Пространственная неоднородность радиоактивного загрязнения почв лесных фитоценозов Тульской области

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ЛЕСНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ (*)

Богатова М.К. ,Щеглов А.И., Цветнова О.Б.

(ВГУ, г.Воронеж; МГУ, г. Москва, РФ)

The study is dedicated to the processes of spatial and vertical distribution of ¹³⁷Cs in the dark grey forest soils formed in different ecosystems of Tula region.

Особенности чернобыльского выброса радиоактивных веществ обусловили изначально высокую пространственную неоднородность распределения радионуклидов не только на больших территориях, но и в пределах локальных участков. Как показали исследования ряда авторов, неравномерность распределения выпадений по территории РФ, занятой лесами, первоначально колебалась по средним данным в диапазоне от 22 до 30% [1,3]. Миграция радионуклидов в глубь почвенного профиля в последующем приводит к изменению данных показателей. Несомненно, что при прогнозных оценках миграции радионуклидов в почве и системе «почва – растение» необходимо установление параметров временных изменений пространственной неоднородности распределения радиоактивных элементов. В связи с этим в задачу наших исследований входило установление особенностей пространственной неоднородности загрязнения почв по ¹³⁷Сs лесных фитоценозов через 15 -20 лет после чернобыльских выпадений.

Настоящая работа посвящена анализу особенностей геохимической миграции ¹³⁷Cs под различными типами насаждений и выявлению факторов, определяющих вторичное перераспределение элементов техногенных выпадений в лесных ландшафтах лесостепи. Исследования проводили в 1999-2004 гг. на территории Плавского лесничества (Плавский район Тульской области). Объектом исследований послужили тёмно-серые лесные почвы автоморфных ландшафтов под основными типами лесонасаждений данного региона (березняк, дубрава, сосняк).

Проведенные исследования показали, что в почвах всех исследуемых биогеоценозов основное количество ¹³⁷Cs сосредоточено в верхнем 2-3- х см подподстилочном слое минеральной толщи (табл. 1). Вместе с тем распределение данного радионуклида в микропрофиле почв (0 - 15 см) лиственных ценозов характеризуется относительно меньшими величинами градиента падения содержания цезия с глубиной по сравнению с таковыми в хвойных ценозах. Это, по всей видимости, обусловлено более значимым влиянием биогенной миграции на перераспределение ¹³⁷Cs в почвах лиственных ценозов по сравнению с хвойными [2].

Загрязнение исследуемых почв ¹³⁷Cs характеризуется высокой пространственной неравномерностью. Отчетливо выделяются зоны с высокими и низкими уровнями загрязнения ¹³⁷Cs. Это, по-видимому, обусловлено влиянием парцеллярной структуры исследуемых БГЦ на первичное распределение радиоактивных выпадений. Выявленная неравномерность распределения ¹³⁷Cs в верхних слоях почвенного профиля отмечается также и в нижних слоях (0-15 см) почвенной толщи. При этом зоны максимального и минимального содержания радионуклида в пределах участка совпадают. Это свидетельствует о том, что поток нисходящей миграции при вторичном перераспределении ¹³⁷Cs преимущественно определяется плотностью первичного загрязнения поверхности почв.

Таблица 1 - Удельная активность ¹³⁷Csв темно-серых лесных почвах различных лесонасаждений, Бк/кг

Глубина, см	Березняк	Дубрава	Сосняк
О	1085,0	898,1	1483,0
0-1	4449,0	4313,0	5990,0
1-2	4211,0	4529,0	5630,0
2-3	4113,0	3934,0	4141,0
3-4	3561,0	3559,0	2655,0
4-5	2654,0	2998,0	2153,0
5-6	2648,0	2332,0	1458,0
6-7	1972,0	1947,0	1037,0
7-9	1381,0	1272,0	564,6
9-11	801,0	670,1	256,2
11-13	609,5	320,0	169,0
13-15	359,1	220,5	128,1
15-19	222,7	191,9	89,02

Нашими исследованиями также было установлено, что в почвах хвойных ценозов неравномерность распределения ¹³⁷Cs почти в два раза выше, чем в лиственных (табл.2). В процессе вертикальной миграции пространственная неоднородность распределения радиоцезия возрастает, причем более значимо в дубраве и в менее - в березняке. В берёзовом лесу коэффициент вариации удельной активности ¹³⁷Cs составляет 20,8% (слой 0-5 см), а на глубине 5-15см - 24,6%. В дубраве отмечается более значимое увеличение коэффициента вариации содержания ¹³⁷Cs с глубиной: с 22,7% (для слоя 0-5см) до 36,7% (для слоя 5-15см). В почвах сосняков коэффициент вариации содержания ¹³⁷Cs почти в два раза выше, чем в лиственных лесах, и его значение с глубиной уменьшается с 45,9% (0-5см) до 40,2% (5-15)см. По мнению ряда авторов, такая ситуация вполне закономерна: неоднородность распределения радионуклидов (¹³⁷Cs) в почвах определяется типом БГЦ, а максимальным коэффициентом варьирования данного показателя характеризуются почвы молодых сосновых лесов [1,3] .

Результаты проведенного дисперсионного анализа показали, что в изучаемых биогеоценозах различия в показателях физико-химических свойств почв статистически не значимы (табл.3). Соответственно выявление зависимостей между этими показателями и ¹³⁷Cs более целесообразно проводить на основе объединенных выборок по всем исследуемым участкам (n=75). Теснота связи между показателями оценивалась с помощью коэффициента детерминации. Адекватность всех линейных моделей была проверена методами дисперсионного анализа в системе STATISTIKA при уровне значимости менее 5%. Все модели оказались адекватными (предположение о нормальности остатков выполняется), а также выполняется условие однородности дисперсий.

Таблица 2 - Основные статистические показатели содержания ¹³⁷Cs (Бк/кг) в темно – серых лесных почвах различных ценозов

Глубина, см	N	x	x_min	x_max	Доверительный интервал			S	S_x	V, %
Глубина, см	N	x	x_min	x_max	левая граница	правая граница		S	S_x	V, %
Березняк
0-5	25	2846	2016	4333	2602		3090	591	118	20,8
5-15	25	922	465	1469	823		1016	227	45,3	24,6
Дубрава
0-5	25	3827	2075	5294	3468		4187	870	174	22,7
5-15	25	973	454	1926	825		1120	357	71,4	36,7
Сосняк
0-5	25	3538	974	6606	2868		4209	1624	325	45,9
5-15	25	572	302	1187	477		667	230	46,0	40,2

Проведенный анализ не выявил корреляционных зависимостей между распределением цезия и изменением показателей исследуемых свойств почв в слое 0-5 см. Вместе с тем обнаружена сильная (0,5<R<0.8) положительная корреляция между содержанием ¹³⁷Cs и содержанием гумуса c R=0,58 в слое 5-15 см (табл.3), а также слабые (R<0,5) положительные корреляции между ¹³⁷Cs и реакцией среды (pН водной вытяжки) с R=0,26; ¹³⁷Cs и обменными основаниями с R=0,34; ¹³⁷Cs и К обменным с R=0,45. Это дает основание предполагать, что распределение ¹³⁷Cs в различных частях профиля определяется различными ведущими процессами. В верхнем 0-5 см слое неравномерность распределения ¹³⁷Cs определяется неравномерностью первичных радиоактивных выпадений; в слое 5-15 см - она обусловлена неравномерностью интенсивности процессов вторичного перераспределения данного радионуклида в профиле почв. Вышеизложенное также указывает на причину отсутствия корреляционных связей между свойствами почв и содержанием ¹³⁷Cs в минеральном слое 0-5 см.

Таблица 3 - Коэффициенты корреляции между содержанием ¹³⁷Cs и основными показателями физико-химических свойств почв (по данным объединенной выборки, n= 75)

Показатели

Ca ²⁺

Mg²⁺

K⁺

H⁺

pH_H2O

Гумус, подвижный

Гумус,

общий

¹³⁷Cs (0-5 см)

-0,05

0,17

0,02

0,04

-0,05

0,04

0,12

¹³⁷Cs (5-15 см)

0,51

-0,08

0,45

-0,52

0,26

0,14

0,58

В целом на основании проведенных исследований можно заключить, что пространственное распределение ¹³⁷Cs в почвах лесостепи под лесом определяется особенностями первичных выпадений, парцеллярной структурой фитоценозов, а также спецификой и интенсивностью течения современных почвообразовательных процессов в различных условиях.

Литература

1. Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах. -М.:Наука, 1999. 268 с.

2. Щеглов А.И., Цветнова О.Б., Тихомиров Ф.А. Миграция долгоживущих радионуклидов чернобыльских выпадений в лесных почвах Европейской части СНГ // Вестник МГУ, сер. 17. 1992. N 2. C.27-35.

3. Shcheglov F.I., Tsvetnova O.B., Klyashtorin A.L. Biogeochemical migration of technogenic radionuclides in forest ecosystems. -M.: Nauka. 2001. 235 p.

(*) Работа выполнена при поддержке РФФИ (04-04-48323)

Дубрава