Содержание и распределение радионуклидов в профиле светло-серой лесной почвы и растениях агроценозов

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в России и в мире проблема загрязнения почв и культурных растений агроценозов радионуклидами (РН) продолжает оставаться весьма острой и актуальной.

В результате проведения испытаний ядерного оружия, аварий на атомных объектах (ПО “Маяк”, проект “Глобус-1”, Чернобыльская АЭС, АЭС “Фукусима-1” и др.) и интенсивного развития ядерной энергетики в биосферу поступили значительные количества обладающих высокой биодоступностью, преимущественно долгоживущих искусственных (техногенных) радионуклидов (ИРН), таких как цезий-137 (¹³⁷Cs) (Т_1/2 = 30.17 лет) и стронций-90 (⁹⁰Sr) (Т_1/2 = 28.79 лет) [1, 2].

Поступающие в почвы¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr способны накапливаться в растительной продукции, ухудшая ее качество, организме сельскохозяйственных животных и человека, вызывая мутации и онкологические заболевания [3].

Кроме ИРН в почвах содержатся естественные (природные) радионуклиды (ЕРН), во многом определяющие природный радиационный фон почв [4]. К основным ЕРН относятся: калий-40 (⁴⁰К) (Т_1/2 = 1.28 × 10⁹ лет), радий-226 (²²⁶Ra) (Т_1/2 = 1.62 × 10³ лет) и торий-232 (²³²Th) (Т_1/2 = 1.40 × 10¹⁰ лет) [5].

В результате неконтролируемого применения минеральных удобрений и агромелиорантов (природных калийных солей, фосфоритной муки, гипса, фосфогипса, аммофоса, отходов промышленности и др.), содержащих ЕРН, может происходить радиоактивное загрязнение почв [6].

В Ивановской обл., как в развивающимся аграрном регионе России, в пахотном фонде почв региона в основном преобладают дерново-подзолистые почвы (92%), однако не малый интерес в этой связи представляют и более плодородные светло-серые лесные почвы, доля которых составляет 7.6% или 24 тыс. га [7]. Контроль за содержанием и поведением в почвах и растениях РН является важной агроэкологической задачей современного земледелия.

Цель работы заключалась в проведении локального радиационного мониторинга светло-серых лесных почв Ивановской обл. по установлению уровней содержания и особенностей распределения по профилю светло-серой лесной почвы радионуклидов ¹³⁷Cs,⁹⁰Sr,⁴⁰К,²²⁶Ra и ²³²Th, определении влияния отдельных агрохимических свойств почвы на поведение изученных РН в системе почва–культурное растение, особенностях накопления ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr различными сельскохозяйственными культурами, возможности получения безопасной растительной продукции, соответствующей санитарно-гигиеническим и ветеринарным нормативам.

Оценку радиационной ситуации по содержанию и распределению ¹³⁷Cs,⁹⁰Sr,⁴⁰К,²²⁶Ra и ²³²Th в светло-серых лесных почвах и культурных растениях агроценозов Ивановской обл., проводили впервые. Полученные данные, в научной литературе ранее не публиковались, что повышает ценность проведенного исследования.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование агрохимических показателей и содержания ¹³⁷Cs,⁹⁰Sr,⁴⁰К,²²⁶Ra и ²³²Th в профиле светло-серой лесной почвы реперного участкапроводили в 2008, 2013 и 2018 гг. Почвенные образцы отбирали из слоев 0–20, 20–40, 40–60, 60–80 и 80– 100 см почвы. Масса индивидуального почвенного образца составляла ≈ 0.5 кг из каждого горизонта.

Определение удельной активности ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в пахотном горизонте (0–20 см) исследованной почвы и их накопление культурами проводили ежегодно в период 2009–2022 гг.

Исследование осуществляли в соответствии с ежегодным локальным мониторингом почв земель сельскохозяйственного назначения на реперном участке, расположенном в Гаврилово-Посадском р-не. Почва реперного участка в течение проведения мониторинга находилась в обработке. Площадь участка составляла 25 га.

С реперного участка с 2009 по 2022 г. с помощью тростевого бура отбирали несколько смешанных образцов почвы из пахотного слоя. Один смешанный образец, массой ≈ 0.5 кг составляли из 30–35 точечных проб и в среднем с каждых 6–7 га площади реперного участка.

Смешанную пробу растений массой ≈ 0.5 кг натуральной влажности составляли из 8–10 точечных проб. Пробы почв и растений отбирали с одних и тех же локаций участка.

Определяли следующие показатели почвы: обменную кислотность (рН_KCI) – по ГОСТ Р 58594–2019, содержание органического вещества (С_орг) – по методу Тюрина в модификации ЦИНАО по ГОСТ 26213-91, подвижных фосфора (P₂O₅) и калия (К₂О) – по ГОСТ Р 54650-2011 (по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО), обменных оснований кальция и магния (Сa и Mg) – по ГОСТ 26487-85, фракций физической глины (<0.01 мм) и ила (<0.001 мм) – по Качинскому [8].

Определение содержания изученных РН производили на приборе УСК “Гамма Плюс” (Россия) в счетных образцах на сцинтилляционном гамма-, бета-спектрометре с использованием программного обеспечения “Прогресс”.

Содержание ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в почве и растительных образцах определяли согласно методическим рекомендациям [9], ¹³⁷Cs в растительной продукции – по ГОСТ Р 54040-2010. Гамма-спектрометрию проб почвы проводили в геометрии сосуда Маринелли объемом 1 л. Растительные образцы на определение¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr предварительно озоляли при температуре 450°C (концентрировали более чем в 10 раз), после чего золу помещали в чашки Петри (¹³⁷Cs) и измерительные кюветы (⁹⁰Sr).

Для получения данных удельной активности¹³⁷Cs в растительных образцах значительно увеличивали время экспозиции до 2–5 ч и более.

Для оценки перехода¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr из почвы в растения рассчитывали коэффициент накопления (К_Н), равный отношению удельной активности ИРН в растениях (Бк/кг сухой массы) к его активности в почве (Бк/кг сухой почвы).

Коэффициент перехода (К_П) определяли как отношение удельной активности ИРН в растениях (Бк/кг) к плотности загрязнения ими пахотного слоя почвы на единицу площади (кБк/м²).

При статистической обработке данных проводили проверку закона нормального распределения признака с помощью критерия Шапиро–Уилка (p > 0.05). Для выявления взаимосвязей при нормальном распределении рассчитывали коэффициенты парной линейной корреляции Пирсона, при ненормальном – коэффициенты ранговой корреляции Спирмена с использованием программы “Statistica” (10 версия). Оценку уровня корреляции проводили по шкале Чеддока.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Агрохимическая характеристика профиля светло-серой лесной почвы представлена в табл. 1.

 

Таблица 1. Агрохимическая характеристика профиля светло-серой лесной почвы

Горизонт	Глубина отбора, см	Фракция, %		Сорг, %	pHKCl	P2O5	K2O	Ca2+	Mg2+
		< 0.01 мм	< 0.001 мм			мг/кг почвы		смоль (экв)/ 100 г почвы
Апах	0–20	17.2	14.5	2,3	5.8	255	303	8.1	2.7
Апах/А2В	20–40	18.9	9.4	1,4	5.8	172	146	7.4	2.0
А2В/В	40–60	18.3	17.1	0.8	5.4	163	80	10.9	2.9
В	60–80	16.5	28.2	0,6	5.5	197	109	9.1	3.0
В	80–100	16.5	28.2	0,5	4.7	109	80	12.9	1.6
М ± m*		17.5 ± 0.5	19.5 ± 3.8	1.1 ± 0.3	5.4 ± 0.2	179 ± 24	144 ± 42	9.7 ± 1.0	2.4 ± 0.3
V **		6.2	43.3	66.6	8.3	30	65	23.0	25.0
Lim ***		16.5–18.9	9.4–28.2	0.5–2.3	4.7–5.8	109–255	80–303	7.4–12.9	1.6–3.0

* М ± m – среднее арифметическое и его ошибка (то же в табл. 2); ** V – коэффициент вариации (то же в табл. 2); *** Lim – пределы величин (то же в табл. 2).

 

Обследование почвы реперного участка в 2008, 2013 и 2018 гг. с последующим усреднением показателей выявило, что вниз по профилю отмечено увеличение кислотности на 1.1 ед. рН_KCl, снижение содержания С_орг на 1.8%, содержания подвижных P₂O₅ и K₂O на 146 и 223 мг/кг почвы соответственно, обменного Mg – на 1.1 смоль(экв)/100 г и глинистой фракции частиц (<0.01 мм) на 0.7%, при этом содержание обменного Ca и илистой фракции частиц (<0.001 мм) с глубиной увеличивалось на 4.8 смоль (экв)/100 г и 13.7% соответственно.

Варьирование всех исследованных агрохимических показателей почвы подчинялось закону нормального распределения. Величина критерия Шапиро–Уилка удовлетворяла следующему условию: p > 0.05.

Об участии компонентов твердой фазы почв в процессах закрепления РН можно судить по их присутствию в профиле [10].

Результаты определения удельной активности изученных РН в профиле почвы позволили дать детальную характеристику радиационной обстановки на исследованной территории, установить влияние отдельных компонентов и свойств почвы на механизмы закрепления или миграции РН в почвах.

Зная влияние свойств почвы на поведение РН, можно управлять механизмами поступления их в растения, принимать меры по снижению их накопления в растительной продукции и поступлению с кормом и пищей в организмы животных и человека.

Сорбция РН отдельными компонентами и соединениями почвы препятствует их передвижению по профилю, проникновению в грунтовые воды и их загрязнению. РН в основном содержатся в верхнем, наиболее богатом органическим веществом и тонкодисперсными минералами слое почвы [8, 10]. Чем полнее и сильнее РН поглощаются почвенно-поглощающим комплексом (ППК), тем меньше они будут вымываться осадками, передвигаться по профилю почвы и в меньших количествах будут аккумулироваться в растениях.

Удельные активности и особенности распределения¹³⁷Cs,⁹⁰Sr,²²⁶Ra,²³²Th и ⁴⁰К по профилю светло-серой лесной почвы участка отражены в табл. 2.

 

Таблица 2. Удельная активность РН в профиле светло-серой лесной почвы, Бк/кг

Глубина отбора, см	137Cs	90Sr	226Ra	232Th	40К
0–20	5.8	6.6	14.1	28.7	472
20–40	5.4	7.0	14.7	31.4	457
40–60	4.1	7.7	15.9	25.6	417
60–80	8.5	5.7	6.4	32.5	476
80–100	4.2	5.2	16.3	25.6	399
*М ± m	5.6 ± 0.8	6.4 ± 0.4	13.5 ± 1.8	28.8 ± 1.4	444 ± 15
**V	31.8	15.6	30.1	11.1	8
***Lim	4.1–8.5	5.2–7.7	6.4–16.3	25.6–32.5	399–476

 

Удельные активности ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в верхнем пахотном (0–20 см) слое профиля почвы реперного участка не превышали предельных показателей фона глобальных выпадений: 4–30 и 1–18 Бк/кг соответственно [11].

Удельные активности ЕРН в почвах Мира варьируют в широких диапазонах. Например, по данным Тихомирова, удельные активности ²³²Th и ⁴⁰K в серых лесных почвах России в среднем составляют 32 и 450 Бк/кг почвы, что вполне согласуется с удельными активностями данных ЕРН в верхнем слое исследованной почвы.

В качестве среднемировой принята величина удельной активности для ²²⁶Ra равная 30 Бк/кг. Удельные активности ²²⁶Ra, отмеченные в верхнем слое светло-серой лесной почвы Ивановской обл., были в 2.1 раза меньше среднемирового показателя [12].

Варьирование показателей удельных активностей ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ²³²Th и ⁴⁰К в почвенном профиле (0–100 см), за исключением²²⁶Ra, подчинялось закону нормального распределения.

Установлено, что изменения показателей удельных активностей ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ²²⁶Ra, ²³²Th и ⁴⁰К с увеличением глубины отбора проб по профилю характеризовались снижающимися трендами. Принимая во внимание угол наклона тренда и значение коэффициента регрессии в уравнении линейной регрессии, наиболее сильное снижение удельной активности вниз по профилю отмечали для ⁴⁰К, наименее сильное – для ¹³⁷Cs.

Для определения характера и степени влияния отдельных агрохимических свойств почвы на содержание и распределение РН в профиле изученной почвы, а также установления взаимосвязей между самими РН проводили расчет коэффициентов корреляции, величины которых приведены в табл. 3.

 

Таблица 3. Коэффициенты корреляции между свойствами светло-серой лесной почвы и удельными активностями РН

Свойства почвы РН	Фракция, %		Сорг, %	pHKCl, ед.	P2O5	K2O	Ca	Mg	137Cs	90Sr	226Ra	232Th	40K
	<0.01 мм	<0.001 мм			мг/кг почвы		смоль(экв)/ 100 г почвы
137Cs	−0.39	0.29	0.01	0.40	0.50	0.17	−0.50	0.52	−	−0.33	−0.90	0.85	0.81
90Sr	0.86	−0.79	0.37	0.60	0.29	0.14	−0.40	0.41	−0.33	−	0.00	−0.11	0.07
226Ra	0.10	0.10	−0.40	−0.67	−0.90	−0.67	0.60	−0.70	−0.90	0.00	−	−0.87	−1.00
232Th	0.04	−0.13	0.18	0.63	0.46	0.23	−0.78	0.27	0.85	−0.11	−0.87	−	0.86
40К	0.01	−0.28	0.55	0.82	0.85	0.62	−0.88	0.53	0.81	0.07	−1.00	0.86	−

Примечание. Обычным начертанием выделены коэффициенты линейной корреляции Пирсона, курсивом – ранговой корреляции Спирмена (то же в табл. 4). Полужирным выделены значимые коэффициенты корреляции при р <0.05 (то же в табл. 4).

 

Кислотность почвенного раствора, содержание органического вещества, состав поглощенных катионов и величина емкости катионного обмена, гранулометрический и минералогический составы почвы в значительной степени влияют на поведение РН в почве [10, 13–15].

Наиболее тесная корреляционная взаимосвязь между изменением содержания органического вещества по профилю светло-серой лесной почвы и удельной активностью изученных РН отмечена по отношению к ⁴⁰К, наименее тесная – к ¹³⁷Cs и ²²⁶Ra (табл. 3).

Выявленные взаимосвязи показали, что органическое вещество в недостаточной степени способствовало удержанию всех изученных РН в профиле светло-серой лесной почвы. Таким образом, создаются условия и опасность миграции изученных РН вниз по профилю почвы.

Судя по величинам коэффициентов корреляции снижение обменной кислотности заметно влияло на закрепление ⁹⁰Sr, ²³²Th и, особенно, ⁴⁰K по профилю почвы, по отношению к ²²⁶Ra отмечена обратная зависимость.

С повышением содержания в почве илистых (тонкодисперсных) частиц увеличивается в почве содержание ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr [14, 16]. В нашем исследовании, судя по рассчитанным коэффициентам линейной корреляции, заметное влияние на адсорбцию оказывала только фракция физической глины (<0.01 мм) по отношению к ⁹⁰Sr, при этом более тонкодисперсные илистые частицы не принимали участия в поглощении этого РН. В целом гранулометрический состав почвенных коллоидов не оказывал существенного влияния на сорбцию и распределение ¹³⁷Cs, ²²⁶Ra, ²³²Th и ⁴⁰K в профиле светло-серой лесной почвы. Предположительно, это могло быть связано с тем, что исследованная почва участка содержала недостаточное количество тонкодисперсных частиц и имела супесчаный состав.

Влияние содержания обменных Ca и Mg неоднозначно сказывалось на распределении изученных РН. Кальций проявлял высокую конкуренцию за места сорбции на поверхности ППК ко всем РН, за исключением ²²⁶Ra, особенно к ⁴⁰К, о чем свидетельствовала существенная (р < 0.05) высокая корреляция (табл. 3). Распределение обменного Mg по профилю было связано с распределением РН, за исключением ²²⁶Ra, с которым Mg, вероятно, вступал в конкуренцию.

Установлено, что подвижный P₂O₅ почвы способен принимать участие в закреплении микроколичеств ⁹⁰Sr путем соосаждения на поверхности фосфатов [14]. В проведенном исследовании отмечено, что между концентрацией подвижного P₂O₅ и удельными активностями изученных РН, за исключением²²⁶Ra, установлены положительные корреляционные взаимосвязи (табл. 3).

Калий и ¹³⁷Cs являются химическими элементами-аналогами, проявляющими взаимные антагонистические свойства. Проведенный нами корреляционный анализ не показал, что между этими элементами имеется какая-либо конкуренция за места сорбции на поверхности ППК. Кроме того, подвижный K₂O не оказывал заметного влияния на распределение по почвенному профилю⁹⁰Sr и ²³²Th. Между содержанием подвижного K₂О и удельной активностью⁴⁰K по профилю отмечена заметной силы положительная корреляция: r = 0.62.

Установленные положительные корреляции между удельными активностями отдельных РН (табл. 3) позволили предположить у них схожие механизмы поглощения различными центрами сорбции светло-серой лесной почвы. Подтверждение полученным нами величинам коэффициентов корреляции между удельными активностями ⁴⁰К и ²³²Th можно найти в работе [17].

Распределение ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ²³²Th, ²²⁶Ra и ⁴⁰К в профиле светло-серой лесной почвы во многом связано с интенсивностью подзолистого процесса, при этом в почвенном профиле проявляется элювиально-иллювиальная дифференциация РН. Иллювиальная толща (60–100 см) горизонта В характеризуется значительной уплотненностью и более тяжелым гранулометрическим составом, за счет увеличения в 2 раза содержания илистых частиц по сравнению с их содержанием в Апах и, таким образом, является геохимическим барьером, в котором происходит аккумуляция всех изученных РН.

Плотность загрязнения¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr пахотного слоя светло-серой лесной почвы за период 2009– 2022 гг. проведения мониторинга составляла M ± m = 0.045 ± 0.002 Ки/км² (lim = 0.034–0.054) и M ± m = 0.025 ± 0.003 Ки/км² (lim = 0.015–0.051) соответственно, что существенно меньше уровней, соответствующих относительно удовлетворительной экологической обстановке – 1.0 и 0.1 Ки/км² соответственно, и позволяет отнести исследованную почву участка к незагрязненной территории.

Данные удельной активности¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в культурных растениях и К_П¹³⁷Cs и К_П⁹⁰Sr из почвы в растения представлены в табл. 4.

 

Таблица 4. Коэффициенты перехода и удельная активность ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в растительной продукции культур, Бк/кг

Культура (вид продукции)	137Cs	90Sr	КП137Cs	КП90Sr
Яровая пшеница (зерно/солома)	1.9 ± 0.5/2.9 ± 0.6	1.4 ± 0.4/3.6 ± 0.7	1.0 ± 0.1/1.5 ± 0.2	0.7 ± 0.1/1.9 ± 0.2
Ячмень (зерно/солома)	1.5 ± 0.7/3.0 ± 0.7	1.1 ± 0.4/2.0 ± 0.6	0.9 ± 0.4/1.6 ± 0.4	1.7 ± 0.6/3.0 ± 1.0
Овес (зерно/солома)	3.1 ± 0.5/3.6 ± 0.7	2.0 ± 0.4/3.2 ± 0.8	2.0 ± 0.3/2.3 ± 0.3	1.9 ± 0.2/3.0 ± 0.6
Озимая пшеница (зерно/солома)	1.4 ± 0.3/2.3 ± 0.3	0.9 ± 0.2/1.8 ± 0.3	0.8 ± 0.2/1.4 ± 0.2	1.0 ± 0.1/2.0 ± 0.3
Кукуруза (зерно/стебли)	1.2 ± 0.3/1.4 ± 0.4	0.6 ± 0.2/0.7 ± 0.2	0.7 ± 0.1/0.9 ± 0.2	1.1 ± 0.1/1.3 ± 0.2
Однолетние травы (зеленая масса)	2.9 ± 0.4	0.6 ± 0.1	2.0 ± 0.3	0.6 ± 0.1
rИРН почва/ИРН растение
Яровая пшеница (зерно/солома)	−0.42/−0.21	−0.47/−0.33
Ячмень (зерно/солома)	−1.00/−0.99	−0.95/−0.71
Овес (зерно/солома)	−0.34/0.08	−0.38/−0.42
Озимая пшеница (зерно/солома)	−0.63/−0.64	0.80/0.45
Кукуруза (зерно/стебли)	−0.41/−0.25	−0.52/−0.16
Однолетние травы (зеленая масса)	−0.46	−0.55
rИРН основная продукция/ИРН побочная продукция
Яровая пшеница	0.79	0.75
Ячмень	0.99	0.90
Овес	0.65	0.49
Озимая пшеница	0.99	0.10
Кукуруза	0.53	0.76

 

Многочисленными исследованиями, в т. ч. проведенными на серых лесных почвах, установлено, что в генеративных органах (зерно) культурных растений¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr накапливаются значительно меньше, чем в надземных вегетативных органах (соломе, листьях) [18–23].

Настоящим исследованием установлено, что для всех зерновых культур была отмечена общая закономерность, когда в их основной продукции (зерне) содержание¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr было меньше, чем в побочной (соломе), что может указывать на наличие у культур защитных механизмов, которые препятствуют излишнему проникновению ИРН в зерно.

Величины удельной активности¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в основной продукции зерновых культур возрастали в ряду: кукуруза > озимая пшеница > ячмень > яровая пшеница > овес,¹³⁷Cs в побочной продукции: кукуруза > озимая пшеница > яровая пшеница > ячмень > овес,⁹⁰Sr в побочной продукции: кукуруза > озимая пшеница > ячмень > овес > яровая пшеница.

Удельная активность¹³⁷Cs в зеленой массе однолетних трав (вике, овсе) была больше в 4.8 раза, чем⁹⁰Sr.

Величины удельной активности¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr во всех видах культур полностью удовлетворяли санитарно-гигиеническим требованиям к ограничению содержания¹³⁷Cs и⁹⁰Sr в кормовых сеяных травах (зеленой массе) на уровне ≤100 и 50 Бк/кг, грубых кормах (солома) – ≤400 и 180 Бк/кг, фуражном и продовольственном зерне – ≤200 и 140 и 70 и 40 Бк/кг соответственно [24–25].

Расчет К_П¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в сельскохозяйственные культуры из почвы показал, что средние величины К_П⁹⁰Sr были больше средних показателей К_П¹³⁷Cs, т. е. процесс перехода⁹⁰Sr из обоих типов почв в растения всех видов был интенсивным, чем переход¹³⁷Cs.

При сравнении величин К_П¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr для одних и тех же видов культур выяснили, что¹³⁷Cs в основном хуже переходил в основную и побочную продукцию по сравнению со ⁹⁰Sr, что подтверждено данными других исследований, проведенных на серых лесных почвах [20, 21].

Интенсивность перехода ¹³⁷Cs из почв, как в основную, так и побочную продукцию культур совпадала с рядом увеличения удельной активности. Интенсивность перехода ⁹⁰Sr в продукцию культур не совпадала с рядом содержания ⁹⁰Sr в продукции культур. Величины К_П⁹⁰Sr для основной продукции возрастали в ряду: яровая пшеница > озимая пшеница > кукуруза > ячмень > овес; К_П⁹⁰Sr для побочной продукции: кукуруза > яровая пшеница > озимая пшеница > ячмень > овес.

Сила корреляционной взаимосвязи между величинами удельной активности ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в почве и растениях изменялась в зависимости от видовой принадлежности культур (табл. 4). Преимущественно между рассмотренными показателями отмечена связь обратной зависимости и умеренной силы сопряженности. Отметим, что содержание ⁹⁰Sr в зерне и соломе озимой пшеницы возрастало с увеличением удельной активности ⁹⁰Sr в пахотном слое почвы.

Озимые зерновые культуры, как правило, накапливают в 2.0–2.5 раза меньше ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr, чем яровые зерновые [14]. Частичное подтверждение этому факту получено в нашем исследовании, когда зерно озимой пшеницы в среднем меньше накапливало¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в 1.4 и 1.5 раза, чем зерно яровых зерновых (ячменя, овса и пшеницы), а солома – в 1.3 и 1.45 раза меньше соответственно (табл. 4).

Установленные для сельскохозяйственных культур на обследованном реперном участке величины К_Н¹³⁷Cs и К_Н⁹⁰Sr укладывались в пределы 0.18–0.55 и 0.14–0.7 соответственно, что аналогично показателям К_Н¹³⁷Cs 0.02–1.1 и К_Н⁹⁰Sr 0.02–12 для незагрязненных почв, приведенным в работе [26].

Накопление ⁹⁰Sr основной и побочной продукцией большинства зерновых культур происходило в 1.35–2.09 и 1.27–1.75 раза более интенсивно соответственно, чем ¹³⁷Cs, о чем свидетельствовали полученные показатели К_Н и, наоборот, для зеленой массы однолетних трав величина К_Н¹³⁷Cs была в 3.43 раза больше, чем К_Н⁹⁰Sr (рис. 1).

 

Рис. 1. Коэффициенты накопления 137Cs (а) и 90Sr (б) продукцией культур.

 

Расчет коэффициентов корреляции Пирсона показал, что между удельной активностью¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в зерне и соломе зерновых культур отмечена линейная положительная корреляция в основном высокой и очень высокой силы сопряженности.

ВЫВОДЫ

1. Величины удельных активностей ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в пахотном слое почвы реперного участка не превышали предельных показателей фона глобальных выпадений. Удельные активности ²³²Th и ⁴⁰K соответствовали типичным показателям, характерным для типа исследованной почвы. Удельная активность ²²⁶Ra была в 2.1 раза меньше среднемировой.
2. Изменения величин удельных активностей¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ²²⁶Ra, ²³²Th и ⁴⁰К в профиле почвы характеризовались снижающимися трендами. Наиболее сильное снижение содержания отмечено для ⁴⁰К, наименее сильное – для ¹³⁷Cs.
3. Корреляционный анализ не выявил сопряженности между содержанием С_орг и удельными активностями радионуклидов (РН) в профиле почвы, за исключением ⁴⁰К. Снижение обменной кислотности заметно влияло на закрепление ⁹⁰Sr, ²³²Th и особенно ⁴⁰K по всей глубине исследованного профиля почвы. Тонкодисперсные илистые и глинистые частицы почвы не оказывали существенного влияния на сорбцию ¹³⁷Cs, ²²⁶Ra, ²³²Th и ⁴⁰К. Между содержанием глинистых частиц и удельной активностью⁹⁰Sr отмечена достоверная положительная корреляция.

Обменный Ca проявлял высокую конкуренцию за места сорбции на поверхности ППК ко всем РН, за исключением ²²⁶Ra, особенно к ⁴⁰К. Распределение обменного Mg по профилю было связано с распределением РН, кроме ²²⁶Ra, с которым Mg мог вступать в конкуренцию на границе раздела твердой и жидкой фаз почвы.

Между подвижными P₂O₅ и К₂О и удельными активностями ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ²³²Th и особенно ⁴⁰К установлены положительные корреляции различной силы взаимосвязи.

4. Высокие положительные корреляционные сопряженности между удельными активностями и распределением по профилю ¹³⁷Cs и ²³²Th, ¹³⁷Cs и ⁴⁰К, ²³²Th и ⁴⁰К позволили предположить у них схожие механизмы поглощения различными центрами сорбции почвы.
5. Распределение всех изученных РН в профиле почвы обусловлено интенсивностью подзолистого процесса. В профиле проявлялась элювиально-иллювиальная дифференциация РН, когда в иллювиальном горизонте происходило увеличение аккумуляции изученных РН за счет повышения содержания в 2 раза илистых частиц по сравнению с их содержанием в верхнем слое профиля.
6. Плотности загрязнения ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr пахотного слоя почвы участка были значительно меньше допустимых уровней удовлетворительной экологической обстановки, что позволило отнести почву участка к незагрязненной территории.
7. Зерно всех зерновых культур меньше накапливало ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr по сравнению с соломой.
8. Удельная активность ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в зерне возрастала в ряду: кукуруза > озимая пшеница > ячмень > яровая пшеница > овес, ¹³⁷Cs в побочной продукции: кукуруза > озимая пшеница > яровая пшеница > ячмень > овес, ⁹⁰Sr в побочной продукции: кукуруза > озимая пшеница > ячмень > овес > > яровая пшеница.
9. Величины удельной активности ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr во всех видах культур и выращенной продукции полностью удовлетворяли ветеринарным нормам и гигиеническим требованиям к ограничению содержания¹³⁷Cs и⁹⁰Sr в растительной продукции, предназначенной на корм животным и в пищу человеку.
10. К_Н¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr всеми растениями укладывались в нормативные пределы, характерные для растений, выращенных на незагрязненных почвах.
11. Накопление ⁹⁰Sr основной и побочной продукцией большинства зерновых культур происходило в 1.35–2.09 и 1.27–1.75 раза более интенсивно, чем ¹³⁷Cs. Зерно озимой пшеницы в среднем меньше накапливало ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в 1.4 и 1.5 раза, чем зерно яровых зерновых, солома – в 1.3 и 1.45 раза меньше соответственно.
12. В основном между величинами удельной активности ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в почве и растениях отмечена связь обратной зависимости и умеренной силы сопряженности. Между удельной активностью ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в зерне и соломе зерновых культур выявлена линейная положительная корреляция в основном высокой и очень высокой силы.

Об авторах

А. А. Уткин

Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы

Автор, ответственный за переписку.
Email: aleut@inbox.ru
Россия, 117198 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

И. Б. Нода

Станция агрохимической службы “Ивановская”

Email: aleut@inbox.ru
Россия, 153506 с. Богородское, Ивановская обл., ул. Центральная, 8

Список литературы

Дополнительные файлы