Поведінка радіонуклідів у грунтах (стр. 4 )

Дуже погано вивчене питання щодо міграції радіонуклідів у болотних грунтах. Справа ускладнюється ще й тому, що існують різні типи боліт, які мають своєрідні будови, режими утворення та існування, історію формумування.

Міграція радіонуклідів у грунтах різних типів лісорослинних умов

Ліс являє собою складне угрупувапня рослин і тварин, тісно зв'язане з кліматичними та ґрунтовими умовами. Тому ступінь закріплення радіоактивних елементів у ґрунтовому покриві визначає темпи та міру радіоактивного забруднення рослин лісу. При цьому цікаво простежити кілька напрямів розгортання подій;

-  перерозподіл радіонуклідів у грунтах одних і тих самих типів умов місцезростання у часі;

-  зіставлення процесів, що відбуваються у грунтах, в умовах, що відрізняються за трофністю та вологістю;

-  динаміку перерозподілу радіонуклідів у ґрунтовому покриві одних і тих самих типів умов місцезростання, але в насадженнях різного породного складу.

Темпи вертикального перерозподілу радіоактивних елементів у лісових грунтах істотно відрізняються від тих, що відбуваються на сільськогосподарських угіддях. У лісах після переміщення основної кількості радіонуклідів на лісову підстилку спостерігається дуже повільна їх міграція вглиб грунту. Після аварії на ЧАЕС основна кількість радіоактивного бруду перемістилася у грунт у листяних насадженнях у 1986 р., а у хвойних - у 1988 р. Але ще у 1992 р. відмічалась значна питома активність І37Сs у лісовій підстилці різних типів умов місцезростання (табл. 5.6.). У вологих борах на дерново-слабкопідзолистому піщаному грунті, що має досить потужний шар лісової підстилки (6-7см), навіть через 6 років після аварії 96% активності радіоцезію не дійшла до мінеральної частини грунту. На більш багатих дерново-ссредньопідзолистих супіщаних грунтах у вологому субору частина питомої активності І37Сs у лісовій підстилці трохи менша, ніж у попередньому випадку, але також - досить значна (93,7 %). У вологих сугрудках на середньопідзолистих супіщаних з суглинистими прошарками грунтах питома активність137Сs лісової підстилки значно менша (65,3 %).

Таблиця 6. Питома активність 137Сs, Бк/кг шарів грунту у різних типах умов місцезростання за щільності забруднення -400-500 кБк/мг{1992 р.)

Шари грунту, см	Тип умов місцезростання
А3	В2	В3	В4	С3
Лісова підстилка,	64380	93795	48655	23754	26159
0-5	2257	5143	2479	2109	13135
5-10	167	148	359	285	566
10-15	63	63	181	115	56
15-20	52	26	63	56	37
20-25	22	33	70	21	44
25-30	15	26	63	22	ЗО
30-35	22	4	37	22	19
35-40	26	4	11	26	7

Величина питомої активності радіонукліда того чи іншого шару грунту в цілому не передає його загального кількІстного розподілу у грунті. Адже, скажімо, при однакових значеннях даного показника у лісовій підстилці та у верхньому шарі мінеральної частини грунту загальна кількість радіонукліда на одиниці площі буде більшою у другому випадку. Пояснюється це тим, що маса лісової підстилки на одиниці площі значно меньша ніж маса мінеральної частини грунту (табл. 5.7.).

З таблиці видно, що величина питомої активності 137Сs у розкладеній частині грунту в 4 рази більша, ніж у мінеральній частині грунту. Але маса (на 1 га) двосантимстрового шару мінеральної частини грунту у 5 разів більша, ніж маса розкладеної частини лісової підстилки, що пояснює факт більшої сумарної активності мінеральної частини грунту.

Існує кілька механізмів переміщення радіоактивних елементів у грунті: конвективне перенесення, дифузія та переміщення ґрунтовими тваринами.

Перший з них - це перенесення маси радіонуклідів рідиною та парою, що рухаються у грунті. Взагалі частка даного механізму в загальному переміщенні радіоактивних елементів у грунті незначна, хоча в деяких випадках вона може істотно зростати. Наприклад, у кислих перезволожених типах умов місцезростання; при збільшенні кількості радіонуклідів, що створюють водорозчинні і, частково, обмінні форми. Під дифузією мається на увазі природне вирівнювання концентрації радіонуклідів за проникнення молекул одної речовини в іншу (у випадках коли вони торкаються одна одної). Даний механізм діє тоді, коли радіоактивні елементи перебувають як у водорозчинній так і в обмінній формі. Значущість переміщення радіонуклідів ґрунтовими тваринами нерівноцінна і залежить від типів умов місцезростання та складу деревних порід.

Таблиця 7. Питома активність137Сs у різних частинах грунту та вміст радіонукліда в них (свіжий субір)

Горизонт грунту	Питома активність 137Сs, Бк/кг	Маса, кг	Валовий запас137 Сs, кБк/га
зразка	на 1 га
Лісова підстилка:
- свіжий опад	36І0	0,013	1560	56320
-розкладений опад	46000	0,121	14520	667920
Мінеральна частина
грунту, 0-2 см	10767	0,932	186400	2006969

Переміщення радіонуклідів відбувається як безпосереднім їх перенесенням тваринами після поглинання лісової підстилки та мінеральної частини грунту (черв'яками), так і вздовж шляхів їх проходження. Скажімо, лісові миші та кроти роблять значні, численні ходи, вздовж яких можуть осипатись верхні шари грунту. Крім того, грунтові тварини беруть активну участь у мінералізації лісової підстилки, у переміщенні органічних речовин в мінеральну частину грунту тощо. Це все також впливає на темпи закріплення і міграції радіонуклідів. Процес переміщення радіонуклідів ґрунтовими тваринами відіграє значну роль у багатших типах лісорослинних умов, а також зростає за зменшення у складі деревостану хвойних порід.

Ще одним фактором, що значною мірою впливає на перерозподіл радіонуклідів у грунті є рослини. Вони поглинають радіонукліди у верхніх шарах грунту і переносять їх за допомогою кореневої системи. Крім того, вздовж кореневих ходів також відбувається переміщення радіонуклідів вниз по профілю грунту.

Динаміка перерозподілу загальної кількості радіонуклідів у різних типах лісорослинних умов досить своєрідна (табл. 5.8.). У більш багатих вологих сугрудках цей процес досить швидкий. Якщо у лісовій підстилці ще в 1994 р. вміст 137Сs (від загального в грунті) становив - 43,8 %, то вже у 1997р.-30,4%. У бідніших вологих суборах: у 1994р. -62,9%, а в 1997 р. - 54,4 %. У мінеральній частині грунту перерозподіл відбувається в іншому напрямі. У гумусово-елювіальному горизонті сугрудків частка І37Сs досить значна до глибини 8-10 см. Схожа ситуація спостерігається і в умовах суборів, де верхня частина гумусово-елювіальногогоризонту також активно утримує радіонуклід.

Таблиця 8. Динаміка розподілу І37Сs в грунтах різних типів лісорослпшшх умов за роками

	Вологий субір	Вологий сугрудок
Глибина,	валовий вміст І37Сs у шарі грунту з площі 0,05м2
см	Бк	% загальної	Бк	% загальної
		кількості		кількості
	1994	1997	1994	1997	1994	1997	1994	1997
Лісова
підстилка	12893	12837	62,9	54,4	17283	6864	43,8	30,4
0-2	3167	4277	15,5	18,1	14514	9825	36,8	43,6
2-4	1699	2735	8,3	11,6	3417	2683	8,7	11,9
4 6	851	1421	4,2	6,0	2210	1390	5,6	6,2
6-8	529	1134	2,6	4,8	1424	835	3,6	3,7
8-Ю	394	435	1,4	1,8	284	412	0,7	1,8
10-12	247	289	1,2	1,2	126	184	0,3	0,8
12--14	218	221	1,1	0,9	114	138	0,3	0,6
14-16	169	140	0,8	0,6	59	102	0,2	0,5
16-18	148	92	0,7	0,4	64	69	0,2	0,3
18-20	160	46	0,8	0,2	38	49	0,1	0,2

Проте за рахунок меншої кількості органічних речовин та глинистих мінералів в умовах суборів, більшої кислотності цих грунтів міграція І37Сs в них ітенсивніша, ніж у сугрудках. Тобто відбувається швидше переміщення радіонуклідів у глибокі шари грунту.

Перерозподіл 90Sг у грунті відбувається за такими самими закономірностями, але радіонуклід фіксується не так інтенсивно, і тому частка його в глибших шарах грунту більша, ніж 1ї7Сs.

Є певні відмінності у вертикальному перерозподілі радіонуклідів у грунтах різного зволоження (табл 5.9.). Навіть у мінеральній частині грунту (без лісової підстилки) цей перерозподіл відбувається з різною швидкістю. В сухих борах спостерігається закріплення основної кількості 137Сs -71,2 % - у верхньому 2-сантиметровому шарі грунту. У сирих борах така ж частина радіонукліда зосереджена вже у шарі грунту завглиблення 10см.

Таблиця 9. Розподіл 137Сs у мінеральній частині грунту

різних гігротопів у 1995 р. (щільність радіоактивного забруднення грунту 82-98 кБк/м2)

Глибина, см	Загальна кількість 137Сs у шарі грунту з площі 0,05 м2 у типах лІсорослинних умов
Сухий бір	Свіжий бір	Сирий бір
Бк	%	Бк	%	Бк	%
0-2	1774	71,2	669	36,8	148	17,3
2-4	271	10,9	319	17,5	165	19,3
4-6	123	4,9	195	10,7	126	14,8
6-8	77	3,1	145	8,0	87	10,2
8-Ю	72	2,9	106	5,8	81	9,5
10-12	32	1,3	87	4,8	57	6,7
12-14	25	1,0	52	2,9	37	4,3
14-16	24	1,0	45	2,5	ЗО	3,5
16-18	28	1,1	49	2,7	29	3,4
18-20	19	0,8	41	2,3	28	3,3
20-22	20	0,8	55	3,0	24	2,8
22-24	19	0,8	ЗО	1,7	23	2,7
24-26	4	0,2	24	1,3	19	2,2

. Роль лісової підстилки у перерозподілі радіонуклідів у грунті

Швидкість вертикальної міграції радіонуклідів у грунті значною мірото залежить від властивостей лісової підстилки та її потужності. Останні фактори, в свою чергу, залежать від типів лісорослинних умов і породного складу деревостанів. Склад лісової підстилки впливає на видове розмаїття мікроорганізмів та грибів, що беруть участь у її розкладенні. Від цього залежить швидкість мінералізації підстилки, ступінь закріплення радіонуклідів у грунті і їх рухливість трофічними шляхами. Вважається, що після одноразового внесення 137Сs на лісову підстилку через 3 місяці близько половини його переходить у мінеральну частину грунту. Відомі також дані Олсона [І], який ставив досліди з 106Ru, 60Со та 90Sг. За його даними 50 % радіонуклідів перемістилось у мінеральну частину грунту за рік.

Схожі дослідження описують лише фрагмент тих процесів, що відбуваються у природних умовах. Після аварії на ЧАЕС переміщення радіонуклідів на грунт з верхніх ярусів рослинності було розтягнуте у часі на кілька років. У соснових насадженнях шпильки тримаються 2-3 роки, а вони у 1986 р. поглинули досить значну частину І37Сs. Цей радіонуклід інтенсивно поглинається листям, шпильками і молодими пагонами рослин. У подальші роки внаслідок інтенсивного надходження радіонуклідів у рослини кореневим шляхом щорічний опад листя та шпильок також вносив певні корективи у перерозподіл радіонуклідів у грунті. Аналіз перерозподілу 137Сs у лісовій підстилці дав змогу зробити певні узагальнення (рис. 5.2.). У соснових насадженнях, на бідних піщаних і супі-

Рис. 5.2. Питома активність 137Cs в дерново-середпьопідзолистому грунті у 1990-1997рр.

щаних грунтах унаслідок повільних процесів розкладу рослинних решток, верхній шар лісової підстилки навіть у 1990 р. мав найбільшу питому активність радіонукліда. У 1994 р. максимум активності був у напіврозкладеному шарі, а у 1997 р. - у розкладеному, на межі з мінеральною частиною грунту.

Найчастіше у борах і суборах Полісся України зростають або чисті соснові насадження, або насадження сосни з невеликою домішкою листяних порід. У цих умовах формується потужна лісова підстилка, що складається головним чином із шпильок і пагонів сосни. Останні внаслідок вмісту смолистих речовин розкладаються дуже повільно. За цей час з них вимиваються основи і в підстилці формується кисле середовище. У тих же умовах (бори, субори) можуть зростати березові чи осикові насадження. Під ними не буває потужної лісової підстилки, оскільки рослинні рештки швидко мінералізуються. Темпи цього розкладу швидкі, тому з рослинних решток основи не встигають вимитися. Слід також пам'ятати, що в різних гігротопах борів і суборів складаються специфічні умови для розкладу рослинних решток, тому перерозподіл у них радіонуклідів відбувається своєрідно.

Тому в борах, у суборах з переважним зростанням соснових насаджень рухливість радіоактивних елементів буде значною. В борах і суборах з березовими насадженнями при наявності в грунті достатньої кількості дощових черв'яків щорічний опад дуже швидко переміщується з мінеральною частиною грунту. Тому й радіонукліди сорбуються грунтом в цих умовах значно швидше і повніше.

Слід також виділити й проміжний варіант - коли в тих самих умовах формуються мішані деревостани. Відомо, що помірний домішок берези (20-30 %) у чисті соснові культури значно (удвоє) прискорює процес розкладу лісової підстилки. При цьому спостерігається збільшення у ній азоту, зольних речовин, знижується кислотність, поліпшуються водно-фізичні властивості. Це в свою чергу, з одного боку, прискорює переміщення радіонуклідів у мінеральну частину грунту, з другого - підвищує його сорбційну здатність. Ці самі закономірності спостерігаються при зіставленні процесів переміщення радіонуклідів у лісовій підстилці різних трофотопів (табл. 5.10.). Навіть через 10 років після аварії на ЧАЕС у вологих борах лісова підстилка зостається своєрідним депо радіоактивних елементів. Тут зосереджено близько 80 % 137Сs загальної його кількості у грунті. В той же час у вологих сугрудках лише 27,7 % радіонукліда міститься у лісовій підстилці.

Таблиця 10. Вміст 137Cs у лісовій підстилці та мінеральній частині грунту з площі 0.05 м2 в різних трофотопах (1996 р.)

	Вологий бір	Вологий сугрудок
	Бк	%	Бк	%
Лісова підстилка:	27444	80,8	6752	27,7
- сучасний опад	8	0,2	9	0,1
- напіврозкладена частина	14836	43,6	122	0,5
-розкладена частина	12600	37,0	6621	27,1
Мінеральна частина грунту	6526	19,2	17665	72,3
(0-1 Осм)
Щільність радіоактивного
забруднення грунту кВк/м	313		422

Втім; швидкість переміщення радіоактивних елементів з лісової підстилки у мінеральну частину грунту слід відрізняти від рухливості їх у грунті та у системі "грунт-рослини". Зростання швидкості міграції радіонуклідів у мінеральну частину грунту не завжди збігається із зростанням темпів їх надходження у рослини. У мінеральній частині грунту радіоактивні речовини можуть міцно фіксуватися, що зменшує темп їх надходження у рослини.