радионуклиды в почве РБ

нию. Кроме того, смектит приобретает высокий электриче- ский заряд тетраэдрических слоев и находится в возбуж- денном состоянии. На этой стадии отмечается расслоение гидрослюды на «бесконечно» тонкие листочки, вплоть до

Таблица 2.5. Формы нахождения радионуклидов в различных почвах, % (1995 г.)

элементарной ячейки, состоящей из трех атомных слоев. Они активно участвуют в сорбции–десорбции катионов и анионов, поскольку высвобождают (обнажают) скрытую удельную поверхность.

Анализ агрегатного уровня структурной организации генетических горизонтов реперных площадок свидетель- ствует о том, что во всех горизонтах плазма плотно упа- кована на поверхности скелетных зерен. Следовательно, удельная поверхность скрыта внутри скелета и не участ- вует в обменных реакциях. В гумусовых горизонтах воз- никает дополнительное обстоятельство, снижающее ем- кость поглощения глинистых минералов. Это обусловле- но тем, что тонкодисперсное органическое вещество, рас- полагаясь на глинистых минералах в виде пленок, экра- нирует их поверхность. Кроме того, в автоморфных поч- вах глинистые минералы во многих случаях экранируют- ся двумя видами пленок – железистой и органической. Если к этому добавить полиминеральность фракций, то

становится понятным высокий диапазон величин емкости поглощения исследуемых почв. По данным наших иссле- дований, величина емкости поглощения варьировала в пределах 13–33 мг/100 г почвы. Установлено, что основ- ным сорбентом на реперных площадках является крупно- зем. Однако, вследствие наличия органо-глинистых пле- нок, частично экранируется часть удельной поверхности минералов и исключается из ионно-обменных реакций. Следовательно, ответственными за сорбцию–десорбцию

радионуклидов в исследуемых почвах являются глинистые минералы: смектит, вермикулит и смешаннослойные ми- нералы физической глины.

Этот вывод подтверждается следующим эксперимен- том. В почвенном образце определяли содержание 137Cs, затем проводили удаление физической глины и снова про- водили измерение содержания 137Cs в оставшемся крупно-

48

земе. В результате второе определение показало в 18 раз меньшую активность. Из этого следует однозначный вы- вод, что основным сорбирующим веществом в почве явля- ется физическая глина. Какую-то долю в ионообменных реакциях составляют, несомненно, открытые участки ске- летных зерен, но вычислить эту долю не представляется возможным.

На рисунке 2.2 представлены формы нахождения 137Cs и 90Sr в дерново-подзолистой, оглеенной внизу, песчаной, развивающейся на связном песке почве (репер 12 Г). Наи- большая доля 137Cs содержится в фиксированном состоя- нии – 70,5%, а минимальная – в водорастворимой форме – 0,3%. Для 90Sr характерно несколько другое распределение по формам нахождения в почвах.

C s - 1 3 7

Sr-90

Водорастворимая

Обменная

Подвижная

Фиксированная

Рис. 2.2. Формы нахождения радионуклидов в дерново-подзолистой, оглеенной внизу, песчаной почве, развивающейся на связном песке, подстилаемом с глубины 0,5 м рыхлым песком

49

Наибольшее количество 90Sr находится в обменной фор- ме – 52,6%, несколько меньше в подвижной – 41,3%. Минимальное содержание радионуклида выявлено в водо- растворимой (1,3%) и фиксированной (4,8%) формах.

Результаты наших исследований согласуются с опубли- кованными данными ряда исследователей [185, 208, 211, 212, 263, 271, 273]. Многие авторы указывают, что доступ- ность растениям 137Cs существенно уменьшается по мере его «старения» и фиксации в почве, которые практически заканчиваются в течение 5–10 лет [24, 76, 146, 215, 276]. В наших исследованиях также отмечается снижение количе-

ства доступных растениям форм радиоцезия практически на всех минеральных почвенных разновидностях

(табл. 2.4).

Начиная с 1993 г. относительное количество 137Cs в почве, извлекаемого ацетатом аммония (обменная форма), практически не изменилось. Это говорит о том, что в на- стоящий момент в почвах наступило некоторое динамиче- ское равновесие по содержанию различных форм 137Cs.

Незначительное уменьшение содержания доступных форм 137Cs возможно лишь за счет миграции по профилям почв.

Результаты исследований показали, что в дерново-

подзолистых суглинистых почвах с высоким содержанием глинистых минералов концентрация 137Cs в доступных формах в 1997 г. уменьшилась в 15–20 раз по сравнению с 1986 г. и не превышает 5% его валового количества в поч- ве. В то же время в дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почвах содержание доступных форм 137Cs коле- балось от 10 до 20% и за послеаварийный период умень- шилось в 3–7 раз.

Для 90Sr характерно преобладание в почвенном погло- щающем комплексе легкодоступных для растений форм. По нашим данным, до настоящего времени до 80–90% 90Sr находится в легкодоступной для растений форме, что

50

складывается из 0,7–3% водорастворимой, 49–86% обмен- ной и 6–43% подвижной форм (табл. 2.5).

Торфяно-болотные почвы занимают значительную часть территории республики. Так, по данным БелНИИ почвоведения и агрохимии [221] на долю тофяно-болотных низинных почв приходится 13% общей площади респуб- лики, переходных – 0,9% и верховых – 0,4%. Кроме того, 8,2% занимают пойменные дерново-болотные и торфяно- болотные почвы. Основное количество торфяно-болотных почв расположено в Брестской (207,7 тыс. га), Гомельской (206,1 тыс. га) и Минской областях (263,6 тыс. га). Значи- тельно меньше их в Витебской (55,5 тыс. га), Гродненской (43,4 тыс. га) и Могилевской (74,7 тыс. га) областях. При- мерно 80% этих земель представлено торфяниками с ма- ломощной остаточной залежью. В настоящее время около 280 тыс. га торфяных почв используется в качестве пашни, остальные – под сенокосы и пастбища. Около 1,1 млн га

мелиорированы и используются под сельскохозяйственные угодья [21, 158, 159, 170]. Поэтому изучение миграцион- ных процессов на этих типах почв весьма актуально.

Поглощение 137Cs растениями из торфяных почв в зна-

чительной степени зависит от степени минерализации торфов. При высокой минерализации (зольность 70%) уро- вень накопления радионуклида снижается в 10 раз по

сравнению с целинными и слабо окультуренными торфами [219]. Нашими исследованиями установлено, что минера-

лизация торфяной массы приводит не только к снижению накопления радионуклидов в травах, но и к различиям в формах нахождения 137Cs и 90Sr в почвах (табл. 2.6 и 2.7). Приведенные данные подтверждают высокую потенциаль- ную биологическую доступность 137Cs на торфяно- болотных почвах. Содержание 137Cs в водной вытяжке на порядок выше, чем его содержание в этой вытяжке на ми- неральных почвах. Нами установлено, что на торфяных

51

почвах, характеризующихся более мощным торфяным сло- ем, доступность растениям 137Cs выше. Наблюдаются так- же различия, связанные со степенью минерализации тор- фяной массы.

Таблица 2.6. Формы нахождения 137Cs в торфяно-болотных почвах, % (1995 г.)

Таблица 2.7. Формы нахождения 90Sr в торфяно-болотных почвах, % (1995 г.)

Доступный растениям 90Sr сосредоточен в основном во фракциях, извлекаемых водой, 1М ацетатом аммония и 1М

соляной кислотой (табл. 2.7). В целом для 90Sr сохраняются те же закономерности, что и для 137Сs: чем больше мощ-

ность торфяной массы, тем выше содержание доступного 90Sr. В почвах с более высокой зольностью содержание во- дорастворимых и обменных форм 90Sr ниже и, следова- тельно, доступность его на этих почвах для растений меньше.

При сравнительном анализе перераспределения 90Sr ме- жду формами в разных почвах также заметно влияние сте- пени увлажнения. Так, в автоморфных почвах, а также в

почвах со слабой степенью оглеения нижнего горизонта величина содержания доступных форм 90Sr колебалась в пределах 88–92%. При повышении степени гидроморфиз- ма почв (глееватая или глеевая) содержание 90Sr в водорас- творимой, обменной и подвижной формах возрастало и достигало 93–98%.

Вместе с тем следует отметить тот факт, что если по со- держанию доступных форм 137Cs в различных почвах рес-

публики установлено первоначально резкое снижение и по прошествии 8–10 лет некоторая стабилизация, то для дос- тупных форм 90Sr характерна высокая вариабельность по- казателей.

Таким образом, изучение трансформации форм радио- нуклидов, в значительной степени определяющей биоло- гическую доступность радионуклидов, представляет науч- ную и практическую значимость при составлении долго- срочных прогнозов накопления 90Sr и 137Cs в растениях. В

последние годы не отмечается значительных изменений в перераспределении форм нахождения радионуклидов в почвах. Это указывает на установление динамического равновесия форм 137Cs и 90Sr. В настоящее время домини-

53

рующей для 137Cs является фиксированная форма нахож- дения в почве (до 90%), а для 90Sr – обменная (до 80%).

Важное значение для сельскохозяйственных угодий имеет степень влияния форм нахождения радионуклидов на их доступность для усвоения корневыми системами растений. Рерих Л.А. и Моисеев И.Т. [255] установили ко- эффициенты корреляции, свидетельствующие о прямой зависимости количества различных форм 137Cs, находя- щихся в почвах, с коэффициентами накопления. Исследо- вания Анисимова В.С. и др. [30] позволяют оценивать влияние физико-химических свойств почв на поведение 137Cs. Между показателями, характеризующими физико- химические свойства почв, и относительным содержанием в них суммы обменной и подвижной форм 137Cs отмечена обратная корреляция. Коэффициент корреляции между суммой обменной и подвижной форм 137Cs и содержанием органического углерода в почве равен -0,93, между суммой обменных оснований, гидролитической кислотностью и К2О составлял -0,90; -0,93 и -0,91 соответственно.

Гребенщикова Н.В. и др. [90] установили, что между со- держанием К2О и формами 137Cs зависимость была при- мерно одинаковой по величине, но противоположна по на- правлению: положительная для обменных форм и отрица- тельная для кислоторастворимых.

Таким образом, для всех почв характерно извлечение водой незначительной доли 137Cs: 0,3–0,7%. В обменной форме содержание 137Cs находится в пределах 2,1–10,4%, а ближний при определенных условиях резерв, потенциаль- но доступный для растений, составляет 14,0–23,8% валово- го содержания 137Cs. Основная доля радионуклида (69,8– 82,0%) находится в прочносвязанной форме, в том числе и внедренной в кристаллическую решетку глинистых мине- ралов. Доступность его растениям со временем существен- но уменьшается по мере развития процессов «старения» и

54

фиксации в почве. За период с 1987 по 1993 г. доля под- вижного радиоцезия уменьшилась с 29–74% до 5–29% ва- лового, т.е. в среднем более чем в 3 раза. В последующие

годы скорость фиксации радиоцезия уменьшилась. Установлено, что в отличие от 137Cs для 90Sr характер-

но преобладание легкодоступных для растений обменной и водорастворимой форм, которые в сумме составляют 53–87% валового содержания. Доля прочносвязанной фракции, извлекаемой 6М HCl, невелика и колеблется от 3 до 19%. Количество десорбируемого 90Sr при многократ-

ной обработке нейтральным солевым раствором находится в пределах 87–97%, в зависимости от свойств почв, и име- ет тенденцию к повышению во времени. Это связано с по-

степенным разрушением труднорастворимых активных частиц 90Sr.

Результаты наших исследований подтверждают высо- кую биологическую доступность 137Cs на торфяно-болот- ных почвах. Содержание 137Cs в водной вытяжке на поря- док выше, чем его содержание в этой вытяжке на мине- ральных почвах. Что касается 90Sr, то он в основном сосре- доточен в доступных для растений фракциях. Установлено,

что размеры перехода радионуклидов в растительность на торфяно-болотных почвах и в доаварийный период были значительно выше, чем на аналогичных почвенных разно- видностях других регионов [51, 176, 190].

2.1.3. Динамика миграции 137Cs и 90Sr по профилям почв

Под миграцией радионуклидов в почве понимается со- вокупность процессов, приводящих к перемещению или перераспределению их между различными фазами и со- стояниями в вертикальном и горизонтальном направлени- ях. Движущими силами, приводящими к миграции радио- нуклидов в почвах, являются: конвективный перенос

55

(фильтрация атмосферных осадков в глубь почвы, капил- лярный поток влаги в результате испарения, термоиспаре- ние влаги под воздействием градиента температуры); диф- фузия свободных и адсорбированных ионов; перенос по корневым системам растений; перенос на мигрирующих коллоидных частицах (лессиваж); а также деятельность почвенных животных и хозяйственная деятельность чело- века.

Определенное влияние на подвижность радионуклидов оказывают основные почвенные свойства, среди которых наиболее важными являются кислотность, гранулометри- ческий состав (содержание илистой фракции), емкость ка-

тионного обмена и содержание органического вещества [135, 209, 238, 258]. Исследования миграционной способ- ности радионуклидов в почвенном профиле различных ти- пов ландшафтов важны, поскольку позволяют оценить:

∙время нахождения радионуклидов в корнеобитаемом слое почвы;

∙скорость перемещения радионуклидов в водоносные горизонты, т.е. возможность загрязнения подземных вод;

∙изменение мощности экспозиционной дозы гамма- излучения, связанной с заглублением радионуклидов в почве.

Воснову отбора почвенных проб по изучению мигра-

ции радионуклидов в различных почвах республики была положена «Методика радиологического обследования почв сельскохозяйственных угодий БССР». При этом почвен- ные пробы отбирались в кольца через каждые 5 см в гуму- совом горизонте до глубины 20–25 см. Данные изучения распределения радионуклидов по профилям почв на ре-

перных площадках БелНИИ почвоведения и агрохимии в 1996 г. представлены в таблице 2.8.

56