Научная статья на тему 'Биоресурсный потенциал и использование почв в зоне экологического влияния чернобыльской АЭС'

Биоресурсный потенциал и использование почв в зоне экологического влияния чернобыльской АЭС Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
380
127
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Топурия Г. М.

Представлены сведения о загрязнении почвенного покрова в зонах экологического влияния Чернобыльской АЭС. Дана характеристика основных мероприятий по повышению продуктивности почв и снижению перехода радионуклидов в продукты животноводства.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Топурия Г. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Bioresource potential of soil utilization in the zone of ecological impact of the Chernobyl atomic power station

Data on surface pollution in zones of ecological impact of the Chernobyl atomic power station are submitted. Basic measures to increase soil fertility and to decrease transmission of radionuclides into livestock products are characterized.

Текст научной работы на тему «Биоресурсный потенциал и использование почв в зоне экологического влияния чернобыльской АЭС»

Биоресурсный потенциал и использование почв в зоне экологического влияния Чернобыльской АЭС

Г.М. Топурия, д.б.н., ОренбургскийГАУ

Почва является верхним слоем земной коры, обладающим плодородием и образовавшимся под действием физических, химических, биологических и технических факторов. Толщина ее колеблется от нескольких сантиметров до 2-2,5 м.

Почвенные ресурсы являются одной из самых необходимых предпосылок обеспечения жизни на Земле. Почва как элемент биосферы призвана обеспечить биогеохимическую среду для человека, животных и растений, среду, обладающую высокой буферностью и энергоемкостью, значительным резервом механизмов самоочище-

ния, так важных для поддержания сбалансированного взаимодействия, прямого и косвенного, почвенной биоты и человека. Только почвой могут быть обеспечены полноценные условия для производства продуктов питания, корма для животных и органического вещества.

Существенно обострившиеся в современных условиях эколого-гигиенические проблемы антропогенных изменений почвы связаны прежде всего с тем, что в связи с научно-технической революцией и достаточно интенсивным ростом численности населения стала очевидной ограниченность природных ресурсов; скорость изъятия некоторых из них, необходимых для человека, существенно превышает скорость их продуцирования, а продолжающийся экстенсивный способ их освоения порождает большие объемы отходов, поступающих в окружающую среду.

Почва как объект охраны и контроля имеет ряд специфических особенностей в сравнении с другими объектами окружающей среды. Прежде всего, почва существенно менее подвижна, чем атмосферный воздух или поверхностные воды, и в связи с этим практически не располагает таким мощным фактором естественного самоочищения, свойственным другим средам, как разбавление. Антропогенные загрязнения, попадающие в тело почвы, накапливаются, эффекты суммируются, возникают эффекты потенцирования и синергизма вплоть до возникновения продуктов «встречного» синтеза более токсичных, чем их исходные, компоненты (Гончарук Е.И. и др., 1993).

Наиболее тяжелой катастрофой, произошедшей в ядерной энергетике, является авария на Чернобыльской АЭС. Суммарная активность выпадений 137С8 на территорию СССР оценивается в 41016 Бк (на территорию Белоруссии выпало около 41%, России - 35%, Украины - 24% и остальных республик - менее 1%). В Европейской части бывшего СССР площади загрязнения радионуклидами составляют 3,2% всей территории, а в России площадь таких угодий равна около 2,8 млн. га.

Наиболее интенсивное загрязнение сельхозугодий в пределах России отмечается в Брянской области, где 77,8% (401,2 тыс. га) площадей характеризуется плотностью загрязнения 137С8 37-185 кБк/м2 (1-5 Ки/км2), 18,9% (97,5 тыс. га)

- 555-1480 кБк/м2 (15-40 Ки/км2), а 3,3% (17,0 тыс. га) - 1440-2880 кБк/м2 (40-80 Ки/км2). В Тульской области около 9% сельскохозяйственных угодий (из общей загрязненной территории 471 тыс. га) имеют плотность загрязнения 137С8 555-1480 кБк/м2 (15-40 Ки/км2). В Калужской области из общей загрязненной площади 158 тыс. га 3,3% характеризуются плотностью выпадений 137Сз в пределах 555-1480 кБк/м2 (15-40 Ки/км2) (Аветисов Г.М. и др., 1997).

Важным фактором загрязнения сельскохозяйственной продукции в аварийных зонах является наличие в составе выпавших радионуклидов биологически подвижных в цепи выпадения: почва - растения - животные - пищевые продукты 1311 (в ранний период аварии), а также 137С8 (в первый период вместе с 134Сз). Роль 90Бг и 239Ри по сравнению с 137С8 в чернобыльской зоне оказалась существенной лишь для относительно небольших территорий. 137Сз стал главным дозообразующим радионуклидом после аварии на ЧАЭС.

Известно, что содержание радионуклидов в продуктах животноводства находится в зависимости от их количества в почвах. Поэтому для осуществления контроля поступления радионуклидов в рационы животных необходимо располагать количественными характеристиками, связывающими концентрации радионуклидов в почвах, кормах, молоке и мясе. Так, переход С8 из дерново-подзолистых, дерново-подзолисто-песчаных и торфяно-песчаных почв в рацион и молоко в 3,1; 9,4 и 18,1 и 63,6 раза больше, чем из темно-серой лесной почвы. Коэффициент перехода 137Сз из дерново-подзолистой песчаной почвы в мышцы крупного рогатого скота в 5 раз выше, чем из темно-серой лесной почвы (Сирот-кин А.И., Ильязов Р.Г., 1996).

Основная часть почвенного покрова наиболее загрязненной территории представлена малоплодородными легкими по механическому составу (песчаными и супесчаными) дерново-подзолистыми почвами, а также почвами торфяного ряда (торфяно-болотными). Эти почвы отличают низкий рН, невысокое содержание гумуса и питательных веществ, малая емкость обмена и слабая насыщенность основаниями. Как следствие, с радиологической точки зрения они характеризуются очень высокой подвижностью радионуклидов и большим накоплением их в растениях при корневом поступлении 137Сз и 90Бг. На части территории, подверженной радиационному воздействию, распространены более тяжелые по механическому составу и более плодородные почвы: легко-, средне-суглинистые и глинистые дерново-подзолистые, серые лесные и черноземы, биологическая доступность радионуклидов в которых ниже, чем в указанных выше типах почв. Широкое распространение легких по механическому составу дерново-подзолистых и особенно торфяных почв является одним из главных факторов, определивших долгосрочную напряженность радиологической ситуации в сельском хозяйстве региона.

Весну, когда произошел выброс радиоактивных веществ в окружающую среду, с точки зрения агрорадиологических последствий можно считать фактически максимально неблагоприятным временем года (может быть, примерно рав-

ный или несколько больший радиологический урон мог быть нанесен, если бы радиоактивные выпадения имели место осенью, в период уборки урожая). В конце апреля 198б г. в зонах наибольшего загрязнения (Киевская область Украины, Гомельская область Беларуси, Брянская область России и др.) скот был переведен со стойлового на пастбищное содержание, причем выпас животных производился на пастбищах со слаборазвитым травостоем, что обеспечило поступление повышенных количеств радионуклидов в организм животных (в том числе частиц почвы с высокой удельной радиоактивностью). Запасы кормов фактически отсутствовали, что исключило возможность перевода животных на чистые корма. Были завершены весенние полевые работы (закончен сев, проведена посадка картофеля и овощей). Хорошо развитая надземная масса озимых растений предопределила их значительное аэральное загрязнение. Таким образом, критическое время выпадения радионуклидов на сельскохозяйственные угодья с точки зрения потенциального загрязнения растений обусловило летом и осенью 198б г. производство больших объемов сельскохозяйственной продукции с высокими концентрациями радиоактивных веществ. Можно утверждать, что если бы радиоактивное загрязнение агросферы произошло в любое другое время года (кроме конца лета - начала осени), последствия аварии были бы более умеренными (Алексахин P.M. и др., 2001).

Радионуклиды, находящиеся в почвах вблизи ЧАЭС (слой 0-10 см), характеризуются преимущественной связью с фракциями ила и глины как имеющими повышенную сорбционную емкость. Хотя общая массовая доля этих фракций (с размерами не более 50 мкм) в дерново-подзолистых почвах не превышает 30-40%, с этими фракциями в почвах 30-км зоны было связано около 100% содержавшегося в слое 0-10 см 90Sr, 95% 137Cs и Pu, 90% 106Ru и 85% 144Се. В суходольных почвах дальней зоны (Гомельская и Могилевская области Белоруссии) с этими фракциями было связано 51-81% суммарной Р-активности, 42-78% суммарной у-активности и 42-79% 137Cs, в гид-роморфных почвах, соответственно, 38-81, 3252 и 31-79% (Лейенова С. Л. и др., 1993).

Сельскохозяйственная продукция, содержащая радионуклиды, - источник дополнительно -го облучения населения, в связи с чем снижение их содержания в продукции животноводства и растениеводства считается одной из основных задач при ликвидации последствий радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий. Для уменьшения концентрации радионуклидов в сельскохозяйственных растениях могут быть использованы различные приемы, которые разделяют на две основные группы: 1) общепринятые (традиционные) в агропроизводстве меро-

приятия, направленные на сохранение и увеличение плодородия почвы, рост урожайности, повышение качества растениеводческой продукции и одновременно способствующие уменьшению перехода радиоактивных веществ из почвы в растения; 2) специальные приемы (удаление верхнего загрязненного радиоактивными веществами слоя почвы, внесение в почву специальных мелиорантов, связывающих радионуклиды в труднодоступные для растений формы, и т.п.) (Ильязов Р.Г. и др., 2003).

Наиболее простым агротехническим приемом, снижающим накопление радионуклидов в растениях, является пахота с перемещением верхнего загрязненного слоя почвы на глубину. Лимитирующим фактором в выполнении этого приема является мощность плодородного слоя почвы. На легких по механическому составу почвах (песчаных, супесчаных) перемещение содержащего радионуклиды слоя на значительную глубину невозможно, так как в этом случае на дневную поверхность выходят малоплодородные подпочвенные горизонты. Так, в Брянской области, где мощность основного плодородного слоя почвы не превышает 15-20 см, проводилась вспашка с оборотом пласта на глубину 25 см, т.е. на 4-5 см глубже обычной. Кроме эффекта снижения перехода радионуклидов в урожай, этот прием уменьшал мощность дозы внешнего у-излу-чения в 2-3 раза.

Перемещение загрязненного слоя почвы при помощи плантажного плуга ППС-60 на глубину 20-40 см снижает поступление 90Бг в растения в 2,0-3,5 раза, а при перемещении на глубину 60-80 см - в 8-10 раз. Исследованиями сотрудников ЦНИИМСХ в совхозе «Ветковский» Гомельской области после аварии на ЧАЭС было установлено, что при запашке радиоактивного верхнего слоя почвы (5-6 см) на дно борозды на глубину 30-40 см достигается уменьшение накопления 137Сз в растениях от 3,1 до 11,5 раза по сравнению с применяемыми способами обработки (Василевский В.Л. и др., 1990).

Основу защитных мероприятий в земледелии загрязненного региона составило применение рациональной системы внесения органических и минеральных удобрений, а также известкование кислых почв. Уменьшение радиоактивного загрязнения урожая после осуществления агрохимических приемов определяется следующими факторами:

- повышением урожайности сельскохозяйственных культур и, следовательно, разбавлением радионуклидов в единице массы растений;

- увеличением содержания ионов кальция и калия в почвенном растворе, конкурирующих с ионами 90Бг и 137С8 в процессе их корневого усвоения растениями;

- закреплением радиоактивных веществ в поглощающем комплексе почвы и тем самым снижением их доступности для растений.

Ведущим приемом при использовании удобрений на площадях с повышенным содержанием 137Сз явилось внесение увеличенного количества калийных (в 2-3 раза против нормы) с учетом антагонизма при поглощении растениями щелочных элементов-аналогов К и 137С8 и фосфорных удобрений (это обеспечивало более прочную фиксацию 137С8).

На дерново-подзолистых почвах особенно эффективно известкование в сочетании с внесением навоза и минеральных удобрений. Так, на почвах этого типа в Ровенской области (Украина) добавление полного минерального удобрения, обогащенного Р и К, а также навоза снижало концентрацию 137Сз в злаковых до 7,5 раза, а бобовых -до 24 раз, при этом существенно росла урожайность. На торфяных почвах наряду с химической мелиорацией эффективны пескование и глинова-ние, которые увеличивали прочность сорбции 137Сз твердой фазой почвы и уменьшали переход его в растения в 2,5-5,2 раза. На выщелоченных черноземах Орловской области внесение фосфорных и калийных удобрений также вело к снижению поступления 137Сз в растения в 1,5—3,6 раза (Котик Ж.А., 1996). При проведении контрмер в производственных условиях на больших площадях их эффективность была несколько ниже оцененной в экспериментальных условиях, в основном, за счет несоблюдения технологии, и составляла 1,5-2,7 раза на минеральных и 2,7-16 раз на торфяных почвах.

В среднем по Беларуси внесение калийных и фосфорных удобрений уменьшило накопление 137Сз в растениях в 2-3 раза, а известкование кислых почв снизило переход 137Сз в растения в 1,11,7 раза, а 90Бг - в 1,5-2,2 раза. Использование интегральных методов защиты растений уменьшило поступление в них 90Бг на 15-30%, а 137С8 -на 20-40% (Боцевич И.М., 1998).

Изучен большой спектр сорбентов радионуклидов (цеолиты, трепел, лигниносульфонаты, сапропели и др.). Установлена бесперспективность применения цеолитов. Из сорбентов наиболее целесообразным представляется применение органических и известково-органических сап-ропелей и всех видов дешевых органических удобрений с минимальным использованием торфа на удобрение. Повышение содержания гумуса в дерново-подзолистых почвах от минимального (1,01,5%) до оптимального (2,0-3,0%) сопровождается снижением примерно в 1,5 раза поступления 137С8 и 90Бг в многолетние травы. Для зоны радиоактивного загрязнения в ряде случаев может быть оправданным и поддержание более высокого содержания гумуса в почве (3,1-3,5%) для дальнейшего снижения поступления радионуклидов, при

наличии дешевых источников органического вещества (Нестеренко В.Б. и др., 1992).

Цеолиты показали высокую эффективность при внесении и заделки их в почву приусадебных участков в дозе 200 кг на 100 м2. После проведения изложенных мероприятий овощные культуры, картофель, корнеплоды возделываются по обычной технологии, а урожай используется без ограничений.

Луга и пастбища, загрязненные радиоактивными выпадениями, служат основным источником поступления радионуклидов в животноводческую продукцию. В связи с этим системой защитных мероприятий предусматривается проведение комплекса агротехнических мероприятий, снижающих загрязнение травостоев. Увеличение урожайности лугов, а также стравливание травостоев только после достижения пастбищной спелости являются факторами «разбавления» радионуклидов в кормах, поэтому все мероприятия, направленные на повышение продуктивности лугов и пастбищ, способствуют снижению загрязнения кормов.

Стратегическим решением производства животноводческой продукции (в первую очередь, молока и мяса) на загрязненной территории с учетом долговременной перспективы реабилитации сельскохозяйственных угодий является создание кормовой базы, обеспечивающей получение кормов с такой концентрацией радионуклидов, когда было бы гарантировано непревыше-ние допустимых уровней содержания радионуклидов в продукции.

Замена сена лугового, полученного на естественных неулучшенных угодьях, сеном многолетних сеяных трав снижает содержание радиоактивного цезия в рационе коров в 5 раз, а в молоке в 3 раза.

Наилучший тип использования естественных пастбищ - загонная пастьба совместно с подкормкой животных кормами с культурных угодий. Этот прием снижает содержание радиоактивного цезия в молоке в 2 раза по сравнению с вольной пастьбой без подкормки. Заготовка сена на естественном лугу снижает переход цезия в молоко в 3 раза. Однако при плотности загрязнения свыше 370 Бк/км2 невозможно получить пригодное в пищу молоко при использовании естественных пастбищ. В этом случае необходимо провести коренное улучшение кормовых угодий, организовав получение кормов на пахотных участках. Эта мера позволяет получить пригодное в пищу молоко на угодьях с плотностью загрязнения до 1295 Бк/м2. Концентрация радионуклидов в молоке находится в прямой зависимости от их содержания в суточном рационе и в обратной - от продуктивности животных. Чем выше суточный удой, тем меньше концентрация радионуклидов в молоке. Существенно повышается содержание

радионуклидов в молоке в ранневесенний период, в начале выгона скота на пастбище. В это время травостой слабый, загрязнен остатками прошлогодней травы, при поедании которой животные заглатывают много радиоактивной почвы. Аналогичная картина наблюдается при выпасе животных на скудном пастбище с выбитым травостоем и при выпасе крупных гуртов (по 200-250 животных). Крупные гурты животных даже на хорошем травостое интенсивно вытаптывают его и загрязняют частицами почвы, что особенно проявляется в периоды засухи и обильного увлажнения пастбищ. Поэтому гурт не должен

включать больше 120 голов коров. Выпас следует начинать после отрастания травы на 12 см, а летом животных содержать в выгулах и кормить из кормушек скошенной травой. Такие мероприятия позволяют снизить содержание радиоактивного цезия в молоке более чем в 10 раз (Лысенко Н.П., 1999; Топурия Г.М., 1994; Топурия Г.М., То-пурияЛ.Ю., 1997).

Приведенные данные свидетельствуют о том, что повышение биопотенциала почв способствует уменьшению перехода радиоактивных веществ по цепи «почва - растение - животное -продукты животноводства».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.