< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Біогеохімічні потоки міграції радіонуклідів у лучних екосистемах Київського і Житомирського Полісся

Аналіз власних даних і результатів багаторічного моніторингу стану екосистем ЗВіЗБ(О)В, який виконують фахівці ДСНВП “Еко- центр”, свідчить про значну залежність КГП радіонуклідів у системі фунт– рослинність від ландшафтно-геохімічних умов.

На території Полісся переважають збіднені органічною речовиною дерново-слабопідзолисті супіски, рідше – суглинки. КГП l37Cs для таких фунтів на території Народицького, Поліського районів і ЗВіЗБ(О)В становить (0,07-0,32)10-3 при середньому значенні 0,00021 та є найнижчим порівняно з КГП l37Cs для решти типів фунтів. Зростання глеюватості фунту призводить до підвищення КГП 137Cs, який у лугово-болотних фунтах становить у середньому 0,0064. За зростанням КГП 137Cs фунти можна розташувати у ряд: дерново-слабопідзолисті супіщані та суглинисті < дерново-слабопідзолисті та середньопідзолисті оглеєні < торф'яно-глейові < дерново-глейові < < лучно-болотні (рис. 5.7).

КГП 90Sr для дерново-слабопідзолистих супіщаних фунтів на порядок вищий, ніж 137Cs (0,0029), а найвищий – для дерново-слабо- та середньо- підзолистих оглеєних (0,02). За зростанням КГП 90Sr фунти розташовуються у ряд: лучно-болотні < дерново-глейові < торф'яно-глейові < дерново-слабопідзолисті супіщані < дерново-слабопідзолисті оглеєні. Ряди фунтів, розташованих за зростанням КГП для 137Cs і 90Sr є зворотними, за винятком дерново-слабопідзолистих супіщаних та оглеєних, що міняються місцями. Проміжне місце займають торф'яно-глейові ґрунти, для яких КГП і 137Cs, і 90Sr дорівнюють 0,001.

Відношення цих коефіцієнтів зростає для ряду ґрунтів: лучно-болотні < дерново-глейові < торф'яно-глейові < дерново-слабопідзолисті супіщані < дерново-слабопідзолисті оглеєні, від 0,23 до 25,5 (табл. 5.22).

Ландшафтна диференціація КГП радіонуклідів особливо виявляється за межами ЗВіЗБ(О)В на слідах переважно конденсаційних випадінь (табл. 5.23). Винесення l37Cs зростає у ряду ґрунтів: дерново-підзолисті супіщані < суглинисті < торф'яно-болотні < дернові лучно-болотні < дернові глейові супіщані, залежно від типу гідрогеохімічного середовища. Для 90Sr у цьому ряду спостерігається зворотна інверсія: торф'яно-глейові < лучно-болотні < дернові глейові < дерново-слабопідзолисті < середньопідзолисті < супіщані.

Багаторічні спостереження динаміки КГП у лучних екосистемах Київського та Житомирського Полісся (понад 50 точок спостереження) свідчать про синхронність потоку радіонуклідів у системі ґрунт–рослинність і динаміки їх мобільних форм:

(5.12)

де Lp – ландшафтний коефіцієнт, що визначає частку мобільних форм радіонукліда (М(t)), здатну до включення до біогенного потоку на час / після катастрофи; kр – інтегральна константа швидкості біогенного потоку в системі ґрунт– рослинність. Величину M(t) розраховано за рівнянням (5.3).

Інтегральна константа швидкості біогеохімічного потоку 137Cs зменшується, а ландшафтний коефіцієнт збільшується відповідно до зростання біомаси і зволоженості біогеоценозу. У цьому ряду також зростає біогеохі-

Коефіцієнти геохімічного переходу радіонуклідів у лучних екосистемах Українського Полісся в 1999 р.

Рис. 5.7. Коефіцієнти геохімічного переходу радіонуклідів у лучних екосистемах Українського Полісся в 1999 р.

КГП, п • 10-3: над рискою – граничні значення, під рискою – середнє арифметичне, в дужках – кількість опосередкованих даних

Таблиця 5.22

Параметри біогеохімічного потоку радіонуклідів у системі ґрунт–рослинність

Ґрунти

КГП 137Cs, п • 10-3

КГП 90Sr, п • 10-3

КГП 90Sr/ КГП 137Cs

Дерново-слабопідзолисті супіщані та суглинисті

Дерново-слабопідзолисті та середньопідзолисті оглеєні

Торф'яно-глейові

Дерново-глейові

Лучно-болотні

Примітка. Тут і в табл. 5.23, 5.24 над рискою – граничні значення, під рискою – середнє арифметичне, в дужках – кількість спостережуваних ділянок.

Таблиця 5.23

Винесення радіонуклідів біогеохімічним потоком у ландшафтах Зони безумовного (обов'язкового) відселення Народицького району

Показник

Ґрунт

дерново-слабопідзолистий супіщаний

дерново-середньо підзолистий

дерново-слабо

підзолистий

Кількість опробуваних ландшафтів

2

3

4

Тип гідрогеохімічного середовища

+]

+]

+]

Глибина залягання ґрунтових вод, м

3-3,5;

верховодка

2-2,5;

верховодка

2-3

Ємність катіонного обміну, мг-екв/100 г

ψΓ, МБк • м-2

Ар, п • 103, кБк • кг-1

КГП, п • 10-3

ψΓ, кБк • м-2

Ар, п • 103, кБк • кг-1

КГП, п • 10-3

мічний потік і зменшується здатність до самоочищення (табл. 5.24). Швидкість самоочищення першої ланки трофічного ланцюга у сухих луках на дерново-підзолистих ґрунтах у 14 разів перевищує швидкість фізичного розпаду радіонуклідів, а частка мобільних форм, здатних до включення в міграційні процеси, становить 25 %. На перезволожених лучно-болотних ґрунтах мобільні форми радіонукліда в повному обсязі включаються в процеси біогеохімічної міграції, швидкість самоочищення цих ландшафтів втричі перевищує швидкість розпаду l37Cs.

Для 90Sr характерні протилежні тенденції. Швидкість самоочищення ландшафту дещо зменшується в ряду від перезволожених до сухих луків. У цьому самому ряду значно зростає частка мобільних форм радіонукліда, залучених до міграційних процесів: від 4 до 62 %.

Біогеохімічний потік радіонуклідів у лучних екосистемах, забруднених унаслідок Чорнобильської катастрофи, характеризується максимумом протягом 1-го (на болотних луках) – 3-го (на сухих луках) років після катастрофи. У лучних екосистемах на дерново-підзолистих ґрунтах біогеохімічний потік 90Sr значно інтенсивніший (рис. 5.8, а). Зі зростанням зволоженості на глейових ґрунтах потоки вирівнюються (рис. 5.8, б), на перезволожених

Продовження таблиці 5.23

Ґрунт

торф'яно- глейовий

дерновий глейовий

дерновий лучно-болотний

дерновий глейовий супіщаний

2

2

3

2

[FT–Fe2+]

[H+] ↔ [H+–Fe2+]

[H+-Fe2+]

+–Fe2+]

0,6

1,5-2;

0,6-1

0,3-0,8

верховодка

137Cs

90Sr

Таблиця 5.24

Характеристика біогеохімічного потоку радіонуклідів у лучних екосистемах

Параметр

Ґрунт

дерново-слабо- і середньопідзолистий

дерново-глейовий і торф'яно-глейовий

лучно-болотний

<= Здатність до самоочищення • Біогеохімічний потік =>

137Cs

kp

13,9

8,7

3,0

Lp

1,0

kp

90Sr

kp

Lp

kρ/λ

12,5

15,2

16,5

<= Біогеохімічний потік • Здатність до самоочищення =>

болотних луках потік 137Cs значно інтенсивніший (рис. 5.8, в). Цікаво проаналізувати причини, що визначають протилежні тенденції у напрямках інтенсивності біогенного потоку 137Cs і 90Sr. Зауважимо, що коефіцієнт геохімічного переходу опосередковано враховує фактор продуктивності біомаси. Остання збільшується у типологічному ряду від сухих лук на дерново-підзолистих ґрунтах до заплавної рослинності. Інакше кажучи, якщо інтегральна константа швидкості біогенного потоку 90Sr зі зростанням зволоженості у цьому ряду знижується на порядок, то це нівелює фактор продуктивності біомаси. І навпаки, накладення зростаючої у згаданому напрямку константи швидкості біогенного потоку 137Cs і приросту біомаси зумовлює спряжений ефект його біологічного поглинання, що спостерігається у заплавних ценозах (див. табл. 5.22, рис. 5.7).

У міру встановлення ізотопної рівноваги відбувається ефект “розбавлення” нукліда в масі стабільного (природного) аналога. Внаслідок цього процеси поглинання нуклідів і їхніх стабільних аналогів рослинністю з плином часу мають поступово зрівноважуватися. Стронцій значно активніший у малому біологічному колообігу, ніж цезій, відповідно, процес установлення ізотопної рівноваги для нього набагато прискорюється.

Імовірно, що, чим більше природного ізотопу у ґрунті, тим більша швидкість розбавлення і, відповідно, нижча швидкість міграції нукліда у трофічні ланцюги. Вміст стронцію і цезію у ґрунтах геохімічно спряжених ландшафтів характеризується закономірним зменшенням у напрямі від елювіальних до акумулятивних різновидів. Відносно елювіальних ландшафтів вміст

Динаміка біогеохімічних потоків радіонуклідів у лучних екосистемах Українського Полісся.

Рис. 5.8. Динаміка біогеохімічних потоків радіонуклідів у лучних екосистемах Українського Полісся.

Ґрунти: а – дерново-слабо- та середньопідзолисті; б – дерново-глейові та торф'яно- глейові; в – лучно-болотні

цезію у ґрунтах нижчих гіпсометричних рівнів збільшується у 2,5, а стронцію у 8–22 рази, тобто мікроелементний склад заплавних ґрунтів сприяє зменшенню інтенсивності біологічного поглинання 90Sr.

Балансовий підхід було застосовано для розрахунку швидкості біогенного потоку 137Cs в системі ґрунт–молоко корів для випасних луків Народицького р-ну Житомирської обл.:

(5.13)

де Lm – ландшафтний коефіцієнт, що відображує частку мобільних форм (Μ(t), здатних до включення в процеси біогеохімічної міграції в системі ґрунт–молоко на час t після катастрофи; km – інтегральна константа швидкості міграції радіонукліда для цієї системи.

Розрахунки було проведено на базі даних загальнодозиметричної паспортизації населених пунктів України, що зазнали радіоактивного забруднення внаслідок Чорнобильської аварії за період 1990–1997 pp. [133, 269] з урахуванням середньозваженого раціону та надоїв корів [11, 173, 244]. Територію Народицького р-ну було вибрано з міркувань наявності тривалих власних спостережень щодо радіаційного забруднення лучних екосистем.

Значення km і kр практично збігаються (табл. 5.24, 5.25), відповідно, найвища здатність до самоочищення молока корів від 137Cs спостерігається

Таблиця 5.25

Параметри біогеохімічного потоку 90Cs у системі ґрунт–молоко

Параметр

Ґрунт

дерново-слабо- і середньо-підзолистий

дерново-глейовий та торф'яно-глейовий

лучно-болотний

km

0,32

0,15

0,07

kт

13,9

6,5

3,0

Lm

0,012

0,022

0,058

Lm/Lp

0,048

0,11

0,058

<= Здатність до самоочищення • Біогеохімічний потік =>

Динаміка біогеохімічного потоку 137Cs в системі ґрунт–молоко в Народицькому районі Житомирської області.

Рис. 5.9. Динаміка біогеохімічного потоку 137Cs в системі ґрунт–молоко в Народицькому районі Житомирської області.

Випасні ґрунти: а – дерново-слабо- та середньопідзолисті; б – дерново-глейові та торф'яно-глейові; в – лучно-болотні

для випасних луків на дерново-підзолистих ґрунтах, біогеохімічний потік у системі ґрунт–молоко зростає від сухих луків до перезволожених лучно- болотних пасовищ. Частка мобільних форм l37Cs, що мігрують у цій системі, до 20 разів менша, ніж для системи ґрунт–рослинність, і становить 1–6 %, тобто до біогенної міграції у вищі ланки трофічного ланцюга включаються 5–10 % радіонукліда з потоку в рослинність. Імовірно, біогеохімічний потік 137Cs у системі ґрунт–молоко набував максимуму в 1987–1989 pp. залежно від ландшафтно-геохімічних умов (рис. 5.9).

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >