Moskva, Moscow, Russian Federation
Moskva, Moscow, Russian Federation
GRNTI 68.05 Почвоведение
OKSO 35.03.03 Агрохимия и агропочвоведение
The aim of the research is to assess the current content of radionuclides in the soil of farm lands contami-nated with Chernobyl fallout. The results of radiation monitoring of soils of agricultural lands in the areas contaminated by the Chernobyl accident are presented. Serious problems of radioactive contamination of soils remain in the Bryansk region. In Gordeevka (7.4 CI/km2), Lukovska (9.6 CI/km2), Krasnogorsk (6.9 CI/km2) and Novozybkov (10.6 CI/km2) areas, the average content of 137Cs in the soil exceeds the level of 5 CI/km2. This indicates that in the radioactively contaminated areas of the Bryansk region there is a risk of obtaining regulatory clean agricultural products during 2.5-4 half-lives of 137Cs (80-120 years). In the Plavsky district of Tula region, the decrease in the content of 137Cs to 1 CI/km2 will occur within 70 years. The main type of soil in the Tula region is black soil, so the content of 137Cs in agricultural products, which meets the standards, can be achieved in a shorter time. High crop culture is the basis for reducing the concentrations of 137Cs and 90Sr in crop production. The analysis of spatial and temporal changes shows that in the first 30 years after the accident, the levels of soil contamination in agricultural land have significantly decreased and their area has decreased, where the density of soil pollution exceeds the level of 1 CI/km2. At the same time, the number of subjects of the Russian Federation with farml lands with pollution level of more than 1 CI/km2 decreased from 18 (1993) to 9 (2014). When considering the General radiation situation for farm land in Russia, it is advisable to separate soils with a pollution density of 137Cs in the range of 0.3-1.0 Ki/km2 into a separate group.
soils, monitoring, level, fertilizers,liming, production, pollution, potash, radiation
После чернобыльской аварии прошло 30 лет. В результате радиоактивного распада содержание радионуклидов в почве сельскохозяйственных угодий, в том числе 90Sr и 137Cs, снизилось и на значительной площади уровень загрязнения 137Cs стал ниже 1 Ки/км2.
Цель исследований – оценка современного содержания радионуклидов в почве земель сельскохозяйственного назначения, загрязненных чернобыльскими выпадениями.
Задачи исследований – сопоставление данных по содержанию 90Sr и 137Cs в почве в Российской Федерации в целом с результатами мониторинга в отдельных регионах, а также оценка продолжительности периода снижения содержания 137Cs в почве до 1 Ки/км2 в отдельных районах загрязненных территорий.
Материалы и методы исследований. В данной работе использовались результаты по радиоактивному загрязнению территории населенных пунктов Российской Федерации [1] и радиационного локального мониторинга почв сельскохозяйственных угодий [2, 3]. При локальном мониторинге состояние окружающей среды оценивается с точки зрения здоровья человека, что служит самым важным, емким и комплексным показателем состояния окружающей среды. Для проведения оценки динамики содержания техногенных радионуклидов был использован статистический анализ данных мониторинга. Для каждого района субъекта РФ, загрязненного радиоактивными выпадениями от чернобыльской аварии, сформированы множества данных и из этих множеств оценены средние значения, стандартные отклонения и верхние границы типичных уровней загрязнения почв. Как показало радиологическое обследование почв сельхозугодий в 1992-1993 г. 18 субъектов РФ имели в своем составе территории, на которых уровень загрязнения 137Cs почвы превышал 1 Ки/км2 [4]. В настоящее время их осталось только 9.
Результаты исследований. В таблице 1 представлены субъекты РФ, имеющие в своем составе районы с верхней границей уровня загрязнения почв 137Cs более 1 Ки/км2. Для каждого района рассчитано время достижения верхних границ уровней загрязнения почвы (значения в 1 Ки/км2). В столбце 4 таблицы 1 оценено время достижения уровня в 1 Ки/км2 с учетом радиоактивного распада. Однако, снижение концентрации 137Cs в почве также происходит в результате миграционных процессов. На основе результатов локального радиологического мониторинга на реперных участках сельскохозяйственных угодий загрязненных областей, рассчитан период полувыведения 137Cs из почв, который равен 24±1,5 года [2]. С учетом этой величины в столбце 5 таблицы 1 приведено расчетное время спада верхних границ загрязнения до уровня 1 Ки/км2.
Серьезные проблемы радиоактивного загрязнения почв остаются в Брянской области. В Гордеевском (7,4 Ки/км2), Злыковском (9,6 Ки/км2), Красногорском (6,9 Ки/км2) и Новозыбковском (10,6 Ки/км2) районах среднее содержание 137Cs в почвах превышает уровень 5 Ки/км2.
Таблица 1
Время снижения (годы) верхних границ уровней загрязнения почв 137Cs
до уровня 1 Ки/км2 на загрязненной территории для районов
|
Район области |
Среднее |
Верхняя граница |
Время снижения до уровня 1 Ки/км2 |
|
|
Уровень загрязнения, Ки/км2 |
по периоду полураспада Т1/2 = 30 лет |
по периоду полувыведения Х1/2 = 24 года |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Брянская область, площадь загрязнения с.-х. угодий 6980 км2, запас 137Cs = (25±8)·103 Ки |
||||
|
Гордеевский |
7,4 |
11,5 |
106 |
84 |
|
Дятьковский |
0,9 |
1,4 |
15 |
12 |
|
Злыковский |
9,6 |
15,8 |
120 |
95 |
|
Климовский |
3,2 |
5,1 |
71 |
56 |
|
Клинцовский |
4,4 |
7,6 |
88 |
70 |
|
Красногорский |
6,9 |
16,9 |
123 |
98 |
|
Новозыбковский |
10,6 |
14,7 |
117 |
93 |
|
Стародубский |
1,0 |
1,7 |
23 |
18 |
|
Калужская область, площадь загрязнения с.-х. угодий 1620 км2, запас 137Cs = (1,8±0,5)·103 Ки |
||||
|
Жиздринский |
1,7 |
3,0 |
48 |
38 |
|
Людиновский |
0,9 |
1,3 |
11 |
9 |
|
Ульяновский |
2,7 |
4,1 |
61 |
49 |
|
Хвастовичский |
2,1 |
3,7 |
57 |
45 |
|
Орловская область, площадь загрязнения с.-х. угодий 4190 км2, запас 137Cs = (3,2±0,3)·103 Ки |
||||
|
Болховский |
1,6 |
2,5 |
40 |
32 |
|
Глазуновский |
0,91 |
1,5 |
18 |
14 |
|
Дмитровский |
0,91 |
1,4 |
15 |
12 |
|
Залегощекинский |
0,67 |
1,4 |
15 |
12 |
|
Знаменский |
0,65 |
1,2 |
8 |
6 |
|
Мценский |
0,85 |
1,3 |
11 |
9 |
|
Свердловский |
0,76 |
1,4 |
15 |
12 |
|
Троснянский |
0,91 |
1,5 |
18 |
14 |
|
Урицкий |
0,84 |
1,2 |
8 |
6 |
|
Тульская область, площадь загрязнения с.-х. угодий 7790 км2, запас 137Cs = (10,1±1,6)·103 Ки |
||||
|
Арсеньевский |
2,7 |
3,5 |
54 |
43 |
|
Белевский |
1,2 |
2,0 |
30 |
24 |
|
Богородицкий |
1,4 |
2,3 |
36 |
31 |
|
Воловский |
0,74 |
1,07 |
3 |
2 |
|
Каменский |
0,57 |
1,2 |
8 |
6 |
|
Кимовский |
0,80 |
1,3 |
11 |
9 |
|
Киреевский |
1,3 |
2,3 |
36 |
29 |
|
Плавский |
3,0 |
5,1 |
71 |
56 |
|
Теплоогаревский |
0,96 |
1,6 |
20 |
16 |
|
Узловской |
1,7 |
2,6 |
42 |
33 |
|
Чернский |
1,4 |
2,4 |
38 |
30 |
|
Щекинский |
0,98 |
2,2 |
34 |
27 |
|
Рязанская область, площадь загрязнения с.-х. угодий 5320 км2, запас 137Cs = (3,8±0,3)·103 Ки |
||||
|
Корабликовский |
1,1 |
1,7 |
23 |
18 |
|
Милославский |
0,99 |
1,6 |
20 |
16 |
|
Михайловский |
0,77 |
1,1 |
4 |
3 |
|
Ряжский |
0,95 |
1,5 |
18 |
14 |
|
Скопинский |
1,0 |
1,6 |
20 |
16 |
|
Старожиловский |
0,78 |
1,1 |
4 |
3 |
|
Белгородская область, площадь загрязнения с.-х. угодий 1620 км2, запас 137Cs = (1,8±0,5)·103 Ки |
||||
|
Красненский |
0,87 |
1,08 |
3 |
2,5 |
|
Липецкая область, площадь загрязнения с.-х. угодий 1619 км2, запас 137Cs = (1,0±0,1)·103 Ки |
||||
|
Краснинский |
0,85 |
1,22 |
8 |
6 |
|
Воронежская область, площадь загрязнения с.-х. угодий 1320 км2, запас 137Cs = (0,79±0,05)·103 Ки |
||||
|
Репьевский |
0,81 |
1,1 |
4 |
3 |
|
Курская область, площадь загрязнения с.-х. угодий 1220 км2, запас 137Cs = (1,1±0,2)·103 Ки |
||||
|
Железногорский |
1,1 |
2,2 |
34 |
27 |
|
Повыревский |
1,1 |
2,5 |
40 |
32 |
Это указывает на то, что на радиоактивно загрязненных территориях в этих районах Брянской области останутся сложности получения нормативно безопасной по качеству сельскохозяйственной продукции в течении 2,5-4 периодов полураспада 137Cs (80-120 лет). В Климовском (3,2 Ки/км2) и Клинцовском (4,4 Ки/км2) районах эти проблемы останутся в течение 1,5-2,0 периодов полураспада (45-60 лет).
В Плавском районе Тульской области снижение содержания 137Cs до 1 Ки/км2 произойдет в течение 70 лет. Основным типом почв Тульской области являются черноземы. Переход 137Cs из черноземов в сельскохозяйственные растения менее значителен по сравнению с другими типами почв. Поэтому содержание 137Cs в сельскохозяйственной продукции, которое удовлетворяет нормативам, может быть достигнуто и в более короткие сроки. В Жиздринском, Ульяновском Хвастовичском районах Калужской области и Арсеньевском районе Тульской области снижение содержания 137Cs в почве до уровня 1 Ки/км2 можно ожидать через 1,5-2 периода полураспада (через 45-60 лет).
В Болховском районе Орловской области, Белевском, Богородицком, Киреевском, Узловском, Чернском и Щекинском районах Тульской области, Железногроском и Повырьевском районах Курской области снижение содержания 137Cs в почве до уровня 1 Ки/км2 наступит приблизительно через 1 период полураспада. С учетом того, что эти загрязненные территории принадлежат к черноземной зоне, снижение до норматива уровней загрязнения сельскохозяйственной продукции, полученной в этих районах, может наступить раньше.
Для загрязненных районов Рязанской, Белгородской, Липецкой, Воронежской и также неотмеченных ранее районов Брянской, Тульской, Калужской и Орловской областей требуется менее 1 периода полураспада. Начало отсчета 1 января 2015 года.
На остальной территории, подвергшейся радиоактивному загрязнению от чернобыльской аварии, верхняя граница содержания 137Cs в почвах сельскохозяйственных угодий стала ниже (или достигла уровня) 1 Ки/км2. Результаты мониторинга почв ряда областей Европейской части России, содержание 137Cs в которых меньше 1 Ки/км2, представлены в таблице 2. Почвы сельскохозяйственных угодий этих областей можно исключить из категории почв, загрязненных 137Cs. В настоящее время их следует отнести к почвам, имеющим повышенное, чем в среднем по России, содержание 137Cs.
Таблица 2
Содержание 137Cs в почве сельскохозяйственных угодий на радиоактивном пятне
и субъекте РФ в целом
|
Субъект РФ (область) |
Среднее содержание, Бк/кг (Ки/км2) |
Верхняя граница, Бк/кг (Ки/км2) |
||
|
радиоактивное пятно |
субъект |
радиоактивное пятно |
субъект |
|
|
Рязанская |
75 (0,61) |
56 (0,46) |
106 (0,86) |
92 (0,75) |
|
Пензенская |
54 (0,44) |
35 (0,28) |
70 (0,57) |
41(0,33) |
|
Мордовия |
37 (0,30) |
25 (0,20) |
60 (0,49) |
40 (0,33) |
|
Ульяновская |
45 (0,37) |
4,1 (0,03) |
52 (0,43) |
4,6 (0,04) |
|
Белгородская |
72 (0,59) |
22 (0,18) |
91(0,74) |
30 (0,24) |
|
Липецкая |
62 (0,50) |
49 (0,40) |
88 (0,71) |
71 (0,58) |
|
Воронежская |
55 (0,45) |
36 (0,29) |
71 (0,58) |
53 (0,43) |
|
Курская |
50 (0,41) |
32 (0,26) |
94 (0,77) |
63 (0,51) |
|
Тамбовская |
44 (0,36) |
38 (0,31) |
54 (0,44) |
54 (0,44) |
|
Ленинградская |
61 (0,50) |
36 (0,29) |
85 (0,70) |
80 (0,65) |
|
Смоленская |
29 (0,24) |
13 (0,11) |
33 (0,27) |
19 (0,15) |
Радиологический мониторинг в Нижегородской, Саратовской, Тверской областях и Республиках Чувашия и Татарстан в 1992 и 1993 г. выявил площади радиоактивно загрязненных почв сельскохозяйственных угодий. В настоящее время в этих субъектах РФ радиоактивное загрязнение почв не обнаружено.
Обследование загрязненных территорий в 1992-1994 гг. показало, что уровень загрязнения основных площадей сельскохозяйственных угодий по 137Cs находился в интервале 1-5 Ки/км2, причем большинства площадей черноземной зоны – в интервале 1-3 Ки/км2 [4, 11]. По истечении 1 периода полураспада 137Cs (30 лет) следовало ожидать, что на значительной части загрязненных сельскохозяйственных угодий содержание 137Cs в почве станет менее 1 Ки/км2 (~120 Бк/кг). Современные данные мониторинга (табл. 2) подтверждают этот прогноз.
При рассмотрении общей радиационной ситуации на сельскохозяйственных угодьях России целесообразно выделить почвы с плотностью загрязнения по 137Cs в интервале 0,3-1,0 Ки/км2 в отдельную группу. Для этой группы почв внесение повышенных калийных и известковых удобрений не требуется. В практике землепользования важно применять агрохимические и агротехнические приемы снижения уровня загрязнения сельскохозяйственной продукции, проведение которых не требует существенного изменения применяемой технологии возделывания культур и коренной перестройки севооборотов.
Высокая культура земледелия является основой снижения концентраций 137Cs и 90Sr в продукции растениеводства. Результаты многочисленных и многолетних исследований показывают, что из почв, характеризующихся высоким плодородием, техногенные радионуклиды поступают в растения и накапливаются в урожае в значительно меньших количествах, чем из низко плодородных почв [5-10]. Поэтому на почвах с плотностью загрязнения 0,3-1,0 Ки/км2 по 137Cs при высокой культуре земледелия, обеспечивающей получение высоких урожаев, следует ожидать относительно низкого уровня загрязнения растительной продукции.
На рисунке 1 представлена динамика содержания 137Cs в почвах реперных и контрольных участков 1991-2016 гг., загрязненных чернобыльскими выпадениями, субъектов РФ (Белгородская, Воронежская, Курская, Липецкая, Пензенская, Саратовская, Тамбовская области, республика Мордовия) и Российской Федерации в целом. Показано, что на загрязненной территории спад радиоактивного загрязнения протекал более быстро, чем в целом для страны.
Рис. 1. Изменение во времени среднего содержания 137Cs, Бк/кг (Ки/км2), в почвах субъектов РФ,
загрязненных чернобыльскими выпадениями, и России в целом
В 2011 г. в Японии на АЭС «Фукусима» произошла радиационная авария. В окружающую среду было выброшено значительное количество 137Cs. Эта авария скомпенсировала те положительные тенденции по снижению уровней загрязнения почв радионуклидами, которые наблюдались с 1998 по 2011 г. в целом по России. На рисунке 1 также приведена в соответствии с законом радиоактивного распада (Т1/2=30 лет) расчетная зависимость снижения содержания 137Cs в почве субъектов. Видно, что в натурных условиях с 2007 г. реальное снижение содержания 137Cs в почве происходило интенсивнее в сравнении с расчетным. Это может быть обусловлено дополнительным выносом 137Cs с весенним паводком. Более быстрому снижению содержания 137Cs в почвах также способствует внесение повышенных доз калийных удобрений. В результате реакций изотопного (ионного) обмена 137Cs между цезием (калием и рубидием) почвы и удобрениями часть радионуклида переходит в калийное удобрение и соответственно выносится с полей весенним поводком.
В таблице 3 представлены параметры радиоактивного загрязнения почв Российской Федерации в 2016 г. по данным локального мониторинга: среднее значение равно 12,0 Бк/кг (~ 0,1 Ки/км2), стандартное отклонение – 14 Бк/кг. Верхняя граница загрязнения 137Cs почв сельскохозяйственных угодий России составляет 26 Бк/кг (~0,2 Ки/км2). Отметим высокое значение эксцесса, что свидетельствует о том, что во множестве данных, характеризующих загрязнение почв, экстремальные значения встречаются достаточно редко, а большинство результатов группируются вблизи среднего значения.
Таблица 3
Мощность экспозиционной дозы и содержание 137Cs и 90Sr в почвах России, 2016 г.
|
Статистический параметр |
МЭДГ, мкР/ч |
Содержание, Бк/кг |
|
|
137Cs |
90Sr |
||
|
Среднее |
11,0 |
12,0 |
4,7 |
|
Стандартное отклонение |
2,7 |
14 |
3,7 |
|
Стандартное отклонение среднего |
0,1 |
0,4 |
0,1 |
|
Эксцесс |
0 |
32 |
6,5 |
|
Количество участков |
1088 |
1167 |
1070 |
При обобщении результатов радиологического мониторинга почвы сельскохозяйственных угодий РФ можно условно разделить на три группы.
К 1 группе (по 137Cs) следует отнести радиоактивно загрязненные почвы с плотностью загрязнения больше 1 Ки/км2. Для этой группы введена градация по плотности радиоактивного загрязнения (Ки/км2): 1-5; 5-15; 15-40; 40-80; более 80. В эту группу входят почвы загрязненных территорий Брянской, Тульской, Калужской и Орловской областей. При отсутствии крупных радиационных аварий следует ожидать, что спад загрязнения почвы 137Cs будет происходить с периодом полувыведения 24-30 лет. Ввиду того, что уровень загрязнения почв значительно превышает таковые среднестатистические значения по России, то совокупность данных по радиоактивному загрязнению целесообразно выделить в отдельное множество.
К 2 группе следует отнести почвы, имеющие уровень загрязнения 137Cs 30-120 Бк/кг (0,3-1,0 Ки/км2, табл. 2). В основном это почвы центральных черноземных областей и Поволжья. Они имеют повышенное содержание 137Cs в почве по сравнению со стандартным содержанием по России. Установлено, что с 1991 по 2011 гг. период полувыведения 137Cs из этих почв составлял 24,0±1,5 года [2]. В дальнейшем при приближении среднего содержания 137Cs в почве субъектов к среднему содержанию по РФ следует ожидать увеличения периода полувыведения 137Cs из почвы и замедление спада.
В 3 группу почв следует включить почвы, в которых содержание 137Cs не превышает 37 Бк/кг (менее 0,3 Ки/км2). Большинство сельскохозяйственных угодий России входит в эту группу. Статистические параметры уровней радиоактивного загрязнения почв этой группы с 2003 г. стабильны в пределах погрешности оценки.
Изменение содержания радионуклидов в сельскохозяйственных растениях во времени связано не только со снижением уровней загрязнения почвы в результате радиоактивного распада и миграции, но и с изменением изотопных и ионных соотношений 137Cs+/Cs+; 137Cs+/Rb+; 137Cs+/К+. Вполне возможно, что К+ и Rb+ являются групповыми носителями (щелочные металлы)137Cs+. Внесение калийных удобрений снижает указанные изотопные и ионные соотношения, что способствует снижению коэффициентов накопления (перехода) и уровня загрязнения сельскохозяйственной продукции.
Заключение. Анализ пространственно-временных изменений уровней загрязнения почв сельскохозяйственных угодий показывает, что в течении первых 30 лет после аварии существенно снизились уровни загрязнения и сократились площади угодий, в которых плотность загрязнения почвы превышает уровень в 1 Ки/км2. При этом сократилось и число субъектов РФ, имеющих такой уровень загрязнения, с 18 (
1. Findings on radioactive contamination of the territory of settlements of the Russian Federation 137Cs, 90Sr, 239+240Pu / Edited by S. M. Vakulovsky. - Obninsk : FSBI «SPA Tayfun», 2015. - 225 p.
2. Sychev, V. G. Chernobyl: radiation monitoring of agricultural land and agrochemical aspects of the management of the consequences of radioactive contamination of soil / V. G. Sychev, M. I. Lunev, M. M. Orlov, N. M. Belous. - Moscow : All-Russian research Institute of Agrochemistry, 2016. - 183 p.
3. Orlov, P. M. Radiation monitoring of agricultural lands of the Russian Federation / P. M. Orlov, M. I. Lunev, V. G. Sychev. - Moscow : All-Russian research Institute of Agrochemistry, 2015. - 175 p.
4. On the state of the natural environment of the Russian Federation in 1993 : state report : app. the reso-lution of the Government of the Russian Federation №53 dated 24.01.93. - P. 64-69.
5. Moiseenko, V. F. The results of the work Novozybkovskaya State-owned agricultural experience noi station for the 2001-2006 / F. V. Moiseenko, V. F. Shapovalov // Increase fertility produk activity of sod-podzolic sandy soils and rehabilitation of contaminated agricultural lands : collection of scientific works. tr. - M., 2007. - P. 10-13.
6. Aleksakhin, R. M. Agricultural radiology / Edited by V. A. Chernikov, A. I. Chekeres // Agroecology. - M. : Kolos, 2000. - P. 300-322.
7. Belous, N. M. Fertility reproduction and rehabilitation of radioactively contaminated sandy soils of South-West Russia : autoref. dis. ... doctor of agricultural sciences : 06.01.04 / Belous Nikolay Mak-simovich. - M., 2000. - 51 p.
8. Marei, A. N. Global drops 137Cs and man / A. N. Marei, R. M. Barkhudarov, N. I. Novikova. - M., 1974. - 166 p.
9. Moiseev, I. T. Cesium-137 in the biosphere / I. T. Moiseev, P. V. Ramzaev. - Moscow : Atomizdat, 1975. - 184 p.
10. Rerich, L. A. Influence of soil properties on the transformation of 137Cs and its entry into agricultural plants / L. A. Rerich, I. T. Moiseev // Agrochemistry. - 1989. - № 8. - P. 96.
11. Svetov, V. A. Problems of Chernobyl in agro-industrial complex of Russia / V. A. Svetov // Chemistry in agriculture. - 1996. - №1. - P. 2-3.
