CC BY
129
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».
