Содержание радионуклидов в почвах и растениях лесостепи Западной Сибири
Автор: Бобренко И.А., Матвейчик О.А., Бобренко Е.Г.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Агрономия
Статья в выпуске: 9, 2020 года.
Бесплатный доступ
Цель исследования - выявить уровень и закономерности изменения содержания радионуклидов в пахотных почах и продукции растениеводства в лесостепи Омской области. Исследование основано на результатах мониторинга 1994-2018 гг. на реперных участках. Также использовались архивные материалы радиологического обследования, проведенного ЦАС «Омский». Определение радионуклидов в почвах сельскохозяйственных угодий и продуктах растениеводства проводили согласно общепринятым методикам. Объектами являлись культурные растения и почвы: чернозем обыкновенный; лугово-черноземная почва; солонец лугово-черноземный глубокий. В результате радиологического обследования пахотного горизонта почв лесостепной зоны Омской области 1994-2018 гг. определено содержание радионуклидов и сделана оценка, для этого проводилось сравнение со средними значениями по Омской области и РФ. К самым важным из них для определения характера загрязнения относятся 137Cs и 90Sr, которые по-разному накапливаются. Ионный обмен является основным механизмом закрепления 90Sr в почве, а для 137Cs - также обменный либо по типу ионообменной сорбции на внутренней поверхности частиц почвы. Содержание 90Sr, 137Cs, 40К в почвах не превышало среднее по РФ; 226Ra и 232Th превышало среднее и по региону, и по РФ. Концентрация 90Sr в растениях составила 1,1-2,9; 137Cs - 5,6-15,4 Бк/кг. Коэффициенты накопления радионуклидов растениями (90Sr - от 0,54 до 2,1; 137Cs - от 0,47 до 1,64) соответствуют слабому уровню, сельскохозяйственная продукция не аккумулирует их в опасных количествах. Таким образом, учитывая низкое содержание радионуклидов в почве и продукции растениеводства, радиационную обстановку в лесостепной зоне Омской области можно считать безопасной.
Радионуклид, содержание, почва, обследование, продукция
Короткий адрес: https://sciup.org/140250735
IDR: 140250735 | DOI: 10.36718/1819-4036-2020-9-19-26
Текст научной статьи Содержание радионуклидов в почвах и растениях лесостепи Западной Сибири
Введение. В Омской области нет атомных электростанций, здесь не присутствуют предприятия ядерной энергетики и не проводились ядер-ные испытания. Но регион расположен вблизи территорий, которые используют или под ядерные полигоны, или для захоронения атомных отходов. В связи с этим может происходить перенос радионуклидов разными путями и способствовать загрязнению ими почв и продукции [1, 2] .
Накопление радионуклидов продукцией сельского хозяйства зависит от биологических особенностей растений и свойств почв. Так, в значительно больших количествах радионуклиды поступают и накапливаются в растениях при возделывании на почвах, имеющих кислую реакцию почвенного раствора . Для своевременного реагирования на возможные проблемы проводится мониторинг [3, 4] .
Цель исследования : выявить уровень и закономерности изменения содержания радионуклидов в пахотных почах и продукции растениеводства в лесостепи Омской области.
Материалы и методы исследования. Исследование проведено в 1994–2018 гг. на реперных участках лесостепи Омской области, объектами являлись культурные растения и почвы. Также в работе использовались архивные материалы радиологического обследования, проведенного ЦАС «Омский». Определение радионуклидов в почвах сельскохозяйственных угодий и продуктах растениеводства проводили согласно общепринятым методикам [5, 6] .
Результаты исследования. В результате радиологического обследования пахотного горизонта почв лесостепной зоны Омской области 1994–2018 гг. определено содержание радио-
нуклидов и проведена оценка, для этого проводилось сравнение со средними значениями по Омской области и РФ. К самым важным из них для определения характера загрязнения относятся 137Cs и 90Sr, которые по-разному накапливаются. Ионный обмен является основным механизмом закрепления 90Sr в почве, а для 137Cs
– также обменный либо по типу ионообменной сорбции на внутренней поверхности частиц почвы [7] .
Концентрация 90Sr в пахотных почвах лесостепной зоны за все годы исследования превышала средние показатели по Омской области, но была меньше среднероссийских (рис. 1).
^м Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный
^= Лугово-черноземная среднемощная среднегумусная
II Солонец луговочерноземный глубокий малогумусный
Среднее по Омской области
Среднее по РФ
Рис. 1. Содержание 90Sr в почвах лесостепи (1994–2018 гг.)
Полученные экспериментальные данные выявили, что количество 137Cs в пахотных почвах лесостепной зоны практически во все годы исследования не превышает средние величины по
Омской области и не выходит своими значениями за пределы показателей, средних по РФ (рис. 2).
Рис. 2. Содержание 137Cs в почвах лесостепи (1994–2018 гг.)
Среднее содержание естественного радионуклида 40К в пахотном горизонте чернозема обыкновенного составляет 475 Бк/кг почвы, лугово-черноземной – 513 и солонца луговочерноземного глубокого – 472 Бк/кг. Эти значения меньше средних по РФ и больше средних
по региону, что связано с высоким содержанием элемента в почвах зоны. В окружающей среде радиоактивный изотоп 40К составляет 0,012 % от общего количества калия. Отсюда чем больше концентрация в почвах стабильного калия, тем больше в них содержится калия радиоак-
тивного, и почвы лесостепной зоны, обладающие высоким содержанием калия, имеют высокий уровень 40K и превышают региональный
уровень [2] . Но только лугово-черноземная почва имеет содержание 40К в пахотном горизонте почв, близкое к среднероссийскому.
600,0
0,0
« 500,0
а
^ 400,0
s 300,0
200,0
и 100,0
^м Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный м Лугово-черноземная среднемощная среднегумусная s Солонец лугово-черноземный глубокий малогумусный
Среднее по Омской области
1994-1998 1999-2003 2004-2008 2009-2013 2014-2018
Годы исследований
Среднее по РФ
Рис. 3. Содержание 40К в почвах лесостепи (1994–2018 гг.)
Еще один естественный радионуклид 232Тh во всех исследуемых почвах лесостепи превышал в почве среднее значение по Омской области и России (рис. 4). В природных условиях торий представлен окислами, силикатами, фосфатами, карбонатами, фторидами. Известно несколько десятков минералов тория, главными из которых являются монацит, торит, уратото-рит, торианит. Почти все минералы тория содержат и уран. Удельная активность тория
очень низкая, в связи с чем он мало актуален при изучении уровня радиоактивности окружающей среды [8, 9] .
Содержание 226Ra в пахотных почвах лесостепи, как и тория, за все годы исследования превышало среднее значение по Омской области и России (рис. 5). Радий содержится практически во всех объектах окружающей среды. Можно предположить, что эти превышения связаны со спецификой почвообразующих пород.
^a Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный
M Лугово-черноземная среднемощная среднегумусная
1^^ Солонец лугово-черноземный глубокий малогумусный
Среднее по Омской области
Среднее по РФ
Рис. 4. Содержание 232Th в почвах лесостепи Омской области (1994–2018 гг.)
Таблица 1
Радиологические показатели метрового слоя почв лесостепной зоны Омской области
|
Почва |
Глубина отбора, см |
Радионуклид, Бк/кг почвы |
||||
|
искусственный |
естественный |
|||||
|
90 Sr |
137 Cs |
40 К |
226 Ra |
232 Th |
||
|
Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный |
0–20 |
2,4 |
12,6 |
479 |
45,2 |
43,3 |
|
20–40 |
2,4 |
12,3 |
645 |
31,8 |
52,0 |
|
|
40–60 |
2,5 |
12,6 |
626 |
30,8 |
58,6 |
|
|
60–80 |
2,5 |
12,4 |
768 |
35,0 |
54,7 |
|
|
80–100 |
2,4 |
12,3 |
514 |
69,6 |
66,5 |
|
|
Лугово-черноземная среднемощная среднегумусная |
0–20 |
2,4 |
13,0 |
531 |
55,3 |
54,3 |
|
20–40 |
2,3 |
12,5 |
497 |
85,0 |
45,6 |
|
|
40–60 |
2,4 |
12,5 |
797 |
34,9 |
53,4 |
|
|
60–80 |
2,3 |
16,3 |
458 |
63,1 |
57,1 |
|
|
80–100 |
2,4 |
12,5 |
524 |
71,2 |
50,8 |
|
|
Солонец луговочерноземный глубокий малогумусный |
0–20 |
2,3 |
12,9 |
502 |
61,2 |
48,4 |
|
20–40 |
2,4 |
12,7 |
724 |
34,6 |
41,9 |
|
|
40–60 |
2,3 |
12,8 |
472 |
85,5 |
50,2 |
|
|
60–80 |
2,3 |
12,7 |
491 |
80,3 |
38,9 |
|
|
80–100 |
2,4 |
12,6 |
346 |
76,4 |
46,5 |
|
Таблица 2
Содержание 90Sr и 137Cs в растениях лесостепи, Бк/кг (среднее 1994–2018 гг.)
Содержание 90Sr в растениях составило:
– на черноземе обыкновенном маломощном малогумусном – от 1,1 до 2,9 Бк/кг;
– на лугово-черноземной среднемощной среднегумусной почве – от 1,1 до 2,7 Бк/кг;
– на солонце лугово-черноземном глубоком малогумусном – от 1,6 до 2,7 Бк/кг (ПДК – от 50 до 140 Бк/кг).
Содержание 137Cs в продукции растениеводства составило:
– на черноземе обыкновенном маломощном малогумусном – от 5,6 до 15,4 Бк/кг;
– на лугово-черноземной среднемощной среднегумусной почве – от 6,7 до 14,9 Бк/кг;
– на солонце лугово-черноземном глубоком малогумусном – от 6,4 до 12,7 Бк/кг (ПДК – от 80 до 320 Бк/кг).
Содержание искусственных радионуклидов в сельскохозяйственной продукции не зависит от почвы, на которой была получена. Их концентрация не превысила ПДК. Основываясь на полученных данных, были определены коэффициенты накопления искусственных радионуклидов в растениях (табл. 3).
|
Культура |
Продукция |
90Sr |
137Cs |
||
|
миним. |
макс. |
миним. |
макс. |
||
|
Чернозем обыкновенный |
|||||
|
Пшеница яровая |
Зерно |
1,5 |
2,3 |
5,6 |
11,8 |
|
Солома |
1,1 |
2,7 |
6,5 |
15,4 |
|
|
Ячмень яровой |
Зерно |
1,3 |
2,5 |
6,8 |
11,9 |
|
Солома |
1,1 |
2,4 |
6,2 |
12,0 |
|
|
Овес |
Зерно |
2,4 |
2,5 |
7,1 |
12,6 |
|
Солома |
2,0 |
2,4 |
6,9 |
12,0 |
|
|
Кукуруза |
Зеленая масса |
2,9 |
2,9 |
12,6 |
12,6 |
|
Кострец безостый |
Сено |
1,7 |
2,2 |
7,9 |
8,30 |
|
Лугово-черноземная почва |
|||||
|
Пшеница яровая |
Зерно |
2,0 |
2,1 |
10,2 |
10,8 |
|
Солома |
2,2 |
2,3 |
11,1 |
12,6 |
|
|
Ячмень яровой |
Зерно |
1,2 |
1,2 |
13,6 |
13,6 |
|
Солома |
1,5 |
1,5 |
14,1 |
14,1 |
|
|
Овес |
Зерно |
1,8 |
2,3 |
9,8 |
11,8 |
|
Солома |
1,7 |
2,3 |
10,1 |
14,9 |
|
|
Кукуруза |
Зеленая масса |
2,4 |
2,4 |
12,2 |
12,4 |
|
Картофель |
Клубни |
1,8 |
1,9 |
9,9 |
11,4 |
|
Люцерна |
Зеленая масса |
1,6 |
2,7 |
6,7 |
12,6 |
|
Кострец безостый |
Сено |
1,1 |
2,6 |
8,6 |
11,2 |
|
Солонец лугово-черноземный |
|||||
|
Пшеница яровая |
Зерно |
1,7 |
2,5 |
8,1 |
12,2 |
|
Солома |
1,9 |
2,4 |
8,3 |
12,0 |
|
|
Ячмень яровой |
Зерно |
1,7 |
1,7 |
7,1 |
7,10 |
|
Солома |
1,9 |
1,9 |
6,4 |
6,4 |
|
|
Овес |
Зерно |
1,9 |
2,4 |
8,9 |
11,8 |
|
Солома |
2,0 |
2,3 |
9,8 |
12,4 |
|
|
Подсолнечник |
Зеленая масса |
1,2 |
2,1 |
7,8 |
9,90 |
|
Кукуруза |
1,8 |
1,9 |
9,4 |
9,50 |
|
|
Люцерна |
2,3 |
3,2 |
11,6 |
12,7 |
|
Таблица 3
Среднестатистический коэффициент накопления искусственных радионуклидов в растениях, выращенных на пахотных почвах реперных участков лесостепной зоны Омской области (среднее 1994–2018 гг.)
|
Культура |
Продукция |
90Sr |
137Cs |
||
|
миним. |
макс. |
миним. |
макс. |
||
|
Чернозем обыкновенный маломощный малогумусный |
|||||
|
Пшеница яровая |
Зерно |
0,76 |
1,58 |
0,47 |
1,05 |
|
Солома |
0,78 |
1,50 |
0,55 |
1,27 |
|
|
Ячмень яровой |
Зерно |
0,67 |
1,24 |
0,60 |
1,01 |
|
Солома |
0,70 |
1,00 |
0,55 |
1,17 |
|
|
Овес |
Зерно |
0,74 |
1,14 |
1,02 |
1,03 |
|
Солома |
0,71 |
0,95 |
0,97 |
1,00 |
|
|
Кукуруза |
Зеленая масса |
1,16 |
1,16 |
1,03 |
1,03 |
|
Кострец безостый |
Сено |
1,11 |
1,83 |
0,64 |
0,77 |
|
Лугово-черноземная среднемощная среднегумусная |
|||||
|
Пшеница яровая |
Зерно |
1,40 |
1,54 |
1,10 |
1,29 |
|
Солома |
1,53 |
1,69 |
1,32 |
1,35 |
|
|
Ячмень яровой |
Зерно |
0,75 |
0,75 |
1,58 |
1,58 |
|
Солома |
0,94 |
0,94 |
1,64 |
1,64 |
|
|
Овес |
Зерно |
0,82 |
1,06 |
0,91 |
1,20 |
|
Солома |
0,82 |
1,00 |
1,16 |
1,23 |
|
|
Кукуруза |
Зеленая масса |
1,04 |
1,04 |
0,94 |
1,01 |
|
Картофель |
Клубни |
1,13 |
1,27 |
1,03 |
1,56 |
|
Люцерна |
Зеленая масса |
0,54 |
1,13 |
0,61 |
1,03 |
|
Кострец безостый |
Сено |
0,90 |
1,29 |
0,91 |
1,22 |
|
Солонец лугово-че |
рноземный глубокий малогумусный |
||||
|
Пшеница яровая |
Зерно |
0,74 |
1,90 |
0,74 |
1,11 |
|
Солома |
0,61 |
2,10 |
0,79 |
1,24 |
|
|
Ячмень яровой |
Зерно |
1,55 |
1,55 |
0,69 |
0,69 |
|
Солома |
1,73 |
1,73 |
0,62 |
0,62 |
|
|
Овес |
Зерно |
0,62 |
1,06 |
0,85 |
1,03 |
|
Солома |
0,59 |
1,11 |
0,89 |
1,14 |
|
|
Подсолнечник |
Зеленая масса |
1,00 |
1,31 |
0,71 |
1,14 |
|
Кукуруза |
0,90 |
1,27 |
0,96 |
1,11 |
|
|
Люцерна |
0,81 |
1,33 |
0,95 |
1,02 |
|
Рис. 5. Содержание 226Ra в почвах лесостепи Омской области (1994–2018 гг.)
Для изучения особенностей содержания радионуклидов в почве исследованы их пробы с различной глубины отбора (табл. 1). Можно отметить, что зависимости концентрации 90Sr и 137Cs от горизонта нет, 226Ra и 232Th изменяется разнонаправленно. Количество 40К максималь-
ное в слое 20–80 см у всех типов почв, именно в этом слое наблюдается наибольшее содержание калийсодержащих минералов [10, 11] .
Полученная продукция проанализирована на содержание 90Sr и 137Cs (табл. 2).
Величина коэффициента накопления К н показывает возможный уровень накопления радионуклида в растениях в зависимости от его содержания в почве [12] . К н 90Sr растениями, выращенными на исследуемых типах почв, изменялся в пределах:
– в черноземе обыкновенном маломощном малогумусном – от 0,67 до 1,83;
– в лугово-черноземной среднемощной среднегумусной почве – от 0,54 до 1,69;
– в солонце лугово-черноземном глубоком малогумусном – от 0,59 до 2,1.
Коэффициент накопления 137Cs:
– в черноземе обыкновенном маломощном малогумусном – от 0,47 до 1,27;
– в лугово-черноземной среднемощной среднегумусной почве – от 0,61 до 1,64;
– в солонце лугово-черноземном глубоком малогумусном – от 0,62 до 1,24.
В целом в растениях, выращенных на данных почвах согласно градации, слабое накопление 90Sr и 137Cs (К н – от 1,0–10,0) или аккумуляция радионуклидов отсутствует (К н – от 0,1–1,0).
Заключение. В результате исследования установлено, что в лесостепной зоне Омской области радиационную ситуацию можно считать безопасной. Содержание 90Sr, 137Cs, 40К в почвах не превышало среднее по России; 226Ra и 232Th превышало среднее по региону и РФ, но 12. их влияние на общий фон невелико.
Коэффициенты накопления радионуклидов растениями соответствуют слабому уровню, сельскохозяйственная продукция не аккумулирует их в опасных количествах.
Список литературы Содержание радионуклидов в почвах и растениях лесостепи Западной Сибири
- Красницкий В.М., Бобренко И.А., Шмидт А.Г. и др. Агроэкологический мониторинг почв на правом берегу Иртыша лесостепной зоны Омской области // Плодородие. 2016. № 3. С. 33-36.
- Красницкий В.М. Агроэкотоксикологическая оценка агроценозов. Омск: Изд-во ОмГАУ, 2001. 68 с.
- Черных H.A., Овчаренко М.М. Тяжелые металлы и радионуклиды в биогеноценозах. М.: Агроконсалт, 2002. 197 с.
- Красницкий В.М., Бобренко И.А., Пыхтарева Е.Г. и др. Качество кормовых культур региона (на примере Омской области). Омск: ЛИТЕРА, 2017. 72 с.
- Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: Росинформагротех, 2003. 240 с.
- Сборник методик по определению радионуклидов в почвах сельскохозяйственных угодий и продуктах растениеводства. М.: Агропрогресс, 2000. 156 с.
- Алексахин Р.М. Ядерная энергия и биосфера. М.: Энергоатомиздат, 2009. 144 с.
- Баюров Л.И. Курс лекций по сельскохозяйственной радиологии: учеб. пособие. Краснодар: Изд-во КубГАУ, 2009. 112 с.
- Сахаров В.К. Радиоэкология. М.: Изд-во МИФИ, 2010. 185 с.
- Soil and ecological evaluation of agrochernozems of Siberia / A.A. Shpedt, Yu.V. Aksenova, M.R. Shayakhmetov, etc. // International Transaction Journal of Engineering, Management, & Applied Sciences & Technologies. 2019. Vol. 10. №.3. pp. 309-318.
- Shpedt A.A., Aksenova Y.V. Soil Exhaustion Criteria for Central Siberia // Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. 2018. V. 10(4). рр. 870-873.
- Пивоваров Ю.П. и др. Радиационная экология: учеб. пособие. М.: Академия, 2004. 240 с.
