Влияние влажности почвы на распределение 137Cs между твердой и жидкой фазами на этапе отдаленных последствий загрязнения

Авторы

  • Александр Николаевич Никитин Институт радиобиологии Национальной академии наук Беларуси; Институт микробиологии Национальной академии наук Беларуси https://orcid.org/0000-0002-1369-0093 (не авторизован)
  • Светлана Алексеевна Тагай Полесский государственный радиационно-экологический заповедник
  • Егор Викторович Мищенко Институт радиобиологии Национальной академии наук Беларуси
  • Галина Аркадьевна Леферд Институт радиобиологии Национальной академии наук Беларуси

Ключевые слова:

радиоактивные изотопы цезия, влажность почвы, подвижность радионуклидов, биологическая доступность, коэффициент распределения, аллювиальная почва
Поддерживающие организации
Работа выполнена в рамках Государственной программы научных исследований «Природные ресурсы и окружающая среда» подпрограмма 3 «Радиация и биологические системы» на 2021–2025 годы, задание 3.04 «Динамика структурно-функционального состояния наземных и водных экосистем в условиях изменения климата и техногенного воздействия».

Аннотация

Распределение радиоактивных изотопов цезия между сорбированным на твердой фазе почвы состоянием и почвенным раствором определяет их доступность для корневого поглощения растениями. На это распределение влияют количественные и качественные показатели глинистой фракции, органическое вещество почвы, кислотность и концентрация ионов в почвенном растворе. Роль влагонасыщенности почвы в этом распределении практически не изучена.
В исследовании представлены результаты экспериментального анализа влияния влажности почвы в изменении подвижности и биологической доступности радионуклида 137Cs в аллювиальных почвах.
Цель работы – оценка того, как изменения влажности почвы влияют на объемную активность 137Cs в почвенном растворе и скорость его диффузии, что оказывает влияние на его биологическую доступность. Модельные эксперименты были поставлены с дерново-глееватой супесчаной и дерново-глеевой песчаной аллювиальными почвами.
Анализ полученных результатов свидетельствует, что минимальные значения коэффициента распределения 137Cs между твердой фазой и почвенным раствором наблюдаются при влажности 70 % от полной влагоемкости в дерново- глееватой супесчаной почве и при 100 % в дерново-глеевой песчаной почве. Изменения данного показателя, напрямую влияющего на биологическую доступность радионуклида, могут достигать десяти и более раз в зависимости от влажности почвы. В работе установлено, что скорость диффузии 137Cs в аллювиальной почве достигает максимума при влажности 70–85 % от полной влагоемкости. При полном влагонасыщении почвы скорость диффузии несколько снижается, а при уменьшении влажности до 40 % падает в два раза. Эти результаты демонстрируют сложную зависимость между влажностью почвы и мобильностью радионуклида, что имеет важное значение для понимания его поведения в системе «почва – растение» в различных условиях. Результаты исследования могут быть использованы для улучшения моделей прогноза поведения радионуклидов цезия в системе «почва – растение» и оптимизации методов радиационной защиты в сельском хозяйстве.

Биографии авторов

  • Александр Николаевич Никитин, Институт радиобиологии Национальной академии наук Беларуси; Институт микробиологии Национальной академии наук Беларуси

    кандидат сельскохозяйственных наук; заместитель директора по научной работе.

  • Светлана Алексеевна Тагай, Полесский государственный радиационно-экологический заповедник

    научный сотрудник.

  • Егор Викторович Мищенко, Институт радиобиологии Национальной академии наук Беларуси

    заведующий лабораторией радиоэкологии.

  • Галина Аркадьевна Леферд, Институт радиобиологии Национальной академии наук Беларуси

    научный сотрудник.

Библиографические ссылки

  1. Smolders E, Brande KV. den, Merckx R. Concentrations of 137Cs and K in Soil Solution Predict the Plant Availability of 137Cs in Soils. Environmental Science & Technology. 1997;31(12):3432–3438. https://doi.org/10.1021/es970113r.
  2. Wauters J, Elsen A, Cremers A, et al. Prediction of Solid/liquid Distribution Coefficients of Radiocaesium in Soils and Sediments. Part One: a Simplified Procedure for the Solid Phase Characterisation. Applied Geochemistry. 1996;11(4):589–594. https://doi. org/10.1016/0883-2927(96)00028-5.
  3. Fried M, Broeshart H. The Soil-Plant System. In: Relation To Inorganic Nutrition. New York, San Francisco, London: Academic Press; 1967.
  4. Uematsu S, Smolders E, Sweeck L, et al. Predicting Radiocaesium Sorption Characteristics With Soil Chemical Properties for Japanese Soils. Science of The Total Environment. 2015;524–525:148–156. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.04.028.
  5. Ramírez-Guinart O, Kaplan D, Rigol A, et al. Deriving Probabilistic Soil Distribution Coefficients (Kd). Part 2. Reducing Caesium Kd Uncertainty By Accounting for Experimental Approach and Soil Properties. Journal of Environmental Radioactivity. 2020;223– 224:106407. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2020.106407.
  6. Brimo K, Pourcelot L, Métivier JM. Evaluation of Semi-Mechanistic Models To Predict Soil To Grass Transfer Factor of 137Cs Based on Long Term Observations in French Pastures. Journal of Environmental Radioactivity. 2021;227:106467. https://doi. org/10.1016/j.jenvrad.2020.106467.
  7. Grebenshchikova NV, Podolyak AG, Palenshanova GI. Dinamika biologicheskoy podvizhnosti 137Cs i 90Sr v lugovykh ekosistemakh Belorusskogo Poles'ya [Dynamics of biological mobility of 137Cs and 90Sr in meadow ecosystems of the Belarusian Polesie]. In: Itogi nauchnyh issledovanij v oblasti radioekologii okruzhayushchej sredy za desyatiletnij period posle avrii na Chernobyl’skoj AES = Results of scientific research in the field of environmental radioecology for a ten-year period after the accident at the Chernobyl nuclear power plant. Gomel: [publisher unkmnown]; 1996. p. 27–33. Russian.
  8. Prister BS, Perepelyatnikova LV, Duginov VI, Homutin YuV. The main factors determining the behavior of radionuclides in the soil-plant system. In: Problemy sel’skohozyajstvennoj radiologii [Problems of agricultural radiology]. 1992;2(2):108–117. Russian.
  9. Kuchenbuch R, Claassen N, Jungk A. Potassium Availability in Relation To Soil Moisture. I. Effect of soil moisture on potassium diffusion, root growth and potassium uptake of onion plants. Plant and Soil. 1986;95(2):221–231. DOI: 10.1007/bf02375074.
  10. Vaidyanathan LV, Nye PH. The measurement and mechanism of ion diffusion in soils. Journal of Soil Science. 1966;17(2):175–183. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1966.tb01464.x.
  11. Sheppard SC. Robust Prediction of Kd From Soil Properties for Environmental Assessment. Human and Ecological Risk Assessment. International Journal. 2011;17(1):263–279. https://doi.org/10.1080/10807039.2011.538641.
  12. Tarsitano D, Young SD, Crout NM. Journal Evaluating and Reducing a Model of Radiocaesium Soil-Plant Uptake. Journal of Environmental Radioactivity. 2011;102(3):262–269. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2010.11.017.
  13. Kulikov NV, Molchanova IV, Karavaeva EN. Radioekologiya pochvenno-rastitel'nogo pokrova [Radioecology of soil and vegetation cover]. Sverdlovsk: Ural Branch of the USSR Academy of Sciences; 1990. 173 p. Russian.
  14. Nikitin AN, Cheshyk IA, Gutseva GZ, et al. Impact of Effective Microorganisms on the Transfer of Radioactive Cesium Into Lettuce and Barley Biomass. Journal of Environmental Radioactivity. 2018;192:491–497. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2018.08.005.
  15. Nikitin AN, Shurankova OA, Kalinichenko SA, Mishchanka EV, Leferd GA. Patterns of 137Cs accumulation in herbaceous lant communities near the Chernobyl nuclear power plant in the aftermath of the accident. Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Ekologiya [Journal of the Belarusian State University. Ecology]. 2024;2:57–67. DOI: 10.46646/2521-683X/2024-2-57-67. Russian.

Загрузки

Опубликован

2025-07-14

Выпуск

№ 2 (2025): Журнал Белорусского государственного университета. Экология

Раздел

Радиоэкология и радиобиология, радиационная безопасность

Как цитировать

[1]
Никитин, А. и др. 2025. Влияние влажности почвы на распределение 137Cs между твердой и жидкой фазами на этапе отдаленных последствий загрязнения. Журнал Белорусского государственного университета. Экология. 2 (июл. 2025), 31–39.