Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Взаимодействие радиосурьмы и фосфора в системе почва-растение

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Взаимодействие радиосурьмы и фосфора в системе почва-растение"

Б ОД

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ РАДИОЛОГИИ И АГРОЭКОЛОГИИ

На правах рукописи

ВИТКОВСКАЯ Светлана Евгеньевна

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАДИОСУРЬМЫ И ФОСФОРА В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ

03.00.01 - радиобиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Обнинск, 1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор В.Ф. Дричко

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор, академик УААН И.Н. Гудков

Ведущая организация

кандидат химических наук, доцент С.В. Круглов

Центральный институт агрохимического обслуживания ( Москва)

г*

Защита диссертации состоится "Ч г. Е^часов

на заседании Диссертационного совета Д 120.81.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии (г. Обнинск, ВНИИСХРАЭ)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского института сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии

Автореферат разослан

199^ г.

Отзывы просим направлять по адресу: 249020, г. Обнинск, Калужской обл., ВНИИСХРАЭ, Диссертационный совет.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Н.И.Санжарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Интерес к взаимодействию фосфора и сурьмы при их переходе из почвы в растения обусловлен экологическими и методическими задачами.

Так как фосфор является одним из основных элементов питания растений, то его химические аналоги, представляющие опасность для здоровья человека и животных, требуют особого внимания.

Один из радиоактивных изотопов сурьмы - 125ЗЬ, относится к радиозкологически значимым. Конечно, среди искусственных радионуклидов 125БЬ играет далеко не первую роль в облучении человека, радиоэкологическая значимость его значительно ниже, чем таких радионуклидов как 137Сз и Э05г. Но следует учитывать то обстоятельство, что примерно 1/4 от общего числа естественных мутаций может быть обусловлена энергией естественного фона радиации [Дубинин Н.Г. 1978]. Отсюда понятно, почему увеличение радиации в среде, окружающей человека, представляет особый фактор, который может существенно повлиять на здоровье нынешнего и будущего поколений.

Кроме того, имеются сведения о загрязнении окружающей среды стабильной сурьмой.

Исследование закономерностей поступления загрязняющих веществ в растения - важная проблема, которая лежит в основе разработки мероприятий, направленных на снижение накопления их в урожае сельскохозяйственных культур.

Состояние изученности вопроса. Данных о поведении сурьмы и ее радиоактивного изотопа 125БЬ в системе почва-растение крайне мало. Единичные исследования миграции БЬ в почвах не дают представления о закономерностях ее поведения в агроценозе. Взаимодействие сурьмы и её химических аналогов практически не изучено.

Цель работы состоит в том, чтобы изучить закономерности накопления 125ЭЬ сельскохозяйственными растениями, оценить влияние фосфорных удобрений, видовых и сортовых особенностей растений, инокуляции семян на поступление радиосурьмы в растения.

Задачи исследования: 1. Сравнить поступление 33Р и 125БЬ в растения, количественно оценить степень их сходства и различия при накоплении растениями.

2. Оценить влияние видовых и сортовых особенностей растений, возраста растений, предпосевной обработки семян бактериальными препаратами (инокуляции) на поступление в растения

1

фосфора и 1258Ь.

3. Определить зависимость коэффициентов накопления 125БЬ растениями от концентрации фосфора в почве.

4. Определить возможность экстраполяции результатов, полученных на водной культуре на условия вегетационного опыта.

Научная новизна исследований. Впервые проведено исследование взаимодействия радиосурьмы и фосфора при их поступлении в растения. Проведены вегетационные и лабораторные опыты на почвенных и водных культурах с ячменем и разными сортами гороха при инокуляции семян различными видами бактериальных препаратов. Результаты диссертационной работы дают новую информацию и расширяют теоретические представления о миграции радиосурьмы в агроценозе.

Получены сведения о зависимости миграции Р, 33Р и 125БЬ от сортовых особенностей растений гороха и влиянии инокуляции на накопление 33Р и 125ЭЬ растениями.

Сформулированы условия возможности экстраполяции результатов, полученных на водной культуре на условия вегетационного опыта.

В работе дается теоретическое обоснование взаимодействия радиосурьмы и фосфора при их поступлении в растения на основе сорбционной модели поглощения химических элементов растениями.

Выявлены звенья миграции по цепочке почва (раствор)-корень-надземная часть, в которых различия в поведении 125БЬ и Р максимальны.

Теоретическая значимость работы. Полученные в работе сведения и закономерности поглощения 1г5БЬ и Р растениями при увеличении содержании фосфора в почве на различных культурах дополняют имеющуюся информацию о взаимодействии элементов-аналогов в агроценозе.

Практическая значимость. В работе показано, что и для элементов пятой основной подгруппы таблицы Д.И.Менделеева в системе почва-растение соблюдается подчиненность миграции элементов положению в таблице. Этот эффект, также как и для элементов первой и второй основных подгрупп Периодической системы, может использоваться для снижения поступления радиосурьмы в растения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Существует высокая степень коррелированности между поступлением 125БЬ и фосфора в растения.

2. Накопление 125БЬ и фосфора зависит от биологических особенностей растений (видовая и сортовая специфика) и скорости

2

роста.

3. Инокуляция семян бактериальными препаратами монет увеличивать накопление 125БЬ в растениях.

4. Снижение поступления 125Бй в растения пшеницы и гороха на фоне возрастающих доз фосфорных удобрений наблюдается при очень низком и низком содержании подвижных фосфатов в почзе.

Публикация и апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в 3 научных работах. Основные положения диссертации доложены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного аграрного университета в 1994 и 1995 годах.

Структура и объём работы. Диссертация состсит из введения, обзора литературы, описания материалов и методик исследования, а также трёх глав, содержащих собственные экспериментальные данные и их обсуждение, заключения и выводов. Работа изложена на 171 стр. машинописи, иллюстрирована 35 таблицами и 15 рисунками. Список литературы включает 172 источника, из которых 29 принадлежит зарубежным авторам.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Закономерности поведения 125ЭЬ при переходе из почвы (питательного раствора) в растения и взаимодействие Р и 125БЬ изучали в условиях почвенной и водной культур.

1. Почвенная культура.

Опыты (вегетационные и лабораторный) проводили на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве по общепринятым методикам (Журбицкий 3.И..1968). Содержание общего углерода - 2.3 %, степень насыщенности основаниями - 41.2 %, рНКС1 - 4.2; подвижный Р205 (мг/ЮО г) - 3.1.

При закладке опытов вносили следующие удобрения: азотные (Л) - аммиачная селитра (34,5% д.в.); калийные (К) - калий хлористый (60% д.в.); фосфорные (Р) - суперфосфат двойной (46% Д. в.).

В растениях (надземной массе и корнях) определяли концентрацию 33Р на радиометре "Бета"; 125БЬ - на сцинтилляциснном гамма-спектрометре ; содержание Р205 - колориметрическим методом. после мокрого озоления.

2. Лабораторные опыты на водной культуре.

Растения выращивали рулонным методом на питательной смеси Кнопа. Смесь изотопов 33 Р и 125БЬ вводили на 4-й день после закладки опыта.

Для обработки семян (инокуляции) использовали эффективные штаммы диазотрофов: быстрорастущие клубеньковые бактерии рода Rhizobium; свободнокивущие бактерии рода Serratia; ассоциативные и стимулирующие рост бактерии родов Flavoüacterium; Pseudomonas; Agrobacterium. Все они относятся к группе азотфикси-рующих.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Влияние видовых особенностей растений и бактериальных препаратов на переход 33Р и 125Sb в растения (вег. опыт 1, лаб. опыт 1).

Выращивали ячмень сорта "Криничный" и горох сорта "Рамонс-кий-77".

Опыты показали, что на кислых дерново-подзолистых почвах с низким содержанием элементов питания и на водных растворах растения ячменя поглощали как 33Р, так и 125Sb интенсивнее, чем растения гороха. КН радионуклидов представлены в таблице 2 и на рисунке 1.

В вегетационном опыте КН 33Р в соломе ячменя превышал КН 33Р в соломе гороха в 1,3 раза. Аналогичное отношение КН 125Sb равно 1,1.

В лабораторном опыте КН 33Р в надземной части проростков ячменя превышал КН 33Р в надземной части проростков гороха в 2,7-7,9 раза. Это же отношение для КН lz5Sb составило 2,2-6,1 раза.

Следовательно, видовые особенности растений оказывали практически такое же влияние на накопление Sb как и на накопление Р.

Различия в поведении Р и Sb проявились при их распределении в органах растений.

По мере убывания содержания 33Р, органы растений располагаются в ряд: ячмень: зерно > солома > полова > корни; горох: зерно > солома. Этот же ряд в отношении сурьмы имеет вид: ячмень: корни > полова > зерно > солома; горох: солома > зерно.

Сурьма, подобно другим тяжелым металлам и As, поступает в надземные органы в ограниченных количествах, аккумулируясь в корневой системе растений.

Бактериальные препараты оказывали сходное действие на поглощение растениями 33Р и 125Sb. Почти во всех вариантах инокуляция увеличивала КН радионуклидов. На горохе обратное действие оказывал препарат Pseudomonas к.о., на ячмене - Flavobac-

4

КН33Р

+

1 +

1 + 1

1 + 1

1 +

1 1 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

ятень

горох

1. RhlsoMum (Rh); 2. Rh + Serratia; 3. Rh + Agrobacterium; 4. Rh + Flavobacterlum; 5 - Pseudomonas КО

KH1Z5SbT 4 +

I

3 + I

2 + I

1 +

ячмень

4 5

горох

Рис. 1. Влияние бактериальных препаратов на величину КН 1г5БЬ и 33Р в надземной части проростков ячменя и гороха (лабораторный опыт, водная культура)

1

г

з

1ег1иш (рис.1).

Зависимость КН1г5БЬ = Г(КН33Р) характеризовалась высокими коэффициентами корреляции (г). Для надземной части проростков ячменя и гороха величина г равна 0,96 и 0,86 соответственно; для корней - 0,92 и 0,82.

Таблица 1

КН 33Р и 125ЭЬ в растениях ячменя и гороха (вегетационный опыт)

1 1 Вариант кн 1

1 зерно | солома 1 1 1 полова | корни 1 1 1

1 | ячмень 1

№к+ 33Р 1ШК+ 125зь 1 11,0512,9! 5,7511,45 0,05410,010,02810,01 | 1 1 4,81+0,9 I 2,4+1.21 0,087+0,0210,8210,21 I 1

1 горох i

|МРК+33Р №к+125бь 1 1 10,3213,01 4, 5±2, 1 0,007+0,010,02510,01 | 1 1 1 - 1 1 - 1 1 1

2. Зависимость поступления Р и 125БЬ в растения гороха от специфики сорта и возраста растений (вег.2; лаб.опыт 2)

Выращивали горох сортов "Альфа" - ультраскороспелый и "Ада-гунский" - среднепоздний на почвенной и водной культурах.

Получены высокие коэффициенты корреляции между КН 33Р и КН 125БЬ и между концентрациями Рг05 (%) и 125БЬ (Бк/г) (табл.2).

Генетически обусловленные различия сортов гороха влияли на поглощение элементов питания растениями.

В вегетационном опыте во 2-м - 5-м отборах содержание Р205 в зеленой массе гороха сорта "Альфа" превышало содержание Р205 в зеленой массе сорта "Адагунский" в 1,01-1,3 раза . Тогда как КН 125БЬ у сорта "Адагунский" во всех временных точках кроме 3-й был выше, чем у сорта "Альфа" в 1.1 - 1,7 раза (табл.3). Очевидно, существует обратная зависимость между интенсивностью поступления Р в фотосинтезирующие органы и поступлением БЬ.

Таблица 2

Коэффициенты корреляции между КН 33Р и 125БЬ в водной культуре и между концентрациями Р205 и 125ЭЬ в почвенной

1 I опыт, вариант 1 1 надземная часть " 1 корни 1 1

I водная 1 "Альфа" 1 0,938 1 -0,9621

| культура 2 "Альфа"+№ 1 0,963 -0,8691

I 3 "Адагунский" 1 0,943 0,5941

I 4 "Адагунский"тШ1 I 0,935 0, 5931 1

I почвенная 1 "Альфа" Iкультура 2 "Адагунский" | I 0,919 1 0,858 ! 1 -0,8231 -0.5661 1

Таблица 3

Кинетика поступления Р и 125БЬ в растения гороха (вег.опыт)

1 ! ^ 1 1 I КН (125БЬ) | Р205 1 (%) 1

I сутки 1 1

1 1 1

1надземная| корни |над- корни |

1 часть | I земная

1 1 |часть 1 1 1

1 1-0 вариант, сорт "Альфа" ]

I 13 > 1 1 10, 042+0, 00810, 21±0,1010, 80 0.53 |

| 19 [0. 037±0. 013 [0, 51±0, 111 0, 64 0,39 |

1 26 |0,021±0,004|0,47±0,09|0,45 0,36 |

I 33 |0,023±0,001|0.74+0,1210, 33 0,37 |

| 39 |0,015+0,003|0,66+0,15|0,39 ! 1 1 0,31 |

I 2-й вариант, сорт "Адагунский" 1

1 13 1 1 1 |0,108+0, 06010, ЗОЮ, 0010,87 0,47 |

I 19 |0,041+0,000|0,45±0,И|0,63 0,28 I

I 26 |0,020±0,004|0,56±0,32|0, 40 0.18 |

I 33 10, 026±0, 01111, 08±0, 401 0, 25 0,24 I

1 39 1 10,017+0,00210.66±0,26|0,36 1 1 1 0,30 I I

Опыт на водной культуре показал, что различия КН 33Р, свя-

А^Бк/сосуд) 6000 •5000 -4000 -3000 -2000 ■1000 -

7/

ш,

ш

г

ш

ш

Ъл

л

ч

'л

а б в г д 1

а б в г д 2

а С в г д

3

абвгд 4

1 - "Альфа" контроль; 2 - "Альфа" + Иг; 3 роль; 4 - "Адагунский" + №

"Адагунский" конт-

I I Вынос надземной массой

Вынос корнями

А (Бк/сосуд)

125сь ОЛП

800 700 600 500 400 300 200 '100

- V/

Л

ш

7/ ■У/

УЛ

ч ж

3

7/

абвгд абвгд абвгд абвгд

1 г 3 4

Рио. 2. Влияние сортовых особенностей растений гороха и предпосевной бактеризации семян на транспорт 33Р и 125ЗЬ в фотосинтезирующие органы проростков в период роста от 9 до 30 суток: 9 сут. (а); 16 сут. (б); 22 сут. (в); 26 сут. (г); 30 сут. (д) (лабораторный опыт, водная культура)

занные с генетическими особенностями сортов, наиболее ярко выражены на самом раннем этапе развития растений. На 9-й день роста КН 33Р для проростков у скороспелого сорта были выше, чем у позднеспелого в 8-13 раз, тогда как на 30-е сутки отношение составило 1,7-2,1 раза. КН 125ЭЬ на 9-е сутки различались не более чем в 2, 3 раза, а на 30-е сутки - в 1,5 раза.

Поступление радионуклидов в надземную часть у скороспелого сорта происходило интенсивнее, чем у позднеспелого. Вынос 33Р надземной массой (в % от общего выноса проростками) усиливался по мере роста, вынос 125БЬ практически не менялся. Бактеризация семян ризобиями положительно влияла на транспорт радионуклидов в фотосинтезирующие органы. Вынос радионуклидов надземной частью проростков был Еыше в вариантах с инокуляцией, как для скороспелого, так и для позднеспелого сортов (рис.2).

3. Кинетика поступления 33Р и 125БЬ в растения ячменя (вегетационный опыт 3; лабораторный опыт 3)

Опыты с растениями ячменя сорта "Криничный" подтвердили наличие тесной корреляционной зависимости между КН 33Р и 1г5Б1з. Коэффициенты корреляции были достаточно высокие как на водной, так и на почвенной культуре (табл.4).

Таблица 4

Коэффициенты корреляции между КН 33Р и 125БЬ

1 1 опыт, вариант 1 1 надземная часть! 1 корни |

1 I водная культура

11.контроль 0,957 I 0,908 |

12. КМгоЫип 0,699 | 0,484 I

13. М1+АнгоЬасЪег1ит 1 0,752 | 0,550 |

1 1 почвенная 1 культура | 0,942 | I 0,953 I I

33Р поступал в фотосинтезирующие органы проростков ячменя интенсивнее, чем 125ЗЬ. Вынос 33Р и 125ЗЬ надземной массой (в % от общего выноса проростками) составил 62-93% и 12. 9-48% соответственно (рис. 3).

А (Бк/сосуд)

О О Р

1 2 3

1 - контроль; 2 - ИМгоМит; 3 - 1Ш + Agrobacterium

I_I Вынос надземной массой-: вынос корнями

1 2 3

Рис. 3. Влияние предпосевной бактеризации семян на транспорт 125БЬ и 33Р в фотосинтезирующие органы проростков ячменя в период роста от 10 до 31 суток: 10 сут.(а); 17 сут.(б); 24 сут (в); 31 сут. (г).

Различия в распределении 33Р и 125ЗЬ в системе корень-надземная часть связаны, вероятно, с механизмами поступления элементов в растения. Фосфат-ионы поступают в растения по симп-ластическому пути, тогда как большая часть БЬ - по апопласту.

4. Влияние содержания подвижных фосфатов в почве на накопление 125ЗЬ растениями пшеницы (вег. опыт 4)

Поступление 125БЬ в растения должно зависеть от содержания Р в почве, как проявление взаимодействия равновалентных ионов, присутствующих в-системе.

"Растения пшеницы сорта "Краснокутка-6" выращивали на фоне возрастающих доз-фосфорных удобрений.

4.1. Влияние доз фосфорных удобрений на содержание подвижных форм Р и 1г5БЬ в почве

Содержание подвижных форм Р и 125БЬ определяли по методу Кирсанова.

С увеличением доз фосфорных удобрений от 0,15 г до 0,6 г содержание подвижных фосфатов в почве возрастало. Зависимость содержания подвижного Р205 от дозы фосфорных удобрений характеризовалась высоким коэффициентом корреляции (г = 0,92).

Таблица 5

Влияние доз фосфорных удобрений на содержание подвижных фракций фосфора и 125БЬ в почве

125БЬ - доля 125ЭЬ, перешедшей в вытяжку Кирсанова; -коэффициент распределения для 125БЬ

1 1 1 1 Р2О5 125зь, 1 к*. 1

1 Вариант 1 |мг/100 г (%) г/мл |

1 |1. ЫК-фон 1 3,1 4,9 95,9 |

|2. Фон+0,15г Р205/КГ 1 7,9 4,3 110,8 |

|3. Фон+0,Зг Р205/кг 1 и,з 2.8 168,9 |

14. Фон+0,45г Р205/кг 1 12,3 2,6 200,0 |

15. Фон+0,6г Р205/кг 1 1 13,3 I 4,4 107,1 | |

"Подвижная" или "биодоступная" форма 125БЬ составляла менее 5% от внесенного количества. С увеличением содержания подвиж-

11

ного фосфора в почве десорбция сурьмы снижалась (табл. 5).

Распределение 125БЬ между твердой фазой почвы и солевой вытяжкой характеризовали коэффициентом к^. Значения кд изменялись от 95 до 200 в зависимости от доз фосфорных удобрений.

4.2. Зависимость поступления 125БЬ и Р205 в растения пшеницы от содержания подвижных фосфатов в почве

С увеличением содержания в почве подвижных фосфатов возрастает содержание Р205 во всех органах растений (табл.7).

КН 125БЬ в полове, соломе и зерне пропорционально уменьшался в интервале концентраций подвижных фосфатов от 3,1 до 11.3 мг/100 г почвы. Дальнейшее увеличение дозы фосфорных удобрений влекло за собой увеличение КН 1253й, по сравнению с вариантами, где вносили меньшее количество фосфора. В корнях пшеницы КН 125БЬ при высоком содержании подвижных фосфатов превышал величину КН в контрольном варианте (табл.7).

Между концентрациями Р205 (%) и КН 125ЗЬ в зерне, полове и соломе установлена отрицательная корреляционная связь. В корнях содержание фосфора положительно коррелировало с КН 125БР (табл. 6).

С увеличением концентрации фосфора в корнях усиливается его транспорт в фотосинтезирующие органы. Это, вероятно, влечёт за собой снижение потока 125ЭЬ по симпласту. По-видимому, конкуренция между фосфором и сурьмой в системе почва-растение происходит не на границе почвенный раствор-поверхность корня, а при распределении в органах растений.

Таблица 6

Коэффициенты корреляции между различными параметрами Ср - концентрация Р в растении; Сп - содержание подвижных фосфатов в почве

1 |часть |растения 1 Ср-(СП) КНБЬ- (С„) 1 КНЗЬ-(Ср)|

1 1 зерно 0,614 -0,581 -0,861 |

I солома 0,738 -0.808 -0,206 |

¡полова 0,959 -0,759 -0,738 |

1 корни | 0,546 0, 100 0,711 | 1

Таблица 7

Влияние доз фосфорных удобрений на накопление Р2О5 растениями пшеницы

Р2О5

Вариант 1-1-1-1-

|солома)полова|зерно|корни

КН 125ЭЬ

солома

полова

зерно

корни

11. Ж-фон |0,10 10,07 |0,42 |0,14

12.МКР1 |0,08 |0,18 10,71 |0,16

13.ЖР2 10,11 10,21 |0,66 10,12

|4.ЖРЗ |0,20 10,28 |0,62 |0,17

15.ЫКР4 |0,21 |0,33 |0,59 |0,22

О,053+0,00310,036+0,00810,013+0,00810,97+0,2| О,021+0,010|0,02010,011|0,003±0,000|0,83+0,4| 0,012+0,002|0,013+0,005!0,002+0,001|0,57+0,3! О,027+0,003|0,027+0,001|0,001+0,000|1,10+0,0| О,020±0,007|0,004+0,001|0,009+0,006|1.10+0,2|

-1_1_I_I

Таким образом, КН 125Sb уменьшались при низких и очень низких концентрациях фосфора в почвенном растворе и возрастали при высоких концентрациях.

5. Переход 125Sb в растения пшеницы и гороха на фоне возрастающих доз фосфорных удобрений (вег.опыт 5)

Опыт проводили в 3-х кратной повторности на почве, в которую 125Sb была внесена за год до закладки. Выращивали пшеницу сорта "Краснокутка-6" до фазы выхода в трубку и горох сорта "Адагунский" до фазы цветения. .

Содержание Р205 в зеленой массе и корнях закономерно повышалось с увеличением дозы фосфорных удобрений (табл. 8).

С увеличением дозы фосфорных удобрений КН 125Sb в корнях пшеницы линейно возрастал (г = 0,95).

Внесение Р205 в количестве 0.075 г/кг почвы уменьшало КН 125Sb в зеленой массе пшеницы в 6 раз, по сравнению с контро-

Таблица 8

Влияние доз фосфорных удобрений на поступление 125Sb и Р растения гороха и пшеницы

1 1 кн 125sb 1 рг°5 i (%) 1

1 Вариант 1 1 1 надземная | 1 масса 1 корни 1 1 I 1 1 1 над- | | земная 1 корни| масса | | | 1

1 горох 1

11.NK-фон 12.NK+0,075 13.NK+0,15 |4. NK+0,225 р2о5 р205 р2о5 i i 10,021±0,002|0, 24±0, ООО Г/КГ 10, 023±0, 00310,14±0, 003 Г/КГ10, 016+0, 00610. 35±0, 007 Г/КГ10,014±0, 00610, 20+0,014 i i i 0,56 [ 1,21 | 0,91 I 0,67 | i 0,64| 0,57| 0.671 0,69|

[ пшеница 1

15.NK-фон 16. NK+0,075 17.NK+0,15 18. NK+0, 225 i р2о5 р2о5 р205 i i 10,030+0,03010,32+0,120 Г/КГ 10. 005±0, ООО 10, 41±0, 067 Г/КГ 10. 017±0, ООО 10, 44+0, 250 Г/КГ 10, 015±0, 00210, 62+0, 080 i i i 0,54 | 0,59 | 0.99 | 0,78 | i 0,39| 0,36| 0,38| 0,581 i

лем, более высокие дозы - в 1,8 и 2,0 раза (г=-0,41).

КН 125БЬ в зеленой массе гороха уменьшался в 1,5 раза по сравнению с контролем при внесении Р205 в количестве 0,225 г/кг почвы. Зависимость КН 125ЗЬ от дозы фосфорных удобрений характеризовалась высоким отрицательным коэффициентом корреляции г = -0,89. Для корней гороха КН 125БЬ практически не зависел от количества Р205, внесенного в почву (г= 0,11).

Сравнение полученных значений КН 125БЬ для растений пшеницы и гороха с результатами опытов 1994 г. на аналогичных культурах (вегетационные опыты 2,4) показало, что через год после внесения 125БЬ в почву КН 1г5БЬ для корней пшеницы и гороха уменьшался, а для надземной массы оставался на прежнем уровне.

6. Влияние продолжительности контакта 125ЗЬ с почвой на накопление радионуклида проростками ячменя и гороха (лабораторный опыт 4)

Проростки ячменя и гороха выращивали на почвах, в которые 125БЬ была внесена за два года (1993 г) и за год (1994 г) до закладки опыта на фоне возрастающих доз фосфорных удобрений (табл. 9).

Уменьшение КН 125ЭЬ во времени наблюдалось только при отсутствий внесения фосфорных удобрений (вариант 1).

Свежевнесенные фосфорные удобрения, вероятно, способствовали мобилизации 125БЬ, поглощенной почвой обменно. Поэтому в других вариантах продолжительность контакта 1г5БЬ с почвой не влияла на КН радионуклида.

На почве 1993 года КН 125БЬ увеличивались как для надземной массы ячменя, так и для корней с дозой удобрений. Для надземной части проростков гороха наблюдали уменьшение данного показателя. В 4-м варианте доза 0, Зг Р205 /кг почвы увеличивала КН 125БЬ по сравнению с 1-й и 2-й дозой.

На почве 94 года по мере возрастания дозы фосфорных удобрений КН 125БЬ в надземной части проростков линейно уменьшался. Коэффициенты корреляции, характеризующие зависимость КН 125БЬ от дозы фосфорных удобрений представлены в таблице 9.

Различия по годам связаны, вероятно, со "старением" радионуклида в почве.

Таблица 9

Влияние продолжительности контакта 125БЬ с почвой и доз фосфорных удобрений на накопление радиосурьмы проростками ячменя и гороха (лабораторный опыт 4)

1 1 I | КН 125Sb i IКН 125 Sb=f( i доза Р205)|

1 lili 1 Вариант |над- | |надземная| I |земная!корни 1 часть | 1 |часть 1 1 1 i i i i i корни |

I ячмень почва 93-го года

1 i 11.КК-фон 10,18 12.фон+0,075 Р205/Кг|0,13 13.фОН+0,015 Рг05/КГ|0,30 14.фон+0,225 Р205/кг|0,28 i i i 10,43 ¡0.41 Ю,97 10,66 i i i 1 1 1 0,64 1 1 1 1 1 i i 0,60 |

1 ячмень. почва 94-го года

1 i 15.NK-фон |0, 31 16.фон+0,075 Р205/кг|0. 27 17.фон+0, 015 Р205/кг|0, 24 18.фон+0,225 Р205/кг|0,14 i i i Ю,67 10,67 | 0, 53 10,76 i i i 1 1 1 1 1 -0,91 I 1 1 i i 0,13 1

1 горох, почва 93-го года

1 i |1.NK-фОН |0,06 12. фон+0, 075 Р205 /кг|0, 02 ¡3.фОН+0, 015 Р205/кг|0,01 |4.фОН+0,225 Р205/КГ|0,04 i i i Ю. 19 |0,32 10,39 10,38 i 1 г 1 1 1 1 1 -0,57 | 1 1 i i 0,95 |

1 горох, почва 94-го года

1 i 15.NK-фон 10,07 |6. фОН+0,075 Р2 05 /КГ 10, 05 17.фон+0,015 Р205/кг|0,04 18.фон+0,225 Р205/кг|0,03 i i i |0,39 10,26 |0,31 10,38 i i i 1 1 1 1 1 -0,99 | 1 1 i i -0,16 I i

7. Представление КК элемента (радионуклида) в почвенной культуре через КН, полученные в условиях водной культуры

Нами рассмотрена возможность использования результатов, полученных в условиях водной культуры, для экстраполяции на естественные условия.

Коэффициент накопления (КН) представляет собой отношение:

КН = Ср/Сь, (1)

где Ср - концентрация радионуклида в растении; Сь - концентрация з почве (Бк/г) или растворе (Бк/кл).

Проведение опытов на еодной культуре позволяет поместить корень в такие условия, при которых доступность радионуклидов по всей поглощающей поверхности корня будет одинаковой и обеспечивается равномерное распределение радионуклидов в среде.

Если за Сь в почве принять концентрацию радионуклида, находящегося в непосредственно доступной растениям форме с учетом возможности использования его корневой системой, то КН для водной культуры можно записать таким образом:

КН, = Ср2/(СЬ2 • п), (2)

где КН! - коэффициент накопления для водной культуры; Ср2 -концентрация элемента в растениях, полученная в условиях почвенной культуры; п - коэффициент для перевода концентрации элемента в почве (СЬ2) к концентрации элемента, непосредственно доступного растениям.

Для использования результатов, полученных в условиях водной культуры, для экстраполяции на естественные условия выражение (2) будет иметь вид:

КН2 = Ср1 ■ п/ С^ , (3)

где КН2 - коэффициент накопления для почвенной культуры; Ср1 . концентрация элемента в растениях, полученная в условиях водной культуры; СЬ1 - концентрация элемента в растворе.

По данным Диалло Т.Б.(1993), на дерново-подзолистой почве в вытяжку Кирсанова переходит до 44% сорбированного 32 Р. Предполагали, что примерно 40% 33Р (от внесенного количества) доступно растениям и площадь контакта корневой системы с почвой для условий вегетационного опыта равна 20%. Тогда для 33Р п = = 0,4 -0,2=0,08.

По нашим данным (табл. 5) на дерново-подзолистой почве в вытяжку Кирсанова переходит в среднем 3,8% 125БЬ от сорбированного количества. С учетом возможностей корневой системы растений использовать восстановленные в почвенном растворе ио-

17

Таблица 10

Сравнение расчётных и экспериментальных КН 125БЬ и 33Р для растений ячменя и гороха на условия почвенной культуры

расчетные значения КН

экспериментальные КН

1 t. I надземная | корни 1 надземная \ корни |

1 сутки часть 1 сутки часть |

ЗЗр |125Sb| 1 1 ЗЗр |125Sb 1 ЗЗр 12 5 Sb! ЗЗр |125Sb| 1 1

1 ячмень 1

I 10 0,44 1 1 10,0061 0,22 1 10,032 14 12,0 0,49 8,7 1 1 1 2,2 |

1 17 2.34 10,0221 0,50 10,147 35 4,6 0,08 3.1 1 0,9 |

| 24 3,32 |0,0331 0,97 1 0, 282 49 4,5 0,03 4.3 1 0,6 |

1 31 3,59 10,0471 1 1 0,82 10,378 | - - - | |

горох. сорт 'Альфа *

1 9 - 1 1 |0,0091 - 1 10,027 13 - 1 0, 0421 - 1 1 10,21 |

1 16 - |0,022| - 10,079 19 - 0,0371 - 10,51 |

I 22 - 10.0491 - 10,174 26 - 0,0211 - Ю.47 |

I 26 - 10, 0771 - 10,245 33 - 0,0231 - 10.74 |

I 30 10,0631 1 1 - 10,247 1 39 - 0,0151 | - 10,66 1 | |

горох, сорт "Адагунский"

1 9 - 1 1 ¡0,005| - 1 |0, 022 13 1 0,108| _ 1 1 10,30 |

1 16 - 10, 0141 - |0, 060 19 - 0, 0411 - 10, 45 |

1 22 - |0,0291 - 10, 171 26 - 0,0201 - Ю.56 |

I 26 - 10, 0511 - 10,215 33 - 0,0261 - 11,08 |

1 30 - 10,0431 - 10,239 39 - 0,0171 - 10,66 |

ны (около 20%), значение коэффициента п для 125ЗЬ составило 0,0076.

По значениям КН 33Р и 125БЬ, полученным для проростков ячменя и гороха в лабораторных опытах 2 и 3, были рассчитаны КН, которые можно ожидать в условиях вегетационного опыта (табл.10).

Сравнение расчетных КН и экспериментальных, полученных в

18

условиях вегетационных опытов (табл.10) показало, что КН 125ЗЬ и 33Р рассчитанные для надземной массы растений, были близки к значениям, полученным в вегетационных опытах.

Для корней предполагаемые значения КН были значительно ниже, чем реальные.

Таким образом, КН радионуклидов для растений в агрсценозе можно оценить, если измерить КН для водной культуры, способность почвы восстанавливать ионы в почвенном растворе и учесть возможность корневой системы использовать восстановленные ионы.

ВЫВОДЫ

1. Радиоактивный изотоп 125Б£) поступает в те же биологические структуры растений, что и фосфор. Это определяет его радиоэкологическую значимость.

2. Поскольку БЬ по отношению к фосфору является неполным химическим аналогом, различия их поведения в агроцекозе следует считать закономерными. Полученные результаты свидетельствуют о наличии как сходства, так и различий в распределении Р и 125гь в системе почва (раствор)-растение.

3. Видовые особенности ячменя и гороха однонаправленно влияли на поступление 33Р и 125ЗЬ в растения как на водной, так и на почвенной культурах. На дерново-подзолистой почве с кислой реакцией среды, как и на водных растворах, растения ячменя поглощали Р и 125БЬ интенсивнее, чем растения гороха.

4. Высокие коэффициенты корреляции между КН 33Р и КН 125БЬ на водной культуре и концентрациями Рг05 и 125БЬ на почвенной указывают на то, что механизмы поступления Р и БЬ в растения тесно связаны между собой.

5. Влияние генетически обусловленных особенностей сортов гороха на поступление Р и 125БЬ зависит от условий выращивания, скорости нарастания массы и возраста растений. На водной культуре КН 33Р и 125БЬ в надземной части проростков у сорта "Альфа" (скороспелый) были выше, чем у сорта "Адагунский" (позднеспелый). На почвенной культуре у скороспелого сорта содержание Р205(%) зеленой массе было выше, а содержание 125БЬ ниже, чем у позднеспелого.

6. Изменение условий азотного питания растений, вызванное инокуляцией семян различными бактериальными препаратами, одно-направленно влияло на поступление 33Р и 125БЬ в надземную часть проростков ячменя и гороха. Практически все используемые

1 а

б опытах препараты азотфиксирующих бактерий увеличивали КН как 33Р, так и 125БЬ. Присутствие микроорганизмов может снижать КН элементов (радионуклидов) вследствие конкуренции бактерий и растений за питательные вещества. Такой эффект наблюдали при бактеризации семян ризобиями в комплексе с флавобактериями.

7. Различия в поведении Р и БЬ проявились при распределении по органам растений. Концентрация 125БЬ в корнях растений была значительно выше, чем в надземной массе. 125ЗЬ накапливается преимущественно в вегетативных органах растений, тогда как фосфор, по мере созревания культур, сосредотачивается в семенах.

8. В условиях почвенной культуры КН 125ЗЬ были значительно ниже, чем КН 33Р, поскольку БЬ сильнее сорбируется почвой, чем Р, что закономерно, так как БЬ имеет больший порядковый номер.

9. На дерново-подзолистой почве "биодоступная" форма 125БЬ, если принять за таковую форму, переходящую в кислотную вытяжку Кирсанова, составляет менее 5% от внесённого количества. С увеличением содержания подвижных фосфатов в почве количество десорбированной 125БЬ снижалось. Вероятно, это связано с процессами хемосорбции.

10. При увеличении содержания подвижных фосфатов в почве возрастает концентрация Р205 во всех органах растений. С увеличением концентрации фосфора в корнях усиливается его транспорт в фотосинтезирующие органы. Это, вероятно, влечет за собой снижение потока 125ЗЬ по симпласту. По-видимому, конкуренция между Р и 125БЬ происходит не на границе почвенный раствор - поверхность корня, а при распределении в органах растений.

11. Снижение поступления 125ЗЬ в растения пшеницы и гороха на фоне возрастающих доз фосфорных удобрений наблюдается при очень низком и низком содержании подвижных фосфатов в почве. При содержании подвижных фосфатов более 8 мг/100 г почвы наблюдалось увеличение КН 125БЬ растениями.

12. Использование значений КН радионуклидов, полученных на водной культуре, для экстраполяции на естественные условия возможно с помощью коэффициента, который учитывает прочность связи элемента (радионуклида) с почвенным поглощающим комплексом и долю почвы, находящуюся в контакте с корневой системой, или учитывает коэффициент распределения радионуклида между твёрдой и жидкой фазами и отношение масс твёрдой и жидкой фаз почвы.

список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Витковская С.Е., Кирюгина Т,А., Дричко В. Ф. Сравнение поступления фосфора-33 и сурьмы-125 в растения при инокуляции семян различными бактериальными препаратами//Материлы межвузовской научно-практической конференции "Биология и экология в системе современного педагогического образования", Санкт-Петербург - Ставрополь, 1994,- часть 1. с.27-28.

2. Mlrugina Т. А., VorobelRov G.А., Vitkovskaya С.Е. Effect of pea and barley seed bacterlzatlcn on the 33P uptake by plants growing In mono and mixed crops//iO International congress on nitrogen fixation. - May 28 - Junes. 1995. Postdead-llne Abstráete. Seint-Petersburg, Russia.

3. Витковская С.Е.. Дричко В.Ф. Поступление 33Р и 125Sb в проростки ячменя и гороха //Радиационная биология. Радиоэкоо-гия, 1994. Принята к печати

АО СКВ "Индикатор". Зак.'ЗЧЙТир. JO >кз.