Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Источником радионуклидов земного происхождения в почвах является земная кора. Содержание естественных радионуклидов (ЕРН) в почвах определяется их содержанием в материнских породах, процессами выщелачивания подземными водами, интенсивностью потока солнечной радиации на земную поверхность и другими процессами [1].

В экологических исследованиях большое внимание уделяется оценке содержания и распределения естественных радионуклидов в наземных экосистемах природных и урбанизированных территорий. Особое внимание уделяется естественным 40K, 232Th, 226Ra и искусственному 137Cs. Удельная активность данных радионуклидов в почвах различных территорий варьируется в широких пределах и зависит от ряда факторов, таких как химические и физические свойства почвы, климатические особенности регионов исследования, радиоактивность подстилающих пород и рельеф местности.

Так, например, концентрация 226Ra, 232Th и 40К в почвах на побережье Аргентины, в некоторых почвах Испании и в окрестностях г. Ла-Плата и почвах фермы Дзюцюань (Китай) в среднем составляет 20–80, 20–80 и 200–1000 Бк/кг соответственно [2, 5, 7].

Огромный вклад в содержание искусственного 137Cs в почвах некоторых территорий оказали крупные ядерные аварии. Так, например, в работе [3] концентрация 137Cs в почвах Свердловской области варьирует в пределах от 1,2 до 828 Бк/кг, а в почвах Иордании, по данным [4] достигает (на некоторых участках) 576 Бк/кг. Высокое содержание 137Cs обусловлено тем, что Свердловская область находится в зоне Восточно-Уральского радиоактивного следа. Однако, большинство территорий отличается относительно невысоким содержанием 137Cs в почвах: удельная активность данного радионуклида в некоторых почвах Сербии варьируется в пределах от 0,09 до 38,1 Бк/кг [6].

Данная работа посвящена оценке содержания и поведения естественных и искусственных радионуклидов в аллювиальных почвах горных и степных территорий Северного Кавказа.

Материалы и методы исследования

Ростовская область по характеру поверхности представляет собой равнину, расчлененную долинами рек и балками. Северная часть республики Адыгея – равнина, Южная – предгорье и горы Большого Кавказа.

Пробы почв отбирались на территории Ростовской области и Республики Адыгея на пойменных контрольных участках (КУ) рек Дон и Белая в экспедициях 2010–2014 годов. Исследуемые образцы отбирались из почвенных разрезов глубиной до 120 см послойно, слоями 0–1, 1–3, 3–5, 5–10, 10–15, 15–25, 25–35 см и далее слоями по 10 см до дна. Полевые названия исследуемых почв представлены в табл. 1.

Таблица 1

Основные типы изучаемых почв

Радионуклидный состав почвы определяли инструментальным гамма–спектрометрическим методом анализа с использованием сцинтилляционного гамма–спектрометра «Прогресс–гамма», набором счетных геометрий Маринелли 1 л, Маринелли 0,5 л, Чашка Петри. Время набора гамма–спектров не превышало 24 часа, погрешность определения удельной активности радионуклидов – 15 %.

Результаты исследования и их обсуждение

Вариации естественных радионуклидов в аллювиальных почвах региона исследования в целом достигают 10 раз, в зависимости от расположения участков отбора. Ниже, в табл. 2 представлены диапазон удельных активностей и средние содержания ЕРН в исследуемых почвах.

Таблица 2 - Удельная активность естественных радионуклидов в аллювиальных почвах Северного Кавказа, Бк/кг

В целом, средние содержания естественных радионуклидов в аллювиальных почвах горной Адыгеи до двух раз выше, чем в аллювиальных почвах степей Ростовской области, что объясняется особенностями минералогического и гранулометрического состава почвообразующих пород. Аллювиальные отложения реки Белой характеризуются наличием большого количества гравия, камней и валунов, в состав которых входят граниты с повышенным содержанием естественных радионуклидов. Повышенное содержание этих элементов в пойме реки Белой может быть объяснено также большей расчлененностью рельефа по сравнению со степной территорией, что влияет на количество поступления смываемого почвенного материала.

Аллювиальные отложения Ростовской области характеризуются более тяжелым гранулометрическим составом, отсутствием каменистости и низким содержанием радионуклидов. Ниже представлены примеры распределения удельной активности естественных радионуклидов в аллювиальных почвах степной и горной территорий региона исследования за период 2010–2014 гг.

Как видно из рис. 1, вертикальное распределение 137Cs в почвах степных территорий отличается его максимумом в верхней части профиля. В почвах горных территорий 137Cs фиксируется по всему почвенному профилю. Это связано с особенностями почвообразования. Во-первых, в почвах горных территорий преобладает промывной тип водного режима, во-вторых, почвообразующие породы горных территорий характеризуются высокой скелетностью. Все это обусловливает наличие свободного внутреннего дренажа почв и высокую подвижность элементов и их миграцию по почвенному профилю, в том числе и радионуклидов, что способствует миграции 137Cs в более глубокие слои. Динамика данного искусственного радионуклида за пять лет показывает значительное перераспределение радиоцезия по почвенному профилю на участках степных территорий.

Удельная активность естественных радионуклидов (226Ra, 232Th, 40K) в почвах степных территорий (рис. 2–4) с глубиной почвенного профиля снижается, в среднем, до двух раз. Это связано с тем, что на данном участке почвообразующими породами являются аллювиальные песчаные отложения с низким содержанием радионуклидов. Динамика ЕРН в почвах степей не выражена.

Рис. 4. Распределение 40K в аллювиальных почвах

Удельная активность естественных радионуклидов в аллювиальных почвах горных территорий в ряде случаев возрастает с глубиной, что также связано с повышенной радиоактивностью почвообразуюших пород. Динамика естественных радионуклидов в данных почвах отличается незначительным возрастанием их удельной активности за период с 2010 по 2014 годы. Это может быть обусловлено особенностями рельефа горных регионов – вымыванием радионуклидов на склоновых территориях и их переотложением в низинных участках, в том числе, в поймах рек.

Выводы

В целом, в работе оценены вертикальное распределение и динамика естественных и искусственных радионуклидов в аллювиальных почвах горных и степных территорий Северного Кавказа (на примере пойменных участков Ростовской области и республики Адыгея). Средние удельные активности 226Ra, 232Th и 40K составляют 13,4, 12,7 и 278,3 Бк/кг соответственно для степных участков. В почвах горных территорий содержание данных радионуклидов в среднем равно 24,7, 32,2 и 437,3 Бк/кг соответственно. В распределении искусственного 137Cs в аллювиальных почвах степей отмечается его накопление в верхних слоях, в горных почвах – данный радионуклид фиксируется по всему профилю. Распределение естественных 226Ra, 232Th и 40K в почвах пойменных участков реки Дон, в основном снижается с глубиной и отсутствием временной динамики. Данные радионуклиды в горных аллювиальных почвах в основном распределены равномерно, с незначительным возрастанием их удельной активности с глубиной почвенного профиля и со временем. Подобное содержание радионуклидов в почвах регионов исследования обусловлено почвообразующими породами, климатическими условиями, особенностями рельефа и свойствами почвы.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 13-08-01413\13 и в рамках проектной части внутреннего гранта Южного федерального университета (Тема № 213.01.-07.2014/13ПЧВГ).

Симонович Е.И., д.б.н., Академик РАЕ, старший научный сотрудник Академии биологии и биотехнологии, ФГАО ВПО «Южный федеральный университет», г. Ростов-на-Дону;

Денисова Т.В., д.б.н., профессор кафедры экологии и природопользования Академии биологии и биотехнологии Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону.

Работа поступила в редакцию 05.12.2014.