CC BY
12
ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ
УДК 631.81;631.58;63:577.346
АГРОХИМИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ В АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ НА РАДИОАКТИВНО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
1В.К. Кузнецов, д.б.н., 1А.И. Санжаров, к.б.н., 2В.П. Грунская, 1Н.В. Андреева
1Всероссийский НИИ радиологии и агроэкологии, e-mail: vkkuzn@yandex.ru 2Тульский НИИ сельского хозяйства, e-mail: tniisx@mail.ru
В многолетних исследованиях изучено влияние агрохимических мероприятий на биологическую подвижность радионуклидов. Установлено, что переход 137Cs в растения из малоплодородных, вновь освоенных почв до 5,5 раз выше по сравнению с окультуренными почвами. Комплексное применение мелиорантов и минеральных удобрений способствует снижению накопления 137Cs в урожае зерновых культур до 3,7 раза. Показано, что для организации землепользования радиоактивно загрязненных угодий в адаптивно-ландшафтном земледелии необходимо проводить группировку сельскохозяйственных земель не только по агроэкологическим и радиоэкологическим параметрам, но и по степени окультуренности почв, которая определяет подвижность радионуклидов в системе почва-растение.
Ключевые слова: системы удобрений, радионуклиды, земледелие, защитные мероприятия, плодородие почв, сельскохозяйственные культуры.
AGROCHEMICAL EVENTS IN ADAPTIVE-LANDSCAPE AGRICULTURE IN THE CONTAMINATED TERRITORIES
1Dr.Sci. V.K. Kuznetsov, lPh.D. A.I. Sanzharov, 2V.P. Grunskaya, 1N.V. Andreeva
1All-Russian Scientific-Research Institute for Radiology and Agroecology, e-mail: vkkuzn@yandex.ru 2Tula Scientific-Research Institute for Agriculture, e-mail: tniisx@mail.ru
In many years of research studied the influence of chemical events in the biological mobility of radionuclides. It is established that uptake of 137Cs by plants from marginal soils to 5.5 times higher compared to cultivated soils. The complex application of ameliorants and mineral fertilizers helps to reduce the accumulation of 137Cs in the crop of grain crops up to 3.7 times. It is shown that for the organization of the land use of radioactively contaminated agricultural grounds in the adaptive landscape agriculture it is necessary the grouping lands not only in agroecological and radioecological parameters, but also on the degree of cultivation of soils, which determines the mobility of radionuclides in the soil-plant system.
Keywords: system fertilizers, radionuclides, agriculture, countermeasure, soil fertility, crops.
После аварии на Чернобыльской АЭС разработан комплекс защитных и реабилитационных мероприятий по ведению сельскохозяйственного производства на радиоактивно загрязненных территориях [1-2]. Эти рекомендации были направлены на получение стабильных урожаев сельскохозяйственных культур с минимальным содержанием радионуклидов. В первый период после аварии, в условиях повышенного внимания и достаточного государственного финансирования, применение рекомендаций обеспечило существенное уменьшение накопления в урожае сельскохозяйственных культур, что позволило снизить дозы облучения населения за счет потребления местной продукции в среднем в 1,5-3 раза [3]. В отдаленный период после аварии ставится задача оптимизации
применения реабилитационных мероприятий на радиоактивно загрязненных территориях с учетом необходимых материальных и финансовых средств, недостаток которых в последние годы проявляется особенно остро. В этих условиях особое внимание следует обратить на адаптацию ранее разработанных защитных мероприятий к существующим системам земледелия, а также к природно-ландшафтным, радиологическим и хозяйственным факторам каждого конкретного сельскохозяйственного предприятия. Следует признать, что объемы применения минеральных удобрений на радиоактивно загрязненных территориях, и в первую очередь на легких по гранулометрическому составу малоплодородных почвах, не могут гарантировать производство продукции, соответствующей сани-
тарно-гигиеническим требованиям накопления радионуклидов в сельскохозяйственной продукции на минимально возможном уровне [4]. В связи с этим на первый план выходит оптимизация применения ограниченных минеральных ресурсов с учетом характера и плотностей радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий и требований культур к достигнутым уровням почвенного плодородия. Распределение минеральных и органических удобрений не должно проводиться механически равномерно по всем полям севооборотов. В зависимости от культуры земледелия при использовании сельскохозяйственных угодий агрохимические и агрофизические свойства почв могут изменяться как в оптимальном, так и негативном для сельскохозяйственных культур направлении. Изменение окультуренности почв будет оказывать влияние не только на урожайность культур, но и подвижность радионуклидов в системе почва-растение [5].
Цель исследований - оценка влияния различных агрохимических мероприятий на угодьях с различной степенью окультуренности на биологическую подвижность 137С8 в почвах и накопление в урожае после аварии на Чернобыльской АЭС.
Материалы и методы. Исследования по оценке влияния агрохимических мероприятий на накопление 13^ в урожае сельскохозяйственных культур на почвах с различной степенью окультуренности проводили на радиоактивно загрязненных угодьях Тульского НИИ сельского хозяйства. Для оценки динамики изменения накопления в урожае
сельскохозяйственных культур в зависимости от степени окультуренности почв проводили комплексное обследование сельскохозяйственных угодий. На базе расчетных значений индексов агрохимической окультуренности почв (Иок) было определено пространственное распределение полей севооборотов по степени их окультуренности по 4 группам: с очень низкой степенью окультуренности (Иок < 0,4), низкой (0,41-0,60), среднеокультуренные (0,61-0,80), и сильноокультуренные (0,81-1,0) [6].
Индексы окультуренности почв разных полей рассчитывали по формуле:
Иок =-
И + И + И + И
И рН ^ И Р2О5 ^ И К2О ^ И г
4
где: Иок - индекс окультуренности почв; ИрН, ИР2О5, ИК2О, Игум - индексы агрохимических показателей почв.
На обследуемых полях характер применения агрохимических мероприятий варьировал от экстенсивных до интенсивных. На полях с высокой степенью окультуренности почв интенсивный уровень заключался в ежегодном внесении под зерновые культуры удобрений в дозах Кбо-9оРбоКбо и в периодическом (исходя из гидролитической кислотности) известковании почв (1 раз в 4 года), что спо-
собствовало повышению плодородия и возрастанию Иок почв с 0,85 до 0,93.
Для базовых систем применения удобрений и агрохимикатов была характерна максимальная дифференциация доз удобрений и средств защиты растений в зависимости от состояния почвы и вида предшествующей культуры. В период до 2010 г. на обследуемых полях проводили периодическое известкование. Минеральные удобрения вносили под озимые и пропашные культуры в дозах N6о-9оP6оK6о. Остальные культуры возделывались без внесения минеральных удобрений. Вынос питательных веществ с урожаем ежегодно превышал поступление с удобрениями, что обусловило снижение Иок с 0,86 до 0,83.
В качестве полей с полностью экстенсивными технологиями возделывания сельскохозяйственных культур служил контрольный вариант многолетнего полевого эксперимента, в котором с 1982 по 2008 г. минеральные удобрения не применяли. При этом индекс агрохимической окультуренности почвы этого варианта снизился за период исследований с 0,83 до 0,78.
Для вновь освоенных участков полей с низкой степенью окультуренности было характерно проведение с 1993 по 2000 г. всего комплекса мероприятий по повышению плодородия почв с известкованием и ежегодным внесением удобрений в дозах N60^60^0. Вместе с тем, начиная с 2000 по 2010 г., агрохимические мероприятия на этих полях не проводили и культуры возделывали без применения минеральных удобрений. Индекс агрохимической окультуренности этих участков с 1993 по 2000 г. вырос с 0,51 до 0,62.
Были выбраны поля, различающиеся почвенным плодородием, интенсивностью проведения агрохимических мероприятий, с которых в течение 18 лет отбирали и анализировали образцы почв и растений на содержание 137С8. Образцы почв и растений высушивали до воздушно-сухого состояния и измельчали на мельнице МРП-1. Определение 137С8 проводили у-спектрометрическим методом на многоканальном анализаторе ГЫ 1200 с германиевым детектором GM, ошибка измерений не превышала + 10%. Проводили также расчет коэффициентов накопления как интегральных показателей,
связывающих концентрацию радионуклида в растениях и их удельную активность в почвах (КН).
Результаты исследований. Установлено, что биологическая подвижность не является по-
стоянной величиной и в зависимости от окульту-ренности почв, характера и интенсивности проведения агрохимических мероприятий изменяется в широких пределах. При этом, несмотря на высокое потенциальное плодородие и фиксирующую способность, слабоокультуренные глубоковыщелочен-ные сильнокислые черноземы с относительно низ-
А)
Б)
о
х
А)
о
В)
(Л
О
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
] - освоенные ] - сильноокультуренные
(Л
О
I
8-
6-
4-
2-
■ освоенные ] - сильноокультуренные
Овес
Ячмень
Овес
Ячмень
Рис. 1. Накопление 137Cs в зерне (А) и соломе (Б) зерновых культур из почв различной степени окультуренности, 1993 г.
Б)
о
1993 2000 2006 2008 2009 Годы исследований
2010
Иок=0,86 в 1993 г.
02008 г. .-.
- зерно
- солома
Л
(Л
О
1993 2000 2006 2010 Годы исследований
1614121086420-
Иок=0,83 в 1992 г. Иок=0,78 в 2008 г.
1992 1996 2000 2004 Годы исследований
2008
Г)
Иок=0,85 в 1992 г.
зерно солома
2008
1992 1996 2000 2004 Годы исследований
Рис. 2. Динамика накопления 137Cs в урожае яровой пшеницы из освоенных (А) и окультуренных почв с экстенсивной (Б), базовой (В) и интенсивной (Г) технологиями возделывания сельскохозяйственных культур
5
4
3
2
1
0
0
ким содержанием элементов питания могут стать источником повышенного накопления радионуклидов в урожае. Наблюдаемый в 1993 г. переход 137С8 в зерно и солому зерновых культур из этих почв до 5,5 раз превышал аналогичные показатели на старопахотных окультуренных черноземах (рис. 1).
Длительное (18 лет) возделывание сельскохозяйственных культур по экстенсивной технологии на окультуренных почвах без проведения агрохимических мероприятий обусловливает истощение даже
высокоплодородных черноземных почв и способствует подкислению почвенного раствора на 0,4 единицы, снижению содержания подвижного калия на 26 мг/кг и гумуса на 0,2 единицы [5]. При этом коэффициенты накопления в урожае яровой пшеницы увеличились в 1,2 раза (рис. 2Б). Напротив, интенсивная система агрохимических мероприятий, предполагающая ежегодное сбалансированное применение минеральных удобрений и мелиорантов в оптимальных объемах, способствует не только под-
держанию почвенного плодородия, но и снижению перехода 137Cs в урожай яровой пшеницы в 3,1 раза (рис. 2 Г). На почвах примерно такой же степени окультуренности базовые уровни применения удобрений и агрохимикатов способствовали снижению накопления 137Cs в зерне и соломе яровой пшеницы соответственно только в 1,5 и 1,3 раза (рис. 2В).
На вновь освоенных выщелоченных черноземах максимальное снижение накопления 137Cs в зерне и соломе яровой пшеницы (в 3,0 и 3,2 раза, соответственно) произошло в период с 1993 по 2000 г., то есть во время проведения наиболее полного комплекса агрохимических мероприятий (рис. 2А). В последующие 10 лет темпы изменения накопления 137Cs в растениях существенно сократились и кратность снижения составила 1,6 раза, причем в наибольшей степени с 2000 по 2006 г., что было обусловлено влиянием последействия ранее проведенных мероприятий. С 2006 по 2010 г. темпы снижения перехода 137Cs в урожай растений практически не менялись.
Таким образом, агрохимические мероприятия на радиоактивно загрязненных угодьях оказывают комплексное воздействие как на свойства
почв и продуктивность сельскохозяйственных культур, так и на биологическую подвижность радионуклидов. Длительное возделывание сель-скохозяйственных культур без минеральных удобрений обусловливает деградацию плодородия выщелоченных черноземов и возрастание накопления 137Cs в растениях в 1,2-1,3 раза и, напротив, комплексное систематическое применение мелиорантов и сбалансированных доз минеральных удобрений способствует снижению накопления 137Cs в зерновых культурах до 3,7раза. При этом биологическая подвижность и накопление 137Cs в урожае зависят не только комплекса проводимых агротехнических и агрохимических мероприятий, но и степени окультуренности почв. Переход 137Cs из малоплодородных вновь освоенных почв до 5,5 раз выше по сравнению с окультуренными. Выявленные различия обусловливают необходимость группировки радиоактивно загрязненных почв в адаптивно ландшафтном земледелии не только по агроэкологическим и радиоэкологическим параметрам, но и по степени окультуренности почв.
Литература
1. Рекомендации по ведению растениеводства на радиоактивно загрязненной территории России: под ред. Р.М. Алексахина. - М.: Россельхозакадемия, 1997. - 115 с.
2. Научные основы реабилитации сельскохозяйственных территорий, загрязненных радиоактивными веществами в результате крупных радиационных аварий: научное руководство: под ред. Н.И. Санжаровой. - Обнинск: ГНУ ВНИИСХРАЭ, 2009. - 150 с.
3. Алексахин Р.М. Радиоэкологические уроки Чернобыля. Радиационная биология // Радиоэкология, 1993, т. 33, вып. 1. - С. 3-14.
4. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.3.2.2650-10 (Дополнения и изменения № 18 к СанПиН 2.3.2.1078-01). - М.: Юридическая литература, 2002. - 217 с.
5. Кузнецов В.К., Санжарова Н.И., Бровкин В.И., Серегин С.В., Грунская В.П. Оценка влияния длительного применения минеральных удобрений на свойства почв, качество продукции и накопление 137Cs урожаем зерновых культур // Агрохимия, 2017, № 2. - С. 74-82.
6. Кулаковская Т.Н. Оптимизация агрохимической системы почвенного питания растений. - М.: Агропромиздат, 1990. - 220 с.
УДК 631.86:631.438:632.118
ВЛИЯНИЕ ПЕРЕПЕЛИНОГО ПОМЕТА И СОЛОМЫ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ 137CS, НА ПОСТУПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В ПРОРОСТКИ ПШЕНИЦЫ И ГОРОХА
А.В. Ефремов, С.П. Торшин, д.б.н.
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: storshin@timacad.ru
Рассмотрено влияние меченых радиоцезием (137Cs) перепелиного помета и соломы злаковых культур на поступление этого радионуклида в растения яровой пшеницы и гороха посевного при выращивании на дерново-подзолистой почве разного гранулометрического состава. Показано, что из разных источников радиоцезия (минеральная форма, меченая солома и меченый перепелиный помет) количественный переход радионуклида в проростки пшеницы яровой и гороха зависит, от гранулометрического состава почвы. Внесение перепелиного помета приводило к сни-
