IODINE DEFICIENCY IN AGRICULTURAL LANDSCAPES OF THE BRYANSK REGION

Abstract


Bryansk region is one of the regions of Russia which is characterized by a deficiency of a number of elements in soils and biogeochemical food chain, including iodine. Environmental contamination of the areas with natural iodine deficit by radioiodine isotopes can cause additional risk of negative biological reaction of the thyroid gland. The study shows the results of the analysis ofthe iodine content in 156 potato samples and 208 soil samples of agricultural landscapes, from 113 settlements of the Bryansk region. There are first results of the influence of natural iodine deficiency in agricultural soils and potatoes on the risk of adverse biological reactions of the thyroid gland. One of the results is different contents of iodine in potatoes and soils of landscapes of the three classes of water migration due to differences in the type of parent rocks and by class of water migration of chemical elements in soils. It is confirmed, that in typical landscapes of the H+-Ca2+ class there are highest content of iodine in soil, water and potatoes.

Брянская область относится к Нечерноземному региону, характеризующему- ся дефицитом ряда элементов в почвах и биогеохимической пищевой цепи, в том числе йода, роль которого в функционировании щитовидной железы человека и животных хорошо известна и доказана [5]. Загрязнение техногенными радиону- клидами йода западных районов области в 1986 г. вследствие аварии на Черно- быльской АЭС увеличило риск возникновения заболеваний ЩЖ среди местного населения [6]. Основными источниками йода в организме являются продукты питания и питьевая вода, что предопределяет высокую зависимость здоровья на- селения, живущего простым сельскохозяйственным трудом и питающегося про- дуктами местного производства, от уровня содержания йода в почвах и природных водах сельскохозяйственных ландшафтов. Повышенная активность поглощения йода ЩЖ при его дефиците в окружающей среде повышает и риск поступления его радионуклидов в организм при их техногенных выбросах в биосферу. Влияние трофической цепочки на заболеваемость ЩЖ [12; 13], а также ее роль в транс- порте I-131 в районах, загрязненных радионуклидами подтверждена многочис- ленными исследованиями [4; 11; 14; 15].Исследование содержания йода в почвах личных подсобных хозяйств (ЛПХ) Брянской области и сельскохозяйственных культурах (картофеле) как в зоне ра- диоактивного загрязнения, так и за ее пределами в районах с разной структурой почвенного покрова проводилось с 2007 по 2013 г. в рамках грантов РФФИ. Цель* Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 07-05-00912, 10-05-01148 и 13-05- 00823.57Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 3исследования - выявить объективные риски жизни и здоровью населения в йо- додефицитных районах, подвергшихся радиоактивному загрязнению.Почвенный покров области характеризуется большим разнообразием, что об- условлено ее геолого-геоморфологическими особенностями. Основной его фон составляют дерново-подзолистые почвы, на долю серых лесных почв приходит- ся около 20%, остальные типы почв занимают 31% территории (рис. 1) [2; 3].Распространение типов и геохимические особенности вышеперечисленных почв области подчиняются их приуроченностью к конкретному типу почвообра- зующих пород. Так, дерново-подзолистые песчаные почвы распространены в основном в западных и северо-западных районах области на водно-ледниковых и древнеаллювиальных отложениях. Дерново-подзолистые супесчаные почвы встречаются во всех районах и занимают плоские, слабоволнистые зандровые равнины и террасы рек. Дерново-подзолистые легкосуглинистые почвы наиболее распространены на территории области и приурочены ко всем положительным элементам рельефа и почти всем типам пород, встречающимся в Брянской об- ласти. Все эти почвы слабогумусированы (0,9-1,7%), верхние их горизонты обе- днены основаниями (2,1-6,9 мг-экв/100) и имеют среднекислую реакцию среды (рНKCl = 4,9) [2].Рис. 1. Карта фактического материала (на карте почвенного покрова)Серые лесные почвы приурочены к двум регионам - восточной части области и правобережью р. Десны и р. Судости в центре области, где распространены лессовидные карбонатные суглинки. Ввиду более высоких агрохимических показателей (в сравнении с дерново-подзолистыми почвами) большая часть из них вовлечена в сельскохозяйственный оборот. Близкая к нейтральной кислот-58Коробова Е.М., Берёзкин В.Ю., Колмыкова Л.И. и др. Дефицит йода в агроландшафтах...ность (рНKCl = 5,6-5,7), содержание гумуса (1,9-4,3%), и наименьшая сумма поглощенных оснований наблюдаются в верхнем пахотном горизонте (11,6- 19,9 мг-экв/100) [3].Среди других почв, занимающих значимые площади в области, заслуживают упоминания дерново-карбонатные (встречаются во всех районах в местах выхо- да меловых и мергелистых пород), дерново-глеевые (повсеместно приуроченные к понижениям, ложбинам и другим депрессиям рельефа), пойменные дерновые и иловато-торфяные (приурочены к долинам рек) и болотные почвы.Как известно, для большинства типов почв внутриконтинентальных районов отмечается тесная положительная корреляционная зависимость между содержа- нием йода и гумуса в почве [4]. Разнообразный почвенный покров Брянской об- ласти позволяет предполагать наличие контрастных районов по содержанию йода в почвах и в соответствующих им продуктах питания (см. рис. 1).Принципиальная возможность пространственной оценки йодного статуса тер- риторий, загрязненных радиоактивными изотопами, на основе сочетания экс- периментальных данных по содержанию йода в почвах, почвенных карт и карто- метрических расчетов была доказана ранее [5].Исследования, проводившиеся нами ранее (грант РФФИ 07-05-912 и 10-05- 01148) выявили высокую дифференциацию йода в почвенном покрове Брянской области в связи со сменой типов почв и их гранулометрического состава. Подоб- ная неоднородность изначально обусловлена ландшафтной структурой исследу- емой территории: сочетанием литологических, геохимических и климатических факторов [8; 11].Анализ первых результатов изучения распределения йода в почвах и природных водах Брянской области показал существование различной обеспеченности этим элементом геохимически контрастных ландшафтов [2; 6; 7]. Новым этапом ис- следований 2013-2014 гг. стала попытка выявить различие в распространении и миграции йода в системе почва-вода-картофель в агроландшафтах, сформиро- вавшихся на геохимически контрастных породах.До 1991 года картофель, произведенный в Брянской области, занимал значи- тельное место в продовольственном балансе страны, посевные площади карто- феля в общественном секторе составляли 98 тыс. га, а объемы производства - 1,3 млн т. По ряду объективных и субъективных причин, в том числе вследствие аварии на ЧАЭС, производство картофеля в регионе снизилось. К 2005 году пло- щадь возделывания составляла в общественном секторе 5,6 тыс. га, а валовое производство - 91,1 тыс. т [9]. Однако с 2006 г. в сельском хозяйстве области наметилась положительная динамика, сохранившаяся и по сей день (табл. 1).Таблица 1Анализ состояния отрасли картофелеводства в Брянской области [8]ПоказательГод20062007201320142015Сельскохозяйственные товаропроизводителиПосевные площади, тыс. га6,17,2244045Валовой сбор, тыс. тонн108,8163,49001 2001 315,1Урожайность, ц/га178,4227,629030030559Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 3Целесообразность и положительные тенденции в развитии картофелеводства в области, при сохранившейся приуроченности сельхозугодий к почвам и почво- образующим породам, бедным йодом (рис. 2) делают проблему оценки миграции йода в системе почва - картофель наиболее актуальной в наши дни.Методы исследованияДля выполнения поставленной задачи полевой отбор проводился в одном или нескольких хозяйствах населенных пунктов Брянской области, по которым име- лись сведения о заболеваемости ЩЖ среди местного населения. В каждом ЛПХ на картофельном поле закладывалась тестовая площадка размером 5 × 10 м, на которой производился отбор проб в 3-5 точках методом конверта или по диа- гонали (точка в центре и две в верхнем и нижнем углу площадки). При этом фик- сировался уклон площадки, применение удобрений в период посевной и другие факторы, влияющие на содержание и распределение йода в почвах.Рис. 2 Картографическая оценка обеспеченности почвенного покрова йодом [6]Отбор почв проводился ручным буром до средней глубины пахотного слоя (20 см). В некоторых случаях керн разбивался на верхние 0-10 см и нижние 10-20 см для оценки значимости глубины отбора. В полевой сезон 2009 г. про- водился отбор средней пробы почв до глубины 20 см. В ряде случаев почва от- биралась самими хозяевами ЛПХ по их желанию с помощью лопаты из верхнего (пахотного) слоя. Предварительно на месте отбора, производилось измерение поверхностной радиоактивности (мощности экспозиционной дозы - прибор MIRA, mcGy/h) и активности радиоцезия (Violinist III, имп/с).Параллельно в ЛПХ проводилось опробование местных водных источников, отбор проб осуществлялся в пластиковые емкости объемом 400 мл по стандарт- ным методикам [1].60Коробова Е.М., Берёзкин В.Ю., Колмыкова Л.И. и др. Дефицит йода в агроландшафтах...Картофель отбирался непосредственно в месте отбора почвенной пробы. Та- ким образом, исследованию подвергались нижние звенья пищевой цепочки: по- чва-вода-картофель-человек.Содержание йода во всех природных объектах определялось кинетическим роданидно-нитритным методом [10]. Статистическая обработка первичных дан- ных проводилась в программе MS Excel. В работе использована база данных по образцам почв, картофеля, также природных вод, отобранных в ЛПХ синхронно в летние периоды 2007-2013 гг.Результаты исследованийПервые исследования 2007 г. показали меньшие содержание и вариабельность йода в свекле (5-100 мкг/кг) и моркови (9-40 мкг/кг), по сравнению с сопря- женно отобранным картофелем (13-249 мкг/кг). Это обстоятельство и домини- рование картофеля в рационе питания предопределило его как основного объ- екта, исследуемого в дальнейшем (2008-2013 гг.).Было определено содержание йода в 156 индивидуальных образцах картофеля, 113 населенных пунктов (см. рис. 1). В пахотных почвах содержание йода опре- делено в 78 кернах на всю глубину отбора (20 см) и в 59 кернах в двух слоях (верх- нем 0-10 см - и нижнем - 10-20 см). Еще 12 образцов были отобраны без точной фиксации глубины. Содержание йода в грунтовых водах измерено в 51 пробе.В результате обработки данных получены статистические характеристики по трем группам агроландшафтов сформировавшихся на серых лесных почвах; дер- ново-подзолистых почвах; дерново-подзолисто глеевых, дерново-глеевых почвах (табл. 2).Таблица 2Основные статистические показатели содержания йода в почвах и картофеле агроландшафтов Брянской области (ЛПХ)Класс водной миграции тип почвСтатистические характеристикиВодыКартофельПочва пахотная ЛПХnмкг/лnмкг/лмощностьмощностьмощность0-20 см0-10 см10-20 смnмкг/лnмкг/лnмкг/лH+-Ca2+серые лесныеСреднее1012,13648,15191,57171,33171,48Максимум34,3197,037,552,383,1Минимум1,86,020,240,30,4Медиана12,1381,531,451,42H+дерново- подзолистыеСреднее226,17541,81370,98381,03381,06Максимум15,6203,263,53,563,8Минимум1,72,230,130,320,33Медиана5,235,880,890,951,08H+-Fe2+дерново- подзолистоглеевые и дерново-глеевыеСреднее19103935,75200,97190,89160,98Максимум30,1265,111,932,822,21Минимум3,22,990,320,250,29Медиана7,926,810,870,680,861Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 3Наиболее высокие медианные значения йода, как и ожидалось, были обнару- жены в агроландшафтах на серых лесных почвах (в почве - 1,01 мг/кг в слое 20 см; в картофеле 35,35 мкг/кг, в грунтовой питьевой воде - 12,1 мкг/л. В то же время максимальное содержание йода в картофеле зафиксировано на дерново-подзо- листо глеевых почвах в подчиненных ландшафтах.Таким образом, даже в серых лесных почвах содержание йода колеблется от острого дефицита (0,2-04, мг/кг) до нормы (свыше 5 мг/кг). В остальных же по- чвах Брянской области даже максимальные значения йода (таблица 2) находятся в области слабого дефицита, а значительная часть в зоне острого дефицита.При сравнении содержания йода в ландшафтах кислого и глеевого типа водной миграции, обнаружилось более низкое содержание йода в верхних десяти санти- метрах почвы (рис. 3), что отвечает некоторым литературным данным и рекомен- дациям по опробованию почв на йод из слоя 10-20 см.Рис. 3. Йод (медиана) в картофеле и почвах ЛПХ Брянской областиПо-видимому, это может быть объяснено потерей йода в молекулярной форме верхними горизонтами. Однако на серых лесных почвах таких потерь не наблю- дается и содержание йода наибольшее в верхнем слое почвы. Это может быть связано с тем, что йод здесь находится в малоподвижных формах, будучи связан органическим веществом и йоном Ca, который присутствует в серых лесных по- чвах в большем количестве.Именно в ландшафтах кальциевого класса водной миграции наблюдается сла- бая, но статистически значимая связь между общим содержанием йода в почвах и в картофеле. При этом коэффициент корреляции не превышает 0,3.Связи между содержанием йода в грунтовых водах и его уровнями в почвах и картофеле не установлено.Однако это не означает, что ее нет, поскольку в данном исследовании не учтен ряд других факторов, которые могли повлиять на вариабельность содержания йода в картофеле, а именно: сорт картофеля, количество вносимых органических удобрений, особенности обработки земли и др.62Коробова Е.М., Берёзкин В.Ю., Колмыкова Л.И. и др. Дефицит йода в агроландшафтах...ВыводыУстановлено различное содержание йода в картофеле и почвах ландшафтов трех классов водной миграции, обусловленных разным типом почвообразующих пород и классом водной миграции химических элементов в почвах. Подтвержде- но, что наибольшее содержание йода в почве, воде и картофеле характерно для ландшафтов Н+-Ca2+ класса. Локальные максимумы содержания йода в других ландшафтах, по-видимому, связаны не только с местными условиями миграции, но обусловлены внесением удобрений или другими факторами антропогенного воздействия. Подтверждена обедненность йодом почв, картофеля и питьевых вод территорий, относящихся к западной части Брянской области (ландшафты кис- лого класса водной миграции), поступление на территорию которых радиоактив- ных изотопов этого элемента при аварии на ЧАЭС могло способствовать росту заболеваний ЩЖ среди местного населения.

E M Korobova

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academy of Sciences

Kosygin str., 19, GSP-1, Moscow, Russia, 119991

V U Beryozkin

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academy of Sciences

Kosygin str., 19, GSP-1, Moscow, Russia, 119991

L I Kolmykova

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academy of Sciences

Kosygin str., 19, GSP-1, Moscow, Russia, 119991

N V Korsakova

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academy of Sciences

Kosygin str., 19, GSP-1, Moscow, Russia, 119991

L V Krigman

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academy of Sciences

Kosygin str., 19, GSP-1, Moscow, Russia, 119991

Views

Abstract - 76

PDF (Russian) - 180


Copyright (c) 2016 Коробова Е.М., Берёзкин В.Ю., Колмыкова Л.И., Корсакова Н.В., Кригман Л.В.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.