Wpływ wgłębnego umieszczenia warstwy skażonej strontem-90 i cezem-137 na przemieszczanie się radionuklidów w profilu glebowym i skażenie plonów

R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T . X X X I X N R 3 W A R S Z A W A 1988 S. 91-104

JE R Z Y S IE N K IE W IC Z , JO Z E F G L A B IS Z E W S K I, J A C E K K IE P U L , B O R Y S H R Y Ń C Z U K

W PŁY W W GŁĘBNEGO UM IESZC ZEN IA W ARSTW Y SK A ŻO N EJ

STRONTEM -90 I CEZEM-137 NA PR ZEM IESZCZA N IE SIĘ

RA DION UK LID ÓW W PR O FIL U

GLEBOW YM I SK A ŻEN IE PLO NÓ W

Z a k ła d U p ra w y R o li IU N G w J e lc z u -L a s k o w ic a c h

W S T Ę P

P oznanie szybkości przem ieszczania się w głąb profilu glebow ego r a ­

dionuklidów o długim półokresie trw a n ia m a istotne znaczenie dla celów

prognostycznych p rzy o kreślaniu w ielkości skażeń profilu glebowego i ro ­

ślin u praw n ych. B adania tego ty p u stanow ią też przyczynek do poznania

c h a ra k te ru fizykochem icznych procesów przebiegających w glebie, decy­

du jących o tem pie, w jakim rad io n u k lid y te p rzed ostają się z gleby do

wód grunto w ych . Szybkość przem ieszczania się w glebach poszczegól­

nych radio nu k lidó w może m ieścić się w bardzo szerokich granicach i za­

leży od różnorodnych czynników siedliska [14].

N ajw iększe zagrożenie dla środow iska, ze w zględu n a długi półokres

rozpadu, m ają stro nt-9 0 i cez-137. Z tego też w zględu ty m rad io n u k li­

dom pośw ięca się najw ięcej uw agi. N iek tó rzy autorzy, z a jm u ją c y się

w pływ em różnych zabiegów agrotechnicznych na skażenie roślin, u w a ­

żają głęboką orkę za jeden z czynników m o dy fikujących m igrację radio­

nu klidó w w głąb gleby, a przez to zm ieniających poziom skażeń roślin

[И].

Celem niniejszej pracy było określenie szybkości przem ieszczania się

stro n tu -9 0 i cezu-137 w pro filu gleby b ru n a tn e j i czarnej ziem i w za­

leżności od głębokości um ieszczenia w a rstw y skażonej (sym ulow ana głę­

boka orka m elio racy jn a z zapłużkiem ). S taran o się rów nież określić w pływ

tego przem ieszczenia n a n agrom adzanie się obu radionuklidów w plonach

roślin u p raw nych.

M E T O D Y K A D O Ś W IA D C Z E Ń

D ośw iadczenia prow adzono w lata ch 1973-1980 w lizy m etrach o głę­

bokości 80 cm i pow ierzchni pod u p raw ę w ynoszącą 0,5 m 2. L izy m etry ,

usytuo w ane na w olnym pow ietrzu pod siatką, napełniono glebą z zacho­

92 J. Sienkiewicz i inni

w aniem n a tu ra ln e g o p rofilu (0-30 cm w a rstw a om a, 30-80 cm podglebie).

W okresach posusznych ro ślin y podlew ano w odą w daw kach 20 m m n a li-

zy m etr (60-100 m m rocznie), rek o m p en su jąc w ten sposób b rak podsiąku

(tab. 1). Do doświadczeń użyto gleby b ru n a tn e j o składzie gran u lo m etry

cz-T a b e la 1 Sumy opadów (w mm) roczne i w okresie wegetacyjnym w latach 1973-1980 dla Jelcza-Laskowic oraz dodatkowe dawki wody w okresach posusznych (w mm na 1 lizymetr) Średnia wieloletnia

za 50 lat = 571 mm

A nnual and growing season precipitation (mm) in 1973-1980 for Jelcz-Laskowice and additional water rates in drought periods (in mm per 1 lysimeter) M any-year mean for 50 years = 571 mm

! R ok Y ear Suma roczna A nnual sum 1

Suma za okres wegetacyjny (IV -IX )

Sum for growing season (April-Sept.)

D odatkow e dawki wody A dditional w ater rates

1973 536,2 355,8 80 1974 667,9 359,6 80 1975 558,7 344,4 80 1976 544,2 304,9 100 1977 622,2 427,7 60 1978 606,2 473,8 60 1979 556,5 336,5 80 1980 600,9 452,2 60

n y m piasku gliniastego mocnego, o zaw artości w w a rstw ie orn ej 16%

części spław ialnych, oraz czarnej ziem i o składzie g ran u lo m etry czn y m

g liny ciężkiej, o zaw artości 55% części spław ialnych (tab. 2).

Ś red n ia zaw artość w ęgla ógólnego w ynosiła odpow iednio 0,7 i 1,7% ,

a zaw artość К przysw ajaln ego (wg E gnera-R iehm a) w ynosiła 8,8 i 20,3 m g

oraz P p rzysw ajalnego 4,7 i 13,7 m g w przeliczeniu n a 100 g gleby.

G leba b ru n a tn a m iała odczyn kw aśny, a czarna ziem ia zbliżony do obo­

jętnego.

Do gleb w prow adzono jednorazow o w 1973 r. ro ztw o ry w odne rad io ­

n uklidów o aktyw nościach odpow iadających skażeniom 9,25 M Bq 90S r

i 9,25 M Bq 137Cs na 1 m 2 pow ierzchni. R oztw ory rad io ak ty w n e w ym ie­

szano z 2 i 20 cm w a rstw ą gleby oraz 10 cm w arstw ą, k tó rą um ieszczono

n a głębokości 40-50 lub 60-70 cm, co sym ulow ało przem ieszczenie skażo­

n ej pow ierzchniow o w a rstw y n a w iększą głębokość za pom ocą pługa m e­

lioracyjnego z zapłużkiem . W arstw ę gleby 0-2 cm skażonej rad io n u k lid a­

m i zw apnow ano w 1973 r. w ęg lan em w ap nia w ilości 0,89 t/h a CaO {co

odpow iadało 0,5

H h

w w a rstw ie gleby 0-20 cm) oraz pozostałe o b iek ty

daw ką 8,92 t/h a CaO (5

H h

w w a rstw ie gleby 0-20 cm). D ośw iadczenia

prow adzono w trzech pow tórzeniach w n astę p u jąc y c h zm ianow aniach:

i-T a b e l a 2

Niektóre właściwości fizyczne i chemiczne użytych do doświadczeń gleb Some physical and chemical properties o f the soils under study

i P _j1

_K

C a Gleba Soil Głębokość 1 Depth j cm

Procentowa zawartość frakcji o średnicy w mm

Per cent of fractions of mm in dia i pH

c

: ogółem Total С о/_/о mg/100 g gleby wg Egnera m g/l 00 g of soil after mg/100 g ! gleby wymienny mg/100 g o f soil excha­ 1 1-0,5 |0,5-0,25 j0,25-0,1 10,1-0,05 1 0,05-0,02 1 0,02-0,006 |0,006-0,002| < 0,002 ! H 20 j KCl Egner ngeable Gleba brunatna Brown soil ii 0-30 30-80 i i ! 3,3 3,3 18,3 26,0 i 24,4 ' 28,7 1 i 24 15 j 15 14 6 4 i

i

i 6 6

1

5,6 6,5 i 4.9 5.9 0,72 0,58 4’73,7 8,8 5,2 4,1 ! 4,2 j Czarna ziemia 0-30 1,8 11,7 1 6,5 3 22 25

₁₁

19 7,3 6,6 1,71 13,7 20,3 35,2 Black 30-80 4,5 21,6 3,9 7 18 21

9

15 i1 7’6 6,7 0,94 j I 5,9 i 18,8 36,5 earth

_{_}

_{____}

_j!1

_{_____}

i i i

94 J. Sienkiewicz i inni

czyna czerw ona, 1976 r. ziem niaki, 1977 r. pszenica jara, 1978 r.

k u k u ry d za na ziarno, 1979 r. pszenica ozima, 1980 r. p eluszka

n a zielonkę.

II. L ata 1973-1977 ra jg ra s angielski, n astęp n ie liz y m e try te zlikw ido­

wano.

Glebę w lizy m etrach po sprzęcie roślin (z w y ją tk ie m rajg rasu ) p rze­

kopyw ano co roku na głębokość 20 cm, m ieszając ją jednocześnie z n a ­

wozam i. Naw ożenie podstaw ow e było jednakow e pod w szystkie ro śliny

i w ynosiło w przeliczeniu na 1 ha: N — 25 kg, P — 26,4 kg i К — 58,1 kg.

D odatkow e pogłów ne naw ożenie azotem (z w y ją tk ie m koniczyny i pe-

luszki) stosow ano w dwóch daw kach po 25 kg/ha. Ziem niaki u p raw ian e

w 1976 r. nawożono dodatkow o obornikiem w ilości odpow iadającej

w przeliczeniu 20 t/h a. R ajg ras u p raw ia n y w latach 1973-1977 nawożono

corocznie pogłównie.

Z każdego lizy m etru pobierano co roku jesienią po jedn ej próbce

glebow ej p rzy sprzy jającej w ilgotności gleby (po niezbyt in ten sy w n y m

opadzie deszczowym) z całej głębokości lizy m etru za pomocą św idra

glebowego. W yjętą z profilu glebę dzielono n a 1-centym etrow e odcinki,

stanow iące m ate ria ł w yjściow y do analizy radiochem icznej. M iejsce po­

b rania próbki z liz y m e tru oznakow ano w sposób um ożliw iający jego lo­

kalizację, a p ustą p rzestrzeń po pob ran ej próbce uzupełniano odpow ied­

nią glebą. P o b rane do analizy próbki przesiew ano przez sito o śred nicy

oczek 1 mm. N astępnie 3 g naw ażki pow ietrznie suchej gleby spalano

w te m p e ra tu rz e 450°C i po w ystygnięciu rozpuszczano w 6N HC1. M eto­

da ta, w edług Domnicza [1], pozw ala n a w y ek strah o w an ie z gleby średnio

87% całkow itej zaw artości Sr-90 i 67% Cs-137, n ato m ia st z m ateriału

roślinnego praw ie całej ilości obu rad io p ierw iastkó w [28, 29]. Po u su n ię­

ciu chlorków przez 2-k rotne odparow anie w 6N H N 0 3, cez-137 w y ch w y ­

tyw ano n a złożu AM P (sól am onow a kw asu fosforow om olibdenow ego)

[21]. S tront-90 oznaczono m etodą w ydzielania w apniow ców drogą w y trą ­

cania szczaw ianów [13]. A ktyw ność złoża i osadu m ierzono licznikiem

G eigera-M üllera w spó łpracu jący m z zestaw em ZM 701, zgodnie z zale­

ceniam i in stru k c ji obsługi [30]. W podobny sposób oznaczono rad io n u k li­

dy stro n tu i cezu w m ateriale roślinnym . B łąd sta ty sty c z n y pom iaru nie

przekraczał 8°/o przy sk ra jn ie niskich zliczeniach, a przeciętnie w ynosił

1%. Dla uzyskanych w yników z pom iarów radio m etry czny ch, dotyczą­

cych przem ieszczania się Sr-90 i Cs-137 w glebie oraz skażeń plonów,

obliczano przedział ufności dla średniej a ry tm ety czn ej [2].

W Y N IK I

W celu określenia w pływ u opadów deszczowych na przem ieszczanie

się radionuklidów w glebie, podano sum y opadów rocznych i w okresach

Przemieszczanie się radionuklidów w glebie 95

w egetacy jn y ch oraz ilości w ody dodatkow o w prow adzonej w okresach

w eg etacy jn ych w latach 1973-1980 (tab. 1). Z danych ty ch w ynika, że

lata 1974, 1977, 1978 i 1980 w y ró żn iały się w yższym i opadam i atm osfe­

rycznym i od śred niej w ielo letniej i p rzek raczały 600 m m n a rok, zaś

w pozostałych latach opady b y ły niższe od średniej w ieloletniej; okresy

w egetacy jn e w ty ch latach by ły też bardziej w ilgotne (poza rokiem 1974)

niż pozostałe.

Dane dotyczące dynam iki przem ieszczania się strontu-90 i cezu-137

w głąb profilu- glebowego ze skażonych w arstw gleby zestaw iono w ta ­

beli 3. Stw ierdzono, że ze skażonych w a rstw 0-2 i 0-20 cm zarów no n a

glebie b ru n atn e j, jak i na czarnej ziem i cez-137 przem ieszczał .się w olniej

w głąb profilu niż stront-90. N atom iast z w a rstw skażonych na głęboko­

ści 40-50 cm i 60-70 cm różnice w przem ieszczaniu się w głąb obu p ie r­

w iastków były niew ielkie. Przem ieszczanie się obu radionuklidów z w a r­

stw y 0-20 cm na glebie b ru n a tn e j b y ły szybsze niż n a czarnej ziemi.

Nie stw ierdzono nato m iast w iększych różnic w p orów nyw anych glebach

w szybkości przem ieszczania się obu radio n uklidów z głębokości 40-

50 cm. O biekt ze skażoną 0-2 cm w arstw ą, gdzie zadarn ienie w ierzchniej

w arstw y nie podlegało zabiegom upraw ow ym , ch araktery zow ał się n a j­

m niejszą dynam iką przem ieszczania się obu radionuklidów . R adionuklidy

najszybciej przem ieszczały się w obiektach, gdzie w ierzchnia (20 cm)

w a rstw a była poddaw ana zabiegom upraw ow ym . W obiektach, gdzie

w arstw y skażone um ieszczono n a głębokości 60-70 cm, oba rad io n u k lid y

d o tarły do dna lizy m etru w czw artym ro k u prow adzenia doświadczeń.

W latach o w iększych opadach deszczowych, szczególnie w roku 1977,

stw ierdzono najszybsze przem ieszczanie się strontu-90.

A by zaobserw ow ać oddziaływ ania przem ieszczonej w głąb p rofilu

w arstw y skażonej n a wielkość nagrom adzania się radionuklidów w rośli­

nach, przeprow adzono analizy radiochem iczne

m ate ria łu roślinnego

(tab. 4).

Spośród analizow anych roślin, n ajw ięcej strontu-90 i cezu-137 po­

b rały koniczyna, peluszka i ra jg ra s angielski. N ajm niej tych rad io n u k li­

dów stw ierdzono w ziarnie k u k u ry d zy , pszenicy i jęczm ienia. Słom a zbóż,

części nadziem ne k u k u ry d z y oraz łę ty ziem niaczane były w ielo kro tnie

bardziej skażone niż ziarno i bulw y. Pobieran ie tych radion uk lidó w przez

rośliny było m niejsze z czarnej ziem i niż z gieby b ru n atn e j.

Um ieszczenie w a rstw y skażonej n a głębokości 40-50 cm lub 60-70 cm

powodowało m niejsze pobranie obu radionuklidów przez rośliny. Szcze­

gólnie w yraźn ie w ystąpiło to w skażeniu bulw ziem niaków , co n ależy

wiązać z pły tk im zasięgiem system u korzeniow ego tej rośliny, a także

z brakiem bezpośredniej styczności zbieranego plonu n a tych obiektach

ze środow iskiem skażonym .

T a b e l a 3

Przemieszczanie się radionuklidów Sr-90 i Cs-137 w- głąb profilu (w cm) gleby brunatnej i czarnej ziemi (średnie z 3 powtórzeń) Translocation of Sr-90 and Cs-137 radionuklides into the profile depth (in mm) of brown soil and black earth (mean for 3 replications)

Gleba Soil Głębokość umiesz­ czenia warstwy skażonej Placement depth of contaminated layer 1973 1974 i i 1975 1976 cm Sr 1i p . u . 1 Cs 1 .... . ! iP -U . Sr -tp .u . 1 ₁ Cs 1_^ i p . u . Sr ji p . u . 1 Cs i p . u . [ Sr 11 i p . u . _{1 C s 1}i p .U Brunatna Brown soil 0-20 40-50 60-70 29,3 50,0 71,7 1,44 0,00 3,80 20,0 50,3 70,0 0,00 1,44 2,48 27.0 50,3 75.0 4,97 1,44 2,48 20.3 50,0 70.3 1.44 0,00 1.44 29.3 ! 50,0 77.3 6,25 2,48 2,87 20,0 50,3 75,7 2,48 1.44 1.44 1 ! 36,° 52,3 I 79,7 6,57 2,87 3,80 20,3 52,0 79,7 1,44 4,97 3,80 1 j Czarna ziemia Black earth 0-20 40-50 20,3 50,0 1,44 2,48 20,0 50,3 0,00 1,44 24,3 53,7 3.80 3.80 20,3 51,7 1,44 3,80 ! 24,3 ! 5 4 - ° i 3,80 2,48 21,0 53,3 2,48 2,87 30.3 ; 54.3 3,80 2,87 22,3 52,0 1,44 j 2,48 Brunatna Brown 0-2 4,7 1,44 4,3 1,44 9,7 3,80 7,0 2,48 14,0 4,97 j ! ! 9,7 2,87 19,3 2,87 10,0 2,48 ! Gleba Soil Głębokość umiesz­ czenia warstwy skażonej Placement depth of

contam inated layer

1977 1978 1979 1980 cm _ Sr J i p - u . 1 Cs j i p . u . Sr 1ip .U . 1 Cs 1ip .U . Sr 1i p . u . 1 Cs 1i p . u . Sr 1 i P . u . 1 Cs 1 i p . u . Brunatna Brown 1 0-20 40-50 60-70 49,7 ! 59,7 80,3 6,25 3,80 1,44 20,3 60,0 80,0 3,80 2.48 2.48 53,0 60,3 4,97 2,87 23,3 60,0 2,87 2,48 53,3 60,0 1,44 2,48 25,0 59,7 2,48 1,44 55,7 60,3 3,80 2,87 30, г 60,0 4,97 2,48 Czarna ziemia Black earth 0-20 40-50 42,7 60,0 3,80 4,97 24.7 54.7 3,80 2,87 45,0 59,7 4,97 2,87 25,3 55,0 1,44 2,48 45.3 60.3 3,80 1,44 25,0 55,3 2,48 1,44 48,3 60,0 3,80 2,48 25,3 54,7 1.44 1.44 ; Brunatna ! Brown 39,7 9,47 13,7 1,44 — — — — — — — — — — — —

j i p . u . -- połowa długości przedziału ufności przy a — 0,05 1 i p . u . — confidence interval half-length at a = 0.05

i aueia 4

Stężenie Sr-90 i Cs-137 (w Bq/g s.m.) w plonach roślin w zależności od głębokości umieszczenia warstwy skażonej (średnie z 3 powtórzeń) Sr-90 and Cs-137 (in Bq/g of d.m.) in crop yields depending cn the placement depth o f contaminated layer (means for 3 replications)

Gleba Soil Głębokość umiesz­ czenia warstwy skażonej Placement depth of contaminated layer cm

1973 — kukurydza — 1973 — maize 1974 — jęczmień jary — 1974 — summer barley I

ziarno grain słoma — straw ziarno grain słoma — straw

Sr : p.U. I CS I ;J: p.U. j Sr p .U . I Cs j J : p . U . Sr Brunatna Brown I Czarna ziemia Black earth Brunatna ! Brown 0-20 ■ 0,10 0,025 i 0,04 ; 0,005 10,10 0,944 0,06 0,012 1,24 0,248 40-50 0,09 0,018 0,04 ! 0,007 8,36 ! 0,621 0,09 0,007 ! 0,65 0,063 60-70 0,07 0,025 0,03 0,005 8,62 0,571 i 0,09 0,005 ! 0,68 0,124 (й с Г 0,02 ~ÖfiÖ2~\ 0,05 1 0,007 j 2,86 0^348 : 0,03 j 0,005 0,23 0,012 40-50 ; о,об 0,005 1 0,03 ' 0,005 j 4,22 !‘ 0,373 0,08 j 0,025 0,14 0,050

ihp.u. I Cs I ;rp .u . j Sr j ;bp.u. I Cs -iip.u.

0,05 0,07 0,05 ~<M)8 0,07 j 0,007 : 0,010

! 0,012

0,005 0,010 5,45 2,59 3,86 2,Ï9~ 1,08 0,497 0,248 0,348 0,201 0,124 0,66 i 0,062 0,58 j 0,057 0,51 I 0,099 ’"0,23”] ’ 0,029 0,19 j 0,050 Rajgras angielski — siano (średnia z 3 pokosów) — English ryegrass — hay (mean for 3 cuts)

58,42 j 4,659 | 0,49 j 0,200 j 29,64 I 5,991 I 0,60 i 0,072 rrp.u. — połowa długości przedziału ufności przy a = 0,05

± p .u . — confidence interval half-length at a = 0.05

Głębokość umiesz­ 1 1975-- koniczyna — clover 1976 ziemniaki — potatoes Gleba Soil ! czenia warstwy skażonej Placement depth of contaminated layer j

siano (średnia z 3 pokosów) hay (mean for 3 cuts)

1

bulwy -- tubers łęty - haulms

cm Sr 1itp .u . 1 Cs ji i t p . u . Sr 1 ; h p .U . 1 Cs 1 i p .U . Sr 1 rJ-p .U . Cs itp .u . Brunatna Brown 0-20 40-50 60-70 ! ' 24,43 ; 11,12 7,22 ! 1,892 ! 0,32 : 2,025 0,16 1,146 0,14 0,028 0,020 0,007 0,60 0,021 0,02 0,007 0,04 0,010_j 0,12 0,03 0,04 0,012 ! 0,006 0,009 34,55 ! 14,43 7,88 ! 2,484 1,491 0,944 0,63 0,36 0,23 0,062 ; 0,049 0,025 Czarna ziemia Black earth 0-20 40-50 8,30 6,53 1,201 ; 0,17 0,944 j 0,10 0,025 ; 0,013 i 0,20 0,075 0,02 1 0,011 0,07 0,05 0,024 ! 0.015 18,35 7,03 1,118 0,571 0,25 0,27 0,035 0,037 B runatna Brown

Rajgras angielski — siano (średnia z 3 pokosów) English ryegrass — hay (mean for 3 cuts)

cd. tabeli 4 (continued) G leba Soil Głębokość umiesz­ czenia warstwy skażonej Placement depth of contam inated layer

cm

1977 — pszenica jara — summer wheat

i

1978 - kukurydza — maize

ziarno — grain słoma - Sr

1

ihp.u.

j

- straw j ziarno -- grain słoma — straw Sr 1± p .u . Cs ± p .u . Cs 1 ± p .u . ' Sr 1± p .u . Cs 1± p .u . Sr 4. p. U. 1 Cs p.U. Brunatna 0-20 0,11 0,012 0,03 0,005 0,81 © o ЧО i ; 1 0,02 0,002 0,01 0,004 i 0,01 i 0,002 0,66 0,062 0,01 0,003 Brown ^ 40-50 0,13 0,030 0,03 0,007 0,78 0,073 0,05 0,025 0,02 0,006 0,01 0,003 0,39 0,057 1 0,01 i 0,007 60-70 0,13 0,037 0,01 0,008 0,92 0,124 0,02 I 0,007 — — — — — — Czarna ziemia 0-20 0,02 0,003 0,02 0,005 0,33 0,037 0,05 j 0,005 0,01 10,003 0,01 0,002 0,42 0,053 1 0,16 j 0,047 Black earth 40-50 0,02 0,018 0,01 0,007 0,32 0,045 0,09 j 0,021 ! °>0 l l1 0,003 0,01 0,002 0,20 0,047 ! 0,06 I 0,035 Brunatna Rajgras angielski — siano (średnia z 3 pokosów) — English ryegrass — hay (mean for 3 cutsï

Brown _0-2 1 20,05 0,799 1j 0,63 1 0,053 Gleba Soil Głębokość umiesz­ czenia warstwy skażonej Placement depth of contaminated layer cm

1979 — pszenica ozima - winter wheat

1980 — peluszka — mapie pea

ziarno -- grain słoma -- straw siano — hay Sr ± p .u . 1 Cs 1i p . u . Sr 1± p .u .

₁

_Cs

± p .u . Sr 1rip.U. Cs ± p .u . Brunatna 0-20 0,20 0,035 0,01 0,002 1,23 0,099 0,06 0,025 49,86 ! 2,480 0,29 0,075 Brown 40-50 0,04 0,009 0,01 0,003 0,62 0,075 0,01 0,003 29,90 1,491 0,24 0,047 60-70 - - - — — — — — -- — — Czarna ziemia 0-20 0,04 0,010 0,03 0,001 0,64 0,062 0,08 0,009 11,23 0,447 0,20 0,023 Black earth 40-50 0,03 0,007 0,01 0,003 0,32 0,050 0,07 0,006 4,40 0,373 0,10 0,062 Brunatna Brown 0-2

Przemieszczanie się radionuklidów w glebie 99

D Y S K U S JA

W w a ru n k a ch n a tu ra ln y c h przem ieszczanie się w glebie rad io n u k li­

dów s tro n tu i cezu zależy od tak ich czynników , jak in filtra c ja i wysokość

opadów atm osferycznych, k a p ila rn y podsiąk w ód gruntow y ch , d yfu zja

w olnych i zaadsorbow anych jonów, przem ieszczanie się skażeń n a czą­

stk a c h koloidalnych im ig ru jący ch w głąb gleby, działanie sy stem u korze­

niow ego roślin i działalność człow ieka [22, 23]. N iektóre z ty ch czynników

m ają w pływ dom inujący, inn e n ato m iast są m niej w ażne.

U w ilgotnienie gleby i ru c h w ody może w yznaczać zasadniczy k ie ru ­

n ek przem ieszczania się stron tu -9 0 i cezu-137 w glebie. A nalizując w tra k ­

cie badań w pływ opadów (szczególnie w iększych od średn iej w ieloletniej)

n a szybkość przem ieszczania się obu radionuklidów , ustalono p ew ną za­

leżność m iędzy w ysokością opadu a tem p em p rzen ik an ia ty ch rad io p ier-

w iastków w głąb p ro filu glebowego. C zynnikiem m o dy fik ujący m tę za­

leżność może być ro zkład opadów w czasie, a w edług n iek tó ry ch au to ­

rów rów nież zasłonięcie przez rosnące ro ślin y pow ierzchni gleby w lizy-

m etrach [7].

P rzedstaw ione w p ra c y w yn ik i p o tw ierd ziły stw ierdzen ia in n y ch auto­

rów , że przem ieszczanie się radionuklidów strontu-90 i cezu-137 u w a ru n ­

kow ane jest także zaw artością w glebie części spław ialnych i su b stan cji

próchnicznych, a w ięc ilością zaadsorbow anych i w olnych jonów ty ch

radiopierw iastków . W edług Prochorow a [16], P rochorow a i in. [18] i P o -

liakow a [15], ilości niezaadsorbow anego Sr-90 w glebie w ynoszą od 1 do

10°/a, a ilości Cs-137 w edług M ojsjejew a i in. [10] są 3-32-krotnie m n ie j­

sze. Stw ierdzona w przeprow adzonych badaniach szybkość przem ieszcza­

nia się obu rad ion u klid ów w glebie nie różniła się n a ogół od danych

z lite r a tu r y [1, 11, 19, 25, 26], a u zyskane n iekiedy w iększe w artości n a ­

leży łączyć z fak te m prow adzenia badań n a sztucznie utw orzonych p ro ­

filach glebow ych oraz z brak iem podsiąku w w a ru n k a ch dośw iadczeń

lizym etrycznych.

W ielu badaczy p rzy ocenie przem ieszczania się skażeń w p ro filu za­

sadnicze znaczenie p rzy pisu je procesom d y fu zy jn y m zachodzącym w kom ­

pleksie so rp cy jn y m gleby [5, 16, 17, 19]. N iektórzy z nich opracow ali

m atem aty czn e w zory c h a ra k te ry z u ją c e przebieg procesów dyfuzyjnych,

pozw alające n a ocenę szybkości przem ieszczeń stro n tu -9 0 i cezu-137

w dośw iadczeniach m odelow ych [17]. W olniejsze przem ieszczanie się ce-

zu-137 niż stro n tu -9 0 należy tłum aczyć silniejszą sorpcją cezu przez m i­

n e ra ły ilaste z g ru p y m o ntm o ry lo n itu i uw odnionych m ik [12, 20]. M oj-

sje je w i in. [10] stw ierdzili, że p rzy jednakow ych w a ru n k a ch desorpcji

zaw artość rozpuszczalnego w wodzie cezu-137 jest do 20 razy, a w y m ien ­

nego do 30 ra z y m niejsza niż strontu-90. Z tych przyczyn rad io n u k lid y

przem ieszczały się w czarnej ziem i w olniej niż n a glebie b ru n a tn e j.

J. Sienkiewicz i inni

um ieszczonej na głębokości 40-50 cm było w olniejsze niż ich przem iesz­

czanie się z w a rstw y 0-20 cm. W pływ opadów atm osferycznych n a p rze ­

m ieszczanie się radionuklidów z w a rstw y głębszej był bowiem znikom y.

Um ieszczenie w arstw y skażonej na głębokości 60-70 cm w porów naniu

z głębokością 40-50 cm nie m iało istotnego w pływ u n a tem po p rze ­

m ieszczania się radionuklidów stro n tu i cezu.

Słuszne są rów nież stw ierdzenia w ielu autorów , że zabiegi ag rotech­

niczne (takie jak np. głęboka orka) m ogą w pływ ać zarów no na m igrację

skażeń w głąb gleby, jak i na poziom skażenia roślin [9, 11, 24, 27].

Um ieszczenie w a rstw y skażonej na głębokości 40-50 cm i 60-70 cm ob­

niżało poziom skażenia plonów w porów naniu z doświadczeniem , w k tó ­

ry m w arstw ę skażoną um ieszczono n a głębokości 0-20 cm. Stw ierdzono

też, że ro ślin y u p raw iane na zielonkę oraz plony uboczne, jak słom a i łęty

ziem niaczane, zaw ierały zawsze w ięcej radionuklidów niż części gene-

raty w n e roślin. Je st to zgodne z w ynikam i uzyskanym i przez autorów

w inn ych badaniach i z doniesieniam i z lite ra tu ry [3, 4, 6, 8, 28].

W N IO S K I

1. Zróżnicow ane opady deszczowe w poszczególnych latach w pły w ały

n a przem ieszczanie się obu radionuklidów w profilu glebow ym . W latach

o opadach w yższych od n o rm y w ieloletniej przem ieszczanie się ra d io n u ­

klidów w głąb gleby było szybsze niż w latach o opadach niższych.

2. Przem ieszczanie się strontu-90 w głąb profilu glebowego było zaw ­

sze szybsze niż cezu-137. Na czarnej ziemi proces ten przebiegał w olniej

niż n a glebie b ru n a tn e j.

3. Przem ieszczenie w a rstw y skażonej w głąb profilu glebowego (sy­

m ulow ana orka w arstw ow a) n a głębokość 40-50 cm lub 60-70 cm ham o­

w ało proces m igracji obu radionuklidów w głąb tego profilu.

4. Spośród up raw ian y ch w dośw iadczeniu lizym etry czny m roślin n a j­

bardziej skażone strontem -90 i cezem-137 było siano koniczyny i peluszki,

łęty ziem niaczane oraz słom a roślin zbożowych, n a jm n ie j zaś ziarno k u ­

ku rydzy, pszenicy ozimej i bulw y ziem niaka. Poziom skażeń roślin u p ra ­

w ianych na czarnej ziemi był m niejszy niż roślin u p raw ian y ch na glebie

b ru n atn e j.

5. Przem ieszczenie 10 cm w a rstw y skażonej gleby b ru n atn e j n a głę­

bokość 40-50 cm lub 60-70 cm obniżyło w dużym stopniu nagrom adzanie

się stro n tu -9 0 w bulw ach i łętach ziem niaków , sianie koniczyny i pe­

luszki, zaś w m niejszym stopniu w ziarnie zbóż, n ato m iast cezu-137

w sianie koniczyny, bulw ach i łętach ziem niaków oraz w słom ie pszenicy

ozimej.

Przemieszczanie się radionuklidów w glebie Ю1

w głąb profilu glebowego zm ian y w n agrom adzeniu się Sr-90 i Cs-137

w roślinach up raw ian y ch na czarnej ziem i b yły w większości p rzy p a d ­

ków m ało w yraźne.

L IT E R A T U R A

[1] D o m n i c z A. O z n a c z a n ie z a w a rto ś c i S r-9 0 w m a te r ia le g leb o w y m . R ef. n a K o n f. K o m is ji Z a s to s o w a ń Iz o to p ó w w R o ln ic tw ie . W a rs z a w a 1965. [2] E 1 a n d t R. S ta ty s ty k a m a te m a ty c z n a w z a s to s o w a n iu do d o ś w ia d c z a ln ic tw a ro ln iczeg o . P W N , W a rs z a w a 1964. [3] G l a b i s z e w s k i J., H r y ń c z u k B., S i e n k i e w i c z J. W p ły w m e to d y p ro w a d z e n ia d o św ia d c z e ń w e g e ta c y jn y c h n a p lo n i p o b ie r a n ie s tro n tu - 9 0 i c e ­ zu-137 p rz e z ro ś lin y u p ra w n e . P a m . P u ł. 1979, z. 1, s. 53-63. [4] G l a b i s z e w s k i J., H r y ń c z u k B., K i e p u l J. Z a w a rto ś ć s tro n tu -9 0 i cezu-137 w k ilk u r o ś lin a c h u p ra w n y c h w zale żn o ści od r o d z a ju g le b y i t e r ­ m in u z b io ru . P a m . P u ł. 1985, z. 84 s. 205-218.

[5] H a g h i r i F., H i m e s F. L. R e m o v a l of r a d io s tr o n tiu m b y le a c h in g , r u n o f f a n d p la n t u p ta k e as in f lu e n c e d b y soil a n d c ro p m a n a g e m e n t p ra c tic e s . R es. B u ll. O hio A g ric u lt. E xp. S ta . 1974 n r 1072 s. 14. [6] H r y ń c z u k В., S i e n k i e w i c z J. P o b ie r a n ie p rzez z ie m n ia k i i k u k u r y ­ dzę 157Cs i 90S r w p ro w a d z o n y c h do g le b y w sło m ie lu b o b o rn ik u . P a m . P u ł. 1981, z. 75 s. 169-179. [7] J i i r g e n s - G e s c h w i n d S., J u n g J. R e s u lts of ly s im e te r tr ia l s a t th e L im b u rg e rh o f of f a c ility 1927-1977: T h e m o st im p o r ta n t fin d in g s f r o m 50 y e a rs of e x p e rim e n ts . S oil Sei. 1979, z. 127 s. 146-160.

[8] K i e p u l J., G l a b i s z e w s k i J., S i e n k i e w i c z J. P o b ie r a n ie S r-90 i Cs-137 p rzez n ie k tó re ro ś lin y u p ra w n e z g leb o ró ż n y m s k ła d z ie m e c h a n ic z ­ n y m . P a m . P u ł. 1984, z. 83 s. 105-115.

[9] M a ł y s o w a E., B o r s J., S z e r s z e ń L. P ro filo w e ro z m ie sz c z e n ie S r-90 w n ie k tó ry c h o rn y c h g le b a c h D o ln eg o Ś lą s k a . Rocz. G lebozn. 1967, t. I, 1 s. 33-41.

[10] M o j s j e j e w J. T., T i c h o m i r o w F. A., A l e k s a c h i n R. M., R e - r i с h Ł. A., S a 1 n i к o w W. G. P o w ie d ie n ije 187Cs w p o c z w a c h i jego n a - k o p le n ije w s je ls k o c h o z ja js tw ie n n y c h r a s tie n ija c h . P o c z w o w ie d e n ije 1976, 7 s. 45-52.

[11] M y h r e D., M e n z e l R., R o b e r t s H., F r e r e M. , A m e m i y a M. , В e a 1 e O., T i m m o n s D., W o o d E. R e d u c tio n of s tro n tiu m -9 0 u p ta k e b y c o rn a n d s o y a b e a n s w ith d e e p p la c e m e n t, ir r ig a tio n a n d soil a m e n d m e n ts . A g ro n . J. 1964, 56 s. 463-467.

[12] N i s h i t a H. , K o w a l e w s k y B. W. , S t e e n A. J., L a r s o n K. H. F i­ x a tio n a n d e x tr a b il it y of fissio n p ro d u c ts c o n ta m in ity v a rio u s soils a n d clays. Sr-90, Y-90, R u-106, C s-137 a n d Ce-144. Soil. Sei. 1956 5, 81 s. 317.

[13] P a w ł o c k a j a F. J., F i e d o s j e w S. A., B a b i c z e w a E. W. , Z a c e - p i n a L. N., T j u r j u k a n o w a А. В. К w o p ro s u о m e to d ik e o p r e d e le n ija stro n c ja -9 0 , s ta b iln o g o s tr o n c ja i k a lc ja w p o c z w a c h i ra s titie ln y c h o s ta tk a c h . P o c z w o w ie d e n ije 1964, t. 2 s. 105.

[14] P e s z e r o w a N. N., R j a b o w a E. R. Z a k o n m ie rn o s ti n a k o p le n ija eoS r p ło - d o w o -ja g o d n y m i k u ltu r a m i. A g ro c h im ia 1979, t. 2 s. 110-118.

[15] P o l j a k o w J. A. R a d io e k o ło g ija i d e z a k tiw a c ja poczw . K ołos, M o s k w a 1970. [16] P г о с h o r o w W. M. R oi d ifu z in n y c h p ro c e s o w w m ig ra c ji r a d io a k tiw n y c h

102 J. Sienkiewicz i inni

z a g rja z n ie n ij. Z. A to m . E n e r. 1965, t. 18, z. 6 s. 631.

[17] P r o c h o r o w W. M. , A l e k s c h i n R., G o l c e w W. F., R y ż i n s k i j M. W. , M a r a g o l i n A. M . M a te m a tie c z e s k o je m o d ie liro w a n ije w ie rtik o ln o j m ig ra c ji r a d io n u k lid ó w w p o czw ach . P o c z w o w ie d e n ije 1973, 5 s. 59-66. [18] P r o c h o r o w W. M. , R y ż l i n s k i j M. W. , M a r a g o l i n A. M. C z islie n -

n y j m ie to d ra z c z ie ta d in a m ik i s o r b c ji w ie s z c z e s tw a w s r ie d ie p ie r im ie n n y m k o e fic ie n to m p ie rie n o s a . R a d io c h im . 1973, t. 15 3.

[19] P r o c h o r o w W. M. P ro g n o z iro w a n ije m ig ra c ji 187Cs w p o czw ach . P o czw o - w ie d e n ie 1975 11 s. 60-67.

[20] S c h u l t z R. K. , R i e d e l H. H. E ffe c ts of a g in g on fix a tio n of s tro n tiu m -9 0 b y soils. S o il Sei. 1961, t. 91 s. 262-264.

[21] S m i t h J. R., J a k o b s J. J., R o b b W. C a tio n e x c h a n g e p ro p e r tie s of a m m o n iu m h e te ro p o ly a c id s a lts. J. In o rg . N ucl. C h em . 1959, t. 12 s. 95. [22] S q u i r e H. M. L o n g te r m s tu d ie s of s tro n tiu m - 9 0 in soils a n d p a s tu re s . R a ­

d ia tio n B o ta n y 1966 6. [23] S q u i r e H. M. , M i d d l e t o n L. J. B e h a v io r of 187Cs in so il a n d p a s tu re s . A lo n g te r m e x p e rim e n ts . R a d ia tio n B o ta n y 1966, 6. [24] S z e p k e R., G r z y b o w s k a D. Z a w a rto ś ć S r-90 w g le b a c h p o lsk ic h . Rocz. G lebozn. 1965, t. 15, z. 1 s. 191-201. [251 T i t l j a n o w a A. A. S o rb c ija c e z ja s w o is ty m i p o c z w ie n n y m i m in e ra ła m i. P o c z w o w ie d ie n ije 1964, 12 s. 88-95. [26] T j u r j u k a n o w a E. B., P a w ł o c k a j a F. A., T j u r j u k a n o w a A. N., Z a c e p i n a Ł. N., B a b i n c z e w a J. W. , R o d i o n o w a Ł. M. O m ig ra c ji i r a z p r ie d ie le n iju s tro n c ja -9 0 i cezja-144 w p o c z w a c h m o s k o w s k o j o b ła sti. P o c z w o w ie d ie n ije 1964, 10 s. 66-73.

[27] T j u r j u k a n o w a E. B., P a w ł o c k a j a F. A., T j u r j u k a n o w a A . N . , B a r a n ó w J . R o z p rie d ie le n ije s tro n c ja -9 0 w p o w ie rc h n o s tn y c h p o czw w za-w ie s tn o s ti o d ti p a la n d s z a fta . P o c z za-w o za-w ie d ie n ije 1964, 8 s. 88-95.

[28] W e l t e E., M a r c k w a r d t M. V e re in f a c h te M e th o d e z u r B e s tim m u n g v o n S tro n tiu m -9 0 in P f la n z e n m a te r ia l. A to m p r a x is 1960, 6 s. 228.

[29] Z a c e p i n a L. N., S a p a r y l e w C., P a w ł o c k a j a F. I. К m e to d ik e o p r ie d e le n ija S r-9 0 w r a s titie ln y c h m a te ria ła c h . G ig. S a n it. 1966, 10 s. 6-8. [30] Z e s ta w r a d io m e try c z n y ZM -701. I n s tr u k c j a o b słu g i. ZO T „ P O L O N ”, W a rs z a w a . Я. СЕНКНВИЧ, Я. ГЛЯБИШЕВСКИ, Я. КЕПУЛЬ, Б. ХРЫНЬЧУК В Л И Я Н И Е Г Л У Б И Н Ы П О М ЕЩ ЕН И Я С Л О Я П О ЧВ ЕН Н О ГО М А ТЕРИ А Л А ЗА ГРЯ ЗН ЕН Н О ГО С ТРО Н Ц И ЕМ -90 И Ц Е ЗИ Е М -137 НА П ЕРЕМ ЕЩ ЕН И Е РА Д И О Н У К Л И Д О В В П О Ч В ЕН Н О М П РО Ф И Л Е И ЗА ГРЯ ЗН ЕН И Е УРОЖ АЕВ К У Л ЬТ У РН Ы Х РА С ТЕН И Й Отдел земледелия Института агротехники, удобрения и почвоведения, филиала в Ельче-Лясковицах Р е з ю м е В 1973-1980 гг. в лизиметрических опытах проведенных на бурой почве с гранулометри­ ческим составом тяжелой супеси иче рной почве с гранулометрическим составом тяжелой глины изучали влияние глубины помещения слоев почвенного материала загрязненных стронцием-90 и цезием-137 на скорость перемещения этих радионуклидов в глубь почвенного профиля и на усваивание их культурными растениями.

Przemieszczanie się radionuklidów w glebie 103 В севообороте I возделывали в 1973 г. кукурузу на зерно, в 1974 г. — яровой ячмень, в 1975 г. — красный клевер, в 1976 г. — яровую пшеницу, в 1978 г. — кукурузу на зерно, в 1979 г. — озимую пшеницу и в 1980 г. — пелюшку на зеленную массу: в севообороте II в 1973-1977 гг. возделывали плевел многолетний. Радиоактивные растворы, с активностью отвечающей 9,25 MBq Sr —90 и 9,25 MBq Cs —137 на 1 м 2 площ ади, смешивали в 1973 г. с 2-и 20-сантиметровым слоем почвы и с 10-сан­ тиметровы м слоем, который помещ али на глубине 40-50 или 60-70 см. Каждый год осенью в почвенных образцах отобранных с глубины 0-80 см, равно как и в собранном растительном материале, определяли радиохимическими методами содержание Sr —90 и C s—137. Установлено, что скорость перемещения обоих радионуклидов зависела от величины дождевых осадков. Перемещение S r—90 вглубь профиля было скорее, чем C s—137, причем этот процесс проходил медленнее на тяжелой глине. Растения возделываемые на тяжелой супеси загрязнялись сильнее, чем возделываемые на тяжелой глине. Глубокое помещение загрязненного слоя по отношению к слою 0-20 см задерживало миграцию обоих радио­ нуклидов и значительно сокращ ало аккумуляцию Sr —90 и Cs —137 в растительном м атериале. Н аиболее медленно перемещались оба радионуклиды с 0-2 см неразрыхленного слоя почвы, на которой возделывали плевел многолетний. J . S IE N K IE W IC Z , J . G L A B IS Z E W S K I, J . K IE P U L , B . H R Y Ń C Z U K E F F E C T O F D E E P P L A C E M E N T L A Y E R C O N T A M IN A T E D W IT H S T R O N T IU M -9 0 A N D C ESIU M -137 ON T R A N S L O C A T IO N O F R A D IO N U C L ID E S IN T O T H E S O IL P R O F IL E A N D C O N T A M IN A T IO N O F Y IE L D S

I n s tit u te of S o il S c ie n c e a n d C u ltiv a tio n of P la n ts D e p a r tm e n t of S oil T illa g e a t Je lc z -L a s k o w ic e

S u m m a r y

T h e e ffe c t of d e e p p la c e m e n t of la y e r s c o n ta m in a te d w ith s tro n tiu m - 9 0 an d cesium -137 on th e tr a n s f o r m a t io n r a t e of th e b o th ra d io n u c lid e s in th e soil p ro file d e p th a n d on th e i r in ta k e b y c ro p s, w a s in v e s tig a te d in th e ly s im e te r e x p e rim e n ts . T h e e x p e r im e n ts w e re c a r r ie d o u t in 1973-1980 o n b ro w n soil of th e g r a n u lo m e ­ tr ic c o m p o s itio n of h e a v y lo a m y sa n d a n d on b la c k e a r t h of th e g r a n u lo m e tr ic co m p o s itio n of h e a v y lo am .

In th e c ro p r o ta tio n m aize fo r g r a i n w a s c u ltiv a te d in 1973, s u m m e r b a r le y — in 1974, re d c lo v e r — in 1975, s u m m e r w h e a t — in 1976, m a iz e f o r g r a i n — in 1978, w in te r w h e a t — in 1979 a n d fie ld p e a f o r g r e e n m a t t e r —■ in 1980; in t h e c ro p ro ta tio n II E n g lis h r y e g r a s s w a s c u ltiv a te d in 1973-1977.

T h e r a d io a c tiv e so lu tio n s c o rre s p o n d in g to 9.25 M B q of S r-90 a n d 9.25 M B q of Cs-137 p e r 1 m 2 of th e a r e a w e re m ix e d u p in 1973 w ith 2- a n d 20-cm soil la y e r a n d w ith 10-cm la y e r p la c e d a t th e d e p th of 40-50 o r 60-70 cm . I n a u tu m n of e v e ry y e a r S r-9 0 a n d Cs-137 c o n te n t w a s e s tim a te d b y ra d io c h e m ic a l m e th o d s in soil s a m p le s ta k e n fro m th e d e p th of 0-80 cm as w e ll as in th e c o lle c te d p la n t m a te ria l.

I t h a s b e e n fo u n d th a t th e tr a n s lo c a tio n r a t e of th e b o th ra d io n u c lid e s d e p e n ­ d e d o n th e r a in f a ll a m o u n t. T h e tr a n s lo c a tio n of Cs-90 in to th e p ro f ile d e p th w a s q u ic k e r t h a n t h a t of Cs-137, th is p ro cess ru n n in g slo w e r in h e a v y lo a m y soil. P la n ts c u ltiv a te d o n h e a v y lo a m y sa n d w e re c o n ta m in a te d h e a v ie r t h a n th o s e c u ltiv a te d o n h e a v y lo am . T h e tr a n s lo c a tio n of c o n ta m in a te d la y e r in to th e soil

104 J. Sienkiewicz i inni

p ro file d e p th as c o m p a re d to th e 0-20 la y e r in h ib ite d m ig ra tio n of th e b o th r a d i o ­ n u c lid e s a n d c o n s id e ra b ly re d u c e d th e S r-90 a n d Cs-137 a c c u m u la tio n in th e p la n t m a te ria l. M o st slo w ly m ig ra te d th e b o th ra d io n u c lid e s fro m th e 0-2 cm n o n -lo o se - n e d soil la y e r w ith g ro w n E n g lish ry e g ra s s .

P r o f . ćLr J e r z y S i e n k i e w i c z P r a c a w p ł y n ę ł a d o r e d a k c j i Z a k ł a d U p r a w y R o l i I U N G w l i p c u 1987

55-230 J e l c z - L a s k o w i c e w o j . w r o c ł a w s k i e