Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАКОПЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ ИЗ ГЛОБАЛЬНЫХ ВЫПАДЕНИЙ В ТРАВОСТОЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ И СЕЯНЫХ ЛУГОВ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ (НА ПРИМЕРЕ 90SR И 137CS)

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАКОПЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ ИЗ ГЛОБАЛЬНЫХ ВЫПАДЕНИЙ В ТРАВОСТОЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ И СЕЯНЫХ ЛУГОВ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ (НА ПРИМЕРЕ 90SR И 137CS)"

J-гsзs6

Всесоюзный научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии Госагропрома СССР

КОЧАН Игорь Григорьевич

На правах рукописи

УДК 546.79:631.438: 632.118.3

ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАКОПЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ ИЗ ГЛОБАЛЬНЫХ ВЫПАДЕНИЙ В ТРАВОСТОЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ И СЕЯНЫХ ЛУГОВ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ' (НА ПРИМЕРЕ 903г И 187Са)

03.00.01 — радиобиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Обнинск —1986

•• Работа выполнена в Отделе радиоэкологии Института биологии Коми филиала АН СССР

•*• & Научный руководитель: '■" ~ ^ ' '

доктор биологических наук, профессор, лауреат Государствен' иой премии СССР Р.М.Алексахин • ^

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Г,Г.Глонти. -кандидат биологических наук, ст.н.с. А.В.Егоров ,

Ведущая организация: • .

Центральный Институт агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИИАО)

Защита состоится " " ууо^^а , , 1986 г. в_^ , час.

на заседании специализированного совета,К. 120,81.01 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук во Всесоюзном НИИ сельскохозяйственной радиологии Госагропрома СССР по адресу: г.Москва, ул.Белинского 4, ком. 301.

Отзывы на автореферат просьба направлять по адресу:

249020, Калужская обл., г.Обнинск, ВНИИСХР, специализирован' ный совет.

С. диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного Института сельскохозяйственной радиологии.

Автореферат разослан: " " • ■сш^.д-й и 1986 г.

Ученый секретарь специален- "

рочэдшого с-зіV :їіат - * •

, биологических ла; ' Н.И.Санжарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТШСЛУлБОТЫ

' Актуальность проблемы. При эксплуатации /ЭС и и^тсоторых других предприятий ядерного топливного ц • -¿л i :асть продуктов деления и активации, в том числе ®0Sr я может л вступать

в-' окружающую среду с гаэоаэрозольными выбрс ^амн (Силантьев, 1934) и жидкими отходами-(Орлова и др., 19Ь4; Грачев н др., 1984). Излучение этих веществ при их рассеивании в атмосфере и гидросфере, способно стать причиной облучения человека за счет поступления радионуклидов в организм, в частности, с пищевыми ,продуктами (Ильин, Павловский, 1984).

Для того, чтобы дать оценку долгосрочным последствиям реального или потенциального высвобождения радионуклидов в ок-' ружакнцута среду необходимо создание математических моделей транспорта важнейших радионуклидов в природной среде, что мо-• жег послужить основой для определения темпов переноса радионуклидов, их накопления в рационе и соответствующих, дозовых нагрузок. Одним из аспектов построения подобных моделей применительно к arpo- и фитоценоэам, с учетом их реальных условий и масштабов, является установление закономерностей перехода радионуклидов из почв в растения, включая, выявление факторов, которые определяют интенсивность поступления радионуклидов в урожай и могут характеризовать почвенный покров рассматриваемых территорий как среду миграции радионуклидов в системе почва-растение. Знание упомянутых закономерностей дает возможность определить тот набор параметров среды, который необходим для удовлетворительного количественного описания пространственной изменчивости биологической доступности ра- \ дионуклидов в почвах зоны воздействия источника загрязнения.

Перспективным подходом к решению указанных выше задач, по нашему мнению, .является создание многомерных математических моделей, связывающих интенсивность перехода радионуклидов из почвы в растения с нелабильными физико-химическими характеристиками почв.

Цель исследования заключается в том, чтобы на основании полученных в условиях arpo* н фитоценозов данных о поведении 9%г и из глобальных выпадений в системе почва-растение

установить характерные для относительно больших площадей (в частности, для таежной зоны Коми АССР) закономерности накопления указанных радиокуклидовестестоеннымн и сеяными травостоями с учетом пространственной вариабельности свойств . почвенного покрова, и оценить возможность использования набора физико-химических характеристик почв в качестве основы для прогнозирования загрязнении трад<ллоев;903гн

_ Д?»учЕ"Я 1...Í,-::"i. ' 1

Тюйоп?^».! сл.l"!.....■>! 1 Л л Q-?Q¿

СеЛЫКСХ 1 ».Т. D ч. f г ! j

им. К. А. 'f-'.'S".' '5

Э а дачи иссл едо вания:

1. Оценка уровня загрязнения- 90Sr и 137Св почв лугов и его. вариабельности. '

2. Оценка интенсивности перехода радионуклидов в травостои и ее вариабельности в зоне исследования.

3. Установление степени и характера взаимосвязи интенсивности накопления радионуклидов травостоями с,важнейшими физи-' ко-химическими характеристиками почв,

4. Выяснение роли совокупности параметров почвы в изменчивости биологической доступности 90gr п 13Tqs

5. Рассмотрение возможности математического моделирования изменчивости в пространстве показателей биологической доступности ?®Бги -^^Cs на основе физико-химических характеристик почв.

Научная новизна. Обоснована возможность количественной оценки пространственной изменчивости свойств почвенного по, крова естественных н сеяных лугов таежной зоны как среды миграции и. в системе почва-растение путем использо-

вания уравнений множественной регрессии, связывающих показатели биологической доступности радионуклидов с совокупностью ряда физико-химических характеристик почв. Исследована зависимость интенсивности перехода ®%ги ^^Са из почв в сеяные и естественные луговые травостои от отдельных фиэико-химиче-ских характеристик почв и от их совокупности. Установлено, что в условиях arpo- и фитоценозов величина коэффициента накопления (КН) 90gr и 137qs определяется конкурирующим влиянием одновременно нескольких почвенных факторов на биологическую доступность радионуклидов. Показана применимость урав-. нений множественной регрессии для количественного описания миграции 90gr и

137Csb

звене почва-растение применительно к реальным для сельскохозяйственного производства условиям и масштабам, ,

Практическая значимость. Предложен опробованный в условиях сеяных и естественных лугов таежной зоны Коми АССР способ количественной оценки почвенного покрова больших по площади территорий как среды миграции и •

системе

почва-растение. Этот способ основан на использовании данных о совокупности ряда нелабильных физико-химических характеристик почв. Полученные в работе результаты могут быть использованы для прогнозирования поступления и "7с8 В травостои естественных и сеяных лугов, для определения расчетным путем тех участков сельскохозяйственных угодий для которых характерна наибольшая интенсивность перехода 90srtt 137¿S1^ почв

t ч •

я растения, а также при разработке региональных норм содержания и 137с« о почве, создании математических моделей транспорта радионуклидов по пищевым цепочкам и при оценке оклада этих радионуклидов в дозовую нагрузку на человека.

Теоретическое значение. Полученные, в работе количественные характеристики взаимосвязи биологической доступности ®0дг и 137Сз с отдельными основными физико-химическими характеристиками почвы »г с их совокупностью дополняют современные тео- , ретические представления о закономерностях миграции радионуклидов в системе почва-растение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введет! и я,, обзора литературы, трех глав с материалами собстветшгх исследований, заключения, выводов,списка литературы и приложения- Работа изложена на 189 страницах машинописно го текста, иллюстрирована 2 рисунками и 16 таблицами. Библиографический раздел включает 187 наименований, в т.ч. 55'"- иностранных источников.

Апробация работы. Диссертация рассмотрена и рекомендована к защнтс на заседании Ученого Совета Института биологии Коми филиала АН СССР в январе 1986 г. Материалы диссертации обсуждались на научно-координационном совещании "Итоги » перспективы/. радиационного мониторинга в области растениеводства" (Обнинск, 1983), Всесоюзной научной конференции молодых уче-ных-по сельскохозяйственной радиологии (Обнинск, 1983), Второй Всесоюзной конференции по сельскохозяйственной радиологии (Обнинск, 1984), IX Коми Республиканской молодежной научной конференции (Сыктывкар, 1985).

Публикации. Основные результаты и выводы диссертации опубликованы в четырех печатных работах.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

С учетом роли отдельных типов почв и видов угодий в сельскохозяйственном производстве в рассматриваемой зоне в качестве объекта исследований нами были выбраны сеяные луговые травостои на почвах подзолистого типа и естественные луговые травостои на аллювиально-дерновых почвах.

Исследования проводились в б регионах различных подзон таежной зоны а пределах Коми АССР, Регионы 1-У, в пределах которых проводился пробоотбор, представляли собой территории площадью в несколько сот км^. На этих территориях располагались преимущественно мелкоконтурные, как правило разобщенные участки сельскохозяйственных угодий. В пределах каждого

из регионов для про боотбора выбирались участки лугов, которые имели плохцадь 10-40 га. Для каждого такого участка отбирался один средний образец почвы из слоя 0-20 см. Этот образец являл-сярезультатом усреднения почвы из 40 точек отбора, расположенных по площади участка "конвертом". Образцы надземной массы растений отбирались непосредственно с точек отбора проб почв и затем усреднялись. Всего было обследовано около 1500 га естественных лугов и более 1000 га сеяных. На первых из них лробоот-бор был проведен на 83 участках, а на вторых —На 69. Объемы выборки для каждого из регионов приводятся в табл.1 и 4.

Из сеяных лугах, взятых а качестве объе!Ста исследований, растительность была представлена одной культурой тимофеевкой луговой (Phleum pratense L.), а на естественных лугах —■ естественным травостоем, в образовании которого на территории Коми АССР по данным Болотовой В.М. (1954) принимают участие около 400 видов. Доля злаковых трав, бобовых и разнотравья в .травостое существенно варьирует. Так, для естественных лугов поймы р.Печора доля указанных ботанических групп изменяется в пределах соответственно; 27-78>0, 0,1-48% и 10-68Í& (Котелина, Хантимер, 1959).

В пробах по>ш и растений радиохимическими методами определялось содержание 90Sr и 137 os. Кроме того, для каждой пробы почвы устанавливались следующие характеристики: (срдержа-'иие Са^^,, К^дл (по Кирсанову), сумма поглощенных оснований (S) по Каппену-Гильковнцу, органический углерод (С0рГ) по Тюрину, а также емкость поглощения (Е), гидролитическая кислотность (Н) по Каппену а рНКС1.

В результате обработки па ЭВМ-всего комплекса числовых .материалов исследования, получены статистические данные о варьировании каждого из рассматриваемых параметров,, об их парных корреляционных связях друг, с другом и-с. показателем интенсивности перехода каждого из радионуклидов- . (90sr и 137cs) в растения — коэффициентом накопления (ICII).

Парные корреляционные связи-оценивались путем; аппроксимации соответствующих зависимостей следующими 9 функциями линейной, логарифмической, степенной, показательной, логистической, функцией вида Y =* 1/А+ ВХ, гиперболой Y =» А + В/Х, а также полиномами 2 и 3 степени. Результаты аппроксимации с использованием нелинейных функций использовались в тех случаях, когда возникала необходимость выяснить, не вызвана ли слабая корреляция параметров (при линейной аппроксимации) отклонением рассматриваемых зависимостей от линейности. Для оценки взаимосвязи между КН радионуклидов и совокупностью указан-

ных выше физико-химических характеристик использовался метод множественного регрессионного анализа, который позволил получить количественные характеристики множественной корреляционной связи КН 90дг и

со свойствами почв — коэффициенты * множественной' корреляции (II) и коэффициенты частной множественной корреляции. (В,*).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

. 1. Закономерности поступлении к в травостои

сеяных лугов^ ;

В таблице 1 приводится основные статистические характеристики, позволяющие судить об интенсивности перехода радионуклидов из почв в растения тимофеевки луговой (Phleum pratense L..), а также о вариабельности этой интенсивности в пределах отдельных регионов и всей зоны исследования в целом.

' .. . ' Таблица 1

Статистические данные по вариабельности КН радионуклидов дли тимофеевки луговой (Phleum'pratense L.)

Регион Участки, п Размах варьирования • X ± V

1 КН Э03г

1 17 0, 5-2, 3 0, 38±0,42 43 '

II 16 0f 6-2, 8 1, 48 ±0, 62 42

ш 18 ч 0, 7-3, Б 1, 69+0, 66 39

1У 9 0, 5-1, 2 0, 84+0, 26 31

У 9 0, 7-2, 0 1. 10±0, 42 38

В целом вэ ' 0, 6-3, 5 1, 28 ¿0,61 48 >

KH*37Cs

17 0, 01-0, 30 0, 13±0, 08 .63

II 16 0,16-0,76 0, 34 ±0,21 61

ЇП 18 0» 40-1,70 0, 94±0, 37 40

1У 9 0,11-0,68' 0, 20 ±0,18 .91

У - а 0,10-0, 70 0.40:4), 19 47

В целом 69 0, 01-1, 70 0, 43±0, 39 91

Изменчивость биологической доступности II 13'Сз наб.

л издается на фоне существенной вариабельности агрохимических характеристик почв, Так^, содержание обменного Са в почвах зоны исследования варьирует от 2,7 до 18,9 мг-экв/100 г, І^лодв - от 5,0 до 39,8 мг/100 г, органического углерода от 0,39 до.

7,32%, Н— от 0,3 до 15,2 мг-экв/100г, 3 -4,0-21,6 мг-экв/100г, Б — 8,1-36,4 мг-экв/100 г, рНКС( — от 3,7.до 6,8. В связи с этим .представляется необходимым выяснить, в какой мере КН 90дг и КН связаны с характеристиками почв, что даст возмож-

ность судить о перспективах использования этих характеристик в качестве предикторов биологической доступности радионуклидов. ' '

В табл.2 приведены коэффициенты парной корреляции (г) для связей КН 90дг и 137с8 с • физико-химическими характеристиками почв (при линейной аппроксимации зависимостей);что дает представление о степени взаимосвязи вариабельности КН радионуклидов и пространственной изменчивости свойств почв*. Анализ данных табл,2 показывает, что они соответствуют имеющимся в литературе описаниям механизмов, лимитирующих поступление 90дг и 157^5 из почв в растения. ''

Так, рассмотрение корреляционных связей КН (достоверных при уровне значимости менее 0,10) показывает, что в ряде регионов проявляется тенденция к уменьшению КЕ1 с ростом.

. - Таблица 2

Коэффициенты парной корреляции КП радионуклидов со свойствами почв для тимофеевки луговой {при линейной аппроксимации зависимостей)

~ Регионы теристи- ■1 - ■ ■■ - ■ —.-■ ---------------—

КН ПОЧВ . 1 ' 11 Ш 1У У В цепом

- КНао5г

С»обм ■ 0,72ххж~ - 0.41 - 0,25 ■ 0.62* -0,49 -0,27х

Н 0,42* 0,00 . -0,34 0,54 - 0,33 0,09

8 ' - 0,74*** — ' - 0,22 . 0,66х - 0,45.' -0;15

Е -0,65хх — -0.31 , - 0,62* * 0,42 ■0,02

С0рГ РНКС1 - 0,45* - 0,51х • 0,33 - 0,38 - 0,31 •0,25х

- 0,6Х** -о,ое 0,47х -0,25 0,08 -0,20*

КН 137Св

Саобм -0,61* - 0,53* -0,05 0,47 0,18 - 0,08

Кподв : * 0,44* , 0,36 - 0,39* 0,09 -0,32 - 0,62ххх

Н ' 0,30 -0,19 * 0,60=" 0,23 0,35 0,26*

8 - 0,54х — - 0,16 0,45 0,26 0,16

Е -0,33 — -0,37 0,60* 0,33 ; -0,27х

^орг Р"КС1 . 0,32 * 0,35 - 0,49 0,05 * 0.27 - 0Ч20

0,44* 0,17 0,44* -0,09 -0,30 -0,37*х

Примечание:*—достоверно при Р< 0,10; * — то же, при Р •< 0,05; хх — то же, приР<0,01; —тоже, при Р<0,001.

содержания в почве Св^^, суммы поглощенных оснований, Сорг, а также с ростом емкости поглощения почв и рНКС}. Прямая корреляция между-КН 90дг и Н (регион 1) обусловлена усилением выщелачивающего действия почвенных растворов при увеличении гидролитической кислотности почв. В данном регионе существует тесная связь между гидролитической кислотностью и РНШЛ (г " Аво; р < -

В регионе Ш содержание в почвах органического вещества тесно связано с Е (г = 0,89; Р < 0,001), суммой поглощенных оснований (г = 0,76; Р < 0,001) и гидролитической кислотностью (г » 0,77; Р < 0,001); которая в свою очередь имеет обратную корреляционную связь с рНкс) (г =» -0,85; Р < 0,001). Таким образом, в данном регионе увеличение содержания в почве органического вещества приводит к росту Е, 5, Н и активной кислотности почв. При этом величина КН определяется конкурирующим влиянием перечисленных-факторов на доступность радионуклида растениям. Результатом этого является достоверное возрастание КН ЭОЗг,. наблюдаемое наряду с увеличением рНкс), .что обуславливает косвенную корреляцию этих показателей (г = 0,47; Р < 0,05) .Подобная корреляционная связь наблюдается в регионе Ш также и для КН137сз(г = 0,44; Р<0,10). '

Интенсивность перехода: из почв в растения тимофеевки

луговой, как это следует из табл.2, для всех регионов в целом имеет тенденцию к увеличению на участках с меньшим содержанием в почве К^д,,, с большей кислотностью почв. На уровне отдельных регионов наблюдаются некоторые особенности во взаимосвязи КН 137сзс почвенными характеристиками. Так, для регионов 1 и II отмечается достоверное влияние на КН содержания в почве Сайбм, для региона 1 — в, для региона 41 -достоверная корреляционная связь КН с ц (г = -0,59;

Р < 0,01) , а для региона 1У — прямая связь КН I3' Сз с Е (г = 0,60; Р < 0,10). Факт уменьшения КН ^^Оз с ростом содержания в почве Сасбм и 3 вряд ли нуждается в комментариях. Обратная коррелящш КН 137^3 иНв регионе П1 является косвенной, и, вероятно, обусловлена тем, что в данном случае с увеличением содержатся в почве органического вещества происходит одновременное уменьшение КН 137с3 (г «=, .0,49; Р < 0,05) и увеличение Е^ 8 и Н (соответственно: г = 0,89, 0,75 и 0,77 при Р < 0,01). Для региона 1У можно, вероятно, предположить, что прямая корреляция Е и КН 137обусловлена тем, что в данном регионе емкость поглощения почв увеличивается пропорционально седержанию в них органического вещества (г =* 0,71; Р < 0,05), которое спо-

собствует изоляции минеральных частиц почвы. и уменьшению сорбции ими увеличивая тем самым биологическую доступ-

ность этого радионуклида, Для ^^тподобные связи не характерны, что может, быть обусловлено его сорбцией непосредственно органическим веществом.

Как. следует из данных табл.2, наличие некоторых обших для всей зоны исследований тенденций во-взаимосвязи КН 90дги-с параметрами почв не является аргументом в пользу идентичности характера связи КН радионуклидов с отдельными характеристиками почв в каждом из регионов. При линейной аппроксимации зависимостей от одного региона к другому может изменяться сила, достоверность, а иногда и направленность корреляционных связей КН с показателями почв.

Результаты аппроксимации связей КН радионуклидов с характеристиками почв с использованием нелинейных функций показывают, что-в некоторых регионах слабые'корреляционные связи КН (при линейной аппроксимации) обусловлены определенными отклонениями соответствующих зависимостей от линейности. Так, при описании связи КН ^Згс Сорг в регионе III гиперболой (КН ЭОвг =• А + В/Сорг, А и В — коэффициенты) коэффициент корреляции. составляет 0,40 (Р < 0,05), в то время, как при линейной аппроксимации эта связь недостоверна. Корреляция КН „ рНКС1 в регионах 1-1У при аппроксимации полиномом 2 степени характеризуется г-= 0,58; 0,60; 0,58; 0,52 (Р < 0,05), тогда как в случае линейной аппроксимации (табл.2) в регионах И и 1У достоверная свлзь этих же параметров не проявляется. Использование полиномов третьей степени для описания связей КН ^^^Сз с ^подд позволило установить, что в регионе 1 и для всех участков в целом эта связь более сильная (г^'О.бг; 0,67 при Р< 0,05), чем это следует из результатов линейной аппроксимации. Однако, применение нелинейных функций, так же как и линейных, не позволило выявить достоверных связей КН 137(29 с Кпода в регионах II, 1У и У. В случае КН ЭОвг не было обнаружено каких-либо других или более сильных корреляционных связей с Саобм, чем те, которые отражены в табл;2. -

Отсутствие в отдельных регионах достоверных количественных связей КН радионуклидов с теми или иными почвенными характеристиками не может, тем не менее, ставить под сомнение роль рассматриваемых параметров почв как предикторов биологической доступности радионуклидов, поскольку для того, чтобы сделать такой вывод необходимо, рассмотреть, не только корреляционные связи КН радионуклидов с отдельными характеристиками почв, но и связь с совокупностью этих характеристик. ■.

В' табл.3 приведены коэффициенты множественной корреляции (Н) для уравнений регрессии типа:

КНвЛ +2 к|х(

1=1 -

где А^ и Ц — коэффициенты, а - показатели почв: содержание соответствующего радионуклида, Саобм, К^да, Н, $, Е, РНКС1, содержание Сор1..

Таблица 3

Значения П для связи КН и тимофеевкой луговой

со свойствами почв'' '

Регион —■

Я и его дов ернт«л ьный интервал при Р <0,03 _ КН 905т . КЦ137С5

1 0,67 <0,84 <0,90 0,10 <0,56 <0,97

П 0,52 < 0,76 <0,99* 0,68 < 0,84 < О^Э*

•Ш 0,62 <0,76 <0,99 0,68 <034 < 0,99

IV 0,99 0,99

V 0.91 , 0,95

В целом , 0,46 < 0,60 <0,73 0,59 <0,69 <0,80

Примечание: в соответствующих уравнения множественной регрессии отсутствуют параметры Б и Е.

Сведения табл.3 указывают на тесную корреляшюгшую связь КН 903г и совокупностью физико-химических характе-

ристик почв, что дает основания рассматривать эту совокупность как подходящую основу для прогнозов пространственной изменчивости доступности и

растениям,

' Уравнения множественной линейной регрессии, связывающие КН радионуклидов с характеристиками почв, включают в качестве одного из параметров уровень содержания соответствующего радионуклида в слое почвы 0-20 см. Это не означает, что корреляционная связь КН радионуклидов с содержанием в почве ■ (или 137Сб) рассматривается как проявление какого-либо влияния этого содержания на КН, поскольку известно, что в том диапазоне концентраций, который обусловлен глобальными выпадениями, накопление р ад иону кл ид о в растениями происходит прямопропорционалыю уровню загрязнения почв. Причины учета в уравнениях указанной связи носят формальный математический характер и будут рассмотрены далее.'

- И -

2. Закономерности перехода ^^Зг и 137с8 нз почв в естественные дуговые травостои

Исследованные участки естественных луговтаешкш зоны Коми АССР имели следующие характеристики почв: "содержание Саобм от 3,5 до 64,5 мг-эквДОО г, содержание Кподв от 5,5 до 20,3 мг/100 г, II от 0,41 до 36 мг-экв/100 г, 3 от 4,1 до 24,0 мг-экв/100 г, Б от 6,0 до 31,0 мг-экв/100 г, содержание органического углерода 0,13—7,33% 3,60-6,96. 7

Про стран (гш е! шая. нео дноро дно сть свойств почвенного покрова обусловливает существенную вариабельность интенсивности перехода 903ги 1£>'С8в естественные луговые травостои (табл.4) При этом КН .имеет тесную корреляционную связь с тем же набором показателей, который рассматривался выше применительно к КН 903г и 137Сз тимофеевкой луговой (табл.5).

• ' Таблица 4 С г.11 истнчсскне данные па КМ радионуклидов длп естественных лугоаьи трааостоев • "

Регион Участки, п Размах варьирования Х± а

СУ,%

КН •

1 21- 0,6 — 5,9 2,87 ± 1,42 49

п 15 0,3 - 7,3 2,79 ±1,91 63 ,

ш 16 1,2 - 6,4 2,75 ± 1,17 43

1У ; . ' .3] 0,7 —10,3 2,62 ± 2,01 , 77

В целом , 83 . 0,3 — и,з 2,74 ± 1,69 62

КН 137^

1 21 0,10—8,1 1,56 ± 1,95 125

II - 0.25— 1,50 „ 0,79 ± 0,42 54

Ш , 16 0,70- 2,80 1,76 ± 0,53 30

1У 31 0,20 — 5,50 1,38 ± 1,15 " 83

В целом 83 0,10— 8,1 1,39 ± 1,26 91

Таблица 5

Значен нн К для связи КН разиокуклндов счлсствеииыми луговыми травостоями со свойствами почв '

Регион

И и его доверителышй интервал при Р < 0,05

КН 903г

КН 137Сл

0,71 < 0,84 < 0,97* 0,90 < 0.96 <1,00*» 0,62 <0,82 <1,00 0,69 < 0,81 < 0,93 0,37<0,51<0,65

1

II . Ш. 1У В целом

Примечание: * — в уравнении регрессии отсутствует параметр Кпода;, отсутствуют параметры б и Е.

0,78 < 0,88 < 0,98* 0,72 < 0,87 < 1,00** 0,66 < 0,84 < 1,00 0,63 <0,77 <0,91 0,51 <0,62 < 0,73

Приведенные в табл.5 .коэффициенты множественной корреляте! показывают, что вариабидьность КН 903г и *37сз обусловлена главным образом пространственной неоднородностью свойств почвенного покрова регионов, а это косвенно свидетельствует о том, что б данном случае вклад вариабельности видового состава травостоя в изменчивость КН радионуклидов является относительно малозначимым. ■ \ • " * -

Для каждого из регионов'1-1У в отдельности и для всей зоны исследования в целом КН 90$г имеет достоверную связь сСаобм, С наибольшим приближением эта связь описывается нелинейными функциями. Так, для региона 1 такой функцией является гипербола КН 903г= А +■ В/Саобм (г « 0,63; Р < 0,05), в регноне Ш — полином 2 степени (г = 0,39; Р < 0,05), а в регионах II и 1У, а также для всех участков в целом — полином 3 степени (г = 0,88; 0,41; 0,44 при Р< 0,05). . * ,

Линейная ал п ро ксимацип связей КН Э0$г с характеристикам!! почв позволила установить, что.помимо Са^,, на биологическую доступность естественным луговым травостоям оказывают определенное влияние также содержание органического вещества в почве '(регион И, г = -0,37 при Р < 0,10 и регион Ш, г « 0,52 при Р < 0,05) и активная кислотность почв (регион 1У, г -0,30 при Р < 0,10). В некоторых случаях отеутстшюдостопериых связей обусловлено том, что линейная функция не обеспечивает достаточ- * ного приближения расчетных значений КН к фактнчесгагм. Поэтому, при аппроксимации зависимостей полиномом 3 стелет! были выявлены достоверные (Р < 0,05) связи КН 90дг с II (регион Ш, г »0,53), Б (регион 1У, г 0,60; все регионы в целом, г =з 0,35) и с Е (регион 1У; г 0,54; всё регионы в целом, г = 0,32). Аппроксимация зависимостей полиномом 2 степени позволила выявить достоверную связь КН ^0дг с Е для региона Ш (г = 0,43; Р < 0,05) и с рНКС1 для региона II.

При линейной аппроксимации зависимостей-проявляется достоверное увеличение биологической доступности с увеличением содержания в почве К^ди (регион II, г = -0,66 при Р < 0,01), с ростом II (регион 1У, г — 0,35 при Р < 0,10) и уменьшением рНКС1 (регион 1У, г =-0,39 при Р < 0,05), а также с увеличением содержания органического вещества в почве (репюн 1, г = 0,72 при Р < 0,001), При аппроксимации зависимостей КН от свойств по*ш с использованием нелинейных функций установлено, что связь КН с рИкс! ° ротонах 1, II и 1У описывается по-' Л1ШОМОМ 2 степени (г » 0,58; 0,45; 0,49 при Р < 0,05).

Анализ корреляционных связей КН п КН ^-^Сздля естественных луговых травостоев показывает, что также как и в

случае тимофеевки луговой на сеяных лугах, ни одна из парных корреляционных связей* КН с каждым отдельно взятым показа: тел ем почв (из числа рассматриваемых в данной работе) не является достаточно сильной и воспроизводимо!! в каждом из регионов, чтобы можно было считать какую-либо из исследованных хара ктернсп 1К почв удовлетворительным универсальным предиктором пространственной изменчивости КН 903ги КН *37С8. В то же время, как это следует из данных табл.5, для этой цели может быть использована совокупность указанных характеристик в составе уравнений множественной регрессии, связывающих ее с КН радионуклидов.

3. Свойства почв как фактор, влияющий на содержание и в верхнем горизонте почв

Между исследованными участками естественных и сеяных лугов существует значительная разница о содержании радионуклидов в верхней слое почв (0-20 см). Так,'содержите 90дгв почвах сеяных лугов меняется от 1,9 до 24,2 мБк/г, а в почвах естественных лугов — от 1,4 до 19,4 мБк/г. Для 137с8вариабельность содержания его в почвах этих • же сельскохозяйственных угодий наблюдается соответствеюю в пределах 1,8-12,5 и 0,6-17,5 мБк/г. От достоверно связана со свойствами почв. Так, содержание 90дг в почвах сеяных лугов региона II коррелирует с количеством органического вещества (г = 0,54; Р < 0,05). Для региона У связь уровня загрязнения почвы суммой обменных оснований хорошо описывается полиномом 3 степени (г = = 0,85; Р < 0,05}: В регионе 1 содержание в почве 137 с3 связано с. С0рг (г =0,59; Р< 0,05 при логарифмической аппроксимации), в регионе 3 -г с емкостью поглощения почвы (г = 0,67 при аппроксимации ПОЛ1ШОМОМ 3 степени), с Кподв и Сорг (соответственно г = 0,56 иг =0,55; Р< 0,05 при линейной аппроксимации). Содержание ^'Св в почвах региона У тесно связано с емкостью поглощения почвы (г =0,71; Р< 0»05 при агтуоксимацш! полипомом 3 степени)

Связь уровня загрязнения радионуклидами почв с их свойствами наблюдается и для естественных лугов.. Так, содержание в почвах региона 1 связано с Са0дм (г «0,48; Р< 0,05 при аппроксимации полиномом 2 степени), в почвах региона 1Г~~ с гидролитической кислотностью (г =0,84; Р < 0,05 при аппроксимации полиномом 3 степешО. Для региона 1У характерна множественная корреляция содержания 90дг в почве с совокупнос-тыо изучаемых физико-химических характеристик почв {11=0,5$).

Аналогичная связь имеет место применительно к для реги-

. оно в 1-1У (соответственно и а 0,57, 0,75, 0,61, 0,48).

Рассмотренные выше корреляционные связи свидетельствуют о Том,, что содержание ^Зг и *37сз в почвах лугов в ряде случаев варьирует в тесном соответствии с изменениями свойств почвенно-поглощающего комплекса. Следовательно, можно предположить, что первичная дифференциация участков лугов по уровню загрязнения почв радионуклидами, обусловленная пестротой глобальных выпадений и носящая не имеющий отношения к свойствам почв характер, несколько меньше связана с существ вованием различий между участками в содержании.

и 137Сз

в слое почв 0-20 см П9 сравнению с вторичным перераспределением радионуклидов.

Таким образом, очевидно, что различия между участками лугов по уровню содержания ЭОвг и 137с5 в верхнем слое почвы могут определяться миграционными процессами, скорость которых лимитируется свойствами почвенно-поглощающего комплекса. Вместе с тем, следует заметить, что в одной из работ В.М.Прохорова (1981) подчеркивается такой факт, что максимальное снижение подвижности в почве примерно совпадает с мак, симальиым снижением его. поступления в" растения. В связи с этим можно, по мнению автора, говорить о том, что оба явления, ' если и не имеют причинно-следственной . связи, то во всяком случае происходят симбатно. Следовательно, логично предположение, что содержание радионуклидов в горизонте почвы 0-20 см в определенных условиях может быть связано с влиянием свойств почв на вертикальную миграцию радионуклидов и поэтому может количественно отражать свойства почвы как миграционной среды радионуклидов. Поскольку, как подчеркивалось выше, миграционная способность радионуклидов находится в оп-. ред ел енно мко л ичеетв енно м соответствии с их доступностью рас --тениям, то можно ожидать, что в некоторых случаях участкам с большей миграционной способностью и 137 Сз (л соответ-

ственно с меньшим содержанием радионуклидов в слое, почв 0-20 см) будут соответствовать относительно большие значения КН —' как отражение относительно слабой сорбции радионуклн* дов почвами. Обоснованность подобного предположения подтверждается коэффициентами парной корреляции между КН Э°8г (КН 137С

з) и содержанием радионуклидов в почве (табл. 6). . ' - '

Особенностью рассматриваемой корреляционной связи является то, что она косвенная и не связана с каким-либо влиянием концентрации у03г и 137Сз на способность растений кпоглоще-

' V . Таблица С

Корреляционная соязь между КН радионуклидов ц их . содержанием о слое почв 0-20.СМ

' ■ - 9°Sr ■■■ ' ■ . ' ' ', 13Ъ . ' ■ •

РегноИ Коэффициент Уровень - Коэффициент 'Уровень, ч

корреляции значимости корреляции значимое™

1 • Тимофеевка луговая (на сеяных лугах)

1 • 0,18 i - 0,12

п - 0,51 - 0,05 -0.62 0,01

ш - 0,26 " - 0,66 0,01

1У -0,16. 0,30

У • 0,30 г 0,23

В целом - 0,36 0,01 -0,62 0,01

Естественные луговые травостои * ' i

1 ' -0,73 , 0,001 - 0.67 0,001

II - 0,22 - 0,53 0,05

ш - 0,68 0,01 , -0,34 .

• 1У »0,63 . ; 0,001 . -0,65 ■ 0,001

В целом -0,43 ' 0,001 . -0,54 0,001

нщо этих радио ну кл ццо в. По сути дела в' некоторых регионах и^^'Сз можно рассматривать как некоторого рода радиоактивные метки, содержание которых в горизонте почв 0 -20 см обратнопропорционалыю мобильности каждого, из этих радионуклидов и доступности их растениям.

Эта численная связь, несмотря на ее опосредованность, может, вероятно, быть полезной при использовании ее наряду с другими связями КНЭОйг и , для описания пространственной изменчивости доступности радионуклидов растениям. Для того, чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить силу связи КН с агрохимическими характеристиками почв и с уровнем содержании соответствующих радионуклидов в почве (табл.6). Кроме того, как показывают данные по частным коэффициентам, множественной корреляции (Я*), представленные в табл.7, в ряде случаев совокупность параметров почвы, из которой исключен параметр содержания радионуклида, имеет с КН 903г и 137с8 сппзь менее теспук», чем при учете этого параметра. Таким образом, с формальной математической .точки зрения можно считать целесообразным использование параметра содержания (^^^Сз) в почве в качестве одного га предикторов в составе уравнений множествен- . ной регрессии, связывающих КИ (КН Д37са) со свойствами почв.

• Таблица 7

Зиачшпш В*для множественной корреляционной связи КН радионуклидов с совокупностью параметров пота (при исключении из и* числа параметра содержания радионуклида о почве) в сравнении с полными коэффициентами множественной корреляции (II) : „

Регионы

КН

П

Ш

1У

Е»

И

Ъ*

И

Я*

и*

В цепом

К

К*

Тимофеевка луго-.

вая

КН908г КН ШС»

Естественные луговые травостои

КН90Зг КН 137Сб

0,84 0,58

0,84 0,83

0,83 0,57

0,61 0,77

0,76 0,84

0,96 0,87

0,65 0.72

0,05 0,80

0,76 0,34

0,82 0,84

0,54 0,40

0,63 0,32

0,99 - - 0,91 0,99 - 0,95

0,81 0.77

0,66 0.54

0,60 0,51 0,69 0,40

0,51 0,31 0,62 0,36

Примечание: Для региона 1 в соответствующих уравнениях регрессии отсутствует параметр К^одд для репюна П -параметри Я и Е.

выводы .

1,' Исследование закономерностей перехода ^Sr и

137Cs

глобального происхождения из почв в естественные и сеяные луговые травостои таежной зоны Коми АССР показало, что в условиях arpo- ti фитоценозов наблюдается существенная пространственная вариабельность биологической доступности радионуклидов от одного пункта к другому, что обусловлено широкой изменчивостью физико-химических свойств ПОЧВ.

2. Почвы естественных и сеяных лугов имеют существенные различия в содержании радионуклидов в верхнем слое (0-20 см). Крайние значении концентраций ®®Sr и 'Cs в почве отличают ся соответственно для естественных лугов в 13,8 и 35,0 раз, а для сеяных г- в 6,0 и 6,9 раз.

- ,3. Различия в уровне загрязнения слоя почвы 0-20 см в ряде * регионов тесно связаны со свойствами почвенпо-поглощающего комплекса, что свидетельствует об их обусловленности преимущественно миграционными процессами.

4. Для сеяных луговых травостоев (посевы тимофеевки луго- • вой на почвах подзолистого типа) коэффициент накопления (КН) 90Sr изменяется от 0,5 до 3,5 при среднем значении (х ± сг), равном 1,3 ± 0,6. КН 137cs равен 0,4 ± 0,4 при размахе варьирования 0,01 — 1,7.

5. Коэффициенты накопления ®0gr и для естественных луговых травостоев, произрастающих на дерново-аллюви- ' альных почвах, характеризуются изменчивостью в пределах соответственно 0,30 ± 10,3 и 0,10 ± 8,1, при средних значениях 2,7 ±

± 1,7 и 1,4 ± 1,3.

6. Влияние исследуемых свойств, почв на интенсивность перс хода радионуклидов в травостои при линейных и нсл!шейных аппроксимациях зависимостей проявляется в отдельных регионах в виде сильных ti достоверных парных корреляционных связей КН 90д? (КН 137^s) с характеристиками почв.

7. Между отдельными регионами имеются существенные раз -лнчия во взаимосвязи КН 90gr и кц 137Cs для естественных и сеяных луговых травостоев с физ i iko -хим ич ее ким и характеристиками почв. Это выражается в том, что по регионам изменяется вид, сила, достоверность и относительная значимость связей КН радионуклидов с каждым из таких почвенных параметров, как 0*обм> КПОДВ, И, S , Е, содержание органического углерода н

Р"КС1

8. Дляагро-ифитоцеиозов изменчивость КН ®0St иКН^З^Св травостоями по площади не может быть во всех случаях описана путем учет любого из изученных нами параметров почв в отд ель-, но ста (С^обм» КП0ДГ), Н, S, Е, содержание органического углерода и pHfccib

9. При существующих между отдельными регионами таежной зоны-Коми АССР разлдеархх во взаимосвязи Ktl 90gr н 137qs для естественных и сеяных луговых травостоев с параметрами почв» общим для них является то, что КН 90s г и КН 137cs во всех случаях имеют связь с совокупностью почвенных параметров. Эта связь выражается уравнением множественной регрессии , и, учитывая се силу и достоверность, может быть использована для создания, прогностических математических моделей, описывающих изменчивость КН 90Sr и КН 137сз в пространстве.

Материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Кочан И.Г. К вопросу о влиянии фиксирующей способности почв на коэффициент накопления стронция-90 травами. — В . сб.: Всесоюзная научная конференция молодых ученых по сельскохозяйственной радиологии: Тезисы докладов. Обнинск, 1983« с. 6 • 7. . >

2. Кочан И.Г., Алексахин P.M. Возможности моделирования воздействия физико-химических свойств почв на накопление 90Sr и 137Cs в продукции луговогокормопроизводства. — В кн.; Вторая Всесоюзная конференция по сельскохозяйственной радиологии: Тезисы докладов. Обнинск, 1984, т, 1, с. 50-51.

3» Кочан И.Г., Тырина А.Н. Влияние агрохимических характеристик почв на переход *37са в естественные ¿дуговые трааостои.-В кн.: Радиация как экологический фактор при антропогенном загрязнении. — Сыктывкар, 1984, с. 48-54,

4. Кочан И.Г. Загрязнение среды глобальным и обеспечение радиологической чистоты злаковых трав. — В кн.: Тезисы IX Коми Республиканской молодежной научной конференции: Сыктывкар, 1935, с. 30.

Ц00298,

.Тираж 100.

Заказ № 298.

167610, г.Сыктывкар, ул.Коммунистнческая, 26, ротапринт Коми филиала АН СССР