Агрохимия, 2019, № 3, стр. 54-60
ЕСТЕСТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ В ПОЧВАХ БАССЕЙНА Р. ВЕРХНИЙ АЛЕЙ (СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ АЛТАЙ)
Т. А. Рождественская 1, *, И. А. Трошкова 1, **
1 Институт водных и экологических проблем СО РАН
656038 Барнаул, ул. Молодежная, 1, Россия
* E-mail: rtamara@iwep.ru
** E-mail: egorka_iren@mail.ru
Поступила в редакцию 13.04.2018
После доработки 09.06.2018
Принята к публикации 10.12.2018
Аннотация
Исследовано поведение долгоживущих радиоактивных изотопов, имеющих наибольшее геохимическое значение (238U, 232Th, 40K), в почвенном покрове бассейна р. Верхний Алей (Северо-Западный Алтай). Выявлено, что содержание естественных радионуклидов в исследованных почвах не превышало фоновых величин и определялось их количеством в почвообразующих породах. Особенно четко эта закономерность проявилась для урана и тория – средние концентрации этих элементов в почвообразующих породах и почвах практически идентичны. В большинстве профилей почв наблюдали равномерное распределение урана-238 и тория-232 и накопление калия-40 в гумусово-аккумулятивном горизонте.
ВВЕДЕНИЕ
Естественные радионуклиды (238U, 232Тh), входящие в природные ряды распада, являются вместе с 40K источником природной радиоактивности Земли, создающей в биосфере природный радиационный фон. Радиационный фон неодинаков на разных участках земной поверхности и зависит от концентрации естественных радионуклидов в подстилающих почвы породах. Уровень радиоактивности почв, создаваемый излучением естественных радионуклидов, определяется в первую очередь содержанием этих нуклидов в материнских породах. Кроме того, уровень радиоактивности почв зависит от ландшафта, климатических условий, процессов вертикальной и горизонтальной миграции в почвах, их биологической аккумуляции и т.п. [1].
Цель работы – определение фонового содержания естественных радионуклидов в почвенном покрове бассейна Верхнего Алея и изучение особенностей их поведения в почвах.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами исследования были почвообразующие породы и наиболее распространенные в бассейне Верхнего Алея почвы – черноземы обыкновенные и южные, почвы лугового генезиса, дерново-подзолистые и болотные почвы ленточных боров.
Свойства почв определены общепринятыми в почвоведении и агрохимии методами. Естественные радиоактивные элементы (238U, 232Тh и 40К) определяли в аналитическом центре ОИГГИ СО РАН на гамма-спектрометрических установках, собранных из больших сцинтилляционных кристаллов с колодцами, защитой из свинца и регистрирующей аппаратуры – многоканальных анализаторов на основе методических разработок В.А. Боброва и А.М. Гофмана [2]. Надежность полученных аналитических данных удостоверена Аттестационным свидетельством. Погрешность – ±1 Бк/кг. Исследование проводили в период 2009–2015 гг. в рамках государственного задания по проекту VIII.76.1.4. “Биогеохимические и почвенно-гидрологические процессы на водосборах и их влияние на формирование гидрохимического стока в природных и антропогенных ландшафтах Сибири”.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исследованный регион представляет собой слабоволнистые и широкоувалистые предгорные равнины Западного Алтая с отдельными сопками и широкими долинами рек. Климат территории – резко континентальный, характеризуется небольшим количеством осадков – от 150–200 мм в год на западе до 300 мм на востоке [3, 4].
Черноземы обыкновенные сформировались в условиях плакорного положения под разнотравно-злаковой растительностью. Почвообразующие породы представлены лессовидными суглинками, местами – продуктами выветривания плотных пород. Черноземы южные формируются в условиях засушливой степи с обедненным и разреженным типчаково-ковыльным растительным покровом на лессовидных суглинках, местами – на тяжелых глинистых отложениях.
Практически все площади черноземов распаханы. Реакция среды профиля черноземов щелочная (табл. 1), содержание карбонатов достигает в отдельных разрезах 25%, гранулометрический состав суглинистый или супесчаный, преобладает фракция мелкого песка. Количество гумуса в верхнем горизонте не превышает 7%, резко уменьшается вниз по профилю; гумус, как правило, гуматного состава. Следовательно, миграция вещества в профиле почв происходит в условиях щелочной реакции среды, окислительной обстановки и мощных карбонатных систем. Тип водного режима – непромывной.
Таблица 1.
Содержание, удельная активность радионуклидов и свойства черноземных почв
| Генетический горизонт | Глубина образца, см | Гумус | СaCO3 | Ил | Физическая глина | ${\text{р }}{{{\text{H}}}_{{{{{\text{Н }}}_{{\text{2}}}}{\text{О }}}}}$ | Емкость катионного обмена | 238U (Ra) | 232Th | Kвал, % | 238U (Ra) | 232Th | 40K | Th : U для содержаний |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | мг/кг | Бк/кг | ||||||||||||
| Чернозем обыкновенный среднемощный суглинистый (правобережье Гилевского водохранилища, разр. 1) | ||||||||||||||
| А | 0–10 | 4.3 | Нет | 16.6 | 41.8 | 7.7 | 42.6 | 1.6 | 7.8 | 1.76 | 20.2 | 31.7 | 551 | 4.88 |
| Ак | 30–40 | 2.8 | 1.9 | 16.1 | 36.7 | 8.2 | 41.0 | 1.4 | 6.8 | 1.54 | 17.6 | 27.7 | 482 | 4.86 |
| АВк | 50–60 | 1.1 | 18.1 | 21.3 | 40.0 | 8.6 | 31.9 | 2.1 | 6.9 | 1.38 | 26.5 | 28.1 | 432 | 3.29 |
| Вк | 65–75 | 0.6 | 12.4 | 24.3 | 41.7 | 8.6 | 15.2 | 1.6 | 6.1 | 1.25 | 20.2 | 24.8 | 391 | 3.81 |
| Ск | 85–95 | 0.3 | 11.6 | 19.1 | 34.1 | 8.7 | 10.6 | 1.8 | 6.8 | 1.37 | 22.7 | 27.7 | 429 | 3.78 |
| Чернозем слабовыщелоченный среднемощный суглинистый на крупнопесчано-дресвянисто-суглинистом элювии (разр. 3) | ||||||||||||||
| Апах | 0–10 | 5.8 | Нет | 15.6 | 39.3 | 6.5 | 44.8 | 1.8 | 7.4 | 1.79 | 22.7 | 30.1 | 560 | 4.11 |
| А | 30–40 | 5.8 | 13.4 | 36.6 | 6.9 | 45.6 | 1.7 | 6.8 | 1.50 | 21.4 | 27.7 | 470 | 4.00 | |
| АВ | 55–65 | 1.8 | 21.8 | 39.7 | 7.4 | 30.4 | 1.0 | 6.4 | 1.18 | 12.6 | 26.0 | 369 | 6.40 | |
| В1 | 70–80 | 1.2 | 21.4 | 34.5 | 7.7 | 24.3 | 3.0 | 7.8 | 1.90 | 37.8 | 31.7 | 595 | 2.60 | |
| В2к | 100–110 | 0.3 | 12.7 | 17.1 | 34.6 | 8.6 | 16.7 | 2.7 | 7.2 | 1.39 | 34.0 | 29.3 | 435 | 2.67 |
| Ск | 140–150 | 0.2 | 9.4 | 18.9 | 39.2 | 8.7 | 15.2 | 2.3 | 7.5 | 1.37 | 29.0 | 30.5 | 429 | 3.26 |
| СДк | 160–170 | 0.3 | 20.3 | 20.6 | 53.1 | 8.6 | 20.8 | 2.3 | 8.8 | 1.59 | 29.0 | 35.8 | 498 | 3.83 |
| Чернозем обыкновенный мощный суглинистый на суглинистых оглеенных отложениях (левобережье Гилевского водохранилища, разр. 5) | ||||||||||||||
| Апах | 10–20 | 5.9 | 0.3 | 13.8 | 38.8 | 7.6 | 35.7 | 2.2 | 8.2 | 1.59 | 27.7 | 33.4 | 498 | 3.73 |
| Ак | 40–50 | 4.0 | 3.6 | 16.7 | 36.7 | 8.4 | 37.2 | 1.7 | 6.5 | 1.45 | 21.4 | 26.5 | 454 | 3.82 |
| Ак | 80–90 | 2.4 | 13.9 | 22.6 | 48.8 | 8.6 | 26.8 | 2.4 | 7.3 | 1.56 | 30.2 | 29.7 | 488 | 3.04 |
| АВк | 100–110 | 2.9 | 0.1 | 23.9 | 45.0 | 8.5 | 23.8 | 1.6 | 5.7 | 1.37 | 20.2 | 23.2 | 429 | 3.56 |
| Вк | 130–140 | 0.2 | 4.3 | 22.7 | 50.5 | 8.5 | 19.3 | 1.7 | 8.9 | 1.57 | 21.4 | 36.2 | 491 | 5.24 |
| ВСк | 160–170 | 0.2 | 1.7 | 26.3 | 42.9 | 8.4 | 34.2 | 2.4 | 7.6 | 1.72 | 30.2 | 30.9 | 538 | 3.17 |
| Ск | 190–200 | 0.2 | – | 21.4 | 48.3 | 8.4 | 19.3 | 2.6 | 8.8 | 1.87 | 32.8 | 35.8 | 585 | 3.38 |
| Чернозем обыкновенный среднемощный суглинистый на карбонатных суглинках (в 2 км выше Сухого Лога, разр. 10) | ||||||||||||||
| Апах | 0–15 | 3.6 | 2.1 | 9.7 | 34.1 | 8.1 | 19.3 | 2.0 | 8.8 | 1.60 | 25.2 | 35.8 | 501 | 4.40 |
| Ак | 20–30 | 3.0 | 3.1 | 9.8 | 36.0 | 8.3 | 25.3 | 2.0 | 7.2 | 1.36 | 25.2 | 29.3 | 426 | 3.60 |
| АВк | 40–50 | 1.2 | 9.1 | 17.6 | 41.2 | 8.4 | 16.4 | 1.9 | 7.8 | 1.73 | 23.9 | 31.7 | 541 | 4.11 |
| Вк | 50–60 | 1.1 | 25.4 | 17.1 | 45.2 | 8.4 | 10.4 | 0.9 | 9.4 | 1.61 | 11.3 | 38.3 | 504 | 10.4 |
| Ск | 80–90 | 0.5 | 13.5 | 16.3 | 41.5 | 8.5 | 17.1 | 2.1 | 8.3 | 1.43 | 26.5 | 33.8 | 448 | 3.95 |
| Ск | 120–130 | 0.2 | 14.0 | 20.1 | 55.5 | 8.7 | 5.2 | 2.1 | 7.4 | 1.58 | 26.5 | 30.1 | 495 | 3.52 |
По понижениям рельефа формируются луговые почвы, характеризующиеся среднесуглинистым гранулометрическим составом и довольно высоким содержанием гумуса (табл. 2).
Таблица 2.
Содержание, удельная активность радионуклидов и свойства луговых почв
| Генети- ческий горизонт | Глубина образца, см | Гумус | СaCO3 | Ил | Физичес-кая глина | ${\text{р }}{{{\text{H}}}_{{{{{\text{Н }}}_{{\text{2}}}}{\text{О }}}}}$ | Емкость катионного обмена | 238U(Ra) | 232Th | Kвал, % | 238U(Ra) | 232Th | 40K | Th : U для содержаний |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | мг/кг | Бк/кг | ||||||||||||
| Луговая солончаковая суглинистая на озерных отложениях (берег оз. Соленого, разр. РСП-3) | ||||||||||||||
| A | 0–5 | – | – | 8.5 | 24.2 | 7.3 | – | 1.9 | 6.6 | 1.77 | 23.9 | 26.9 | 554 | 3.47 |
| 5–10 | – | – | 13.3 | 26.9 | 7.3 | – | 2.3 | 7.8 | 1.99 | 29.0 | 31.7 | 623 | 3.39 | |
| 10–15 | – | – | 6.6 | 25.4 | 7.5 | – | 2.4 | 8.8 | 2.03 | 30.2 | 35.8 | 635 | 3.67 | |
| 15–20 | – | – | 7.2 | 24.3 | 7.8 | – | 1.7 | 8.2 | 2.05 | 21.4 | 33.4 | 642 | 4.82 | |
| ABк | 20–25 | – | – | 8.4 | 23.9 | 8.2 | – | 1.8 | 8.0 | 2.18 | 22.7 | 32.6 | 682 | 4.44 |
| 25–30 | – | – | 8.6 | 24.9 | 8.4 | – | 1.8 | 7.3 | 2.19 | 22.7 | 29.7 | 685 | 4.06 | |
| B1к | 30–35 | – | – | 9.2 | 24.6 | 8.2 | – | 2.2 | 6.4 | 1.88 | 27.7 | 26.0 | 588 | 2.91 |
| 35–40 | – | – | 9.1 | 31.6 | 8.2 | – | 1.7 | 6.3 | 1.76 | 21.4 | 25.6 | 551 | 3.71 | |
| B2к | 55–65 | – | – | 17.0 | 32.1 | 8.6 | – | 2.3 | 7.4 | 1.86 | 29.0 | 30.1 | 582 | 3.22 |
| B3к | 75–85 | – | – | 18.1 | 30.3 | 8.7 | – | 2.2 | 7.4 | 1.75 | 27.7 | 30.1 | 548 | 3.36 |
| Cк | 100–110 | – | – | 7.0 | 15.2 | 9.0 | – | 1.9 | 7.1 | 1.57 | 23.9 | 28.9 | 491 | 3.74 |
| Луговая солончаковая среднемощная суглинистая (в 200 м от заболоченного массива Алейской степи, разр. РСП-6) | ||||||||||||||
| Aдер. к | 0–5 | – | – | 12.5 | 34.7 | 8.2 | – | 2.2 | 7.0 | 2.11 | 27.7 | 28.5 | 660 | 3.18 |
| A к | 5–10 | – | – | 13.2 | 37.7 | 8.2 | – | 2.3 | 8.0 | 2.24 | 29.0 | 32.6 | 701 | 3.48 |
| 10–15 | – | – | 9.5 | 29.7 | 8.0 | – | 2.3 | 8.7 | 2.20 | 29.0 | 35.4 | 689 | 3.78 | |
| 15–20 | – | – | 18.1 | 43.7 | 8.2 | – | 2.1 | 7.8 | 1.93 | 26.5 | 31.7 | 604 | 3.71 | |
| ABк | 20–25 | – | – | 19.8 | 39.4 | 8.3 | – | 2.1 | 8.6 | 2.14 | 26.5 | 35.0 | 670 | 4.10 |
| 25–30 | – | – | 21.4 | 36.8 | 7.4 | – | 2.2 | 7.6 | 1.90 | 27.7 | 30.9 | 595 | 3.45 | |
| 30–35 | – | – | 24.8 | 40.8 | 8.5 | – | 2.2 | 7.7 | 1.97 | 27.7 | 31.3 | 617 | 3.50 | |
| АBк | 35–40 | – | – | 25.2 | 42.4 | 8.7 | – | 2.3 | 9.9 | 2.31 | 29.0 | 40.3 | 723 | 4.30 |
| Bк | 60–70 | – | – | 25.9 | 48.6 | – | – | 2.5 | 8.2 | 1.73 | 31.5 | 33.4 | 541 | 3.28 |
| BCк | 90–100 | – | – | 25.6 | 40.7 | 8.9 | – | 2.6 | 8.5 | 1.72 | 32.8 | 34.6 | 538 | 3.27 |
| Cк | 120–130 | – | – | 25.4 | 41.5 | 8.3 | – | 2.5 | 8.2 | 1.73 | 31.5 | 33.4 | 541 | 3.28 |
| Луговая суглинистая солончаковатая (разрез РСП-7) | ||||||||||||||
| Aдер | 0–7 | 9.8 | Нет | 10.6 | 32.1 | 7.5 | – | 1.8 | 7.7 | 2.03 | 22.7 | 31.3 | 635 | 4.28 |
| A | 10–20 | 3.9 | 10.5 | 26.0 | 8.0 | – | 2.4 | 9.2 | 2.22 | 30.2 | 37.4 | 695 | 3.83 | |
| A | 22–32 | 3.0 | 0.8 | 15.1 | 31.3 | 8.2 | – | 2.0 | 7.4 | 2.15 | 25.2 | 30.1 | 673 | 3.70 |
| АBк | 40–50 | 2.4 | 3.2 | 16.5 | 35.4 | 8.8 | – | 2.7 | 8.5 | 2.08 | 34.0 | 34.6 | 651 | 3.15 |
| B1 | 53–63 | 2.1 | 2.2 | 19.4 | 39.5 | 9.0 | – | 2.7 | 9.7 | 2.39 | 34.0 | 39.5 | 748 | 3.59 |
| B2 | 70–89 | – | 10.1 | 20.4 | 33.5 | 9.4 | – | 2.3 | 8.8 | 1.93 | 29.0 | 35.8 | 604 | 3.83 |
| Cк | 125–135 | – | 5.9 | 11.5 | 18.3 | 9.7 | – | 1.7 | 6.6 | 1.76 | 21.4 | 26.9 | 551 | 3.88 |
Дерново-подзолистые почвы формируются под сосновыми борами на древнеаллювиальных тонко- и среднезернистых песках [5]. Они составляют почвенные комплексы в структуре почвенного покрова с черноземами или каштановыми почвами.
До 90–99.5% гранулометрического состава дерново-подзолистых почв приходится на фракцию песка; доля ила редко превышает 3%, иногда эта фракция отсутствует. Поэтому даже при небольшом количестве выпадающих в степной зоне атмосферных осадков профиль почв периодически промывается, что приводит к формированию отчетливо выраженных иллювиальных горизонтов, характеризующихся накоплением окислов железа и служащих барьером на пути миграции химических элементов.
Реакция среды в верхней части профиля слабокислая, в нижней – близкая к нейтральной (табл. 3). В отсутствии травяного яруса дерновый процесс проявляется слабо, что приводит к формированию весьма маломощного гумусового горизонта, где содержание гумуса <1%. При наличии травяного покрытия содержание органического вещества в верхних горизонтах может достигать 5% (разр. РСП-1), с глубиной его количество резко уменьшается. Емкость поглощения дерново-подзолистых почв низкая. В составе обменных оснований преобладает кальций (до 90% емкости обмена) [6]. Таким образом, разнообразие типов почвообразования, ландшафтно-геохимических условий миграции химических элементов предопределило особенности педогеохимии исследованных территорий.
Таблица 3.
Содержание, удельная активность радионуклидов и свойства дерново-подзолистых почв
| Генети- ческий горизонт | Глубина образца, см | Гумус | СaCO3 | Ил | Физи-ческая глина | ${\text{р }}{{{\text{H}}}_{{{{{\text{Н }}}_{{\text{2}}}}{\text{О }}}}}$ | Емкость катионного обмена | 238U (Ra) | 232Th | Kвал, % | 238U (Ra) | 232Th | 40K | Th : U для содер- жаний |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | мг/кг | Бк/кг | ||||||||||||
| Дерново-подзолистая песчаная на песчаных отложениях (2 км на северо-запад от с. Ракиты, разр. РСП-1) | ||||||||||||||
| Ао | 0–1.5 | – | – | – | – | – | – | 0.2 | 1.9 | 0.36 | 2.5 | 7.7 | 113 | 9.50 |
| Aдер | 1.5–6.5 | – | – | – | – | – | – | 0.8 | 3.2 | 1.78 | 10.1 | 13.0 | 557 | 4.00 |
| А | 6.5–11.5 | 4.5 | Нет | 2.5 | 4.9 | 6.6 | 7.0 | 0.5 | 2.2 | 1.89 | 6.3 | 9.0 | 592 | 4.40 |
| 11.5–16.5 | 3.8 | 2.0 | 4.4 | 6.1 | 8.6 | 0.5 | 2.3 | 2.23 | 6.3 | 9.4 | 698 | 4.60 | ||
| А1А2 | 21.5–26.5 | 1.3 | 0.0 | 3.8 | 6.3 | 5.3 | 0.3 | 2.3 | 2.22 | 3.8 | 9.4 | 695 | 7.67 | |
| А2В | 35–45 | 3.1 | 1.1 | 3.8 | 6.5 | 7.0 | 0.4 | 2.4 | 2.22 | 5.0 | 9.8 | 695 | 6.00 | |
| B1 | 55–65 | 2.5 | 2.7 | 3.8 | 7.0 | 5.3 | 0.5 | 2.3 | 2.25 | 6.3 | 9.4 | 704 | 4.60 | |
| B2 | 90–100 | 0.5 | 2.7 | 4.1 | 6.8 | 8.8 | 0.4 | 2.3 | 2.17 | 5.0 | 9.4 | 679 | 5.75 | |
| В3 | 115–125 | – | – | 0.7 | 3.4 | 6.9 | 1.8 | 0.6 | 2.2 | 2.15 | 7.6 | 9.0 | 673 | 3.67 |
| В4 | 140–150 | – | – | 2.0 | 4.5 | 6.9 | 5.3 | 0.3 | 2.0 | 2.04 | 3.8 | 8.1 | 639 | 6.67 |
| ВС | 170–180 | – | – | 1.0 | 1.7 | 6.9 | 5.3 | 0.4 | 2.3 | 2.22 | 5.0 | 9.4 | 695 | 5.75 |
| Боровая дерновая песчаная (1.5 км от с. Ляпуниха на юго-восток, разр. РСП-13) | ||||||||||||||
| А0 | 0–3 | 1.9 | Нет | – | – | – | – | 1.0 | 2.1 | 0.21 | 12.6 | 8.5 | 66 | 2.10 |
| Адер | 3–9 | 0.3 | 3.4 | 7.6 | 5.3 | 27.5 | 0.7 | 2.9 | 1.54 | 8.8 | 11.8 | 482 | 4.14 | |
| А | 10–20 | 0.1 | 1.8 | 4.0 | 5.8 | 12.8 | 0.4 | 2.2 | 1.64 | 5.0 | 9.0 | 513 | 5.50 | |
| В | 35–45 | 0.0 | 2.2 | 4.0 | 6.6 | 12.8 | 0.7 | 1.8 | 1.65 | 8.8 | 7.3 | 516 | 2.57 | |
| ВС | 90–100 | – | 0.0 | 2.0 | 7.0 | 9.2 | 0.3 | 1.9 | 1.71 | 3.8 | 7.7 | 535 | 6.33 | |
| С | 160–170 | – | 0.5 | 3.8 | 7.1 | – | 0.9 | 2.2 | 1.69 | 11.3 | 9.0 | 529 | 2.44 | |
| Дерновая боровая (5 км от с. Угловское по направлению на с. Ракиты, разр. РСП-15) | ||||||||||||||
| А0 | 0–1 | 0.6 | Нет | – | – | – | – | 1.6 | 1.7 | Следы | 20.2 | 6.9 | Следы | 1.06 |
| А | 1–11 | 0.1 | 0.0 | 3.2 | 6.4 | 9.2 | 0.5 | 2.0 | 1.61 | 6.3 | 8.1 | 504 | 4.00 | |
| А1А2 | 20–30 | 0.0 | 0.0 | 1.3 | 6.4 | 12.8 | 0.3 | 2.5 | 1.68 | 3.8 | 10.2 | 526 | 8.33 | |
| В | 50–60 | – | 0.0 | 2.1 | 7.0 | 7.3 | 0.5 | 2.3 | 1.92 | 6.3 | 9.4 | 601 | 4.60 | |
| С | 150–160 | – | 0.0 | 1.6 | 7.0 | 5.5 | 0.6 | 2.4 | 1.88 | 7.6 | 9.8 | 588 | 4.00 | |
| Дерново-подзолистая на песчаных отложениях (1 км на запад от с. Топольное, разр. РСП-16) | ||||||||||||||
| А0 | 0–5 | 0.9 | Нет | – | – | – | – | 2.6 | 3.2 | 0.35 | 32.8 | 13.0 | 110 | 1.23 |
| Адер | 5–9 | 0.1 | 0.1 | 2.1 | 6.4 | 18.3 | 1.1 | 3.9 | 2.52 | 13.9 | 15.9 | 789 | 3.55 | |
| А1А2 | 9–19 | 0.0 | 0.0 | 1.9 | 6.0 | 12.8 | 0.6 | 2.9 | 1.74 | 7.6 | 11.8 | 545 | 4.83 | |
| А2В | 25–35 | 0.0 | 0.0 | 1.3 | 6.8 | 11.0 | 0.6 | 2.8 | 1.86 | 7.6 | 11.4 | 582 | 4.67 | |
| В | 50–60 | – | 0.0 | 3.3 | 6.9 | 12.8 | 0.8 | 2.5 | 1.76 | 10.1 | 10.2 | 551 | 3.13 | |
| ВС | 90–100 | – | 1.2 | 1.9 | 7.2 | 11.0 | 0.6 | 3.1 | 1.66 | 7.6 | 12.6 | 520 | 5.17 | |
| С | 130–140 | – | 0.0 | 1.8 | 7.3 | 11.0 | 0.7 | 3.3 | 1.82 | 8.8 | 13.4 | 570 | 4.71 | |
| А2В | 45–55 | – | 0.0 | 0.4 | 6.7 | 14.7 | 0.2 | 2.6 | 1.47 | 2.5 | 10.6 | 460 | 13.0 | |
| В | 65–75 | – | 0.0 | 1.5 | 6.6 | 5.5 | 0.7 | 3.1 | 1.64 | 8.8 | 12.6 | 513 | 4.43 | |
| ВС | 90–100 | – | 0.0 | 0.4 | 6.7 | 12.8 | 0.8 | 3.3 | 1.82 | 10.1 | 13.4 | 570 | 4.13 | |
| С | 160–170 | – | 6.9 | 26.3 | 6.8 | 11.0 | 0.6 | 2.4 | 1.59 | 7.6 | 9.8 | 498 | 4.00 | |
Так как по гранулометрическому составу почвообразующие породы изученных черноземов относятся в основном к одной разновидности – среднесуглинистой, концентрации радионуклидов в них существенно не отличались. Достоверная зависимость содержания нуклида от гранулометрического состава почвообразующей породы выявлена только для калия-40. Коэффициент корреляции между его содержанием и количеством частиц фракции средней пыли составил 0.74 (критическая величина коэффициента равна 0.67, Р = 0.05). В целом содержание радионуклидов в почвообразующих породах находилось на уровне фона (составляющего для урана 2–6 мг/кг [6], тория – 8 мг/кг [7]).
Выявлено, что содержание естественных радионуклидов в исследованных почвах определялось их количеством в почвообразующих породах (табл. 1–4). Особенно четко эта закономерность проявилась для урана и тория: средние концентрации этих элементов в почвообразующих породах и почвах были практически одинаковыми.
Таблица 4.
Вариационно-статистические параметры содержания и удельной активности радионуклидов в почвах
| Горизонт | 238U (Ra) | 232Th | Kвал, % | 238U (Ra) | 232Th | 40K |
|---|---|---|---|---|---|---|
| мг/кг | Бк/кг | |||||
| Черноземы | ||||||
| А, АВ | $\frac{{0.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 3.6}}{{2.0 \pm 0.1}}$ | $\frac{{4.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 10.3}}{{7.4 \pm 0.2}}$ | $\frac{{0.89{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.25}}{{1.71 \pm 0.04}}$ | $\frac{{10.1--{\kern 1pt} 49.1}}{{25.2 \pm 0.8}}$ | $\frac{{16.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 48.4}}{{30.1 \pm 0.7}}$ | $\frac{{279{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 704}}{{535 \pm 12}}$ |
| В | $\frac{{0.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 4.0}}{{2.1 \pm 0.1}}$ | $\frac{{3.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 9.9}}{{7.6 \pm 0.2}}$ | $\frac{{0.70{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.24}}{{1.50 \pm 0.05}}$ | $\frac{{10.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 50.4}}{{26.5 \pm 1.2}}$ | $\frac{{15.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 40.3}}{{30.9 \pm 0.8}}$ | $\frac{{219{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 701}}{{470 \pm 15}}$ |
| ВС, С | $\frac{{0.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 3.1}}{{2.1 \pm 0.1}}$ | $\frac{{1.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 10.9}}{{7.3 \pm 0.4}}$ | $\frac{{0.45{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.40}}{{1.47 \pm 0.07}}$ | $\frac{{6.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 39.1}}{{26.5 \pm 1.4}}$ | $\frac{{6.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 44.4}}{{29.7 \pm 1.5}}$ | $\frac{{14{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 751}}{{460 \pm 21}}$ |
| Профиль в целом | $\frac{{0.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 4.0}}{{2.1 \pm 0.1}}$ | $\frac{{1.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 10.9}}{{7.4 \pm 0.1}}$ | $\frac{{0.45{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.40}}{{1.59 \pm 0.03}}$ | $\frac{{6.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 50.4}}{{26.5 \pm 0.7}}$ | $\frac{{6.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 44.4}}{{30.1 \pm 0.5}}$ | $\frac{{141{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 751}}{{498 \pm 9}}$ |
| Луговые почвы | ||||||
| А, АВ | $\frac{{1.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.7}}{{2.1 \pm 0.1}}$ | $\frac{{6.6{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 9.9}}{{8.3 \pm 0.1}}$ | $\frac{{1.77{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.57}}{{2.14 \pm 0.03}}$ | $\frac{{21.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 34}}{{26.5 \pm 0.5}}$ | $\frac{{26.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 40.3}}{{33.8 \pm 0.6}}$ | $\frac{{554{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 804}}{{671 \pm 9}}$ |
| В | $\frac{{1.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.7}}{{2.3 \pm 0.1}}$ | $\frac{{6.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 9.7}}{{7.8 \pm 0.4}}$ | $\frac{{1.73{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.39}}{{1.90 \pm 0.07}}$ | $\frac{{21.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 34.0}}{{28.5 \pm 1.3}}$ | $\frac{{25.6{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 39.5}}{{31.6 \pm 1.6}}$ | $\frac{{542{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 748}}{{596 \pm 23}}$ |
| ВС, С | $\frac{{1.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.6}}{{2.2 \pm 0.2}}$ | $\frac{{6.6{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 8.5}}{{7.8 \pm 0.4}}$ | $\frac{{1.57{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.87}}{{1.73 \pm 0.05}}$ | $\frac{{21.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 32.8}}{{27.7 \pm 2.2}}$ | $\frac{{26.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 34.6}}{{31.6 \pm 1.6}}$ | $\frac{{491{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 585}}{{541 \pm 15}}$ |
| Профиль в целом | $\frac{{1.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.7}}{{2.1 \pm 0.1}}$ | $\frac{{6.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 9.9}}{{8.1 \pm 0.1}}$ | $\frac{{1.57{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.57}}{{2.06 \pm 0.03}}$ | $\frac{{21.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 34.0}}{{27.0 \pm 0.5}}$ | $\frac{{25.6{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 40.3}}{{33.2 \pm 0.5}}$ | $\frac{{491{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 804}}{{643 \pm 10}}$ |
| Дерново-подзолистые почвы | ||||||
| А0 | $\frac{{0.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.6}}{{1.4 \pm 0.4}}$ | $\frac{{1.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 5.1}}{{2.7 \pm 0.5}}$ | $\frac{{2.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 32.8}}{{17.7 \pm 4.5}}$ | $\frac{{6.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 20.8}}{{10.9 \pm 2.2}}$ | $\frac{{{\text{С л е д ы }}{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 379}}{{155 \pm 57}}$ | |
| А | $\frac{{0.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.1}}{{0.6 \pm 0.1}}$ | $\frac{{1.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 3.9}}{{2.5 \pm 0.1}}$ | $\frac{{2.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 13.9}}{{7.1 \pm 0.5}}$ | $\frac{{6.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 15.9}}{{10.0 \pm 0.4}}$ | $\frac{{460{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 789}}{{561 \pm 14}}$ | |
| В | $\frac{{0.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.8}}{{0.5 \pm 0.1}}$ | $\frac{{1.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 3.1}}{{2.3 \pm 0.1}}$ | $\frac{{3.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 10.1}}{{6.8 \pm 0.6}}$ | $\frac{{5.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 12.7}}{{9.2 \pm 0.6}}$ | $\frac{{460{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 704}}{{575 \pm 21}}$ | |
| ВС, С | $\frac{{0.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.9}}{{0.6 \pm 0.1}}$ | $\frac{{1.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 3.3}}{{2.6 \pm 0.2}}$ | $\frac{{3.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 11.3}}{{7.7 \pm 0.9}}$ | $\frac{{7.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 13.4}}{{10.6 \pm 0.8}}$ | $\frac{{498{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 695}}{{563 \pm 22}}$ | |
| Профиль в целом (без А0) | $\frac{{0.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.1}}{{0.6 \pm 0.01}}$ | $\frac{{1.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 3.9}}{{2.4 \pm 0.1}}$ | $\frac{{2.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 13.9}}{{7.1 \pm 0.4}}$ | $\frac{{5.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 15.9}}{{9.9 \pm 0.3}}$ | $\frac{{460{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 789}}{{565 \pm 10}}$ | |
Содержание 238U в дерново-подзолистых почвах было в 3.5 раза, 232Th – в 3.1 раза меньше, чем в зональных почвах – черноземах, что обусловлено преобладанием в составе песков кварца, характеризующегося низкой радиоактивностью. Прочное закрепление урана и тория в почвах происходит, как правило, за счет их сорбции органическими веществами и глинистыми минералами [5], однако в исследованных почвах эти субстанции практически отсутствовали, поэтому элементы находятся, вероятно, в основном в составе первичных минералов. Процессы аккумуляции элементов из водных растворов в данных условиях маловероятны. Удельная активность 40K, напротив, в дерново-подзолистых почвах была несколько больше по сравнению с зональными.
Достоверных различий в концентрации радионуклидов в разных почвенных горизонтах не выявлено ни в одном из типов почв. Отмечена лишь тенденция к аккумуляции элементов в горизонтах, обогащенных органическим веществом, а также в иллювиальных горизонтах некоторых почвенных разрезов. Накопление в верхних горизонтах почв наиболее характерно для калия, относящегося к важным биогенным элементам, в геохимии которых первостепенное значение имеет биологический круговорот [8]. Определенную роль в ограничении миграции элемента, характеризующегося довольно высокой подвижностью в водных растворах, вниз по профилю и за его пределы играет и непромывной водный режим. Гумусовые горизонты луговых почв, характеризующихся большей продуктивностью по сравнению с черноземами, отличались достоверно более высоким содержанием этого нуклида.
О тенденции к накоплению тория в горизонтах с большим содержанием карбонатов либо на их верхней границе свидетельствовали не только повышенные абсолютные величины содержания элемента, но и более широкое торий-урановое соотношение в этих горизонтах (табл. 1, разр. 10), которое обычно в горных породах близко к 3-м.
Так как миграционная способность 232Th очень низкая (при щелочной реакции элемент в почвенном растворе отсутствует вследствие сорбции), более высокое, чем в почвообразующих породах, торий-урановое соотношение указывало на вынос урана как подвижного в данных условиях (щелочной реакции среды почвенного раствора) элемента за пределы почвенного профиля. Содержание исследованных элементов находилось на уровне кларка в почвах (3.0–5.1 мг/кг для урана и 4–16 мг/кг для тория [9]). Удельная активность 238U, 232Th, 40K в карбонатных почвах была близка данным для черноземов – 26, 44 и 500 Бк/кг соответственно [10].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, разные типы почв наследуют уровень концентраций естественных радионуклидов почвообразующего материала. В большинстве профилей почв отмечено равномерное распределение урана-238 и тория-232 и накопление калия-40 параллельно валовому калию в гумусово-аккумулятивном горизонте. Содержание элементов в почвенном покрове бассейна р. Верхний Алей не превышало фоновых величин.
Список литературы
Дричко В.Ф., Крисюк Б.Э., Тавникова И.Г. Частотное распределение концентраций радия-226, тория-228 и калия-40 в различных почвах // Почвоведение. 1977. № 9. С 75–80.
Бобров В.А., Гофман А.М. Лабораторный гамма-спектрометрический анализ естественных радиоактивных элементов: Метод. разработки. Новосибирск: ИгиГ СО АН СССР, 1971. 68 с.
Агроклиматические ресурсы Алтайского края. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 155 с.
Агроклиматический справочник по Кулундинской группе районов Алтайского края (Бурлинский, Славгородский, Табунский, Кулундинский, Ключевской, Михайловский, Волчихинский, Угловский). Новосибирск, 1969. 88 с.
Рачкова Н.Г., Шуктомова И.И., Таскаев А.И. Состояние в почвах естественных радионуклидов урана, радия и тория (обзор) // Почвоведение. 2010. № 6. С. 698–705.
Евтеева Л.С., Перельман А.И. Геохимия урана в зоне гипергенеза. М.: Атомиздат, 1962. 239 с.
Ковальский В.В. Геохимическая экология. М.: Наука, 1974. 299 с.
Перельман А.И. Геохимия. М.: Высш. шк., 1989. 528 с.
Баранов В.И., Морозова Н.Г. Радиоактивные методы и их применение в исследованиях почв // Физико-хим. методы исслед-я почв. М.: Наука, 1966. С. 5.
Почвоведение. Учеб. для ун-тов. Ч. 1. / Под ред. Ковды В.А., Розанова Б.Г. М.: Высш. шк., 1988. 400 с.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Пн.-пт.: 10.00-19.00