия агромелиорантов на снижение биологической подвижности радионуклида. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

147

1. Изучить закономерности и динамику поведения Cs в болотных лугах различных типов в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС.

2. Изучить состояние 137Cs в почвах болотных лугов различных типов и определить количественные параметры сорбции и фиксации радионуклида.

3. Оценить параметры вертикальной миграции на основе двухкомпонентной конвективно-диффузионной модели.

4. Оценить эффективность защитных мероприятий на снижение перехода 137Cs в травостой из торфяных почв в отдаленный период после аварии.

5. Изучить механизмы действия агромелиорантов на поведение 137Cs в торфяных почвах и системе почва-травостой болотного луга.

Научная новизна работы.

В результате проведенных исследований изучены закономерности и динамика

117 поведения Cs в болотных лугах различных типов в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС. Оценены параметры подвижности 137Cs для торфяных почв болотных лугов различных типов. Впервые определены параметры селективной сорбции 137Cs для различных подтипов торфяных почв. Изучены и описаны механизмы влияния свойств почв на процессы сорбции и фиксации 137Cs. Впервые установлено изменение I параметров подвижности Cs при хозяйственной обработке торфяников (осушение, вспашка), а также в случае пожара.

На базе использования двухкомпонентной конвективно-квазидиффузионной модели миграции проведена сравнительная оценка параметров вертикальной миграции 137Cs и периодов полуочищения корнеобитаемого слоя почв для торфяников различных типов. Показана зависимость параметров миграции, экологического и эффективного периодов полуочищения от типа болотного луга. Установлена зависимость между

147 вертикальным распределением Cs в профиле торфяных почв и содержанием ионов

137 аммония. Впервые установлена роль ионов аммония в вертикальной миграции Cs.

Дана сравнительная оценка параметров вертикальной миграции 137Cs на ненарушенных торфяниках различных типов и торфяниках, подвергшихся воздействию хозяйственной деятельности (осушению, вспашке). Впервые изучены параметры вертикальной миграции 137Cs в торфянике после пожара.

Дана оценка эффективности защитных мероприятий по снижению накопления 137Сз в травостое болотного низинного луга в отдаленный период после аварии на ЧАЭС. Изучены механизмы действия агромелиорантов на биологическую подвижность 137Сз. Для прогнозирования эффективности применения агромелиорантов на снижение накопления 137Сз в травостое предложено использовать параметр биологической доступности, который является комплексным показателем почвенных характеристик и показателей подвижности.

Теоретическое и практическое значение работы.

Теоретическую значимость представляют выявленные закономерности и

137 механизмы поведения Сб в болотных лугах различных типов. Впервые определены параметры селективной сорбции 137Сз торфяными почвами.

Предложено теоретическое обоснование для описания механизмов действия агромелиорантов на биологическую доступность 137Сз на основании определения протекающих в почве процессов сорбции и фиксации радионуклида.

Практическую ценность имеют полученные количественные параметры миграции 137Сб в почвах болотных лугов, которые могут быть использованы при прогнозировании радиологической обстановки на кормовых угодьях.

Дана оценка эффективности защитных мероприятий на болотных лугах в отдаленный период после аварии на ЧАЭС. Для прогноза эффективности агрохимических

147 приемов по снижению перехода Се в травостой болотных лугов предложено использовать параметр биологической доступности.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Состояние, формы нахождения и параметры селективной сорбции 137Сз в торфяных почвах болотных лугов различных типов в отдаленный период после аварии на ЧАЭС.

2. Количественные параметры вертикальной миграции 137Сз для естественных болотных лугов различных типов и болотных лугов, нарушенных в результате хозяйственной деятельности (осушение, вспашка) и пожара.

137

3. Оценка роли аммония в вертикальной миграции Се в торфяных почвах на болотных лугах различных типов.

4. Закономерности накопления 137Сз в растительности болотных лугов различных типов.

5. Оценка эффективности применения агротехнических и агрохимических мероприятий на низинном болотном лугу в отдаленный период после аварии на ЧАЭС.

6. Описание механизмов действия агромелиорантов на изменение биологической доступности 137Cs в торфяных почвах.

7. Прогнозирование снижения накопления 137Cs в травостое болотных лугов после применения агромелиорантов на основе параметра биологической доступности.

Публикации и апробация работы.

Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на: международной конференции "Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям", Москва, 2002; XXXIII съезде Европейского общества по применению ядерных методов в сельском хозяйстве (ESNA) (Витербо, Италия), 2003; 10-ой международной конференции молодых ученых «Ломоносов», Москва, 2003; 7-ой школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», Пущино, 2003; Ш-ем конгрессе радиационных исследований (Киев, Украина), 2003; 4-ой международной научно-практической конференции "Проблемы сельскохозяйственной радиологии - 17 лет спустя после аварии на ЧАЭС" (Житомир, Украина), 2003.

По теме диссертации опубликовано и находится в печати 8 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена 132 страницах машинописного текста, включает 7 глав, 32 таблиц, б рисунков и список публикаций из 199 наименований.

Автор выражает искреннюю признательность научным руководителям работы профессору Н.И. Санжаровой, кандидату биологических наук И.В. Коноплевой за постоянную помощь в работе. Выражаю также благодарность доктору биологических наук С.И. Спиридонову за консультации и помощь в обработке результатов исследований.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Среди продуктов деления 235и важное значение имеет радиоактивный изотоп 137Сз, характеризующийся большим выходом (6,2%) и длительным периодом полураспада (30,17 года). 137Св является смешанным 0- и у-излучателем. Особенностью 137Сз является его высокая биологическая подвижность, которая определяется тем, что этот радиоизотоп щелочного элемента, является химическим аналогом биогенно важного элемента - К. Степень окисления Сз в любых компонентах среды + 1 (Химия., 1970). 137Сб является основным радиологически значимым радионуклидом "чернобыльских" выпадений.

Заключение Диссертация по теме "Радиобиология", Подворко, Галина Анатольевна

выводы

1. В отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС болотные луга являются критическими экосистемами, характеризующимися повышенной миграционной подвижностью радионуклидов. Поведение 137Cs в болотных экосистемах определяется типом луга, гидрологическим режимом, свойствами почв, особенностями ботанического состава травостоя.

117

2. Состояние Cs в почвах болотных лугов различных типов характеризуется относительной стабильностью. Оценка темпов снижения содержания обменной формы 137Cs в торфяной низинной почве за период с 1987 по 2001 гг. показала, что средний экологический период полуснижения (Тэк) составляет 23,9 года, а эффективный период полуснижения (ТЭфф) - 13 лет. Коэффициенты перехода 137Cs в травостой низинных болотных лугов за этот период снизились в среднем в 6 раз. Выделено два периода, различающихся по темпам снижения поступления радионуклида в травостой: первый период составил 1,8 лет (1987-1990 гг.), а второй (1990-2001 гг.) - 9,5 лет. Полученные оценки подтвердили прогнозы, сделанные в первый период после аварии.

117

3. Подвижность Cs в почвах болотных лугов обусловлено физико-химическими процессами, протекающими между почвенным поглощающим комплексом и почвенным раствором. Показано, что ведущая роль принадлежит процессам сорбции, включая селективную сорбцию, и фиксации радионуклида, которые зависят от свойств почв (емкость катионного обмена, содержание органического вещества, концентрация конкурирующих ионов в почвенном растворе). Для количественно описания подвижности 137Cs в почвах предложен комплекс показателей, включая: содержание обменной формы радионуклида в почве; коэффициент распределения 137Cs (Kd) между твердой и жидкой фазой почвы; показатель селективной сорбции (RIP).

117

4. Содержание Cs в различных формах зависит от типа болотного луга и характеристик торфяных почв. Максимальным содержанием обменной и подвижной форм

117

Cs характеризуется верховой торфяник - 14.3-36.6% и 7.6-12.1%, соответственно. Наиболее низкое содержание 137Cs в обменной и подвижной форм отмечается в болотных низинных почвах - от 0.3 до 3.4% и от 0.4 до 3.7%, соответственно. В болотных переходных почвах содержание обменной формы 137Cs варьирует от 1.0 до 31%.

117

Низкие значения содержания обменной и подвижной формы Cs отмечены в болотах низинного типа, подвергшихся осушению и вспашке, - 0.5-7.4% и 0.7-3.5%, соответственно. Минимальным содержанием обменной и подвижной формы 137Cs характеризуется торфяник переходного типа после пожара - 0.6-1.2% и 0.4-1.0%.

5. Впервые определены коэффициенты распределения (Ко) между твердой и жидкой фазами торфяных почв болотных лугов различных типов. Минимальные значение Ко 137Cs (28-59) характерны для почв верхового болота. В почвах низинного и переходного болот эти значения составляют 289-271 и 34-343, соответственно. Максимальные значения Ко 137Cs 659-3357 получены для осушенного низинного торфяника. Величина Ко зависит от сорбционных свойств почв и катионного состава почвенного раствора.

6. Впервые определены величины потенциала селективной сорбции 137Cs (RIP) для торфяных почв болотных лугов различных типов, характеризующие способность почв селективно и обратимо сорбировать радионуклид. Самые низкие значения RIP получены для верховой торфяной почвы - 34 мг-экв/кг. В низинных торфяниках этот показатель составляет от 484 до 560, а в переходном - 460 мг-экв/кг.

7. Изучение распределения 137Cs между группами и фракциями органического вещества низинной торфяной почвы показало, что количество радионуклида, связанного с органическим веществом не превышает 4.5%, что подтверждает предположение о ведущей роли минеральной части торфяных почв в процессах сорбции и фиксации 137Cs.

117

8. Скорость вертикальной миграции Cs в почвах болотных лугов различных типов зависит от особенностей их формирования, режима увлажнения, физико-химических характеристик почвы. Миграция 137Cs на торфяной почве верхового болота характеризуется большей интенсивностью, чем на болотах низинного и переходного типа. Оценка параметров вертикальной миграции 137Cs в корнеобитаемом слое торфяных почв с использованием двухкомпонентной конвективно-диффузионной модели показала, что значения коэффициентов квазидиффузии I37Cs для "быстрой" и "медленной" компонент находятся в диапазонах 0,45-0,9 и 0,35-0,7 см2/год, соответственно. Скорости конвективного переноса 137Cs составили для "быстрой" компоненты 0,5-1,3, а для "медленной" - 0,29-0,7 см/год. Доля "медленной" компоненты для верхового торфяника составила 32%, а для низинного и переходного торфяников - 50 и 87%, соответственно.

Значения экологических периодов полуочищения корнеобитаемого слоя торфяных почв составили от 13,8 до 21,8 лет. Период полуочищения для верхового торфяника в 1,21,6 раза короче, чем для торфяников других типов.

9. Осушение болот низинного типа приводит к замедлению процессов миграции 137Cs в почве - через 15 лет после аварии 92% радионуклида сосредоточено в верхнем 010 см слое. Применение агротехнических мероприятий (осушение и вспашка) на болотном низинном лугу приводит к равномерному распределение радионуклида в пахотном слое

65% 137Сз содержится в слое 0-15 см, около 34% - в слое 15-40 см и менее 1% обнаруживается на глубине до 45 см.

В случае пожара 137Сз регистрируется в болотной переходной почве до глубины 30 см и его распределение в профиле достаточно равномерно - 36% в слое 0-5 см, далее по 23-28% в каждом 5-см слое.

137

10. Впервые установлена зависимость миграции Сб в торфяных почвах от содержания в почвенном растворе ионов аммония, которые определяют значение коэффициента распределения между твердой и жидкой фазами почв. Установлена тесная корреляционная связь скорости очищения верхнего 10 см слоя торфяных почв с концентрацией аммония в почвенном растворе (г=0,924).

11. Накопление 137Сз в травостое зависит от типа болотного луга и режима его увлажнения, почвенных характеристик, распределения 137Сб в профиле почв,

1 'У'Ч ботанического состава травостоя. Максимальные КП Се в травостй характерны для верховых болот - 12.4, средняя величина КП для переходных болот составила 5.3, а низинных - 3,5. Переход радионуклида в одни и те же виды растений, произрастающих на болотных низинных и переходных лугах в 3-4 раза ниже, чем на верховом торфянике. Видовые различия между растениями в накоплении 137Сз в пределах одной болотной экосистемы составляют 22 раза.

Осушение и вспашка низинных торфяников приводит к снижению накопления 137Сз в травостое в 1,6-1,7 раза. Специфические условия создаются на торфянике после пожара, т.к. при этом изменяется как структура и свойства торфяника, так и ботанический состав травостоя - КП 137Сз в травостой составил 0,04.

12. В отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС применение агротехнических и агрохимических приемов улучшения болотных лугов является

147 эффективным способом снижения накопления Сэ в травостое. Агротехнические приемы (дискование, вспашка) обеспечивают снижение КП 137Сб в травостой болотного низинного

147 луга в 1.9-2.8 раза. Применение известкования снижает поступления Се в травостой в 1.2-2.1 раза, а повышенных доз калийных и фосфорно-калийных удобрений - в среднем в

147

2.0 раза. Наиболее эффективным приемом снижения перехода Се в травостой является комплексное применение агротехнической обработки почв и внесения повышенных доз извести и минеральных удобрений - кратность снижения КП составил около 9-11 раз.

13. Изучение механизмов действия агротехнических приемов и агромелиорантов на снижение накопления 137Сз в травостое болотных лугов показало, что их применение проводит к изменению агрохимических свойств почв и показателей подвижности радионуклида. Применение агротехнических приемов и мелиорантов приводит к

147 снижению содержания обменной формы Сб в почве в среднем в 2-3 раза, увеличению коэффициент распределения между твердой и жидкой фазами почвы и потенциала селективной сорбции почв по отношении к 137С5 (в среднем в 2 раза). 14. Предложено теоретическое обоснование для описания механизмов действия агромелиорантов на основании определения протекающих в почве процессов сорбции и фиксации радионуклида. Использована статическая математическая модель для описания

137 процессов перехода Сэ из почвы в растение, рассматривающая 3 компартмента: почва -почвенный раствор - корень растения. Для оценки эффективности действия агромелиорантов на снижение накопления 137Сз в травостое болотных лугов предложено использовать параметр биологической доступности, при расчете которого учитывается влияние на подвижность радионуклида свойств почвы и показателей подвижности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одним из наиболее тяжелых экологических последствий аварии на Чернобыльской АЭС явилось радиоактивное загрязнение природных экосистем, включая луговые ценозы. В зону загрязнения попали луга различных типов - суходольные, пойменные, низинные, болотные. Поведение в них основного радиологически значимого радионуклида

137 чернобыльских выпадений Cs существенно различается. Эти различия в миграции радионуклида в луговых экосистемах обусловлены ландшафтными особенностями территорий, их гидрологическим режимом, разнообразием почвенного покрова, ботаническим составом травостоя и т.п. Проведенные исследования показали, что

147 несмотря на снижение доступности Cs со временем и относительную стабилизацию радиационной обстановки в отдаленный период после аварии с точки зрения интенсивности и скорости протекания миграционных процессов болотные луга остаются «критическими» экосистемами.

Интенсивность миграционных процессов в луговых экосистемах болотного типа в случае их использования в качестве сенокосов и пастбищ определяет высокие уровни загрязнения производимой продукции животноводства, в первую очередь молока, являющегося основным дозообразующим продуктом на территориях, подвергшихся воздействию аварийного выброса ЧАЭС. Это обстоятельство определяет актуальность проблемы обоснования комплекса защитных мероприятий на болотных лугах, которые целесообразно применять в различные периоды после аварии.

Изучение закономерностей миграции радионуклидов в луговых экосистемах различных типов и выявление механизмов, определяющих снижение биологической подвижности радионуклидов, является базовой информацией для оценки и прогнозирования радиационной обстановки на кормовых угодьях, а также для обоснования системы эффективных защитных мероприятий.

В настоящей диссертационной работе проведены комплексные исследования, включающие различные аспекты изучения поведения 137Cs в болотных лугах:

147

- оценено состояние Cs в болотных лугах различных типов на базе комплекса показателей подвижности радионуклида: содержания обменной формы, коэффициент распределения (Kd) между твердой и жидкой фазой почвы; показатель селективной сорбции (RIP); коэффициенты накопления радионуклида в растениях;

- изучены и описаны механизмы влияния свойств торфяных почв на процессы сорбции и фиксации 137Cs;

- изучены процессы вертикальной миграции 137Cs в почвах болотных лугов различных типов, оценены количественные параметры миграции;

- получена информация о распределении 137Cs по фракциям органического вещества низинной торфяной почвы;

- изучены закономерности накопления 137Cs травостоем болотных лугов различных типов;

- дана оценка эффективности защитных мероприятий по снижению накопления 137Cs в травостое болотного низинного луга в отдаленный период после аварии на ЧАЭС; изучено модифицирующее действие агромелиорантов, хозяйственной деятельности (осушение, вспашка) и пожара на биологическую подвижность 137Cs.

Теоретическую значимость представляют выявленные закономерности и механизмы поведения Cs в болотных лугах различных типов. В результате проведенных исследований подтверждено, что отдаленный период после аварии на ЧАЭС характеризуется стабильным состоянием форм 137Cs в почве - содержание обменной

117 формы Cs в почве практически не изменилось по сравнению с 1995 г. Оценка темпов снижения содержания обменной формы 137Cs в торфяной низинной почве за весь период после аварии (1987-2001 гг.) показала, что средний экологический период полуснижения (Тэк) составляет 23,9 года, а эффективный период полуснижения (ТЭфф) - 13 лет, что подтвердило ранее полученные значения для аналогичных параметров.

Динамика подвижности 137Cs в торфяных почвах определяет и динамику накопления радионуклида в травостое. Коэффициенты перехода 137Cs в травостой низинных болотных лугов с 1987 по 2001 гг. снизились в среднем в 6 раз. Выделено два периода, различающихся по темпам снижения поступления радионуклида: первый период составил 1,8 лет (1987-1990 гг.), а второй (1990-2001 гг.) - 9,5 лет.

Для оценки состояния и подвижности 137Cs в почвах болотных лугов различных типов был определен комплекс показателей: формы нахождения радионуклида; коэффициент распределения (Kd) между твердой и жидкой фазой почвы; показатель селективной сорбции (RIP).

117

Содержание Cs в почвах в различных формах зависит от типа болотного луга и характеристик почв. Максимальным содержанием обменной и подвижной форм 137Cs характеризуется верховой торфяник - 14.3-36.6% и 7.6-12.1%, соответственно. Наиболее низкое содержание 137Cs в обменной и подвижной форме отмечается в болотных низинных почвах - от 0.3 до 3.4% и от 0.4 до 3.7%, соответственно. В болотных переходных почвах содержание обменной формы 137Cs варьирует от 1,0 до 31%.

Низкие значения содержания обменной и подвижной формы 137Cs отмечены в болотах низинного типа подвергшихся осушению и вспашке — 0,5-7,4% и 0,7-3,5%, соответственно. Самым низким содержанием обменной и подвижной формы 137Cs характеризуется торфяник переходного типа после пожара — 0,6-1,2% и 0,4-1,0%. Особенностью этого болота является то, что при пожаре верхний слой торфа (0-20 см) обуглился, что привело к его минерализации и повлияло на подвижность 137Cs.

Для описания подвижности радионуклида в почве использовался коэффициент распределения (Ко) между твердой и жидкой фазами почв. Величина Ко зависит от сорбционных свойств почв и катионного состава почвенного раствора. Из полученных данных видно, что самые низкие значение коэффициентов распределения 137Cs (28-59) характерны для верхового торфяника. Низкие значения Ко объясняют высокую миграционную способность 137Cs в этом торфянике. В низинном ненарушенном торфянике и переходном торфянике эти значения составляют 289-271 и 34-343, соответственно. Максимальные значения коэффициента распределения 137Cs 659-3357 получены для осушенного низинного торфяника. Осушение привело к увеличению Ко,

137 закреплению Cs в верхнем 0-10 см слое и снижению скорости миграции.

147

Подвижность Cs в почве также определяют процессы селективной сорбции и фиксации. Потенциал селективной сорбции Cs+ является величиной, характеризующей способность почв селективно и обратимо сорбировать 137Cs. Впервые определены параметры селективной сорбции 137Cs торфяными почвами для болотных лугов различных типов. Самые низкие значения RIP отмечены в верховой торфяной почве — 34 мг-экв/кг. В низинных торфяниках этот показатель составляет от 484 до 560 мг-экв/кг, а в переходном торфянике — 460 мг-экв/кг.

Различная фиксирующая способность торфяных почв обусловлена, по-видимому, особенностями формирования болот различных типов. Следует отметить, что торфяные почвы различаются по степени гумусированности и обладают высокой емкостью обмена. Органические и органо-минеральные коллоиды, содержащиеся в торфе в большом количестве, обуславливают его высокую сорбционную способность к катионам. Можно предположить, что качественный состав минеральной части почв оказывает влияние на сорбцию 137Cs. Почвы низинных торфяников характеризуются высокой зольностью, они сформировались под воздействием жестких грунтовых вод богатых кальцием, что обусловило высокое содержание обменного кальция в почве. Почвы переходного и верхового болот характеризуются более высоким содержанием гумуса и большей емкостью катионного обмена, но очень низким содержанием обменных катионов.

Подвижность137С8 во многом зависит от обводненности профиля торфяных почв и хозяйственной деятельности человека.

137Сз, являясь щелочноземельным элементом, способным к необменной фиксации в межпакетном пространстве кристаллических решеток слоистых алюмосиликатов, прочно закрепляется в почвах. Органическое вещество торфяной почвы является фактором, препятствующим его фиксации вследствие экранизации поверхности минеральных частиц, а также образования СБ-органических соединений, которые могут быть более доступны для растений. Фиксации цезия в торфяных почвах предшествует менее прочная адсорбция шСб на поверхности минеральных частиц более крупных механических фракций, сорбция в результате обмена с катионами почвенно-поглощающего комплекса, а

147 также образование в небольших количествах СБ-органических соединений, обладающих различной устойчивостью и подвижностью. Сочетание данных процессов зависит от физических и агрохимических характеристик почвы и определяет подвижность 137Сб в конкретных почвенных условиях.

137

Полученные данные по распределению Сб между группами и фракциями органического вещества торфяной почвы показали, что количество 137Сб связанного с органикой, не столь велико, как можно было бы ожидать. Общее количество 137Сб, связанного с органическим веществом торфяной почвы, не превышает 4,5%, что подтверждает предположение о преимущественной связи радионуклида с минеральной частью торфяной почвы.

Попавшие в почву радионуклиды мигрируют под воздействием природных биогеохимических процессов. Необходимость изучения вертикальной миграции радионуклидов в почвах определяется двумя факторами: во-первых, распределение радионуклидов в почвенном профиле и удаление из корнеобитаемой зоны определяет размеры накопления их в сельскохозяйственных культурах и естественной растительности; во-вторых, распределение радионуклидов в профиле почв влияет на величину экспозиционной дозы и, следовательно, дозу внешнего облучения человека.

Процессы, вызывающие миграцию радионуклидов в почвах, разнообразны по своей природе. К ним относятся: конвективный перенос (фильтрация атмосферных осадков в глубь почвы, капиллярный подток влаги к поверхности в результате испарения, термоперенос влаги под действием градиента температуры); диффузия свободных и адсорбированных ионов; перенос по корневым системам растений; перенос на мигрирующих коллоидных частицах (лессиваж); роющая деятельность почвенных животных; хозяйственная деятельность человека. Эти факторы не являются равнозначными, так как интенсивность и продолжительность их действия различны и зависят от конкретных условий, что в свою очередь обуславливает различия в характере распределения радионуклидов по профилю почвы.

137

Вертикальная миграция Cs зависит от типа луга и режима его увлажнения.

137

Особенности физико-химического состояния Cs в торфяных почвах богатых органическим веществом, с невысоким содержанием глинистых минералов оказывают влияние на миграционную подвижность радионуклида. Существенное влияние на скорость миграции 137Cs вглубь профиля оказывают также степень увлажнения и длительность периода переувлажнения торфяных почв.

В результате проведенных исследований установлено, что через 15 лет после аварии на Чернобыльской АЭС Cs наиболее интенсивно мигрирует в почве верхового болота, а менее интенсивно - в торфяниках низинного и переходного болота. На верховом болоте максимальное содержание радионуклида в почве (58%) наблюдается на глубине до 10 см. Радионуклид достаточно интенсивно мигрирует в более глубокие слои - даже на глубине 20-25 см его обнаружено около 4%. На низинных и переходных торфяниках

117 темпы миграции гораздо ниже - основное количество Cs (до 80%) фиксируется в верхнем 0-10 см слое.

Хозяйственная деятельность (осушение, вспашка) или пожар приводят к более равномерному распределению радионуклида в слое 0-20 (25) см.

Одним из основных методов прогнозирования радиоэкологической обстановки является математическое моделирование процессов миграции радионуклидов в биогеоценозах. Для сравнительного анализа подвижности 137Cs в болотных почвах различных типов была использована двухкомпонентная конвективно-диффузионная модель миграции. Значения коэффициентов квазидиффузии 137Cs для "быстрой" и "медленной" компонент находятся в диапазонах 0,45-0,9 и 0,35-0,7 см2/год,

117 соответственно. Скорости конвективного переноса Cs составили для "быстрой" компоненты 0,5-1,3, а для медленной - 0,29-0,7 см/год. Минимальное значение доли "медленной" компоненты (32%) зафиксировано для верхового торфяника. Значение этого показателя для торфяников других типов достигает 50-87%.

Полученная информация использована для оценки экологических (Тес) и эффективных (Teff) периодов полувыведения I37Cs из корнеобитаемых слоев верхового, низинного и переходного торфяников. Интервал значений экологических периодов полувыведения составил 13,8-21,8 года. Наименьший период полуочищения характерен для верхового торфяника. Значение этой величины в 1,2-1,6 раза меньше периодов полуочищения торфяников других типов. Следует отметить, что проведенные исследования подтвердили адекватность применения двухкомпонентной конвективно

147 диффузионной модели для описания процесса вертикальной миграции Cs в торфяных почвах.

137

Анализ скорости перераспределения Cs в вертикальном профиле торфяных почв показывает, что процессы естественной миграции радионуклида протекают относительно медленно, а фактическая скорость проникновения вглубь почвенного профиля зависит не только от степени взаимодействия между радионуклидом и компонентами почвенного поглощающего комплекса, но и от физических свойств почвы, ее особенностей и гидрологического режима.

Миграция 137Cs в значительной степени определяется процессами его сорбции и фиксации в почвах. Интенсивность вертикальной миграции 137Cs обратно пропорциональна коэффициенту распределения (Ко) радионуклида между твердой и жидкой фазами почв. Величина Ко зависит от концентрации конкурирующих ионов. Увеличение концентрации конкурирующих катионов (К+, NH/) приводит к мобилизации 137Cs с обменных мест глинистых минералов и переходу в жидкую фазу, в результате чего происходит снижение Ко. Аммоний в исследуемых почвах определяет значение Ко, а, следовательно, и скорость миграции. Впервые установлена корреляционная зависимость между скоростью очищения верхнего 10-см слоя торфяных почв с концентрацией аммония в почвенном растворе (г=0,924).

147

Накопление Cs в травостое лугов определяется комплексом факторов, среди которых можно выделить: вид луга и режим его увлажнения, почвенные характеристики, характер распределения 137Cs в профиле почв, видовой состав травостоя. Для верхового болотного луга характерны наиболее высокие коэффициенты перехода 137Cs в травостой. Средняя величина коэффициента перехода 137Cs равна 12,4. В торфянике переходного

147 типа среднее значение коэффициента перехода Cs составило 5.3, а в торфяниках низинного типа - 3,5. Переход радионуклида в одни и те же виды растений, произрастающих на болотных низинных и переходных лугах в 3-4 раза ниже, чем на верховом торфянике. Различия в коэффициентах перехода обусловлено как влиянием почвенных показателей этих почв, так и влияние гидрологического режима почвы. Так, при осушении низинных торфяников накопление радионуклида в травостой снизилось в среднем в 1,6 раза по сравнению с ненарушенными низинными торфяниками.

Специфические условия создаются на торфянике после пожара, при этом изменяется как структура и свойства торфяника, так и ботанический состав травостоя.

Минимальный коэффициент перехода 137Сз в травостой отмечен для этого торфяника и составил 0,04.

1 47

Коэффициенты перехода Сэ в растительность зависят также от видового состава

147 травостоя. Видовые различия между растениями в накоплении Сб в пределах одной болотной экосистемы были значительными - до 22 раз.

Одним из важнейших путей уменьшения доз внутреннего облучения населения на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению, является применение защитных мероприятий направленных на снижение перехода радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию. В рамках выполнения работы была проведена оценка эффективности агротехнических и агрохимических мероприятий, применяемых для

147 снижения накопления Се в травостое болотного луга в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС.

Применение агротехнических приемов (дискование, вспашка) в 1-ый год исследования оказалось достаточно эффективным и привело к снижению накопления 137Сз в травостое болотного низинного луга в 2,5 раза. Действие этого приема сохранялось в течение трех лет проведения исследования и эффект был устойчивым, что отразилось на накоплении радионуклида в травостое - КП 137Сз были в 1,9-2,8 раз ниже по сравнению с контролем.

Проведенте известкования обеспечивало снижение накопления радионуклида в травостой в 1,2-3,2 раза, а повышенных доз фосфорно - калийных удобрений - в 1,9-2,1 раза. Наиболее эффективным приемом, снижающем переход |37Сз в травостой примерно в 11 раз, является комплексное применение агротехнической обработки почв и внесения повышенных доз извести и минеральных удобрений.

Последействия проведенных мероприятий устойчиво проявлялось в течение двух лет проведения исследований - кратность снижения поступления 137Сз в травостой на 2-ой и 3-й год эксперимента варьировала от 2.8 до 9.3 и от 2.5 до 8.7, соответственно.

В результате проведенных исследований показано, что в отдаленный период после аварии на ЧАЭС использование коренного улучшения остается одним из наиболее эффективных приемом, который приводит к значительному снижению накопления 137Сз в травостое болотных лугов.

Для изучения механизмов действия различных приемов, обеспечивающих снижение накопления 137Сз в травостой, были проведены исследования по оценке изменения агрохимических свойств почв и показателей подвижности 137Сб в почве.

Установлено, что применение различных мелиорантов влияет, прежде всего, на характеристики почвы: емкость катионного обмена, кислотность почвы, содержание обменных катионов. Известкование позволяет снизить кислотность почвы и связанное с ней вредное действие подвижного алюминия и обогащает почву кальцием, оказывает положительное влияние на физико - химические свойства почв. Содержание обменного кальция в почве в разных вариантах опыта при внесении извести увеличилось с 7,6 мг-экв/100г почвы до 11,2 мг-экв/100г почвы. Отмечена тенденция к снижению кислотности и увеличению ЕКО по сравнению с контролем. Внесение минеральных удобрений способствовало увеличению содержания обменного фосфора в среднем в 2 раза, калия - в 2,4 раза.

Изменение агрохимических характеристик почвы в свою очередь приводит к

117 изменению показателей подвижности Cs в почве и снижению коэффициентов перехода 137Cs в травостой. Чтобы оценить влияние защитных мероприятий на подвижность 137Cs были определены следующие показатели: формы нахождения радионуклида в почве, коэффициент распределения между твердой и жидкой фазами, потенциал селективной

117 сорбции почв по отношении к Cs.

Дискование и вспашка была одним из факторов, повлиявших на уменьшение содержания обменной и подвижной формы 137Cs в лугово-болотной почве низинного торфяника - содержание обменной формы 137Cs снизилась в 2 раза. Содержание обменной формы 137Cs уменьшилось в 2,5-3,0 раза после внесения калийных удобрений и извести.

Применение агротехнических и агрохимических защитных мероприятий также влияет на коэффициент распределения (Kd). Вспашка является определяющим фактором, повышающим этот параметр примерно в 2 раза, что обусловлено смешиванием верхнего органического слоя с минеральным горизонтом и увеличением сорбционной способности

117 почвы по отношению к Cs. Применение извести и минеральных удобрений также повлияло на коэффициент распределения (Kd), но в меньшей степени. Максимильное увеличение Kd получено в варианте с внесением 4,5 т/га извести.

Применение агротехнических приемов (дискования, вспашка) привело к увеличению потенциала селективной сорбции почвы в 2 раза по сравнению с контролем. Самый высокий показатель RIP получен в варианте с внесением повышенных доз минеральных удобрений и извести на фоне дискования и вспашки.

Для описания механизмов действия агромелиорантов на изменение подвижности 137Cs в почве низинного луга и, как следствие, в травостой была применена модель перехода 137Cs из почвы в растение, рассматривающая 3 компартмента: почва-почвенный раствор-корень растения. Был использован параметр биологической доступности, рассчитываемый на основе эффективного коэффициента селективности 137Cs по отношению к К при обмене на ППК. Ксэфф (Cs/K) является интегральным показателем

137 почв, учитывает распределение Cs как на селективных, так и на поверхностных неселективных местах сорбции и зависит от концентрации основного конкурирующего катиона. Предложенный комплексный параметр биологической доступности 137Cs (А), учитывает влияние на процессы сорбции и фиксации радионуклида таких свойств почвы как емкость катионного обмена, содержание органического вещества, содержание катионов в ППК и почвенном растворе. Кроме того, параметр А включает ряд показателей, характеризующих подвижность радионуклида в почве, а именно: содержание обменной формы, потенциал селективной сорбции (RIP).

Анализ данных показывает, что под действием агрохимических защитных мероприятий происходит изменение параметра биологической доступности (А) в сторону снижения. Наблюдаемые результаты хорошо согласуются с теоретическими представлениями о процессах сорбции и фиксации 137Cs в почвах. Параметр биологической доступности 137Cs является комбинацией 3-х показателей содержания обменной формы 137Cs, обменного кальция и эффективного коэффициента селективности. Эти показатели изменяются при применении различных защитных мероприятий. Под действием калийного удобрения и доломитовой муки изменилось содержание обменной формы 137Cs в почве и показателя селективной сорбции. Под действием известкования в лугово-болотной почве также наблюдалось заметное изменение содержания обменного кальция в ППК.

Установлена прямая линейная зависимость между коэффициентами накопления

117

Cs и комплексным параметром доступности А. Установление этой зависимости

117 позволило дать прогностическую оценку кратности снижения перехода Cs в луговую растительность после проведения агротехнических и агрохимических защитных мероприятий на основе параметра биологической доступности 137Cs в почве (А). Сравнение экспериментальных данных по снижению поступления 137Cs в травостой под действием агромелиорантов (кратность снижения по коэффициенту перехода) и расчетных оценок (кратность снижения на основании параметра (А) показывает, что различие между расчетными и экспериментальными значениями для большинства вариантов опыта не превышает 2-х раз. Учитывая высокую вариабельность коэффициента

117 перехода Cs в растения в условиях полевого опыта, можно признать, что получено удовлетворительное совпадение расчетных оценок с экспериментальными результатами.

Таким образом, предложено теоретическое обоснование для описания механизмов действия агромелиорантов на основании определения протекающих в почве процессов сорбции и фиксации радионуклида. Исходя из современных представлений о механизмах взаимодействия почвы с вносимыми химическими веществами, был предложен параметр доступности, который позволяет прогнозировать эффективность применения агромелиорантов для снижения подвижности радионуклидов и их доступности для растений.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Подворко, Галина Анатольевна, Обнинск

1. Агрохимические методы исследования почв. Под ред. А.В. Соколова. М.: Наука, 1975. 656 с.

2. Агрохимия. Под. ред. Б.А. Ягодина. М.: Агропромиздат, 1989. 639 с.

3. Александрова И. В. К методике изучения качественного состава органических веществ в почвенных растворах. Почвоведение, 1960. № И. С. 85.

4. Александрова Л.И., Фомин Ю.И. О механизмах взаимодействия глинистых минералов с гуминовыми кислотами и продуктами разложения растительных остатков. Труды ЛСХИ, 1972. Т. 165. Вып. 2. С. 67.

5. Алексахин P.M. Радиоактивное загрязнение почвы и растений. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 132 с.147

6. Алексахин P.M., Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А. Агрохимия Cs и его накопление сельскохозяйственными растениями. Агрохимия, 1977. № 2. С. 129-142.

7. Алексахин P.M., Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А. Поведение 137Cs в системе почва -растение и влияние внесения удобрений на накопление радионуклида в урожае. Агрохимия, 1992. № 8. С. 127-138.

8. Анисимов B.C. Влияние форм аварийных выпадений и физико-химических свойств147почв на подвижность Cs в системе "почва растение" в 30-километровой зоне Чернобыльской АЭС. Дисс. на соиск. ст. к. б. н. Обнинск, 1995. 137 с.

9. Анненков Б.Н., Юдинцева Е.В. Основы сельскохозяйственной радиологии. М.: Агропромиздат, 1991. 286 с.

10. Анохин В.Л. Моделирование процессов миграции радиоизотопов в ландшафтах. М.: Атомиздат, 1974. 144 с.

11. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.

12. Архипов А.Н. Поведение 90Sr и 137Cs в агроэкосистемах зоны отчуждения Чернобыльской АЭС: Автореф. канд. дисс. Обнинск, 1995. 26 с.

13. Архипов Н.П. Роль осадков в удалении радионуклидов с растений при их некорневом загрязнении. Экология, 1979. Вып. 6. С. 41-46.

14. Архипов Н.П. Федоров Е.А., Алексахин P.M. Почвенная химия и корневое накопление искусственных радионуклидов в урожае сельскохозяйственных растений. Почвоведение, 1975. № 11. С. 40-51.137

15. Бакунов H.A., Юдинцева Е.В. К вопросу о снижении накопления Cs в растениях при обогащении почв природными сорбентами. Агрохимия, 1989. № 6. С. 90-96.

16. Баранова З.А., Величко H.A., Зубарева И.Ф., Мельникова М.К. Доступность 90Sr и 137Cs растениям пшеницы из различных фракций органического вещества почвы. Агрохимия, 1985. № 1. С. 86-88.

17. Бахнов В.К. Биохимические аспекты болотообразовательного процесса. Новосибирск: Наука, 1986. 192 с.

18. Белковский П.И., Зоткин В.П. Повышение плодородия и рациональное использование торфяных почв. М.: Россельхозиздат, 1986. 123 с.

19. Белова Е.И., Шаронов Г.Е., Моисеев A.A. К вопросу о поведении цезия-137 в дерново-подзолистых почвах Украинского Полесья. М.: Атомиздат. 1972. 9 с.

20. Будашкина В.В, Сухоруков Ф.В., Ефремов С.П. Актуальные вопросы геологии и географии Сибири. Томск, 1998. Т. 3. С 34-36.

21. Бурец JI.A., Граковский В.Г. Вынос 90Sr и 137Cs из различных почв ежой сборной в модельном опыте. Бюлл. Почв, ин-та, 1979. № 21. С. 32-34.

22. Варшал Г.М., Велюханова Т.К., Кощеева И .Я. Геохимическая роль гумусовых кислот в миграции элементов. В кн.: «Гуминовые вещества в биосфере». М.: Наука, 1993. 237 с.

23. Варфоломеев ДА. Изменеие состава гумуса в среднетаежных подзолистых почвах в связи с вырубкой леса и сельскохозяйственным освоением. Химия, генезис и картография почв. М.: Наука, 1968. С. 22.

24. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. М.: Наука. 1980. 520с.

25. Водовозова И.Г. О роли органического вещества почвы в миграции радиоизотопов. Материалы Всес. симп. "Теоретические и практические аспекты действия малых доз ионизирующих излучений". Сыктывкар, 1974. С. 23-25.

26. Водовозова И.Г., Погодин Р.И. Влияние органического вещества почвы на переход радиоактивных изотопов в растения. Радиоактивные изотопы в почвенных и пресноводных системах. Свердловск, 1969. С. 29.

27. Водовозова И.Г., Зайдман С .Я., Антропова З.Г. О взаимодействии радиоактивных изотопов с органическим веществом почвы. М., 1972.

28. Водовозова И.Г., Погодин Р.И. Влияние органического вещества почвы на переход радиоактивных изотопов в растения. В кн.: «Радиоактивные изотопы в почвенных и пресноводных системах». Свердловск, 1981. С. 15-18.

29. Возбуцкая O.E. Химия почвы. М.: Высшая школа, 1968. 427 с.

30. Вирченко Е.П., Агапкина Г.И. Радионуклид-органические соединения в почвах зоны влияния Чернобыльской АЭС. Почвоведение, 1993. № 1. С. 13-18.

31. Гребенщикова Н.В. Переход 90Sr и 137Cs в растения лугов в зависимости от свойств почвы и времени нахождения радионуклида в дернине. Всес. науч. конф. молодых ученых по с.-х. радиологии. Тез. докл. Обнинск, 1983. С. 32-33.

32. Гребенщикова Н.В., Фирсакова С.К., Жученко Б.М., Подоляк А.Г. Итоги научных исследований в области радиоэкологии окружающей среды за десятилетний период после аварии на Чернобыльской АЭС. Гомель, 1996. С. 27-33.

33. Гулякин И.В., Юдинцева Е.В. Сельскохозяйственная радиобиология. М.: Колос, 1973. 272 с.

34. Гулякин И.В., Юдинцева Е.В., Бакунов H.A. Поступление 137Cs в растения в зависимости от свойств почвы. Доклад ТСХА, 1966. Вып. 119. С. 121-124.1 47

35. Гулякин И.В., Юдинцева Е.В., Горина Л.И. Накопление Cs в урожае ячменя и овса из разных почв. Изв. ТСХА, 1975. Вып. 5. С. 98-106.147

36. Гулякин И.В., Юдинцева Е.В., Горина Л.И. Накопление Cs в урожае в зависимости от видовых особенностей растений. Агрохимия, 1975. № 7. С. 12-129.

37. Дроздова Т.В. Значение гуминовых кислот в концентрации редких элементов в почвах. Почвоведение, 1968. № 10. С. 60.

38. Дроздова Т.В. Роль гуминовых кислот в геохимии почв. Почвоведение, 1963. № 8. С.40-44.

39. Дьяконова К.В. Природа гумусовых веществ почвенного раствора, их динамика и методы изучения. Почвоведение, 1964. № 4. С. 570-575.

40. Ефимов В.Н. Торфяные почвы и их плодородие. Л.: Агропромиздат, 1986. 316 с.

41. Ефремова Т.Т., Сухоруков Ф.В., Ефремов С.П., Будашкина В.В. Почвоведение, 2002. №1. С. 100-107.

42. Израэль Ю.А., Петров В.Н., Авдюшин С.И., Гасилина Н.К., Ровиновский Ф.Я., Ветров В.Л., Вакуловский С.М. Радиоактивное загрязнение природных сред в зоне аварии на Чернобыльской АЭС. Метеорология и гидрология, 1987. № 2. С. 5-18.

43. Ильин М.И., Перепелятников Г.П. Миграция радионуклидов в агроценозах Полесья Украины, расположенных на торфяных почвах. В сб.: «Проблемы с.-х. радиологии». Под ред. H.A. Лощилова. Киев, 1993. С. 97-110.

44. Киреев С.И., Ганжа Д.Д., Быцуля В.В. Миграция радионуклидов в ландшафтах 10-км зоны ЧАЭС. Тез. докл. межд. конф. «Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях». Москва, 2000. С-Пб. Гидрометеоиздат. 95 с.

45. Кириченко Л.В. Радиоактивность атмосферы, почвы и пресных вод. Труды ИЭМ. М.: 1970. Вып. 5. С. 147-154.

46. Клечковский В.М. О поведении радиоактивных продуктов деления в почвах, их поступление в растение и накопление в урожае. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 178 С.

47. КовдаВ. А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985. 363 с.

48. Кононова М. М. Органическое вещество почв. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 212 С.

49. Коноплева И.В. Исследование механизмов биологической доступности 137Cs в почвах лесных экосистем. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. биол. наук. Обнинск, 1999. 167 с.

50. Коноплев A.B., Булгаков A.A. Обменный коэффициент распределения 90Sr и ,37Cs в системе почва-вода. Атомная энергия. Т. 88. Вып. 2. 2000. С. 152-158.117

51. Коноплев A.B., Коноплева И.В. Параметризация перехода Cs из почвы в растения на основе ключевых почвенных характеристик. Радиационная биология. Радиоэкология. 1999, т. 39, №4, С. 457-463.

52. Коноплева И.В., Авила Р., Булгаков A.A., Йохансон К., Коноплев A.B., Попов В.Е.117

53. Метод оценки биологической доступности Cs в лесных почвах. Радиационная биология. Радиоэкология. 2002. №2. С. 204-210.

54. Константинов И.Е., Скотникова О.Г., Солдаева JI.O. Модель вертикальной миграции цезия-137 в почвах и прогнозирование экспозиционной дозы. НРКЗ, 1977. С. 79-100.1 47

55. Корнеев H.A., Егорова В.А. К вопросу о миграции Cs в почвенно-растительном покрове. Сельскохозяйственная биология, 1989. №1. С. 35-40.

56. Корнеев Н.И., Сироткин А. Н., Корнеева Н. В. Снижение радиоактивности в растениях и продуктах животноводства. М.: Колос, 1977. 208 с.

57. Корнеев H.A., Николаева Е.М., Овечкин И.Л., Суслова В.В. Накопление растениями 90Sr при разном размещении его в почве. Доклады и сообщения по кормопроизводству, 1970. Вып. 2. С. 7-9.

58. Корнеев H.A., Поваляев А.П., Алексахин P.M. и др. Сфера агропромышленного производства радиологические последствия аварии на Чернобыльской атомной электростанции и основные защитные мероприятия. Атомная энергия, 1988. Т. 65. Вып. 2. С. 129-134137

59. Котик В.А. Закономерности миграции Cs в луговых экосистемах после аварии на Чернобыльской АЭС. Дисс. на соск. уч. ст. к. б. н. Обнинск, 1996, 126 с.

60. Котова А.Ю. Исследование механизмов сорбции и биологической доступности 90Sr, 106Ru, 137Cs и 144Се в почвах различных типов. Дисс. соиск. уч. ст. к. б. н. Обниск, 1998. 209 с.

61. Кочан И.Г., Тырина А.Н. Влияние агрохимических характеристик почвы на переход 137Cs в естественные луговые травостои. Тр. Коми филиала АН СССР, 1984. Вып. 67. С. 48-54.

62. Круглов C.B. Физико-химические аспекты загрязнения сельскохозяйственных угодий в результате радиационной аварии и миграция радионуклидов в системе почва-растение (на примере аварии на ЧАЭС). Автореферат. Дисс. соиск. уч. ст. д. б. н. Обниск, 1997. 50с.

63. Левчук С.Е., Лощилов H.A., Кашпаров В.А. и др. Пакет прикладных программ по прогнозированию вертикальной миграции радионуклидов. Сб. науч. трудов: Проблемы с.-х. радиологии. Под ред. H.A. Лощилова. Киев, 1993. С. 3-7.

64. Лощилов Н.А., Иванов Ю.А., Бондарь П.Ф. и др. Параметры миграции стронция-90 и цезия-137 в почвах Полесья. Тез. докл. 3-ей Всес. конф по с.-х. радиологии. Обнинск, 1990. Т. 4. С. 3-4.

65. Марей А.Н., Бархударов P.M., Новикова Н.Я. Глобальные выпадения цезия-137 и человек. М.: Атомиздат, 1974. 250 с.

66. Мартюшов В.З., Смирнов Е.Г., Филатова Е.В. и др. Поведение 90Sr и 137Cs в почвенно-растительном покрове естественных биогеоценозов в многолетнем цикле. Тез. докл. 3-я Всес. конф. по с.-х. радиологии. Обнинск, 1990. Т. 4. С. 34-35.

67. Махонько К.П. К вопросу о миграции загрязняющих веществ в экосистеме. В кн.: "Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах". Л., 1985. С. 8-17.

68. Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А., Алексахин P.M., Рерих Л.А. Сравнительная оценка137разных методов изучения поступления Cs в сельскохозяйственные растения из почвы. Агрохимия, 1975. № 10. С. 129-132.

69. Моисеев И. Т., Агапкина Г. И., Рерих Л. А. Изучение поведения 137Cs в почвах и его поступления в сельскохозяйственные культуры в зависимости от различных факторов. Агрохимия, 1994. №2. С. 103-118.

70. Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А., Рерих Л.А. Оценка параметров накопления 137Cs многолетними травами в зависимости от видовых особенностей, внесения удобрений и свойств почв. Агрохимия, 1982. №2. С. 94-99.

71. Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А., Мартюшов В.З., Рерих Л.А. К оценке влияния минеральных удобрений на динамику обменного 137Cs в почвах и доступность его овощным культурам. Агрохимия, 1988. № 5. С. 86-92.

72. Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А., Рерих Л.А. К вопросу о влиянии минеральных147удобрений на доступность Cs из почвы сельскохозяйственным растениям. Агрохимия, 1986. №2. С. 89-94.

73. Молчанова И.В. Радиоэкологические аспекты почвенно-растительного покрова. Дисс. на соиск. уч. ст. д. б. н. Свердловск, 1991. 364 с.

74. Несмеянов А.Н. Радиохимия. М.: Химия, 1978. 560 с.

75. Новикова Н.Я. Особенности поведения цезия-137 в системе почва пищевые продукты на территории Белорусского Полесья. Автореф. дисс. к. б. н. М., 1978. 16 с.

76. Орлов Д.С. Химия почв. М.: Изд-во МГУ, 1985. 248 с.

77. Осипов В.Б. Физико химические особенности поведения 137Cs, 90Sr и их стабильных изотопов в почвах различных экосистем Брянской области в зоне аварии ЧАЭС. Дисс. на соиск. уч. ст. к. б. н. Обнинск, 1995. 149 с.

78. Павлоцкая Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах. М.: Атомиздат, 1974. 215 с.

79. Перепелятников Г.П., Ильин М.И. Радиологические аспекты использования естественных кормовых угодий Украины. В сб.: "Проблемы с.-х. радиологии". Под ред. H.A. Лощилова. Киев, 1991. С. 112-122.

80. Перепелятников Г.П., Ильин М.И. Миграция радионуклидов в луговых ценозах Полесья Украины, расположенных на торфяных почвах. Матер, межд. конф. "Радиоэкология торфяных почв". С.-Петербург, 1994. С. 108-110.

81. Перепелятников Г.П., Омельяненко Н.П., Перепелятникова Л.В. Некоторые вопросы технологии кормопроизводства в условиях радиоактивного загрязнения. В сб.: «Проблемы с.-х. радиологии». Под ред. H.A. Лощилова. Киев, 1993. С. 115-125.

82. Погодин Р.И., Поляков Э.А. О механизме взаимодействия радиоактивных стронция-90 и цезия-137 с почвой. В сб.: Моделирование поведения и токсического действия радионуклидов. Свердловск, 1978. Вып. 114. С. 60-68.1 "47

83. Погодин Р.И., Суркова Л.В. Динамика состояния Cs в почвах. Экология, 1989. № 4. С. 89-95.

84. Подоляк А.Г. Влияние агрохимических и агротехнических приёмов улучшения основных типов лугов Белорусского Полесья на поступление в травостой 137Cs и 90Sr. Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к. с.-х. н. Минск.: РНИУП ИР и БГСХА. 2002. 19 с.

85. Подоляк А.Г., Гребенщикова Н.В., Фирсакова С.К., Тимофеев С.Ф., Жученко Ю.М. Проблемы радиологии загрязненных территорий: Юбилейный тематический сборник. РНИУП "Институт радиологии". Мн.: 2001. 36-45 с.

86. Поляков Ю.А. Закономерности поведения 90Sr и 137Cs в почве. В кн.: Современные проблемы радиобиологии. Т.2. Радиоэкология. Под ред. В.М. Клечковского. М.: Атомиздат, 1971. С. 90-97.

87. Поникратова Т.М., Рябцева М.Е., Дричко В.Ф., Ефимов В.И. Сорбция радиоцезия торфяными почвами. Материалы межд. конф. «Радиоэкология торфяных почв». С.Петербург, 1994. С. 126.

88. Почвоведение. Под ред. И.С. Кауричева, 1982. 495 с.

89. Почвоведение. Под ред. В.А. Ковды, Б.Г. Розанова. М.: Высш. шк., 1988. 768 с.

90. Пристер Б.С., Трускавецкий P.C., Проневич В.А. Поведение радиоцезия в осушенных торфяных почвах и его накопление в растениях. Матер, межд. конф. "Радиоэкология торфяных почв". С.-Петербург, 1994. С. 42-43.

91. Пристер Б.С., Иванов Ю.А., Перепелятникова JI.B. Проблемы применения контрмер в сельском хозяйстве Украины после аварии на Чернобыльской АЭС. Вюник arpapHoi науки, 1996. № 1. С. 74-81.

92. Прохоров В.М. Миграция радиоактивных загрязнений в почвах. Физико-механические механизмы и моделирование. Под ред. Алексахина P.M. М.: Энергоиздат, 1981. 98 с.

93. Прохоров В.М., Фрид A.C. Связь между адсорбцией и скоростью диффузии микроколичеств стронция в почве. Радиохимия. 1966. Т. 8. № 6. С. 695-696.

94. Пуринь А.П. Особенности накопления и миграции цезия-137 в полугидроморфных и гидроморфных почвах Латвийской ССР. Автореферат. Дисс. соиск. уч. ст. к. с-х. н. Елгава, 1971. 21 с.

95. Раев В.А., Васильева H.A., Круглов C.B., Куринов А.Д. Миграция радионуклидов чернобыльских выпадений по вертикальному профилю почв суходольных лугов. Тез. 3-ей Всес. конф. по с.-х. радиологии. Обнинск, 1990. Т. 4. С. 16-18.

96. Рекомендации по ведению сельского хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения территории в результате аварии на Чернобыльской АЭС на период 1991-1995 гг. Москва, 1991. 58 с.

97. Рекомендации по использованию загрязненных радионуклидами пойменных земель Белорусского полесья. Гомель, 2001. 27 с.

98. Рерих JT.A. Агрохимические аспекты поведения 137Cs в системе почва-сельскохозяйственные растения. М., 1982.

99. Санжарова Н.И. Влияние почвенных условий и распределения корневых систем на поступление 90Sr в дикорастущие травянистые растения. Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к. б. н. Изд-во МГУ, 1978, 23 с.

100. Санжарова Н.И. Изучение миграции радионуклидов в торфяных почвах Брянской области. Матер. Междун. конф. "Радиоэкология торфяных почв", 7-11 июня 1994, С.Петербург, 1994. С. 89-94

101. Сельскохозяйственная радиоэкология. Под ред. Алексахина P.M., Корнеева H.A. М.: Экология, 1992. 400 с.

102. Семенютин А.М., Перепелятникова JI.B., Пристер Б.С. Особенности вертикальной миграции стронция-90 и цезия-137 в почвах зоны ЧАЭС. Тез. докл. 3-й Всес. конф. по с.-х. радиологии. Обнинск, 1990. Т.1. С. 17-18.

103. Силантьев А.Н., Шкуратова И.Г. Миграция 137Cs в почвах ET СССР. Труды ИЭМ, 1980. Вып. 10(86). С. 47-51.

104. Силантьев А.Н., Шкуратова И.Г., Бобовникова Ц.И. Вертикальная миграция в почве радионуклидов, выпавших в результате аварии на ЧАЭС. Атомная энергия, 1989. Т. 66. Вып. 1. №3. С. 194-197.

105. Силантьев А.Н., Шкуратова И.Г. Изменение параметров миграции 137Cs в почве. Атомная энергия, 1988. Т. 65. Вып. 2. № 8. С. 137-141.

106. Силантьев А.Н., Шкуратова И.Г., Хацкевич Р.Н. Определение вертикального распределения параметров миграции 137Cs в почве. Тр. ин-та эксп. метеорологии, 1985. Вып. 13 (118). С. 108-114.

107. Соболев С.С. Защита почв от эрозии. М.: Сельхозгиз, 1961. 232 с.

108. Спиридонов С.И., Фесенко C.B., Санжарова Н.И. Моделирование поведения 137Cs в системе почва-растение после применения мелиорантов. Радиационная биология. Радиоэкология, 2001. Т. 41, №3, С. 337-344.

109. Справочник агронома Нечерноземной зоны. Под ред. Г.В. Гуляева. М.: Агропромиздат, 1990. 575 с.

110. ТейтР. Органическое вещество почвы. М.: Мир, 1991. 400 с.

111. Тимофеев-Ресовский И.В., Титлянова A.A., Тимофеев H.A., Махонина Г.И., Молчанова И.В., Чеботина М.Я. Поведение радиоактивных изотопов в системе почва-раствор. Радиоактивность почв и методы ее определения. М. Наука, 1966. С. 46-80

112. Толчельников Ю.С. Эрозия и дефляция почв. Способы борьбы с ними. М.: Агропромиздат, 1990. 158 с.

113. Тюрюканова Э.Б., Павлоцкая Ф.И. Распределение радиоактивного стронция в почвах различных зон. М.: Атомиздат, 1967. 63 с.

114. Федоров Е.А., Смирнов Е.Г., Мартюшов В.З. и др. Миграция 90Sr и 137Cs в системе почва растительность сенокосов и пастбищ. 2-я Всес. конф. по с.-х. радиологии. -Обнинск, 1984. Т.1. С. 108-109.

115. Фесенко C.B., Спиридонов С.И., Санжарова Н.И., Анисимов B.C., Алексахин P.M. Моделирование миграции ,37Cs в системе почва-растения на торфяных почвах, подвергшихся загрязнению после аварии на Чернобыльской АЭС. Экология, 2002, №3, с.185-192

116. Фесенко C.B. Аграрные и лесные экосистемы: радиоэкологические последствия и эффективность защитных мероприятий при радиоактивном загрязнении. Дисс. на соиск. уч. степ. д. б. н. Обнинск, 1997. 410 с.

117. Фесенко C.B., Санжарова Н.И., Алексахин P.M., Спиридонов С.И. Статистический137анализ закономерностей поведения Cs в почвах зоны аварии на Чернобыльской АЭС. Почвоведение, 1996. №4, С. 514-519.

118. Фесенко C.B., Спиридонов С.И., Санжарова Н.И., Алексахин P.M. Моделирование биологической доступности 137Cs в почвах, подвергшихся загрязнению после аварии на Чернобыльской АЭС. Радиационная биология. Радиоэкология, 1996. Т. 36. Вып. 4. С. 479487.

119. Фесенко C.B., Спиридонов С.И., Санжарова Н.И., Алексахин P.M. Изменение147биологической доступности Cs в луговых экосистемах после аварии на Чернобыльской АЭС. Доклады Академии наук, 1996. Т. 347. № 6. С. 847-849.

120. Физическая химия. Под ред. Б.П. Никольского. Л.: Химия, 1987. 879 с.

121. Филатова Е.В., Черткова Т.П., Смирнов Е.Г. Особенности долговременного поведения 90Sr и 137Cs в системе почва растение. Тез. докл. 2-ой Всес. конф. по с.-х. радиологии. Обнинск, 1984. Т.1. С. 105-106.

122. Фирсакова С.К., Гребенщикова Н.В. Поступление 90Sr и 137Cs в растительность лугов из дернины. Докл. ВАСХНИЛ, 1980. № 9. С. 19-22.

123. Фирсакова С.К. Гребенщикова Н.В. Поступление 90Sr и 137Cs в травостой пойменного луга в зависимости от сезона выпадения радионуклидов. Тез. докл. 1-ой Всес. конф. по с.-х. радиологии. Обнинск, 1979. С. 150-151.

124. Фирсакова С.К., Гребенщикова Н.В., Новик A.A. и др. Эффективность различных способов обработки дернины при снижении загрязнения луговых травостоев. Тез. докл. 3-ей Всес. конф. по с.-х. радиологии. Обнинск, 1990. Т. 1. С. 95-96.

125. Химия долгоживущих осколочных элементов. Под ред. A.B. Николаева. М:. Атомиздат, 1970. 328 с.

126. Хомич В.К. Исследования радиоэкологической обстановки на территории Белоруссии в условиях интенсивных радиоактивных выпадений. Автореф. дисс. на соск. учен. степ. к. б. н. Обнинск, 1990. 23 с.

127. Шагалова Э.Д. Сорбция микроколичеств цезия некоторыми почвами Белоруссии. Почвоведение, 1982. № И. С. 26-33.

128. Шагалова Э.Д., Матвеенко И.И., Жукова О.М., Герменчук М.Г. Особенности миграции чернобыльских радионуклидов в почвах Беларуси. Тез. докл. межд. конф. «Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях». Москва, 2000. С-Пб.: Гидрометеоиздат. 133 с.

129. Юдинцева Е.В., Левина Э.М. О роли калия в доступности 137Cs растениям. Агрохимия, 1982. № 4. С. 75-81.

130. Юдинцева Е.В., Гулякин И.В. Агрохимия радиоактивных изотопов стронция и цезия. М.: Атомиздат, 1968. 472 с.

131. Юдинцева Е.В., Гулякин И.В., Фоломкина З.В. Влияние механических фракций дерново-подзолистой почвы и чернозема на накопление стронция-90 и цезия-137 в урожае овса. Изв. ТСХА, 1968. № 4. С. 134-141.

132. Юдинцева Е.В., Павленко Л.И., Зюликова А.Г. Свойства почв и накопление 137Cs в урожае растений. Агрохимия, 1981. № 8. С. 86-93.117

133. Юдинцева Е.В., Гулякин И.В., Бакунов Н.А. Поступление Cs в растения из почв различных климатических зон. Агрохимия, 1968. № 1. С. 78-79.

134. Barber D.A. Influence of Soil Organic Matter on the Entry of Caesium-137 into Plants. Nature. 1964. V. 204. P. 1326-1327.

135. Behaviour of radionuclides in natural and semi-natural environments. European Commission, EUR 16531 EN. Final report ECP PROJECT № 5, Luxembourg, 1996. 147 p.

136. Bolt G.H., Sumner M.E., Kamphorst A.A. Study of equilibrium between three categories of potassium in an illitic soil. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 1963. V.27. P. 294-299.

137. Bovard P., Grauby A., Saas A. Chelating effect of organic matter and its influence on the migration of fission products. In: "Isotopes and Radiation in Soil Organic-Matter Studies". IAEA, Vienna, 1968. P. 123-142.

138. Cremers A., Elsen A., De Preter P., Maes A. Quantitative analysis of radiocaesium retention in soils. Nature. 1988. V. 335. № 6187. P. 247-249.

139. Cremers A., Pleysier J. Adsorption of the silver-thiourea complex in montmorillonite. Nature. 1973. Vol. 243. P.86-87.

140. De Preter P. Radiocaesium retention in the aquatic, terrestrial and urban environment: a quantitative and unifying analysis. PhD Thesis, K.U., Leuven, Belgium, 1990. 93 pp.

141. Desmet G.M., Van Loon L.R. Chemical speciation and bioavailability of elements in the environment and their relevance to radioecology. Sci. Total Environ., 1991. V. 100. P. 105-124.

142. D'Souza T.Y., Fagniart E., Kirchmann R. Effects of clay mineral tape and organic matter on the uptake of radiocaesium by pasture plants. Studiecent. Kernenerg Rapp, 1980. 538 p.

143. Evans E.J., Dekker A.J. Fixation and release of 137Cs in soils and soil separates. Canad. J. Soil Sci, 1966. V. 46. P. 217-222.

144. Graham E.R. Uptake of waste 90Sr and 137Cs by soil and vegetation. Soil Sci., 1958. V. 86. P. 91-97.

145. Hove K. Chemical methods for reduction of the transfer of radionuclides to farm animals in semi-natural environments. Sci. Total Environ., 1993. V. 137. № 1/3. P. 235-248.

146. Hird A.B., Rimmer D.L., Livens F.R. Total caesium-fixing potentials of acid organic soils. J. Environ. Radioact., 1995. V. 26. P.103-118

147. Jackson W.A. et al. Effects of various cations on cesium uptake from soils and clay suspensions. Soil Sci., 1965. № 99. P. 345-353.

148. Juo A.S.R., Barber S.A. An explanation of variability of in Ca-Sr exchange selectivity of soil, clay and humic acid. Soil Science Soc.Amer.Proc., 1969. 33. P. 364-369.

149. Konoplev A.V., Bulgakov A.A., Popov V.E., Bobovnikova Ts.I. Behaviour of long-lived radionuclides in a soil-water system . Analyst. 1992. V. 117. P. 1041-1047.

150. Kinnburgh D.G., Jackson ML., Cation adsorption by hydrous metal oxides and clay. Adsorption of inorganics at solid-liquid interfaces (Eds. M.A. Anderson, A.J. Rubin). Ann. Abor. Science, 1981.

151. Kirk G.D., Stauton S. On predicting the fate of radioactive caesium beneath grassland. Soil Science, 1989. V. 40. P.71-84.

152. Kuhn W., Handl G., Schuller P. The influence of soil parameters on 137Cs+ uptake by plants from long-term fallout on forest clearings and grassland. Health Phys., 1984. V. 46. 1 5. P. 10831093.

153. Lembrechts J.F. A review of literature on the effectiveness of chemical amendments in reducing the soil-to-plant transfer of radiostrontium and radiocaesium. Sci. Total Environ., 1993. 137. P. 81-98.

154. Menzel R.G. Competitive uptake by plants of potassium, rubidium, caesium and calcium, strontium, barium from soils. Soil Sci., 1954. V. 77. 1 6. D. 419

155. Nisbet A.F., Salbu B., Shaw S. Association of radionuclides with different molecular size fractions in soil solution: implications for plant uptake. J. Environ. Radioactivity, 1993. V. 18. P. 71-84.

156. Nishita H., Romney E.M., Larson K.H. Uptake of Radioactive Fission Products by Crop Plants. Agric. Food Chem., 1961. V. 9. 1 2. P. 101-106.

157. Nishita H., Haug R.M., Hamilton M. Influence of Minerals on 90Sr and 137Cs Uptake by Bean Plants. Soil Sci., 1968. V. 105. 1 4. P. 237-243.

158. Nishita H., Romney E.M., Alexander G.V., Larson K.H. Influence of K and Cs on Release of 137Cs from Three Soils. Soil Sci., 1960. V. 89. 1 3. D. 167-176.

159. Nishita H., Taylor P., Alexander G.V., Larson K.H. Influence of Stable Cs and K on the Reaction of 137Cs and 42K in Soils and Clay Minerals. Soil Sci., 1962. V. 94. 1 3. P. 187-197.

160. Nisbet A.F., Mocanu N., Shaw S. Laboratory investigation into the potential effectiveness of soil-based countermeasures for soils contaminated with radiocaesium and radiostrontium. Sci. Total Environ., 1994. 149. P. 145-154.

161. Page Y.B., Baver L.D. Ionic size in relation to fixations by colloidal clay. Soil Sci. Soc. Am. Proc., 1940. V. 4. №2. P. 150-160.

162. Prout W. E. Soil Sci. 1958. V. 86. 1 1. P. 13.

163. Rafferty B., Dawson D.E., Colgan P.A. Assessment of the role of soil adhesion in the transfer of 137Cs and 40K to pasture grass. The Sci. of Tot. Env., 1994. V. 145. P. 135-141.

164. Richards L. (Ed). Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. US DA Handbook 60. NY, 1954.

165. Rhodes D.W. The effect of pH on the uptake of radioactive isotopes from solution by a soil. Soil Sci. Soc. Proc., 1957. V. 21. 1 4. P. 389-392.

166. Sanzharova N.I., Fesenko S.V., Kotik V.A., Spiridonov S.I. Behaviour of radionuclides in meadows and efficiency of countermeasures. Radiation Protection Dosimetry, 1996. V. 64, № 1/2. P. 43-48.

167. Shaw G. Blockade by fertilizers of caesium and strontium uptake into crops: effects on the root uptake process. Sci. Total Environ., 1993. 137. P. 119-133.

168. Sawhney B.L. Selective sorption and fixation of cations by clay minerals: a review. Clays and Clay Miner. 1972. V.20. P. 93-100.

169. Shand C.A., Cheshire M.V., Smith S., Vidal, V., Rauret, G.J. Distribution of radiocaesium in organic soils. J. Environ. Radioact., 1994. V. 23. P. 285-302

170. Sheppard M. J., Beals D. I., Thibault D. N., O' Connor P. Soil nuclide distribution coefficients and statistical distributions. Atomic Energy of Canada Ltd. AECL 8364. Pinawa. Manitoba. 1984. 64 p.

171. Sheppard M.J. Radionuclide partitioning coefficients in soils and plants and their correlation. Health Phys., 1985. V. 49. №1. P. 106 111.

172. Schulz R. K., Overstreet R., Barshad I. On the Soil Chemistry of Caesium-137. Soil Sci., 1960. V. 89. № 1. P. 16-27

173. Shalbevet J. Effect of mineral type and soil moisture content on plant uptake of 137Cs. Radiat. Bot. 1967. V. 13. № 3. P. 165-171.

174. Valcke E. The behavior dynamics of radiocaesium and radiostrontium in soils rich in organic matter. PhDThesis, K.U., Leuven, Belgium, 1993. 135 pp.

175. Valckle E., Cremers A. Sorption-desorption dynamics of radiocaesium in organic matter soil. Sci. Total Environ. 1994. 157. P. 275-283.

176. Wilkins B.T., Howard G.M. Strategies for the development of agricultural countermeasures. Sci.Total Environ. 1993. V. 137. P. 1-8.

177. Wauters J., Vidal B., Elsen A., Cremers A. Prediction of soil-liquid distribution coefficients of radiocaesium in soils and sediments. Part II: A new procedure for solid phase speciation of radiocaesium. Applied Geochemistry, 1996. V. 11. P. 595-604

Информация о работе

Подворко, Галина Анатольевна
кандидата биологических наук
Обнинск, 2004
ВАК 03.00.01

Диссертация

Закономерности миграции 137Cs на болотных лугах в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы