Статья: Радиоэкологические особенности почвенно-растительного покрова долины реки Мзымта Сочинского Черноморского побережья

ВНИИ цветоводства и субтропических культур

ООО ЭкоГеоЛит

Радиоэкологические особенности почвенно-растительного покрова долины реки Мзымта Сочинского Черноморского побережья

Захарихина Л.В., Литвиненко Ю.С.

Аннотация

Изучение общих радиоэкологических особенностей почвенно-растительного покрова долины реки Мзымта Сочинского Черноморского побережья (района местоположения новых автомобильных трасс и железнодорожных путей Олимпийской стройки 2014 г.) позволило выявить в среднем течении реки природный щелочной геохимический барьер, обусловленный сменой горных пород территории: нейтральных аргиллитов и алевролитов на щелочные карбонатные. При перемене среды на щелочную с соответствующим осаждением химических элементов (в том числе радиоактивных) из природных растворов (установлено снижение содержаний элементов в водах реки) происходит сорбция Th и U почвами и растениями. В региональных условиях на геохимическом барьере более интенсивная сорбция почвами установлена для U относительно Th, для мхов характерна обратная тенденция. Геохимический барьер является перспективным объектом для слежения за возможными изменениями почвенно-растительного покрова при возрастающей техногенной нагрузке. В целом для территории установлен устойчивый качественный, относительно богатый (в сравнении с кларками) геохимический состав почв и растений в пределах всей долины реки от истоков до ее приустьевой части. Явных гео- и радиохимических аномалий, связанных с условиями техногенеза в почвенно-растительном покрове долины, не выявлено. Уровень мощности экспозиционной дозы гамма-излучения (МЭД) у поверхности Земли (в среднем 20-27 мкР/ч на горной территории и 9-17 мкР/ч на выположенной части) уступает естественному уровню этого показателя для открытых горных территорий средней полосы России. С учетом названных региональных особенностей можно выделить два фактора формирования гео- и радиохимических характеристик почвенно-растительного покрова территории. Первый - известное геохимическое богатство горных пород субтропиков Черноморского побережья, которое отражается в составе почв и растений (повышенные кларки концентраций для них большинства химических элементов). Второй - отсутствие на территории курортной инфраструктуры и небольших населенных пунктов долины реки индустриальных объектов техногенеза, могущих существенно изменить состав почв и растений, формирующихся в данном случае под влиянием более сильного природного фактора.

Ключевые слова: радиоэкология, торий и уран, аллювиальные почвы и растения, экспозиционная доза гамма-излучения у поверхности земли

Введение

В соответствии с картой радиационного загрязнения России территория г. Большой Сочи входит в район с повышенной радиационной опасностью за счет распространения здесь горных пород (битуминозные сланцы, тёмно-синие аргиллиты, алевролиты), богатых широким спектром химических элементов, в том числе радиоактивных. Закладка при строительстве олимпийских объектов в г. Сочи новых тоннелей дороги Адлер - Красная поляна (долина р. Мзымта) сопровождалась дополнительным вовлечением в миграционные природные процессы химических, в том числе радиоактивных элементов, поступающих в компоненты среды из вскрываемых подземными выработками глубинных горных пород. Сегодня, по прошествии ряда лет после завершения строительства необходима оценка возможных изменений радиоэкологической ситуации природных сред долины р. Мзымта при увеличившейся техногенной нагрузке.

Объекты и методы исследований

Изучен почвенно-растительный покров долины реки Мзымта от истоков водотока до его устья. Река Мзымта - самая крупная река Главного Кавказского хребта, берет свое начало из небольшого озера на высоте 2440 м и впадает в Черное море в Адлерском районе г. Сочи [1]. Длина реки - 89,7 км, площадь водосбора - 885 км2. Основными притоками являются река Ачипсе и ее приток Лаура, а также реки: Пслух, Чвижепсе, Кепша, Тихая. Все перечисленные крупные притоки, за исключением р. Тихая, впадают в Мзымту с правого берега. Русло реки извилистое, слаборазветвленное, берегами служат уступы террас высотой до 10 м. Долина в верховьях реки V-образная. Крутизна склонов - 30-35 °, местами увеличивается до 40-50 °. При выходе на Адлерскую низменность р. Мзымта течет по широкой, хорошо разработанной долине с невысокими уклонами.

Для характеристики почв долины р. Мзымта была выполнена их диагностика в соответствии с Классификацией почв России 2008 г. [2]. Исследованы, преимущественно, аллювиальные гумусовые (дерновые) почвы пойменной поверхности р. Мзымта. В ее верхнем течении, где долина имеет V-образный характер, изучены также зональные почвы (буроземы типичные сильно скелетные) крутых (до 25-30 °) склоновых поверхностей высоких террас реки.

Внутри ключевых участков (далее к. у.) описание и опробование почв проводилось по нескольким точкам наблюдений: в верховьях реки (к. у. 1-3) - от поймы до склоновых поверхностей высоких террас реки (по 5 точек); в среднем и нижнем течении водотока (к. у. 5-7) - от низкой поймы реки до ее (поймы) высокого уровня (по 3 точкам). Опробование верхних органоминеральных горизонтов почв в каждой точке наблюдений выполнялось методом конверта: с пяти проб, отобранных в точке наблюдений этим методом, для аналитических исследований формировалась одна усредненная проба. В пределах к. у. по точкам выполнялись опробования мхов и измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения над поверхностью земли (рис. 1). МЭД гамма-излучения измерялась на высоте 0.1 м над поверхностью Земли дозиметром ДРГ-01Т1, проходившим регулярную ежегодную поверку. В каждой точке наблюдений производилось от 5 до 8 замеров с последующим осреднением.

С учетом геологических условий местности [3] и расположения основных техногенных объектов, являющихся потенциальными источниками загрязнения почв, ключевые участки по исследованию почв и замеру мощности экспозиционной дозы гамма-излучения над поверхностью земли заложены на следующих участках долины реки.

Точка Мз 1а расположена в самом верховье р. Мзымта в 5 км от истока, ниже выхода реки из оз. Кардывач, на территории Кавказского государственного природного биосферного заповедника (КГПБЗ) (рис. 1). Высота створа - 1820 м.

Точка Мз 1 расположена в 12.5 км ниже по течению от точки Мз 1а, на границе Кавказского государственного природного биосферного заповедника (КГПБЗ), на удалении от всех техногенных источников загрязнения и известных геохимических аномалий радиоактивных элементов (рис. 1). Высота створа - около 1300 м.

Точка Мз 2 находится в 16 км ниже по течению от точки Мз 1, выше по течению от крупного потенциального источника загрязнения - горно-рекреационного и спортивно-туристического комплекса Красная Поляна (рис. 1). В последние годы на левобережье р. Мзымта в интервале между точками Мз 1 и Мз 2 ведется активное строительство новых туристических баз и горнолыжных курортов. Высота створа - 680 м.

Точка Мз 3 находится в 15.5 км ниже по реке от точки Мз 2, непосредственно ниже по течению от комплекса Красная Поляна, населенного пункта Эстосадок и впадения правого притока Бешенка (рис. 1). Высота створа - 360 м.

Точка Мз 5 расположена в 13.5 км ниже точки Мз 3, в предгорной части реки, ниже по течению от крупных правобережных притоков Чвижепсе и Кепша и одноименных им населенных пунктов (рис. 1). Между точками Мз 3 и Мз 5 непосредственно вдоль берегов реки проходят автомобильные трассы и железнодорожные пути из Адлера в Красную Поляну. Высота створа - 190 м.

Рис. 1. Карта-схема объектов исследований

1 - ключевые участки; 2-3 - значения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения у поверхности Земли: над чертой - размах значений, под чертой - средние показатели для территории поймы (2) и склона (3), соответственно.

Точка Мз 6 расположена в 8 км ниже точки Мз 5, где р. Мзымта протекает по сильно расчлененной приморской равнине (рис. 1). Как и в предыдущем интервале, непосредственно вдоль берегов реки проходят автомобильные трассы и железнодорожные пути. Высота створа - 110 м.

Точка Мз 7 находится в 14 км ниже точки Мз 6 и в 5 км выше устья р. Мзымта на окраине Адлера, в районе частного сектора (Молдовка) (рис. 1). В интервале между точками Мз 6 и Мз 7 вдоль реки проходят автомобильные трассы и железнодорожные пути Адлер - Красная Поляна, на правом и левом берегах располагаются мелкие населенные пункты. Высота створа - около 30 м.

Согласно геологической карте [3], по составу почвообразующих пород, слагающих долину р. Мзымта, выделяется четыре основных интервала: от истоков до точки Мз 1а (рис. 1) река размывает юрские габбро-диориты и граниты; от точки Мз 1а до точки Мз 3 река течет, в основном, по терригенным (обломочным) породам, представленным юрскими аргиллитами с прослоями алевролитов, песчаников, сидеритов с конкрециями пиритов; от точки Мз 3 до отметки реки в 5 км ниже точки Мз 5 русло проходит поперек залегания осадочных пород, представленных: в интервале до точки Мз 5 меловыми пестроцветными аргиллитами с прослоями песчаников, алевролитов, мергелями с прослоями известняков, известняками с прослоями мергелей; ниже точки Мз 5 - юрскими известняками с прослоями гравелитов и песчаников; от отметки реки в 5 км ниже точки Мз 5 до ее устья в основании современных аллювиальных отложений залегают палеогеновые и неогеновые глины, мергелистые глины с алевролитами, песчаниками, редко - меловые известняки и мергели.

Для сравнения количественных характеристик Th и U в исследуемых почвах и растениях долины р. Мзымта относительно общего распространения этих элементов в глобальном масштабе (кларков) рассчитаны их кларки концентрации (Кк) как отношение валовых содержаний элементов (С) к кларкам (К): Кк=С/К. В качестве кларков принята общая распространенность химических элементов в почвах и живой массе растений континентов [4]. При интерпретации результатов используется традиционно применяемая в геохимии терминология: Кк >1 - избыточные элементы, Кк <1 - дефицитные химические элементы.

Местные геохимические фоны (Сф) Th и U в почвах долины р. Мзымта рассчитаны как средние арифметические значения содержаний элементов в пробах, отобранных в точке Мз 1, расположенной на удалении от всех источников возможного загрязнения. Способ расчета учитывал небольшой размах значений Сф этих элементов.

Для выявления связей Th и U с другими химическими элементами, позволяющих оценить особенности формирования геохимического состава почв и растений и сделать выводы об источнике поступления в среду конкретного элемента, изучен валовый состав почв и растений по широкому (69 элементов) спектру химических элементов с применением количественного ICP анализа. Выполнены расчеты коэффициентов корреляции между поведением Th и U и других химических элементов в почвах и растениях долины реки от ее верховий до приустьевой части. Эколого-геохимическое состояние почв и растений по содержанию Th и U оценивалось в каждой точке пробоотбора по коэффициенту концентрации Ксi элемента в среде, равному отношению его фактического содержания в точке наблюдения (Сi) к местному фону (Сфi) [5]. С целью установления состояния почв и растений по всему спектру химических элементов, определяемых методом количественного анализа ICP, выполнено определение уровня загрязнения почв относительно местного геохимического фона с использованием методики Ю.Е. Сает и Н.Г. Гуляевой [5, 6]. В каждой точке отбора почв и растений рассчитаны коэффициенты концентрации химических элементов по формуле:

Кс = Ci/Cфi,

где Ci - содержание i-го элемента в почве, Сфi - фоновое содержание этого элемента в почве.

На основе рассчитанных значений Кс выполнен расчет суммарного показателя загрязнения Zс по формуле [6]:

Zс = УКс- (n - 1),

где n - число учитываемых загрязняющих веществ.

Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения Zс имеет следующие категории: допустимая - менее 16, умеренно-опасная - 16-32, опасная - 32-128 и чрезвычайно опасная - более 128 [6]. Допустимые валовые концентрации (ПДК, ОДК) рассматриваемых элементов в почвах составляют в мг/кг: Mn - 1500 (ПДК), Ni - 40 (ОДК), Cu - 66 (ОДК), Zn - 110 (ОДК), Sb - 4.5 (ПДК), V - 150 (ПДК), As - 2 (ПДК) и 5 (ОДК), Pb - 32 (ПДК) и 65 (ОДК), Cd - 1.0 (ОДК) (ГН 2.1.7.2041-06, ГН 2.1.7. 2511-09) [7].

Результаты исследований и их обсуждение

Общая эколого-геохимическая характеристика почв долины р. Мзымта

Сравнительный анализ особенностей элементного состава почв долины реки Мзымта с общей распространенностью элементов в почвах континентов (кларки для почв) [4] выявил следующие региональные закономерности почвенного покрова характеризуемой территории (табл. 1).

Таблица 1. Распространенность химических элементов в почвах континентов (К - кларк по [4]) и почв долины р. Мзымта, в мг/кг