радионуклиды в почве РБ

Таблица 2.14. Влияние гранулометрического состава почв на поступление радионуклидов в сельскохозяйственные культуры (по данным исследований 1992–1996 гг.)

77

преобладают в глинистых и коллоидных фракциях почвы.

Наибольшей поглотительной способностью по отношению к микроколичествам радионуклидов обладают минералы монтмориллонитовой группы и группы гидрослюд [98, 365]. Минералы каолинитовой группы и группы слюд ха-

рактеризуются меньшей сорбционной способностью по отношению к макро- и микроколичествам катионов, нахо- дящихся в почве.

Спицин В.И., Громов В.В. [274] установили, что минера- лы группы монтмориллонита поглощают от 92 до 99,9% 90Sr из растворов, минералы каолинитовой группы – от 40 до 68, слюды – от 71 до 87, гидрослюды – от 80 до 88%. Минералы группы кальцита, полевых шпатов и кварца по- глощают от 10 до 50% 90Sr.

Поглощенный 137Cs в отличие от 90Sr прочнее сорбиру- ется минералами. Особенно прочно 137Cs закрепляется ми-

нералами монтмориллонитовой группы [48, 142, 377]. Де- сорбция 137Cs 0,5М раствором КNO3 не превышает 10%

поглощенного количества минералами монтмориллонито- вой группы: асконитом, гумбрином, а также слюдами и гидрослюдами (флогопитом, гидрофлогопитом, вермику- литом). Каолины менее прочно закрепляют поглощенный 137Cs, большая часть которого может быть вытеснена ка- тионами нейтральных солей.

Различия в полноте сорбции и в степени их закрепления разными минералами обусловлены, прежде всего, неоди- наковой структурой кристаллической решетки минералов. Минералы монтмориллонитовой группы, а также слюды и гидрослюды обладают способностью к интермицеллярно- му поглощению – это вхождение катионов внутрь кристал- лической решетки минералов.

Слабо влияет на накопление радионуклидов растениями каолинит. Этот минерал характеризуется только экстрами- целлярным поглощением, т.е. на поверхности слоев кри-

78

сталлической решетки и, следовательно, у него устанавли- вается сравнительно малая прочность связи с поглощен- ными радионуклидами.

Основными составляющими минеральной части дерно- во-подзолистых почв являются первичные минералы, главным образом кварц и полевые шпаты, отличающиеся низкой поглотительной способностью. Доля глинистых и коллоидных фракций в упомянутых почвах, состоящих в основном из минералов группы монтмориллонита и вер- микулита, незначительна.

Таким образом, гранулометрический состав почв в зна- чительной степени определяет их поглотительную способ- ность. Сорбционная способность почв зависит от степени дисперсности почвенных частиц. Почвы тяжелого грану-

лометрического состава обладают большим количеством мелкодисперсных фракций, нежели легкие. Коэффициенты перехода радионуклидов в растения, произрастающие на дерново-подзолистых суглинистых почвах, в 1,5–2 раза ниже по сравнению с дерново-подзолистыми песчаными почвами. Илистые и глинистые фракции почв обладают высоким содержанием гумуса и обменных катионов, большой емкостью катионного обмена.

Следует отметить, что среди загрязненных радионукли- дами земель Беларуси большую половину составляют поч- вы легкого гранулометрического состава, характеризую- щиеся низкой емкостью поглощения, малым содержанием гумуса и вторичных глинистых минералов, повышенной

гидроморфностью и высокими коэффициентами перехода радиоактивных веществ в сельскохозяйственные культуры,

что значительно осложняет получение растениеводческой и животноводческой продукции с содержанием радионук- лидов в пределах норм радиационной безопасности. В По- лесской зоне с легкими дерново-подзолистыми и торфяно- болотными почвами отмечен повышенный в 4–5 раз пере- ход 137Cs в растения. По накоплению 137Cs растения здесь

79

близки к аккумуляции 90Sr, хотя на более тяжелых почвах

90Sr накапливается растениями в 5–10 раз интенсивнее, чем

137Cs.

Указанные особенности Полесского региона, отмечен- ные еще при изучении миграции 90Sr и 137Cs в глобальных

выпадениях после испытаний ядерного оружия, имеют принципиальное значение для формирования радиоэколо- гической обстановки на этой территории [24, 167, 176].

Поэтому все эти особенности целесообразно учитывать при планировании производства сельскохозяйственных культур на каждом конкретном поле.

2.2.2. Агрохимические свойства почв

Изучению связей между поступлением радионуклидов в растения и свойствами почв посвящено большое количест-

во работ [1, 95, 97, 100, 177, 234, 235, 307, 308, 345, 350, 353, 354, 368, 376, 378, 380]. Известно, что около десяти физико-химических характеристик почв определяют пове- дение в них радионуклидов и степень их перехода в расте- ния [266]. Различные типы почв имеют свои сложившиеся сочетания основных свойств. Однако в пределах одного типа, например, дерново-подзолистых почв, диапазон из- менения агрохимических свойств, существенно влияющих на накопление 137Cs и 90Sr в растительной продукции, мо- жет быть весьма значительным.

Определение количественных параметров влияния от-

дельных свойств почв на поступление радионуклидов в растения является сложной задачей, так как большинство агрохимических показателей тесно связано между собой, и степень воздействия каждого отдельного свойства зави- сит и от влияния всего комплекса. Например, наиболее существенное влияние на поступление 137Cs в растения из дерново-подзолистых почв оказывает содержание обмен- ных катионов кальция, магния, калия и содержание гумуса,

которые в свою очередь определяют емкость катионного

80

обмена и степень кислотности почв [74, 99, 109, 313, 351, 386].

Установление параметров влияния агрохимических свойств почв на поступление радионуклидов 137Cs и 90Sr в сельскохозяйственные культуры проведено на основе кор-

реляционного и регрессионного анализов сопряженных данных 1584 образцов почв и растений, отобранных в 1986–1991 гг. с постоянных пунктов наблюдения и ста- ционарных опытов, а также с производственных посевов. Исследования проведены на почвах разного грануломет- рического состава с плотностью загрязнения 137Cs 37–1480 кБк/м2 и 90Sr – 11,1–111 кБк/м2. Для оценки поступления

радионуклидов в растения использовался коэффициент пропорциональности (отношение удельной активности су- хой массы растений к плотности загрязнения почв).

Посредством анализа выборок экспериментальных дан-

ных установлена устойчивая достоверная отрицательная корреляционная зависимость между переходом в растения 137Cs и содержанием обменного калия в дерново-

подзолистых супесчаных почвах Гомельской области в 1990–1994 гг. Для большинства исследуемых культур ус-

тановлена средняя степень связи между рассматриваемыми признаками. Например, на дерново-подзолистых супесча- ных почвах коэффициенты корреляции составили:

∙для трав естественных сенокосов – -0,69, при 57 пробах;

∙клевера – -0,39, при 23 пробах;

∙многолетних злаковых трав – -0,37, при 185 пробах;

∙зеленой массы кукурузы – -0,35, при 21 пробе.

Таким образом, зависимость коэффициента перехода 137Cs в растения (y) от содержания обменного калия в поч- ве (K2O мг/100 г почвы) можно для удобства выразить сле- дующими уравнениями линейной регрессии:

y = 16,7-0,120×K2O – для разнотравья естественных сенокосов;

81

y = 1,90-0,064×K2O – для многолетних сеяных злаковых трав;

y = 1,20-0,080×K2O – для зеленой массы кукурузы.

Установлено также значительное влияние насыщенно-

сти поглощающего комплекса почв обменным калием на динамику «старения» 137Cs в почве и уменьшение коэффи- циентов его перехода в растения во времени (табл. 2.15– 2.17).

Таблица 2.15. Изменение коэффициентов перехода 137Cs в сель-

скохозяйственную продукцию во времени в зависимости от обеспеченности дерново-подзолистых почв калием

Как видно из приведенных данных, на почвах с низким содержанием обменного калия (K2O 40–80 мг/кг почвы) коэффициенты перехода 137Cs в зерно злаковых культур уменьшились в среднем на 28%, в сено тимофеевки луго- вой – на 60%, а на почвах с высоким содержанием калия – соответственно на 32–75 и 76%. Полученные результаты согласуются с исследованиями Бакунова Н.А. [45], устано- вившего ведущую роль обеспеченности дерново-

подзолистых почв обменным калием в конкурентном влиянии на накопление 137Cs в урожае полевых культур.

82

Следует, однако, подчеркнуть, что насыщение почв ка- лием выше оптимального уровня (например, для супесча-

ной почвы при возделывании многолетних трав оптимум составляет 200 мг К2О на кг почвы) не сопровождается дальнейшим снижением поступления 137Cs в растения

(табл. 2.16).

Таблица 2.16. Влияние обеспеченности дерново-подзолистой супесчаной почвы калием на переход 137Cs в урожай многолет- них злаковых трав, КП (1989–1993 гг.)

Таблица 2.17. Содержание 137Cs в урожае многолетних злако- вых трав на торфяно-болотной почве в зависимости от обеспе-

ченности обменным калием при плотности загрязнения 37 кБк/м2, КП

Установлена достоверная корреляционная зависимость между содержанием обменного кальция, степенью кислот- ности почв (pHKCl) и поступлением в растения 90Sr. Для многолетних бобовых злаковых трав, кукурузы и картофе-

ля коэффициенты корреляции находятся в пределах от -0,52 до -0,93. Особенно тесная связь исследуемых па- раметров наблюдается на дерново-подзолистых супесча-

83

ных и песчаных почвах, а также на аллювиальных песча- ных и слоистых почвах. С поступлением 137Cs эта связь также проявляется, но слабее.

Для торфяно-болотных почв характерна та же законо- мерность, что и для дерново-подзолистых (табл. 2.18). По- лученные данные подтверждают обоснованность известко- вания почв как первостепенного послеаварийного приема,

Таблица 2.18. Содержание 90Sr в урожае многолетних злаковых трав на торфяно-болотной почве в зависимости от уровня кислотности при плотности загрязнения 37 кБк/м2, КП

позволяющего существенно уменьшить поступление 90Sr в растения за счет антагонизма катионов, что способствует частичному переводу радионуклидов в необменное со- стояние. Однако, как видно из данных таблицы 2.19 и рис. 2.6, более информативным является содержание в почвах обменного кальция, чем показатель их обменной кислот- ности.

Коэффициенты перехода радионуклидов из супесчаных почв снижаются в 1,7–2,0 раза по мере повышения содер- жания обменного кальция с 550 до 2000 мг СаО на кг почвы

[328].

Наши данные согласуются с результатами вегетацион- ных опытов Гулякина И.В. и др. [101], выявивших тесную корреляционную зависимость накопления 90Sr в урожае от количества обменного кальция в почве.

84

85

Таблица 2.19. Влияние уровня кислотности дерново- подзолистых супесчаных почв на поступление радионук- лидов в многолетние злаковые травы, КП (1989–1993 гг.)

Дальнейшее насыщение почвы свободными карбоната- ми кальция сдвигает реакцию в щелочной диапазон, одна-

ко это уже не сопровождается уменьшением поступления радионуклидов в растения.

Нашими исследованиями установлено, что минимум

накопления радионуклидов в урожае различных культур чаще всего соответствует оптимальному уровню реакции почвенной среды и степени насыщенности почв основа- ниями, которые достаточны и необходимы для обеспече-

ния максимально возможного урожая соответствующих культур. Это позволяет использовать величину pHKCl (ко- торая систематически определяется агрохимической служ- бой на каждом рабочем участке поля) в качестве инте-

грального показателя насыщенности почв основаниями при прогнозе доступности растениям радионуклидов, осо- бенно 90Sr.

В работах Бондаря Ю.И. и др. [77, 69], Вирченко Е.П. и Агапкиной Г.И. [86], Петряева Е.П. и др.[213], посвящен-

ных изучению миграции радионуклидов и поглощения их растениями, отмечается значительная роль в этих процес- сах органического вещества почвы. Гораздо труднее уста-

новить зависимость перехода радионуклидов в растения из почвы в зависимости от содержания в ней гумуса. Извест- на возможность наличия в почвах гуминовых кислот, спо-

86