Накопление и распределение долгоживущих радионуклидов 90Sr, 137Cs и органического вещества в почвенном компоненте экосистемы озера Малые Кирпичики

Радиоэкологическая обстановка на Урале неоднородна и в ряде районов неблагоприятна. Это неблагополучие вызвано как естественной геологической средой, так и аварийными ситуациями и многолетней деятельностью предприятия Минатома РФ ПО "Маяк", созданного для получения плутония и переработки делящихся материалов. В результате радиационных инцидентов в районе расположения предприятия сформировалась техногенная радионуклидная геохимическая аномалия. Почвы, как один из компонентов экосистемы, контролируют накопление и массоперенос поллютантов по всем основным компонентам и могут являться источниками вторичного загрязнения водоемов.

Целью – радиоэкологическое исследование особенностей накопления и распределения долгоживущих радионуклидов стронция – 90, цезия – 137 и органического вещества в почвенных компонентах водосбора озера Малые Кирпичики.
Задачей исследования является определение удельной активности стронция – 90 и цезия – 137, а также определение содержания органического вещества в почвах элювиального и супераквального компонентов озера Малые Кирпичики.

Радиоэкологическая обстановка на Урале неоднородна и в ряде районов неблагоприятна. Это неблагополучие вызвано естественной геологической средой и аварийными ситуациями на предприятии Минатома РФ ПО "Маяк".

По прошествии 59 лет после аварии и формирования ВУРСа встает вопрос о возврате в использование загрязненных территорий, включая озерные экосистемы. 

Почвы, как один из компонентов экосистемы, контролируют накопление и массоперенос поллютантов. Важнейшим показателем является содержание в почвенном компоненте органического вещества, которое способно образовавыть комплексные соединения с поллютантами, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны для поглощения. 

 

Определение места закладки почвенных разрезов основывалось на исследовании особенностей ландшафтных катен и вычленении в них элювиальных и супераквальных элементов. Во всех случаях проводился анализ времени последнего антропогенного воздействия на почвы и выбирались точки с наибольшей вероятностью значительной длительности периода покоя.

Обработка и подготовка к соответствующему  анализу проб почвы проводилась по стандартным методикам. Почву из почвенных разрезов вынимали слоями по 1 и 5 см с учетом генетических горизонтов и площади отбора проб до глубины 30 – 65 см, высушивали, растирали и просеивали через сито с ячейками в 1 мм.

Пробоподготовка почвенных проб и определение содержания гумуса по методу Тюрина в модификации Плотниковой проводились на базе лаборатории физико-химических методов исследований кафедры химии и МОХ ЧГПУ гравиметрическим и титриметрическим методом. Фракционный состав гуминовых веществ определялся из щелочной вытяжки с последующим осаждением гуминовых кислот серной кислотой. Относительная погрешность гравиметрического метода не превышает 0,1%, титриметрического метода 0,3%.  

Удельную активность ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в почвенных образцах исследовали гамма – спектрометрическим методом на малофоновой β – метрической установке типа УМФ – 2000 и пламенно – фотометрическим контролем выхода носителя. Погрешность измерения ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs составляет 20 % при активности 0,7 Бк/г и 10 % при больших активностях. Диапазон величины измерения 0,02 – 1*10⁵Бк/дм³. 

1. Общее содержание органического вещества в исследуемых почвах, а также количество гумусовых веществ, растворимых в щелочах, уменьшается по глубине почвенного профиля.
2. Почвы супераквальных позиций водосбора озера М. Кирпичики относятся к фульватному типу с явным преобладанием фульвокислот в органическом компоненте почвы.
3. Почвы элювиальных позиций озера М. Кирпичики относятся к гуматному типу с преобладанием гуминовых кислот в органическом компоненте почвы.
4. При возрастании содержания фракции фульвокислот в почве возрастает содержание радионуклида ⁹⁰Sr .
5. Удельная активность ¹³⁷Cs сосредоточена в верхних гумусовых горизонтах, при этом соотносится с содержанием гуминовых кислот.
6. Удельная активность радионуклидов стронция – 90 и цезия – 137 в супераквальных и элювиальных почвах не превышает ПДК, за исключением почвенного горизонта элювиальных почв, где наблюдается увеличение содержания ⁹⁰Sr.
7. Почвы водосборных территорий озера Малые Кирпичики удовлетворяют предельно допустимой концентрации для стронция – 90 и цезия – 137 в почвах и могут быть возвращены в хозяйственное использование.

Изучение радиоэкологической ситуации на исследуемом озере Малые Кирпичики проводилось через 59 лет после аварии и загрязнения. Основную значимость в озерных экосистемах ВУРСа приобрели долгоживущие радионуклиды ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. К настоящему времени первоначальная картина загрязнения изменилась в результате естественного распада радионуклидов, перераспределения их в компонентах экосистемы, в частности в почвенном компоненте. Почвы контролируют накопление и массоперенос поллютантов по всем основным компонентам и могут являться источниками вторичного загрязнения водоемов за счет перераспределения и выноса радионуклидов из первоначального очага загрязнения. 

Химический анализ показал, что особенности накопления и распределения радионуклидов зависят как от фракционного состава органического вещества, так и от гидрологического режима почвы, определяющего тип почвы (супераквальный, элювиальный).

Радиохимические исследования супераквальной и элювиальной почв экосистемы Малые Кирпичики показывает, что содержание стронция – 90 и цезия – 137 удовлетворяет предельно допустимой концентрации, поэтому исследованные почвы могут быть возвращены в использование населением.

Некоторое превышение ПДК содержания удельной активности ⁹⁰Sr в элювиальной почве на глубине до 4 см, свидетельствует о том, что необходимо проводить дальнейшие мониторинговые исследования.

Полученные результаты могут быть использованы при планировании хозяйственной деятельности на территории водоема и дополнят информацию экологического характера, используемую экологическими службами. 

1. Аклеев А.В. Экологические и медицинские последствия радиационной аварии 1957 г. НаПО «Маяк»/ под ред. А. В. Аклеев, М. Ф. Киселева. – М.: Вторая типография ФУ «Медбиоэкстрем» при Минздраве РФ, 2001. – 294 с.

2. Глазовская М. А. Общее почвоведение и география почв. – М.: Высшая школа, 1981. – 400 с.

3. Орлов Д. С. Химия почв/ Д. С. Орлов, Л. К. Садовникова, Н.И. Суханова. – М.: изд. Моск. ун-та, 2005. – 561 с.

4. Смагин А. И. Экология водоемов зоны техногенной радиационной аномалии на Южном Урале.: Пермь, 2008. – 51 с.

5. Трапезников А.В., Трапезникова В.Н. Радиоэкология пресноводных экосистем / Под ред. Б.В. Тестова, П.В. Волобуева. Екатеринбург: Изд-во УрГСХА, 2006. -390 стр

6. Трапезников А.В. Растительность Белорецкого водохранилища и влияние на нее подогретых вод АЭС/ Любимова С.А., Чеботина М.Я., Трапезников А.В., Трапезникова В.Н./ Экология. 1989. № 1. С. 73-75

Radioecological situation in the Urals is not uniform and in some areas is poor. This trouble is caused by natural geological environment and emergency situations and long-term activities of Minatom of the Russian Federation ON "lighthouse", created to produce plutonium and reprocessing of fissile materials. As a result of radiation incidents in the area of enterprise formed technogenic radionuclide geochemical anomaly. Soil, as one of the ecosystem components that control the accumulation and mass transfer of pollutants across all major components and can be a source of secondary pollution of water bodies.