Выше было рассмотрено сравнительное распределение и миграция изучавшихся радиоизотопов в почвенно-растительном покрове при искусственном их внесении непосредственно в верхние слои почвы или подстилку.
В этих условиях поступление излучателей в растения определялось преимущественно корневым поглощением. В природной обстановке основным первичным источником радиоактивных веществ, загрязняющих биогеоценозы в глобальном масштабе, являются атмосферные выпадения. Поступая на земную поверхность, радиоактивные вещества взаимодействуют с растительным покровом, в результате значительная часть их задерживается надземными частями растений. Коэффициент задерживания радиоизотопов (отношение количества задержанных надземной массой растений радиоизотопов к их общему количеству на единице площади) может достигать значительных величин. В результате отмирания растений, листопада, вымывания и ряда других причин через некоторое время значительная доля радиоактивных веществ попадает в почву и подстилку, которые в свою очередь постепенно превращаются в главный источник поступления радиоизотопов в растения через корневое поглощение.
Поведение выпадающих из атмосферы радиоизотопов в почвенно-растительном покрове различных биогеоценозов зависит от множества факторов — климата, типа почв и растительности, увлажненности территории, вектора твердого и жидкого стоков и т. д. Наличием такой сложной зависимости в значительной степени определяется необходимость всестороннего изучения поведения радиоизотопов в ландшафтах и почвах разных почвенно-климатических зон. К настоящему времени в большей мере изучены особенности распределения некоторых радионуклидов, в ландшафтах и почвах Центрально-Европейской части СССР. Слабо изученными в этом плане остаются районы Крайнего Севера, в частности, зона тундры.
Наличие многолетней мерзлоты, избыточное увлажнение, специфический состав растительности с преобладанием медленно растущих мхов и лишайников и ряд других особенностей тундрового ландшафта определяют низкую емкость биологического круговорота и его малую скорость. Все это должно влиять на поведение радиоизотопов, поступающих в северные ландшафты с атмосферными выпадениями.
Для проведения наших исследований в районе стационара «Харп» Институт экологии растений и животных Уральского научного центра АН СССР был выбран участок, охватывающий водораздел (вершина гряды), склон и подножие склона (сфагново-торфяное болото). На каждом из этих элементов рельефа в июле 1966 г. заложили по три почвенных разреза на расстоянии 2—4 м друг от друга. Почвенный покров исследованного участка на вершине гряды представлен поверхностно-глеевыми тяжелосуглинистыми почвами. В растительном покрове преобладают мхи, лишайники, багульник, брусника. На склоне развиты торфянисто-поверхностно-глеевые потечно-гумусовые тяжелосуглинистые почвы. В них слой мха 0—4 см резко сменяется маломощным гумусовым горизонтом А1. Растительная ассоциация этих почв представлена ерником кустарничково-зеленомошным. Почвы осоково-сфагнового болота, у подножия склона, под слоем сфагновых мхов имеют хорошо выраженный оторфованный горизонт мощностью 15—20 см, резко переходящий в горизонт G. Описанные почвы характеризуются кислыми значениями pH солевой вытяжки (3,1—4,5); содержание гумуса в них изменяется от 6% для горизонта А1 до десятых долей процента в горизонтах Bgl и G. Сумма обменных оснований составляет 10—25 мэкв на 100 г почвы.
При проведении исследований в образцах почв, отобранных по генетическим горизонтам до глубины 20—25 см, и в растительном покрове определяли содержание стронция-90 и цезия-137. Стронций-90 определяли радиохимическим методом по дочернему иттрию-90. Измерение радиоактивности образцов производили на малофоновой установке типа УМФ-1500.
Содержание цезия-137 определяли спектрометрически на многоканальном гамма-анализаторе типа АИ-100-1, в качестве детектора использовали кристалл NaI(TI) размером 40 х 40 мм. Концентрации радиоизотопов в растительном покрове и почвах элювиальных и аккумулятивных участков ландшафта практически одинаковы. Однако, характер распределения стронция и цезия в почвенно-растительном покрове исследованной территории различен. Так, на вершине гряды и на склоне наиболее высокая концентрация стронция и цезия обнаруживается в растениях. В нижележащих слоях подстилки и почвы концентрация радиоизотопов составляет единицы и десятые доли процентов от концентрации их в растительности. На сфагново-торфяно-болотном участке, расположенном у подножия склона, не наблюдается преимущественного накопления стронция-90 в растительном покрове. Между старыми оторфованными слоями мха и приростом текущего года он распределяется более или менее равномерно, тогда как цезий концентрируется в нарастающей части мха.
Несмотря на большие различия в объемном весе растительности и генетических горизонтов почв, характер распределения радиоизотопов сохраняется независимо от способа выражения результатов. Основная часть стронция-90 и цезия-137 на всех участках удерживается в растительном покрове и верхних слоях почвы. Однако, стронций-90 обладает большей миграционной способностью как в ландшафте в целом, так и в профилях различных типов почв. На это указывают различные величины отношения 90Sr/137Cs в элювиальных и аккумулятивных участках ландшафта. Так, если на вершине гряды это отношение во всем изученном слое составляет 0,9, то в средней части склона оно равно 0,3. Последнее свидетельствует о более интенсивном выносе стронция из элювиальных и трансэлювиальных участков. Этот вывод хорошо подтверждается относительным обогащением радиоактивным стронцием сфагново-торфяно-болотного участка, расположенного у подножия склона. Отношение 90Sr/137Cs достигает здесь величины, равной 2,2. Интересно отметить, что относительное обогащение стронцием торфяного горизонта увеличивается с глубиной. Так, отношение стронция к цезию в приросте сфагнового мха текущего года составляет 0,6, в оторфованном слое на глубине 2—7 см — 1,6, а в слое 7—12 см — 5,4. Подобный характер распределения радиоизотопов в толще торфяного горизонта объясняется, по-видимому, тем, что наиболее интенсивный вынос стронция относительно цезия происходит в начальный период после радиоактивных выпадений; в последующем, по мере включения стронция-90 в биологические звенья и более прочного закрепления его в почве, процессы смещения миграции стронция относительно цезия замедляются.
Таким образом, изучение распределения стронция-90 и цезия-137 в почвенно-растительном покрове трех сопряженных участков тундрового ландшафта показало, что эти радиоизотопы в наибольшей степени концентрируются растениями. В целом стронций-90 характеризуется большей миграционной способностью, что приводит к обогащению им аккумулятивных участков ландшафта.