ПЕРСПЕКТИВЫ УМЕНЬШЕНИЯ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЕЕ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ МАШИНАМИ
Ермичев В.А., Лобанов В.Н., Кривченкова Г.Н. (БГИТА, г. Брянск, РФ)
Prospects of reduction of radioactive pollution of ground at processing by its wood economic machines.
Современные технологии лесозаготовок требуют большого числа проходов гусеничных машин по одной и той же лесосеке, что приводит к сильному уплотнению почвы, разрушению почвенных структурных агрегатов, перерезанию корней растений грунтозацепами, ухудшению водного и воздушного режимов. Как показали проведенные исследования, уплотнение почвы ухудшает условия для роста лесных растений и подроста деревьев, способствует водной и ветровой эрозии радиоактивного загрязненного грунта, отрицательно сказываются на физико-механических свойствах его поверхностного слоя (почвы).
Поступление радионуклидов под полог леса приводит к интенсивному перераспределению их между подстилкой и минеральной частью почвы. Закономерность вертикального распределения радионуклидов в первые годы после аварии в лесных почвах независимо от плотности загрязнения одинакова – удельная активность 137Cs снижается вглубь по почвенному профилю. Особенно высокой, как и следовало ожидать, она была в лесной подстилке [1, 2, 3].
Независимо от плотности загрязнения и условий произрастания максимальное содержание 137Cs в минеральной части почвы наблюдалось в верхнем 1-см слое, причем различие в загрязненности между этим слоем и подстилкой уменьшается от автоморфных к гидроморфным почвам.
Как правило, на автоморфных почвах удельная активность 137Cs в самой подстилке в 5-10 раз выше, чем в подпостилочном 1-см слое, в то время как на полугидроморфных – только в 1,1–1,3 раза, а на гидроморфных – равны, или же подстилка загрязнена слабее. Видимо, за счет колебательного режима грунтовых вод и специфичного процесса почвообразования на гидроморфных почвах происходит более быстрое высвобождение радионуклидов из подстилки.
Уже под верхним слоем 1- см минеральным слоем автоморфных почв концентрация 137Cs резко снижается, достигает фоновых значений на глубине 50-70 см.
Несколько другой характер распределения по профилю имеют радионуклиды в полугидроморфных и гидроморфных почвах. Установлено, что в гидроморфных почвах интенсивность миграции радионуклидов в 3-4 раза выше, чем в автоморфных, и их профильное распределение имеет иной характер – происходит плавное снижение их концентрации с глубиной почвы и не отмечается столь выраженной аккумуляции в верхнем подпостилочном слое (рисунок 1).
Общей особенностью вертикального перемещения радионуклидов в лесных почвах является то, что в минеральной толще перераспределение радионуклидов протекает с различной интенсивностью и определяется доминированием различных процессов. В лесной подстилке перемещение радионуклидов вглубь почвенного профиля, в основном, происходит за счет ежегодного поступления на поверхность почвы относительно более чистого растительного опада, в то время как в минеральной толще только в результате протекания миграционных процессов. Вследствие этого, содержание радионуклидов в лесной подстилке в целом с течением времени изменяется незначительно, однако внутри её происходит интенсивное перераспределение радионуклидов между подгоризонтами. Верхний слой (опад) активно очищается, а радионуклиды заглубляются в нижележащие слои подстилки. При этом перераспределение радионуклидов в подгоризонтах подстилки характеризуется не только различной интенсивностью, но и достаточно выраженной динамикой. В опаде отмечается наиболее интенсивное однонаправленное снижение запасов 137Cs в многолетнем ряду, особенно в первые годы после аварии. В последующем темпы этого снижения существенно замедляются, и количество 137Cs в верхнем слое лесной подстилки хвойных насаждений стабилизируется приблизительно на одном уровне 1–2 % (рисунок 1). В лиственных лесах этот горизонт подстилки весной содержит несколько больше 137Cs (до 15 %) в связи с ежегодным опадом листвы с высокой концентрацией по сравнению с редким опадом хвои. К концу вегетационного периода подстилка в лиственных насаждениях, почти полностью минерализуется и запас радионуклидов в них также падает до 1 %.
По иному выглядит динамика содержания 137Cs в ферментативном и гумифицированном подгоризонтах лесной подстилки. Она характеризуется периодами нарастания запаса 137Cs до определенного максимума, затем снижения и стабилизацией на соответствующем уровне в зависимости от типов лесных фитоценозов. В настоящее время запас 137Cs в слое стабилизировался на уровне 30-35 %, в слое - около 60 % .
В целом, запас 137Cs в подстилке сосновых насаждений на автоморфных почвах продолжает несколько снижаться, в лиственных насаждениях на полугидроморфных и гидроморфных почвах он практически стабилизировался.
В отличие от лесной подстилки, процесс поступления137Cs в минеральную толщу различных почв оказался практически одинаков. Наблюдается постоянный рост запасов 137Cs в почве. Однако по отдельным слоям почв имеются значительные различия, как по величине годового приращения, так и по динамике.
Особенно заметны эти различия по 1-см слоям почвы. Наибольшей динамике подвергся запас 137Cs в верхнем 1-см слое, расположенном непосредственно под постилкой.
В нижележащих после 1-см слоях автоморфных и полугидроморфных почв поступление 137Cs превышает его отток, в результате чего наблюдается ежегодное увеличение запаса. Исключение составляет гидроморфная почва, в слое 1–2 см которой также отмечается уменьшение запаса 137Cs, а в слоях 20-30 и 30-40 см наступила стабилизация (рисунок 1).
При анализе многолетней динамики по более крупным 5-см слоям почвы наблюдается четкое различие её по типам почв. С 1991 по 2005 гг. в верхнем 5-см слое на автоморфных почвах запас 137Cs увеличивается, на полугидроморфных он практически не изменился, на гидроморфных – уменьшается (с 70,3 до 63,6 %).
1 – супесчаная почва (толщина лесной подстилки 0 ÷ 3 см);
2 – супесчаная почва (толщина лесной подстилки 3 ÷ 8 см);
3 – супесчаная почва (толщина лесной подстилки 8 ÷ 10 см);
4 – супесчаная почва (толщина лесной подстилки 10 ÷ 15 см);
5 – супесчаная почва (толщина лесной подстилки свыше 15 см,
торфяной слой)
Рисунок 1 – Распределение 137Cs по горизонтам в толще почвы
По остальным нижележащим почвенным слоям до исследуемой глубины (40 см) запас137Cs увеличивается. Причем в одних и тех же слоях он повышается по мере нарастания увлажненности почв: в 2005 г. в сосняках мшистых ближней зоны на автоморфных почвах в слоях 35–10 см запас 137Cs составил от 3,1 до 1,5%, в лиственных насаждениях на полугидроморфных почвах 9,9 и 3,4%, а на гидроморфных - соответственно 23,0 и 7,9% (рисунок 1, кривая 5).
Перемещаясь с почвенной влагой, 137Cs одновременно сорбировался органическими и минеральными веществами почвенного поглощающего комплекса, в результате чего количество его в жидкой фазе почвы уменьшалось, а в твердой, наоборот, увеличивалось. Постепенно, за 1-2 года после поступления радионуклида в лесные экосистемы в почвах установилось равновесие между содержанием радиоцезия в различных её фазах.
Взаимодействие радиоцезия с органически веществом на глубине от 5 до 20 см. Взаимодействие радиоцезия с органическим веществом в подстилке и установление относительного равновесия между его содержанием в твердой и жидкой фазах минеральной части почвы повлекло за собой существенное замедление интенсивности миграции 137Cs в почве.
Для слоя 0-5 см запас 137Cs стабильно увеличивался до 2005 года, что может быть вызвано преобладанием поступления радиоцезия в почву из подстилки над переходом его от верхних минеральных в нижележащие слои. В то же время в последние годы наблюдается уменьшение темпов приращения запасов и просматривается выход на поверхность.
Анализ статистических материалов показал, что в гидроморфных лесных массивах соотношение в системе «почва-растение» уменьшается до 10:1. При этом отмечается, что механическое перемещение почвы ведет к равномерному распределению радионуклидов по всему пахотному горизонту с некоторым увеличением над подплужным уплотнением и резким уменьшением загрязнения под пахотным горизонтом.
Литература
1. Лес. Человек. Чернобыль. /Под ред. В.А.Ипатьева. – Гомель.: Институт леса НАН Беларуси, 1999. – 452 с.
2. Мухамедших Д.К. и др. Лесное хозяйство в условиях радиации. /К.Д. Мухамедшин, А.И. Чилимов, Н.П. Мишуков, В.К. Безуглов, Г.В. Сныткин. – М.: ВНИИХлесхоз, 1995. – 53 с.
3. Попов Е.В. Вертикальное распределение 90Sr и 137Сs в аллювиальных дерновых почвах ближней зоны Чернобыльской АЭС /Е.В. Попов, И.В. Кутняков, В.Г. Жирнов и др. //Почвоведение. – 1994. - № 1. -С 40-44.