радионуклиды в почве РБ

Иванов Ю.А. и Кашпаров В.А. [120] установили, что ми-

нимальные значения коэффициентов диффузии 137Cs, со- ставляющие (3,0–5,0)×10–9 см2/с, обнаруживаются на авто- морфных минеральных почвах. На органогенных почвах значения коэффициентов диффузии 137Cs существенно бо- лее высокие – (1,0–3,0)×10–8 см2/с и выше. Как и в наших исследованиях, обнаружен более интенсивный перенос 90Sr по сравнению с 137Cs по профилям исследуемых почв, что

авторы объясняют меньшей сорбционной способностью почв к 90Sr.

Иванов Ю.А. и Кашпаров В.А. [119] выделили следую-

щие ряды почв по степени уменьшения подвижности ра- дионуклидов:

∙для 90Sr – дерново-подзолистая песчаная > дерново- подзолистая супесчаная > торфяно-болотная;

∙для 137Cs – торфяно-болотная > дерново-подзолистая песчаная > дерново-подзолистая супесчаная > чернозем

деградированный суглинистый > дерново-подзолистая суглинистая.

Аналогичные ряды подвижности радионуклидов про- слеживаются и в наших исследованиях на почвах Белорус- ского Полесья.

Ближайший (10 лет) и долгосрочный (50 лет) прогноз,

составленный для различных почв типичных ландшафтов Полесья, показал, что самоочищение почв посредством

вертикальной миграции радионуклидов будет происходить медленно, хотя интенсивность миграции будет несколько

отличаться соответственно особенностям конкретной ландшафтно-геохимической обстановки [58, 121].

Из приведенного материала видно, что:

∙миграция 137Cs и 90Sr вниз по профилю почв естествен- ных угодий проходит очень медленно;

∙с увеличением степени увлажнения почв темпы мигра- ции увеличиваются;

67

∙максимальная глубина миграции отмечается в дерново- глеевых, дерново-торфянисто-глеевых и торфяно- болотных почвах;

∙в почвах с ненарушенной дерниной основное количест- во радионуклидов содержится в 0–5-см слое;

∙в почвах сельскохозяйственного использования прак- тически все количество 137Cs находится в пахотном го- ризонте;

∙скорость миграции 90Sr значительно выше, чем 137Cs;

∙для гидроморфных почв уже наступил период полу- очищения верхнего корнеобитаемого слоя 0–5 см от

137Cs и 90Sr.

2.1.4. Горизонтальное перемещение радионуклидов

Радионуклиды, выпавшие на поверхность почвы, миг-

рируют в вертикальном и горизонтальном направлениях под воздействием природных процессов. Скорость мигра- ции радионуклидов определяется комплексом факторов, среди которых можно выделить физико-химические свой- ства радиоактивных выпадений, погодно-климатические условия, физико-географические особенности данного ре- гиона, свойства почв и характер подстилающей поверхно- сти. В работах многих исследователей показана возмож- ность значительного вторичного перераспределения ра- дионуклидов, выпавших после аварии на ЧАЭС, при вод-

ной и ветровой эрозии [93, 112, 114, 132, 155, 164, 205, 224, 226, 233, 347, 388]. Однако данных о параметрах и интен-

сивности вторичного загрязнения сельскохозяйственных угодий в литературе крайне мало.

Известно, что основное количество радионуклидов пе-

ремещается с мелкой фракцией почв в приземном слое воздуха посредством ветровой эрозии. Однако проведение

количественных замеров перемещаемых почвенных частиц с помощью традиционных пылеуловителей и анализов ак- тивности проб воздуха крайне затруднительно. Очевидно,

68

что масштабность вторичного загрязнения почв сельскохо-

зяйственных угодий с более высокой точностью можно оценить по изменению содержания радионуклидов в поч- вах и растениях путем постановки полевого эксперимента.

По данным II-го тура почвенно-геоботанических иссле- дований, на территории Белорусского Полесья дефлиро- ванные и дефляционноопасные почвы занимают 1331,2 тыс. га или 23,8% площади пахотных угодий. В районах, наиболее сильно подверженных радиоактивному загрязне- нию, удельный вес эродированных и эрозионно-опасных почв в составе пашни колеблется в широких пределах (от 2,3 до 99,45%). В зонах с плотностью загрязнения >1480 кБк/м2 почвы с сильной степенью эрозионной опасности занимают свыше 50%. По данным Цыбулько Н.Н. и др. [298, 299] среднегодовые потери почвы в результате ветровой эрозии составляют от 3,0 т/га на маломощных торфяниках до 10,0 т/га и более на минеральных легких по грануло- метрическому составу почвах.

Процессы дефляции возникают при критических скоро- стях ветра: для минеральных почв – 5–6 м/сек, для осу- шенных торфяников – 8–9 м/сек. В среднем за год на за-

грязненных радионуклидами территориях Беларуси ветры со скоростью более 5 м/сек достигают 21% их общего чис- ла. Перенос мелкозема наиболее активно происходит в ве- сенне-летний период, когда почва не покрыта раститель- ностью. Анализ многолетнего цикла среднего числа дней с пыльными бурями, проведенный Долгилевич М.И. и др. [106] показали, что в Полесье пыльные бури возникают в теплое время года: весной до 60% всех пыльных бурь, ле- том – 77, осенью – 20%.

Украинскими учеными Пристером Б.С. и др. [138, 225] при изучении интенсивности дефляционных процессов ус- тановлено, что основной процесс миграции радионуклидов на залежных участках проходит в приземном слое на не-

69

большие расстояния. Значительно интенсивнее дефляци- онные процессы идут на открытых агрофонах, особенно при проведении обработок.

На территории Украинского Полесья изучался перенос почвы и радионуклидов на основных наиболее типичных элементах ландшафта: склон сухой долины, выпуклый в верхней части, прямой – в нижней, восточной экспозиции; днище долины; склон западной экспозиции, прямой в верхней части, вогнутый – в нижней. Максимальное нако- пление радионуклидов наблюдалось в местах, где резко изменяется скорость ветра: на днище долины и подветрен- ном склоне западной экспозиции. На подветренном склоне

плотность загрязнения почвенных планшетов радиоцезием была почти в два раза больше, чем на наветренном склоне

[187, 203].

Для количественной оценки вторичного загрязнения сена многолетних трав за счет ветровой эрозии почв в 1989–1991 гг. нами проведены полевые опыты на экспери- ментальной базе «Стреличево» Хойникского района. На

подобранных участках сенокосов многолетних злаковых трав (ежа сборная, тимофеевка луговая, овсяница луговая, райграс пастбищный), расположенных среди примыкаю- щих полей зерновых и пропашных культур, выделены учетные площадки площадью 1 м2 в пятикратной повтор- ности. Плотность загрязнения почвы 137Cs была в пределах

740–925 кБк/м2, 90Sr – 44,4–70,3 кБк/м2. Дернина на учет-

ных площадках вырезалась на глубину 10 см и удалялась, а на ее место привозилась дернина аналогичного ботаниче- ского состава из заведомо чистой зоны – эксперименталь- ной базы Курасовщина Минского района. Чтобы исклю- чить корневое загрязнение из смежных делянок, опытные делянки огораживались по периметру каркасом из досок.

Аналогичные делянки закладывались и на залежах зоны отселения (урочище «Майдан» Хойникского района), где

70

на расстоянии 10–15 км поля не обрабатывались. Плот-

ность загрязнения почв урочища «Майдан» и прилегаю- щих участков составляла 740–1480 кБк/м2 по 137Cs и 74– 148 кБк/м2 по 90Sr. Содержание 137Cs в сене трав колеба-

лось по годам от 1099 до 322 Бк/кг на экспериментальной базе «Стреличево» и от 851 до 509 Бк/кг в урочище «Май- дан». Содержание 90Sr было соответственно в пределах от 93 до 354 и от 332 до 962 Бк/кг. Активность сена на делян- ках с привезенной чистой дерниной обусловливалась прак-

тически только за счет пылепереноса с ветровой эрозией почв и была в пределах 7–10% в год от общего загрязнения сена местных делянок 137Cs и 7–17% 90Sr (табл. 2.12).

Таблица 2.12. Вторичное загрязнение сена многолетних злако- вых трав за счет пылепереноса (в % от общего загрязнения)

По данным исследований Черныша А.Ф. [261] процес- сов локального вторичного загрязнения почв сельскохо- зяйственных угодий вследствие водной эрозии, содержа- ние 137Cs в пахотном горизонте различных элементов рель-

ефа склоновых земель на посевах однолетних культур за девятилетний после аварии период перераспределилось до 1,5–3 раз. Увеличение плотности загрязнения 137Cs в зоне аккумуляции (нижние части склонов и понижения) по сравнению с зоной смыва составило в среднем от 13% – при ежегодном смыве менее 5 т/га почвы – до 75% – при смыве 12–20 т/га почвы.

Для оценки интенсивности горизонтальной миграции радионуклидов с дождевыми осадками и талым стоком НПО «Тайфун» проведены натурные эксперименты в 30-

71

километровой зоне ЧАЭС в пойме р. Припять. Исследова-

ния проводились с использованием методик определения коэффициентов смыва радионуклидов на стоковых площад- ках при искусственном дождевании. Анализ полученных данных показал, что в условиях недостаточного увлажнения почвенного горизонта формируется незначительный по- верхностный сток – коэффициенты стока составляли 0,04 для дерново-луговой почвы и 0,006 для песчаных почв. Во

время осенних экспериментов наблюдались значительно большие значения коэффициентов поверхностного стока (0,16–0,28), что отмечается и другими исследователями [80, 106, 143, 144, 309].

Основной величиной, характеризующей смыв радионук- лидов поверхностным стоком, является коэффициент смы- ва, представляющий собой долю суммарного количества радионуклидов, мигрирующих с поверхностным стоком.

При этом радионуклиды могут поступать на водосборную территорию как в растворимом виде, так и во взвесях. Ко- эффициенты смыва рассчитывали по формулам:

где КЖ – коэффициенты смыва радионуклидов в раствори-

мом виде; КТВ – коэффициенты смыва радионуклидов в составе

твердых частиц взвеси;

W – объем стока с экспериментальной площадки, л/м2; S – площадь участка, м2;

h – слой стока, мм;

m – средняя мутность, г/л;

АВ – концентрация радионуклидов, растворенных в воде, Бк/л;

АТ – концентрация радионуклидов во взвеси, Бк/кг; АП – концентрация радионуклидов на почве, Бк/м2.

72

Результаты эксперимента показали, что смыв радио- нуклидов происходил в основном с твердыми взвесями. При этом количество радионуклидов, смываемых в рас- творенном виде с дерново-луговой и песчаной почв, соот- ветственно в 4,6–7,3 и 31,7–55,0 раза меньше, чем со взве- сями. Для песчаной почвы характерны повышенные значе- ния коэффициентов смыва радионуклидов со взвесями, что, по-видимому, связано с относительно высокой скоро- стью поверхностных эрозионных процессов и значитель- ным смывом песка с участка. Таким образом, суммарные

коэффициенты смыва радионуклидов с задернованных склоновых участков составляют n×10–4. В то же время на песчаных склонах, лишенных растительности, указанные коэффициенты могут на два порядка превышать соответ- ствующие величины для задернованных участков (n×10–2) [153, 230].

Сравнение данных по дождевому и талому стоку пока- зало, что смыв талым стоком происходит в значительно меньшей степени. В частности, нормированные коэффици- енты смыва 90Sr в растворенном состоянии более чем на порядок меньше этих значений для дождевого стока. Это, по-видимому, связано с тем, что талый сток формируется при температуре примерно на 20оС ниже, чем дождевой.

Исходя из вышеизложенного можно заключить, что до- ля вторичного загрязнения многолетних трав за счет пыле- переноса не может оказать существенного влияния на ка- чество кормов, поскольку составляет не более 8–13% в год от корневого поступления радионуклидов 137Cs и 90Sr. В

результате водной эрозии содержание радионуклидов в пахотном горизонте почв на различных элементах рельефа может изменяться до 1,5–3 раз. Особенно ощутимо это

сказывается на посевах пропашных культур в средней и особенно нижней части склонов [34, 297]. Аналогичные

73

результаты получены в исследованиях украинских и рос- сийских ученых [118, 192].

Таким образом, масштабы и интенсивность горизон- тальной миграции радионуклидов могут изменяться в за- висимости от многих факторов (почвенных условий, осо- бенностей рельефа и ландшафта, системы обработки поч- вы, структуры посевов и др.) и в ряде случаев способны приводить ко вторичному загрязнению почв и растений. Представляется очевидным, что эти факторы необходимо учитывать при производстве сельскохозяйственной про- дукции.

2.2. Факторы, определяющие доступность радионуклидов

2.2.1. Гранулометрический и минералогический состав,

тип почв

Поведение радионуклидов в звене «почва–растение» в

основном аналогично поведению их стабильных аналогов [32, 266, 282]. Величина накопления радионуклидов сель- скохозяйственными культурами является интегрирован- ным показателем, на размер которого, в первую очередь, влияет характер взаимодействия растений с почвой, а так-

же способности самих растений в зависимости от их видов и сортов поглощать разное количество радиоизотопов. При этом наиболее важными, определяющими величины пере- хода радиоактивных веществ в растения, являются сле- дующие физико-химические параметры почв: грануломет- рический и минералогический состав, агрохимические свойства, режим увлажнения.

Гранулометрический состав почв в значительной степе- ни определяет их поглотительную способность. Данные

Алексахина Р.М. [24], Анненкова Б.Н. и Юдинцевой Е.В.

[32], Гудкова И.Н. [94] указывают, что сорбционная спо- собность почв находится в прямо пропорциональной зави-

74

симости от степени дисперсности почвенных частиц. Эти- ми исследователями установлено, что отдельные фракции почв различаются не только размером частиц, но и физи- ческими, химическими свойствами и минералогическим составом. С уменьшением размеров частиц снижается со- держание оксида кремния, возрастает количество полутор- ных оксидов железа и алюминия и, что особенно важно для сорбции радионуклидов, повышается содержание гу- муса и обменных катионов кальция, магния и калия. Наи-

большее количество органического вещества содержат мелкопылеватые и илистые частицы. В более крупных фракциях (средней и крупной пыли) содержание гумуса резко падает, во фракции мелкого песка гумус практически отсутствует [295]. Установлено, что гранулометрический состав почвы влияет на прочность закрепления микроко- личеств радионуклидов. Поглощенные радионуклиды, особенно 137Cs, сильнее закрепляются тяжелыми почвами,

чем легкими. С уменьшением размера фракций почвы прочность закрепления ими 90Sr и 137Cs повышается. Наи-

более прочно закрепляются радионуклиды илистой фрак- цией (табл. 2.13.)

Поглощение радионуклидов фракциями почв идет до- вольно полно, исключение составляет мелкий песок, где сорбированного 90Sr меньше, чем в остальных фракциях почвы (77,12%). Поглощение 137Cs даже мелким песком составляет около 99%. Наибольшая десорбция 137Cs харак- терна для фракций мелкого песка, крупной и средней пыли (20–35%). Количество фиксированного илистой фракцией почв 137Cs составляет 97%.

Почвы тяжелого гранулометрического состава обладают бóльшим количеством мелкодисперсных фракций, нежели легкие. Поэтому и величины накопления радиоизотопов растениями напрямую зависят от гранулометрического со- става почв. Математическая обработка большого массива

75

Таблица 2.13. Сорбция радионуклидов различными фракциями почв [312]

значений коэффициентов перехода радионуклидов из поч- вы в растения за период 1989–1994 гг. позволила выявить влияние гранулометрического состава на величины накоп- ления 137Cs и 90Sr основными сельскохозяйственными культурами (табл. 2.14, рис.2.5).

Из приведенного материала видно, что коэффициенты перехода радионуклидов в растения, произрастающие на дерново-подзолистых суглинистых почвах, в 1,5–2 и более раз ниже по сравнению с дерново-подзолистыми песчаны- ми почвами.

Высокая сорбционная способность мелкодисперсных фракций объясняется не только большой удельной поверх- ностью илистых и глинистых частиц, но и особенностями их минералогического состава.

Минеральная часть почвы составляет от 55 до 97% мас- сы почвы. В почве содержатся первичные минералы, представленные главным образом скелетными и крупно- песчаными частицами, и вторичные минералы, которые

76