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

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

Продолжение таблицы 2.2

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

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

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)

* 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