Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Комплексная оценка влияния технологий возделывания накопления 137Cs в сельскохозяйственных культурах из выщелоченного и оподзоленного черноземов

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Комплексная оценка влияния технологий возделывания накопления 137Cs в сельскохозяйственных культурах из выщелоченного и оподзоленного черноземов"

рГ 5 од 1 В МЬР N96

На правах рукописи

Котик Жанна Алексеевна

Комплексная оценка влияния технологий возделывания на накопление 13/Сэ а сельскохозяйственных культурах мз выщелоченного и оподзолекного черноземов

Специальность 03.00.01 - радиобиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Обнинск -1996

Диссертация выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии

Научные руководители: академик РАСХН, доктор биологических наук,

профессор Р. М. Алексахин

Ведущая организация: Украинский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии, г. Киев

Защита диссертации состоится 6 /У 043 /■/ ¿г^г/icyt^C. 1995 г. на за седании Диссертационного совета Д 120.81.01 во Всероссийском научно исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии и arpo экологии. Отзывы на автореферат просим отправлять г.о адресу: 249020 Калужская обл., г. Обнинск, ВНИИСХРАЭ, Диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИСХРАЭ. Автореферат разослан " " _ а—__ 1396 г.

кандидат биологических наук Н. И. Санжарова

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор В. Ф. Дричко, Санкт-Петербургский аграрный университет

кандидат сельскохозяйственных наук Т. Л. Жигарева, ВНИИСХРАЭ

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат биологических наук

Н. И. Санжарова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность и состояние проблемы. Авария на Чернобыльской АЭС ривела к радиоактивному загрязнению обширных территорий долгоживущим ¡адиологически значимым радионуклидом 137Cs. Одним из основных источни-ов дополнительного облучения населения в течение длительного периода юсле аварии становится внутреннее облучение из-за потребления пищевых ¡родуктов, получаемых из загрязненной сельскохозяйственной продукции. В вязи с этим, становится актуальным снижение дозовой нагрузки на население, ito может быть достигнуто за счет уменьшения накопления радионуклида в >ационе человека в результате применения эффективных методов снижения агрязнения продукции растениеводства. Применение сельскохозяйственных :онтрмер, основанных на традиционных приемах земледелия, является более »еалистичной задачей, чем дорогостоящие приемы дезактивации.

При обосновании системы защитных мероприятий необходимо учитывать юобенности поведения 137Cs в почве, влияние различных факторов на биоло-ическую подвижность радионуклида, а также природно-климатические условия i региональные особенности ведения сельскохозяйственного производства. 1осле аварии на Чернобыльской АЭС исследования эффективности различ-1ых защитных мероприятий по снижению накопления 137Cs в сельскохозяй-:твенной продукции практически не проводились в регионах с преобладанием ючв черноземного типа, т. к. уровни загрязнения на этих территориях невелики 1 не наблюдалось превышения ВДУ в сельскохозяйственной продукции. Основное внимание уделялось районам с высокими уровнями загрязнения :ельскохозяйственных угодий, где в зону загрязнения попали почвы легкого леханического состава. Между тем, необходимость проведения защитных ме-юприятий основывается, в первую очередь, на использовании принципа \LARA (As Low As Reasonably Achievable): дозы облучения должны поддержи-¡аться "на таких низких уровнях, какие только можно разумно достигнуть". В :вязи с этим, обоснование системы защитных мероприятий для загрязненных "ерриторий, почвенный покров которых представлен выщелоченными и опод-юленными черноземами, характеризующимися относительно высокой подвижностью радионуклидов, является реальной практической задачей.

Цель и задачи исследования. Целью работы является комплексная оцен-са влияния технологий возделывания на снижение накопления 137Cs в урожае :ельскохозяйственных культур из выщелоченного и оподзоленного черноземов 1 на поведение радионуклида в системе почва - растение в условиях радиационного загрязнения территории после аварии на ЧАЭС.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние степени окультуренности почвы на накопление 137Cs е сельскохозяйственных культурах и его биологическую подвижность.

2. Исследовать воздействие на поступление 137Cs в урожай сельскохозяй ственных культур следующих элементов технологий возделывания:

• внесение различных сочетаний минеральных удобрений в широком диа пазоне доз (до 150 кг/га по д. в.);

• применение мелиорантов (известь, бентонит);

• комбинированное воздействие пестицидной нагрузки и разных ypoBHet внесения минеральных удобрений;

• различные приемы агротехнической обработки почв.

3. Изучить влияние видовых и сортовых особенностей на переход 137Cs в хо зяйственно-ценную часть основных сельскохозяйственных культур.

4. Выявить корреляционные зависимости между накоплением 137Cs в сельско хозяйственных культурах, агрохимическими показателями почвы и дозоь внесения минеральных удобрений.

5. Оценить зависимость накопления 137Cs в сельскохозяйственных культура) от баланса основных элементов питания (NPK) в почве.

6. Выявить влияние агрохимических мероприятий на формы нахождения 137С: в почве.

7. Определить изменение величины выноса 137Cs с урожаем сельскохозяй ственных культур с единицы площади при применении защитных мероприя тий.

8. Оценить влияние защитных мероприятий на снижение годового поступле ния wCs в рацион местного населения с основными продуктами питания. Научная новизна работы. Впервые проведено комплексное исследование

влияния технологий возделывания сельскохозяйственных культур на снижена перехода 137Cs в урожай и его поведение в почве и системе почва - растение i зоне распространения выщелоченных и оподзоленных черноземов в условия: реального радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий в резуль тате аварии на ЧАЭС. Показано, что применение защитных мероприятий i этом регионе эффективно и приводит к уменьшению поступления 137Cs в раци он населения при потреблении местных продуктов питания.

Впервые оценено влияние степени окультуренности выщелоченного черно зема на биологическую подвижность ,37Cs в системе почва - растение.

Изучено действие минеральных удобрений в диапазоне доз от 0 до 151 кг/га по д. в. на накопление 137Cs основными сельскохозяйственными культура ми. Показано, что применение азотных удобрений в дозах до 90 кг/га опти мально, так как не приводит к увеличению содержания 137Cs в растениях. Мак

:имальное снижение поступления 137Сз наблюдается при внесении повышенных доз калийных (> 90 кг/га) и фосфорных (120 кг/га) удобрений.

Оценена эффективность применения различных видов агромелиорантов [известь, бентонит) в подзоне выщелоченных и оподзопенных черноземов лесостепи для снижения накопления 137Сэ в продукции растениеводства.

Изучено комбинированное воздействие разных уровней пестицидной на-■рузки и внесения минеральных удобрений на содержание 137Сз в урожае сельскохозяйственных культур.

Показано существование зависимости между коэффициентами накопления эадионуклида в сельскохозяйственных культурах и балансом питательных ве-цеств.

Теоретическое и практическое значение работы. Теоретическую ценность представляют исследования закономерностей миграции 137Сз в выщелоченных и оподзоленных черноземах и выяснение механизмов влияния химических мелиорантов на подвижность радионуклида в почве и его доступность эастениям.

Практическая ценность работы состоит в оценке эффективности защитных мероприятий, основанных на традиционных приемах земледелия, для региона ; распространением выщелоченных и оподзоленных черноземов. Установлены цозы внесения минеральных удобрений, при которых наблюдается максимальное снижение загрязнения 137Сэ сельскохозяйственной продукции. Определены <оэффициенты снижения накопления 137Сб в сельскохозяйственных культурах три применении различных агротехнических и агрохимических приемов. Показана возможность использования величины выноса радионуклидов надземной массой растений с единицы площади в качестве критерия оценки эффективности защитных мероприятий.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Применение комплекса агрохимических и агротехнических мероприятий на зыщелоченных и оподзоленных черноземах, загрязненных после аварии на ЧАЭС, является эффективным приемом, обеспечивающим снижение накопления 137Сэ в продукции растениеводства:

• наиболее эффективным является внесение минеральных удобрений в соотношении N : Р : К = 90 : 120 : 90-150;

• известкование выщелоченных черноземов в комплексе с внесением оптимальных для региона доз минеральных удобрений снижает поступление 137Сэ в сельскохозяйственные культуры в 1.3-1.9 раза;

• применение средств химической защиты (пестицидов) не оказывает влияния на накопление 137Сэ в продукции растениеводства;

• использование различных агротехнических приемов на ежегодно обрабатываемых угодьях не влияет на содержание шСз в урожае сельскохозяйственных культур.

• при подборе видов и сортов сельскохозяйственных культур с наименьшим уровнем накопления 137Св наблюдается снижение поступления радионуклида в продукцию растениеводства до 37 раз;

2. Существует корреляционная зависимость между коэффициентами накопления шСэ в урожае сельскохозяйственных культур и дозами внесения минеральных удобрений, агрохимическими показателями почв, балансом элементов минерального питания, а также формами нахождения радионуклида в почве.

3. Для оценки эффективности защитных мероприятий может быть использована величина выноса 137Сз с урожаем сельскохозяйственных культур с единицы площади.

4. Применение комплекса агрохимических и агротехнических мероприятий приводит к снижению поступления 137Сб в рацион населения, проживающего на радиоактивно загрязненной территории подзоны выщелоченных и оподзолен-ных черноземов.

Публикации и апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в 7 работах и были представлены на: Втором радиобиологическом съезде (Киев, 20-25 сентября 1993); Второй международной конференции "Радиобиологические последствия ядерных аварий" (Москва, 27-28 октября 1994); V Международной научно-технической конференции, посвященной 10-летию аварии на Чернобыльской АЭС (Зеленый Мыс, 11-16 марта 1996).

Диссертация апробирована на межлабораторном научном семинаре ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения; обзора литературы; описания материалов, объектов и методов исследования; результатов экспериментальных исследований и их обсуждения; заключения; выводов списка литературы и приложения. Работа изложена на 120 листах, иллюстрирована 58 таблицами. Список литературы содержит 165 источников, в том числе 44 зарубежных.

Автор благодарит коллектив Тульского НИИ сельского хозяйства и сотрудников лаборатории № 22 ВНИИСХРАЭ за содействие и всестороннюю помощь в выполнении настоящей работы.

УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Характеристика района исследования

Климат лесостепной зоны умеренно-континентальный. Теплый перио/ длится 210-218 дней. Сумма активных среднесуточных температур выше 10 °С

за период вегетации составляет 2120-2260 °С. Годовое количество осадков равно 555-665 мм, запас влаги весной - 160-200 мм. Характер рельефа - волнистая возвышенная равнина, сильно расчлененная овражно-балочной сетью. Грунтовые воды на водоразделах находятся на глубине 15-25 м, в пониженных местах - 1-2 м. По характеру растительности территория района исследований относится к лесостепной зоне.

Почвенный покров лесостепной зоны представлен в основном 6 типами почв: дерново-подзолистые, серые лесные, черноземы, лугово-черноземные, пойменные, пойменно-болотные. Наиболее широко распространены выщелоченные и оподзоленные черноземы, темно-серые лесные почвы. По механическому составу почвы района исследований преимущественно суглинистые и глинистые.

Характеристика экспериментальных участков

Исследования проводились на базе опытного хозяйства ТулНИИСХ и колхоза им. Сафонова, расположенных в Плавском районе Тульской области. Средняя плотность загрязнения 137Сз пахотных угодий ОПХ ТулНИИСХ — 170, лугов и пастбищ - 220 кБк/м2. Средняя плотность загрязнения 137Сз пахотных и кормовых угодий колхоза им. Сафонова - 360 и 390 кБк/м2, соответственно.

Почвы экспериментальных участков, расположенных на территории ТулНИИСХ, представлены типичными для зоны глубоковыщелоченными и оподзоленными средне- и тяжелосуглинистыми черноземами. Содержание гумуса в пахотном слое - 6-8 %; рНСОл - 4.5-5.5; гидролитическая кислотность -6.5-9.5 мг-экв/100 г; сумма поглощенных оснований - 29-33 мг-экв/100г; содержание обменных катионов: кальция - 17-23 мг-экв/100 г, магния — 2-5 мг-экв/100 г; Р205 (по Чирикову) - 8-17 мг/100 г; К20 (по Масловой) - 18-23 мг/100 г; легкогидролизуемого азота (по Тюрину) - 4-9 мг/100 г.

Почвенный покров экспериментальных участков, расположенных на территории колхоза им. Сафонова, представлен темно-серыми лесными почвами, глубоковыщелоченными и оподзоленными средне- и тяжелосуглинистыми черноземами. Содержание гумуса в пахотном слое составляет 6-7%, рНС0Л - 5.36.2, гидролитическая кислотность - 3.5-5.8 мг-экв/100 г, сумма поглощенных оснований - 27-33 мг-экв/100 г, Р205 (по Чирикову) - 5-17 мг/100 г, К20 (по Масловой) - 20-22 мг/100 г. Полевые исследования проводились в течение трех лет - с 1992 по 1994 год.

Материалы и методы

Для определения содержания радионуклидов в почвах и растениях проводили отбор сопряженных проб с определенной площади. Образцы высушивали, измельчали и тщательно перемешивали. Почвенные пробы просеивали через сито 1 мм.

Концентрацию 137Cs в почве и растениях определяли на у-спектрометрической установке типа IN - 1200 (Франция) с полупроводниковым детектором типа GM — 1200 (США). Ошибка измерения составляла ± 10 %.

Коэффициент накопления (КН) 137Cs из почвы в растения рассчитывался по отношению концентраций радионуклида в воздушно-сухой массе растений (Бк/кг) и почвы (Бк/кг). Коэффициент перехода (КП) 137Cs определялся как отношение концентрации радионуклида в растении (Бк/кг) к плотности загрязнения почв (кБк/м2). Вынос 137Cs с единицы площади равен произведению КП 137Cs при плотности загрязнения 1 кБк/м2 на продуктивность культур. Единица измерения выноса - Бк/м2.

Формы нахождения радионуклидов (обменные, подвижные) определяли методом последовательной экстракции: 1н CH3COONH4, 1н HCI (при соотношении почва : раствор = 1 :10).

Для исследования качества урожая определяли: продуктивность культур, химический состав культур (содержание азота - методом Кьельдаля, Р205 -методом Дениже и КгО - фотометрическим методом) и производили расчет баланса элементов питания в системе почва - растения (Агрохимия, 1989; Методические указания "Расчет баланса питательных веществ и гумуса в земледелии", 1989; Практикум по агрохимии, 1989).

Математическую и статистическую обработку результатов проводили с использованием стандартного программного обеспечения (Excel 5.0).

Схемы полевых опытов

Опыт 1. Полевые эксперименты по оценке перехода 137Cs в различные виды сельскохозяйственных культур при применении оптимальных доз минеральных удобрений, а также влияния степени окультуренности черноземов были заложены на территории ОПХ ТулНИИСХ в 1992 году. Почва опытных участков - выщелоченный среднесуглинистый чернозем. Эксперименты проводили на вновь освоенных участках в виде 2-х блоков, на одном из которых перед посевом вносились минеральные удобрения в виде двойного суперфосфата, хлористого калия и мочевины в дозе ЫбоРбоКбо, другой служил контролем. Размер делянок 36 м2, повторность - 4-хкратная. В качестве опытных культур использовали: яровые зерновые (ячмень, овес, пшеница), зернобобовые (горох), пропашные (картофель), многолетние травы (люцерна).

Опыт 2. В 1992 году аналогично опыту 1 был заложен опыт 2 в виде отдельного блока без внесения удобрений на темно-серой лесной тяжелосуглинистой почве на территории колхоза им. Сафонова Плавского района.

Опыт 3. Полевые эксперименты для оценки влияния различных агрохимических мероприятий на снижение накопления 137Cs в урожае сельскохозяйственных культур и его биологическую подвижность проводились на базе 10-

тилетнего опыта ТулНИИСХ на выщелоченном среднесуглинистом черноземе. В опыте использовались овес ("Скакун"), ячмень ("Зазерский-85"), озимая пшеница ("Московская"), однолетние травы (вико-овсяная смесь). Повторность опыта - 4-хкратная. Посевная площадь делянки 360 м2, учетная 240 м2. Схема полевого эксперимента представлена в табл. 6.

Фосфорные и калийные удобрения в виде двойного суперфосфата и хлористого калия вносились осенью под вспашку зяби. Азотные удобрения применялись в виде мочевины под яровые культуры непосредственно перед посевом (под предпосевную культивацию), под озимые - перед посевом и весной в качестве подкормки. Экспериментальные исследования проводили в течение двух лет (1992- 1993 г.).

Опыт 4. Влияние видовых и сортовых особенностей сельскохозяйственных культур на накопление 137Cs в урожае растений исследовалось в 1992 году на сортовых участках ТулНИИСХ. Набор культур и сортов представлен в табл. 5. Почва экспериментальных участков - оподзоленный тяжелосуглинистый чернозем. Повторность опыта - 4-хкратная.

Опыт 5. Влияние агротехнических приемов обработки почв на накопление 137Cs в урожае яровой пшеницы изучали в эксперименте на оподзоленном тяжелосуглинистом черноземе в 3-х вариантах: 1 - отвальная вспашка почвы на глубину 22 см с предварительным и последующим лущением и дискованием; 2 - отвальная Еспашка почвы на глубину 22 см; 3 - поверхностная обработка почвы на глубину 10-12 см. Минеральные удобрения вносили в дозе ЫбоРбоКво-Повторность опыта — 4-хкратная.

Опыт 6. Полевые эксперименты по оценке влияния степени интенсификации земледелия на накопление 137Cs в урожае сельскохозяйственных культур проводили на выщелоченном черноземе. Размер делянок — 180 м2, повторность опыта 3-хкратная. Уровни пестицидной нагрузки и дозы минеральных удобрений варьировали от минимальных до максимальных принятых в сельскохозяйственном производстве (табл. 1, 2). Опытные культуры: озимая пшеница ("Московская низкостебельная"), яровая пшеница ("Энита"), ячмень ("Зазерский-85") и картофель ("Невский").

Опыт 7. Полевой эксперимент по оценке влияния бентонита и минераль-Таблица 1. Дозы минеральных удобрений при различных уровнях интенсификации

Культура Дозы минеральных удобрений, к/га

азотные фосфорные калийные

Уровни интенсис )икации

1 2 3 1 2 3 1 2 3

Озимая пшеница 0 45 90 0 60 60 0 60 60

Картофель 0 60 120 0 60 90 0 90 120

Яровая пшеница 0 45 150 0 60 60 0 60 60

Ячмень 0 45 120 0 60 60 0 60 60

Таблица 2. Схема применения пестицидов на посевах сельскохозяйственных культур при разных уровнях интенсификации

Зерновые Картофель

Озимые | Яровые

1 -й уровень интенсификации

1. Протравливание семян витатиурамом (2.5-3 кг/га) + Зл ЖКУ 1. Протравливание клубне 1 % раствором пиразина

2-й уровень интенсификации

1. Протравливание семян витатиурамом (2.5-3 кг/га) + Зл ЖКУ 1. Протравливание клубне 1 % раствором пиразина

Осень Весна

2. Внесение триаллата в почву (40% н. э. 2 - 4 л/га) 2. Внесение в фазу кущения: 2,4 Д а. с. (2 кг/га) + лонтрел (0.5 кг/га) 2. До всходов: внесение гербицидов (зенкор 1.7 кг/га)

3. Внесение симазина в период всходов (0.25 кг/га) 3. Внесение в фазу трубки: тилт (0.5 кг/га) 3. 2-х кратное опрыскивание цинебом (1 кг/га)

4. Обработка фундазолом (0.5 л/га) 4. Обработка децисом (0.2 кг/га)

Весна

5. Внесение в фазу кущения: 2,4 Д - а. с. (2 кг/га) + банвел (0.5 кг/га)

6. Обработка ретардантами в начале выхода в трубку: ТУР (3 кг/га) + кампозан (2 кг/га)

3-й уровень интенсификации

1. Протравливание семян витатиурамом (2.5-3 кг/га) + ЗлЖКУ 1. Протравливание клубне 1% раствором пиразина

Осень Весна

2. Внесение триаллата в почву (40 % н. з. 2 - 4 л/га) 2. Внесение в фазу кущения: 2,4 Д а. с. (2 кг/га) + лонтрел (0.5 кг/га) 2. До всходов внесение гербицидов (зенкор 1.7 кг/га)

3. Внесение в период всходов: симазин (0.25 кг/га) 3. Внесение в фазу трубки: тилт (0.5 кг/га) 3. 2-х кратное опрыскивание цинебом (1 кг/га)

4. Обработка фундазолом (0.5 л/га) 4. Обработка децисом (0.5 кг/га) 4. Обработка децисом (0.2 кг/га)

Весна 5. Обработка фунгицидом (0.5 кг/га) 5. Обработка смесью дещ (0.2 кг/га) + арцерид (2.5 кг/га)

5. Внесение в фазу кущения: 2,4 Д - а. с. (2 кг/га) + банвел (0.5 кг/га)

6. Обработка ретардантами в начале выхода в трубку: ТУР (3 кг/га) + кампозан (2 кг/га) 6. Дефолиация: реглон (3 кг/га)

7. Обработка в фазу колошения: тилт (0.5 кг/га)

ных удобрений на накопление шСз в урожае сельскохозяйственных растени? проводился на выщелоченном черноземе в 4-хкратной повторности. В качестЕ опытных культур использовались овес и люцерна. Размер делянок -16 м2 (■ хкратная повторность). Минеральные удобрения вносились в виде двойно! суперфосфата, хлористого калия и нитрофоски. Схема опыта представлена табл. 14.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние степени окультуренности почвы на переход 137Сэ в

растения

Сравнение результатов опытов, заложенных на вновь освоенных и старопахотных окультуренных черноземах (опыт 1 и 3), показало, что размеры накопления 137Сэ в урожае зерновых культур определяются степенью окультуренности почв и проводимыми агрохимическими мероприятиями. КН Сэ в сельскохозяйственных культурах и вынос радионуклидов с надземной массой растений из вновь освоенных выщелоченных черноземов выше, соответственно, в 3.0-4.5 и 1.5-4.3 раза, чем из старопахотных почв, причем в контрольных вариантах разница между залежными и окультуренными черноземами значительнее, чем в вариантах с внесением удобрений. Применение минеральных удобрений в дозе МэоРбоКбо снижает накопление 137С5 в зерне ячменя и овса как на вновь освоенных угодьях (в 1.4-1.9 раза), так и на старопахотных окультуренных почвах (в 1.2-1.3 раза) (табл. 3).

Сравнение коэффициентов накопления и величины выноса для культур,

Таблица 3. Влияние степени окультуренности на накопление 137Сз в сельскохозяйственных культурах и вынос с урожаем (1992 г.)

Вариант Культура КН, п-10"' Вынос, п-Ю'2 Бк/м2

вновь освоенные старопахотные вновь старо-

освоенные пахотные

зерно, солома, зерно солома зерно, клубни, веге-

клубни вег.масса тативная масса

Чернозем выщелоченный среднесуглинистый

Контроль яровая пшеница 4.7±0.8 8.111.4 - - 5.0 -

овес 5.1 ±0.9 8.612.0 0.92+0.06 2.2010.19 4.3 1.0

ячмень 3.5±0.9 5.611.2 1.1010.03 2.3410.15 3.5 1.4

люцерна - 22.711.9 - - 40.3 -

горох 10.410.6 - - - 16.2 -

картофель 1.3±0.2 - - - 3.8 -

(МэоРбоКео) яровая пшеница 4.010.4 7.610.9 - - 6.4 -

овес 4.410.5 6.911.3 0.8410.05 1.8210.15 5.0 1.3

ячмень 2.910.5 5.311.2 0.85+0.05 2.0410.13 3.8 1.4

люцерна - 24.014.3 - - 52.4 -

горох 9.511.7 - - - 22.8 -

картофель 1.710.4 - 0.2210.03 - 7.9 1.3

Темно-серая лесная почва

Контроль яровая пшеница 1.310.3 3.310.8 0.40Ю.06 0.75+0.15 1.6 0.4

овес 1.110.1 2.310.4 0.65+0.10 1.3010.20 1.2 0.7

ячмень 0.510.1 1.510.1 0.35+0.09 0.75+0.15 0.5 0.4

тимофеевка - 5.310.3 - - 6.9 -

горох 3.611.1 7.511.9 - - 2.7 -

картофель 0.410.1 - 0.17Ю.03 - 0.9 0.4

возделываемых на разных типах почв показало, что поступление 137Сб из выщелоченных среднесуглинистых черноземов в 2.5-5.0 раз выше, чем из темно-серой лесной тяжелосуглинистой почвы, что вызвано различиями в механическом составе и кислотности этих типов почв.

Оценка влияния разных приемов обработки почв на размеры накопления 137Сб в урожае сельскохозяйственных культур

Одним из факторов, влияющих на поступление 137Сэ в растения, является перераспределение радионуклидов в профиле почв при обработке - вспашке, дисковании и т. д. Однако этот прием оказывает влияние на поступление 137Сб в растения только в случае проведения обработки сразу после выпадений, когда радионуклиды сосредоточены в верхнем слое. В настоящее время, на пахотных угодьях, при многократно проведенной после аварии на ЧАЭС вспашке, разные виды агротехнических мероприятий не влияют на размеры накопления 137Сэ в урожае (табл. 4).

Таблица 4. КН "'Сэ в зерне яровой пшеницы при различных агротехнических приемах на угодьях, многократно обработанных после аварии на ЧАЭС

Вариант КН, п-10"2

Отвальная вспашка почвы на глубину 22 см с предварительным и последующим лущением и дискованием 0.35±0.07

Отвальная вспашка на глубину 22 см 0.42±0.10

Поверхностная обработка почвы на глубину 10-12 см 0.3610.05

Накопление 137Сэ сельскохозяйственными культурами в зависимости от видовых и сортовых особенностей

Одним из возможных приемов снижения загрязнения продукции растениеводства является подбор культур с минимальными уровнями накопления 137Сб. Для оценки видовых и сортовых различий нами были определены КН 137Сз в хозяйственно-ценной части растений и показано, что кормовые, крупяные, зерновые, зернобобовые культуры и картофель различаются между собой по накоплению 137Сб до 37 раз. Максимальным размером накопления характеризуются кормовые и крупяные культуры, минимальным - картофель, для которого изучено влияние сортовых особенностей. Разница КН 137Сз для 8 сортов картофеля составила 2.9 раз, наибольшим накоплением характеризовался сорт "Бронницкий", наименьшим - "Невский". Видовые и сортовые различия исследованных культур оценивались на основании величины выноса 137Сэ с урожаем, кратность снижения которой составила 8.0 для различных видов культур и 1.7 для сортов картофеля (табл. 5).

Таблица 5. КП и вынос 137Сз с хозяйственно-ценной частью различных видов и сортов сельскохозяйственных культур

Культура Сорт Средняя КП, (Бк/кгМкБк/м*) Вынос

урожайность, зерно, клубни вегетативная 137Cs, п-10-2

ц/га масса Бк/м2

Клевер "Смоленский" 5 - 28.0+5.2 1.4

"ВИК-84" 5 - 29.9+3.9 1.5

Горох "Смарагд" 34 6.7±0.89 - 2.3

"Богатырь" 37 7.3+0.56 - 2.7

Вика "Белоцерковская- 25 - 6.1+0.95 1.5

679"

Просо "Быстрое" 35 13.7±3.5 - 4.8

"Крупное ориги- 37 12.4±4.2 4.6

нальное скорое"

Гречиха "Казанская" 18 11.314.1 - 2.0

Овсяница "Пермская" 6 - 9.7±3.2 0.6

Яровая "Энита" 48 2.1+0.4 - 1.0

пшеница "Иволга" 45 1.9+0.3 - 0.9

Ячмень "Зазерский-85" 42 3.7±0.5 - 1.6

Овес "Скакун" 43 4.0+1.0 - 1.7

"Космея" 40 3.8+0.3 - 1.5

Озимая "Московская 53 2.5±0.2 - 1.3

пшеница низкостебельная"

Озимая "Киезская-86" 65 2.0+0.6 - 1.3

рожь

Картофель "Невский" 160 0.8±0.0 - 1.3

"Резерв" 110 1.4+0.2 - 1.5

"Бронницкий" 100 2.3±0.3 - 2.3

"Луговской" 120 1.1+0.1 - 1.3

"Пост-86" 110 1.6+0.1 - 1.8

"Гранат" 110 1.2+0.1 - 1.4

"Свитязянка" 115 1.5±0.1 - 1.9

"Весна" 150 0.9+0.0 - 1.5

Влияние внесения различных доз и сочетаний минеральных удобрений на накопление 137Сб в сельскохозяйственных культурах

Установлено, что эффективность агрохимических мероприятий по снижению поступления 137Сз в урожай сельскохозяйственных культур определяется сочетанием различных видов и доз минеральных удобрений, биологическими особенностями растений, балансом элементов питания в почве и агрохимическими показателями. Наибольшими КН характеризовались однолетние травы, что связано с преобладанием в смеси бобового компонента (до 60 %). По снижению значений КН (данные 1992 года) культуры образуют ряд: однолетние травы > ячмень > овес > озимая пшеница. В 1993 году в соответствии со сменой культур (ячмень был заменен яровой пшеницей) ряд по снижению содержания 137Сз в хозяйственно-ценной части растений принял вид: однолетние травы > овес > озимая пшеница > яровая пшеница.

Для региона распространения выщелоченных и оподзоленных черноземов оптимальным является внесение полного минерального удобрения в дозе NgoPeoKoo- Увеличение дозы удобрений от минимальной до оптимальной, с точки зрения получения максимального урожая, незначительно влияло на накопление радионуклида в растениях. Доза, соответствующая оптимальной, являлась своеобразной "точкой перелома", после которой накопление 137Cs или достаточно резко увеличивалось (для азотных удобрений), или существенно снижалось (для фосфорных и, особенно, калийных удобрений). Применение повышенных доз азота (120 и 150 кг/га) при стандартных дозах фосфора и калия (РбоКбо) способствовало увеличению накопления 137Cs в хозяйственно-ценной части всех сельскохозяйственных культур в 1.3-1.8 раза. Возрастание дозы калия в полном минеральном удобрении (до 150 кг/га) наиболее значительно уменьшало поступление 137Cs в растения (в 1.7-2.3 раза), хотя статистически достоверный эффект наблюдался при внесении повышенных доз калийных удобрений (> 90 кг/га). Применение фосфорных удобрений имело эффект лишь при использовании двойной оптимальной дозы (120 кг/га) - кратность снижения накопления 137Cs составила 1.2-1.3 раза. Варианты с внесением несбалансированных фосфорно-калийных удобрений (РбоКбо) отличались не только низким содержанием радионуклидов в урожае, но и низкой продуктивностью культур. Применение азотно-калийных удобрений (ЫэоКво) практически не влияло на переход 137Cs в растения. Внесение азотно-фосфорных удобрений (NgoPco) увеличивало содержание 137Cs в урожае всех культур, что подтверждает необходимость использования калийных удобрений в подзоне выщелоченных и оподзоленных черноземов (табл. 6, 7). С точки зрения максимального снижения 137Cs в продукции растениеводства оптимальным для подзоны выщелоченных и оподзоленных черноземов лесостепи является применение удобрений в соотношении N90P120K150.

Для выявления факторов, наиболее значительно влияющих на накопление 137Cs в сельскохозяйственных культурах, нами были определены агрохимические показатели почв всех участков и рассчитан баланс элементов питания в почве за 1992 г. с учетом полного набора статей прихода и расхода. Были найдены коэффициенты корреляции между накоплением 137Cs в растениях, агрохимическими показателями почвы, дозами внесения удобрений и балансом NPK. Применение минеральных удобрений в большинстве случаев приводит к изменению агрохимических показателей почвы. Однако эти изменения не были выражены настолько, чтобы повлиять на размеры накопления 137Cs в культурах. Экспериментальные участки характеризовались незначительным варьированием таких почвенных свойств, как: рН, гидролитическая кислотность, содержание обменных кальция и магния, содержание гумуса и суммы оснований. Применение удобрений существенно воздействовало только на содержание

Таблица 6. КН 137Сэ в сельскохозяйственных культурах при внесении различных доз и сочетаний минеральных удобрений, п-10"2 (1992)

Вариант Озимая пшеница Ячмень Овес Одн. травы

зерно солома зерно солома зерно солома вег. масса

Контроль 0.5210.08 1.2510.10 1.1010.03 2.34+0.15 0.93+0.06 2.20Ю.19 2.97Ю.14

РбоК60 Ы9оРб()КбО N 12()Рб0^б0 М15оРбоКбО 0.42+0.12 0.4110.08 0.4510.08 0.54+0.09 0.6410.04 0.9510.14 0.95Ю.12 1.0110.17 1.27+0.16 1.4810.12 0.94Ю.06 0.9810.05 0.8510.04 1.2410.07 1.4810.02 2.0910.10 2.1610.17 2.11+0.17 2.7310.10 2.8710.15 0.89+0.06 ' 0.9610.01 1.0810.03 1.2110.01 1.3510.06 1.59+0.06 1.65Ю.16 2.1210.17 2.1610.18 2.3710.15 2.1210.11 2.2410.15 2.4510.11 2.5010.13 2.60Ю.14

МэоКэо М9оРзоК6„ МэоРбоКбо МэоРэоКбо ^оРтгоКео 0.50+0.07 0.47Ю.03 0.4910.09 0.4410.04 0.4310.06 1.2110.05 1.1810.08 1.1610.07 1.0710.14 0.96+0.12 1.19+0.03 1.1310.08 0.8510.05 0.9110.01 0.8010.06 2.28+0.10 2.1310.14 2.1110.13 2.1410.14 1.8810.10 0.9010.06 0.8910.05 0.8910.02 0.8010.02 0.7010.02 2.0210.15 1.9110.17 1.6910.15 1.70+0.13 1.64+0.12 2.4510.11 1.9810.16 1.9510.16 1.8310.17 1.9310.19

ИэоРбО М90Р6оКзо МвдРбоКбо МвдРбоКи МзоРбоК^о 0.5510.03 0.4910.09 0.4210.09 0.38+0.02 0.3010.05 1.31+0.12 1.1610.11 1.0410.11 0.95Ю.10 0.7410.13 1.3010.05 0.8010.03 0.75Ю.05 0.5710.03 0.5610.02 2.3410.15 2.0910.14 2.0410.15 1.78+0.19 1.3010.10 1.4510.04 1.06+0.07 0.8410.04 0.81+0.06 0.5610.05 2.4410.18 1.9110.17 1.8210.15 1.7710.13 1.35Ю.13 2.6310.12 2.2210.13 2.14Ю.11 1.70Ю.14 1.5510.12

Таблица 7. КН 137Сэ в сельскохозяйственных культурах при внесении различных доз и сочетаний минеральных удобрений, п-10"2 (1993 год)

Вариант Озимая пшеница Ячмень Овес Одн. травы

зерно солома зерно солома зерно солома вег. масса

Контроль 0.5810.04 1.1010.10 0.4610.02 1.1010.10 0.92Ю.06 2.1810.13 3.7310.17

РбсКео МбоРбоКбо М90Р60Кбо МшРбоКбо НтроРбоКбо 0.5010.05 0.4710.05 0.5010.03 0.6310.02 0.69Ю.02 1.1910.11 0.96Ю.18 0.9910.11 1.5710.13 1.7110.16 0.4310.01 0.3910.09 0.3810.08 0.6110.08 0.5710.07 1.0510.13 1.0810.14 0.99+0.13 1.57+0.13 1.6410.17 0.6610 05 0.7610.03 0.8810.03 0.9010 02 1.0910 03 1.5210.08 1.63Ю.16 1.9210.19 1.9610.11 2.2910.17 3.4610.19 2.85Ю.16 3.5710.13 4.37Ю.25 4.58Ю.27

ИзоКм МэоРзоКбо Г^9оРб0^50 МэоРэоКбо МдоРпоКео 0.51+0.04 0.4210.07 0.4110.01 0.4110.04 0.39Ю.05 1.20 i 0.14 0.9610.13 0.8110.12 0.8210.12 0.7910.11 0.37+0.06 0.32з:0.02 0.3810.09 0.3410.08 0.2610.06 0.8410.13 0.7510.18 0.9110.13 0.7310.17 0.6510.12 0.8710.05 0.84Ю.01 0.7110 05 0.7010.04 0.691007 1.8710.10 1.7710.11 1.5110.10 1.5110.16 1.47+0.16 3.55Ю.13 3.5410.19 3.42+0.10 3.3410.19 3.2810.10

^оРбС МэоРбоКзо МэоРбоКбо МэоРбоКэо 0.5610.08 0.55+0.06 0.4710.05 0.38+0.04 0.32Ю.05 1.1810.13 1.0910.11 0.93±0.13 0.7610.18 0.6110.11 0.5310.09 0.4310.04 0.3610.01 0.3010.06 0.2610.06 1.2410.11 0.9810.11 0.8410.10 0.6610.12 0.55+0.08 1.1710 04 0.8910.05 0.9310.03 0.7510.03 0.5710.02 2.49Ю.12 1.9110.13 1.97+0.11 1.6210.12 1.2110.17 4.1910.18 3.4710.22 3.1610.11 2.8210.20 2.2810.12

элементов питания (ЫРК) в почве, для которого коэффициенты корреляции с КН варьировали от 0.75 до 0.99 (а = 0.05) (табл. 8). Также обнаружено, что связь между КН и дозами внесения минеральных удобрений и балансом ЫРК оценивается коэффициентами корреляции в пределах 0.75-1.00.

Внесение азота в виде аммиачных солей приводит к возрастанию поступления 137Сэ в растения, вероятно, за счет обменного вытеснения ионов Сб* с

Таблица 8. Коэффициенты корреляции между КН "'Сэ, агрохимическими характеристиками почвы, дозами удобрений и балансом питательных веществ (1992 г.)

Агрохимический Овес Озимая пшеница Ячмень Однолетние

показатель травы

зерно солома зерно солома зерно солома вегетативная масса

Агрохимические показатели:

рНш 0.05 -0.05 -0.25 -0.18 -0.34 -0.28 -0.52

Нг 0.30 0.38 0.38 0.30 0.23 0.16 0.22

С а2* -0.37 -0.37 -0.43 -0.36 -0.22 -0.26 -0.23

Мд2* 0.30 0.27 0.28 0.29 -0.36 -0.25 -0.31

э -0.32 -0.23 -0.38 -0.29 -0.30 -0.24 -0.30

Гумус -0.08 -0.09 -0.13 -0.17 -0.33 -0.38 -0.15

n 0.99 0.91 0.95 0.95 0.88 0.93 0.93

р2о5 -0.79 -0.98 -0.75 -0.85 -0.93 -0.78 -0.85

к2о -0.92 -0.89 -0.99 -0.98 -0.91 -0.96 -0.96

Дозы внесения минеральных удобрений:

n 0.96 0.94 0.86 0.86 0.75 0.84 0.98

р -0.90 -0.93 -0.88 -0.95 -0.89 -0.87 -0.78

к -0.94 -0.94 -0.99 -1.00 -0.80 -0.99 -0.96

Баланс элементов питания:

n 0.93 0.94 0.93 0.93 0.83 0.89 0.98

р -0.90 -0.94 -0.88 -0.95 -0.88 -0.87 -0.77

К -0.94 -0.94 -0.97 -0.98 -0.80 -0.96 -0.96

поверхностей сорбции ППК в почвенный раствор. Применение калийных удобрений способствует значительному снижению накопления 137Сз в растениях. Это изменение подвижности связано с увеличением содержания калия в почве и усилением антагонизма между этими ионами при корневом усвоении.

При решении радиологических задач могут использоваться различные критерии для оценки эффективности защитных мероприятий. Если для принятия решения о пригодности продукции для потребления достаточно определения содержания радионуклида в ней и сравнения этих данных с ВДУ, то для оценки целесообразности проведения различных защитных мероприятий используются комплексные показатели, учитывающие как снижение уровня загрязнения продукции, так и уменьшение дозы облучения, эффективность затрат, экономию дозы на единицу затрат. Проведение таких исследований является самостоятельной задачей, в нашей работе мы рассматривали более простые показатели, учитывающие радиологический эффект от защитных мероприятий, которые можно рассматривать как промежуточную ступень между простым определением уровня загрязнения продукции и комплексными параметрами, используемые с учетом снижения дозы и затрат. Одним из таких показателей является величина выноса 137Сэ сельскохозяйственными культурами с единицы площади при стандартном загрязнении 1 кБк/м2 (табл. 9). По величине выноса 137Сз культуры образуют последовательность, аналогичную последователь-

ности по коэффициентам накопления: однолетние травы > ячмень > овес > озимая пшеница.

Таблица 9. Вынос "'Сэ с урожаем при плотности загрязнения почвы 1 кБк/м2, п-10~2Бк/м2

Вариант Однолетние Овес Озимая пшеница Ячмень

травы

вегетатив- зерно солома зерно солома зерно солома

ная масса

Контроль 2.4 1.0 3.0 0.7 2.6 1.4 3.3

РеоКво 1.7 1.1 2.5 0.8 2.6 1.6 3.8

МвоРбоКбо 2.1 1.3 2.9 0.9 3.2 1.7 4.4

^„РеоКео 2.4 1.5 3.7 1.0 3.3 1.5 4.2

М12оРбоКбО 2.8 1.6 3.8 1.2 4.2 2.2 5.4

М15оРбоКбО 2.4 1.8 4.1 1.5 5.2 2.7 5.7

ЫзоКдо 1.6 1.2 3.5 1.1 3.9 2.5 4.1

^„РзоКбО 1.4 1.3 3.5 1.1 3.8 2.1 4.3

МэоРеоКбо 1.5 1.3 3.2 1.1 3.8 1.5 4.5

ЫзоРаоКбо 1.6 1.1 2.7 1.0 3.8 1.8 4.5

МапР^оКбо 1.5 1.0 3.0 1.0 3.3 1.4 3.8

МэоРбО 1.6 1.8 3.9 1.2 4.1 2.5 4.4

^„РбоКзо 1.6 1.4 3.3 1.0 3.7 1.4 4.0

^оРбоКбо 1.4 1.1 3.7 0.9 3.4 1.3 3.9

МэоРбоКэо 1.2 1.1 3.2 0.9 3.2 1.1 3.5

М9(,Р60К,50 1.1 0.8 2.5 0.7 2.5 1.0 2.6

Так как внесение удобрений приводит к увеличению продуктивности культур, то применение этого мероприятия для снижения суммарного загрязнения получаемой продукции не всегда эффективно. Так, возрастание доли азота в полном минеральном удобрении однозначно увеличивает вынос 137Сб с зерном в 1.6-1.9 раз, с соломой и вегетативной массой культур - в 1.4-2.0 раз. Внесение удобрений с повышенным содержанием фосфора оказывает заметное влияние только на вынос радионуклидов ячменем (1.8 раза). Для других культур кратность снижения этого показателя составила 1.1-1.3 раза. Применение удобрений с повышенными дозами калия значительно уменьшает вынос 137Сэ с надземной массой всех культур. Кратность снижения этого показателя от внесения полного минерального удобрения с повышенными дозами по калию в 1992 году составила 1.7-2.5 для зерна и 1.5-1.7 для соломы опытных культур. Следовательно, с точки зрения величины выноса радионуклидов с хозяйственно-ценной частью растений, применение полного минерального удобрения с повышенными дозами калия является наиболее эффективным мероприятием по снижению загрязнения продукции растениеводства 137Сэ. Внесение же повышенных доз азота, особенно в форме аммиачной селитры, однозначно способствует увеличению загрязнения хозяйственно-ценной части сельскохозяйственных культур и возрастанию суммарного выноса радионуклидов с единицы площади.

Влияние применения минеральных удобрений на формы нахождения 137Сб в выщелоченном черноземе

Определение содержания доступных форм 137Сэ в почве является косвенной оценкой биологической подвижности радионуклида и характеризует степень его закрепления в почве. Установлено, что на содержание форм 137Сб наиболее значительно влияют дозы и комбинации применяемых удобрений, концентрация питательных элементов в почве. Существенной разницы в содержании обменного и подвижного 137Сэ под различными культурами за два года исследований не отмечалось. Также не было выявлено влияние предше-

Таблица 10. Влияние минеральных удобрений на соотношение форм '"Сб в почве

Вариант Форма нахождения "'Сб, % от общего Форма нахождения "'Сэ, % от общего

содержания содержания

обменная подвижная обменная подвижная

1992 г. | 1993 г. 1992 г. | 1993 г. 1992 г. | 1993 г. 1992 г. | 1993 г.

Однолетние травы Овес

Контроль 6.13 5.29 1.47 1.41 5.21 6.61 1.35 2.17

РбоКбо 4.85 3.58 1.28 1.30 4.03 3.25 1.37 1.95

ЫбоРбоКбо 5.03 4.34 1.32 1.48 4.06 4.16 1.26 2.43

ИэоРбоКбО 4.85 3.92 1.22 1.59 3.86 4.01 1.05 2.51

МчгоРбоКбО 5.21 4.56 1.27 1.61 4.43 4.17 1.00 2.51

М,5оРбоК60 5.30 4.81 1.52 1.52 4.66 4.75 1.19 2.43

ЫэоКэо 5.22 4.07 1.52 1.51 4 61 4.39 1.16 2.21

ЫдоРзоКбО 4.68 3.68 1.41 1.45 4.18 4.58 1.08 1.64

№эоРбоКбо 4.52 3.88 1.34 1.30 3.94 4.19 1.04 1.52

ЫэоРэоКбо 4.13 3.44 1.03 1.20 3.71 2.76 0.96 1.29

МэоРпоКбо 3.92 3.05 0.99 1.13 3.64 2.73 0.79 1.29

ИдоРбО 5.96 4.93 1.60 1.36 6.77 6.20 1.60 1.97

М9оРбоКзо 4.71 3.63 1.46 1.24 4.81 5.28 1.16 1.58

МэоРеоКбо 4.53 3.67 1.10 1.27 3.49 4.43 1.15 1.73

МэоРбоКэо 3.85 3.26 1.08 1.32 3.46 2.72 1.08 1.47

ЫэоРбоК«» 2.00 2.92 1.00 1.03 2.75 2.58 1.00 1.16

Озимая пшеница Ячмень Яровая пшеница

Контроль 6.14 4.41 1.50 1.30 5.30 5.07 1.86 1.32

РбоКбо 5.25 2.30 1.33 1.16 4.28 2.70 1.87 1.24

ЫбоРбоКбо 5.39 2.17 1.38 1.24 3.50 2.70 1.11 0.91

МэоРбоКбо 5.38 2.18 1.20 1.22 3.91 2.50 1.22 1.13

М12оРбоКбо 5.62 3.00 1.37 1.55 5.35 3.25 1.22 1.34

1^50Р60К60 5.84 3.87 1.01 1.76 5.30 4.18 1.28 1.44

ЫэоКэо 5.08 3.08 1.47 1.18 4.84 3.41 1.48 1.20

МзоРзоКбо 5.04 2.15 1.31 1.18 4.30 3.24 1.30 1.19

^эоРбоКбо 4.60 2.26 1.22 1.11 3.84 2.93 1.24 1.24

ЫэоРэоКбО 4.51 2.02 1.15 1.05 3.62 2.38 1.17 1.20

МдоР12оКбО 4.34 2.01 0.87 0.96 3.86 2.04 1.07 1.08

ЫмРбо 6.37 2.48 1.09 1.23 5.61 4.94 1.73 1.16

ПэоРбоКзо 4.85 2.34 1.49 1.13 4.94 3.53 1.57 1.05

МзоРбоКбо 4.24 1.87 1.22 1.11 4.05 2.23 1.37 0.96

ЫэоРбоКзо 3.46 1.39 1.14 0.84 3.40 1.93 1.08 1.04

МэоРбоК^о 2.40 1.43 1.30 0.78 2.85 1.62 0.77 0.75

ственников на подвижность 137Cs (табл. 10).

Применение повышенных доз калия (150 кг/га) на фоне полного минерального удобрения способствовало максимальному снижению содержания 137Cs в обменной форме. Кратность снижения содержания обменного 137Cs составила в этих вариантах по сравнению с фоновым контролем 1.9-3.1 раза в 1992 году и 1.8-3.1 раза - в 1993 году. Действие калийных удобрений на подвижность радионуклида, вероятно, связано с увеличением содержания в почве калия. При обработке экстрагентами почвенных образцов происходит повышение содержания в растворе химического аналога 137Cs - калия, что вызывает возникновение конкурирующей реакции между ионами Cs" и К". Смещение равновесных концентраций реагирующих веществ снижает ионную силу десорбирующего раствора ацетата аммония, что вызывает уменьшение доли 137Cs, вытесняемого ионом NH<T.

Применение фосфорных удобрений оказывало меньшее влияние: в 1992 году содержание 137Cs в обменной форме снизилось в 1.4-1.6 раза, в 1993 году -1.7-2.6 раза.

Внесение азотных удобрений в форме солей аммиака увеличивало подвижность радионуклида - содержание обменной формы 137Cs в 1992 году в варианте Ы^оРбоКбо было в 1.1-1.2 раза, в 1993 - в 1.4-1.5 раза выше фонового контроля, что, очевидно, связано с вытеснением 137Cs ионами аммония из ППК с поверхностей глинистых минералов, высокоселективных по отношению к 137Cs (Cremers A. et al„ 1988; Nisbet A. F., 1993).

Внесение фосфорно-калийных удобрений способствует значительному уменьшению содержания обменной формы 13/Cs - в 1.2-1.3 (1992 г.) и 1.5-2.0 (1993 г.) раза, что, по-видимому, связано с отсутствием азотного компонента в составе удобрения.

Проведенная статистическая обработка выявила наличие тесных корреляционных зависимостей между величинами коэффициентов накопления и содержанием различных форм 137Cs в почве. Коэффициенты корреляции между этими показателями были значимы на 95-99 % уровне и варьировали от 0.6 до 0.9 (табл. 11, 12).

Влияние применения агромелиорантов на накопление 137Cs в сельскохозяйственных культурах

Вследствие того, что доминирующими почвами в районе исследования являются выщелоченные черноземы, которые характеризуются высокими значениями гидролитической кислотности, было проведено исследование влияния извести и местного мелиоранта - бентонита - на переход 137Cs в сельскохозяйственные культуры. Известкование выщелоченных черноземов по полной гид-

Таблица 11. Коэффициенты корреляции форм нахождения "'Сэ в почве с агрохимическими характеристиками выщелоченного чернозема и дозами минеральных удобрений

Овес Озимая пшеница Ячмень Однолетние травы

П7Г ' ^подв "'Гс ^^полв 137 — ^«»обм п7СЕ ^«ПОДВ и/Сз0бМ »-'^ЛОДЗ

Агрохимические показатели:

рН -0.24 0.26 0.12 0.32 0.03 -0.17 0.50 0.07

Нг 0.34 -0.24 0.04 -0.21 0.04 0.03 -0.21 -0.06

Са2* -0.33 0.18 -0.19 0.15 -0.21 -0.19 0.19 -0.24

Мд2* 0.24 0.45 0.27 0.26 -0.06 -0.25 -0.28 -0.08

э -0.28 0.23 -0.17 0.15 -0.26 -0.38 -0.02 -0.48

Гумус 0.14 0.07 0.24 0.22 -0.32 -0.06 0.16 -0.10

N 0.86 0.68 0.98 0.76 0.77 0.70 0.86 0.75

р2о5 -0.99 -0.94 -0.99 -0.93 -0.94 -0.89 -0.84 -0.96

к2о -0.93 -0.96 -0.96 -0.94 -0.98 -0.88 -0.96 -0.70

Дозы удобрений:

N 0.72 0.24 0.92 -0.60 0.64 -0.68 0.82 -0.60

р -0.97 -0.89 -0.96 -0.99 -0.96 -0.96 -0.98 -0.99

К -0.93 -0.96 -0.98 -0.98 -1.00 -0.85 -0.95 -0.98

Таблица 12. Коэффициенты корреляции между показателями, характеризующими подвижность ' 7Сэ в почве, и коэффициентами накопления в растениях (1992 г.)

Культура "Обменная форма - КН" "Подвижная форма - КН"

зерно солома зерно солома

1992 год

Овес 0.82 0.81 0.76 0.74

Озимая пшеница 0.86 0.81 0.81 0.78

Однолетние травы - 0.68 - 0.64

Ячмень 0.71 0 69 0.75 0.67

1993 год

Овес 0.77 0 77 0.82 0.82

Озимая пшеница 0.75 0.76 0.71 0.76

Однолетние травы - 0.76 - 0.71

Яровая пшеница 0.77 0.79 0.82 0.85

ролитической кислотности оказывало влияние как на агрохимические показатели почв, так и на поступление 137Сэ в урожай растений.

В 1992 году накопление 137Сэ в хозяйственно-ценной части зерновых культур в вариантах с известкованием и внесением минеральных удобрений снизилось по сравнению с контролем в 1.7-1.9 раза, а по сравнению с фоновым контролем в 1.3-1.6 раза, хотя действие этого приема не проявилось в вариантах с однолетними травами. Применение агромелиоранта в 1993 году приводило к аналогичным результатам. Причиной уменьшения накопления 137Сэ в сельскохозяйственных культурах являлась оптимизация почвенных свойств - увеличение рН в 1.2 и снижение Нг в 1.5-2.0 раза, повышение содержания обменных катионов и суммы обменных оснований в 1.3-1.5 раза. Изменения агрохимических характеристик почвы повлияло на величину выноса шСб с урожаем сельскохозяйственных культур и на содержание его доступных форм. Внесение мелиоранта уменьшало величину выноса шСз для зерновых культур в 1.3-1.6

Вариант 1-й год (1992 г.) 2-й год (1993 г.)

КН, п-Ю-2 Форм ы Сэ КН, п-10"2 Формы "'Сэ

зерно солома, обмен- подвиж- зерно солома, обмен- подвиж

вег. масса ная ная вег.масса ная ная

озимая пшеница

Контроль 0.52+0.08 1.25+0.10 6.14 1.50 0.58±0.04 1.10+0.10 4.41 1.30

ЫэоРсоКм 0.4210.06 1.16±0.07 4.74 1.21 0.47+0.05 0.93+0.13 2.26 1.15

ИэоРбоКбо + 0.33±0.02 0.87+0.15 2.92 1.29 0.47±0.08 0.89±0.10 2.52 1.32

известь (9 т/га)

ячмень яровая пшеница

Контроль 1.10+0.03 2.34+0.15 5.30 1.86 0.46+0.02 1.1010.10 5.07 1.32

ЫзоРбоКбо 0.85±0.05 2.04±0.13 4.09 1.18 0.38+0.09 0.9110.13 2.55 1.11

ИэоРеоКм + 0.53+0.08 1.62+0.16 4.22 0.97 0.29±0.06 0.6510.08 2.22 1.10

известь (9 т/га)

овес

Контроль 0.9310.06 2.20+0.19 5.21 1.35 0.92±0.06 2.18Ю.13 6.61 2.17

ЫдцРбоКбо 0.84+0.04 1.82±0.15 3.86 1.08 0.88+0.03 1.91+0.16 4.21 1.59

МэкРбоКбо + 0.59±0.09 1.44+0.14 3.76 0.87 0.58±0.02 1.2610.13 3.21 1.34

известь (9 т/га)

однолетние травы

Контроль - 2.97±0.14 6.13 1.48 - 3.73+0.17 5.29 1.32

МэоРеоКео - 2.45±0.16 4.63 1.22 - 3.1610.11 3.82 1.39

ИэоРбоКбо + - 2.71±0.18 3.83 1.14 - 2.80+0.16 3.28 1.34

известь (9 т/га)

(зерно) и 1.2-1.4 (солома) и увеличивало для однолетних трав в 1.4 раза. Содержание обменного шСэ в почве, по сравнению с контролем, в разные годы снизилось в 1.1-2.1 и в 1.6-2.3 раза (табл. 13).

Использование бентонита не оказывало существенного влияния на накоп-

137 —

ление из в урожае сельскохозяйственных культур, хотя отмечаются тенденции к снижению поступления нуклида в зерно и солому овса (табл. 14).

Таблица 14. КН и содержание форм "7Сэ в почве при внесении бентонита

Вариант Овес Люцерна

КН, п-10'2 Формы Сэ КН, п-10 Формы "'Сэ

зерно солома обмен ная подвиж ная вег. масса обмен ная подвиж ная

1- й год (1993 г.)

Контроль 5.010.8 10.812.5 5.3 1.4 18.6+4.9 5.9 1.0

ЫбоРбоКбо Й.7±0.7 8.213.0 4.7 1.0 17.511.4 5.3 1.0

ИбоРеоКбо + бентонит (1 От/га) 4.0+1.1 7.712.3 4.7 0.9 18.1+2.0 4.7 0.6

ЫбоРбоКео + бентонит (50 т/га) 4.0+1.1 7.611.9 4.0 1.0 23.712.0 5.8 0.8

МбоР^оКио + бентонит (50 т/га) 3.5+0.6 7.3+0.7 2.8 0.7 24.2+5.2 6.3 1.6

2-й год (1994 г.)

Контроль 3.8+1.1 8.011.7 4.1 1.9 16.313.1 5.6 2.2

3.4+0.4 5.910.6 3.1 1.5 13.312.1 4.8 1.9

МбоРбоКсо + бентонит(1 От/га) 3.2+0.7 5.4+2.1 2.6 1.3 14.312.0 5.7 2.2

ЫбоРбоКбо + бентонит (50 т/га) 2.9+0.7 6.010.4 2.6 1.2 15.511.5 5.4 2.1

ЫбоР^оКш + бентонит (50 т/га) 2.710.6 5.610.5 2.4 1.0 16.2+2.0 6.5 2.2

Применение бентонита в сочетании с оптимальными дозами минеральны удобрений способствовало повышению накопления 137Сб в вегетативной мае се люцерны, что, по-видимому, связано с возрастанием азотфиксации кп> беньковыми бактериями при использовании минеральных удобрений (Бабьев И. П., 1989) и увеличением содержания подвижных форм азота в почве, свою очередь приводящих к возрастанию биологической доступности 137Сг Можно предположить, что различия в величине коэффициентов накоплени связаны с неравномерным распределением бентонита в пахотном слое, дл проверки чего нами были определены формы нахождения 137Сз. Показано, чт выявленное уменьшение накопления 137Сэ в урожае культур обусловлен снижением подвижности радионуклида в почве, неявность влияния которогс вероятно, связана с недостаточным сроком наблюдений.

Оценка влияния степени интенсификации земледелия на

накопление 137Сз в урожае сельскохозяйственных культур

Необходимым элементом ведения сельскохозяйственного производств является применение средств химической защиты возделываемых культур пестицидов. Так как пестициды обычно используются на фоне минеральны удобрений, то нами была проведена оценка влияния комбинированного во: действия разных уровней пестицидной нагрузки и внесения удобрений на сс держание 137Сб в урожае сельскохозяйственных культур с помощью двухфа! торного дисперсионного анализа (табл. 15). Установлено, что применени пестицидов не влияет на размеры накопления 137Сз в растениях. Достоверно влияние комбинированного воздействия пестицидной нагрузки и различны уровней внесения минеральных удобрений также не было обнаружено, в то ж время определена четкая зависимость накопления радионуклида от уровн внесения минеральных удобрений для зерновых культур.

Для озимой пшеницы наблюдается снижение перехода 137Сэ в зерно в 1.1 в солому - 1.7 раза, что обусловлено применением сбалансированных г элементам питания доз удобрений (Ы90РбоКбо)- Для других исследованных зе| новых культур использовались удобрения с повышенной дозой по азот (М12оРбоКбо - Для ячменя и М150РбоКбо - для яровой пшеницы), что привело увеличению накопления 137Сэ в зерне в 1.4-1.6, в соломе - 1.4-1.8 раза. Дг картофеля действия применения минеральных удобрений выявлено не был' что связано с противоположно направленным влиянием повышенных доз аз! та и калия (Ы120РбоК12о).

Таблица 15. Коэффициенты накопления 137Сэ в урожае культур при разных уровнях интенсификации земледелия, п-10"2

Удобрения Уровни пестицидной нагрузки (Фактор 2) Средние по

(Фактор 1) 1 2 3 фактору 1

зерно солома зерно солома зерно солома зерно солома

Озимая пшеница

Контроль 1.3110.31 1.84+0.43 1.39+0.49 2.2910.37 1.3010.35 3.07+0.79 1.33 2.40

^бРеоКбо 0.8410.21 1.3210.33 0.6710.16 1.46Ю.44 0.90+0.46 1.61Ю.42 0.81 1.46

ЫдоРбоКбО 1.0410.33 1.5210.04 1.2010.19 1.4410.40 0.7110.11 1.31+0.42 0.98 1.42

Средние по 1.06 1.56 1.08 1.73 0.97 2.00

фактору 2

Ячмень

Контроль 0.7110.22 0.8110.35 0.94Ю.18 1.5810.30 0.8710.11 1.4610.19 0.84 1.29

М«Р6оК6о 0.6110.19 1.03+0.32 0.60+0.32 1.07+0.46 0.6010.20 1.0210.17 0.61 1.04

МстРбоКбО 1.27Ю.66 2.2010.40 1.1910.28 2.0110.48 1.55Ю.65 2.6910.84 1.34 2.30

Средние по 0.87 1.35 0.91 1.55 1.01 1.72

фактору 2

Яровая пшеница

Контроль 0.64Ю.05 1.0010.07 0.56Ю.12 0.8710.19 0.5710.07 0.89+0.12 0.59 0.92

Ы45РбоКб() 0.58Ю.22 1.0010.15 0.8910.26 1.4010.42 0.8410.18 1.32Ю.28 0.77 1.24

М,5оРбоК60 0.77Ю.42 1.20+0.65 0.9710.19 1.5210.30 0.80+0.22 1.2510.34 0.85 1.33

Средние по 0.66 1.07 0.81 1.26 0.74 1.15

фактору 2

Картофель (клубни)

Контроль 1.36Ю.32 0.91Ю.24 1.1210.25 1 13

МеоРбоКэо 0.7710.06 1.27+0.23 1.1410.03 1.06

^гоРеоКио 1.1010.69 0.88^ 0.02 1.0910.17 1.02

Средние по 1.08 1.02 1. 11

фактору 2

Оценка влияния защитных мероприятий на снижение годового поступления 137Сб в рацион местного населения

На основании проведенной комплексной оценки влияния технологий возделывания на накопление 137Сз в сельскохозяйственных культурах нами была рассчитана величина годового поступления радионуклида с продуктами питания в рацион местного населения для вариантов с использованием защитных мероприятий и без их применения. Расчет поступления 137Сб для одного вида продуктов производился по формуле (Романов Г. Н., 1993):

- для зерновых и картофеля: С = КН х Ап х к1 х 1тн ;

- для однолетних трав с исследованием дальнейшей миграции по трофической цепочки - в молоко и мясо: С = КН х Ап х к х т х к1 х гтн ;

где С - поступление 137Сб в организм человека с продуктами, Бк/год; КН - среднее значении коэффициента накопления радионуклидов в растительности; Ап -содержание радионуклидов в почве, Бк/кг; т - масса корма, потребляемого животными, кг/сут.; к - коэффициент перехода из рациона в молоко (мясо); гтн -количество потребляемого человеком продукта, кг/год; к1 - коэффициент кули-

парного снижения содержания шСб в продуктах при их переработке. Для вычислений использовались среднестатистические показатели объемов потребления корма животными в сутки и пищевых продуктов человеком за год.

Расчет годового поступления шСэ проводился для вариантов применения агрохимических мероприятий, обладающих наибольшей эффективностью для выбранной культуры: 1 - внесение повышенных доз калийных удобрений (для зерновых культур и однолетних трав); 2 - подбор сортов с максимальными и минимальными величинами коэффициентов накопления (для картофеля).

Применение мероприятий по снижению накопления 137Сэ в продукции растениеводства на почвах черноземного типа является эффективным и ра-диологически оправданным шагом, т.к. приводит к снижению годового поступления 137Сэ в организм местного населения с основными продуктами питания (картофель, хлеб, молоко, мясо) до 2 раз. Наибольшее значение имеет уменьшение накопления радионуклидов в вегетативной массе трав, используемых для откорма животных и производстве молока и мяса, т.к. поступление 137Сб с этими продуктами является наиболее значимой статьей перехода радионуклидов в организм человека. Поступление радионуклидов с основными продуктами питания составило 1.7 % (без применения мероприятий) и 0.8 % (при их использовании) от величины предела годового поступления по НРБ 76/87.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одним из основных факторов, обуславливающих снижение дозовых нагрузок на население на территориях, загрязненных после аварии на ЧАЭС, является организация рационального ведения сельскохозяйственного производства, направленная на снижение уровня загрязнения получаемой продукции. Она включает в себя: различные технологии возделывания сельскохозяйственных культур, агротехнические, агрохимические и организационные мероприятия, применяемые в агропромышленном производстве с целью уменьшения содержания радионуклидов в сельскохозяйственной продукции.

В работе на единой методической основе проведено комплексное исследование влияния различных технологий возделывания на поступление 137Сб в сельскохозяйственные культуры из выщелоченных и оподзоленных черноземов. Комплексный подход заключался в исследовании влияния широкого набора элементов технологий возделывания сельскохозяйственных культур, таких как: различные виды агротехнической обработки почвы, различные дозы и комбинации внесения минеральных удобрений, применение мелиорантов, использование различной пестицидной нагрузки, подбор видов и сортов растений. Кроме того, для комплексной оценки эффективности различных технологий возделывания на снижения накопления 137Сэ в сельскохозяйственной продукции использовали несколько показателей, среди которых основными явля-

ются коэффициенты накопления 137Cs в сельскохозяйственных культурах, величина выноса радионуклида с урожаем с единицы площади, снижение содержания 137Cs в рационе местного населения.

Проведенные исследования охватили широкий круг вопросов, касающиеся влияния технологий возделывания на снижение накопления радионуклидов в сельскохозяйственной продукции, и определили наиболее эффективные приемы, позволяющие уменьшить загрязнение сельскохозяйственных культур, выращиваемых на выщелоченных и оподзоленных черноземах.

ВЫВОДЫ

1. Применение комплекса агрохимических и агротехнических мероприятий на выщелоченных и оподзоленных черноземах, загрязненных после аварии на ЧАЭС, является эффективным приемом обеспечивающем снижение накопления 137Cs в продукции растениеводства в 1.5-3.6 раза и уменьшение поступления радионуклида в рацион местного населения с основными продуктами питания (картофель, хлеб, молоко, мясо) до 2 раз. Наибольшее значение имеет уменьшение накопления радионуклидов в вегетативной массе трав, используемых для откорма животных и производстве молока и мяса, т.к. переход 137Cs с этими продуктами составляет значительную часть от годового поступления радионуклидов в организм человека.

2. Применение различных доз и сочетаний минеральных удобрений неоднозначно действовало на накопление 137Cs сельскохозяйственными растениями. Внесение азота в дозах до 90 кг/га не оказывало влияния на содержание 137Cs в растениях, а применение повышенных доз азота (120 и 150 кг/га) способствовало увеличению накопления 137Cs в хозяйственно-ценной части всех сельскохозяйственных культур в 1.3-1.8 раза. Возрастание дозы калия в полном минеральном удобрении (до 150 кг/га) снижало аккумуляцию 137Cs в растениях в 1.7-2.3 раза, при этом статистически достоверный эффект наблюдался при повышенных дозах калийных удобрений (>90 кг/га). Применение фосфорных удобрений оказывало влияние при внесении в дозе 120 кг/га - кратность снижения накопления 137Cs составила 1.2-1.3 раза. Максимальное уменьшение поступления 137Cs в растения наблюдается при соотношением элементов N90P120K150.

3. Установлена зависимость между накоплением 137Cs в сельскохозяйственных культурах и балансом питательных элементов в почве, коэффициенты корреляции для которой были равны 0.77-0.98, что указывает на важность сбалансированности элементов питания с точки зрения влияния этого фактора на поступление радионуклида в растения.

4. Внесение агромелиорантов по-разному влияет на биологическую подвижность 137Cs в выщелоченном черноземе. При известковании почв (9 т/га)

на фоне полного минерального удобрения (ЫэоРбоКбо) накопление 137Cs растениями и содержание обменного 137Cs снижаются в 1.3-1.9, 1.1-2.3 раза, соответственно. Изменения указанных параметров при внесении бентонита были статистически недостоверны.

5. Размеры накопления 137Cs в урожае зерновых культур определяются степенью окультуренности почв. Переход 137Cs в зерно и солому зерновых культур из вновь освоенных выщелоченных черноземов в 3.0-4.5 раза выше, чем из старопахотных окультуренных почв.

6. Накопление 137Cs сельскохозяйственными культурами (кормовые, крупяные, зерновые, зернобобовые и картофель) в зависимости от видовых особенностей различалось до 37 раз. Сортовые различия по накоплению 137Cs в картофеле составили 2.9 раза.

7. На ежегодно обрабатываемых угодьях разные агротехнические приемы не влияют на размеры накопления 137Cs в урожае, что связано с равномерным распределением радионуклида при многократно проведенной после аварии обработке пахотного слоя.

8. На основании двухфакторного дисперсионного анализа комбинированного воздействия разных уровней пестицидной нагрузки и внесения минеральных удобрений на содержание 137Cs в урожае зерновых культур установлена зависимость накопления радионуклидов от уровня внесения минеральных удобрений для зерновых культурах. Достоверного влияния пестицидной нагрузки и комбинированного воздействия этих факторов не обнаружено.

9. Выявлено влияние минеральных удобрений на содержание форм нахождения 137Cs в почве. Применение повышенных доз калия (150 кг/га) на фоне полного минерального удобрения способствовало снижению содержания 137Cs в обменной форме в 1.8-3.1 раза. Использование фосфорных удобрений оказывало меньшее влияние: содержание 137Cs в обменной форме уменьшилось в 1.4-2.6 раза. Внесение азотных удобрений в форме нитрата аммония на фоне полного минерального удобрения увеличивало подвижность 137Cs - количество обменного 137Cs в варианте N150P60K60 возрастало в 1.1-1.5 раза. Коэффициент корреляции форм содержания 137Cs в почве и коэффициентов накопления в сельскохозяйственных культурах варьирует от 0.6 до 0.9.

10. Сравнительная оценка различных защитных мероприятий на основании величины выноса 137Cs с единицы площади с урожаем сельскохозяйственных культур показала, что наиболее эффективным является применение минеральных удобрений с повышенными дозами калия, известкование почв и подбор видов и сортов культур с наименьшими уровнями накопления 137Cs, при которых снижение величины выноса составило 1.7-2.5, 1.2-1.6, 8 и 1.7 раз, соответственно. Внесение азотных удобрений способствовало увеличению выноса 137Cs с урожаем в 1.4-2.0 раза.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Санжарова Н. И., Кузнецов В. К., Котик Ж. А. Сравнительная характеристика агрохимических мероприятий по снижению накопления 137Cs сельскохозяйственными культурами из выщелоченных черноземов и дерново-подзолистых почв. // Радиобиологический съезд (Киев, 20-25 сентября 1993 г.). Тез. докл., Пущино, 1993 г., т. 3, с. 8S5-886.

2. Kotik J. A., Kuznetsov V. К. Estimation effects of agricultural measures on accumulation of 137Cs in agricultural crop yields on leached chernozem. // 2-nd Int. Conf. "Radiobiological consequences of nuclear accidents" 25-26 October, Abstracts. Moscow, 1994, part 1, p. 121.

3. Kuznetsov V. K., Kotik J. A., Brovkin V. I. Effect of the level of farming intensification on 137Cs accumulation in agricultural crop yield. // 2-nd Int. Conf. "Radiobiological consequences of nuclear accidents" 25-26 October, Abstracts. Moscow, 1994, part 1, p. 135.

4. Кузнецов В. К., Санжарова Н. И., Аксенова С. П., Котик Ж. А. Снижение накопления 137Cs в сельскохозяйственных культурах под воздействием мелиорантов. //Агрохимия. 1995, №4, с.74-79.

5. Котик Ж. А., Санжарова Н. И. Влияние агрохимических мероприятий на изменение подвижности 137Cs в выщелоченном черноземе. // Пятая Международная научно-техническая конференция, посвященная 10-тилетию аварии нн ЧАЭС (Зеленый Мыс, 11-16 марта, 1996 г.). Тез. докл., 1996.

6. Кузнецов В. К., Санжарова Н. И., Бровкин В. И., Котик Ж. А. Влияние уровня интенсификации земледелия на накопление 137Cs в урожае сельскохозяйственных культур. // Докл. РАСХН (в печати).

7. Котик Ж. А., Санжарова Н. И., Кузнецов В. К., Бровкин В. И. Влияние калийных удобрений на биологическую подвижность 137Cs в выщелоченном черноземе. // 2-ой Обнинский симпозиум по радиоэкологии к 100-летига открытия радиоактивности (Обнинск, 27-31 мая 1996 г.). Тез. Докл., 1996, ( в печати).

Заказ 134 Формат 60x84 1/16 Объем 1 п. л. Отпечатано в типографии ВНИИСХРАЭ, г. Обнинск Тираж 60 экз.