Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

АГРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВЕДЕНИЯ ЦЕЗИЯ-137 В СИСТЕМЕ ПОЧВА - СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "АГРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВЕДЕНИЯ ЦЕЗИЯ-137 В СИСТЕМЕ ПОЧВА - СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ"

факультет почвоведения

На правах, рукописи

Рерих Любовь Алексеевна

АГРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДОВЕДЕНИЯ ЦЕВИН-137 В СИСТЕМЕ ПОЧШ-СЕЛЬСКОХОЗДЙСТВШ^ЫЕ РАСТЕНИЯ, (специальность 06.01.03 - почвоведение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА*!982

Работа выполнена в лаборатории радиоэкологии при кафедре общего почвоведения факультета Почвоведения Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Тихомиров Ф.А.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор '¡Сйиниева S.B.

кандидат биологических наук Алексеев A.A.

Ведущее учреждение: Почвенный институт им. В.В.Докучаева

Защита диссертации состоится " -v " /¿v 1982 г.

на заседании спет;иализированного совета по почвоведению в МГУ им. М.В.Ломоносова в малой аудитории зоны "Д" факультета Почвоведения.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке факультета Почвоведения МГУ им. М.Ц.Ломоносова.

Приглашаем Вас понять участив в обсуждении диссертации на заседании специализированного совета по почвоведению в МГУ им. М.В.Ломоносова, а отзывы на автореферат в двух экземплярах направлять по адресу: 117234, Москва Б-234, Ленинские горы, МГУ, Факультет Почвоведения, Ученый совет.

Авторефера* 1зослан 82 г.

Ученый секретapi специализированного ссшета

И.П.Бабьева

- Актуальность проблемы» Проблема поведения-^^ Сз в системе почча-растения, а также в других.звеньях биологического круговорота веществ в породе возникла более £0 лет назад в результате глобального загрязнения окружающей среды этим радионуклидом. На первом этапе радиоэкологических исследований (I950-ISÍ65 Убыло установлено, что , попадая в почву, прочно фиксируется в

ней и со временем поступление его в растения снижается. Исследования "последущих лет (1965-1975) в целом - подтвердили эги положения, однако многие вопросы поведения в системе- почва-растения требуют дальнейшего изучения.

Значительная часть исследований проведена в условиях лабораторных и вегетационных экспериментов, а также при наблюдении за.. дикорастущими растениями на глобальном уровне загрязнения почв ■ -радиоцезием.. По этим причинам нет возможности разработать удовлетворительные критерии прогноза поступления Ci из почв в сельскохозяйственные растения в многолетнем цикле. Недостаточно . выявлена'также роль' основных почвенно-агрохимических показателей, определяющих степень перехода ^^Cs в, растении, слабо изучена динамика и трансформация форм радионуклида, доступных растениям с течением времени.

При многообразии почвенно-климатических зон в нашей стране . важно знать особенности поступления ^"Cs в сельскохозяйственную продукцию в зависимости от типа почв, биологических особенностей растений, агрометеорологических показателей. Ответ на эти вопросы можно получить лишь путем постановки экспериментов непосредственно в полевых условиях, что и сделано в настоящей работе..

Цель исследований^ Изучить закономерности поведения ^^Ct в' системе дочва-сельскохозяйственние растения.в зависимости от свойств почв, биологических особенностей сельскохозяйственных ■ растений и основных агрометеорологических условий произрастания и на этой основе:

1. Осветить малоизученные вопросы почвенной химии в связи с трансформацией форм его подвижных соединений и доступностью радионуклида растениям. :

2. Количественно оценить роль различных почвенных факторов в накоплении ^^Cj растениями. ,

3. Выявить возможность экстраполяции результатов вегетационных" и микрополевых опытов на полевые.условия.- .

Задачи исследований: !.'ПЬ9 ■ ■ -г ■

1, Изучение динамики и форм соединений и их трансформации в почвах разных типов' в связи с его доступностью растениям»

2, Количественно,оценить поступление ^'Са" в некоторые сельскохозяйственные растения в зависимости от свойств почв.

3. Изучение межвидовых »сортовых различий в накоплении растениями, ...

4. Выявление роли основных агрометеорологических факторов в-поступлении 137С$ б растения. -

5, Нахождение связи между поступлением

в растения и

свойствами почв методом математической статистики. .

6. Сопоставление характеристик перехода в урожай сельскохозяйственных растений по результатам вегетационных» мик--рояолевых,полевых опытов и выявление возможности экстраполяции результатов первых двух методов исследования на полевые условия. -

Научная ценность и новизна работы. Впервые в результате многолетних полевых' исследований установлено, что в природных условиях не наблюдается резкого непрерывного снижения поступления

в сельскохозяйственные растения в зависимости от.времени ,-пребывания радионуклида в почве. '

Количество поступившего врастения и варьирование его

по годам .определяется не только свойствами .почв, количеством обменных форм * ?Сз ^биологическими особенностями сельскохозяст-венных растений, но и в значительной мере основными агр'ометеоро-' логическими факторами. ,

С помощью методов многомерной математической'статистики дана, количественная оценка роли почвенных свойств в размерах накопления растениями, вычленены основные почвенные факторы,определяющие интенсивность перехода радионуклида из почв в растения.

Получена близкая сходимость результатов микрополевых и полевых экспериментов, что позволяет экстраполировать данные микро- . полевых опытов, на полевые условия.

Практическое значение.

I. Показано отсутствие постоянного снижения доступности ра-^ диоцеэия растениям в выщелоченном черноземе в природных условиях о течением времени. Получены коэффициенты корреляции между

ги агрометеорологическими факторами (количество осадков,'.-температура воздуха за май-август4месяцы, осенние и весенние за' пасы продуктивной влаги в метровом слое почвы). Эти коэффициента'-

позволяют прогнозировать поступление Сз в растения. '

2.,Ни основе.многолетних данных выявлены виды и.сорта сельскохозяйственных растений, характеризующиеся минимальным накоплением в урожае.

3. Рассчитаны уравнение регрессии, связывающие содержание ".

растениях с основными почвенным« свойствами. Эти уравнения могут быть использованы для сравнительной оценки радиационной . опасности загрязнения цезием-137 различных поте. ■ . ■ ■

4. Оценена возможность экстраполяции"результатов микрополевых опытов на условия сельскохозяйственного производства.

В теоретическом плане проведенные■исследования дополняют ^сведения по почвенной химии 1 С$. , что -позволяет уточнить особенности поведения радиоцезия и миграционную способность его в звенья:: биологического круговорота; в частности, э системе почва-растения. . .

Объем работы. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста, включая таблиц,и иллюстрирована ^ рисунками, имеется^приложение и список литепатурм из £¿^7' названий», из них зарубежных.

Апробация. Диссертация рассмотрена и рекомендована к защите на заседании,кафедры,общего почвоведения факультета Почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова'27 ноября 1901 г. Основные положения дис-* сертаоди доложены ич обсуждены на Всесоюзном симпозиуме'"Теоретические и практические аспекты действия малых доз иониэирущих ,. ■ излучений" (Сыктывкар, 1973)г на Всесоюзной научной'конференции "Проблемы взаимодействия общества и природы" (Москва, 1978), на " Первой Всесоюзной конференции по сельскохозяйственной радиологии (Обнинск, 1979). — - --

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. . ' •

- ОНЬЕКШ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Дня решения поставленных задач использовались следующие ме-,года исследования; ■, , ' .

I. Лабораторные, вегеталонные, ыикрополевые и палевые опыш ,2. Лабораторно-аналитические.

3. Расчетные.,- ' . -

Постановка экспериментов, анализы почвы и растений вылолнег

■ны по общепринятым методикам. ^ , ; . ' ' ■ '

Лабораторный эксперимент (многофактор^ый -опыт с проростками! поставлен для изучения .перехода а растения .и оценки, роли основных почвенных факторов в биологической доступности,радиоцезия растениям.

Опыты проводились с 2-недельнытг-проростками овса Золотой довдь на 27 почвах. Проростки выращивали в алюминиевых бюксах,' в которые помещали 40 г почвы. Почвы в бюксах заливали избытком дистиллированной вода до состояния'суспензии и затем вносили

без носителя в форме количестве 3,2 кБк/г почвы.'

Для•равномерного распределения радионуклида в почве бюксы выдер- • живали закрытыми в течение 10 дней. Подсушив почвы до 60% от ПВД■ в бюкс высевали по £5 наклюнувшихся семян овса. Растения.срезали . в фазу проростков через 14 дней после всходов. Влажность почвы в бюксах,поддерживалась на уровне 60% от ПВ дистиллированной водой. Повторность'опыта шестикратная.

Вегетационные опыты..Опыт № I заложен на выщелоченном черноземе для оценки вклада процесса закрепления в почве при поступлении его в растения гороха Немчиновскнй-766 и пшеницы Комета. Радионуклид внесен в почву в количестве 130 кЕк/кг в виде

Опыт № 2 заложен для изучения процесса закрепления в

3 почвах:, выщелоченный чернозем, дерново-подзолистая,эдлгвиадьно-слоистая (таблЛ). Радиоцезий внесен в количестве 185 КБк/кг поч-' вы. ' ,

Микррполевые опыты. Опыт № 3 заложен для сравнительной оценки разных методов при изучении поступления в сельскохозяйственные растения. .Опыт проводили в течение 0 лет в деревянных ящиках без дна размером 0,5 м jc 0,5 u х 0,5 м, вкопанных в почву. Почва - чернозем выщелоченный тяжелосуглишотый, Радиоцезий вносили в виде раствора 137С'5М(^без носителя в слой почвы 0-20 см в количестве 190 хБк/кг. Повторность опыта 4-х кратная.

Опыт У> 4 поставлен для изучения поступления радиоцезия в растения в зависимости от свойств почв. Опыт проводили в течение

4 лет на трех почвах: выщелоченный чернозём, дерково-подзолистая, аллювиально-слоистая. Радиоцезий в почву внесен в количестве .330 кБ^кг. j -

Полевые опыуы поставлены для изучения влияния межвидовых и

межсортовых различий растений на поступление'в них С* из выщелоченного чернозема. Площадь делянок 10 м^. Редиоцезий внесен на поверхность участка в виде раствора 137 иа расчета 13 кБк/кг почвы с последующим перемешиванием почвы на глубину до 20 см зубчатыми боронами. Ежегодно почву рыхлили на соответству-щую глубину и вносили минеральные удобрения Объектами исследования служили следующие культуры: овес Золотой дождь, ячмень Винер, просо Казанское, чумиза Московская-2, гречиха Крупнозерная, картофель Северная Роза, бобы Русские; сорта гороха: Немодновскяй-766, Торсдаг, Красноуфимский-70, Челябинский -71, Уладовский-303, ПионерГ-1; сорта пшеницы: Комета, Стрела, Весна, Саратовская-29, Лютесценс-758, фасоль кустовая.

МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПОЧВ И РАСТЕНИЙ *

Химические "'метолы. Анализы проводили по общепринятым методикам (Аринушкина, Х971. Вадюиина, Корчагина, 1973). Обменный из почв вытесняли 1м СНдСОСКШ^/рН?/ двумя способами: а) однократная обработка 1м СН3С00КН4 (навеску почвы заливали экстрагентом и взбалтывали на ротаторе в течение часа, соотношение т:ж*1:5); б) многократная обработка ацетатом аммония до отрицательной реакции вытяжки на Са,

При изучении прочности фиксации 137С$ различными почвами в зависимости от времени пребывания радионуклида в почвах извлечение проводилось последовательно из одной навески в следующем порядке:

а) 1мЙ14С1->- 1мНС1-*-1мНС1 после обработки Н202;

б) после обработки Н202;

в) 0,Ем/Л'Н4/250^0,5мН25011->'0>5ьй2$04 после, обработки В^.

Соотношение т:ж=>1:10, время взаимодействия почвы с экстрагентом составляло одни сутки при периодической перемешивании раствора.

Радиометрические методы. Концентрацию в растениях,поч-

ве и растворах измеряли на гамма-спектрометре АИ 100-1 с кристаллом

Статистическая обработка, результатов. Математическую обра--ботцу урожайных данных, результатов радиометрических и химических анализов осуществляли методом дисперсионного анализа. Для установления взаимосвязи различных показателей друг с другом ис-3-Ш9

пользовали корреляционный анализ. Данные много факторно го опыта с проростками овса Золотой дождь обработаны с помацью корреляционного, дисперсионного и регрессионного анализов.

Таблица I

Аналитическая характеристика почв опытов

Показатели {чернозем ¡дерново- [аллювиальной

Iвыщелочен- !псдэолистая¡слоистая __ _____ 1ный 1 I _

Гумус по Тюрину, % 5,1 5,3 1,7 0,3

рН водной 6,6 7,2 6,1 7.9

рН солевой 5,7 - 4,в -

Ч Са, мг-экв/100 г почвы 31,0 19,8 6,9 3,8

ы3 6,0 12,5 1.8 0,8

нг 3,7 1.1 4,3 нет

К оби. . М 0,3 0,1

Механический состав,

фракции, %

<1 мкы 29,1 '18,7 6,8 3,5

гЮ мкм 51,0 31,5 21,6 П,1

Минералогический состав

фракции<1 мкм, %

каолинитовый компонент 10 50 9

гидроелюдный компонент 57 20 27

смектитовый компонент 32 30 64

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результаты многолетних исследований в условиях никрополе-вого и полевого опытов по изучению динамики водорастворимой и обменной форм показывают, что резкого и постоянного

уменьшения этих форм в зависимости от времени пребывания в почвах не наблвдается (табл.2).

Содержание водорастворимого радиоцезия за годы исследований не превышало 0,6%. Содержание обменных форм нуклида за первые 4 года практически не изменяется. В поеледуицие годы количество обменных форм уменьшается в 2-2,5 раза.

Таблица 2

Динамика содержания водорастворимой и обменной форм М*С5В выщелоченном черноземе в полевом /I/ и ымкроподевок /П/ опытах, % от внесенного

|137С5 I 137Се обменный. %

внесения |™22?аС*ВО- 1однократная обра- !многократная обра-

1ЭГ/>. ¡ботка , ¡ботва почвы

год ^ ! % 11м С%С00»/н4 рН7, \1и СНзС00?Н4 до от-

1 !т:*«1:5 1рнцательной реакции

1 1 !на Са м , „ ,

¡1 Д | I Д { I п

0,25 0,1 0,1 7,2 5,0 ^ 10,1 10,6

1 0,3 0,1 6,4 9,0 12,5 16,4

2 0,6 0,3 5,6 8,3 II,0 14,3

3 0,6 0,4 6,5 7,6 - 14,1

4 0,1 0,2 2,1 3,3 4,4

5 0,1 0,1 3,0 3,3 3,8 6,9

6 - . 0,1 5,4 3,1 - 5,8

7 - - - 3,2 - -

Скорость закрепления ради о цезия черноземом в течение первого года вегетации изучалась в условиях вегетационного опыта (табл.3). Результаты определения водорастворимой и обменной форм нуклида свидетельствуют, что микроколичества его достаточно бистро сорбируются почвой. Уже через сутки после внесения изотопа в почву количество водорастворимого 137Сзсоставляло только 0,2$, обменных форм С; в результате однократной обработки почвы 1м С^СОО^Н^-17%, в результате декантации почвы ацетатом аммония до ' отрицательной реакции фильтрата на Са-30£. В поеледущие сроки определения обменных форм радиоцезия отмечено снижение его количества в 1,5 раза.

Дальнейшее изучение поведения в почвах продолжали в

условиях микроюлевого опыта на 3 почвах.

Таблица 3

*

гот

Динамика водорастворимой и обменной форм С4 на вшелочемном черноземе, % о* внесенного ■

137 Сь вод о- Обменный137 С$ , 1м СНоСОоЛь

растворимый ° *

Однократная Декантация до отри-обработка дательной реакции

почвы на Са

I 0,2 17 30

20 0*1 13 23

30 0,1 15 25

50 0,1 12 20

70 0.1 II , 22

90 0,03 II 25

Таблица 4

тт

Количество С£, десорбированного из почвы мнкро-полевого опыта* в зависимости от времени инкубации нуклида* % от внесенного

ЧАКШЗЙУ Дерново-под- Аддювиадьно-

Экстрагенты золистая слоистая

I И I п I П _

1мЙ14С1 23 3 7 2 ' 12 3

1м НС1 II 4 6 4 16 14

1м НС1+Н202 II 6 27 17 31 35

сумма 45 13 40 23 59 52'

1мЛи6 25 4 8 I 14 4

4 3

1м Н*03 16 5 II 7 24 18

Хм н/о3+н2о2 25 28 34 32 50 46

сумма 66 37 ■ 53 40 88 70

0,5М/^Н4/2!04 21 3 7 2 20 21

0,5м Н2504 13 7 15 6 - 12 3

0,5м Н210.+Нг0? 41 41 50 47 50 52

сумма 7$ 51 72 55 82 76

Время с момента внесения нуклида* сутки

I - свежевнесенный радиоцезий - 4-х дневная инкубация; П -3-х летняя инхубацня нуклида,- . ■

Используемые экстрагенти (растворы сол ей) вытесняют свежевне-сенный радионуклид в зависимости от типа почв в количеств« - 7-■ 25$. За три года пребывания радиоцезия в почве содержание- этих

форм уменьшается в 3-10 раз, т.е. с течением времени радионуклид * в п^чве переходит в прочносв^занное состояние (табл.4).

Количество кислоторастворимого радиоцеэия при 4-^ дневной инкубации в почве равно или ниже содержания обменной формы При трехлетней инкубации радионуклида в почвах содержание кисло-торастворимого ^С^ уменьшилось по сравнению со свежввнесенным, но значительно в меньшей мере, чем содержание обменной формы.

Более высокий вькод ^ С* наблюдается при десорбции почв растворами кислот после предварительного разрушения органического вещества почв перекисью вццорода. В этом случаф наибольшее количество Се экстрагируется из аллсвиально-слоистой почвы, несмотря на то что она содержит значительно меньше органического вещества, чем дерново-подзолистая почва и чернозем. По-видимому, эта форма 137 Сз связана с коллоидной частью органо-шгаерального комплекса почв безобменно и освобождается лишь в результате его разрушения перекисью водорода. Относительное содержание Се в этой форте, вероятно; зависит не столько от количества органиче^ ского вещества в почвах, сколько от его-качественного состава к состава минеральной части органо-ыинерального комплекса почв. Относительное содержание ^^ Сз в этой форме практически, не зависит от времени экспозиции радионуклида в почвах.

Суммарное содержание подвижных форм радионуклида (обменной, кисвоторастворимой и связанной с органической частью почв); вдавленных при последовательной обработке почв экстрагентами, для свежевнесенного радионуклида составляет: в черноземе 45-75$, дерново-подзолистой почве 40-72$, аллювиально-слоистой почве 59-68$. При трехлетнем пребывании радионуклида'в почве суммарный выход этих форм 137 С5 составляет соответственно в черноземе 13-51$, дерново-подзолистой почве 23-55$ и аллювиально-слоистой почве . 52-76$.

ТЧ7 '

Следовательно, значительная часть внесенного ° С.8 сорбируется в почве со временем настолько прочно'/ что не извлекается даже такими экстрагентами, как растворы сильных кислот совместно

/269

с¥>2-. ' . \ ■ . .

Если исходить только из относительного минералогического состава почв, то установленный нами ряд почв по прочности связи в них С;' при 4-х дневной инкубации на первый взгляд кажется несколько необычным. Аллювиально-слоистая почва характеризуется , наибольшим относительным содержанием гидрослюд и сыектитовьк минералов, которые'характеризуются интрамицедлярным поглощением, и наименьшим количеством минералов группы каолинита, обладающих невысокой сорбциокной способность!] и менее прочным закреплением . Сумма гидрослвд и смектитовых минералов а аллювиально-слоистой почве, черноземе, дерново-подзолистой почве составляет соответственно 91, 89 и 5055. Однако по прочности закрепления( радионуклида порядок почв оказывается другим. Это кажущееся противоречие можно объяснить, если учесть различия в содержании илистой фракции, наиболее ответственной за сорбцию радионуклида. Дерновйюдзолистая ючва при относительно меньшем содержании смектитовьк минералов и гидрослюд отличается от адлювиально-сло— истой почвы более высоким содержанием частиц илистой фракции, 'что, по-видимому, обусловливает более высокую,прочность закрепления С*в дерново-подзолистой почве. -

ПОСТУПЛЕНИЕ РАДИОЦЬЗИЯ В СЕЛЬСШХОЗЯЙСТВШШ РАСТЕНИЯ

Как показали многолетние исследования в полевых опытах, содержание С$ по годам в 10 сельскохозяйственных культурах значительно варьирует. Кратность вариаций за о лет {рис.1) в абс. ад. для генеративных органов составляет 2-5 раз. Максимальная кратность колебаний (4--Ъ) содержания С»отмечена У чумизы, проса,-минимальная (1,7-2) - у овса, картофеля, бобов. Это обстоятельство определило постановку нами серии экспериментев,направленных на изучение причин, которые привели 'к столь широкому диапазону в накоплении С( культурами по годам.;

Исследования велись в следующих направлениях.

I* Вкл^д процесса закрепления С» П(м поступлении его в растение изучался в условиях вегетационного опыта № I. Как показали результаты исследований (табл.5), в растениях гороха и пшеницы свежевнесенный С* из выщелоченного чернозема поступает в 2-2,4 раза интенсивнее, чем нуклид» внесенный 5 лет назад.

Результаты исследования показывают наличие процесса закрепле-

ti

Ек/кг '

Ячмень Пшеница

40 '

30 * 20 ■

10

Овес

Просо Гречиха

-fifí П-гГ:

12345. 12345 I.2 3 4'5 12345 12345

90.

8070.

60/ '5040 30 .

■«о. 10гг 3 4 5 1 2 3 4-5 1 23 4 5 1 2 3 4 5 I 2 3 4 5-,

Рис.1: Поступление ^^ С4 в зерноСклубки) сельскохозяйственных культур полевого опыта за 5 лет

Чумиза -„Фасоль

Горах

Картофель . Бобы

кия Сз н на 3-х почвах (опыт 2). Растеши овса Золотой довдь (табл.5) щи г свежем внесении нуклида накопит его в 2,0-2,7 раза-больше, чем при внесении 137 С5 3 года назад» Аналогичные исследования в дальнейшем были проведены в условиях мгасрополевого овита.

Таблица 5

Закрепление почвами * *

-.. . »и137 Опыт > Почва Культура Са в расте- 1 нкях

I П I : П

VI Чернозем вице- Горох Некчи- лоченный новский-766 0,104» Пшеница Номета0*072 № ■ 2 Чернова - выц&- Овес Золотой лочениый; дождь 0,076 0,050* ' 0,030* о.озс? 2,1 2,4 2,1

Дервово-подэо- Овес Золотой -листая ■ , ' дождь ' , 0,195 0,071 2,7

Аллювиально- Овес Золотой слоистая: ■ дождЬ" 0,210 0,094 2,2

I - сважевнесенный нуклид , II - З-х-^етняя инкубация яукдидя ж - 5-и-летняя инкубация нуклида ', - ' ' ■' ' ■ - г ,т

т« 2. Влияние типа почв на поступление С$ в растения. Ре- -.

эудьтаты мккрополе вого опыта по накоплекио радиоцезия овсом Золотой дождь'представлены б табл.6. Растения овса на черноземе накал ли во»? значительно меньше ■ радиоцезия, чем, на дерново-подзолистой . и адлювиально-слонстой почвах. По средним данным за 4 года соотно шение количества ^^ С* в зерне овса по почвам -"чернозем:дер-ново-подзолнстая:аллювиадьно-слоистая = 1:7:9.

В год внесения 137 С$ в почву Кц его в растениях значительно вше, чем в последующие годы. Судя по^ коэффициентам накопления радионуклида, доступность С5 растениям со временем снижается, но в разной степени в зависимости от типа почвы. Ыаксиг маяьное снижение поступления С« в зерно овса за 4 года наблюдается на дерново-подзолистой почве - в 7,5 раз, на черноземе и аллквиально-слоистой почвах - в 2 и 4 раза.

■ Таблща.6

Содержание С; и К в зерне овса Золотой дохдь на почвах иикрополевого опыта (в расчете на

Почва- 1 Год ^ » о А - ' Бк/кг, 10* 137С5 Р/Ь"

Чернозём выщелоченный .= - I : 1.6 . 0,039 4,5 ' 36

г 0,8 0,019 3,9 20

3 0,8 0,019 3,3 . 23

- - . 1 . ■ 4 1,0 0,021 4,3 20'

Дерново-подзо-лястая . - I 17.1 0,414 3,6 475

2 3,9 0,096 3,8 100

3 4,Ъ 0,108 3,6 124

4- 2,3 . 0,055 - ц .3,5 66 .

Аллювиальное слоистая■ I 14,7 О.ЗЬб 4,6 . 320

■. - ■ 2 7,9 0,193 4,6 . 172

- ■ 3 10,7 0,258 3,5 305

4 4,0 : 0,095 ■ 4,5 88

/ Накопление растениями кадия■ - химического аналога редиоцезия в зерне овса ш почвам-и по гадам проведения опытов изменяется несущественно.

3. Видовые различия в поступлении радиоиеэия в расу^мщ. Данные полевого опыта указывают на широкие меосводовые различия в накоплении137 : по зерну 8-кратной величины, по соломе - 10-кратной (табл.7). На основании данных многолетнего нолевого опыта исследуемые культуры по накоплению Сз (в абсолютных единицах) в зерне можно расположить в следующий ряд: ячмень>пшени-ца>овес>просо?гречиха^чумиза>фасоль>горох>карто$ель>бЬбы. Это дает основание разделить исследуемые культуры по способности накапливать 05 на 3 группы:

1 - зерновые - ячмень, пшеница, овес - слабонакашшващие;

2 - крупяные- просо, чумиза, гречиха - средненакапаив&щие; „ * 3 - зернобобовые - фасоль,' горох, бобы - сидьнонакалливалцие.

Картофель'(по содержанию Сзв клубнях) занимает промежуточ-

нов положение между горохом к бобами.

При выражении.содержаниеСз в ц.е. учитывается поступление в растение его неизотопного носителя-калия. Растения, накап-

ливающие больше кгишя, содержат больше и 137 Сз . Однако, прямой^ пропорциональной зависимости между накоплением растениями калия я радионуклида не обнаружено. Так,'содержание ^ Сз в зерне бобов больше, чем в зерне ячменя в 8 раз, а калия - лишь в 3 раза.

Таблица 7

Содержание10' и К. в, зерне растений палевого

137

опыта (в расчете на I ЫБк/м~? -

™ с£ , Бк/кг К,г/кг к

Культуры средн. за Ъ лет максим, крат- , ность по годам Ю-3 средн. за Ъ лет максим. крат - ность по годам ц.е., Ю3 10-4...

Ячмень 8,3 3,7 1,9 4,8 2,5 1,9 1,3 .

Пшеница 9,9 ' 2,7 . 2,2 4.1 ; 1,2 2,4 1,7 '

Овес 16,2 2,0 3,6 4,3. 1,6 3,8 2,6

Просо 16,6 4,6 3,7- 3,0 1,5 5,3 3,6

Гречиха 21,1 4,3 4,8 5,2 . _ 1,4. 4.3 " 2,9-

Чумиза 27,6 ■ 5,3 6,2 4,4 -1,9 7,0 4,8 ^

Фасоль 29,3 3,0 - 6,3 15,1- 1,3 2,0 1,4 '

Горох 40,9 Картофель55»6 2,2 1,7 9,2 ■ 12,5 11,6 17,1 1,5 1,4 " 3,7 3,3 2,5 -2,1

Бобы 67,4 1,7 16,1 ■ 12,1 1,6 5,7 3,9.

4. Нежсорторуе разли^д в накоплении радиоцезия изучали так-

же в условиях полевого опыта (табл.6), В зависимости от сортовых

особенностей количество ^^ Сэ в зерне пшеницы и гороха различа-

ется в 1,5-2*3 р£за, в соломе в 2-3,5 раза. Диапазон колебаний"

концентрации радионуклида в растениях был шире, чек межсортовые различия по накоплению калия. Во многих случаях концентрация калия в зерне и соломе сортов одной культуры оставалась практичес-

ки постоянной. В этих условиях межсортовые различия в накоплении

137

Сз , выраженные в ц.е., определялись только изменениями кон-

... Таблица 8 /

Накопление радиоцезия и калия различны*« сортами гороха и пшеницы в полевок опыте (в расчете на '

* I ЫЬк/м2;

Культура, сорта 137 С* Бк/кг 10-3. г/кг ц.е., ИГ н.о. в звене почва-растен., ю-4 "У в эвене солома-зерно

Горох

Красноуфимский 70 24,6 - 1,0 10,4 2,36 1,7 0,56

Челябинский 71 28,3 6,3. 11,0 2,57 2,0 0,47

Уладовский 303 '28,6 6,4 11,0 ' 2,60 1.9 0,27 -

Немчиновский 766 29,2 6,5 12,0 „ 2,42 1,8 0,32 *

Торсдаг 32,5 7.3 11,0 2,95 2,2 0,43 .

Пионер Г-1 37,4 8,4 12,0 3,12 2,3 0,33

Пшеница

Стрела . 3,9 0,9 - 4,0 0,98 0,7 0,87

Комета 7,0 1,6 3,7 1,89 1.4 1,18

Весна' 7,4 1,7 ' 1,45 1,1 0,39

Лютесценс 758 7,8 ' 1,8 ' 3,8 2,05 1,5 0,99

Саратовская 29 - 9,1' 2,0 4,8 1,89 1.4 0,77

центрации радионуклида.

Для сравнительной оценки поступления ^^ Саи К из почвы в __ растения приведены величины "наОлвдаемых отношений", которые указывают на степень дискриминации & калием при миграции их в системе почва-растения. Величина н.о. для всех культур, их сортов и всех органов растений меньше единицы, что свидетельствует о значительной дискриминации 137,^1 кадием при миграции их в системе почва-растения. • ,

Величина н.о. для звена почва-зерно у сортов гороха существенно меньше, чем для звена почва-солома. Различия ко величине н.о. у зерновых культур для обоих звеньев гораздо меньше, чем для бобовых культур..

• Величина коэффициентов дискриминации /К4/ в звене солома зерно (табл.в,9) указывает на степень дискриминации Сз калием при переходе их из вегетативных органов в генеративные. Вели-. чина Кд| в атом случае может, служить дополнительным показателем . при выборе сортов культур« минимально накапливающих радиоцезий в хозяйственно-ценной части растения. По данньм полевых опытов максимальной дискриминацией Сз калием в зерне отличаются сорта: горох У ладо вс кий 303 и пшеница Весна. '*"-5. Роль основных;,агрометеорологических Факторов в поступлении радиоцезия в растения (табл.9); Корреляционная:зависимость между концентрацией радхоцезия в растениях микрополевых я поле-'вых опытов и основными агрометеорологическими показателями вегетационных периодов определялась в % етапа. ДредварительныедаН-ные корреляционного анализа указывают, что концентрация * С$ в растениях микрополевого опыта (6 лет) и полевого (5 и 7 лет) •находится в прямой зависимости от температуры воздуха за вегетационный период и в обратной зависимости от количества осадков и ' запасов влаги в метровом слое почвы (осенью и весной). Коэффициенты корреляции в1отдельности для каждой из 10 исследуемых культур различны. Это обусловлено вцдовыми различиями растений;.их разной требовательностью к обеспеченности почвы влагой. Наиболее высокие коэффициенты 'корреляции найдены между содержанием Са в растениях и температурой воздуха и осадками в июне и июле месяце. Это отмечено для всех культур. Для вегетативных органов коэффициенты корреляции вше, чем для генеративных.

-Для нахождения более общей зависимости поступления радиоцезия в растения от агрометеорологических показателей все изученные растений опыта объединили"в 3 группы и рассчитали коэффициенты ' корреляции мевду средними концентрациями С1 по группам и агрометеопдказателями. Коэффициенты корреляции свидетельствуют о том, что характер поступления радиоцезия в выделенные группы растений аналогичен таковоцу для каждого вида растения в отдельности. „

тот

Существенную роль при поступлении С; в сельскохозяйственные растения, как свидетельствуют данные корреляционного анализа, играет температура воздуха (особенно в июле месяце) и количество осадков за вегетационный период. Все коэффициенты корреляции между поступлением радиоцезия в растения я осадками за 4 месяца

значимы при уровне значимости 5-10$, за исключением одного- случая - солона в Ш группе растений. Осенние запасы влаги в слое почвы - 0-100 см в большей степени влияют на поступлеше радионуклида в растения, чем весенние.

Таким образом, в связи с потенциальной возможностью загрязнения почвенно-растительного покрова радиоцеэиеы, зная особенности поступления его в растения в зависимости от времени пребывания

& в почве, от типа почв, от биологических и сортовых особенностей растений, от основных агрометеопокаэателей вегетационных периодов, можно в 8-10 раз снизить поступление радиоцеэия в растения. . .■

' Таблица 9

Коэффициенты* корреляции между поступлением ЗД в растения'(Бк/кг) микрополевого опыта и метеорологическими факторами в вегетационные периоды 1970-1977 гг.

Агрометеорологические

Фв"0*** _____- ¿¿¿но ' . Содома -

Температура воздуха; май

ИШЬ

июль август

Ср. за 4 месяца -Осадки, мм: май. июнь июль август

Сумма за 4 месяца

ш' - осенние запасы влаги в слое почвы

0-100 см, мм

IV.- весенние запасы 1 влаги в слое

ПОЧВЫ

0-100 см, мм

0,45 0,39 0.62 0,28 0,43 -0,47

- 0,40 0,58 0,13 -0,43

0,66 0Т78 0,47 0,33 0.62 -0,24

0,45 0,36 - 0.62 0,39 _0д59

0,Ь2 0,52 0,64^ 0.63 0,50 -

-0,24 -0,12 -0,41 -0,19 -0,11 -0,36

-0,45 -0,39 -0,48 -0,62 -0.57 -

-0.64 -0.72 -0.58 -0,41 -0-73 -0,28

-0,32 -0,09 -0,50 -0,27 -0,25 -0,19

-0,75 -0.64 -0.84 -0,64 -0.78 -

-0,43-0,52 -0,50 -0,75 -0,53 -0,23

-0,35 -0,19 -0,55 -0,42 -0,42 -0,49

к - коэффициенты, подчеркнутые одной чертой, значимы при уровне

значимости 10%, двумя - Ь% ..

I - пшеница, овес, ячмень; И - чумиза, гречиха, просо; ; Ш - горох, бобы, фасоль

Нахождение связи между поступлением рэдиоцезня в растения и свойствами почв методом математической статистики_

До настоящего времени слабо разработаны критерии, которые могут быть использованы для прогноза поступления3^ в растения. Анализ имещейся литературы показывает, что применение для этой цели цеэневых единиц (ц.е.), наблюдаемых отношений (н.о.), коэффициентов накопления (К^ недостаточно.

Нам представлялось целесообразно! изучить зависимость перехода Сл в растения из разных почв и оценить роль их свойств в доступности радионуклида растениям.

Б качестве величин - характеристик концентрации 127 Сз в растениях - рассматривали три показатели-коэффициенты накопления, число цезиевых единиц, наблвдаемые отношения. Из этих величин предстояло выбрать в качестве основной такую, которая обнаруживала бы наиболее тесную связь со свойствами почвы, после чего построить уравнения регрессии, пригодные для предсказания содержания С» в растениях по известным свойствам почвы.

Математическая обработка экспериментальных данных многофакторного опта включала 2 этапа. На первом этапе работы находили коэффициенты парной корреляции для всех экспериментальных величин друг с другом. Проанализировав результаты, некоторые из 14 учитываемых характеристик исключили из дальнейшего рассмотрения. Оставшиеся свойства по убывапцим коэффициентам корреляция с можно расположить в ряд: руД >[0^ > рНС0Л > по убываиорш коэффициентам корреляции с н.о. - в ряд: {Сз]>

На втором этапе работы строили уравнения регрессии, включающие перечисленные свойства почв. В качестве исходного уравнения взяли полином второго,по редка.

Конечные уравнения регрессии для н.о. вместе с величинами, характеризующими их точность, приведены в таблице 10. В результате проведенного анализа оказалось, что н.о. является величиной,

Таблица 10'

Уравнения регрессии для расчета наблюдаемого отношения при поступлении в проростки овса'Золотой дождь

в лабораторном опыте

Доля объ- Доэффиад- Значи- Число отклонений урав- Уравнения ясненной ент пред- мость предсказанных значе-

нения вариации, сказания модели ний н.о. от фактиче-

% р скиу_

3. н.о. = МОЛО"4/"^/'/^ ~ 3,68.10*

. ГО! _ 1 от ТП-Э Л" Л7. ш

- + 6,62.Ю~4 134 з

94,8 * 0,973 С8^7) II 15 ?

-сЗО^ <5$ 50100$

94,1 0,969 - 38,0 ^ (242) 14 16 5

94,1 0,969 182,9 юл) 12 15 6

94,1 .»а 0,970 183,7 (19,4) 12 15 5

Г н.о. -1,38.ю-4 сой]-т - , ^ и

- 3,$0.10-6/*С^7 94,1 0,969 ч (24Й) 14 16 б 5

2. н.о. = 1,38Л0~4/&7-/2/ - 3,60. Ю-6 ^ э

•[С%]г + 5.89.КГ5 ¿КоО/ 94,1 0,969 (19*4) 12 15 6 5

6

Б скобках прлведеки значения Р критерия для уровня значимости 0,95

которую можно предсказать более точно, чем К^ Точность предсказания, помимо общепринятых статистических характеристик, оценивали щи пощади предложенного ранее числа отклонений предсказанных значений от фактических (Прохоров и др.,. 1972 г.); в^ пределах .¿30$ (хорошее предсказание), «с 50$ (удовлетворительное предсказание). Конечные уравнения дают удовлетворительное предсказание более чем в половине случаев (14-16 из 26), что приемлемо для практических целей. ,

Сравнительная оценка разных методов изучения поступ-лшия радиоцеэия в сельскохозяйственные растения из

аанв--———;_-_:_

Многолетние исследования в условиях вегетационных, никрополевых и полевых опытах позволили количественно оценить поступление радиоцеэия в растения и выявить возможность экстраполяции данных микропалевых опытов на природные условия. Данные табл.11 „ (средние за 5 дет) свидетельствуют о близкой сходимости результатов, полученных в условиях микропалевых и полевых опытов. Отношения абсолютного содержания С$ в зерне и ндубних в полевом в микро полевом опытах варьируют от 0,83 до 1,69, а соотношение Сэ , выраженное в ц.е., от 0,86 до 1,80. Аналогичные соотношения получены и для соломы.

Таблица II

Соотношение результатов полевого и микрополевого опытов по накоплению цезия - 13? в урожае (среднее за 5 лет) к

т

Культура ! Абсолютные ежинииы Цеэиевие единица

: зерно * : солома зерно Г солоиа

Ячмень 1,15 0,98 1,28 1,00

Пшеница 0,83 0,88 0,97 0,85

Овес 0,97 1,05 0,86 0,94

Просо 1,53 , 1,23 1,52 1,23

Гречиха 1,27 1,69 1,59 1,75

Чумиза 1,15 1,30 1,29 0,95

Фасоль 1,69 0,91 1,80 0,62

Горох 1,10 0,95 ■ 1,05 1,19

Картофель 1,15 0,78 . 1,30 0,92

Бобы 0,96 0,84 1,04 0,55

Среднее по 10 1,18±0,08 1,06±0,10

культурам 1,27*0,09 1,0010,11

' Между экспериментальной данными вегетационных и полевых ош-* тов (табл.12) имеются существенные различия. В вегетационных опытах поступление Са. в пшеницу, овес (зерно, солома) в 10-16 раз вше, чем в.полевых условиях, В зерно и солому бобов 137 . , в вегетационном опыте поступает в 2-3 раза больше, чем в полевом. Различия между данными по аккумуляции радиоцезия растениями в полевых и вегетационных опытах обусловливаются различнъы распределением корневой системы в природной среде и в искусственных условиях вегетационного сосуда. Результаты вегетационных опытов по поступлению * Са в растения, без соответствующих коэффициентов нельзя экстраполировать на природные условия. Однако, детальное изучение отдельных моментов в поведении Сз , в частности эффект закрепления & почвами, можно провести только в четко -контролируемых условиях - в вегетационных опытах.

" Таблица 12

Сравнительное поступление С$ в растения в вегетационном_и полевом опытах (среднее за 2 года)

Культура Орган растений К„ и/ Сз п вег.оп в / К, м С в . / н пол.оп.

Пшеница Комета зерно 16

солома 13

Овес Золотой - зерно 12

ДОЖДЬ солома 10 ' ' /

Бобы Русские зерно 3

• солома 2 -

' ■ - ВЫВОДЫ,'.-'

1 . 1 ■ '

I. Результаты многолетних исследований по изучению динамики водорастворимой и обменной форм Сй в выщелоченном черноземе показали, что с течение времени не наблюдается непрерывного равномерного уменьшения содержания радионуклида в этих формах. Основное количество С5, , внесенного в почву, достаточно прочно закрепляется за короткий промежуток времени (первый пермод вегетации растений).

2- Суммарное содержание подвижных форм редиокуклцца'(обменная,

кислоторастворимая, связанная с органической частью почвы), вы- ~ деленных при последователькой обработке 3 типов почв экстраген-тами, для свежевнесенного радиоцезия (инкубация в почве 4 дня), составляет: в черноземе 45-75$; дерново-подаолистой почве 4072$, алливи&дьно-слоистой почве 59-88$. При трехлетнем пребывав ' нии 137 в почвах сумма этих форм составляет соответственно :/ 13-51$, 23-55$, 52-76$. . „

3. Многолетние исследования в полевых опытах показали, что содержание 137 С»» сельскохозяйственных культурах значительно варьирует. Ыакскмальная кратность (4-5) изменения содержания ра-диоцеаия за■ 5-летний период отмечена у чумизы и проса, минимальная (1,7-^2) - у овса, картофеля, бобов.

■4. Размеры накопления Сз растениями из почвы обусловлены комплексом факторов; сроком пребывания радиоцезия в почвах, типом почвы, биологическими, сортовыми особенностями растений и основными агрометеорологическими факторами вегетационных периодов, Свежевнесенный 137 Сз поступает в растения в 2-2,7 раза.ин-. тенсивнее, чем при. 3-5 летней инкубации его в почве. На вэдело-ченном черноземе растения накапливают в 7-9 раз меньше радиоце-' зкя, чем соответственно на ДШ и аллювиаяьно-слоистой почве; Межвидовые различия в накоплении радионуклида достигают по зерну и соломе 8-10-кратных значений. Изученные культуры по содержанию Сл в генеративных органах можно расположить в следующий возрастаний ряд: ячмень, ппюница, овес, просо, гречиха, чумиза, фасоль, горох', картофель, бобы. Межсортовые различия в накоплении. Сйзерновыми и бобовыми культурами достигают 1,5-2,3 раз . для зерна и 2-3,5 раз - для соломы. Найдена прямая корреляционная связь между содержанием в растениях и температурой воз-, духа за вегетационный период (май-август месяца}>.а также обратная связь между содержанием С& в растениях и суммой атмосферных осадков (май-август месяцы), весенними и осенними запасами влаги в метровом слое почвы. Осенние запасы влаги оказывают большее влияние на поступление радиоцезия в растения, чем ве-, сенние. .

. 5. Статистический анализ.экспериментальных данных по переходу С$ в растения из почв показал, что к числу свойств почв, наиболее сильно влияющих на поступление |37/(Гч в растения, относятся содержание органического углерода, рНС0Л содержание вало-

вого калия, сумма обменных оснований, емкость поглощения, содержание обменного 137 Ca . Составленные уравнения регрессии, позволяют, на основании из еестных свойств почв прогнозировать содер-. жание Сь в проростках растений, получая удовлетворительные

• предсказания в 55-60$ случаев (коэффициенты предсказания 0,930,97); При этом уравнения регрессии для-наблодаемых отношений

. дают более точный результат, чем уравнения для коэффициента на-

■ копления.

6. Установлена близкая сходимость данных по накоплению 137 Cs' ' 10-ью сельскохозяйственными культурами в условиях микрокодевого

- '"■ опыта и полевого эксперимента, что позволяет экстраполировать данные микрополевых опытов на природные условия;

- " ПУБЛИКАЦИИ

I. Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А., Алексакин P.M., Рерих Ji.A., Тепляков И.Г., Тюменев Л.Ы. 0 некоторых закономерностях поведе-

* ния цезия-137 в системе почва-сельскохозяйственные растения. Материалы Всесоюзного симпозиума "Теоретические и практические

' аспекты действия малых доз ионизирующей радиации"'(Сыктывкар,

4-8 сентября 1973 г.) - Сыктывкар, 1973, с 122.

"■■'.* 2..Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А., Рерих Л.А, О влиянии влажно-

сти почвы на поступление "Cs в сельскохозяйственные растения. ' ' ; - Агрохимия, 1974, »7, с. 124-127. ' .

3. Моисеев И.Т., Алексаххн P.M., Тихомиров Ф.А., Рерих Л.А. -

,v ' Накопление цезия-137 и калия зерновыми и зернобобовыми культура-.

' .ми.- Агрохимия, 1974, * 12, C.II9-I24. • "ч- _ - 4. Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А., Алексахин P.M., Рерих Д.А. N.1 'Сравнительная оценка разных методов изучения поступления цезия'.-. 137 в сельскохозяйственные растений из почвы. - Агрохимия, 1975,. . »10, с. 129-134. . , '

5* Моисеев И.Т.,< Тихомиров Ф.А., Алексахин P.M., Рерих Л.А,, Сальников В,Г. Поведение Cs в почвах и его накопление в сельскохозяйственных растениях. - Почвоведение, 1976, № 7, с.45-52. . 6. Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А., Рерих Л.А-. Влияние сортовых

~ . особенностейпшеницы и гороха на накопление цезия-137 и калия в ' урожае. - Вестник Моск.гос.университета, серия почвоведение,1977, вып.З, с. 105-109. *. ,

\

7. Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А., Алексахин Р-М.,.Рерих Л.А., Прохоров В.Ы. Исследование поведения ^^ С) в системе почвя-рэс-тение. Материалы 1-ой Всесоюзной научной конференции "Дроблены взаимодействия общества и природы". Тезисы докладов'. - Ы.: Изд. МГУ, 1978, с. 141-142. N '. . ;

6. Тихомиров Ф.А., Прохоров В.М., Моисеев И.Т., Зубарева И.Ф. Рерих Д.А., Нахождение связи ыеяду поступлением Схв растения и свойствами почв. - Агрохимия, 1978, * 8,-с. 115-124.

9. Моисеев И,Т...Тихомиров Ф.А., РерихЛ.А., Чижикова Н.П. Формы соединений радиоцезия в почвах и их трансформация. - Агрохимия, 1981, * I, с. 110-113.

Подо. к печати

1 Бун. тип. № Физ. п. л. 5 Уч.-изд. д. ^О

Закы 1*19 Тираж

Изд-эо Московского университета. Москва, К-9.

ул. Герцена, ЬП- ^

Типография Изд-ва МГУ. Моста, Ленгоры _