Оценка изменений чернобыльского загрязнения и темпов смыва пахотных почв путем повторного обследования

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Трансформация радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных земель изотопом 137Cs служит одним из свидетельств проявления эрозии почвы. Количественная оценка изменения запасов радионуклида и соответствующих им темпов потери почвы может быть осуществлена методом повторного отбора интегральных образцов почвы на ключевых участках через продолжительные интервалы времени. Такие исследования сравнительно немногочисленны и в зоне интенсивного чернобыльского загрязнения в Центральной России ранее не проводились. Метод повторного пробоотбора был использован в 2023 г. в пределах распахиваемых склонов малого водосбора в южной части Тульской области через 26 лет после проведения аналогичной процедуры в 1997 г. Произошедшие за этот период изменения запасов 137Cs оказались статистически значимыми, в среднем сокращение составило более 10%. Согласно пропорциональной конверсионной модели эрозии, использующей относительные изменения запасов 137Cs, среднемноголетний темп смыва был оценен в 11.7 т/га в год. Такие величины потерь почвы в целом сопоставимы с опубликованными ранее результатами независимого математического моделирования для этой территории. Таким образом, использование метода повторного пробоотбора, в том числе на новых объектах, является перспективным для оценки темпов потерь почвы и дает возможность верифицировать существующие модели эрозии, а также отслеживать долгосрочные тенденции пространственной трансформации радиоактивного загрязнения.

Об авторах

М. М. Иванов

Институт географии РАН; МГУ им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: ivanovm@bk.ru

Географический факультет

Россия, Москва, 119017; Москва, 119991

Н. Н. Иванова

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: ivanovm@bk.ru

Географический факультет

Россия, Москва, 119991

В. Н. Голосов

Институт географии РАН; МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: ivanovm@bk.ru

Географический факультет

Россия, Москва, 119017; Москва, 119991

А. А. Усачева

Институт географии РАН; ИГЕМ РАН

Email: ivanovm@bk.ru
Россия, Москва, 119017; Москва, 119017

Г. А. Смолина

МСХА им. К. А. Тимирязева

Email: ivanovm@bk.ru
Россия, Москва, 127434

Д. В. Фомичева

Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАН

Email: ivanovm@bk.ru
Россия, Москва, 119017

Список литературы

  1. Атлас радиоактивного загрязнения Европейской части России, Белоруссии и Украины / Под ред. Израэля Ю.А. М.: Росгидромет, Роскартография, 1998 142 С.
  2. Барабанов А.Т., Долгов С.В., Коронкевич Н.И., Панов В.И., Петелько А.И. Поверхностный сток и инфильтрация в почву талых вод на пашне в лесостепной и степной зонах Восточно-Европейской равнины // Почвоведение. 2018. № 1. С. 62–69. https://doi.org/10.7868/S0032180X18010069
  3. Белоцерковский М.Ю., Ларионов Г.А. Отчуждение мелкозема с урожаем картофеля и корнеплодов – составная часть потерь почвы // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 1988. № 4. С. 49–54.
  4. Брауде И.Д. Природа пятнистости пахотных почв на склонах и мелиорация // Почвоведение. 1991. № 12. С. 89–97.
  5. Жидкин А.П., Комиссаров М.А., Шамшурина Е.Н., Мищенко А.В. Эрозия почв на Среднерусской возвышенности (обзор) // Почвоведение. 2023. № 2. С. 259–272. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600901
  6. Иванов М.М., Цыпленков А.С., Голосов В.Н. Современные тенденции развития эрозионно-аккумулятивных процессов и геоморфологическая связанность потоков наносов в бассейне р. Упы // Эрозия почв и русловые процессы. 2022. Вып. 22. С. 66–97.
  7. Иванова Н.Н., Голосов В.Н., Маркелов М.В. Сопоставление методов оценки интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов на обрабатываемых склонах // Почвоведение. 2000. № 7. С. 898–906.
  8. Иванова Н.Н., Фомичева Д.В., Рухович Д.И., Шамшурина Е.Н. Ретроспективный анализ истории земледельческого освоения и оценка темпов эрозии почв в бассейне р. Локна, Тульская область // Почвоведение. 2023. № 7. С. 872–886. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601475
  9. Квасникова Е.В., Стукин Е.Д., Голосов В.Н. Неравномерность загрязнения цезием-137 территорий, расположенных на большом расстоянии от Чернобыльской АЭС // Метеорология и гидрология. 1999. № 2. С. 5–11.
  10. Литвин Л.Ф. География эрозии почв сельскохозяйственных земель России. М.: Академкнига. 2002. 255 С.
  11. Литвин Л.Ф., Голосов В.Н., Добровольская Н.Г., Иванова Н.Н., Кирюхина З.П., Краснов С.Ф. Перераспределение 137Сs процессами водной эрозии почв // Водные ресурсы. 1996. Т. 23. № 3. С. 314–320.
  12. Острова И.В., Силантьев А.Н., Литвин Л.Ф., Голосов В.Н., Шкуратова И.Г. Оценка интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов по содержанию в почве цезия-137 // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 1990. № 5. С. 79–85.
  13. Ратников А.И. Геоморфологические и агропочвенные районы Тульской области // Почвенное районирование СССР. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1960. С. 92–115.
  14. Силантьев А.Н., Шкуратова И.Г., Хацкевич Р.Н. Пространственное распределение цезия-137 в почвах европейской части СССР // Почвоведение. 1978. № 4. С. 47–48.
  15. Соболев С.С. Развитие эрозионных процессов на территории Европейской части СССР и борьба с ними. М., 1948. Т. I. 307 с.
  16. Тульский статистический ежегодник статистический сборник // Федеральная служба государственной статистики, Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Тульской области. Тула: Туластат, 2022. С. 174.
  17. Уоллинг Д., Голосов В.Н., Квасникова Е., Вандеркастель К. Экологические проблемы радионуклидного загрязнения малых водосборных бассейнов // Почвоведение. 2000. № 7. С. 888–897.
  18. Фридман Ш.Д., Квасникова Е.В., Глушко О.В., Голосов В.Н., Иванова Н.Н. Миграция цезия-137 в сопряженных комплексах Среднерусской возвышенности // Метеорология и гидрология. 1997. № 5. С. 45–55.
  19. Arata L., Meusburger K., Bürge A., Zehringer M., Ketterer M.E., Mabit L., Alewell C. Decision support for the selection of reference sites using 137Cs as a soil erosion tracer // Soil. 2017. V. 3. № 3. P. 113–122. https://doi.org/10.5194/soil-3-113-2017
  20. Belyaev V.R., Golosov V.N., Kislenko K.S., Kuznetsova J.S., Markelov M.V. Combining direct observations, modelling, and 137Cs tracer for evaluating individual event contribution to long-term sediment budgets // Sediment Dynamics in Changing Environments. 2008. V. 325. P. 114–122.
  21. Brazier R.E. Quantifying soil erosion by water in the UK: a review of monitoring and modelling approaches // Progress Phys. Geograph. 2004. V. 28. P. 340–365. https://doi.org/10.1191/0309133304pp415ra
  22. Ciszewski D., Grygar T.M. A review of flood-related storage and remobilization of heavy metal pollutants in river systems // Water Air Soil Poll. 2016 V. 227. P. 1–19. https://doi.org/10.1007/s11270-016-2934-8
  23. De Jong E., Kachanoski R.G. The importance of erosion in the carbon balance of prairie soils // Can. J. Soil Sci. 1988. V. 68. P. 111–119.
  24. Fornes W.L., Whiting P.J., Wilson C.G., Matisoff G. Caesium‐137‐derived erosion rates in an agricultural setting: the effects of model assumptions and management practices // Earth Surface Processes and Landforms. 2005. V. 30. № 9. P. 1181–1189. https://doi.org/10.1002/esp.1269
  25. Golosov V.N., Walling D.E., Panin A.V., Stukin E.D., Kvasnikova E.V., Ivanova N.N. The spatial variability of Chernobyl-derived 137Cs inventories in a small agricultural drainage basin in Central Russia // Appl. Radiation and Isotopes. 1999. V. 51. P. 341–352. https://doi.org/10.1016/S0969-8043(99)00050-0
  26. Golosov V.N., Walling D.E., Stukin E.D., Nikolaev A.N., Kvasnikova E.V., Panin A.V. Application of a field-portable scintillation detector for studying the distribution of Cs-137 inventories in a small basin in Central Russia // J. Environ. Radioactivity. 2000. V. 48. № 4. P. 79–94.
  27. Golosov V., Ivanov M. Quantitative Assessment of Lateral Migration of the Chernobyl-Derived 137Cs in Contaminated Territories of the East European Plain // Behavior of Radionuclides in the Environment II. Singapore: Springer, 2020. P. 195–226. https://doi.org/10.1007/978-981-15-3568-0_4
  28. Govers G., Vandaele K., Desmet P., Poesen J., Bunte K. The role of tillage in soil redistribution on hillslopes // Eur. J. Soil Scie. 1994. V. 45. P. 469–478.
  29. Horowitz A.J. A Primer on Sediment-Trace Element Chemistry. Lewis: Chelsea, 1991. 134 p.
  30. Kachanoski R.G., de Jong E. Predicting the temporal relationship between soil cesium-137 and erosion rate // J. Environ. Quality. 1984. V. 13. № 2. P. 301–304. https://doi.org/10.2134/jeq1984.00472425001300020025x
  31. Konoplev A.V., Bobovnikova Ts.I. Comparative analysis of chemical forms of long-lived radionuclides and their migration and transformation in the envi- ronment following the Kyshtym and Chernobyl accidents // Proceedings of Seminar on Comparative Assessment of the Environmental Impact of Radio- nuclides Released during Three Major Nuclear Accidents. Luxembourg, 1-5 October 1990. 1990. V. 1. P. 371–396.
  32. Kvasnikova E.V., Stukin E.D., Golosov V.N., Ivanova N.N., Panin A.V. Caesium-137 behaviour in small agricultural catchments on the area of the Chernobyl contamination // Czechoslovak J. Phys. 1999. V. 49. Suppl 1. P. 181–187. https://doi.org/10.1007/s10582-999-0025-4
  33. Lal R. Soil degradation by erosion // Land Degradation Development. 2001. V. 12. № 6. P. 519–539. https://doi.org/10.1002/ldr.472
  34. Li S., Lobb D.A., Kachanoski R.G., McConkey B.G. Comparing the use of the traditional and repeated-sampling-approach of the 137Cs technique in soil erosion estimation // Geoderma. 2011. V. 160. № 3–4. P. 324–335. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2010.09.029
  35. Litvin L.F., Zorina Y.F., Sidorchuk A.Y., Chernov A.V., Golosov V.N. Erosion and sedimentation on the Russian Plain, part 1: contemporary processes // Hydrological Processes. 2003. V. 17. P. 3335–3346. https://doi.org/10.1002/hyp.1390
  36. Lobb D.A., Kachanoski R.G. Modelling tillage erosion in the topographically complex landscapes of southwestern Ontario, Canada // Soil Till. Resю 1999. V. 51. P. 261–277. https://doi.org/10.1016/S0167-1987(99)00042-2
  37. Loughran R.J., Balog R.M. Re‐sampling for Soil‐caesium‐137 to Assess Soil Losses after a 19‐year Interval in a Hunter Valley Vineyard, New South Wales, Australia // Geograph. Res. 2006. V. 44. № 1. P. 77–86. https://doi.org/10.1111/j.1745-5871.2006.00361.x
  38. McHenry J.R., Bubenzer G.D. Field Erosion Estimated from Cs Activity Measurements // Transactions of the ASAE. 1985. V. 28. № 2. P. 480–483.
  39. Moustakim M., Benmansour M., Zouagui A., Nouira A., Benkdad A., Damnati B. Use of caesium-137 re-sampling and excess lead-210 techniques to assess changes in soil redistribution rates within an agricultural field in Nakhla watershed // J. African Earth Sci. 2019. V. 156. P. 158–167. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2019.04.017
  40. Owens P.N. Soil erosion and sediment dynamics in the Anthropocene: a review of human impacts during a period of rapid global environmental change // J. Soils Sediments. 2020. V. 20. P. 4115–4143. https://doi.org/10.1007/s11368-020-02815-9.
  41. Owens P.N., Walling D.E. Spatial variability of caesium-137 inventories at reference sites. An example from two contrasting sites in England and Zimbabwe // Appl. Radiation Isotopes. 1996. V. 47. P. 699–707. https://doi.org/10.1016/0969-8043(96)00015-2
  42. Panagos P., Borrelli P., Poesen J. Soil loss due to crop harvesting in the European Union: A first estimation of an underrated geomorphic process // Sci. Total Environ. 2019. V. 664. P. 487–498. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.02.009
  43. Panin A.V., Walling D.E., Golosov V.N. The role of soil erosion and fluvial processes in the post-fallout redistribution of Chernobyl-derived caesium-137: a case study of the Lapki catchment, Central Russia // Geomorphology. 2001. V. 40. № 3–4. P. 185–204. https://doi.org/10.1016/S0169-555X(01)00043-5
  44. Parsons A.J., Foster I.D. What can we learn about soil erosion from the use of 137Cs? // Earth-Science Reviews. 2011. V. 108. № 1–2. P. 101–113. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2011.06.004
  45. Poesen J. Soil erosion in the Anthropocene: Research needs // Earth Surface Processes Landforms. 2018. V. 43. № 1. P. 64–84. https://doi.org/10.1002/esp.4250
  46. Porto P., Walling D.E., Alewell C., Callegari G., Mabit L., Mallimo N., Meusburger K., Zehringer M. Use of a 137Cs re-sampling technique to investigate temporal changes in soil erosion and sediment mobilisation for a small forested catchment in southern Italy // J. Environ. Radioactivity. 2014. V. 138. P. 137–148. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.08.007
  47. Porto P., Walling D.E., Cogliandro V., Callegari G. Exploring the potential for using 210Pbex measurements within a re-sampling approach to document recent changes in soil redistribution rates within a small catchment in southern Italy // J. Environ. Radioactivity. 2016. V. 164. P. 158–168. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2016.06.026
  48. Sutherland R.A. Caesium‐137 soil sampling and inventory variability in reference locations: A literature survey // Hydrological Processes. 1996. V. 10. № 1. P. 43–53. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1085(199601)10:1<43::AID-HYP298>3.0.CO;2-X
  49. Tiessen K.H.D., Li S., Lobb D.A., Mehuys G.R., Rees H.W., Chow T.L. Using repeated measurements of 137Cs and modelling to identify spatial patterns of tillage and water erosion within potato production in Atlantic Canada // Geoderma. 2009. V. 153. № 1-2. P. 104–118. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.07.013
  50. Tsymbarovich P., Kust G., Kumani M., Golosov V., Andreeva O. Soil erosion: An important indicator for the assessment of land degradation neutrality in Russia // Int. Soil And Water Conservation Res. 2020. V. 8. № 4. P. 418–429. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2020.06.002
  51. Verstraeten G., Poesen J. Estimating trap efficiency of small reservoirs and ponds: methods and implications for the assessment of sediment yield // Progress Phys. Geograph. 2000. V. 24. № 2. P. 219–251. https://doi.org/10.1177/030913330002400204
  52. Walling D.E., Quine T.A. Calibration of caesium‐137 measurements to provide quantitative erosion rate data // Land Degradation Development. 1990. V. 2. №. 3. P. 161–175. https://doi.org/10.1002/ldr.3400020302
  53. Walling D.E., He Q. Improved models for estimating soil erosion rates from cesium-137 measurements // J. Environ. Quality. 1999 V. 28. P. 611–622. https://doi.org/10.2134/jeq1999.00472425002800020027x
  54. Walling D.E., Golosov V.N., Panin A.V., He Q. Use of radiocaesium to investigate erosion and sedimentation in areas with high levels of chernobyl fallout // Tracers in Geomorphology / Ed. Foster I.D.L. Chichester: Wiley & Sons. 2000. P. 183–200.
  55. Walling D.E., Owens P.N., Carter J., Leeks G.J.L., Lewis S., Meharg A.A., Wright J. Storage of sediment-associated nutrients and contaminants in river channel and floodplain systems // Appl. Geochem. 2003. V. 18. P. 195–220. https://doi.org/10.1016/S0883-2927(02)00121-X
  56. Zhang X.J. Evaluating and improving 137Cs technology for estimating soil erosion using soil loss data measured during 1954–2015 // Earth-Science Rev. 2023. V. 247. 104619. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2023.104619
  57. https://oka.miigaik.ru/
  58. https://wrb.isric.org/documents/

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024