Анализ влияния кислотности почвы на интенсивность поступления 137Cs и 90Sr в сельскохозяйственные растения

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра сельскохозяйственной радиологии Курсовая работа по СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ РАДИОЛОГИИ

Выполнила: Яцевич Т.А.

Преподаватель: Лазаревич Н. В Горки 2013 г.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий Республики Беларусь в результате аварии на ЧАЭС

1.2 Поведение ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в почве

1.3 Факторы, влияющие на поступление ⁹⁰Sr в растения

1.4 Значение известкования почвы

1.5 Эффективность известкования при поступлении ⁹⁰Sr в растительность луговых агроценозов

2. ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. Влияние кислотности дерново-подзолистых почв на накопление ³⁷Cs и ⁹⁰Sr сельскохозяйственными культурами

2.1 Материал и методика проведения исследований

2.2 Результаты исследований ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Авария на четвертом блоке Чернобыльской АЭС — крупнейшая радиационная авария в мировой истории. По масштабам радиоактивного выброса и его последствий она намного превзошла наиболее серьезные из предыдущих аварий: в Уиндскейле (Великобритания, 1957 г.), Три Майл Айлэнде (США, 1979 г.), на промышленном комплексе «Маяк» (СССР, 1957 г.).

В результате катастрофы на ЧАЭС радиоактивному загрязнению подверглось более 1,8 млн. га сельхозугодий, т. е. около 20% их общей площади, из которых 106 тыс. га были исключены из землепользования в первый год после катастрофы. Всего за период с 1986 по 1989 годы из оборота было выведено 256,7 тыс. га сельхозугодий. С 1990 года земли с плотностью загрязнения Cs-137 более 1480 кБк/м² полностью исключены из землепользования.

Основные массивы загрязненных пахотных земель и луговых угодий сосредоточены в Гомельской (66%) и Могилевской (24%) областях. В Брестской, Гродненской и Минской областях их доля от общей площади загрязненных земель в республике составляет 4,5, 3,0 и 2,5% соответственно.

Несмотря на то, что после катастрофы на ЧАЭС прошло более 19 лет, проблема получения сельскохозяйственной продукции с допустимым содержанием радионуклидов по-прежнему весьма актуальна. Это обусловлено тем, что радионуклиды цезий-137 и стронций-90 являются долгоживущими, их периоды полураспада составляют около 30 лет, и основная часть этих радионуклидов до настоящего времени находится в верхних слоях почвы, т. е. самоочищение почвы за счет вертикальной миграции почти не происходит. Влиять на снижение содержания радионуклидов в продуктах питания можно на трех этапах: 1 — почва-растение; 2 — корм-животное; 3 — доработка и переработка сельскохозяйственного сырья. Ключевым в трофической цепи является звено почва-растение. Связав радионуклиды в почве, мы останавливаем их миграцию. Контрмеры, применяемые на данном этапе, являются наиболее рациональными и оправданными. [9]

В Беларуси создана территориальная сеть мониторинга и стационарных полевых опытов по изучению действия удобрений, мелиорантов, сорбентов и агротехнических приемов на поступление радионуклидов в продукцию с учетом многообразия природных условий, состава и характера выпадения радионуклидов. Предпринята попытка свести полученные экспериментальные данные в общую систему мероприятий, направленных на снижение перехода радионуклидов с сельскохозяйственную продукцию.

На сельскохозяйственных угодьях Беларуси периодически, один раз в четыре года, уточняется радиологическая ситуация путем комплексного агрохимического и радиологического обследования почв областными проектно-изыскательскими станциями химизации под методическим руководством Белорусского НИИ почвоведения и агрохимии. [1]

При выполнении курсовой работы поставлены следующие цели и задачи.

Цель: изучить влияние кислотности почвы на интенсивность поступления ^l37Cs и ⁹⁰Sr в растения ярового рапса, люпина, яровой пшеницы, картофеля, ячменя, райграса однолетнего, клевера лугового.

Задачи:

1. Оценить влияние кислотности дерново-подзолистой почвы на урожайность сельскохозяйственных культур и накопление радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в продукции без внесения минеральных удобрений.

2. Определить влияние кислотности дерново-подзолистой почвы на урожайность сельскохозяйственных культур и накопление радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr продукцией на фоне NPK.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий Республики Беларусь в результате аварии на ЧАЭС

Наиболее серьезной социально-экономической и экологической проблемой Беларуси является радиоактивное загрязнение земель после Чернобыльской катастрофы. В результате аварии на АЭС радиоактивному загрязнению была подвержена значительная часть территории страны площадью 4,8 млн га (23% от общей площади страны), на которой было расположено 3668 населенных пунктов и проживало 2,2 млн человек. Площадь загрязненных радиоактивным цезием сельскохозяйственных земель с плотностью выше 37 кБк/м² (>1 Кu/км²) составила 1,8 млн га. Из этой площади 265,4 тыс. га исключены из сельскохозяйственного оборота и пере-ведены в прочие несельскохозяйственные земли.

По состоянию на 1 января 2009 г. из сельскохозяйственного оборота выведено 248,7 тыс. га загрязненных радионуклидами земель или 1,2% об-щей площади территории Беларуси. При этом 160,7 тыс. га или 64,6% выведенных площадей относится к лесным и другим лесопокрытым землям, 69,2 тыс. га или 27,8% - к неиспользуемым и иным землям, 18,7 тыс. га или 7,5% - к землям под болотами, 0,1 тыс. га — к землям под дорогами и иными транспортными коммуникациями.

За послеаварийный период радиационная обстановка на сельскохозяйственных землях значительно улучшилась. Произошел распад короткоживущих радионуклидов. Концентрация долгоживущих радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в почве уменьшилась более чем на 1/3 только по причине естественного распада. Наблюдается постепенное уменьшение площади используемых загрязненных земель. Сельскохозяйственное производство по состоянию на 1 января 2009 г. ведется на 1018,8 тыс. га земель, загрязненных ¹³⁷Cs с плотностью 37−1480 кБк/м² .

Основные массивы сельскохозяйственных угодий, загрязненных ¹³⁷Cs, сосредоточены в Гомельской (47,0% общей площади) и Могилевской (23,8%) областях. В Брестской, Гродненской и Минской областях доля загрязненных земель невелика и составляет соответственно 6,5%, 2,6 и 3,6%.

Загрязнение территории ⁹⁰Sr имеет более локальный характер. Загрязнение почвы стронцием-90 с плотностью более 6 кБк/м² обнаружено на 10% от общей площади страны. Максимальные уровни содержания ⁹⁰Sr в почве выявлены в границах 30-километровой зоны ЧАЭС, которые достигали величины 1798 кБк/м² в Хойникском районе Гомельской области.

Земли, загрязненные ⁹⁰Sr, находятся в пределах зон загрязненных ¹³⁷Cs, что весьма затрудняет сельскохозяйственное производство. В таблице 1.1 приведено нынешнее распределение площади сельскохозяйственных земель, загрязненных ⁹⁰Sr с плотностью более 5,6 кБк/м² (более 0,15 Кu/км²), по областям Беларуси.

Из общей площади земель, загрязненных ⁹⁰Sr (347,1 тыс. га), 329,4 тыс. га сельскохозяйственных угодий, включая 188,7 тыс. га пашни и многолетних насаждений, сосредоточены в Гомельской области. Здесь доля загрязненных пахотных и луговых почв составляет 26,8% от общей площади используемых сельскохозяйственных земель. В Могилевской области доля загрязненных ⁹⁰Sr пахотных и луговых почв значительно ниже — соответственно 1,2 и 1,7%.

Загрязнение почвы изотопами плутония с уровнем более 0,37 кБк/м² обнаружено на 2% площади Беларуси. Эти территории находятся преимущественно в Гомельской области и Чериковском районе Могилевской области. Уровни загрязнения почв изотопами плутония от 0,37 до 3,7 кБк/м² выявлены в Брагинском, Наровлянском, Хойникском, Речицком, Добрушском и Лоевском районах Гомельской области. Содержание плутония в почве более 3,7 кБк/м² характерно только для 30-километровой зоны.

Таблица 1.1 — Плотность загрязнения сельскохозяйственных земель ⁹⁰Sr по административным областям Беларуси (по данным Минсельхозпрода Республики Беларусь на 1 января 2009 г.)

Большая часть сельскохозяйственных земель, выведенных из пользования (ориентировочно 150 тыс. га), вошла в зону отчуждения, а теперь входит в состав Полесского государственного радиационно-экологического заповедника. Основная территория зоны отчуждения не может быть возвращена в сельскохозяйственный оборот даже в отдаленной перспективе вследствие высокой плотности загрязнения долгоживущими радионуклидами. Однако из хозяйственного пользования исключены также значительные площади земель, прилегающих к выселенным населенным пунктам с меньшей плотностью загрязнения.

Зона отселения состоит из территориально разобщенных участков, где прекращена хозяйственная деятельность после отселения 415 населенных пунктов в Гомельской, Могилевской и Брестской областях. Сельскохозяйственные земли зоны отселения (оценочно около 100 тыс. га) характеризуются весьма неоднородным почвенным покровом и уровнем плодородия. Загрязнение почв ¹³⁷Cs характеризуется плотностью от 37 до 5400 кБк/м² (от 1 до 145 Кu/км²), ⁹⁰Sr — от 11 до 222 кБк/м² (от 0,3 до 6 Кu/км²). Содержание изотопов плутония здесь сравнительно невелико и сосредоточено в Полесской части зоны, прилегающей к ЧАЭС.

В настоящее время нет детального почвенно-агрохимического и радиологического обследования земель зоны отселения. Имеющиеся ориентировочные данные позволяют сделать лишь общие оценочные выводы. Потенциально часть отселенных земель с преобладанием суглинистых и супесчаных подстилаемых мореной почв и с допустимой плотностью загрязнения радионуклидами цезия и стронция (ориентировочно около 30 тыс. га) может быть включена в процесс реабилитации для сельскохозяйственного использования только после тщательного исследования почв, состояния мелиоративных систем, дорог и других сохранившихся элементов инфраструктуры. По радиационному фактору эти земли можно осваивать преимущественно под посевы рапса, зерновых культур на фураж и многолетние травы, для производства мяса и молока-сырья. Практически, в ближайшей перспективе представляется возможным освоение только той части земель, где поля не заросли кустарником.

1.2 Поведение ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в почве

В настоящее время преобладающая часть радионуклидов, выпавших на почву, находится в ее верхних слоях. Миграция цезия-137 и стронция-90 вглубь происходит очень медленно. Средняя скорость такой миграции составляет 0,3−0,5 см/год, поэтому угрозы водоносным горизонтам практически нет. Скорость миграции стронция-90 несколько выше, чем цезия-137. Темпы миграции увеличиваются с возрастанием степени увлажнения почв. В профиле автоморфных залежных почв вертикальная миграция ⁹⁰Sr протекает более интенсивно, чем ¹³⁷Сs. На необрабатываемых землях основное количество ¹³⁷Сs (70−85% от его валового содержания), а также ⁹⁰Sr (58−61%) сконцентрировано в верхней части 0−5 см корнеобитаемого слоя. По данным наблюдений установлено, что для залежных автоморфных дерново-подзолистых почв эффективный период полувыведения из 0−5 см слоя составляет для ¹³⁷Cs 15,3−21,5 года, для ⁹⁰Sr — 14,3−15,0 лет. С усилением степени гидроморфизма почв интенсивность вертикальной миграции радионуклидов повышается. Для дерново-подзолистой глееватой супесчаной почвы период полувыведения сокращается: ¹³⁷Cs? до 13,8 лет, ⁹⁰Sr — до 10,5 лет.

В обрабатываемой дерново-подзолистой супесчаной почве около 90% валового запаса ¹³⁷Cs и 75% ⁹⁰Sr находится в пахотном горизонте 0−25 см. Наибольший переход радионуклидов из почвы в растительность отмечается на минеральных и торфяных почвах в естественных условиях, наименьший — на окультуренных землях.

В целом, спустя 23 года после аварии на Чернобыльской АЭС основная доля ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr расположена в корнеобитаемом слое и интенсивно включается в биологический круговорот.

Горизонтальная миграция происходит с ветром, при пожарах, поверхностным стоком, паводковыми и дождевыми потоками. Определенную роль в горизонтальном перемещении радионуклидов играет хозяйственная деятельность человека. Все эти факторы приводят к небольшому локальному очищению одних участков почвы и загрязнению других. Миграция вследствие водной эрозии — с дождевым и талым стоком — для некоторых элементов рельефа может сопровождаться изменением содержания радионуклидов в пахотном горизонте почв. Особенно это сказывается на посевах в нижних частях склонов.

На поступление радионуклидов в растения существенно влияют формы их соединений в почве. Различают четыре такие формы: водорастворимая, обменная (растворимая в лабораторных условиях ацетатом аммония), подвижная (растворимая слабым раствором соляной кислоты), неподвижная (связанная или фиксированная). Если радионуклиды находятся в одной из первых трех указанных форм, то возможен их переход в растения.

⁹⁰Sr относится к группе подвижных радионуклидов, так как он не учувствует в ионно-обменных реакциях с ионами глинистых частиц почвенно-поглощающего комплекса и находится в почве преимущественно в подвижном состоянии (таблица 1.2)

Таблица 1.2 — Доступность форм ⁹⁰Sr от общего содержания в почве, (%)

Для ⁹⁰Sr характерно преобладание легкодоступных для растений форм, которые составляли 53−87% от общего содержания и имеют тенденцию к повышению во времени. ⁹⁰Sr имеет степень окисления +2, в почвенном растворе он находится в виде катионов. Растворимость бикарбоната ⁹⁰Sr выше, чем бикарбоната кальция, поэтому в почве стронций более подвижен, чем кальций.

Относительное количество радионуклидов в доступных для растений формах изменяется с течением времени, оно во многом определяется типом почвы и различно для цезия и стронция. Установлено, что в первые годы после аварии происходило снижение доли доступных форм цезия-137 в различных почвах, а спустя 10 лет наступила некоторая стабилизация.

Таким образом, более 80% Sr-90 находится в обменной и водорастворимой формах. Следует отметить, что со временем происходит разрушение, или деструкция, «горячих» частиц, содержащих цезий, стронций и плутоний. Стронций-90 не фиксируется глинистыми минералами и входит в состав почвенного раствора в подвижном состоянии, увеличивая процентное содержание водорастворимой и обменной форм.

В свою очередь снижение подвижности ¹³⁷Cs вследствие перехода в необменно-поглощенное состояние привело к снижению его доступности для растений в целом примерно в 10−12 раз.

1.3 Факторы, влияющие на поступление ⁹⁰Sr в растения

Коэффициенты перехода радионуклидов в продукцию растений зависят как от плотности загрязнения, так и от типа почв, степени их увлажнения, гранулометрического состава, агрохимических свойств и нуждаются в периодическом уточнении. Показатели почвенного плодородия оказывают существенное влияние на накопление радионуклидов всеми сельскохозяйственными культурами. При повышении содержания гумуса в почве от 1 до 3,5% переход радионуклидов в растения снижается в 1,5−2 раза, а по мере повышения содержания в почве подвижных форм калия от низ-кого (менее 100 мг К₂О на кг почвы) до оптимального (200−300 мг/кг) — в 2−3 раза. Установлена отрицательная зависимость между содержанием обменного кальция, уровнем кислотности почвенного раствора и поступлением в растения стронция-90. То есть, чем больше в почве обменного кальция и чем меньше кислотность почвенного раствора, тем меньше коэффициенты перехода стронция-90 в растения. Эта закономерность характерна и для цезия-137, но связь менее сильная. По мере повышения содержания обменного кальция с 550 до 2000 мг CaO на кг почвы коэффициенты перехода снижаются в 1,5−2 раза. Изменение кислотности почвенного раствора от кислого интервала (рН = 4,5−5,0) к нейтральному интервалу (рН = 6,5−7,0) снижает переход стронция-90 в растения в 2−3 раза

Таблица 1.3 — Коэффициенты перехода Sr-90 в продукцию растениеводства в зависимости от кислотности дерново-подзолистой суглинистой почвы

Дальнейшее насыщение почвы кальцием сдвигает рН в щелочной диапазон, однако это не сопровождается уменьшением коэффициентов перехода. [5]

Поступление радионуклидов в культуры существенно зависит от гранулометрического состава почв. На песчаных почвах переход радионуклидов в растения примерно вдвое выше, чем на суглинках, особенно при низкой обеспеченности почв обменным калием.

Значительное влияние на накопление радионуклидов в сельскохозяйственных культурах оказывает режим увлажнения почв. На переувлажненных песчаных почвах, преобладающих в Полесье, высокая степень загрязнения травяных кормов наблюдается даже при относительно низких плотностях загрязнения почв радионуклидами. Особенно высокими переходами радионуклидов в растения характеризуются торфяные почвы. При одинаковой плотности загрязнения переход ¹³⁷Cs в растения на торфяных почвах в 4−10 раз выше, чем в минеральных. Это осложняет получение растениеводческой и животноводческой продукции с содержанием радионуклидов в пределах допустимых уровней.

Переход радионуклидов из почвы в растительную продукцию зависит от биологических особенностей возделываемых сельскохозяйственных культур. При одинаковой плотности загрязнения накопление цезия-137 в зерне озимой ржи в 10 раз ниже, чем в семенах ярового рапса и в 24 раза ниже в сравнении с зерном люпина. Многократные различия по накоплению стронция-90 наблюдаются между зерновыми злаковыми и зернобобовыми культурами.

Сортовые различия в накоплении радионуклидов также значительны, хотя и заметно меньше. Например, сорта ярового рапса по накоплению цезия-137 различаются в 2−3 раза, стронция-90 — до 4 раз, что также необходимо учитывать в сельскохозяйственном производстве на загрязненных землях.

Кроме свойств радионуклидов, почвенных характеристик и биологических особенностей растений на накопление радионуклидов значительное влияние оказывает технология возделывания культур, то есть система обработки почвы, внесение извести, минеральных и органических удобрений. [3;6]

1.4 Значение известкования почвы

Проблема снижения дозовых нагрузок на население была наиболее острой в течение первых десяти лет после аварии, но остается актуальной и в настоящее время. Решается она в первую очередь комплексом сельскохозяйственных защитных мер, поскольку в условиях Беларуси около 70% коллективной дозы формируется за счет поступления радионуклидов в организм с продуктами питания. Основным критерием эффективности защитных мер является уменьшение поступления радионуклидов из почвы в пищевую цепочку и получение продукции с содержанием радионуклидов в пределах допустимых уровней, которые периодически пересматриваются.

Агрономическое значение всех видов удобрений на загрязненных радионуклидами землях не меняется, однако здесь они выступают в новом качестве, поскольку могут как задерживать поступление радиоактивных веществ из почвы, так и стимулировать поглощение отдельных из них корнями растений.

Известкование является одним из наиболее важных приемов повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий. При внесении извести в кислой почве резко увеличивается содержание подвижного кальция и магния, что влияет на биологическую доступность радионуклидов, особенно 90Sr.

При внесении в кислую почву известковых удобрений в почвенном растворе уменьшается концентрация водородных ионов, увеличивается содержание подвижного кальция, что в свою очередь усиливает закрепление ⁹⁰Sr в почве, тем самым снижая доступность его растениям. Известкование кислых почв не только ограничивает накопление ⁹⁰Sr в урожае сельскохозяйственных культур, но и увеличивает плодородие почвы, повышает урожай и способствует «разбавлению» радионуклида на единицу массы растительной продукции. 4]

Установлено, что внесение извести в дозе, соответствующей полной гидролитической кислотности, снижает содержание радионуклидов в продукции растениеводства в 1,5−3 раза (иногда до 10 раз) в зависимости от типа почв и исходной степени кислотности. Минимальное накопление радионуклидов наблюдается при оптимальных показателях реакции почвенной среды, которые для дерново-подзолистых почв в зависимости от гранулометрического состава составляют: глинистые и суглинистые — 6,0−6,7; супесчаные — 5,8−6,2; песчаные — 5,6−5,8.

Достижение этих параметров осуществляется известкованием нуждающихся почв. Основная потребность в известкованиях определяется в соответствии с «Инструкцией по составлению проектно-сметной документации на известкование кислых почв». На загрязненные ⁹⁰Sr 0,3 и более Ки/км² минеральные земли предусматривается дополнительное внесение извести с целью ускоренного доведения реакции почв до оптимальных значений, а на торфяные почвы при плотности загрязнения 0,15 Ки/км². Предусматривается дополнительное внесение извести на дерново-подзолистые супесчаные почвы с рН 5,6−6,0 для поддержания кислотности в оптимальном диапазоне рН. Все почвы первой и второй групп кислотности подлежат первоочередному известкованию в связи с повышением перехода радионуклидов в растения.

В случае, когда разовая доза превышает 8т/га, известь вносится в два приема: 0,5 доза под вспашку и 0,5 дозы под культивацию. 3]

Внесение извести в кислую дерново-подзолистую почву в количестве 0,5 дозы по гидролитической кислотности уменьшает концентрацию ⁹⁰Sr в зерне пшеницы и гороха в 2−2,5 раза. По мере увеличения дозы извести происходит дальнейшее уменьшение накопления ⁹⁰Sr в урожае. При повышенной дозе извести в почве (две дозы по гидролитической кислотности) концентрация ⁹⁰Sr в зерне пшеницы уменьшается в 3 раза. На слабокислых почвах добавление извести может и не оказывать положительного влияния на переход ⁹⁰Sr из почвы в растения, тогда как внесение карбоната калия и натрия уменьшает накопление этого радионуклида в растениях в 2−3 раза.

Переход ⁹⁰Sr в урожай растений под влиянием извести можно снизить в зависимости от биологических особенностей и отдельных частей урожая в 3 -20 раз. Известкование кислых почв уменьшает накопление ⁹⁰Sr в урожае бобовых (горох, вика, клевер) больше, чем в урожае злаковых растений (овес, ячмень, тимофеевка луговая, мятлик луговой). При внесении извести в количестве, эквивалентном 100% катионно-обменной способности почвы, содержание ⁹⁰Sr уменьшается в ботве и корнеплодах сахарной свеклы соответственно в 7,5 и 20 раз, в горохе и клевере в 6−8 раз, а в соломе ячменя, овса и сене тимофеевки в 3−4 раза. [7]

Известкование необходимо проводить периодически через 5−6 лет, чтобы не допускать снижения показателя рН ниже 5 и степени насыщенности почвы основаниями ниже 70%. Переизвесткование почв даже вредно. В таких условиях ограничивается поступление в растения магния, снижается подвижность марганца, бора, цинка и меди, а также затрудняется возделывание картофеля, льна и люпина, которые сильно повреждаются болезнями. В связи с этим известкование необходимо проводить из расчета показателя рН не выше 6,5 совместным внесением повышенных доз калия и микроэлементов, применяя для обработки семян зерновых и бобовых культур молибденом из расчета 250−300 грамм на 1 ц. семян, корнеплодов — бором-300г/ц. Известкование требует срочной дифференциации в зависимости от типа и гранулометрического состава почв. Лучше всего учитывать картограммы кислотности почв, что выдаются каждому хозяйству областными станциями химизации.

Дозу карбоната кальция можно установить по показателям гидролитической кислотности или по нормативам, в соответствии с которыми для снижения показателя рН на 0,1 необходимо внести извести: на песчаных почвах — 0,12−0,16т/га ;на супесчаных почвах -0,34−0,4 т/га; на суглинистых почвах — 0,5−0,6т/га; на среднесуглинистых почвах — 0,8т/га.

Хорошим мелиорантом для легких почв является доломит, который кроме кальция, содержит еще и магний. Он снижает негативное действие аммония и излишек кальция в случае переизвесткования. Если нет доломита, известковать можно сыромолотым известняком, максимальное действие которого проявляется на 3 год, поэтому лучшим местом его внесения будет поле, предназначенное под картофель с таким расчетом, что после его будут высевать культуры, которые хорошо реагируют на внесение извести: ячмень, пшеница, горох, вика, свекла кормовая.

Там, где нельзя провести улучшение луговых почв, животноводство должно вестись дифференцированно. Например, выпас дойного стада на пойменных лугах допускается при плотности загрязнения песчаных почв ^l37Cs менее 4 Кu/км², супесчаных — менее 7 Кu/км², суглинистых — менее 8 Кu/км². Практически не пригодны для этих целей слабоокультуренные торфяные почвы. Зеленые и грубые корма, получаемые на торфяных почвах, а также на естественных пойменных пастбищах и сенокосах, пригодны только для начальной стадии откорма животных. На пахотных почвах имеются ограничения только при средней и высокой плотности загрязнения ¹³⁷Cs. Это касается использования овса и гороха на продовольственные цели и зернобобовых культур для кормления дойного стада.

Особо проблемными являются 343,7 тыс. га сельскохозяйственных земель с плотностью загрязнения ⁹⁰Sr 0,15−3,0 Кu/км², одновременно загрязненных также ¹³⁷Cs с плотностью 5−40 Кu/км². Учитывая уникальность ситуации, Министерством здравоохранения Беларуси приняты более жесткие, чем в России и Украине, допустимые уровни содержания ⁹⁰Sr в продуктах питания. Так, в Беларуси допустимое содержание ⁹⁰Sr в цельном молоке и хлебе составляет 3,7 Бк/л и 3,7 Бк/кг, в России — 25 Бк/л и 70 Бк/кг, в Украине — 20 Бк/л и 5 Бк/кг. На почвах, загрязненных ⁹⁰Sr, введены жесткие ограничения для возделывания зернобобовых, злаковых зерновых культур и картофеля на продовольственные цели и многолетних трав для кормления дойного стада.

Институтом почвоведения и агрохимии НАН Беларуси совместно с Институтом радиологии разработан и опубликован комплекс практических рекомендаций, где в сжатой форме изложены регламенты размещения культур по полям, формирования структуры посевов, специализации растениеводства и животноводства на почвах с различным изотопным составом и плотностью загрязнения.

Таким образом, внесение извести является традиционным эффективным способом снижения поступления радионуклидов ⁹⁰Sr из почвы в растения. Эффект снижения поступления радионуклидов в урожай от известкования в дозах, рассчитанных по полной гидролитической кислотности, колеблется в пределах 1,5−3 раза, в зависимости от гранулометрического состава и степени кислотности почв, обеспеченности их гумусом и других свойств, а также биологических особенностей культур.

1.5 Эффективность известкования при поступлении ⁹⁰Sr в растительность луговых агроценозов

Некоторые луговые и пастбищные растения отличаются более высоким накоплением радионуклидов по сравнению с растениями на пахотных почвах. Это связано с поглощением травами питательных элементов из дернины, в которой собираются и радионуклиды. Различия в накоплении радионуклидов растениями разных видов определяются развитием их корневой системы. Плотнокустовые злаки, как правило, накапливают больше радионуклидов, чем корневищные.

Выпавшие на поверхность лугов радионуклиды более доступны растениям и вовлекаются в продукцию, получаемую на лугах, в больших количествах, чем в продукцию, производимую на пашне. Луга могут стать одним из основных источников попадания радионуклидов в организм животных на территории, подвергшейся радиоактивному загрязнению.

На судьбу радионуклидов влияет тип сельскохозяйственного угодья, подвергшегося загрязнению. При загрязнении естественных и сеяных лугов длительного пользования все радиоактивные выпадения аккумулируются на поверхности растительных остатков, сосредоточенных в «дернинном резервуаре», откуда они сравнительно медленно мигрируют в верхние слоя почвы. [4]

Луга — специфический объект природы, где процессы жизнедеятельности, вовлечение в биологический круговорот веществ биомассы травянистой растительности происходят очень интенсивно. Величина ежегодного отмирания биомассы для луговых ценозов составляет 35−55%, в то время как для лесных — 5−7%. Это связано, во-первых, с разновидностью луговой растительности, представленной многолетними травами, среди которых до 85% всей биомассы травостоя создают виды семейства злаковые, и, во-вторых, с наличием луговой дернины, являющейся активным сорбентом, где существуют особо благоприятные условия для реутилизации минеральных элементов растительных остатков и для поглощения элементов питания, поступающих извне, в том числе радионуклидов.

Концентрируясь в дернинном слое, радионуклиды мигрируют в почву. Поступление радионуклидов в растения естественных суходольных, пойменных и торфяных лугов зависит от типа луга, свойств почв, на которых сформированы луга, и от времени нахождения их в дернине.

В зависимости от типа луга и свойств почв, на которых сформирован луг, поступление ⁹⁰Sr в луговые естественные травы для отдельных видов трав (разнотравье) в первый год первого укоса различается в 7 раз.

Доступность ⁹⁰Sr из загрязненной дернины в травостой пойменного луга в 1,5−2 раза ниже, чем из дернины суходольных лугов. [4]

Согласно литературным источникам, основную прибавку урожая сена на суходольном луге обеспечивают минеральные и органические удобрения, а наибольшую — их совместное внесение с доломитовой мукой при коренном улучшении при помощи вспашки. Поверхностное улучшение луга путем внесения доломитовой муки и минеральных удобрений оказывает незначительное влияние на увеличение урожайности, но следует отметить, что данный прием способствует увеличению в структуре травостоя доли злаковых видов (мятник луговой, овсяница красная), и уменьшению доли разнотравья (щавель малый, тысячелистник обыкновенный), отличающихся высокими размерами радионуклидов. [11]

Наибольший эффект по снижению перехода радионуклидов наблюдается при коренном улучшении луга, которое предусматривает внесение 60 т/га навоза, послойное применение доломитовой муки (5т/га под вспашку и 10 т/га под дискование) и минеральных удобрений под предпосевную культивацию. Данный прием обеспечивает снижение размеров перехода ⁹⁰Sr до 951−1326 Бк/кг или в 1,6−2,1 раза по сравнению с размерами перехода этого радионуклида в естественный травостой. Поверхностное внесение минеральных удобрений и доломитовой муки является малоэффективным приемом для снижения перехода радионуклидов. Этот прием обеспечивал снижение размеров перехода ⁹⁰Sr всего в 1,3−1,5 раза по сравнению с размерами перехода этого радионуклида в естественный травостой.

Эффективность применяемых контрмер на суходольном типе луга связана, прежде всего, с оптимизацией основных агрохимических показателей почвы опытного участка. Так известкование по полной гидролитической кислотности позволяет довести уровень рН (КСl) до 5,2−5,7; снизить гидролитическую кислотность с 8,6−8,8 до 2,67 мг-экв/100г мг, увеличить степень насыщенности основаниями до 75−90% в оптимальных вариантах опыта. Увеличение обменного Са и Мg соответственно до 1150−1460 и 420−535 мг/кг оказало влияние, прежде всего, на снижение размеров перехода ⁹⁰Sr до 2 раз. 11]

Исследования, проведенные на лугах, расположенных на пойменных и торфяно-болотных почвах показали высокую эффективность перезалужения уже в первые годы жизни трав.

Повышенный переход ⁹⁰Sr в растения объясняется значительно большей его подвижностью в почве по сравнению с Cs-137: если около 90% Cs прочно связано почвой, ⁹⁰Sr — всего лишь 1−4%.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. Влияние кислотности дерново-подзолистых почв на накопление¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr сельскохозяйственными культурами

Дерново-подзолистые супесчаные почвы относятся к типичным почвам Республики Беларусь, которые характеризуются высокой исходной кислотностью. Они являются сравнительно благоприятными для возделывания преобладающего количества культурных растений и занимают значительную часть пахотных земель. Дерново-подзолистые супесчаные почвы характеризуются сравнительно невысоким уровнем плодородия в силу природных особенностей их генезиса. Эти почвы бедны органическим веществом и, следовательно, обладают ограниченными возможностями удовлетворять потребности растений в азоте за счет собственных ресурсов. В них мало фосфора, калия и других элементов питания растений, что связано с бедностью минералогического состава почвообразующих пород. Недостаток кальция и магния в данных почвах обусловливает кислую реакцию почвенной среды.

Легкие почвы (пески, супеси) характеризуются незначительным количеством коллоидных фракций, бедным минералогическим составом, высокой водопроницаемостью и аэрацией, что определяет их неустойчивый водный режим, бедностью элементами минерального питания и как следствие более низкой продуктивностью по сравнению с более связными почвами.

В Гомельской и Могилевской областях сосредоточены основные массивы загрязненных сельскохозяйственных земель с плотностью загрязнения по ^l37Cs более 37 кБк/м² 617,4 тыс га (56,0%) и 283,5 тыс га (25,7%) соответственно. В целом по Беларуси в настоящее время используется 1,1 млн га загрязненных земель. Особо проблемными являются 262 тыс га сельскохозяйственных земель с плотностью выпадения ^l37Cs 185−1480 кБк/м², одновременно загрязненных также ⁹⁰Sr с плотностью 11−111 кБк/м² на площади 163 тыс га.

Почва — растение — начальное звено экологического цикла переноса радионуклидов из внешней среды к человеку. Интенсивность потоков перехода радионуклидов из почвы в растения зависит от тех свойств почвы, которые влияют на процессы их поглощения и закрепления. Одним из таких свойств является кислотность почвенного раствора.

Исследования по применению извести как потенциального средства снижения поступления радионуклидов в продукцию растениеводства были стимулированы одной из первых тяжелых аварий на Южном Урале, произошедшей в 1957 г., где в природную среду было выброшено большое количество ⁹⁰Sr. После аварии на ЧАЭС на загрязненных радионуклидами землях использовались повышенные дозы известковых удобрений для скорейшего доведения реакции почвенной среды до оптимального уровня. Физико-химическое состояние радионуклидов в почве и, в первую очередь, количество их мобильных форм являются определяющим фактором в процессах миграции радиоцезия и радиостронция в почвенном профиле и по биологическим цепочкам. ⁹⁰Sr сорбируется твердой фазой почвы значительно слабее, чем ^l37Cs. По сравнению с ¹³⁷Cs, у которого доля фиксированной фракции составляет 83−98% от валового содержания в почве, содержание ⁹⁰Sr в прочносвязанной форме не превышает 7−12%. Высокая степень подвижности ⁹⁰Sr в почве определяет высокие коэффициенты перехода радиоизотопа из почвы в растения, которые в среднем на порядок выше, чем у ¹³⁷Cs. Из кислых почв радионуклиды поступают в растения в значительно больших количествах, чем из почв слабокислых, нейтральных или слабощелочных. Дерново-подзолистые почвы характеризуются высокой исходной кислотностью и слабой насыщенностью основаниями. При увеличении кислотности почвы снижается прочность закрепления ППК ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs и соответственно возрастает интенсивность поступления их в растения. При повышении рН ряд радионуклидов переходит из ионной формы в различные гидролизные комплексные соединения, что снижает их доступность для растений. Кислотность оказывает и косвенное влияние на сорбцию почвами радионуклидов, изменяя емкость катионного обмена. Показатель pH_KCl наиболее часто используется при прогнозе загрязнения продукции ⁹⁰Sr.

кислотность почва сельскохозяйственный радионуклид

2.1 Материал и методика проведения исследований

Исследования проводились на опытном поле РНИУП «Институт радиологии», находящемся на территории КСУП «Стреличево» Хойникского района Гомельской области. Почва опытного участка дерново-подзолистая супесчаная.

2.2 Результаты исследований

В нашем эксперименте снижение кислотности почвы опытного участка с 4,9 до 5,9 вызывало уменьшение накопления ⁹⁰Sr зерном яровой пшеницы на 31%, ¹³⁷Cs — Ha 14%. Дальнейшее снижение кислотности почвы (с 5,9 до 6,8) увеличило урожай зерна яровой пшеницы на 9%, при снижении удельной активности ⁹⁰Sr на 7% в зерне.

Таблица 2.1 — Влияние кислотности дерново-подзолистой почвы на урожайность сельскохозяйственных культур и накопление радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в продукции без внесения минеральных удобрений

*Загрязнение почвы ¹³⁷Cs — 370 кБк/м ² (10 Ku/км²) и⁹⁰Sr — 37 кБк/м ² (1 Ku/км²); ** т /га к.е.

Снижение кислотности почвы опытного участка с 4,9 до 5,9 вызывало уменьшение накопления ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs зерном ячменя на 15% при росте урожайности на 11% (табл. 2.1). Дальнейшее снижение кислотности почвы (с 5,9 до 6,8) недостоверно увеличивало урожай зерна при снижении удельной активности ⁹⁰Sr на 18% и ^l37Cs на 9%.

В результате обработки данных, полученных в стационарном опыте, урожайность картофеля на неудобренном фоне за счет снижения кислотности почвы с 4,9 до 5,9 выросла на 9%, удельная активность ^l37Cs снизилась на 39%, ⁹⁰Sr — на 20%. Дальнейшее снижение кислотности почвы (с 5,9 до 6,8) привело к снижению урожая картофеля на 14%, удельная активность радионуклидов в картофеле уменьшилась на 2% для ^l37Cs и на 15% для ⁹⁰Sr.

В результате проведенных стационарных исследований с люпином установлено, что снижение кислотности почвы опытного участка с 4,9 до 5,9 вызывало уменьшение накопления зерном ⁹⁰Sr на 7%, ¹³⁷Cs на 4% при снижении урожайности на 9% (табл. 2.1). Дальнейшее снижение кислотности почвы (с 5,9 до 6,8) недостоверно снижало урожай зерна при снижении удельной активности ⁹⁰Sr на 6% и ¹³⁷Cs на 10%.

В результате полевых экспериментов установлено, что повышение кислотности почвы с pH_KCl 4,9 до 5,9 на неудобренном фоне способствовало увеличению урожайности зеленой массы клевера лугового на 10% и до 6,8 — на 25% и снижению накопления радионуклидов ⁹⁰Sr — на 23 и 38%, ¹³⁷Cs — на 8 и 33% соответственно.

Снижение кислотности почвы опытного участка с 4,9 до 5,9 рН вызывало уменьшение накопления ⁹⁰Sr растениями райграса на 14% и ¹³⁷Cs на 22% при росте урожайности на 10%. Дальнейшее снижение кислотности почвы (с 5,9 до 6,8) увеличивало урожай на 15% при снижении удельной активности ⁹⁰Sr на 15% и ¹³⁷Cs на 20%.

Анализ данных, полученных в результате проведения исследований, показал, что накопление радионуклидов в семенах рапса имеет достаточно высокую зависимость от кислотности почвы. Урожайность рапса на неудобренном фоне за счет снижения кислотности почвы с 4,9 до 5,9 выросла на 10%, удельная активность ^l37Cs снизилась на 13%, ⁹⁰Sr — на 33%. Дальнейшее снижение кислотности почвы (с 5,9 до 6,8) не приводило к росту урожая семян и снижению концентрации радионуклидов и ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr.

В целом по исследуемым культурам в вариантах без применения минеральных удобрений, в звене севооборота за счет снижения кислотности почвы с pH_KCl 4,9 до 5,9 урожай вырос на 8%, удельная активность ¹³⁷Cs снизилась на 17%, ₉₀Sr — на 20% (таблица 2.1). Дальнейшее снижение кислотности почвы (pH_Kci с 5,9 до 6,8) было менее эффективным: урожай вырос только на 3%, удельная активность радионуклидов в урожае уменьшилась на 9% для ^l37Cs и на 11% для ⁹⁰Sr.

На фоне применения NPK₁₂₀ в полевом эксперименте снижение кислотности почвы с 4,9 до 5,9 pH_(KCl) уменьшало поступление ¹³⁷Cs в семена рапса на 4%, зерно пшеницы — на 16%, клубни картофеля — на 15%, зерно ячменя — на 17%, зеленую массу райграса — на 16% и зеленую массу клевера — на 28% (таблица 2.2).

В среднем по исследуемым культурам увеличение pH_(KCl) на единицу обеспечивало 13% снижение поступления ¹³⁷Cs в сельскохозяйственную продукцию. Дальнейшее повышение рН до 6,8 по сравнению с рН-5,9 было менее эффективным.

Таблица 2.2 — Влияние кислотности дерново-подзолистой почвы на урожайность сельскохозяйственных культур и накопление радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr продукцией на фоне NPK

*Загрязнение почвы ¹³⁷Cs — 370 кБк/м ² (10 Ku/км²) и⁹⁰Sr — 37 кБк/м ² (1 Ku/км²); ** т /га к.е.

Снижение содержания ⁹⁰Sr при повышении рН на единицу с 4,9 до 5,9 составило 22% в среднем по культурам; для семян рапса — на 31%, зерна люпина — на 27%, зерна пшеницы — на 17%, клубней картофеля — на 18%, зерна ячменя — -на 10%, зеленую массу райграса — на 10% и зеленую массу клевера — на 27%. Дальнейшее повышение рН до 6,8 по сравнению с рН-5,9 в среднем по культурам снижало накопление ⁹⁰Sr на 8%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Снижение кислотности почвы опытного участка с 4,9 до 5,9 вызывало уменьшение накопления ⁹⁰Sr зерном яровой пшеницы на 31%, ¹³⁷Cs — Ha 14%. Дальнейшее снижение кислотности почвы (с 5,9 до 6,8) увеличило урожай зерна яровой пшеницы на 9%, при снижении удельной активности ⁹⁰Sr на 7% в зерне.

2. Снижение кислотности почвы опытного участка с 4,9 до 5,9 вызывало уменьшение накопления ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs зерном ячменя на 15% при росте урожайности на 11%. Дальнейшее снижение кислотности почвы (с 5,9 до 6,8) недостоверно увеличивало урожай зерна при снижении удельной активности ⁹⁰Sr на 18% и ^l37Cs на 9%.

3. Урожайность картофеля на неудобренном фоне за счет снижения кислотности почвы с 4,9 до 5,9 выросла на 9%, удельная активность ^l37Cs снизилась на 39%, ⁹⁰Sr — на 20%. Дальнейшее снижение кислотности почвы (с 5,9 до 6,8) привело к снижению урожая картофеля на 14%, удельная активность радионуклидов в картофеле уменьшилась на 2% для ^l37Cs и на 15% для ⁹⁰Sr.

4. Снижение кислотности почвы опытного участка с 4,9 до 5,9 вызывало уменьшение накопления зерном ⁹⁰Sr на 7%, ¹³⁷Cs на 4% при снижении урожайности на 9%. Дальнейшее снижение кислотности почвы (с 5,9 до 6,8) недостоверно снижало урожай зерна при снижении удельной активности ⁹⁰Sr на 6% и ¹³⁷Cs на 10%.

5. Повышение кислотности почвы с pH_KCl 4,9 до 5,9 на неудобренном фоне способствовало увеличению урожайности зеленой массы клевера лугового на 10% и до 6,8 — на 25% и снижению накопления радионуклидов ⁹⁰Sr — на 23 и 38%, ¹³⁷Cs — на 8 и 33% соответственно.

6. Снижение кислотности почвы опытного участка с 4,9 до 5,9 рН вызывало уменьшение накопления ⁹⁰Sr растениями райграса на 14% и ¹³⁷Cs на 22% при росте урожайности на 10%. Дальнейшее снижение кислотности почвы (с 5,9 до 6,8) увеличивало урожай на 15% при снижении удельной активности ⁹⁰Sr на 15% и ¹³⁷Cs на 20%.

7. Урожайность рапса на неудобренном фоне за счет снижения кислотности почвы с 4,9 до 5,9 выросла на 10%, удельная активность ^l37Cs снизилась на 13%, ⁹⁰Sr — на 33%. Дальнейшее снижение кислотности почвы (с 5,9 до 6,8) не приводило к росту урожая семян и снижению концентрации радионуклидов и ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr.

8. На фоне применения NPK₁₂₀ в полевом эксперименте снижение кислотности почвы с 4,9 до 5,9 pH_(KCl) уменьшало поступление ¹³⁷Cs в семена рапса на 4%, зерно пшеницы — на 16%, клубни картофеля — на 15%, зерно ячменя — на 17%, зеленую массу райграса — на 16% и зеленую массу клевера — на 28%.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Агеец В. Ю. Система радиоэкологических контрмер в агросфере Беларуси. Республиканское научно — исследовательское унитарное предприятие. Институт радиологии. Мн., 2001.

2. Анненков Б. Н., Юдинцева Е. В. Основы сельскохозяйственной радиологии. М., 1991.

3. Анненков Б. Н. Аверин В.С. Ведение сельского хозяйства в районах радиоактивного загрязнения (радионуклиды в продуктах питания) — Мн: Пропилеи, 2003.

4. Алексахин Р. М., Корнееев Н. М. Сельскохозяйственная радиология.- М., 1991.

5. Конопля Е. Ф. Экологические, медико-биологические и социально-экономические последствия катастрофы на ЧАЭС в Беларуси, Мн., 1996.

6. Лазаревич Н. В., Чернуха Г. А. Поведение техногенных радионуклидов в системе почва-растение: Лекция.- Горки: БГСХА, 2007.

7. Правила ведения агропромышленного производства в условиях радиоактивного загрязнения земель РБ на 2002;2005гг. Министерство сельского хозяйства и продовольствия РБ, Мн., 2002.

8. Пристер Б. С. Основы сельскохозяйственной радиологии. К: Ураджай., 1988.

9. Чернуха Г. А., Лазаревич Н. В., Лаломова Т. В. Агропромышленное производство в условиях радиоактивного загрязнения: Лекция.- Горки: БГСХА, 2005.

10. Чернуха Г. А., Лазаревич Н. В. Отбор проб продукции растениеводства, животноводства и продуктов питания для определения удельной активности: Методические указания/ Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; Горки, 1996.