Влияние режима увлажнения на поступление радионуклидов из почвы в растительность

Известно, что количество катионов цезия и стронция, вытесняемых из почвы в раствор, при постоянной концентрации возрастает с увеличением объема раствора, что предполагает повышенное накопление радионуклидов растениями [16].

Общеизвестно увеличение перехода 137Сs и 90Sr в травы естественных сенокосов на переувлажненных почвах по сравнению с сеяными травами на автоморфных почвах. Однако здесь оказывает влияние комплекс факторов, включая различия в окультуренности почв, видовом составе трав, удобрениях и др. Имеются сведения, что при разных режимах увлажнения почв могут не изменяться коэффициенты накопления радионуклидов растениями, но возрастает общий вынос радионуклидов за счет увеличения биомассы растений [25].

Рерих П.А. и Моисеев И.Т. установили, что поступление 137Сs в зерновые и крупяные культуры на выщелоченных черноземах находится в обратной корреляционной зависимости от суммы осадков за вегетационный период и запасов влаги в метровом слое почвы [22].

Для определения влияния режима увлажнения почв на поступление радионуклидов в растения в 1992-1994 гг. проводились исследования на сенокосах Ветковского, Лоевского и Хойникского районов Гомельской области (табл. 1.5) [28]. На одном типе почв, различающихся степенью гидроморфизма и, следовательно, режимом увлажнения, подбирались участки сенокосов сходного ботанического состава трав. Влажность почв в период максимального роста и уборки трав различалась и составляла, соответственно, 4,5, 14,8 и 21,7%. Кислотность почв трех участков была близкой к оптимальной, а содержание обменных катионов кальция повышалось по мере возрастания степени увлажнения. Доля обменных форм 137Сs последовательно повышалась от 9,6% на автоморфных до 10,7 на глееватых почвах и до 12,3% - на глеевых. Одновременно многократно возрастал переход 137Сs и 90Sr из почвы в растения ежи сборной. Долевое содержание водорастворимых и обменных форм 90Sr также заметно повышалось на временно избыточно увлажненных и глееватых супесчаных почвах.

Таблица 1.5 - Влияние режима увлажнения почв и форм нахождения радионуклидов на их переход в растения ежи сборной (Хойникский район, 1994 г.)

Повышенный переход 137Сs в растения ежи сборной по мере нарастания степени гидроморфизма наблюдался и на большом массиве осушенных дерново-заболоченных песчаных почв в Лоевском районе Гомельской области (табл. 1.6 и рис. 1.3). Здесь также отмечено заметное увеличение

доли обменных форм 137Сs на глеевых почвах по сравнению с временно избыточно увлажненными и глееватыми. В значительно большей степени (до 27 раз) различались коэффициенты накопления 137Сs растениями ежи сборной.

Таблица 1.6 - Влияние гидроморфности дерновых заболоченных песчаных почв на переход 137Сs в растения ежи сборной (Лоевский район, 1993 г.)

Если учесть, что урожай сена увеличивался с повышением степени увлажнения почв, то суммарный вынос радионуклида с гектара площади на дерново-глееватых почвах был в 6 раз, а на дерново-глеевых - в 54 раза выше, чем на временно избыточно увлажненных почвах. Проведенные исследования показали, что осушение не обеспечивает единого режима влажности почв всего массива и не устраняет имеющихся различий в увлажнении между почвенными разновидностями.

Рис. 1.2 - Влияние гидроморфности дерновых заболоченных песчаных почв на переход радионуклидов в растения ежи сборной, Бк/кг

В результате осушения режим влажности дерново-глеевых почв приближается к оптимальному. Это значит, что оптимум влажности почвы длится 100 дней, уровень грунтовых вод (УГВ) колеблется в пределах 1,13-1,59 м, в дерново-глееватых почвах оптимум увлажнения - 90 дней, УГВ - 1,35-1,79 м. На повышенных элементах рельефа, где развиты временно избыточно увлажненные почвы, больше период иссушения, здесь оптимум влажности почвы наблюдается только в течение 70 дней, а УГВ колеблется в пределах 1,60-2,35 м. Исследуемые почвы характеризуются низким содержанием обменного калия и типичным повышением содержания обменных форм кальция и магния, а также содержания гумуса по мере нарастания степени увлажнения почв. Все почвы характеризовались близким уровнем плотности загрязнения 137Сs, в пределах от 481 до 518 кБк/м2. Учеты урожая проводились в 20-кратной повторности на посевах ежи сборной третьего года пользования.

Для изучения причин значительных различий переходов радионуклидов в кормовые культуры (многолетние злаковые травы), возделываемые в хозяйствах загрязненной зоны, нами проведены исследования по определению форм нахождения радионуклидов в почвах в зависимости от типа почвообразования, характера и степени увлажнения почв на рыхлых и связных почвообразующих породах. В таблице 1.7 приведены результаты определений форм нахождения 137Сs [2,4].

Таблица 1.7 - Формы нахождения 137Сs в дерновых заболоченных и дерново-подзолистых заболоченных почвах, % (1995 г.)

Первое, что можно отметить, - это преобладание фиксированной формы 137Сs, которая составляет 48-90% в разных почвах. Второе - более высокое содержание 137Сs в обменной и непрочно фиксированной формах в почвах более увлажненных позиций. Третье - самое высокое содержание прочнофиксированных форм 137Сs в дерновых заболоченных карбонатных почвах. В таблице 1.8 приведены результаты определения форм наховождения90Sr в исследуемых почвах.

Особенностью высоких переходов этого элемента из почвы в растения, как уже установлено и подтверждается нашими данными, является то, что значительная часть 90Sr находится в подвижной форме. Причем в почвах, развивающихся на песчаных породах, доля прочнофиксированной фракции несколько меньше, чем на суглинистых, но во всех почвах содержание этой фракции уменьшается с увеличением увлажнения.

Таблица 1.8 - Формы нахождения 90Sr в дерновых заболоченных и дерново-подзолистых заболоченных почвах (1995 г.)

Следует также отметить более низкое содержание обменной формы 90Sr в дерновых заболоченных карбонатных почвах при любой степени увлажнения. Насыщение поглощающего комплекса этих почв свободными карбонатами сдвигает реакцию среды в щелочной диапазон, обеспечивая минимум подвижности радионуклидов в почвах. Увеличение степени гидроморфизма способствует усилению динамичности элементов, что приводит к большей доступности радионуклидов для произрастающих трав. Двухлетние исследования БелНИИ мелиорации и луговодства показали также большую значимость учета влажности почвы и определяющего ее уровня грунтовых вод в поглощении радионуклидов сельскохозяйственными растениями. [2, 3] При этом первостепенное значение имеет расстояние загрязненного слоя почвы от УГВ. Наибольшее поглощение радионуклидов многолетними трава-ми происходит при расстоянии уровня воды 35-55 см от загрязненного слоя почв. [4]

Как правило, осушенные массивы на загрязненной радионуклидами территории Белорусского Полесья представлены почвенными комплексами, включающими на одном сельскохозяйственном поле севооборота торфяные, торфяно-болотные, сработанные торфянисто-глеевые и песчаные почвы. При этом пониженные формы рельефа представлены торфяными и торфяно-глеевыми почвами, а повышенные - торфянисто-глеевыми и песчаными. Исследования показали, что минимальное загрязнение растительной продукции на комплексах таких почв достигается при поддержании уровня грунтовых вод на глубине 0,9-1,2 м от средней отметки поверхности поля. Диапазоны уровня грунтовых вод подобраны так, чтобы водопотребление основных видов растений на 30% обеспечивалось из подпахотного слоя почвы. При этом меньшие значения уровня грунтовых вод необходимо поддерживать при выращивании трав, более глубокие - при выращивании зерновых и пропашных культур. Общим правилом поддержания оптимального режима увлажнения загрязненных радионуклидами почв должно стать нахождение динамического равновесия, обеспечивающего, с одной стороны, максимальный урожай и тем самым «ростовое разбавление» радионуклидов, с другой - уменьшение объема почвенного раствора.

По данным наших исследований, переход радиоцезия в многолетние злаковые травы повышался в 10-27 раз на дерново-глеевых и дерново-подзолисто-глеевых почвах по сравнению с автоморфными и временно избыточно увлажняемыми разновидностями этих почв. Практика подтвердила установленные закономерности. В зоне загрязнения, где преобладают переувлажненные дерново-подзолистые песчаные и торфяные, типичные для Полесья почвы, высокая степень загрязнения травяных кормов, молока и мяса наблюдается даже при относительно низких плотностях загрязнения: 137Сs - 7,4-185 и 90Sr - 11,1-7,4 кБк/м2. В то же время на окультуренных участках лессовидных и моренных суглинков Могилевской области продукцию с допустимым содержанием радионуклидов удается получать при плотности загрязнения 137Сs 740 кБк/м2.

Таким образом, приведенные данные показывают исключительно высокую значимость учета степени гидроморфизма почв при прогнозе содержания радионуклидов в продукции сенокосов и пастбищ как на естественных заболоченных, так и на осушенных почвах. Учет степени гидроморфизма почв необходим и при долгосрочном прогнозе очищения почв от радионуклидов.

Детальное изучение вопросов, влияющих на поведение долгоживущих радионуклидов в различных почвах Беларуси, позволяет сделать следующее заключение:

За период наблюдений с 1986 по 1997 г. мощность экспозиционной дозы (МЭД) на постоянных пунктах наблюдений значительно снизилась. В первые послеаварийные месяцы этот процесс был обусловлен распадом короткоживущих радионуклидов. В отличие от Гомельской области на постоянных пунктах наблюдений Могилевской наблюдался меньший изначальный размер МЭД и более плавное ее снижение в последующие годы, что объясняется характером выпадения радионуклидов. Факторы, влияющие на течение миграционных процессов в почве, оказывают косвенное влияние и на параметры МЭД.

Для всех почв характерно извлечение водой незначительной доли (0,3-0,7%) 137Сs. В обменной форме, легко доступной корневой системе растений, его содержание колеблется в пределах от 2,1 до 10,4%. Ближний при определенных условиях резерв радиоцезия, потенциально доступного для растений, составляет 14,0-23,8% валового его содержания. Основная доля радионуклида (69,8-82,0%) находится в прочносвязанной форме, в том числе и внедренной в кристаллическую решетку глинистых минералов. Доступность растениям 137Сs со временем существенно уменьшается в процессе «старения» радионуклида и фиксации его в почве. За период с 1987 по 1993 г. доля подвижного радиоцезияуменьшилась с 29-74% до 5-29% валового (т.е. в среднем более чем в 3 раза). В последние годы скорость фиксации 137Сs уменьшилась. Для 90Sr характерно преобладание легко доступных 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%. Обнаруживается высокая биологическая доступность 137Сs на торфяно-болотных почвах. Содержание 137Сs в водной вытяжке на порядок выше, чем его содержание в аналогичной вытяжке на минеральных почвах. Выявлены различия, связанные со степенью минерализации торфяной массы.

На всех изучаемых типах почв происходит, хотя и медленно, миграция вниз по профилю 137Сs и 90Sr. С увеличением степени увлажнения почв, темпы миграции увеличиваются. В почвах с ненарушенной дерниной основное количество радионуклидов содержится в 0-5-сантиметровом слое, а в почвах сельскохозяйственного использования практически все количество 137Сs находится в пахотном горизонте.

Скорость миграции 90Sr значительно выше, чем 137Сs, что связано с физико-химическими особенностями этих радионуклидов. Наличие вторичного загрязнения почв и растений радионуклидами за счет их горизонтальной миграции очевидно, и его необходимо учитывать в сельском хозяйстве. Гранулометрический состав почв в значительной степени определяет их поглотительную способность. Сорбционная способность почв зависит от степени дисперсности почвенных частиц. Коэффициенты перехода радионуклидов в растения, произрастающие на дерново-подзолистых суглинистых почвах, в 1,5-2 раза ниже по сравнению с дерново-подзолистыми песчаными почвами[1].