close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1907.МИГРАЦИЯ CS В ПОЧВАХ РАЗЛИЧНЫХ ЭКОСИСТЕМ БРЯНСКОГО ПОЛЕСЬЯ

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Л4в№
На правах рукописи
СКОВОРОДНИКОВА
Наталья Алексеевна
М И Г Р А Ц И Я , 3 7 Cs В П О Ч В А Х Р А З Л И Ч Н Ы Х
ЭКОСИСТЕМ БРЯНСКОГО ПОЛЕСЬЯ
Специальность 03.00.27 - почвоведение,
03.00.16 - экология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Брянск-2005
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работа выполнена на кафедре почвоведения, агрохимии и сельхозрадиологии Брянской государственной сельскохозяйственной академии
в 1999-2005 гг.
Научные руководители - доктор биологических наук,
профессор СМ. ПАКШИНА,
кандидат биологических наук,
доцент В.Б. ОСИПОВ
Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук
профессор З.Н. МАРКИНА,
кандидат сельскохозяйственных наук,
доцент Д.Г. КРОТОВ
Ведущая организация —ФГУ «Брянскагрохимрадиология»
Защита диссертации состоится 23 декабря 2005 г. в j4_ на заседа­
нии диссертационного совета Д 220. 005. 01 в Брянской государственной
сельскохозяйственной академии по адресу: 243365, Брянская обл., Выгоничский р-н, п. Кокино, Брянская ГСХА, корпус 1, зал заседаний.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянской
ГСХА.
Автореферат разослан с?/ ноября 2005 г.
Просим принять участие в работе Совета или прислать свой отзыв
в 2-х экземплярах, заверенных гербовой печатью.
Учёный секретарь диссертационного совета,
кандидат сельскохозяйственных
наук, доцент
f^^r^f^
«^
*
4Q
А.В. Дронов
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Актуальность темы. Исследование миграции 137Cs в почвах естествен­
ных экосистем и агроэкосистем имеет не только теоретическое, но и большое
практическое значение в связи с решением проблемы обеспечения населения
экологически чистой продукцией, выращиваемой на загрязненных после ка­
тастрофы на ЧАЭС сельскохозяйственных угодьях. В настоящее время име­
ется большой банк данных по поведению l37Cs в различных экосистемах. Од­
нако остаются недостаточно изученными процессы миграции радионуклида в
почвах, вызывающие особенности распределения и аккумуляции в разных ус­
ловиях, их количественная оценка. Количественная оценка процессов массо137
переноса Cs в почвах различных естественных экосистем и агроэкосистем
открывает новые возможные пути для повышения эффективности мероприя­
тий по борьбе с загрязнением почв и сельскохозяйственной продукции ра­
дионуклидами.
Цель исследования. Изучение процессов миграции 137Cs в почвах естест­
венных экосистем и агроэкосистем Брянского Полесья и их количественная
оценка
Задачи исследования:
• изучить динамику активности 7Cs в почвах различных экосистем;
• исследовать вертикальную миграцию радионуклида по профилю
почв;
• изучить динамику форм нахождения 137Cs и их трансформацию во
времени;
• оценить вклад различных процессов в изменение радиоактивного
загрязнения 137Cs почв Брянского Полесья;
• изучить перераспределение радионуклида между различными
ландшафтами;
• исследовать параметры накопления 7Cs надземной и корневой
массой травянистой растительности различных экосистем.
Научная новизна.
Выполнена количественная оценка процессов массопереноса
Cs в
почвах Брянского Полесья и определены основные процессы, максимально
изменяющие степень загрязнения почв различных экосистем.
Обнаружена высокая степень выноса
Cs с дренажным стоком при
осушении болотных низинных почв и раскрыты механизмы данного явления.
Установлена линейная зависимость между массой корневых систем и ак­
тивностью U7Cs на единицу массы корней.
Установлены факты аккумуляции радионуклидов в слоях почвы с повы­
шенной плотностью.
"
РГАУ-МСХА
3
имени К.А. ТимирязЦНБ имени Н И . Жсл>
Фонд научный л и т р а ^ .
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Защищаемые положения.
- экспериментальные данные по содержанию и трансформации форм ра­
дионуклида в почвах Брянского Полесья;
- экспериментальные данные по вертикальному распределению l37Cs по
профилю почв различных экосистем Брянского Полесья;
- экспериментальные данные по динамике активности 137Cs в почвах раз­
личных экосистем Брянского Полесья;
- количественная оценка процессов миграции l37Cs в почвах различных
экосистем Брянского Полесья;
- вывод о значимой роли дренажного стока в снижении загрязнения l37Cs
мелиорируемых низинных болотных почв;
- вывод о связи поверхностного стока с процессом вторичного загрязне­
ния почв;
- экспериментальные данные, указывающие на линейную зависимость ме­
жду массой корневой системы и активностью l37Cs на единицу массы корней.
Практическая значимость. Полученные данные расширяют представ­
ления о закономерностях миграции радионуклидов в различных экосисте­
мах и служат основой для построения балансовых и прогностических моде­
лей распространения радионуклидов в окружающей среде.
Результаты исследований могут быть использованы для выявления об­
ластей с повышенным содержанием радионуклидов и для решения практи­
ческих задач минимизации негативных последствий аварии, рационального
природопользования в пострадавших от аварии регионах.
Апробаиия работы. Материалы представленные в диссертации, докла­
дывались на Международной научно-практической конференции «Исполь­
зование достижений современной биологической науки при разработке тех­
нологий в агрономии, зоотехнии и ветеринарии» (Брянск, 2002); на X Меж­
дународной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным
наукам «Ломоносов - 2003» (Москва, 2003); на научно-практической конфе­
ренции, посвященной 75-летию со дня рождения профессора Г.Б. Гальдина (Пен­
за, 2003); на конференции «Молодые ученые — афарной науке и производству»
(Брянск, 2003); на IV съезде Докучаевского общества почвоведов «Почвы национальное достояние России» (Новосибирск, 2004); на Всероссийской
научно-практической конференции «Афоэкологические проблемы сельско­
хозяйственного производства в условиях антропогенного зафязнения» (Уль­
яновск, 2004); Международной научно-практической конференции «Афоэко­
логические аспекты устойчивого развития АПК» среди студентов, аспирантов
и молодых ученых, посвященной 25-летию Брянской ГСХА (Брянск, 2005).
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, 2 находятся в
печати.
Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 137 стра­
ницах машинописного текста и состоит из 4 глав, выводов и рекомендаций,
списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 17 таб­
лиц и 17 рисунков. Список литературы включает 204 наименования, в том
числе 36 на иностранных языках.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Условия, объекты и методы исследований
Исследование миграции 137Cs в почвах Брянского Полесья проводилось
в течение 1999-2004 гг. на стационарных мониторинговых участках, распо­
ложенных на территории Новозыбковского района Брянской области, в ок­
рестностях поселков Колодезский и Грива, вблизи границы с Белоруссией.
В связи с тем, что для выявления процессов, участвующих в миграции ра­
дионуклида, требуется более продолжительный период времени, при обра­
ботке полученного материала использовались также результаты исследова­
ний, проведенных в 1992 году Е.В. Просянниковым (1995) и В.Б. Осиповым
(1995) на тех же объектах.
Территория, на которой находятся объекты исследования, входит в Клетня-Новозыбковский район дерново-слабо- и среднеподзолистых песчаных и
супесчаных почв, подстилаемых моренными суглинками Белорусской про­
винции дерново-подзолистых слабогумусированных почв и низинных болот.
В 1992 г. Е.В. Просянниковым и В.Б. Осиповым был заложен геоморфо­
логический профиль, проходящий от вершины моренного холма (п. Колодез­
ский) до границы с Белоруссией, получивший название открытая катена
«Старый Вышков».
Геоморфологический профиль включает сеть мониторинговых ключе­
вых почвенных участков (КПУ), которые расположены вдоль трансекта,
имеющего южное направление. На протяжении катены абсолютные высоты
колеблются от 160,6 до 131,4 м над уровнем моря. Угол наклона катены из­
меняется от 0,3 до 10°.
Каждый мониторинговый ключевой почвенный участок (КПУ) состоит
из 1-2 опорных почвенных площадок (ОПП), имеющих площадь, равную 2530 м2. ОПП различаются по степени агрогенного воздействия на почву: 1) ес­
тественная экосистема; 2) агроэкосистема, и расположены в непосредствен­
ной близости на одном и том же элементе рельефа: вершина холма, верхняя
часть склона, середина склона, подножье склона и древняя ложбина стока
ледниковых вод.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отбор проб почвы проводили послойно цилиндрическим пробоотбор­
ником. В почвенных образцах были определены основные физикохимические и агрохимические свойства по общепринятым методикам.
Для извлечения форм 137Cs применяли последовательную экстракцию
следующими десорбентами: дистиллированная вода, 1 н. водный раствор
ацетата аммония, 1 н. раствор соляной кислоты, 6 н. раствор соляной кисло­
ты при кипячении.
В почве, полученных вытяжках и в остатке после всех обработок со­
держание
Cs определяли сцинтилляционным методом на прибор РУБ01П6, с блоком детектирования БДКГ-ОЗП.
При расчете относительного распределения радионуклидов по фракциям,
за валовое содержание принимали его удельную активность в почве до об­
работки десорбентами. В целях проверки материального баланса это значе­
ние сравнивалось с суммарным содержанием 137Cs во всех вытяжках и ос­
татке после всех обработок. Расхождения между измеренными и рассчитан­
ными значениями лежали в пределах 5-20% для средне- и высокоактивных
образцов и 30-40% для низкоактивных.
Для математического анализа и обобщения экспериментальных дан­
ных использовали пакет прикладных программ в составе MS Exel-2002, MS
Word-2002.
Физико-химические и агрохимические свойства почв катены
«Старый Вышков»
Почвы различных экосистем существенно отличаются друг от друга по
своим физико-химическим и агрохимическим свойствам. Дерновоподзолистые почвы естественных экосистем характеризуются невысоким со­
держанием гумуса, обменных катионов и обменного калия. Реакция среды от
очень кислой до нейтральной. Торфяные почвы естественных экосистем ха­
рактеризуются высокой зольностью, более высоким содержанием обменных
катионов. Реакция среды от средне кислой до нейтральной. Почвы агроэкосистем обладают низкой гидролитической кислотностью, нейтральной реакцией
среды, низким содержанием гумуса, высоким содержанием обменных катио­
нов и подвижного фосфора.
Миграция
Cs в почвах различных экосистем Брянского Полесья
Динамика содержания форм соединений ,37Cs в почвах
катены «Старый Вышков»
Динамика качественного состава форм 137Cs приведена в табл. 1. При
исследовании динамики содержания форм ' 7Cs за начальный произвольный
момент времени принимался 1992 год, используя опубликованные данные
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Динамика качественного состава форм Cs в верхнем слое почв, в % от суммарной активности
(для естественных экосистем слой почвы 0-10 см, для агроэкосистем 0-20 см)
137
Почва, место отбора образцов почвы,
№ разреза
Дерново-подзолистая, вершина мо­
ренного холма, Р1*
Дерново-подзолистая, верхняя часть
склона, Р7**
Болотно-дерново-глубокоподзолистая,
подножье склона, Р8**
Болотная низинная, древняя ложбина
стока ледниковых вод, Р11 **
Десорбенты
1н.
Н20
1 н. НС1
CH3COONH4
N,
No
N,
N0
No
N,
Естественные экосистемы
6 н. НС1
No
N.
после обработки
десорбентами
N.
No
0,2
1,28
2,8
5,44
0,7
10,34
20,5
59,49
75,8
23,45
0,3
0,54
10,8
4,39
2,0
4,08
28,5
77,12
58,3
13,87
0,33
0,39
5,25
9,79
2,33
6,55
15,52
70,64
76,57
12,63
0,24
0,29
1,19
0,07
4,18
1,02
17,56
34,41
76,83
64,21
Афоэкосистемы
Дерново-подзолистая, вершина мо­
ренного холма, Р2***
Дерново-подзолистая, верхняя часть
склона, Р6***
Дерново-слабоподзолистая, средняя
часть склона, Р4***
Болотная низинная перегнойноглеевая, подножие склона, Р9***
Болотная низинная перегнойномелкоторфяно-глеевая, древняя
ложбина стока, Р10***
0,2
1,22
4,0
4,50
Ы
1,22
24,1
79,59
70,6
13,47
0,40
0,47
8,81
4,25
2,71
3,30
19,67
70,75
68,41
21,23
0,5
0,00
8,3
5,35
2,4
3,38
17,5
75,78
71,2
15,49
0,2
0,30
0,4
1,18
0,3
2,37
6,7
71,00
92,4
25,15
0,28
0,31
1,68
2,77
0,56
2,46
3,07
70,46
94,41
24,00
Примечание: N o - активность почвы в 1992 г. (данные В.Б. Осипова, Е.В. Просянникова,); N.~ активность почвы в 2002 и 2003 годах;
*,**,***- отбор образцов почвы проводился соответственно в 2002,2003 и 2004 годах.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(Просянников Е.В., 1995; Осипов В.Б., 1995). Для почв естественных экоси­
стем соотношение форм определялось в слое почвы, равном 0-10 см, для почв
агроэкосистем в слое почвы, равном 0-20(35) см. В начальный (1992 г.) и ко­
нечный моменты времени (2002, 2003, 2004 гг.) имеет место невысокое
содержание доступных фракций радионуклида: водорастворимой, обменной
и извлекаемой 1 н. НС1. Основная часть 137Cs прочно связана и извлекается
6 н. НС1 при кипячении или остается в почве после всех обработок.
Суммарные запасы легкодоступных для растений форм соединений
(водорастворимые + обменные) в почвах естественных экосистем варьирует
от 0,4 до 11,1 % от общего содержания в слое, равном 0-10 см, и от 0,6 до
9,2 % в слое, равном 0-20 см, почв агроэкосистем. При этом содержание об­
менной формы в несколько раз превышает содержание водорастворимой
фракции радионуклида. Максимальным содержанием мобильных фракций
радионуклидов характеризуется дерново-подзолистая почва на вершине мо­
ренного холма и болотно-дерново-глубокоподзолистая почва подножья
склона, минимальным - болотная низинная торфяная.
За период исследований во всех почвах уменьшилось содержание
фракции, остающейся после обработки десорбентами, и увеличилась доля
фракций, извлекаемых 6 н. НС1 при кипячении. Наиболее интенсивно про­
цесс трансформации формы 137Cs, остающейся в почве после обработки де­
сорбентами, протекает в почвах агроэкосистем. Увеличение относительного
содержания подвижных форм радионуклида наблюдается в почвах на вер­
шине и у подножия моренного холма.
Наибольшее содержание подвижных фракций 137Cs в почвах естествен­
ных экосистем имеет место в нижней части исследуемого слоя. При этом в
большинстве случаев, в нижних слоях почв в составе подвижных фракций
значительную долю составляет водорастворимая форма.
В почвах агроэкосистем, вследствие сельскохозяйственной обработки,
распределение форм радионуклидов по пахотному слою носит относительно
равномерный характер.
Миграция
l37
Cs в почвах естественных экосистем кате и ы
«Старый Вышков»
Распределение радионуклидов в почвенном профиле во многом опреде­
ляет их биологическую доступность, накопление в растениях, а также ра­
диоэкологическую обстановку на загрязненной территории. На рис.1 пред­
ставлено распределение 137Cs в слое, равном 0-20 см, почв естественных
экосистем катены «Старый Вышков».
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кБк/м2
кБкЛi 2
PL 1992
800 \
600
\
600400-
200-
\
ТА—^.
U
~ i
*л
400-
\
200-
PI 1,1992
кБк/м
800
P8.1992
ЙЛП -
IUUU i
i
i i
»—-*-,
i -
i - i
•
i -
\
*^-^
0* O
>*ч у*)' y*> O"^/>
| ,
0 h * O « l O \
l
O ^
<5CM
•N" U
у
U
l\- Ц
О" >
•>
о' •? Ч V « V > £ *?
"ч
кБк/м
1000
кБк/м2
Р1
кБк/м
800
Р8
oUU ^
Р11
Л
600
400200-*-. »
i »•
U
*N *ч *4 "S Nr
1999
•2002
'
1
1
\
•>s
1
1
1 • J "
1 •
1 " 1 '
MLJL
см
© «V > to ^ ^ ^ y y ^
--•—1999—-—2003
2002
•2003
Рис. 1. Распределение I37Cs в дерново-подзолистой старопахотной залежной (Р1), болотно-дерновоглубокоподзол истой торфяной (Р8) и болотной низинной почвах (Р11)-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Во всех исследуемых почвах естественных экосистем 94-97% радио­
нуклида сосредоточено в слое почвы, равном 0-10 см. Кривая распределения
плотности загрязнения ' 7 Cs по профилю почв естественных экосистем че­
рез 16-17 лет после выпадений носит, как правило, экспоненциально убы­
вающий характер с глубины 2-4 см, где наблюдается максимум запаса ра­
дионуклида. Кроме того, в дерново-подзолистой почве вершины холма от­
мечается повышение содержания нуклида в слое 6-8 см, связанного с повы­
шенной плотностью данного слоя почвы (1,69 г/см3). Известно, что с увели­
чением плотности почвы возрастает объем тонких водных слоев, способных
задерживать ионы (Пакшина СМ., 1981). Образующийся градиент концен­
трации 137Cs вызвал диффузиоосмотический поток раствора в обратном на­
правлении, который привел к перераспределению радионуклида.
Максимальной глубиной проникновения значимого количества нуклида
характеризуется дерново-подзолистая почва на вершине моренного холма и
болотная низинная почва древней ложбины стока.
Для выяснения процессов миграции радионуклида и их количественной
оценки была рассмотрена динамика плотности загрязнения почв 137Cs (табл. 2).
При этом использовали два крайних срока наблюдений 1992 - 2003(2) гг.
Как видно из табл. 2. значительного перераспределения плотности за­
грязнения почв естественных экосистем с поверхностным и внутрипочвенным стоками между различными элементами катены за исследуемый период
не произошло, но появились существенные изменения в плотности загряз­
нения радиоцезием почв каждой экосистемы.
С целью выяснения причин, вызывающих эти изменения, были рассчи­
таны потери 137Cs, обусловленные радиоактивным распадом. Как видно из
табл. 2. в дерново-подзолистой почве вершины холма абсолютное содержа­
ние U7 Cs уменьшилось, в почве склона — практически не изменилось, но
учёт радиоактивного распада показывает, что происходит некоторое увели­
чение содержания радионуклида, т.е. имеет место вторичное загрязнение
этих экосистем l37Cs. В почве подножья склона произошло некоторое увели­
чение плотности загрязнения, что вызвано привносом радионуклида с по­
верхностным и внутрипочвенным стоками. Наибольшей скоростью верти­
кальной миграции радионуклида в глубь почвы характеризуется дерновоподзолистая почва вершины моренного холма, в которой в конечный мо­
мент времени содержание радионуклида слое почвы, равном 10-20 см, со­
ставляло 6,2% от общего содержания радионуклида, что почтив 2 раза пре­
вышает аналогичный показатель в остальных почвах.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2
Динамика плотности загрязнения Cs верхнего слоя (0-20 см) почв естественных экосистем
катены «Старый Вышков», кБк/м
0-10 см
10-20 см
0-20 см
Почва, место
отбора
образцов
2003
±АА
2003
±ДА
2003
1992
±ДА p.p.
1992
±АА p.p.
1992
±ДА p.p.
почвы,
с
p.p.
с
p.p.
(2)
(2)
(2)
№ разреза
Дерновоподзолистая,
97 +46 -11 +57 1713 1578 -135 -352
вершина мо 1662 1481 -181 -341 +160 51
ренного
холма, Р1*
Дерновоподзолистая, 1341 1319 -22 -299 +277
14
46 +32 -3 +35 1355 1365 +10 -302
верхняя часть
склона, Р7**
Болотнодерново32 +7 -6 +13 977 1056 +79 -218
гл>бокоподзоли- 952 1024 +72 -212 +284 25
стая, подножье
склона, Р8**
Болотная низин­
ная, древняя
+90 3275 2034 -1241 -731
123 +81 -9
ложбина стока 3233 1911 -1322 -722 -600 42
ледниковых
вод,РП**
Примечание: p.p. - радиоактивный распад к 2003(2) г, *, * * - отбор обраиюв почвы проводился соответственно в 2002 и 2003 юдах.
±АА
с p.p.
+217
+312
+297
-510
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Наибольшим изменением запаса Cs за 11 лет в слое, равном 0-20 см,
характеризовалась болотная низинная перегнойно-мелкоторфяно-глеевая
почва (Р11), где снижение плотности загрязнения составило 38% от началь­
ной (1992). Разрез №11 заложен непосредственно на месте расположения
осушительной системы. В 1988-1991 году Государственным проектноизыскательским институтом «Брянскгипроводхоз» были выполнены работы
по реконструкции осушительной системы с устройством гончарного дрена­
жа. Согласно проекту глубина осушительных каналов составляет 1,5-2 м,
расстояние между каналами - 80-100 м.
Учитывая низкое содержание в этих почвах подвижных фракций 137Cs
было сделано предположение, что при осушении загрязненных радионукли­
дом болотных низинных почв с дренажным стоком могут удалятся и необ­
менные формы радионуклида.
Для доказательства явления выноса из почвы с дренажным стоком необменных форм ,37Cs использовали уравнение Волобуева-Пакшиной (1985),
описывающее движение заряженных частиц (ионы, коллоиды) в капилляр­
но-пористой среде.
Рассчитанные по формуле значения плотности загрязнения почвы с учетом
радиоактивного распада показали относительно высокую сходимость с экспе­
риментальными данными (относительная ошибка расчета составила 12-26%).
Расчет коэффициента обмена Cs на К+ в ППК показал, что только в
Cs +
болотных низинных почвах К + >1. Отсюда следует, что ион цезия слабее,
К.
чем калий, поглощается почвой и в большом количестве может выноситься
с фильтрующимся раствором.
Таким образом, эффективным способом борьбы с радиоактивным за­
грязнением болотных низинных почв является дренаж. С дренажным сто­
ком удаляются не только водорастворимые и обменные формы 137Cs, но и
необменные соединения, входящие в состав илистых и коллоидных частиц.
Миграция
Cs в почвах агроэкосистем кате и ы
«Старый Вышков»
Распределение 137Cs по профилю почв агроэкосистем катены «Старый
Вышков» представлено на рис. 2. При глубокой вспашке с оборотом пласта
наиболее загрязненным оказался слой 20-35 см. В 1992 году в это слое почвы
было сосредоточено 37%-94% от суммарного содержания 137Cs в 50-см слое
дерново-подзолистых и болотных низинных почв соответственно. Исключение
составляет дерново-подзолистая почва верхней части склона (Р6), в которой
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кБк/м2
1600
кБк/м
1000
4*5
0?
1?
-Ф
— •••
-2004
- - » - - 1992
кБк/м2
3000
1кБк/м2
Р9
900
1 800 •
•
/ \
/ N
1 700 •
600 -1
1 500 I 400
300 200 100 0
кБк/м2
1600
1400
1200
1000
800
600
400 200 •
0
v
Ч'У
- - » - - 1992
г0-
\У
.
Ъ
\
/
\
•ч-„г
•£>
ЛУ'
,37
ф
-vV3
-2004
--»--1992
Рис. 2. Распределение
/
\*>
т?
Ч
Ч<У
4 V^
\
'V^
^
^*>Vs>
-Ф
ф
~SP ф л
см
2004
I
N V
/
**> v?
л
"ft"
Р10
N^V
м !
см
Почвы:
Р2 — дерново-подзолистая псевдо­
фибровая,
Р4 — дерново-подзолистая связнопесчаная,
Р6 - дерново-подзолистая связнопесчаная,
Р9 - болотная низинная перегнойно- глеевая,
Р10 - болотная низинная перегнойно-средне-торфя ная.
Cs почвах агроэкосистем катены «Старый Вышков»
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
максимум содержания радионуклида (58%) наблюдался в слое 5-10 см. В
2004 году в пахотных дерново-подзолистых почвах основная масса 137Cs (8089 %) была равномерно распределена в слое 0-20 см, глубже содержание ра­
дионуклида убывает. В болотных низинных почвах наблюдается иная карти­
на: в немелиорируемой почве подножья склона (Р9), которая после радиоак­
тивного загрязнения была перепахана и залужена, а затем еще 1-2 раза пе­
репахивалась, пик активности (59,3%) отмечается на глубине 10-20 см, в
слое 0-10 см находилось 11,2% l37Cs. В мелиорируемой болотной низинной
освоенной почве, длительное время после аварии на ЧАЭС использовав­
шейся в качестве пастбища, затем вновь перепаханной и выведенной из
сельскохозяйственного оборота, в 20-см слое в 2004 г. было сосредоточено
58,9% запаса радионуклида. При этом распределение 137Cs по профилю поч­
вы носит равномерный характер.
Во всех исследуемых дерново-подзолистых почвах наблюдается увели­
чение содержания радионуклида в подпахотном горизонте, где из-за повы­
шения плотности почвы в плужной подошве возрастает объем тонких вод­
ных слоев, способных задерживать ионы. Увеличение содержания радио­
нуклида в слое, равном 35-50-см, дерново-подзолистых почв за исследуе­
мый период составило 8-35 раз. В болотных низинных освоенных почвах,
которые не подвергались ежегодной сельскохозяйственной обработке, со­
держание радионуклида в слое почвы, равном 35-50 см, уменьшилось.
В табл. 3 представлена динамика плотности загрязнения I37Cs почв агроэкосистем. В 1992 году плотность загрязнения почвы составляла 1,5-7,0
МБк/м2. При этом наибольшей плотностью загрязнения характеризовались
почвы средней и верхней части склона, а также вершины моренного холма,
наименьшей — почва подножья склона.
Через 12 лет появились существенные изменения в плотности загрязне­
ния почв Cs. Запас радионуклида за исследуемый период снизился в 2-4
раза в зависимости от ландшафта, за исключением почвы окраины низинно­
го болотного массива (Р8), примыкающей к моренному холму, где происхо­
дит аккумуляция 137Cs. Причем, максимальное снижение загрязнения на­
блюдается в дерново-подзолистых почвах, расположенных в верхней и
средней частях склона и в болотной низинной почве древней ложбины стока
ледниковых вод. С целью выяснения причин, вызывающих эти изменения,
были рассчитаны потери Cs, обусловленные процессами радиоактивного
распада, биовыноса и поверхностного смыва почвы. Расчет потерь 137Cs в
результате радиоактивного распада за 12 лет проводили по известной фор­
муле.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 3
Динамика плотности загрязнения 137Cs почв агроэкосистем
(0-50 см) открытой катены «Старый Вышков»
Аэкс, кБк/м"1
Месторас­
положение,
№ разреза
А
1992
2004
2О04
А
1992
%
|
1
±ДА, кБк/м^
Радио­
Поверх­
актив­
ностный ±ЕДАрас, ьЕДАэкс,
ный Био­
кБк/м2 кБк/м2
и дре­
рас­ вынос
нажный
пад
стоки
Вершина
-94
-861
моренного 2669 1331
-124
50
-643
-1338
холма, Р2
Верхняя
часть
2501 796
-78
-970
-1650
32
-602
-1705
склона, Р6
Средняя
6933 1722 25
-4038
часть
-1672 -204
-2162
-5211
склона, Р4
Подножие
1547 1615 104
-373
-61
+68
склона, Р9
Древняя
ложбина 1857 445
24
-44
-841*
-1332 -1412
-447
1 стока, Р10
* -дренажный сток
Для расчета склонового смыва почвы за период с 1992 по 2004 год ис­
пользовали формулу Бастракова (1993). Расчеты показали, что за исследуемый
период с поверхностным стоком может быть перенесено от 124 до 2162 кБк/м2
7
Cs. Таким образом, поверхностный смыв почвы со склонов разной крутизны
137
приводит к выносу Cs, переносу его и аккумуляции в пониженных элемен­
тах рельефа, вызывая вторичное загрязнение расположенных в них почв.
Биовынос ' 7Cs рассчитывали путем умножения среднемноголетней
плотности загрязнения почвы на значения коэффициентов перехода в про­
дукцию растениеводства с учетом среднемноголетней урожайности сель­
скохозяйственных культур. Рассчитанные значения биовыноса Cs показы­
вают, что с урожаем культур удаляется из почвы меньше радионуклида, чем
с поверхностным стоком и вследствие радиоактивного распада.
На мелиорируемых землях (Р10) снижение загрязнения почв связано
с работой дренажа. Расчет показал, что дренажный сток снизил плотность
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
загрязнения почвы на 841 кБк/м2. С дренажным стоком 137Cs попадает в
речную сеть и в дальнейшем не участвует в загрязнении земель данной тер­
ритории. По эффективности снижения радиоактивного загрязнения почв агроэкосистем действие дренажа сравнимо с поверхностным смывом почв на
покатых склонах.
Сравнение значений ±£ДАэкс с ±ГДАрас показывает, что относитель­
ная ошибка расчетов суммы потерь ' Cs вследствие радиоактивного распа­
да, биовыноса, поверхностного и дренажного стоков для Р2, Рб, Р4 и Р10 со­
ставляет соответственно 35, 3, 22 и 6%. Высокая степень сходимости рас­
считанных и экспериментальных значений для задач подобного рода указы137
вает на адекватность предполагаемых процессов миграции Cs реальным,
протекающим в почвах агроэкосистем.
Таким образом, основными процессами миграции l37Cs в почвах агро­
экосистем, за исключением агроэкосистемы на вершине моренного холма,
являются поверхностный и дренажный стоки, на которые приходится соот­
ветственно 54-59% и 63% от общего выноса радионуклида. Биовынос сель­
скохозяйственными культурами составляет всего 3-11% от общего выноса
радионуклида. Радиоактивный распад снизил общие потери 137Cs на 34-41%.
В агрозкосистеме, слабо подверженной водной эрозии, основным процес­
сом, снижающим зафязнение почвы, является радиоактивный распад (75%
от общих потерь радионуклида).
Накопление l37 Cs в фитоценозе
Наибольшая активность l37Cs в надземной части растений наблюдает­
ся в естественных экосистемах, на участках верхней части склона и древ­
ней ложбины стока ледниковых вод. Удельная активность l37 Cs в корне­
вых системах растений в 3-21 раз превышает содержание радионуклида в
надземной фитомассе.
Наибольшими коэффициентами перехода I37Cs в растительность харак­
теризуются целинная дерново-подзолистая и болотно-дерново-глубокоподзолистая почвы естественных экосистем. Биовынос 137Cs растительно­
стью в естественных экосистемах выше, чем биовынос в аналогичных агроэкосистемах в 5-100 раз. Однако, переход радионуклида из почвы в растения
незначителен и не превышает 1,3% в естественных экосистемах и 0,3% в агроэкосистемах.
На основании полученных результатов была установлена линейная за­
висимость между удельной активностью корней (Бк/г) и их массой (R2 =
0,85) (рис. 3). Следовательно, с увеличением массы корневых систем прямо
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пропорционально увеличивается активность корней на единицу массы неза­
висимо от типа почвы и биоценоза. Зависимости между массой корневых
систем и активностью надземной части растений не обнаружено.
у = 0,0675х - 0,3099
.0,85
т
20
•
30
1
1
1
1
1
40
50 60 70 80 90 100 ПО 120 130
Масса корней, г
Активность корней (сух. масса) —*— Активность травостоя (сух. масса)
Рис. 3. Зависимость удельной активности корней и удельной активности
надземной части растений от массы корневых систем.
Выводы
137,
1. По истечению 16-17 лет после катастрофы на ЧАЭС изотопы 1J
'Cs
находятся в почве преимущественно в необменном и фиксированном со­
стояниях. Суммарная активность подвижных форм 137Cs в верхнем 10-см
слое почв естественных экосистем составляет 1,4-17,1%, в пахотном гори­
зонте почв агроэкосистем - 3,9-8,7% от общей активности радионуклида.
Наибольшее содержание мобильных фракций 137Cs имеет место в нижней
части исследуемого слоя.
2. За период исследований во всех почвах уменьшилось содержание 137Cs
в остатке, и увеличилась доля фракций, извлекаемых 6 н. НС1 при кипячении.
Наиболее интенсивно процесс трансформации формы Cs, остающейся в
почве после обработки десорбентами, протекает в почвах агроэкосистем.
3. В почвах естественных экосистем 94-97% радионуклида сосредото­
чено в слое, равном 0-10 см. Кривая распределения плотности загрязнения
l37
Cs по профилю почв естественных экосистем через 16-17 лет после выпа­
дений носит, как правило, экспоненциально убывающий характер с глубины
2-4 см, где наблюдается максимум. Наибольшей скоростью вертикальной
миграции характеризуется дерново-подзолистая почва на вершине холма.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Исследование динамики плотности загрязнения Cs почв естествен­
ных экосистем катены позволяет сделать вывод, что во всех экосистемах, за
исключением мелиорируемой, имеет место процесс вторичного загрязнения.
5. Дренаж является эффективным способом борьбы с радиоактивным за­
грязнением болотных низинных почв. Осушение позволило снизить плот­
ность загрязнения почв 137Cs за исследуемый период на 38% от суммарного
снижения загрязнения. С дренажным стоком из почвы удаляются не только
водорастворимые и обменные формы радионуклида, но и труднораствори­
мые соединения, входящие в состав илистых и коллоидных частиц. Расчет
коэффициента обмена 137Cs на К+ в ППК показал, что в болотных низинных
Cs +
почвах К + >1, то есть ион цезия слабее, чем калий, поглощается почвой и в
К.
большом количестве выносится с фильтрующимся раствором.
6. Исследование динамики плотности загрязнения 37Cs почв агроэкосистем катены показало, что во всех почвах, за исключением почвы подножья
склона, имеет место снижение плотности загрязнения почв 137Cs. На почвах,
подверженных водной эрозии, основная роль в перераспределении радио­
нуклида принадлежит поверхностному стоку, на мелиорируемых - дренаж­
ному. Количественная оценка процессов миграции 137Cs показала, что дре­
нажный сток, поверхностный сток, радиоактивный распад и биовынос
уменьшают активность 137Cs соответственно на 63, 14-59, 34-41 и 3-11% от
общего снижения активности в этих почвах.
7. В пахотных почвах увеличилось содержание137Сэ в нижней части ис­
следуемого слоя, где из-за повышения плотности почвы в плужной подошве
возрастает объем тонких водных слоев, обладающих ионозадерживающей
способностью. Аналогичное явление наблюдается и в почвах естественных
экосистем в слоях с повышенной плотностью.
8. Изучение накопления ' 7Cs в фитоценозе показало, что содержание
радионуклида в корневых системах значительно превышает его содержание
в надземной массе. В естественных экосистемах это превышение составляет
от 4 до 21 раза, в агроэкосистемах от 3 до 11 раз.
Установлена тесная линейная зависимость между активностью корне­
вых систем и их массой (R2 = 0,85). Независимо от типа почвы и биоценоза
с увеличением массы корней пропорционально увеличивается активность
корневых систем на единицу массы. Зависимости между массой корней и
активностью надземной части растений не обнаружено.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рекомендации производству
1. Для борьбы с радиоактивным загрязнением болотных низинных почв
предлагается строительство новых и реконструкция старых осушительных
систем, на которых необходимо устраивать специальные сооружения, за­
держивающие поступление 7Cs в водоприемники. Устройство таких со­
оружений в местах сброса дренажных вод в водоприемники позволит обес­
печить экологическую эффективность дренажа.
2. На пахотных землях предлагается оптимизировать условия для фор­
мирования мощной и глубокой корневой системы, активность которой мо­
жет превышать на порядок активность надземной массы.
Список опубликованных работ
1. Осипов, В.Б. Динамика распределения форм l37Cs в почвах геохими­
чески сопряженных ландшафтов / Осипов В.Б., Чекин Г.В, Сковородникова
Н.А. // Материалы Международной научно-практической конференции мо­
лодых ученых «Использование достижений современной биологической
науки при разработке технологий в агрономии, зоотехнии и ветеринарии». —
Брянск, 2002. - С. 95- 96.
2. Осипов, В.Б. Особенности радиоактивного загрязнения переходного
болота Брянской области / Осипов В.Б., Чекин Г.В, Сковородникова Н.А. //
Материалы Международной научно-практической конференции молодых
ученых «Использование достижений современной биологической науки при
разработке технологий в агрономии, зоотехнии и ветеринарии». - Брянск,
2002.-С. 96-97.
3. Сковородникова, Н.А. Роль геохимических ландшафтов в перерас­
пределении радиоактивного загрязнения / Сковородникова Н.А. // Тезисы
докладов X Международной конференции студентов и аспирантов по фун­
даментальным наукам «Ломоносов-2003». - Москва, 2003. - С . 126-127.
4. Осипов, В.Б. Особенности поведения 137Cs в почвах геохимически
сопряженных ландшафтов / Осипов В.Б., Чекин Г.В. Сковородникова Н.А. //
Материалы научно-практической конференции, посвященной 75 летаю со дня
рождения профессора Г.Б. Гальдина. - Пенза, 2003. - С. 149 - 151.
5. Сковородникова, Н.А. Динамика распределения 137Cs в торфяной бо­
лотной низинной почве / Сковородникова Н.А. // «Молодые ученые - аграр­
ной науке и производству». Сб. науч. работ молодых ученых-аграриев Цен­
трального Федерального округа. Выпуск 1. - Брянск: Изд-во Брянской
ГСХА, 2003.-С. 45-47.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Р23 7 80
6. Пакшина, СМ. Оценка биовыноса 137Cs сельскохозяйственными
культурами / Пакшина СМ., Сковородникова Н.А. // Почвы — национальное
достояние России: Материалы IV съезда Докучаевского общества почвове­
дов. - Новосибирск, 2004. - Кн. 1. - С. 282.
7. Пакшина, С.М.Особенности накопления радиоцезия в продукции
растениеводства / Пакшина СМ., Сковородникова Н.А. // Аграрная наука.
-2004.-№3.-С6-9.
8. Сковородникова, Н.Н. Радиоэкологический мониторинг распределе­
ния 137Cs по профилю некоторых почв Брянского Полесья / Сковородникова
Н.Н., Осипов В.Б., Чекин Г.В. // Агроэкологические проблемы сельскохо­
зяйственного производства в условиях антропогенного загрязнения: Мате­
риалы Всероссийской научно-практической конфереции. — Ульяновск, 2004. С. 66 - 68.
9. Пакшина, СМ. Экологическая эффективность дренажа при осушении
болотных почв, загрязненных 137Cs / Пакшина СМ., Васильев В.К., Осипов
В.Б., Сковородникова Н.А. // Мелиорация и водное хозяйство. - 2005. №
3.-С32-34.
10. Сковородникова, Н.А. Миграция 137Cs в почвах Брянского Полесья /
Сковородникова Н.А. // Материалы Международной научнэ-практической
конференции «Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК» среди
студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 25-летию Брянской
ГСХА. - Брянск, 2005 (в печати).
11. Пакшина, С М . Особенности вторичного загрязнения 137Cs нечерно­
земных почв / Пакшина СМ., Просянников Е.В., Осипов В.Б., Сковороднико­
ва Н.А. // «Чернобыль - 20 лет спустя...». Материалы Международной научнопрактической конференции. — Брянск, 2005 (в печати).
Объем 1 п. л.
Тираж 100
Формат 60 х 841/16
Редакционно-издательский отдел Брянской ГСХА
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
500 Кб
Теги
полесья, миграции, брянского, почва, экосистема, 1907, различных
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа