Описываемые в настоящем разделе опыты проведены в Ильменском государственном заповеднике на двух естественных участках: около оз. Б. Таткуль и в районе кордона Няшево.
Почвы на этих участках бурые лесные супесчаные, близкие по химическому составу и механическим свойствам. Участок у оз. Б. Таткуль расположен в березово-осиновом лесу. Первый ярус древостоя — береза 60—80 лет; второй и третий ярус — осина. Подрост обильный, высотой 50—60 см, представлен осиной порослевого происхождения. Распределение равномерное, возраст 2-4 года. Подлесок редкий, высотой 50—60 см, представлен ракитником (Cytisus rutenicus Prsch.). Высота травяного покрова 25-30 см, общее покрытие 60%. В составе травяного покрова встречаются сныть и злаки (обильно), василистник, подмаренник, клевер, вероника, герань, тысячелистник и ряд других растений.
Участок у кордона Няшево расположен на просеке в сосновом лесу. Подрост сосны обильный, возраст 4-10 лет, высота до 70 см. Распределение равномерное. Береза и лиственница встречаются редко. Подлесок представлен ракитником. В травяном покрове имеются злаки и брусника, костяника, купена, кровохлебка, сочевичник весенний, горец, герань, подмаренник и тысячелистник. Общее покрытие 50—60%, высота 20—40 см.
На описанных выше участках были заложены экспериментальные площадки размером 1 х 1 м. На эти площадки ранней весной до появления растительности внесли радиоизотопы железа, кобальта, стронция, иттрия, цезия и церия. Радиоизотопы в виде растворов хлористых солей внесли путем поверхностного полива в количестве около 5 мкюри соответствующего излучателя в 15 л озерной воды на каждую площадку. Опытные площадки с цезием-137 разбирали через три года, с кобальтом-60 — через два года, а с остальными радионуклидами — в конце первого вегетационного сезона (через 4 месяца после внесения). При разборке опытных площадок учитывали надземную и корневую массу растений, вес почвы в слоях по 5 см до глубины 30 см и вес лесной подстилки. Радиоактивность различных частей растений определяли по общепринятой методике после озоления, а радиоактивность почвы — после высушивания до воздушно-сухого состояния.
Надземная масса растений выносит на дневную поверхность лишь десятые или сотые доли процента от общего содержания радиоизотопов в экспериментальной площадке. В корнях задерживается примерно на один-два порядка величин больше, чем в надземной массе, а в подстилке содержится от 7,2 до 48,4%. Основное количество радиоизотопов сосредоточено в верхнем слое почвы (0—5 см). При этом все изотопы в той или иной степени мигрируют в более глубокие слои.
Из всех радиоизотопов наименьшей подвижностью в почве в природных условиях обладает кобальт-60. Через два года после внесения он почти на 86% задерживается в верхнем 5 см слое почвы. Слабой подвижностью характеризуется также стронций-90 и иттрий-91; их содержание в верхнем слое через 4 месяца после внесения составило соответственно 88 и 81%. Наибольшей подвижностью обладают железо-59 и церий-144, содержание которых в верхнем слое составило лишь 51 и 66% соответственно. Относительно малый процент содержания цезия-137 в верхнем слое почвы объясняется, вероятно, большей продолжительностью опытов с этим излучателем по сравнению с другими.
Для проверки такого предположения были проведены дополнительные опыты с цезием-137 и стронцием-90, в которых прослеживали миграцию радиоизотопов в почве за равное время после внесения их в лесную подстилку. Экспериментальные площадки были заложены летом 1965 г. на вершине, в средней части и у подножия восточного склона Ильменского хребта в спелых сосновых древостоях, произрастающих соответственно на примитивно-аккумулятивной, буроземовидной и дерново-подзолистой почвах. Типы леса на вершине хребта — сосняк брусничный, в средней части склона — ягодниковый и у подножия — сосняк разнотравно-папоротниковый. Высота хребта над уровнем моря 450—500 м, крутизна склона в пределах 5—10°.
Примитивно-аккумулятивная почва по механическому составу относится к супеси, буроземовидная и дерново-подзолистая к суглинкам. Водный режим в сосняке брусничном промывного типа, отличается почти ежегодным сильным летним дефицитом почвенной влаги.
В сосняках ягодниковом и разнотравно-папоротниковом водный режим периодически промывного типа. Здесь дефицит почвенной влаги менее выражен.
На выбранных участках освобождали от подстилки площадки размерзом 10 х 10 см. В одном опыте подстилку замачивали в водном растворе 90SrCl2, в другом — в растворе 137CsCl, после чего в равных весовых количествах укладывали ее на ранее освобожденные места.
В каждую экспериментальную площадку вносили по 20 мккюри соответственно стронция-90 или цезия-137.
Разборку площадок производили через четыре года после внесения радиоизотопов отбирая образцы почвы и подстилки в. виде элементарных объемов размером 10 х 10 х 5 см вверх и вниз от места внесения по склону. Из каждого тщательно перемешанного образца (подстилки или почвы) составляли среднюю пробу, которую высушивали до воздушно-сухого состояния и растирали в ступке. Содержание радиоизотопов в представленных навесках определяли в пяти повторностях на радиометре типа Б-2 со счетчиком БФЛ-Т-25. Время счета подбирали такое, чтобы статистическая ошибка не превышала 5%. В среднем при двукратной повторности опыта на каждый образец почвы и подстилки приходилось по 10 радиометрических измерений.
Можно заметить, что оба изотопа преимущественно мигрируют по подстилке в горизонтальном направлении от места внесения. Однако почти во всех экспериментальных точках, расположенных за пределами места внесения, относительное содержание 90Sr заметно выше содержания 137Cs. Следовательно, в целом в почвенном профиле обследованных участков стронций оказался более подвижным, чем цезий. Об этом же свидетельствуют графики вертикального распределения радиоизотопов в почвах, зафиксированные по осям максимальной миграции. Скорость вертикальной миграции каждого изотопа в отдельности в почвах разных типов лесных биогеоценозов в данном случае
была практически одинакова, хотя стронций на всех участках перемещался в глубь почвы быстрее, чем цезий. Наиболее подвижными радиоизотопами в почвах естественных биогеоценозов оказались железо-59 и церий-144. Вероятнее всего это обусловлено физико-химическим состоянием соединений железа и церия в почвенном растворе. Как свидетельствуют результаты лабораторных опытов при pH 6—8, характерных для всех исследуемых нами почв, микроколичества радиоизотопов железа и церия частично переходят в несорбируемые формы, обладающие относительно высокой подвижностью в системе почва — раствор. Стронций-90 по сравнению с другими радиоизотопами в естественных условиях оказался менее подвижным в почве, чем следовало ожидать по данным лабораторных и вегетационных опытов. По-видимому, это связано с тем, что стронций со временем переходит в почве в необменное состояние в силу изоморфного замещения кальция в почвенных минералах. Кроме того, как было отмечено ранее, нивелирование параметров миграции радиоизотопов в природных почвах может происходить под влиянием сезонных изменений режима почвенного увлажнения.