ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ СЕВЕРНОЙ И ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ (*)

 

Цветнова О.Б., Новиков А.С.  (МГУ, г. Москва, РФ)

 

Radioecological characteristic of forest ecosystems of northern and central forest-steppe zones has been given. Concentration of natural and technogenic radionuclides in soil, soil litter, atmospheric and soil air, γ- dose rate  have been determined.

 

В  настоящее время в условиях глобального радиоактивного загрязнения Земли техногенными радионуклидами радиоэкологическая обстановка  является интегральным показателем содержания в окружающей среде естественных и искусственных источников излучения. Таким образом, доза облучения, получаемая населением от этих источников, обусловлена как природными, так и техногенными радионуклидами. В связи с этим весьма актуальными являются исследования, направленные на оценку вклада данных радионуклидов в радиоэкологическую обстановку различных экосистем территорий, относящихся к загрязненным и условно фоновым. Последнее явилось целью  настоящей работы.

Исследования проводились в лесных экосистемах  северной (Тульская обл., Плавский р-н, уч. 1) и центральной лесостепи (Воронежская обл., Лискинский р-н, уч. 2). Тульская область относится к территориям с напряженной экологической обстановкой, здесь в результате аварии на ЧАЭС радиоактивному загрязнению подверглись 18 районов области, одним из наиболее загрязненных является Плавский [4]. Непосредственно перед аварией средние показатели плотности радиоактивного загрязнения по ¹³⁷Cs здесь составляли 2,2 кБк/м², после аварии – 185-555 кБк/м² (5-15 Ки/км²) [2]. Территория Воронежской области относится к условно фоновой, до аварии на ЧАЭС плотность загрязнения по ¹³⁷Cs здесь также не превышала 2,2 кБк/м², после аварии увеличилась не столь значительно, как в Тульской области – до  4 - 20 кБк/м² (0,1- 0,54 Ки/км²) [2].  

В северной лесостепи объектами исследований  послужили одновозрастные (40-50-летние) лесные  искусственные насаждения дуба  черешчатого (Qercus robur L.), березы повислой (Betula pendula Roth) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.)  на темно-серые лесных почвах.  В центральной лесостепи – сосняк (80-100 летний)  естественного происхождения на интразональных дерновых  песчаных почвах.  Для характеристики радиоэкологической обстановки данных объектов нами  проводился комплексный анализ содержания естественных и искусственных радионуклидов в  почвах,  лесных подстилках; оценивалось объемная активность ²²²Rn (ОАР) в атмосферном и почвенном воздухе, а также мощность экспозиционной дозы гамма-излучения (МЭД). Измерения МЭД проводили радиометром ДРГ-01Т   на поверхности почвы и высоте 1 м.  Определение объемной активности ²²²Rn проводили с помощью радиометра радона РРА-01М-01. Определение содержания естественных (⁴⁰K, ²³²Th, ²²⁶Ra) и техногенных (¹³⁷Cs) радионуклидов проводилось на сцинтилляционном гамма - спектрометре с обработкой амплитудного спектра импульсов с помощью программы ПРОГРЕСС.

Проведенные исследования показали, что  в лесных экосистемах условно фоновых территорий (уч. 2)  значения МЭД  в зависимости от топографических условий местности варьируют от 0,005 до  0,015 мР/ч, что  значительно ниже верхнего предела диапазона колебаний естественного фона. При этом средние значения МЭД  на поверхности почвы и  высоте 1 м значимо не различаются  (табл. 1).  В тоже время в лесных экосистемах загрязненных регионов РФ (уч. 1) показатели МЭД закономерно выше и значимо  различаются на поверхности почвы и  высоте 1 м.  Это связано с  различной плотностью загрязнения почв исследуемых участков. По средним показателям  плотность  загрязнения почв по ¹³⁷Cs территории Воронежской области (уч. 2) составляет 12,1 кБк/м²,   территории Плавского р-на Тульской области -   307 кБк/м².

 

Таблица 1- Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения, мР/ч (n=10)

Гамма - спектрометрический анализ проб выявил присутствие в почвах изучаемых  лесных экосистем на диагностируемом уровне ⁴⁰K, ²³²Th, ²²⁶Ra и ¹³⁷Cs (табл. 2). Удельная активность естественных радионуклидов в почвах лесных экосистем как фоновых (уч.2), так и загрязненных территорий  варьирует в зависимости от минералогического состава почвообразующих пород. Это определяет более высокое содержание ²³²Th, ²²⁶Ra и особенно ⁴⁰K в темно-серых лесных почвах, сформированных на покровных карбонатных суглинках  (уч. 1), по сравнению с таковым в интразональных дерновых почвах на песках (уч.2). В целом в исследуемых почвах содержание природных радионуклидов находятся на уровне или незначительно превышает их фоновые среднемировые концентрации, только в отдельных слоях  темно-серых лесных почв удельная активность ⁴⁰К в 1,5-1,7 раза  выше этого показателя [1, 3]. Одним из основных дозообразующих  радионуклидов в почвах северной и центральной лесостепи  является ¹³⁷Cs. Его содержание  характеризуется значительной вариабельностью, что характерно для чернобыльских выпадений [7]. Вместе с тем, немаловажное значение при оценке радиоэкологической обстановки имеют особенности распределения радионуклидов в почве. Так, в  профиле исследуемых почв распределение естественных и искусственных радионуклидов различно (табл.2).

 

Таблица 2- Средние показатели содержания естественных и искусственных радионуклидов в почвах, Бк/кг (n =25)

Горизонт, глубина, см	Техногенные радионуклиды	Естественные радионуклиды
	137Cs	40K	232Th	226Ra
Тульская область  (уч. 1)
Сосняк
О*	472,0	57,0	5,1	14,9
0-5	5144,5	802,7	56,6	54,0
5-15	756,7	561,3	40,7	37,2
Дубрава
О*	569,3	110,6	6,6	31,8
0-5	3667,1	637,5	37,4	52,1
5-15	1244,8	608,3	46,6	30,3
Березняк
О*	318.8	153.4	6.0	11.6
0-5	2961.2	551.4	29.3	41.4
5-15	112.8	467.0	30.1	65.6
Воронежская область (уч.2)
Сосняк
О*	553,8	следы	следы	28,48
0-5	166,0	13,24	0,66	15,38
5-15	2,4	5,8	1,1	0,3

* О – лесная подстилка

Содержание естественных радионуклидов в почвах, как уже отмечалось, в первую очередь,  зависит от их наличия и концентрации в материнской породе, а профильное распределение этих элементов в целом определяется течением почвообразовательных процессов, в связи с этим максимальные концентрации рассматриваемых радионуклидов, как правило, отмечаются в более глубоких почвенных слоях.  Распределение ¹³⁷Cs в почве – иное. При радиоактивных выпадениях данный радионуклид первоначально аккумулируется в верхних органогенных горизонтах почв (в лесных экосистемах, в основном, в подстилке), которые являются биогеохимическим барьером на пути его вертикальной миграции [7]. В последующем аккумулирующая способность подстилок будет определяться их генезисом, мощностью, наличием (или отсутствием) мохового покрова. В деструктивных подстилках лесных экосистем северной лесостепи содержание ¹³⁷Cs уже к 5 году после радиоактивных выпадений составляет незначительный  процент от суммарного содержания в почвенном профиле [7,8]. В настоящее время абсолютный максимум активности в этих условиях находится в  0-5 см слое  почвы, а  различия в аккумуляции радионуклидов в  деструктивных подстилках лесов Тульской области определяются исключительно компонентным и фракционным составом опада [9]. В лесных экосистемах центральной лесостепи с интразональными дерновыми почвами при значительно меньшей плотности их загрязнения ¹³⁷Cs,  максимум активности, по-прежнему, приурочен к органогенному слою подстилки. Это связано с тем, что здесь сформированы более мощные подстилки с выраженным моховым покровом, которые характеризуются большей удерживающей способностью. Соответственно, в минеральных слоях этих почв удельная активность ¹³⁷Cs существенно ниже, чем в подстилках и аналогичных слоях почв загрязненных регионов РФ. Последнее также  связано со значительно меньшими уровнями  радиоактивного загрязнения этих почв.

Проведенное нами комплексное обследование  лесных экосистем Тульской и Воронежской областей включало оценку особенностей радоновой обстановки (табл.3). Было установлено, что в лесных экосистемах северной лесостепи  отмечается высокая объемная активность ²²²Rn в почвенном воздухе. Это, как уже отмечалось, связано с особенностями минералогического состава почвообразующих пород рассматриваемых территорий. Тяжелые породы, на которых сформированы исследуемые темно-серые лесные почвы, содержат большее количество материнских элементов ²²²Rn - ²³⁸U и ²²⁶Ra, что, в свою очередь, обусловливает обогащение почвенных горизонтов этими радионуклидами (табл. 2) и  приводит к повышению уровня эмиссии радона. 

 

Таблица 3 - Объемная активность радона в атмосферном и почвенном воздухе, Бк/м³

Место обследования	Концентрация 222Rn
	Атмосферный воздух	Почвенный воздух
Тульская обл. (уч.1)
Дубрава	85	8001
Воронежская обл. (уч.2)
Сосняк:
болото Клюквенное-1	40-60	<20 Бк/м3
озеро Угольное	30	25-35
озеро Чистое	30-150	<20 Бк/м3
р. Усмань	<20 Бк/м3 *	<20 Бк/м3

*- предел обнаружения

В лесных экосистемах центральной лесостепи (уч. 2) на дерновых песчаных почвах  объемная активность ²²²Rn в различных природных средах невысока. В водах гидрографической сети исследуемого региона (озера, родники, река  Усмань, геофизические скважины, заложенные в пойме этой реки)  она находится ниже предела или на границе предела обнаружения - (5 Бк/л). В почвенном воздухе ОАР, как правило, также ниже предела обнаружения, только в  некоторых случаях было зафиксировано повышение уровня объемной активности радона  в атмосферном и почвенном воздухе  до уровня  200 Бк/м³. Это может быть связано с локальным повышением содержания материнских элементов в почве, а также с  геологическими   особенностями  строения территории (в частности, с наличием тектонических микроразломов). Приуроченность  участков к таким микроразломам, что, в частности,  наблюдается в районе озера Угольное, обусловливает  повышение концентрации радона в почвенном воздухе.

В целом проведенные исследования показали, что  в лесных экосистемах северной и центральной лесостепи дозообразующими радионуклидами в настоящее время являются техногенный ¹³⁷Cs и природные радиоактивные элементы. Вместе с тем радиоэкологическая обстановка в этих регионах различна. В загрязненных лесных экосистемах северной лесостепи (Тульская обл.) дозовые нагрузки на население максимальны и связаны как с высоким внешним облучением, обусловленным техногенным ¹³⁷Cs, так и  внутренним облучением, обусловленным повышенным содержанием природного радионуклида  ²²²Rn. На условно фоновых территориях центральной лесостепи (Воронежская обл.), в  лесных экосистемах, сформированных на легких почвах, дозовые нагрузки, обусловленные природными радионуклидами – минимальны, вследствие невысокой эмиссии радона из почв.  В этих условиях относительный вклад техногенного ¹³⁷Cs в дозовые нагрузки на население более значим, несмотря на невысокие уровни его содержания в почвах.

Литература

1.      Алексахин Р.М. Ядерная энергия и биосфера. М.: Энергоиздат, 1982

2.      Атлас загрязнения Европы цезием после чернобыльской аварии. ЕК/ ИГКЭ, Росгидромет /Минчернобыль (Украина) /Белгидромет, 1998.

3.      Вернадский В.И. Очерки по геохимии. М.: Горнонефтьиздат, 1934.

4.      Оценка и экологический контроль состояния окружающей природной среды региона (на примере Тульской области)/ ред. Г.В. Добровольский, С.А. Шоба. М.: МГУ, 2001.  256 с.

5.      Титаева Н.А. Ядерная геохимия. М.:МГУ, 1992. 272 с.

6.      Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах.  М.: Наука, 1999. 266 с.

7.      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. 

8.      Щеглов А.И., Цветнова О.Б., Богатырев Л.Г. Роль лесных подстилок различного генезиса в миграции техногенных радионуклидов // Вестник МГУ. Сер.17.почвоведение, 2004. № 4. С. 1-9

9.      Ядерная энциклопедия. М.: Благотворительный фонд Ярошинской, 1996. 656 с.

 

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