ИСТИНА

Пахотные почвы – это экосистемы, постоянно подвергающиеся антропогенному воздействию посредством интенсивных агротехнической и агрохимической обработок. В этой связи живой интерес вызывает анализ антропогенного вклада тяжёлых металлов (ТМ) и тяжёлых природных и техногенных радионуклидов (ТРН) в геохимический фон пахотных почв, а также выявление геохимических ассоциаций элементов, характеризующихся сходными особенностями радиальной миграции (на основе анализа их распределения по профилю агропочв). При этом, поскольку почва является одним из сложнейших по составу и функционированию природных тел, которое подвергается воздействию различных факторов, учесть все аспекты, влияющие на формирование пула и миграционную активность ТМ и ТРН, не представляется возможном без помощи статистических методов анализа (Дмитриев, 2009), в частности, без многомерного статистического анализа. Объектом исследования послужил пахотный чернозем типичный (агрочернозём глинисто-иллювиальный) агроценоза картофеля в центральной части Плавского радиоактивного пятна (ПРП) Тульской области (ореол чернобыльских выпадений). Образцы почвы были отобраны в конце сентября 2022 года из генетических горизонтов профиля послойно с шагом в 10 см. Ореол радиоактивного загрязнения ПРП был сформирован конденсационными выпадениями 137Cs после чернобыльской аварии 1986 г. При этом плотность поверхностного радиоактивного загрязнения почвы 137Cs исходно оценивалась в диапазоне 185-555 кБк/м2, что определило беспрерывное использование пахотных земель ПРП в обороте при условии радиационно-гигиенического контроля получаемой на них продукции растениеводства (Закон РФ «О социальной защите граждан…», 1991). Этим объясняется тот факт, что территория ПРП на 80% занята сельскохозяйственными угодьями (Региональный доклад о состоянии и использовании земель в Тульской области в 2020 году, 2021). В отобранных в 3-кратной повторности образцах почв из профиля пахотного чернозема определялись валовые формы соединений ряда ТМ 1-3 классов опасности (Cd, Pb, Zn, Cu, Co, Mo, V, Ag, Mn), а также 137Cs и основные природные ТРН – 226Ra и 232Th. Анализ содержания ТМ проводился масс-спектрометрическим методом на приборе PlasmaQuant MS Elite; ТРН детектировались методом γ-спектрометрии на сцинтилляционном γ-спектрометре «Мультирад» с блоком детектирования БДКС-63-01А с использованием программы обработки спектров «Прогресс 5.1» (Россия). Многомерный статистический анализ данных и их визуализация осуществлялись на основе пакета прикладных программ STATISTICA 10.0.1011 (StatSoft). Факторный анализ осуществлялся на основе метода главных компонент с выбором двух значимых факторов нагрузки по критерию «каменистой осыпи» с объяснением 79% дисперсии. Иерархическая агломеративная кластеризация выполнялась с предварительной стандартизацией данных, не содержащих пропуски, и построением дендрограмм сходства методом невзвешенного попарного среднего по метрике Евклидова расстояния. Общий анализ содержания ТМ и ТРН в исследованном пахотном черноземе показал очень сильную степень загрязнения почвы соединениями Zn с 1,5-кратным превышением величины ПДКвал, а также среднюю степень загрязнения почвы соединениями Mn и V с 1,5-кратным превышением величин ПДКвал в пахотном горизонте и ниже по профилю вплоть до переходного к почвообразующей породе горизонта ВССа, что позволяет предположить наличие региональной природной аномалии содержания этих элементов в покровных отложениях района исследования. Относительно повышенные концентрации ТМ в пахотном горизонте, что позволяет предположить значимость антропогенного источника привнесения элементов в почву для трансформации ее природного геохимического фона. 137Cs полностью из антропогенного источника и содержится в верхних горизонтах в значительном количестве. Соединения 232Th и 226Ra в верхних горизонтах тоже несколько повышено, что может определяться долговременным внесением в почву минеральных фосфорных удобрений (Таблица 1). При анализе массива полученных данных на основе метода главных компонент выявились определенные черты сходства и различий в распределении ТМ и ТРН по профилю пахотного чернозема (Рисунок 1). Основная группа катионогенных тяжёлых металлов нерадиационной природы (Cd, Pb, Zn, Cu, Co, V, Ag, Mn) обнаруживала тесную зависимость от фактора 1, который только частично определялся глубиной пробоотбора, но, по-видимому, был также связан с наличием в средней части профиля карбонатного геохимического барьера, совпадающего со средней частью горизонта Bca (на глубине 60-70 см). В отдельную группу выделились ТРН, геохимическая ассоциация которых в значительной степени отражала влияние фактора 2, а область проявления тяготела к верхней части профиля. Интерес вызывает то, что такая группировка произошла, несмотря на естественную природу 226Ra и 232Th и сугубо техногенную – радиоцезия. Профильное распределение анионогенного Mo не совпадало с поведением основной группы ТМ, но было противоположно паттерну распределения ТРН. Рисунок 1. Проекция характеристик содержания ТМ и ТРН в горизонтах и слоях пахотного чернозёма типичного на плоскости 1 и 2 главных компонент: показатели элементов (А), глубины пробоотбора (Б). Выявленные при использовании метода главных компонент геохимические ассоциации ТМ и ТРН в целом проявляли себя в виде отдельных групп на дендрограмме иерархической кластеризации. На основе агломеративной кластеризации можно было выделить 4 кластера элементов. В первый кластер вошли ТРН – 226Ra, 232Th и 137Cs, во второй – Cd и Mo, в третий – V, и в четвёртый, самый многочисленный, – Co, Cu, Zn, Pb, Ag и Mn. Элементы в разных кластерах характеризуются разными геохимическими особенностями (Таблица 2). Анализ профильного распределения усредненных для кластеров ТМ и ТРН стандартизированных показателей их содержания продемонстрировал различия в их радиальной миграции (Рисунок 2). Для геохимической ассоциации ТРН 1-го кластера был характерен в целом равномерно-аккумулятивный тип распределения; для элементов 2-го, 3-го и 4-го кластеров – аккумулятивно-элювиально-иллювиальный с все более возрастающей ролью нижней части агротурбированного слоя (Аст.пах) на глубине 20-30 см и средней частью горизонта Bca на глубине 60-70 см в качестве накопительных геохимических барьеров. Рисунок 2. Профильное распределение усредненных стандартизированных характеристик кластеров ТМ и ТРН в пахотном чернозёме типичном. Таким образом, многомерный статистический анализ данных по содержанию и профильному распределению ТМ и ТРН в исследованных пахотных чернозёмах позволяет предположить значимость антропогенных источников привнесения для большинства контролируемых элементов, а характер их дальнейшего перераспределения может быть предсказан на основе группировки в отдельные геохимические ассоциации. ЛИТЕРАТУРА: 1. Е.А. Дмитриев, «Математическая статистика в почвоведении», Москва, 2009. 327 стр. 2. Закон РФ "О социальной защите граждан, подвергшихся воздействию радиации вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС" от 15.05.1991 №1244-1. 3. РОСРЕЕСТР, «Региональный доклад о состоянии и использовании земель в Тульской области в 2020 году», 2021.