|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Геохимические ассоциации тяжёлых металлов и радионуклидов в пахотных чернозёмах: многомерный статистический анализстатья Тезисы
- Авторы: Погожев П.Е., Жерненков А.О., Парамонова Т.А.
- Сборник: Новое в познании процессов рудообразования: Двенадцатая Российская молодёжная научно-практической Школа, Москва, 27 ноября - 01 декабря 2023 г
- Год издания: 2023
- Место издания: ИГЕМ РАН Москва
- Аннотация: Пахотные почвы – это экосистемы, постоянно подвергающиеся антропогенномувоздействию посредством интенсивных агротехнической и агрохимической обработок. В этойсвязи живой интерес вызывает анализ антропогенного вклада тяжёлых металлов (ТМ) и тяжёлыхприродных и техногенных радионуклидов (ТРН) в геохимический фон пахотных почв, а такжевыявление геохимических ассоциаций элементов, характеризующихся сходными особенностямирадиальной миграции (на основе анализа их распределения по профилю агропочв). При этом,поскольку почва является одним из сложнейших по составу и функционированию природныхтел, которое подвергается воздействию различных факторов, учесть все аспекты, влияющие наформирование пула и миграционную активность ТМ и ТРН, не представляется возможном безпомощи статистических методов анализа (Дмитриев, 2009), в частности, без многомерногостатистического анализа.Объектом исследования послужил пахотный чернозем типичный (агрочернозём глинистоиллювиальный) агроценоза картофеля в центральной части Плавского радиоактивного пятна(ПРП) Тульской области (ореол чернобыльских выпадений). Образцы почвы были отобраны вконце сентября 2022 года из генетических горизонтов профиля послойно с шагом в 10 см. Ореолрадиоактивного загрязнения ПРП был сформирован конденсационными выпадениями 137Csпосле чернобыльской аварии 1986 г. При этом плотность поверхностного радиоактивногозагрязнения почвы 137Cs исходно оценивалась в диапазоне 185-555 кБк/м2, что определилобеспрерывное использование пахотных земель ПРП в обороте при условии радиационногигиенического контроля получаемой на них продукции растениеводства (Закон РФ «Осоциальной защите граждан…», 1991). Этим объясняется тот факт, что территория ПРП на 80%занята сельскохозяйственными угодьями (Региональный доклад о состоянии и использованииземель в Тульской области в 2020 году, 2021).В отобранных в 3-кратной повторности образцах почв из профиля пахотного черноземаопределялись 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 ТМпроводился масс-спектрометрическим методом на приборе PlasmaQuant MS Elite; ТРНдетектировались 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 наоснове пакета прикладных программ STATISTICA 10.0.1011 (StatSoft). Факторный анализосуществлялся на основе метода главных компонент с выбором двух значимых факторовнагрузки по критерию «каменистой осыпи» с объяснением 79% дисперсии. Иерархическаяагломеративная кластеризация выполнялась с предварительной стандартизацией данных, несодержащих пропуски, и построением дендрограмм сходства методом невзвешенного попарногосреднего по метрике Евклидова расстояния.Общий анализ содержания ТМ и ТРН в исследованном пахотном черноземе показал оченьсильную степень загрязнения почвы соединениями Zn с 1,5-кратным превышением величиныПДКвал, а также среднюю степень загрязнения почвы соединениями Mn и V с 1,5-кратнымпревышением величин ПДКвал в пахотном горизонте и ниже по профилю вплоть до переходногок почвообразующей породе горизонта ВССа, что позволяет предположить наличие региональнойприродной 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 длятрансформации ее природного геохимического фона. 137Cs полностью из антропогенногоисточника и содержится в верхних горизонтах в значительном количестве. Соединения 232Th и226Ra в верхних горизонтах тоже несколько повышено, что может определяться долговременнымвнесением в почву минеральных фосфорных удобрений (табл. 1).При анализе массива полученных данных на основе метода главных компонент выявилисьопределенные черты сходства и различий в распределении ТМ и ТРН по профилю пахотногочернозема (рис. 1). Основная группа катионогенных тяжёлых металлов нерадиационной природы(Cd, Pb, Zn, Cu, Co, V, Ag, Mn) обнаруживала тесную зависимость от фактора 1, который толькочастично определялся глубиной пробоотбора, но, по-видимому, был также связан с наличием всредней части профиля карбонатного геохимического барьера, совпадающего со средней частьюгоризонта Bca (на глубине 60-70 см). В отдельную группу выделились ТРН, геохимическаяассоциация которых в значительной степени отражала влияние фактора 2, а область проявлениятяготела к верхней части профиля. Интерес вызывает то, что такая группировка произошла,несмотря на естественную природу 226Ra и 232Th и сугубо техногенную – радиоцезия. Профильноераспределение анионогенного Mo не совпадало с поведением основной группы ТМ, но былопротивоположно паттерну распределения ТРН.Выявленные при использовании метода главных компонент геохимические ассоциацииТМ и ТРН в целом проявляли себя в виде отдельных групп на дендрограмме иерархическойкластеризации. На основе агломеративной кластеризации можно было выделить 4 кластераэлементов. 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 разныхкластерах характеризуются разными геохимическими особенностями (табл. 2).Анализ профильного распределения усредненных для кластеров ТМ и ТРНстандартизированных показателей их содержания продемонстрировал различия в их радиальноймиграции (рис. 2). Для геохимической ассоциации ТРН 1-го кластера был характерен в целомравномерно-аккумулятивный тип распределения; для элементов 2-го, 3-го и 4-го кластеров –аккумулятивно-элювиально-иллювиальный с все более возрастающей ролью нижней частиагротурбированного слоя (Аст.пах) на глубине 20-30 см и средней частью горизонта Bca наглубине 60-70 см в качестве накопительных геохимических барьеров.Таким образом, многомерный статистический анализ данных по содержанию ипрофильному распределению ТМ и ТРН в исследованных пахотных чернозёмах позволяетпредположить значимость антропогенных источников привнесения для большинстваконтролируемых элементов, а характер их дальнейшего перераспределения может бытьпредсказан на основе группировки в отдельные геохимические ассоциации.Дмитриев Е. А. Математическая статистика в почвоведении. Москва, 2009. 327 с.Закон РФ "О социальной защите граждан, подвергшихся воздействию радиации вследствиекатастрофы на Чернобыльской АЭС" от 15.05.1991 №1244-1.РОСРЕЕСТР, «Региональный доклад о состоянии и использовании земель в Тульской области в2020 году». 2021.
- Добавил в систему: Жерненков Александр Олегович