Выполнение работы

1. Подготовьте гамма-радиометр к работе.

2. Определите содержание цезия-137 в пробах почвы (А_{уд.почвы}).

3. Определите плотность почвенных проб.

4. Рассчитайте поверхностную активность почвы (A_s).

Пример расчета.

Объем 1 м² пахотного слоя почвы V = 20×100×100 = 2×10⁵ см. При плотности почвы ρ = 1,3 г/см³ масса этой почвы M = ρ×V= 1,3×2×10⁵ =

= 2,6×10⁵ г = 260 кг.

Тогда поверхностная активность почвы А_s = А_{уд.почвы}×M.

Задание 6.3. Изучение вертикального распределения цезия-137 в почве

Искусственные радионуклиды поступают из атмосферы в почву с атмосферными выпадениями и под действием гравитационных сил в составе аэрозолей и частиц в растворимом и нерастворимом состоя­нии. В почве радионуклиды включаются в два основных процесса – взаимодействие с почвенно-поглощающим комплексом и вертикальная миграция по профилю почвы. Их поведение в почве обусловлено следующими взаимообрати­мыми процессами: сорбция↔десорбция, осаждение↔растворение, коагуляция↔пептизация. Среди этих процессов наибольшее влияние на поведение радионуклидов в почве оказывает сорбция. При мигра­ции радионуклидов сорбция имеет двоякое значение. Во-первых, за­крепление радионуклидов в корнеобитаемом слое почвы способствует длительному поступлению их в растения. Во-вторых, поглощение ра­дионуклидов твердой фракции почвы снижает их доступность для рас­тений и интенсивность их миграции вниз по профилю почвы.

Вертикальная миграция – это совокупность процессов, вызываю­щих перераспределения радионуклидов вглубь по профилю почвы. Перемещение радионуклидов вниз по профилю почвы изменяет их распре­деление в корнеобитаемом слое, приводит к снижению мощности дозы гамма-излучения над поверхностью почвы и к уменьшению интен­сивности выдувания ветром и вымывания водой, а также может создавать возможность загрязнения грунтовых вод. Ин­тенсивность миграции зависит от многих факторов, среди которых наиболее значимы свойства почвы и геологические условия, физико-химические свойства радионуклидов, вид биоценоза и интенсивность его обновления.

Вертикальная миграция радионуклидов осуществляется при следую­щих процессах: механический перенос на частицах почвы, диффузия свободных и адсорбированных ионов, конвективный перенос с током воды, перенос на коллоидных частицах почвы, перенос по корневым системам растений. Эти процессы неравнозначны, среди них наиболее значимы конвекция и диффузия. Конвекция – это перенос радионуклидов с вос­ходящими и нисходящими потоками жидкости или пара. Конвекция приводит к перемещению и увеличению концентрации радионуклидов в нижележащих слоях по профилю почвы. Диффузия – самопроиз­вольное выравнивание концентрации радионуклидов при соприкосно­вении их с частицами почвы. Диффузия приводит к расширению зоны распределения радионуклидов при одновременном уменьшении мак­симальной концентрации в местах скопления радионуклидов. Конвек­ция и диффузия тесно связаны с сорбцией радионуклидов. Известно, что чем прочнее сорбция, тем слабее эти процессы. Конвекция и диф­фузия характерны для водорастворимой и частично для обменной форм нахождения радионуклидов в почве. Механический перенос происходит с током воды и пыли по трещинам и разломам почвы, а также в результате деятельности человека при обработке почвы и в результате роющей деятельности почвенной фауны. Механический перенос характерен для всех форм радионуклидов. С коллоидными частицами переносятся все формы радионуклидов, включая необмен­ную и фиксированную.

Установлено, что в почвах одного типа разные радионуклиды имеют разную интенсивность миграции и соответственно разные ко­эффициенты миграции. Коэффициент миграции цезия-137 на 1-2 по­рядка ниже, чем стронция-90. Разли­чие в интенсивности миграции этих двух радионуклидов объясняется различными формами нахождения их в почве. На дерново-подзолистой почве коэффи­циент миграции цезия-137 составляет 5,4·10^-10– 5,8·10^-8 см²/сек. Миграция радионуклидов по профилю почвы происходит очень медленно.

Наиболее интенсивно миграция радионуклидов происходит на дерново- глеевых, дерново-торфянисто-глеевых и торфяно-болотных почвах, которые характеризуются высокой влажностью, низким содержанием глинистых минералов, высокой кислотностью почвенного раствора и высоким содержанием органического вещества. Высокая интенсив­ность миграции радионуклидов характерна также для почв легкого гранулометрического состава, т.е. песчаных и супесчаных почв и осушенных торфяников.

Для исследования процесса вертикальной миграции радионукли­дов необходимо отбирать тонкие слои почвы. Для этого используют специальное приспособление – пробоотборник. Оно представляет собой трехсторонний лоток, срезанный с двух сторон. Приспособление изготовлено из единой стальной полосы тол­щиной 0,5 см, которая изогнута в двух местах под прямым углом так, что образуется прямоугольный лоток сечением 150 см². Продольные края отогнутых стенок заточены. На обеих стенках лотка, имеющих заостренные кромки, сделаны параллельные прорези – десять проре­зей, начиная от верхнего среза, с шагом в 1 см, одна через 2 см, одна через 3 см и две с шагом 5 см. Общая длина лотка – 25 см (допустимы другие размеры данного приспособления).

Процедура отбора проб почвы с помощью описанного пробоотбор­ника следующая: стенка почвенного разреза или прикопки выравнива­ется перпендикулярно к поверхности почвы (проверка отвесом), зачи­щается острой лопатой. Пробоотборник прикладывается к вертикаль­ной стенке разреза так, чтобы его верхний срез совпадал с поверхно­стью почвы, а режущие кромки плотно крепились к стенке разреза. Пробоотборник вдавливают в почву до прикосновения внутренней стенки пробоотборника к вертикальной плоскости почвенного разреза. Отбор проб почвы начинают с более чистых слоев с нужной глубины. Для этого на вертикальной стенке почвенного разреза ниже установ­ленного пробоотборника линейкой делают разметку по 5 или 10 см до требуемой глубины. С помощью широкого ножа и острой лопаты де­лается аккуратный подрез под нижней отметкой и подкоп, который больше, чем сечение пробоотборника. В подкоп подставляется ковш, в который с помощью острых ножа и лопатки размером 1015 см отбирают пробы почвы толщиной 5 или 10 см и площадью 150 см² до нижнего края установленного пробоотборника. Затем пробоотборник извлекают из стены почвенного разреза и, используя имеющиеся прорези, почву режут на слои соответствующего размера и отбирают пробы, начиная со слоев 5 см.

Упаковка проб производится в два полиэтиленовых пакета. На каждую пробу заполня­ется паспорт по следующей форме: число, месяц, год, область, район, населенный пункт, номер репера, глубина отбора пробы (см), мощность дозы (мЗв/час) на высоте 1 м, мощность дозы (мЗв/час) на высоте 0,1 м, организация, ФИО проводившего отбор. Пас­порт пробы помещается в упаковке между пакетами в развернутом виде лицевой сторо­ной вверх.

Для определения содержания цезия-137 в образцах почвы их вы­сушивают, удаляют различные примеси, просеивают через сито.

Цель работы: изучить распределения цезия-137 и калия-40 по верти­кальному профилю почвы естественного лугового фитоценоза.

Материалы и оборудование: гамма-радиометр РКГ-AT1320 (РКГ-01), пробы почвы, отобранные через 1 см на естественном луговом фитоценозе, весы лабораторные.

Выполнение работы

1. Подготовьте гамма-радиометр к работе.

2. Определите содержание цезия-137 и калия-40 в пробах почвы. Результаты занесите в отчет по работе (табл. 6.2).

Таблица 6.2. Вертикальная миграция цезия-137 и калия-40 в естественном

Луговом фитоценозе, сформированном на дерново-подзолистой суглинистой почве

3. Рассчитайте процент­ное содержание цезия-137 и калия-40 в дернине и в каждом слое почвы.

4. Постройте диаграмму распределения цезия-137 и калия-40 по профилю почвы.

5. По полученным результатам сделайте выводы.

Контрольные вопросы

1. Что входит в состав почвы?

2. Какие естественные радионуклиды содержатся в почве?

3. Какие техногенные радионуклиды в настоящее время имеются в почве?

4. Какой процентный вклад вносит калий-40 в естественную радиоактивность почвы?

5. От каких факторов зависит естественная радиоактивность почвы?

6. В каких регионах Республики Беларусь самая высокая и самая низкая естественная радиоактивность почвы? Чем это объяснить?

7. Как влияет состав материнской породы на естественную ра­диоактивность почвы?

8. Как плодородие почвы влияет на естественную радиоактивность почвы?

9. В каких почвах максимальное содержание естественных радио­нуклидов?

10. Для каких дерново-подзолистых почв характерна низкая естественная радиоактивность и с чем это связано?

11. Какими путями поступают в почву искусственные радионук­лиды?

12. В каких формах радионуклиды поступают из атмосферы в почву?

13. В какие процессы включаются радионуклиды в почве?

14. Что обозначает термин «вертикальная миграция»?

15. Какое значение при вертикальной миграции радионуклидов в почве имеет сорбция?

16. Какие факторы оказывают влияние на вертикальную миграцию радионуклидов?

17. Назовите основные процессы миграции радионуклидов по про­филю почвы. Какие из них наиболее значимы?

18. Что такое диффузия?

19. Что такое конвекция?

20. Какие формы радионуклидов мигрируют по механизмам диф­фузии и конвекции?

21. Какое влияние на диффузию и конвекцию оказывает сорбция?

22. Какой радионуклид, цезий-137 или стронций-90, мигрирует ин­тенсивнее по профилю почвы? Чем это объясняется?

23. На каких почвах происходит интенсивная миграция цезия-137? С чем это связано?

24. Где и почему основная масса радионуклидов сосредоточена на почвах естественных луговых ценозов?

25. Как отбираются пробы почвы для изучения верти­кальной миграции радионуклидов?

26. На какой глубине сосредоточена основная масса цезия-137 и калия-40 в пахотных землях?

27. Чем обусловлено высокое содержание цезия-137 в дернине?

Лабораторная работа №7. Прогнозирование радиОаКтивноГо загрязнения растениеводческой продукции

Одной из важнейших задач сельскохозяйственной радио­логии является прогнозирование поступления радионуклидов в сельскохозяйственные культуры в конкретных условиях за­грязнения почв. Это позволяет разрабатывать оптимальную структуру посевных площадей, планировать размещение культур в полях севооборота в зависимости от плотности ра­диоактивного загрязнения почв, проводить защитные меро­приятия по снижению уровня загрязнения сельскохозяйствен­ной продукции. По прогнозируемым показателям возможно также рациональное использование получаемой продукции (на производственные цели, фураж, промышленную перера­ботку и др.).

В производственных условиях для прогноза используются усредненные значения коэффициентов перехода радионуклидов (К_п) из почвы в урожай, дифференцированные в зависимости от типа и разновидности почв, культуры, содержания подвижного калия в почве и ее кислотности, а также результаты агрохимического и радиологического обследования почв, представленные в виде агрохимических паспортов полей и совмещенных картограмм загрязнения почв цезием-137 и стронцием-90.

Справочные значения коэффициентов перехода приведены в приложениях Рекомендаций по ведению агропромышленного производства в условиях радиоактивного загрязнения земель Республики Беларусь (Минск, 2003). Значения К_п получены путем обработки результатов многолетних полевых опытов, а также анализов растительных и почвенных образцов, взятых на производственных посевах по единой методике.

Установлено, что при выращивании сельскохозяйст­венных культур на почвах одного и того же типа, содержащих одинаковое количество обменного кальция и обменных оснований в почвенном поглощающем комплексе (ППК), в зависимости от погодных условий и аг­ротехники накопление радионуклидов может варьировать в широких пределах – от 1,5 до 5 раз. Поэтому прогноз загрязнения различной сельскохозяйственной продукции но­сит весьма ориентировочный характер. Однако он позволяет заранее спланировать различные защитные мероприятия для обеспечения уменьшения перехода радионуклидов в продукцию и наметить пути использования загрязненной продукции при обнаружении в ней содержания радионуклидов выше допу­стимых норм.

Из всех попавших в результате аварии на Чернобыльской АЭС в биосферу радионуклидов наибольшую биологическую опасность пред­ставляют долгоживущие изотопы цезий-137 и стронций-90, имеющие периоды полураспада около тридцати лет и активно включающиеся в процессы биологической миграции. Это обусловлено тем, что для питания растений необходимы следующие основные макроэлементы: азот, фосфор, калий и кальций. Так как цезий и калий находятся в одной группе периодической таблицы (1-й), то цезий обладает похожими с калием химическими свойствами, что является причиной его поступления из почвы в растения. Аналогичная закономерность характерна для стронция и кальция, которые находятся во 2-й группе. Остальные радионуклиды имеют короткий период полура­спада или практически не участвуют в процессах минераль­ного обмена биологических объектов. Поэтому прогнозирова­ние производится только по цезию-137 и стронцию-90.

Цель работы: освоить методики прогнозирования радиационного загрязнения цезием-137 и стронцием-90 растениеводческой продукции.