Migration of 137Cs in Soils of Erosive Agricultural Landscapes of the Northern Part of the Forest-Steppe Zone

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of a study of 137Cs migration in leached chernozems at slopes and soils in hollows of erosive agricultural landscapes of the Tula region are presented. A study has revealed that there was an active redistribution and differentiation of 137Cs fluxes entering erosive agricultural landscapes due to the Chernobyl accident. The distribution of 137Cs in soils across various parts of slope landscapes is influenced by factors such as the exposure, length, steepness, and shape of the slopes, along with the presence of microrelief features. Radionuclide removal zones are at the top of slopes, transit zones are in the middle, and the main accumulation occurs at the bottom of the slopes. A notable feature of the distribution of 137Cs in diluvial deposits at the toes and bottoms of slopes is the increase in 137Cs reserves with depth. This increase reaches a peak at a depth of 10–40 cm, depending on the thickness of the deposits. Following this, depending on the presence of geochemical barriers, there is a sharp or moderately gradual decrease in 137Cs reserves in the lower layers of the soil profile. The contamination density of 137Cs increases moving from the upper part to the lower line of the greatest slope and, conversely, decreases closer to the watershed. The ratio of 137Cs contamination densities between the watershed sections and gulch bottoms is typically 1.0:(1.2–1.5), and between the upper and lower sections relative to the bottoms, it is 1.0:(2.0–1.5). The maximum differences between these indicators are typical for the steep, longitudinally straight southern slopes, as well as longitudinally concave southwestern slopes. The minimum values were observed in the gentler slopes of the eastern and western exposures. The highest 137Cs densities were recorded at feet and bottoms of short slopes. On slopes of medium length, there has been a notable increase in soil surface contamination by 137Cs, primarily concentrated in the central areas of these slopes. The extent of soil contamination by 137Cs is affected by the steepness of the slopes. Steeper slopes have a 1.3 times higher contamination density compared to the upper parts of the slopes. On gentler slopes, the contamination density decreases to 1.1 times. Understanding these factors and the migration patterns of 137Cs is important for accurately predicting how radionuclides will spread in different types of land. This knowledge helps in developing effective measures to enhance soil fertility and reduce the build-up of radionuclides in agricultural products.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. K. Kuznetsov

Russian Institute of Radiology and Agroecology

Author for correspondence.
Email: vkkuzn@yandex.ru
Russian Federation, Bldg. 1, 1, Kievskoe Hwy, Obninsk, Kaluga Region, 249035

N. I. Sanzharova

Russian Institute of Radiology and Agroecology

Email: vkkuzn@yandex.ru
Russian Federation, Bldg. 1, 1, Kievskoe Hwy, Obninsk, Kaluga Region, 249035

E. P. Knyazeva

Tula Agricultural Research Institute

Email: vkkuzn@yandex.ru
Russian Federation, 7, Sadovaya St., Molochnye Dvory, Plavsky District, Tula Region, 301493

V. P. Grunskaya

Tula Agricultural Research Institute

Email: vkkuzn@yandex.ru
Russian Federation, 7, Sadovaya St., Molochnye Dvory, Plavsky District, Tula Region, 301493

E. O. Krechetnikova

Russian Institute of Radiology and Agroecology

Email: vkkuzn@yandex.ru
Russian Federation, Bldg. 1, 1, Kievskoe Hwy, Obninsk, Kaluga Region, 249035

References

  1. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.
  2. Атлас современных и прогнозных аспектов последствий аварии на Чернобыльской АЭС на пострадавших территориях России и Белоруссии. М.–Минск: АСПА Россия–Беларусь, 2009. 139 с.
  3. Булгаков А.А., Коноплев А.В., Попов В.Е., Бобовникова Ц.И., Сиверина А.А., Шкуратова И.Г. Механизмы вертикальной миграции долгоживущих радионуклидов в почвах 30-километровой зоны ЧАЭС // Почвоведение. 1990. № 10. С. 14–19.
  4. Герасименко В.П. Теоретические основы регулирования водной эрозии почв на пашне // Почвоведение. 1988. № 10. С. 108–116.
  5. Голосов В.Н., Маркелов М.В., Беляев В.Р., Жукова О.М. Проблемы определения пространственной неоднородности выпадений 137Cs для оценки темпов эрозионно-аккумулятивных процессов // Метеорология и гидрология. 2008. № 4. С. 30–45.
  6. Голосов В.Н., Иванов М.М., Цыпленков А.С., Иванов М.А., Вакияма Ю., Коноплев А.В., Константинов Е.А., Иванова Н.Н. Эрозия как фактор трансформации радиоактивного загрязнения почв на водосборе Щёкинского водохранилища (Тульская область) // Почвоведение. 2021. № 2. С. 247–260. https://doi.org/10.31857/S0032180X21020064
  7. Демидов В.В. Закономерности формирования эрозионных процессов при снеготаянии в лесостепной зоне Центральной России: теория и экспериментальные исследования. Новосибирск: ЦРНС, 2016. 62 с.
  8. Доклад об экологической ситуации в Тульской области за 2021 год. Тула: Министерство природных ресурсов и экологии Тульской области, 2022. 107 с.
  9. 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
  10. Заславский М.Н. Эрозиоведение. М.: Высшая школа, 1983. 320 с.
  11. Иванов М. М., Иванова Н. Н., Голосов В. Н., Шамшурина Е. Н. Оценка накопления сорбированного изотопа 137Cs в верхних звеньях флювиальной сети в зоне чернобыльского загрязнения // География и природные ресурсы. 2016. № 4. С. 156–163. https://doi.org/10.21782/GIPR0206-1619-2016-4(156-163)
  12. 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. № 3. С. 5–12.
  13. Квасникова Е.В., Жукова О.М., Стукин Е.Д., Борисенко Е.Н., Самонов А.Е. Роль ландшафтных факторов в изменении поля радиоактивного загрязнения 137Сs в Брянском полесье // Метеорология и гидрология. 2005. № 6. С. 83–91.
  14. Квасникова Е.В., Жукова О.М., Гордеев С.К., Константинов С.В., Киров С.С., Лысак А.В., Манзон Д.А. Цезий-137 в почвах ландшафтов через 20 лет после аварии на Чернобыльской АЭС // Известия РАН. Сер. Географическая. 2009. № 5. С. 66–83.
  15. Комиссаров М.А., Огура Ш. Распределение и миграция радиоцезия в склоновых ландшафтах префектуры Мияги через 3 года после аварии на АЭС Фукусима-1 // Почвоведение. 2017. № 7. С. 886–896. https://doi.org/10.7868/S0032180X17070048
  16. Коноплев А.В., Голосов В.Н., Йощенко В.И., Нанба К., Онда Ю., Такасе Ц., Вакияма Й. Вертикальное распределение радиоцезия в почвах зоны аварии на АЭС Фукусима-1 // Почвоведение. 2016. № 5. С. 620–632. https://doi.org/10.7868/S0032180X16050099
  17. Кузнецов В.К., Калашников К.Г., Грунская В.П., Санжарова Н.И. Горизонтальная и вертикальная миграция 137Cs в склоновых ландшафтах // Радиобиология. Радиоэкология. 2009. № 3. С. 282–290.
  18. Кузнецов В.К., Князева Е.П., Санжаров А.И., Кречетникова Е.О., Цветнова О.Б. Динамика распределения 137Cs в почвах Тульской области до и после аварии на Чернобыльской АЭС // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2022. № 4. С. 31–38. https://doi.org/10.3103/S0147687422040081
  19. Кузнецов В.К., Санжарова Н.И. Методологические основы организации защитных мероприятий ландшафтно-экологической направленности на радиоактивно загрязненных территориях // Радиобиология. Радиационная экология. 2016. № 1. С. 90–98. https://doi.org/10.7868/S0869803116010094
  20. Кузнецов В.К., Грунская В.П., Калашников К.Г., Санжарова Н.И. Особенности распределения 137Cs в ландшафтах склонов северной части лесостепной зоны // Агрохимия. 2009. № 2. С. 1–12.
  21. Линник В.Г. Ландшафтная дифференциация техногенных радионуклидов. М.: РАН, 2018. 372 с.
  22. Маккавеев Н.И., Чалов Р.С. Географические основы теории эрозионных и русловых процессов и их значение для народного хозяйства СССР // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 1983. № 3. С. 11–18.
  23. Мальцев К.А., Ермолаев О.П. Потенциальные эрозионные потери почвы на пахотных землях европейской части России // Почвоведение. 2019. № 12. С. 1502–1512. https://doi.org/10.1134/S0032180X19120104
  24. Мильков Ф.Н. Общее землеведение. M.: Высшая школа, 1990. 335 с.
  25. Павлоцкая Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах. М.: Атомиздат, 1974. 216 с.
  26. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: Высшая школа, 1975. 341 с.
  27. Полынов Б.Б. Учение о ландшафтах. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 400 с.
  28. Сельскохозяйственная радиоэкология / Под ред. Алексахина Р.М., Корнеева Н.А. М.: Экология, 1991. 396 с.
  29. Komissarov M., Ogura S. Soil erosion and radiocesium migration during the snowmelt period in grasslands and forested areas of Miyagi prefecture, Japan // Environ. Monitor. Assess. 2020. V. 192. P. 582. https://doi.org/10.1007/s10661-020-08542-5)
  30. Zhidkin A.P., Shamshurina E.N., Golosov V.N., Komissarov M.A., Ivanova N.N., Ivanov M.M. Detailed study of post-Chernobyl Cs-137 redistribution in the soils of a small agricultural catchment (Tula region, Russia) // J. Environ. Radioactivity. 2020. V. 223–224. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2020.106386
  31. Varley A., Tyler A., Bondar Y., Hosseini A., Zabrodsky V., Dowdall M. Reconstructing the deposition environment and long-term fate of Chernobyl 137Cs at the floodplain scale through mobile gamma spectrometry // Environ. Pollut. 2018. V. 240. P. 191–199.
  32. Walling D.E., Quine T.A. Use of caesium-l37 to investigate patterns and rates of soil erosion on arable fields // Soil Erosion on Agricultural Land. London: Wiley. 1990. P. 33–53.
  33. Loughran R.J. The use of the environmental isotope caesium-137 for soil erosion and sedimentation studies // Trends in Hydrology. 1994. V. 1. P. 149–167.
  34. http://www.pogodaiklimat.ru/history/27814_2.htm

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Map-scheme of 137Cs radioactive contamination of agricultural lands in Tula region in 1996 (a), kBq/m2 [2] and locations of microplots (b) on slopes of northern, southern (1), eastern, western (2), northeastern and southwestern exposures (3), orthophotoplane.

Download (76KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Schematic diagram of microzones on the slopes of erosive agrolandscapes.

Download (19KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Horizontal and vertical distribution of 137Cs in soils of different relief elements of southern and northern (a), western and eastern (b), northeastern and southwestern slopes (c), 2021.

Download (98KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. 137Cs content and distribution in different types of dealluvial sediments of erosive agrolandscapes: (a) low thickness deposits on automorphic soils; (b) medium thickness deposits on semi-hydromorphic soils in the absence of geochemical barrier; (c) thick deposits on semi-hydromorphic soils of periodically leached type in the absence of geochemical barrier (d) thick deposits on semi-hydromorphic soils of periodically leached type with sharply expressed manifestation of geochemical barrier; (e) very thick sediments on semi-hydromorphous soils of periodic leaching type with sharply expressed manifestation of geochemical barrier; (f) very thick sediments on hydromorphous soils in erosion-accumulative landscapes with closed drainage and leaching water regime.

Download (65KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Soil 137Cs contamination of short (1) and medium-long (2) erosion agrolandscapes, kBq/m2.

Download (24KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».