The analysis of natural radionuclides activity in the soil and vegetation cover in the South of the Tyumen Region

Full Text

Введение

Район исследования – юг Тюменской области. Административные районы юга области можно считать территорией, подверженной загрязнению радиоактивными поллютантами. Исследуемая территория в разные годы оказалась под воздействием радиоактивного облака с территории Семипалатинского испытательного полигона и ПО «Маяк» (Восточно-Уральский радиоактивный след и Карачаевский радиоактивный след) [1–4]. Дополнительным источником радиоактивного загрязнения природной среды области следует считать осуществленные в рамках реализации государственной программы «Ядерные взрывы для народного хозяйства» (1965–1988 гг.) подземные ядерные взрывы [5; 6].

Наибольшую опасность при радиоактивном загрязнении окружающей среды представляют долгоживущие техногенные радионуклиды. Поступая в природную среду, искусственные радионуклиды достаточно быстро включаются в пищевые цепочки и поступают в организм человека. При этом долгоживущие техногенные радионуклиды (период полураспада 30 лет и более) избирательно аккумулируются различными тканями и органами и длительное время являются источником внутреннего облучения [7–10].

Природные радионуклиды и обусловленный их присутствием в компонентах природной среды естественный радиационный фон территории, как правило, не представляет опасности для животных и человека. Однако следует отметить, что концентрация естественных радионуклидов в природной среде может быть значительно превышена в результате деятельности человека. Кроме того, антропогенное воздействие может привести к перераспределению природных элементов (K-40, Th-232, Ra-226), в первую очередь в профиле почвы [7; 9; 11–13]. Перераспределение радионуклидов к верхним почвенным горизонтам в значительной степени способствует переходу радионуклидов в растительность.

Цель и объекты исследования

Целью работы является исследование концентрации и распределения природных радионуклидов в профиле серой лесной почвы и растительном покрове юга Тюменской области на примере Нижнетавдинского района. Поскольку основными природными радионуклидами, формирующими естественный радиационный фон, являются калий-40, торий-232 и радий-226, были определены следующие задачи:

– определить активность природных радионуклидов (K-40, Th-232, Ra-226) в профиле почвы и растительности в районе исследования;

– рассчитать удельную эффективную активность (Аэф) природных радионуклидов в профиле почвы.

Материалы и методика исследования

Радиологическое обследование почвенного и растительного покрова проводилось в Нижнетавдинском районе вблизи села Чугунаево в районе осуществления подземного ядерного взрыва «Тавда» (1967 г.) [7]. Подземный взрыв был произведен на глубине 172 м, без выноса грунта на поверхность, с целью создания подземного резервуара, мощность взрыва составила 0,3 кт в тротиловом эквиваленте [6; 8].

Полевые работы – отбор образцов почвы и растительности – производился в августе-сентябре 2016 г.

Отбор проб почвы проводился в эпицентре взрыва и на расстоянии 200 и 500 метров от технологической скважины по сторонам света послойно с глубины 0–10, 10–20, 20–40, 40–60, 60–80, 80–100, 100–120, 120–140, 140–160, 160–180 и 180–200 см. При отборе почвенных образцов использовали почвенный бур. Масса каждой пробы составляла не менее 1,5 кг. Количество отобранных проб почвы – 99.

Для изучения закономерностей накопления природных радиоизотопов в растениях на тех же пробных участках в районе исследования отбирались пробы травянистой растительности [14]. Травянистая растительность в районе представлена мятликом луговым, вейником наземным, костяникой каменистой, осокой острой, тимофеевкой луговой [15–17]. Надземная часть срезалась ножом или ножницами на расстоянии 3–5 от поверхности земли и укладывалась в полиэтиленовые пакеты, снабженные этикетками [14]. Образцы растительной массы сушили, измельчали с помощью ножниц и электромеханическим измельчителем. Удельная активность природных радионуклидов была определена в суммарной (усредненной) пробе с каждой точки отбора. Количество отобранных проб растительности – 9.

Определение удельной активности природных радионуклидов в образцах почвы и пробах травянистой растительности проводилось на спектрометрическом комплексе «Прогресс-2000» на базе ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет», при анализе каждой пробы проводилось не менее трех параллельных измерений. На основании проведенных измерений была выполнена оценка средних уровней удельной активности естественных радионуклидов в почве и многолетних травах [14].

На основании полученных при исследовании почвенных образцов показателей удельных активностей K-40, Th-232 и Ra-226 в соответствии с НРБ-99/2009 была рассчитана величина их удельной эффективной активности (Аэф) [18]. Результаты определения активности естественных радионуклидов в почве Нижнетавдинского района были сопоставлены с данными по административным районам юга Тюменской области (по данным ФГБУ «Государственная станция агрохимической службы "Тюменская"»).

Результаты исследования

Средние значения удельной активности естественных радионуклидов в почве района исследования по данным спектрометрических измерений приведены в таблицах 1, 2, 3. Анализ данных показал, что удельная активность естественных радионуклидов колеблется в широких пределах: K-40 от 444,0 до 2336,0 Бк/кг; Th-232 от 16,0 до 249,8 Бк/кг; Ra-226 от 16,2 до 191,1 Бк/кг. Наибольшее значение удельной активности определяемых радионуклидов отмечено в верхних почвенных горизонтах [19]. Обзор современной научной литературы также показал аналогичные закономерности при распределении элементов в почвенном профиле [20–23]. Известно, что скорость миграции радионуклидов в экосистемах определяется их физико-химическими особенностями, почвенными условиями и особенностями растений [20]. Некоторые авторы отмечают, что в условиях загрязнения радиоэлементы в основном фиксируются в верхних горизонтах почвы глинистыми минералами и органическим веществом [21–23], что не противоречит данным, полученным в ходе нашего исследования. Перераспределение природных радиоэлементов в районе взрыва может быть обусловлено взрывной волной, образовавшейся в момент взрыва заряда на глубине 172 м.

На основании показателей удельной активности K-40, Th-232 и Ra-226 в почве была рассчитана величина их удельной эффективной активности (Аэф) [18], представленная в таблице 4. Среднее значение удельной эффективной активности по точкам отбора находится в диапазоне от 220,4 до 267,5 Бк/кг, что не превышает 370 Бк/кг [19], следовательно, согласуется с нормативными документами. Однако в точке отбора «Центр» на глубине 0–10 см и точке «Восток-200» на глубине 10–20 см удельная эффективная активность превышает установленный норматив и составляет 511,2 и 480,8 Бк/кг соответственно [19].

Таблица 1 – Удельная активность K-40 в профиле почвы Нижнетавдинского района, Бк/кг

Таблица 2 – Удельная активность Th-232 в профиле почвы Нижнетавдинского района, Бк/кг

Таблица 3 – Удельная активность Ra-226 в профиле почвы Нижнетавдинского района, Бк/кг

Таблица 4 – Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в профиле почвы Нижнетавдинского района, Бк/кг

Сравнительный анализ массива данных по содержанию естественных радионуклидов и удельной эффективной активности в почве Нижнетавдинского района и административных районах юга Тюменской области показал, что их средние величины в Нижнетавдинском районе на месте осуществленного подземного ядерного взрыва «Тавда» выше аналогичных показателей по районам юга Тюменской области (табл. 5) [18].

Таблица 5 – Средние значения радиационных параметров (удельная активность естественных радионуклидов, удельная эффективная активность радионуклидов) почвы в Нижнетавдинском районе на месте взрыва «Тавда» и административных районах юга Тюменской области, Бк/кг

Результаты спектрометрического исследования многолетних трав (таблица 6) показали, что удельная активность изучаемых радионуклидов в травянистой растительности в Нижнетавдинском районе колеблется в широких пределах: K-40 от 23,9 до 3977,0 Бк/кг; Th-232 от 18,7 до 296,0 Бк/кг; Ra-226 от 7,3 до 340,0 Бк/кг [14; 19]. Максимальные значения удельной активности естественных радионуклидов были отмечены в точке отбора «Север-500».

Таблица 6 – Удельная активность естественных радионуклидов в многолетних травах Нижнетавдинского района, Бк/кг

Миграция радионуклидов в природной среде определяется их физико-химическими свойствами, почвенными условиями и биологическими особенностями растений. Кроме биологической доступности радионуклидов в почве, на величину накопления радионуклидов влияют содержание подвижных форм радионуклидов в почве, поглотительная способность почвы, содержание илистой фракции, количество и структура органического вещества, минералогический состав почвы. Также величина накопления радионуклидов растениями зависит от биологических особенностей растения (вид растения, фаза развития) [14; 19; 23; 24].

Заключение

Таким образом, в результате исследования были выявлены особенности распределения радионуклидов в почвенном и растительном покровах Нижнетавдинского района Тюменской области, рассчитана удельная эффективная активность природных радионуклидов в почвенном профиле данной территории [14; 19].

Полученные результаты свидетельствуют об увеличении удельной активности исследуемых радионуклидов в почвенном профиле Нижнетавдинского района по сравнению с показателями удельной активности других административных районов юга области [14; 19]. Кроме того, зафиксировано перераспределение природных изотопов по профилю почвы, что может быть связано с осуществленным в 1967 году на территории района подземным ядерным взрывом.

About the authors

Vasilya Z. Burlaenko

Author for correspondence.
Email: burlaenkovz@tyuiu.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Technosphere Safety Department

Svetlana P. Igasheva

Email: igashevasp@tyuiu.ru

senior lecturer of Building Production Department

References

Supplementary files