радионуклиды в почве РБ

ГЛАВА 2 ПОВЕДЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В ПОЧВАХ БЕЛАРУСИ

2.1. Миграция радионуклидов

Крупномасштабное загрязнение сельскохозяйственных угодий, неоднородное по плотности, составу и физико- химическим свойствам радиоактивных выпадений, приве- ло к необходимости организации исследований по изуче- нию закономерностей миграции «чернобыльских» радио- нуклидов в агроэкосистемах. Исследования были развер- нуты в России, Украине, Белоруссии и во многих европей-

ских государствах [105, 124, 186, 210, 277, 320, 321, 334, 337, 338, 347, 367, 372, 375].

Следует отметить, что регион Белорусско-Украинского Полесья привлекал внимание радиоэкологов еще в 60-х гг. вследствие повышенного накопления 137Cs в местных про- дуктах питания и соответственно в организме людей.

В Беларуси 68% территории и свыше 90% пашни зани- мают дерново-подзолистые и дерново-подзолистые забо- лачиваемые почвы. Дерново-болотные и торфяно- болотные почвы занимают 25% территории. Для всех рай- онов Белорусско-Украинского Полесья характерно распро- странение легких по гранулометрическому составу (песча- ных и супесчаных) почв, обедненных гумусом и элемента- ми минерального питания, с характерными низкой емко- стью обмена, малым содержанием вторичных глинистых минералов и повышенной гидроморфностью. Это зона дерново-подзолистых, дерново-подзолистых заболочен- ных, песчаных, супесчаных и суглинистых почв, располо- женных на водоразделах и пониженных участках рельефа.

В этой зоне также широко распространены и торфяные

37

почвы разного генезиса и пойменные (аллювиальные) дер- ново-болотные и торфяно-болотные почвы [221].

Для изучения характера и скорости миграционных про- цессов, определяющих биологическую доступность дол- гоживущих радионуклидов чернобыльского происхожде- ния в почвах сельскохозяйственных угодий, в 1986 г. Бе-

лорусским НИИ почвоведения и агрохимии были выбраны постоянные пункты наблюдений (реперы) на необрабаты- ваемых участках пастбищ, сенокосов и залежей, располо- женных на основных почвенных разновидностях Гомель- ской и Могилевской областей (табл. 2.1).

На каждом пункте были заложены почвенные разрезы и изучена исходная характеристика морфологических свойств, гранулометрического, минералогического, вало- вого химического состава и агрохимических свойств гене- тических горизонтов. Ежегодно проводились измерения мощности экспозиционной дозы (МЭД) и определялось содержание 137Cs и 90Sr в почве по вертикальному профи- лю через 1 и 5 см.

Диапазон плотности загрязнения почв 137Cs пунктов на- блюдений составлял от 74 до 3552 кБк/м2, 90Sr – от 4,8 до 566 кБк/м2. Как показали результаты, почвы реперных то- чек в широких пределах различались по валовому химиче- скому и гранулометрическому составу (табл. 2.2).

Данные анализов гумусо-аккумулятивных горизонтов почв постоянных участков наблюдений показали, что на выбранных реперах в широких пределах варьировали аг- рохимические свойства почвы (табл. 2.3).

Размах колебаний рН на разных реперах составил от

4,22 (9Г) до 7,34 (3Г), содержания P2O5 – от 2 (3Г) до 212 (6Г) мг/кг почвы, K2O – от 13 (9Г) до 228 (15Г) мг/кг поч- вы. Значительные различия отмечены по сумме погло- щенных оснований, выраженных в мг-экв/100 г почвы, – от 0,8 (9Г) до 53,1 (3Г). Все это свидетельствует о том, что

38

Таблица 2.1. Наименование почвенных разновидностей реперных точек, заложенных на территории Гомельской

и Могилевской областей

Репер, район,		Почва
хозяйство, населенный
пункт, угодье
		Гомельская область
1Г Брагинский,		Дерново-подзолисто-глееватая супесчаная, разви-
к-з «Чырвоная Нiва»,		вающаяся на супеси связной, пылеватой, подстилае-
д. Острогляды, залежь		мой с глубины 0,5 м средним суглинком
3Г Брагинский,		Иловато-перегнойно-глеевая, карбонатно-
к-з «Чырвоная Нiва»,		железистая, развивающаяся на легких пылеватых
д. Бокуны, пастбище		суглинках
5Г Хойникский,		Дерново-глееватая, суглинистая, развивающаяся
к-з «Октябрь»,		на суглинке, подстилаемом с глубины 0,5 м су-
д. Бабчин, пастбище		песью
6Г Хойникский,		Дерново-торфянисто-глеевая песчаная на песке
с-з «Стреличево»,
ур. Майдан, пастбище
9Г Наровлянский,		Дерново-подзолистая песчаная, развивающаяся
с-з «Дерновичи»,
		на мощном рыхлом песке
д. Дерновичи, лес
12Г Наровлянский,		Дерново-подзолистая, оглеенная внизу, песча-
к-з им. Ленина,
		ная, развивающаяся на связном песке, подсти-
д. Тешков, залежь
		лаемом с глубины 0,4 м рыхлым песком
(бывшая пашня)
15Г Хойникский,		Пойменная, дерново-перегнойно-глеевая, песча-
с-з «Оревичи», естест-		ная, развивающаяся на связном песке, сменяе-
венный сенокос		мом с глубины 0,6 м рыхлым песком
16Г Наровлянский,		Аллювиальная, дерново-глеевая, суглинистая на
с-з «Дерновичи»,
Довляды, естественный		слоистом суглинисто-песчаном аллювии
сенокос.
	Могилевская область
1М Славгородский,		Дерново-палево-подзолистая супесчаная, разви-
им. Куйбышева,
		вающаяся на рыхлой песчанистой супеси, подсти-
д. Куликовка, залежь
		лаемой с глубины 39 см рыхлым песком
(бывшая пашня)
4М Чериковский,		Дерново-подзолистая, оглеенная внизу, супесча-
		ная, развивающаяся на связной песчанистой су-
с-з «Знамя»,
		песи, подстилаемой с глубины 1 м моренным
д. Малиновка, сад
		суглинком
5М Чериковский,		Дерново-подзолистая, оглеенная внизу, супесча-
		ная, развивающаяся на связной песчанистой су-
д. Чудяны, лес.		песи, подстилаемой с глубины 0,7 м моренным
		суглинком
6М Краснопольский,		Дерново-подзолистая песчаная, на связных песках,
с-з «Холмянский»,		переходящих с глубины 48 см в рыхлые пески, под-
д. Мхиничи, залежь		стилаемые с глубины 140 см моренным суглинком
	39

Таблица 2.2. Химический состав почв реперных участков (% на абсолютно сухую навеску)

	Раз-	Глуби-	SiO2	Fe2O3	Al2O3	R2O3	P2O5	CaO	MgO	K2O
	рез	на, см
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
		5–15	87,80	1,40	5,46	6,86	0,06	0,67	0,96	1,10
	1 Г	17–27	87,93	1,40	5,46	6,86	0,03	0,11	1,08	1,40
		30–40	84,12	5,20	3,38	8,58	0,05	0,28	2,00	1,40
		60–70	83,64	2,80	6,50	9,30	0,05	0,11	2,12	1,43
	3 Г	15–20	12,21	9,80	0	9,80	0,62	13,78	23,50	0,25
		35–40	0,63	4,10	0	4,10	0,35	45,70	2,60	0,05
		60–70	69,90	3,40	6,24	9,64	0,18	1,40	3,80	1,13
	5 Г	5–15	85,91	1,00	4,42	5,42	0,07	0,56	1,88	1,03
		25–30	87,49	1,40	4,42	5,82	0,03	0,28	1,72	1,00
		60–70	88,45	2,00	4,42	6,42	0,04	0,45	0,68	0,83
		0–4	85,81	1,00	0,78	1,78	0,33	0,62	0,81	0,25
	6 Г	5–15	90,81	1,00	0	1,00	0,13	0,45	0,88	0,25
		30–40	95,52	0,80	0	0,80	0,06	3,36	1,08	0,28
		50–60	97,40	0,20	0	0,20	0,01	0,90	0,52	0,21
	9 Г	0–4	98,11	0,40	0	0,40	0,01	0,56	0,36	0,11
		15–20	96,53	0,80	0	0,80	0,01	2,80	0,88	0,13
	12 Г	10–20	92,49	1,60	0	1,60	0,09	0,22	0,44	0,95
		25–30	93,44	1,20	0,78	0,98	0,04	0,34	0,36	1,00
		50–60	94,07	1,40	0,78	2,18	0,04	0,45	0,44	0,95
	15 Г	5–15	93,02	1,00	0,52	1,52	0,09	0,28	0,52	0,53
		40–50	95,03	1,60	0	1,60	0,04	0,17	0,28	0,68
		60–70	97,49	1,00	0	1,00	0,03	0,50	0,52	0,78
		0–7	83,88	0,60	2,60	3,20	0,17	0,06	0,72	0,95
		10–20	85,73	1,00	4,68	5,68	0,09	0,40	0,76	1,00
	16 Г	25–35	94,46	1,00	1,04	2,04	0,03	0,44	0,68	1,00
		40–50	89,05	2,00	3,64	5,64	0,07	0,50	1,00	0,95
		60–70	95,25	1,60	0,78	2,38	0,06	0,06	0,32	1,03
		70–80	95,82	1,20	0,52	1,72	0,04	0,11	0,20	0,95
		80–90	93,73	1,60	2,08	3,68	0,16	0	0,40	1,00
		10–20	86,20	3,90	7,40	11,13	0,07	1,37	0	0,59
	1 М	28–38	93,90	2,40	3,70	6,10	0,03	0	0	0,44
		40–50	88,90	2,60	6,30	8,90	0,03	1,11	0	0,55
		70–80	98,40	1,00	6,00	7,00	0,04	0	0	0,65
		100–120	91,00	2,00	7,10	9,10	0,03	0	0	0,74
		10–20	90,50	1,20	8,00	9,80	0,09	0	0	0,85
	4 М	25–35	88,00	1,60	9,80	11,40	0,03	0	0	0,98
		50–60	94,10	0	5,00	5,00	0,02	0,28	0	0,73
		80–90	96,30	0,60	5,40	4,00	0,01	0	0	0,56
		110–120	86,20	3,10	9,20	12,30	0,03	0	0	0,77
					40

Продолжение таблицы 2.2

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	10–20	91,30	1,50	6,20	7,70	0,05	0	0	0,91
5 М	25–35	90,50	1,60	4,50	6,10	0,03	0,55	0	0,86
	50–60	86,10	2,90	8,10	11,00	0,04	0	0	1,27
	80–90	87,30	0,40	11,80	11,80	0,04	0,27	0	0,84
	10–20	94,37	1,20	2,40	3,60	0,05	0,55	0	0,32
6 М	30–40	93,70	1,00	1,60	2,60	0,04	0,55	0	0,71
	50–60	80,20	1,60	17,80	19,40	0,03	0,28	0	0,91
	70–80	91,80	1,40	4,20	5,60	0,05	0,55	0	1,24
	85–95	92,70	2,30	2,90	5,20	0,04	0,28	0,20	1,34

Таблица 2.3. Агрохимические показатели свойств гумусово- аккумулятивного горизонта почв постоянных пунктов наблюде- ния (реперов)

	№		Сумма	Гумус	Подвижные		Концентрация
			поглощенных				ионов,
	репе-	рН			формы, мг/кг
			оснований,	(%)			мг-экв/100г почвы
	ра
			мг-экв/100г		P2O5	K2O	Ca++	Mg++
	1 Г	5,27	5,4	1,51	56,0	33,0	3,8	0,74
	3 Г	7,34	53,1	7,00	2,0	54,0	23,4	1,94
	5 Г	6,07	14,0	2,24	30,0	50,0	9,8	1,40
	6 Г	6,32	26,0	5,62	212,0	25,0	11,7	1,00
	9 Г	4,22	0,8	0,94	21,0	13,0	0,5	0,12
	12 Г	5,05	5,6	1,95	62,0	53,0	3,6	0,52
	15 Г	5,80	8,4	3,40	8,0	228,0	5,1	0,15
	16 Г	4,60	5,6	2,80	28,0	84,0	3,8	0,62
	1 М	5,10	3,8	1,56	68,0	65,0	3,2	0,26
	4 М	5,22	3,7	1,40	66,0	75,0	2,4	0,31
	5 М	4,60	3,8	1,56	42,0	50,0	3,1	0,26
	6 М	4,90	2,8	1,20	36,0	45,0	1,7	0,18

реперной сетью охвачены почвы не только различного ге- незиса, но и разного уровня плодородия, определяемого основными агрохимическими показателями.

Радиационно-экологический мониторинг включал ис- следования по следующим направлениям, наиболее важ- ным для прогноза радиационной ситуации, сложившейся после чернобыльской аварии:

∙изменение мощности экспозиционной дозы (МЭД);

41

∙определение форм нахождения 137Cs и 90Sr в разных ти- пах и разновидностях почв;

∙установление параметров вертикальной и горизонталь- ной миграции радионуклидов в почвах.

2.1.1. Динамика мощности экспозиционной дозы (гамма-фона)

За период наблюдений (с 1986 по 1997 г.) мощность экспозиционной дозы (МЭД) на реперных точках значи- тельно снизилась. Это обусловлено рядом факторов, глав-

ным из которых является естественный распад выпавших радионуклидов. В первые годы после аварии резкое сни- жение величины МЭД происходило за счет распада корот- коживущих радионуклидов. Дальнейшее снижение гамма- фона определялось распадом средне- и долгоживущих ра- дионуклидов. В отличие от Гомельской области на репер- ных площадках Могилевской области наблюдалась мень- шая изначальная МЭД и более плавное ее снижение в по- следующие годы (рис. 2.1). Это объясняется характером выпадения радионуклидов, поскольку в Могилевской об- ласти величину МЭД в большей степени изначально опре- деляли долгоживущие радионуклиды 134Cs, 137Cs и 90Sr. В

настоящее время поступательное плавное снижение МЭД происходит за счет естественного распада 137Cs, опреде- ляющего гамма-фон. Расчеты показывают, что только за счет распада 137Cs в послеаварийный период радиоактив- ность снизилась более чем на 30%.

Вторым фактором, существенно влияющим на сниже- ние МЭД, является миграция радионуклидов по профилю почв. Проведенные нами исследования показали, что на почвах, отличающихся повышенной скоростью вертикаль- ной миграции радионуклидов, отмечается более интенсив- ное снижение МЭД во времени. Так, за время наблюдений гамма-фон на реперной точке 5Г уменьшился в 10,5 раза, а на реперной точке 9Г – только в 7 раз. Это обусловлено тем,

42

	600
	500											5	Г
	400											6	Г
												9	Г
час
	300											1	М
мкр/
												6	М
	200
	100
	0
	1986	1987	1988	1989	1990	1991	1992	1993	1994	1995	1996	1997

Рис. 2.1. Динамика снижения γ-фона (1 м над уровнем почвы) на ре- перных точках за период с 1986 по 1997 г., мкР/час (5Г – дерново- глеевая суглинистая почва; 6Г – дерново-торфянисто-глеевая песчаная; 9Г – дерново-подзолистая песчаная; 1М – дерново-палево-подзолистая супесчаная; 6М – дерново-подзолистая песчаная почва)

что на реперной точке 5Г скорость миграции значительно выше, и 50% выпавшего 137Cs мигрировало на глубину до 15 см, в то время как на репере 9Г около 95% радионукли- да находится в самом верхнем 1–2-см слое (дернине).

Таким образом, мощность экспозиционной дозы на ре- перных участках Гомельской области (Брагинский, Наров- лянский, Хойникский районы) снизилась в большей степе- ни, чем в Могилевской (Краснопольский, Славгородский, Чериковский районы), что объясняется типом и изотопным составом выпадений, а также скоростью миграции радионуклидов в нижележащие горизонты почв.

В этом плане наши исследования согласуются с данны- ми Якушева Б.И., полученными для естественных фитоце- нозов [23].

2.1.2. Формы нахождения радионуклидов в почвах

Поведение радионуклидов, их миграция на разных эта-

пах биогеохимического круговорота элементов в природе в значительной степени зависит от физико-химического со- стояния почвы. Почва является ведущим звеном миграции

43

радионуклидов, так как особенности их взаимодействия с

компонентами почвенного комплекса определяют характер движения изотопов в остальных звеньях биологического цикла.

Поскольку потребление радионуклидов растениями, как и других химических элементов, из почвы определяется

прочностью связи последних с почвой и изменением ее с течением времени, следует располагать данными о состоя-

нии и формах нахождения радионуклидов в почвенных разновидностях. Это важно еще и потому, что система «почва–растение» – это начальная ступень экологического цикла, которая играет весьма важную роль в переносе ра-

дионуклидов из внешней среды в организм животных и человека.

Изучение форм соединений радионуклидов в почвах по-

зволяет понять механизмы поступления их в растения и наметить пути возможного ограничения миграции в тро- фических цепях. Для количественной оценки потенциаль- ной биологической доступности радионуклидов, сорбиро- ванных почвой, широкое распространение получил метод последовательных экстракций. Несмотря на то, что после- довательные шаги экстракции не являются абсолютно се- лективными, параметры, определяемые этим методом, по-

лезны при прогнозировании последствий радиоактивного загрязнения земель и поведения радионуклидов в почве.

Для оценки прочности связи радионуклида с почвой определяли относительное содержание различных форм нахождения 137Cs и 90Sr в почве методом последовательно- го экстрагирования водой (водорастворимая), раствором ацетата аммония (обменная), 1М HCl (подвижная) и 6М HCl (неподвижная, связанная).

Динамика содержания в почве доступных форм 137Cs и 90Sr за ряд лет представлена в табл. 2.4. Приведенные дан- ные показывают, что во всех изученных почвах в 1987 г. в

44

Таблица 2.4. Динамика доступных* форм 137Cs и 90Sr (% общего содержания)

	Почва			137Cs					90Sr
		1987	1989	1993	1995	1997	1987	1989	1993	1995	1997
	Дерново-
	подзолистая глее-
	ватая супесчаная,	–	45,4	22,7	15,7	13,2	96,6	89,3	98,2	93,9	94.9
	подстилаемая с
	глубины 0,5 м суг-
	линком (1Г)
	Дерново-глееватая
	суглинистая, под-	28,6	21,7	5,5	1,8	1,5	96,7	94,8	86,9	89,4	97,6
	стилаемая с глу-
	бины 0,5 м супе-
	сью (5 Г)
	Дерново-
	подзолистая пес-	78,2	67,7	31,2	11,8	10,1	97,0	95,7	93,9	81,2	92,1
	чаная, на мощных
	рыхлых песках
	(9 Г)
	Дерново-
	подзолистая, огле-
	енная внизу, пес-
	чаная на связном	47,8	38,3	29,6	16,7	13,2	92,5	88,4	95,4	88,0	88,0
	песке, подстилае-
	мом с глубины
	0,5 м рыхлым пес-
	ком (12 Г)
	Пойменная, дер-
	ново-перегнойно-
	глееватая на связ-	74,2	50,7	29,6	14,1	13,4	92,5	89,8	97,2	96,8	97,3
	ном песке, сме-
	няемом с глубины
	0,6 м рыхлым пес-
	ком (15Г)
	Пойменная, дер-
	ново-глеевая суг-
	линистая на слои-	56,8	36,4	18,5	2,7	2,2	94,1	93,0	86,7	93,2	93,2
	стом суглинисто-
	супесчано-
	песчаном аллювии
	(16 Г)

* Доступные формы представлены суммой водорастворимой, об-

менной и подвижной форм

45

доступной форме находилась значительная часть 137Cs (от 28,6 до 78,2%), что согласуется с данными Новиковой Н.Я. и др. [184]. В последующие годы отмечается некоторое

снижение количества потенциально доступных растениям форм 137Cs. Причины этого связаны с необменным погло- щением радионуклида глинистыми минералами и обсуж- даются ниже. Что касается 90Sr, то практически на всех почвенных разновидностях отмечается тенденция к увели- чению количества доступных растениям форм.

Относительное распределение разных форм радионук-

лидов в основных типах почв республики представлено в таблице 2.5. Для всех почв характерно извлечение водой незначительной доли (0,3–0,7%) 137Cs. В обменной форме, также легкодоступной корневой системе растений, его со- держание было в пределах от 1,5 до 10,4%.

Рерих Л.А. и Моисеев И.Т. [254] установили, что ближ-

ний резерв 137Cs, потенциально доступного для растений при определенных условиях, извлекается 1М НСl. В наших исследованиях этот резерв составил 3,4–23,8% валового содержания 137Cs в почве. Основная доля радионуклида (69,8–94,5%) находится в прочносвязанной форме, что обу- словлено фиксацией 137Cs глинистыми минералами, имеющими кристаллическую решетку монтмориллонито- вого типа.

Нами достоверно установлено, что в исследуемых объ-

ектах скелет основы почвенных горизонтов представлен в основном кристаллическим кварцем; плазма (илистая фракция) – гидрослюдой и ее дериватами (смектитом, вер- микулитом и смешанно-слойными образованиями). В ис- следуемых почвенных разрезах во фракции ила диагности- руется почвенный минерал, который по рентгендифракто- метрическим признакам соответствует смектиту. Это ука- зывает на то, что часть гидрослюдистого материала под- верглась более жесткому выщелачиванию и выветрива-

46