авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Геоэкологические особенности миграции радионуклидов cs-137 и sr-90 в почвенно-растительных комплексах степной зоны оренбургской области

-- [ Страница 2 ] --

для чернозема обыкновенного;

для темно-каштановой почвы;

для чернозема типичного;

для чернозема южного;

для чернозема южного неполноразвитого щебневатого.

Концентрация цезия-137 для естественных экосистем по почвенному профилю экспоненциально убывает с глубиной в черноземе типичном (=0,13), в черноземе южном неполноразвитом щебневатом изменение концентрации в почвенном профиле идет более интенсивно (= 0,28). В остальных обследованных типах почв концентрации по почвенному профилю меняются незначительно для чернозема южного и темно-каштановой почвы (=0,08), для чернозема обыкновенного (=0,06). Максимальные концентрации цезия-137 отмечаются в черноземе южном щебневатом неполноразвитом в слое 0-5 см (33,9 Бк/кг).

Максимальные концентрации стронция-90 для естественных экосистем отмечаются в черноземе южном неполноразвитом щебневатом в слое 0-5 см (18,7 Бк/кг). Изменения содержания стронция-90 по профилю в пробах темно-каштановой почвы (=0) не наблюдается. Концентрация стронция-90 по почвенному профилю экспоненциально убывает с глубиной в черноземе неполноразвитом щебневатом (=0,12) и черноземе типичном (=0,10). В остальных обследованных типах почв концентрация стронция-90 изменяется незначительно по почвенному профилю для чернозема южного (=0,04) и чернозема обыкновенного ( = 0,03).

На миграционные способности радионуклидов цезия-137 и стронция-90 оказывают влияние, главным образом, физико-химические свойства почв (Осипов, 1995; Сильвантьев и др., 1988; Алексахин и др., 1992). Нами проведен корреляционный анализ по установлению свойств почв, оказывающих значительное влияние на характер профильной миграции.

Чернозем обыкновенный. На основании данных корреляционного анализа можно отметить, что к числу свойств почв, имеющих сильную положительную корреляционную связь с содержанием цезия-137 в почвенном профиле чернозема обыкновенного, следует отнести содержание сульфатов (r=0,99), валового (r=0,89) и (r=0,85), обменного калия (r=0,87), гумуса (r=0,83), серы (r=0,87), марганца (r=0,81), стронция-90 (r=0,95). Цезий-137 имеет сильную отрицательную корреляционную связь с медью (r= -0,72) и свинцом (r= -0,77). Наблюдается сильная положительная корреляционная связь между содержаниями стронция-90 и сульфатов (r=0,87), гумуса (r=0,77), валового содержания калия (r=0,77), серы (r=0,76) и отрицательная корреляционная связь содержаний стронция-90 и хлора (r= - 0,77).

Чернозем типичный. Необходимо отметить сходность корреляционных связей цезия-137 и стронция-90 с физико-химическими характеристиками чернозема типичного. Между содержанием цезия-137, стронция-90 и гумуса, валового и , катионов магния с такими элементами, как цинк, сера в почвенном профиле естественных экосистем чернозема типичного наблюдается сильная положительная корреляционная связь (r=0,76–0,98). Цезий-137 статистически значимо коррелирует со стронцием-90 (r=0,90), с содержанием сульфатов (r=0,70), катионов магния (r=0,75), валового (r=0,88) и (r=0,98), гумуса (r=0,85), цинка и серы (r=0,97), марганца (r=0,73). Между содержанием стронция-90 и физико-химическими характеристиками чернозема типичного наблюдается сильная положительная корреляционная связь с катионами магния (r=0,76), валового (r=0,89) и (r=0,82), гумуса (r=0,91), цинка (r=0,85), серы (r =0,91), марганца (r=0,90).

Темно-каштановая почва. Цезий-137 статистически значимо коррелирует с такими физико-химическими характеристиками почвы, как содержание сульфатов (r=0,71), рН (r= -0,89), (r= -0,83), катионов калия (r=0,76), валового (r=0,80) и (r=0,76), гумуса (r= 0,89), и такими элементами, как медь (r= -0,73), марганец (r=0,77), свинец (r= - 0,83), ртуть (r=0,71) и кадмий (r= -0,76). Между содержанием стронция-90 в профиле темно-каштановой почвы и физико-химическими характеристиками почв значимой корреляционной связи не обнаружено, за исключением таких элементов, как сера (r=0,91), фтор (r= -0,71), кобальт (r= -0,71), мышьяк (r= -0,72).

Чернозем южный. Между содержанием цезия-137 и содержанием валового (r=0,85) и обменного калия (r=0,91) в почвенном профиле естественных экосистем чернозема южного наблюдается сильная положительная корреляционная связь. Стронций-90 статистически значимо коррелирует с катионами магния (r= -0,75), калия (r=0,76) и суммой катионов (r= - 0,71).

Чернозем южный неполноразвитый щебневатый. К числу свойств почв, имеющих очень сильную положительную корреляционную связь с содержанием Cs-137 в почвенном профиле чернозема южного неполноразвитого щебневатого, следует отнести содержание сульфатов (r=0,93), сумму анионов (r=0,79) и катионов (r=0,79), катионов калия (r=0,99), валового (r=0,98) и (r=0,89), гумуса (r=0,80), а также с содержанием следующих элементов: меди (r=0,73), цинка (r=0,87), кобальта (r=0,71) и свинца (r=0,78). Стронций-90 статистически значимо коррелирует с содержанием сульфатов (r=0,93), карбонатов (r= -0,73), суммы анионов (r=0,75) и катионов (r=0,75), катионов калия (r=0,96), валового (r=0,99) и (r=0,91), гумуса (r=0,87), а также с содержанием следующих элементов: медь (r=0,73), цинк (r=0,92), кобальт (r=0,73) и свинец (r=0,84).

Для всех исследуемых типов почв характерна очень сильная положительная корреляционная связь (r =0,90–0,99) между содержанием Cs-137 и Sr-90 в почвенном профиле.

Для изучения особенностей накопления радионуклидов цезия-137 и стронция-90 растениями использовали 14 видов растений, произрастающих на исследуемых типах почв.

Следует отметить, что концентрация радионуклидов цезия-137 и стронция-90 в растениях до 1,5 раз может превышать концентрацию радионуклидов в верхнем (0 – 5 см) слое почвы.

Содержание в растениях цезия-137 варьировало от 2,0 до 39,1 Бк на кг сухой массы. Для стронция-90 наблюдается меньшая интенсивность накопления растениями в отличие от цезия-137. Стронций-90 обнаружен в растениях в пределах от 2,1 до 12,3 Бк на кг сухой массы.

Концентрация радионуклидов цезия-137 и стронция-90 в растениях, произрастающих на исследуемых типах почв, характеризуется следующими максимальными и минимальными значениями.

Чернозем обыкновенный. Максимальная концентрация цезия-137 (Бк/кг сухой массы) наблюдается в полыни обыкновенной - 23,3 и пижме - 19,4. Минимальное содержание цезия-137 отмечается в пшенице – 2. Максимальная концентрация стронция-90 (Бк/кг сухой массы) наблюдается в полыни обыкновенной – 8,9, минимальное содержание отмечается в пшенице – 2,2 и ржи – 2,1.

Чернозем типичный. Максимальное содержание цезия-137 (Бк/кг сухой массы) наблюдается в пижме – 24,8 и подсолнечнике – 21,4. Минимальная концентрация цезия-137 соответствует пшенице – 2,5. Максимальная концентрация стронция-90 (Бк/кг сухой массы) наблюдается в пижме – 9,4, минимальное содержание отмечается в пшенице – 2,1 и ржи – 2,4.

Чернозем южный неполноразвитый щебневатый. Максимальное содержание цезия-137 (Бк/кг сухой массы) отмечается в растениях: пижма – 39,1, эспарцет и подсолнечник – 29,8. Минимальное содержание цезия-137 отмечается в ковыле – 2,2. Максимальная концентрация стронция-90 (Бк/кг сухой массы) наблюдается в пижме – 12,3 и вейнике наземном – 11,3, минимальное содержание отмечается в ковыле – 2,5.

Темно-каштановая почва. Максимальная концентрация цезия-137 (Бк/кг сухой массы) наблюдается в полыни обыкновенной и пижме – 22,0. Минимальное содержание цезия-137 отмечается в растениях: пшеница – 3,5, овсюг – 3,2, овес – 3,9. Максимальная концентрация стронция-90 (Бк/кг сухой массы) наблюдается в пижме – 7,7, минимальное содержание отмечается в растениях: кострец безостый, овес – 2,2.

Чернозем южный. Максимальное содержание цезия-137 (Бк/кг сухой массы) наблюдается в пижме – 25,9 и полыни обыкновенной – 26,6. Минимальная концентрация цезия-137 соответствует ковылю – 2,1. Максимальная концентрация стронция-90 (Бк/кг сухой массы) наблюдается в шалфее – 9,1, пижме – 8,8, минимальное содержание отмечается в растениях: ковыль, рожь – 2,2.

Анализ результатов расчета коэффициентов накопления цезия-137 и стронция-90 биомассой растений показал, что цезий-137 поглощается растениями более интенсивно и изменяется от 0,12 до 2,20 для цезия-137, для стронция-90 – от 0,18 до 1,00. Радионуклиды цезия-137 и стронция-90 интенсивнее накапливаются растениями, произрастающими на черноземе южном неполноразвитом щебневатом, и меньшая интенсивность накопления отмечается в темно-каштановой почве.

На основании данных коэффициентов накопления все исследуемые растения по интенсивности аккумуляции цезия-137 и стронция-90 можно расположить в убывающие ряды. Например, шкала аккумуляции цезия-137 растениями для чернозема обыкновенного представлена на рисунке 1.

 1,84 0,12 Шкала аккумуляции Cs-137 растениями для чернозема обыкновенного -61

1,84 0,12

Рис.1. Шкала аккумуляции Cs-137 растениями для чернозема обыкновенного

Результаты корреляционного анализа по установлению связи между физико-химическими свойствами почв и содержанием радионуклидов Cs-137 и Sr-90 в растениях показали следующее. Например, в полыни обыкновенной содержание цезия-137 статистически значимо коррелирует с такими почвенными характеристиками, как , рН почвы, содержание валового; содержание стронция-90 тесно коррелирует с хлором, катионами натрия, калия и с такими элементами, как цинк, фтор. В тысячелистнике содержание цезия-137 статистически значимо коррелирует с катионами кальция, суммой катионов, , суммой анионов, % солей, хромом и свинцом; содержание стронция-90 статистически значимо коррелирует с хлором, % солей, серой, хромом, марганцем.

Для всех растений отмечаются значимые корреляционные связи между содержанием радионуклидов цезия-137 и стронция-90 в растении и их содержанием в корнеобитаемом слое почвы.

В диссертации автором предлагается алгоритм технологии восстановления почв степной зоны, загрязненной радионуклидами, представленный на рисунке 2. Сущность технологии заключается в использовании метода фитомелиорации, в сочетании химических и микробиологических факторов воздействия на почву и растения. Технология фитомелиорации направлена на восстановление почвы и устранение загрязнений радиоактивными элементами. Данная технология масштабна, ее можно успешно применять в качестве активного средства очистки от радионуклидов на обширных территориях, подвергшихся загрязнению, без необходимости снятия, переноса и переработки почвы и механического воздействия не нее.

Технология очистки почв от радионуклидов состоит из следующих этапов.

1. Определение типа и физико-химических свойств почвы на загрязненной территории.

2. Выбор группы растений-сорбентов с максимальной интенсивностью аккумуляции радионуклидов цезия-137 и стронция-90, характерных для данного типа почвы. Для выбора растений-сорбентов используем данные рядов интенсивности аккумуляции радионуклидов цезия-137 и стронция-90 растениями. Перед непосредственным переносом в почву семена растений-сорбентов подвергаются обработке водной суспензией препарата Azotobacter chroococum.

3. Обработка почвы водным раствором солей нитрата аммония с последующей посадкой семян растений-сорбентов.

4. Повторная обработка почвы водным раствором солей нитрата аммония в период активного созревания и развития выращиваемых растений.

5. Сбор корневой и наземной части растений, с последующим высушиванием.

6. Утилизация.

Технология позволяет, сохраняя естественную структуру почвы, перемещать, перекачивать радионуклиды из почвы в биомассу растений, тем самым понижая содержание радиоактивных элементов в почве. На загрязненных участках предполагается выращивание специально подобранных видов растений, обладающих свойством накапливать значительное количество радионуклидов, для извлечения из почвы радионуклидов корневой системой и максимального концентрирования их в наземной биомассе и последующей ее уборке и утилизации.

Технология предусматривает обработку смеси семян растений–сорбентов водной суспензией препарата Azotobacter chroococum перед переносом их в почву для окончательного выращивания, которые распространяются от семян на молодые корни, продолжая свою деятельность.

Рис. 2. Алгоритм технологии восстановления почв степной зоны, загрязненных цезием-137 и стронцием-90

Применение в предлагаемом способе активных микроорганизмов, таких как Azotobacter chroococum (азотобактерина), относящихся к классу аэробных бактерий, способствует фиксации азота и улучшению азотного питания растений, стимулирующих прорастание семян растений, ускорению их роста и значительному сокращению вегетационного периода.

Азотобактерин обладает способностью продуцировать биологически активные вещества – никотиновую и пантотеновую кислоты, пиридоксин, биотин, гетероауксин, гиббереллин и ряд других соединений (Мишустин, Емцев, 1987). Его положительное действие на растения связано с поступлением в растения вырабатываемых микроорганизмом биологически активных соединений – витаминов и стимуляторов роста. Азотобактерин вырабатывает фунгистатическое вещество – антибиотик, активный против значительного числа фитопатогенных грибов, задерживающих рост растений (Никитина, 1979).

Для интенсификации процесса очистки почвы предлагаемый способ очистки почвы от радионуклидов включает внесение в нее неорганических соединений. Перед высаживанием растений-сорбентов зараженный слой почвы необходимо обработать водным раствором солей нитрата аммония. В период активного созревания и развития выращиваемых растений почву повторно обрабатывают вышеуказанным раствором, а по достижении максимальной сезонной биомассы осуществляется удаление растительного покрова и корневой системы растений. Сбор биомассы и корневой системы растений необходимо проводить в конце периода созревания семян.

Известно, что азотные удобрения, особенно физиологически кислые, способствуют накоплению цезия-137, стронция-90 и большинства изученных радионуклидов в два раза и более (Гулякин, Юдинцева, 1968; Пристер, Лощилов, 1991). Обработка почвы растворами неорганического соединения не только способствует переводу радионуклидов в растворимые формы, поддерживая их в таком состоянии в течение длительного времени, но и способствует повышению содержания в почве гуминовых кислот, благодаря наличию - групп (Романовский, Кавтун, 1994).

Использование в предлагаемом способе водных растворов нитрата аммония и микроорганизмов позволит интенсифицировать переход радионуклидов в растворимые формы для усвоения корневой системой растений, получения максимальной биомассы растений, аккумулирующих радионуклиды, и значительного сокращения вегетационного периода.

Процесс получения биомассы с использованием приведенной технологии позволяет повторять данный метод очистки многократно, в том числе и в пределах одного сезонного периода, пока содержание радионуклидов в почве не достигнет допустимых значений, после чего почва станет пригодной для использования в сельскохозяйственных целях.

Собранную биомассу и корневую систему растений необходимо утилизировать. Вследствие того, что утилизации подлежат большие объемы массы, ее подвергают термической обработке - сушке.

Традиционный способ утилизации заключается в сжигании отработанной биомассы растений, использованных для извлечения радионуклидов. Недостатком данного способа являются большие потери и выброс радионуклидов в окружающую среду при сжигании.

Термическую обработку биомассы осуществляют путем ее сушки в условиях естественной конвекции при температуре воздуха не выше 90 – 95 0С. Нагревание воздуха до температуры сушки биомассы осуществляют путем плавного повышения температуры воздуха со скоростью не выше 2 0С/мин (Мареев, Промыткин, Ховрычев, 1995). Данные условия сушки позволяют предотвратить местный перегрев и локальное вскипание сырой биомассы, что не приводит к выбросу активности в окружающую среду в процессе этой обработки. Высушенную, сконцентрированную в малые объемы биомассу растений, содержащую сорбированные радионуклиды, подвергают захоронению.

В пятой главе предложена методика оценки поступления радионуклидов в растения, учитывающая комплекс физико-химических показателей почв. На рис.3 представлена общая схема методики определения содержания радионуклидов в растениях на основе алгоритма самоорганизации. Данная методика основана на построении регрессионных зависимостей содержания Cs-137 в растениях от физико-химических показателей почв.

В геоэкологии для оценки поступления радионуклидов в растения применяют различные показатели, такие как коэффициент накопления, учитывающий концентрационные отношения радионуклидов в растении и в почве, коэффициент пропорциональности, который соотносит концентрацию радионуклидов в растениях к площадному загрязнению почвы.

 Общая схема методики определения содержания радионуклидов y в растениях на-67

Рис. 3. Общая схема методики определения содержания радионуклидов y в растениях на основе алгоритма самоорганизации

Для оценки поступления радионуклидов Cs-137 и Sr-90 был предложен ряд показателей, учитывающих зависимость поведения этих радионуклидов от концентрации в почве их химических аналогов – и , с учетом их сходства с химической точки зрения. Отношение содержаний Sr-90 и получило название стронциевые единицы, Cs-137 и – цезиевые единицы (Алексахин, 1992).

По результатам проведенных исследований, коэффициент накопления радионуклидов Cs-137 и Sr-90 для одного вида растения значительно меняется в зависимости от типов почв. Коэффициент накопления и другие показатели, в основе которых лежат линейные зависимости концентраций радионуклидов в смежных средах, не позволяют сделать однозначные выводы об аккумуляции радионуклидов растениями. Следовательно, при оценке поступления радионуклидов в растения необходимо учитывать комплекс физико-химических показателей почв (Ефремов, Рахимова, 2005).



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.