Статьи

Цель работы — обобщить имеющиеся в научной литературе данные по значениям изотопного соотношения ¹³⁷Cs/¹³³Cs в почвах и растительном покрове лесных экосистем на радиоактивно загрязненных и фоновых территориях. Представленные в радиоэкологических исследованиях значения удельной активности ¹³⁷Cs и концентрации ¹³³Cs унифицированы с помощью расчета молярного соотношения этих изотопов. На основе обобщенных литературных сведений показано, что значения ¹³⁷Cs/¹³³Cs в почвах, лесных подстилках и растительности увеличиваются на радиоактивно загрязненных территориях. В фоновых регионах, подверженных только глобальным радиоактивным выпадениям, изотопное соотношение ¹³⁷Cs/¹³³Cs составляет около 0,1–1,0 (× 10^-8), тогда как в зоне чернобыльских выпадений повышается в 1000–100000 раз. Изотопное соотношение ¹³⁷Cs/¹³³Cs уменьшается вниз по профилям почв в различных лесных экосистемах. Пространственное варьирование соотношения ¹³⁷Cs/¹³³Cs в подстилках связано с разнообразием экотопов в лесных биогеоценозах. Выравнивание значений соотношения ¹³⁷Cs/¹³³Cs в растительном покрове и верхних почвенных горизонтах указывает на достигнутое равновесие техногенного ¹³⁷Cs с природным стабильным ¹³³Cs в биогеохимическом цикле этого элемента. В сравнительном исследовании выявлено, что изотопное соотношение ¹³⁷Cs/¹³³Cs возрастает в следующем ряду представителей растительного покрова: Bryophyta < Sorbus aucuparia < Lichenes < Russula vesca < Frangula alnus < Polypodióphyta. Для грибов отмечены межвидовые различия в следующем возрастающем ряду по изотопному соотношению Cs¹³⁷/Cs¹³³: Lactarius deliciosus < Sarcodon scabrosus < Suillus bovinus < Tricholoma saponaceum < Lepista nuda < Russula delica < Macrolepiota excoriata. Для эталонного вида хвойных деревьев — Pinus sylvestris — изотопное соотношение ¹³⁷Cs/¹³³Cs на загрязненном чернобыльскими выпадениями лесном участке Брянской области возрастает в следующем ряду компонентов: корни < крупные ветви < древесина ствола < хвоя < мелкие ветки < шишки.

Дается обзор результатов многолетних исследований миграции радионуклидов аэральных выпадений в составе лизиметрических вод. Рассматриваются особенности лизиметрических исследований на различных этапах развития радиоэкологии. Отмечается, что применение лизиметров долгое время ограничивалось низкими уровнями активности радионуклидов в почвенных растворах и масштабные исследования начались после чернобыльских выпадений (1986). Показано, что наибольший выход радионуклидов в лизиметрические воды происходит в лесных, в особенности хвойных фитоценозах, наименьший — в луговых и агрофитоценозах. В многолетней динамике максимальная интенсивность миграции радионуклидов в составе лизиметрических вод отмечается в начальный период после радиоактивных выпадений, в сезонной — в летний. Оценен вклад гравитационного стока в перераспределении радионуклидов в почвенном профиле. Из горизонта лесной подстилки годовой вынос варьирует от десятых долей до единиц процентов, а из слоя 0–20 см — от сотых до десятых долей процентов от общего запаса радионуклидов в этих слоях. Относительный вынос ⁹⁰Sr значительно опережает таковой ¹³⁷Сs. В почвенном растворе от 70 до 90% радионуклидов (⁹⁰Sr, ¹³⁷Сs, ²³⁸Pu, ^239+240Pu и ²⁴¹Am) находятся в форме радионуклид-органических соединений различных молекулярных масс.

Изучено экологическое состояние почв семи наиболее посещаемых рекреационных зон, рассредоточенных по г. Москве: национальный парк «Лосиный остров», Парк Победы на Поклонной горе, парк-усадьба «Останкино», парк культуры и отдыха «Сокольники», парк культуры и отдыха «Измайлово», природно-исторический парк «Кузьминки-Люблино» и музей-заповедник «Царицыно». Почвенные образцы были отобраны летом в 2018 г. в трех точках в пределах каждого парка. В отобранных образцах методами нейтронного активационного анализа и атомно-абсорбционной спектрометрии были определены 38 химических элементов (Na, Si, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, As, Br, Rb, Sr, Mo, Sb, Cs, Ba, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Tm, Yb, Hf, W, Au, Th, U, Cd, Pb и Cu). В результате проведения санитарно-гигиенической и эколого-геохимической оценки почв были обнаружены незначительные превышения ОДК элементов 1-го класса опасности (As, Cd, Zn). Были определены категории загрязнения почв посредством расчета суммарного показателя загрязнения. Умеренно опасная категория загрязнения почв элементами 1–3-го классов опасности выявлена на территории парков «Сокольники», «Измайлово» и Парка Победы на Поклонной горе. Суммарный показатель загрязнения, рассчитанный с учетом всех следовых элементов, указывает, что более 50% исследуемых участков относятся к опасной категории загрязнения. Значительный вклад вносят Sb, Th, Tb_, Cs, Hf. Наибольшее загрязнение выявлено в почвенных образцах, отобранных на территории Восточного административного округа в парках «Сокольники», «Измайлово». 

На территории России площади нефтезагрязнененных почв составляют десятки тысяч гектар. Однако до настоящего времени отсутствуют единые подходы к оценке состояния загрязненных почв и нормированию содержания нефти и нефтепродуктов в почвах. Отклик растений в вегетационном опыте может дать важные результаты нормирования содержания нефтепродуктов в почвах земель сельскохозяйственного назначения. В работе дается оценка реакции высших растений как маркера направленности и интенсивности биологических процессов в почвах в вегетационном опыте в условиях нефтезагрязнения для обоснования нормативов допустимого остаточного содержания нефтепродуктов (ДОСНП) в почвах земель сельскохозяйственного назначения. Исследованы состав и свойства черноземов выщелоченных (Чв), южных (Чю) и типичных (Чт), используемых в вегетационном опыте, который проводился спустя месяц после внесения сырой серосодержащей нефти в почвы. В эксперименте оценено влияние разных доз нефти на биопродуктивность пшеницы и гороха. Пшеница по показателю сухой биомассы проявила большую чувствительность к загрязнению нефтью, содержащей преимущественно средние и тяжелые фракции, нежели горох. При нормировании содержания нефти в черноземах применена нелинейная модель регрессии, описываемая логистической кривой. Величина норматива качества, установленная по биомассе пшеницы, равна 0,9; 0,4; 1,0 г·кг^-1 для Чв (содержание гумуса ~ 9,8%, легкосуглинистого состава); Чю (содержание гумуса ~ 7,6%, тяжелосуглинистого состава); Чт (содержание гумуса ~ 12,8%, среднесуглинистого состава) соответственно. ДОСНП, принимаемое как 30% изменения функционирования почв, что соответствует уровню риска наступления ее деградации, оцененному по параметру плодородия почв — сухой биомассы пшеницы, составляет для Чт 1,2 г·кг^-1; Чю — 0,5 г·кг^-1; Чв — 1,1 г·кг^-1. 

В отличие от традиционного индекса сродства лантанидов к фазам-носителям рС_Ln, предложен новый показатель сродства лантанидов к фазам-носителям А_Ln в почве. Новый показатель сродства имеет критическое значение А_{Ln-критическое} = 1 и способен к сравнению фаз, извлекаемых с помощью реактивов с разной «химической силой». При А_Ln > 1 фаза обогащена лантанидами, а при А_Ln < 1 фаза ими обеднена. Показатель сродства лантанида А_Ln показал свое преимущество перед принятым индексом рС_Ln при анализе почв России и Швеции. 

Солевые новообразования различных по гранулометрическому составу приморских солончаков осушенного дна в юго-западной части Аральского моря изучали рентгенфлюоресцентным, электронно-микроскопическим, седиментационным методами анализа и лазерной дифрактометрии. Поверхностные слои почв песчаного и глинисто-пылеватого состава значительно засолены и обогащены CaCO₃. Распределение CaCO₃ по площади достаточно однородно, что свидетельствует об относительно близких условиях его образования при осушении. Содержание солей варьирует от 3,1 до 5,8% в глинисто-пылеватых почвах и от 0,4 до 1,2% в песчаных. Наибольшей засоленностью характеризуются глинисто-пылеватые почвы, где помимо гипса и галита образуются легкорастворимые соли — эугстерит (2Na₂SO₄^.CaSO₄^.2H₂O), астраханит (Na₂SO₄^.MgSO₄^.4H₂O) и мирабилит (Na₂SO₄^.10H₂O). Выявлен темплатный механизм аккумуляции CaCO₃ в почвах. Результат взаимодействия CaCO₃ с твердой фазой отложений зависит от их гранулометрического состава, который определяет преимущественный размер частиц и, соответственно, число центров кристаллизации. В песчаных почвах при малом числе центров кристаллизации происходит образование CaCO₃-кутан разной степени устойчивости и покрытия поверхности песчаных зерен. В глинисто-пылеватых почвах при большом количестве центров кристаллизации в стесненных условиях для роста кристаллов осаждение CaCO₃ приводит к образованию молекулярных кластеров, которые связывают глинистые и пылеватые частицы в CaCO₃-микроагрегаты. Установлена причина повышенной активности солевых новообразований в процессах эолового переноса: этому переносу и, соответственно, засолению прилегающих территорий способствует блокировка кальцитом центров адсорбции в глинах, что предотвращает связывание растворимых солей в глинисто-солевых микроагрегатах.

Биотестирование является востребованным методом для оценки экотоксикологического состояния раз- личных компонентов городских экосистем — почвы, воды и воздушной среды. Однако мало известно о потенциале применения биотестирования для оценки экотоксичности городской пыли. Она представляет собой сложную гетерогенную субстанцию из веществ естественного и техногенного происхождения, многие из которых являются доказанными токсикантами по отношению к живым организмам. Цель данного обзора — рассмотрение существующих практик применения биотестирования для оценки экотоксичности городской пыли и выявление ключевых тенденций развития метода. Анализ существующих публикаций показал, что методы биотестирования имеют высокий потенциал, так как они чувствительны к широкому спектру поллютантов, присутствующих в пыли, способны дифференцированно отражать поведение токсикантов в зависимости от факторов среды и могут быть реализованы с использованием организмов разных трофических уровней. При выборе конкретного способа биотестирования важно учитывать такие характеристики анализируемых образцов пыли, как доступная масса, смачиваемость, рH, содержание водорастворимых ионов и органического вещества. Учитывая сложность состава пыли и различный потенциал перехода ее компонентов в водные экстракты, рекомендуется использовать аппликатные способы биотестирования, реализуемые непосредственно на твердых пылевых субстратах. Для всесторонней оценки воздействия пыли на городскую экосистему целесообразно проводить биотестирование с использовани- ем набора организмов разных трофических уровней. Представляется своевременной задачей разработка стандартов по биотестированию пыли с целью унификации получаемых результатов. Одним из наиболее важных вопросов, требующих первоочередного решения, является вопрос выбора контроля.

В статье рассматриваются современные подходы к учету неоднородности свойств почвенного покрова. На опытном поле при помощи спутниковых снимков и разновременных индексов EVI были выявлены микроучастки площадью от 50 до 200 м2 с существенно пониженным уровнем эффективного плодородия, вплоть до гибели растений, была разработана сет ка отбора проб. В ходе проведения полевых работ было отобрано 214 проб с дальнейшим определением pHKCl с шагом пробоотбора 70 м и 53 дополнительные пробы в «проблемных зонах». При помощи методов геостатистики были получены данные о пространственной неоднородности pHKCl, оценены степень пространственной зависимости и точность полученных результатов при различных выборках (107, 216 и 268 точек). Дальнейшее использование стохастического моделирования позволило построить высокоточные картограммы кислотности с разрешением 4 и 12 м на пиксель, при этом показана нецелесообразность использования ячеек, размер которых меньше, чем ширина обрабатывающего устройства, для прикладных задач точного земледелия. Были получены вероятностно-статистические модели, представленные картограммами среднеквадратических ошибок и вероятности явления. Полученные картограммы показали наличие очень сильнокислых почв в «проблемных зонах», высокая кислотность, также обуславливает налич ие соединений токсичного алюминия и экстремально низкие содержания кальция и магния, что в совокупности приводит к отсутствию всходов культурной растительности. Детальный учет кислотности почв по сравнению с классическим агрохимическим обследованием обеспечил экономию на внесении СаСО3 2807 долларов США, что позволило полностью компенсировать дополнительные затраты на отбор и анализ большего количества образцов