CC BY
20
УДК 631.438:631.445.24
ДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДВИЖНОСТИ 137CS ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПЕСЧАНОЙ ПОЧВЕ
М.В. Федоркова, Н.В. Белова, к.с.-х.н., Н.И. Санжарова, д.б.н.
ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии, e-mail: [email protected]
Исследована динамика содержания в почве потенциально доступных для растений форм 137Cs и его накопление сельскохозяйственными культурами из дерново-подзолистой песчаной почвы при применении органических удобрений. Оценена эффективность и длительность действия соломы, сидерата, подстилочного навоза КРС при раздельном и совместном их применении на снижение биологической подвижности 137Cs. На второй год после внесения органических удобрений доля доступных форм радионуклида сократилась на 5,8% при запашке сидерата отдельно, а в сочетании с соломой - на 5,1-5,3%. Применение зеленого удобрения в сочетании с соломой имеет пролонгированное действие — кратность снижения (Кен) накопления 137Cs растениями в первый год ротации четырехпольного севооборота составила 2,2 раза; в последний год — 1,Зраза. Корреляционный анализ выявил обратную зависимость между содержанием органического вещества и обменной формы 137Cs в почве (г2 = -0,8), прямую зависимость -между коэффициентом перехода (КП) 137Cs в сельскохозяйственные растения и его содержанием в почве в обменной форме.
Ключевые слова:137Cs, радионуклид, органические удобрения, биологическая подвижность, севооборот, дерново-подзолистая песчаная почва, солома, сидерат, навоз.
DYNAMIC OF 137CS BIOLOGICAL MOBILITY IN SOD-PODZOLIC SANDY SOIL IN CASE OF ORGANIC FERTILIZERS APPLICATION M.V. Fedorkova, N.V. Belova, N.I. Sanzharova
Dynamic of potentially available for plants 137Cs chemical forms and its accumulation by farm crops from sod-podzolic sandy soil in case of organic fertilizers application is researched. The influence of separately and combined applications of straw, leies (green manure) and cattle manure on decrease of137Cs biological mobility is estimated. Next year after the first application of organic fertilizers part of available radionuclide chemical forms reduced on 5,8% in case of leies separately treatment, and in combination with straw - on 5,1-5,3%. Organic fertilizers application can decrease 137Cs accumulation by farm crops during 2-3 years. Correlation analysis shows inversely proportional dependence between organic matter content and exchangeable form of137Cs in soil (r2 = -0.8). Linear dependence between transfer factor (IF) of137Cs in crops and its exchangeable form content in soil is detected.
Keywords:137 Cs, radionuclide, organic fertilizers, biological mobility, crop rotation, sod-podzolic sandy soil, straw, leies (green manure), cattle manure.
Дерново-подзолистые почвы легкого гранулометрического состава широко распространенны в зоне чернобыльских выпадений. Такие почвы обладают крайне низким естественным плодородием и характеризуются повышенной доступностью радионуклидов для растений [1,2]. Снижение объемов производства и применения минеральных удобрений, наблюдаемое в последние годы, ставит задачу поиска дополнительных средств поддержания почвенного плодородия и ограничения перехода 137Св в сельскохозяйственные культуры [3, 4].
Цель работы — изучение влияния различных видов органических удобрений на изменение показателей почвенного плодородия, динамику содержания потенциально доступных растениям форм 137Сз в почве и накопление радионуклида сельскохозяйственными растениями.
Исследования проводили в стационарном полевом опыте, заложенном в 1996 г. на территории Новозыб-ковской государственной сельскохозяйственной опытной станции ВНИИА Брянской области. Почва опытного участка дерново-подзолистая песчаная: содержание гумуса 1,89-2,10% (по Тюрину); рНКа 5,9-6,5; гидролитическая кислотность и сумма поглощенных оснований, соответственно, 1,2-1,6 и 4,8-14,2 мг-
экв/100 г почвы; содержание подвижных форм фосфора (Р2О5) и калия (К20) соответственно 290-430 и 107-170 мг/кг почвы. Плотность загрязнения опытного участка по 137Св составляла 510-590 кБк/м2. Действие подстилочного навоза КРС (в дозе 80 т/га) изучали на вариантах: контроль, солома, сидерат, солома + сидерат. Солому озимой ржи в измельченном виде и сидерат в виде зеленой массы редьки масличной вносили непосредственно на месте произрастания этих культур. Все органические удобрения вносили под первую культуру севооборота картофель. Влияние удобрений изучали в четырехпольном севообороте: картофель, ячмень, сераделла + овес, озимая рожь + редька масличная пожнивно. Под последние три культуры общим фоном вносили минеральные удобрения N90, Р40К90 и ^оР6о в виде простого гранулированного суперфосфата, аммиачной селитры и хлористого калия. Повторность опыта трехкратная, площадь делянки 62 м2. Для изучения влияния удобрений на биологическую подвижность шс5 были отобраны пробы почвы и растительности в первый, второй и четвертый годы ротации севооборота. С начала проведения опыта на соответствующих вариантах было внесено 160 т/га навоза, запахано 9,2 т/га соломы и 35 т/га зеленой
массы редьки масличной, а также внесено минеральных удобрений в количестве КгтоРадК^о общим фоном на всех вариантах опыта.
Агрохимические показатели почвы определяли после уборки ячменя — второй культуры севооборота. В почве определяли: рНКС1, гумус по Тюрину, гидролитическую кислотность по Каппену, сумму обменных оснований по Каппену-Гильковицу, подвижный фосфор по Кирсанову, обменный калий по Масловой. Для определения форм нахождения 137Сз в почве использовали метод последовательной экстракции. Определение удельной активности 137Сб в образцах почв, почвенных вытяжках и растениях проводили у-спектрометрическим методом на многоканальном анализаторе Ш 1200 с германиевым детектором.
Влияние органических удобрений на показатели почвенного плодородия. Анализ результатов показывает, что внесение соломы, сидерата и их сочетаний как на фоне навоза, так и без него снижает кислотность почвы, повышает емкость поглощения, содержание органического вещества и подвижных форм фосфора и калия (табл. 1). Следует отметить, что солома и сидерат в большей степени, чем навоз улучшают эти показатели. Если внесение навоза повысило рН с 6,0 до 6,3, то запашка соломы и сидерата способствовала снижению кислотности почвы до рН 6,6. Емкость поглощения почвы возросла в 1,2 раза в варианте с подстилочным навозом, запашка соломы дала сопоставимый эффект. Максимальное увеличение емкости поглощения (до 13,5 мг-экв/100 г почвы, контроль 6,9 мг-экв/100 г почвы) достигнуто при совместном применении соломы и сидерата на фоне навоза.
Аналогичные закономерности наблюдаются и при изменении содержания органического вещества в почве: запашка соломы и навоз при раздельном внесении в равной степени повышают накопление гумуса в почве на 0,2-0,4%, сидерат - на 1,36%, а совместное их применение - на 1,8% по сравнению с контролем.
Влияния удобрений на содержание подвижного фосфора в почве не отмечено, наблюдаемые колебания данных, по всей вероятности, свидетельствуют о почвенной неоднородности. Более заметное влияние удобрений наблюдали в содержании обменного калия. Внесение навоза как в чистом виде, так и по фону соломы, сидерата и их сочетаний повышают содержание в почве обменного калия. Запашка сидерата как раздельно, так и в сочетании с соломой, без применения навоза, способствует некоторому снижению количества обменно-
го калия в почве на 15-17 мг/кг по сравнению с контролем. По-видимому, для формирования урожая на этих вариантах недостаточно калия, внесенного с удобрениями.
Влияние органических удобрений на динамику содержания в почве потенциально доступных для растений форм I37Cs. Изменение физико-химических характеристик почвы, обусловленное применением удобрений, оказывает влияние на состояние 137Cs в почве. Потенциальная биологическая доступность радионуклида в почве определяется его содержанием в обменной и подвижной форме (почвенные вытяжки 1н AcNH4 и 1н HCl, соответственно). Применение органических удобрений в большинстве вариантов способствует уменьшению содержания доступного 137Cs (сумма обменной и подвижной форм).
Наибольший эффект по снижению доступности 137Cs достигается на 2-й год после внесения удобрений, причем данная закономерность прослеживается как на фоне навоза, так и без него (рис. 1 и 2). Максимально доля доступного радионуклида сократилась на 5,8% от общего содержания 137Cs в почве при внесении сидерата отдельно, а в сочетании с соломой на 5,1-5,3%. Солома дает менее выраженный эффект: содержание доступного радиоцезия уменьшается на 4,2%, а на фоне навоза на 3,3% по сравнению с контролем. Применение сидерата отдельно и совместно с соломой вызывает увеличение доступности Cs в первый год после внесения, что может быть связано с дополнительным поступлением в почву минерального азота в результате минерализации зеленой массы сидерата. Большинство видов органических удобрений и их сочетаний к 4-му году после внесения перестают влиять на изменение форм нахождения 137Cs, что свидетельствует о высокой скорости процессов минерализации органических веществ в данной почве.
Снижение биологической доступности 137Cs при применении органических удобрений обусловлено как изменением физико-химических характеристик почвы, так и увеличением содержания гумуса. Корреляционный анализ выявил обратную зависимость между содержанием гумуса и обменной формы 137Cs в почве, коэффициент корреляции составил -0,81. Это может служить косвенным доказательством образования комплексных соединений радионуклида с органомине-ральными веществами почвы, играющими важную роль в изменении подвижности 137Cs в почве и системе поч-ва-растение [5, 6].
1. Влияние органических удобрений на основные показатели плодородия дерново-_подзолистой песчаной почвы_
Вариант рНка Органическое вещество, % Емкость поглощения, мг-экв/100 г почвы Р2О5, мг/кг К20, мг/кг
Без внесения навоза
Контроль 6,0 2,21 6,9 353 124
Солома 6,0 2,44 7,6 328 121
Сидерат 6,4 3,57 11,5 378 107
Солома + сидерат 6,6 4,01 13,5 353 109
При внесении подстилочного навоза КРС, 80 т/га
Контроль 6,3 2,6 8,3 400 135
Солома 6,0 2,7 8,0 340 162
Сидерат 6,3 4,0 11,9 340 131
Солома + сидерат 6,6 4,4 15,5 380 132
Агрохимический вестник »№1-2012 19
контроль солома сидерат солома+сидерат
■ картофель (1 год) ■ ячмень (2 год) ■ озимая рожь |4 год)
Рис. 1. Динамика содержания доступного
117
растениям Се при применении различных видов органических удобрений
О
контроль солома сидерат солома+сидерат
■ картофель (1 год) ■ ячмень (2 год) ■ озимая рожь (4 год)
Рис. 2. Динамика содержания доступного растениям 137Св при применении различных видов органических удобрений на фоне внесения 80 т/га подстилочного навоза КРС
Влияние органических удобрений на плодородие почвы объясняется не только внесением питательных элементов, но и обогащением почвы биологически активными легко разлагаемыми веществами, которые включаются в состав гумуса. При этом наблюдается не только абсолютное увеличение содержания гумуса, изменяется качественный состав органического вещества почвы. Так отмечается, что применение сидератов и соломы приводит к накоплению гуминовых кислот (ГК) в почве за счет увели-
чения фракции свободных (1ГК) и связанных с глинистыми минералами (ЗГК) [7]. Известна способность 137Сз образовывать высокомолекулярные соединения и соосаждаться с гумино-выми кислотами - с одной стороны, и увеличивать свою подвижность в присутствии фульво-кислот, с другой [2, 5]. Таким образом, можно сделать вывод, что при внесении органических удобрений биологическая подвижность 137Св в основном будет определяться изменением количественного и качественного состава органического вещества почвы.
Влияние органических, удобрений на накопление 137Сб в сельскохозяйственных культурах. При оценке эффективности и длительности действия удобрений на снижение поступления радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию применяют показатель кратности снижения (Кен), который представляет собой отношение коэффициента перехода на контроле к коэффициенту перехода (КГТ) на варианте. КП опыта рассчитывается как отношение содержания 137Сз в растении (Бк/кг) к плотности загрязнения почвы (кБк/м2).
Максимальное значение Кен отмечается в первый год применения зеленого удобрения отдельно - 2,47; в сочетании с соломой - 2,16 (табл. 2). На второй год после внесения эффект от большинства видов органических удобрений снижается (Кен = 1,2-1,39) или отсутствует - в случае с внесением сидерата на фоне навоза, где (Кен ~ 1) а без навоза наблюдается даже обратный эффект - Кен < 1.
Применение соломы в сочетании с сидера-том позволяет снизить поступление Се в растения и в последний год ротации севооборота, причем эффективность их примерно одинакова как на фоне навоза (Кен = 1,26), так и без него (Кен = 1,30). В остальных вариантах к 4-му году после внесения удобрений существенного сокращения поступления радионуклида в сельскохозяйственную продукцию не наблюдается.
Снижение накопления 137Св сельскохозяйственными культурами обусловлено уменьшением подвижности радионуклида в почве в результате применения органических удобрений. Установлена корреляция между КП радионуклида и содержанием его обменной формы в почве.
2. Кратность снижения поступления 137С» в сельскохозяйственную продукцию _при применении различных видов органических удобрений_
Вариант
Картофель(клубни)
Ячмень (зерно)
Озимая рожь (зерно)
Без внесения навоза
Солома
1,92
1,39
0,94
Сидерат
2,47
0,69
0,95
Солома + сидерат
2,16
1,16
1,30
Подстилочный навоз КРС, 80 т/га
Солома
0,97
1,26
1,07
Сидерат
1,18
1,07
1,09
Солома + сидерат
1,36
1,20
1,26
Так, коэффициент корреляции между КП и содержанием обменного шСв для картофеля - 0,77 на фоне без навоза, при применении навоза - 0,81. Для ячменя коэффициент корреляции составил 0,80 независимо от внесения навоза, а для озимой ржи - 0,5 и 0,89 на безнавозном фоне и с навозом соответственно.
Исследования позволяют сделать вывод о том, что на дерново-подзолистых песчаных почвах вне-
сение органических удобрений в виде соломы, сидерита, навоза и их сочетаний не только эффективный прием по повышению почвенного плодородия, но оно также обеспечивает снижение биологической подвижности 137С$ и, как следствие, уменьшение накопления его в урожае» Последействие органических удобрений проявляется в течение 2-3 лет.
Литература
1. Белоус Н.М., Драганская М.Г. Пути повышения эффективности удобрений на дерново-подзолистой песчаной почве в условиях радиоактивного загрязнения // Бголл. ВИУА, № 114,2001. - С. 61 -62.
2. Алексахин P.M., Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А. Поведение 137Cs в системе почва-растение и влияние внесения удобрений на накопление радионуклида в урожае // Агрохимия, 1992, № 8. - С. 127-132.
3. Драганская М.Г., Чаплыгина В.В., Белоус Н.М. Роль органических удобрений в снижении накопления 137Cs в растениях // Плодородие, 2005, № 4. - С. 37-38.
4. Кузнецов В.К., Санжарова Н.И., Аксенова С.П., Котик Ж.А. Снижение накопления 137Cs в сельскохозяйственных культурах под воздействием мелиорантов И Агрохимия, 1995, № 4. — С. 74-79.
5. Агапкина Г.И. Органические формы соединений искусственных радионуклидов в почвенных растворах природных биогеоценозов // Радиационная биология. Радиобиология, 2002, том 42, № 4. - С. 404-411.
6. Илахун А., Карпухин А.И., Торппш С.П. Поступление радионуклидов в растения кукурузы в водных культурах с применением органических лигандов // Плодородие, 2008, № 4. - С. 46-47.
7. Трипольская Л.Н., Романовская Д.К., Шлепетене А. Гумусное состояние пахотной дерново-подзолистой почвы в условиях применения различных видов зеленых удобрений // Почвоведение, 2008, № 8. - С. 997-1005.
ПОЗДРАВЛЯЕМ С ЮБИЛЕЕМ
Виктор Васильевич Кидин родился 14 октября 1941 г. в с. Никишино Донецкой области (Украина). В 1960 г. из Славянского сельскохозяйственного техникума был призван на службу в ряды Советской Армии. В 1963 г. поступил в Луганский СХИ, а с января 1965 г. стал студент МСХА им. К.А. Тимирязева. После окончания в 1968 г. факультета агрохимии и почвоведения был оставлен на кафедре агрохимии стажером - исследователем, с 1969 по 1972 гг. работал заведующим аналитическим отделом Петровской агрохимической лаборатории Ставропольского края.
В 1974 г. после досрочной защиты кандидатской диссертации зачислен ассистентом в штат кафедры агрономической и биологической химии МСХА им. К.А. Тимирязева, с 1979 г. - доцент кафедры, в 1993 г. после защиты докторской диссертации избран на должность профессора.
В.В. Кидин в 1995-2003 гг. был деканом факультета почвоведения, агрохимии и экологии, председателем Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций (1995-2005 гг.) и председателем методической комиссии факультета, участвовал в разработке Государственного образовательного стандарта по специальности агрохимия и агропочвоведение.
В.В. Кидин - автор боле 175 научных и методических работ, соавтор ряда учебных пособий и программ для студентов аграрных вузов по агрохимии, методике агрохимических исследований и системе применения удобрений.
Большое внимание В.В. Кидин уделяет подготовке молодых ученых. Под его руководством защищено 24 кандидатские диссертации аспирантами и сотрудниками кафедры. В настоящее время руководит 4 аспирантами. Он является членом двух специализированных советов по защите диссертаций в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева и ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, членом редколлегии журнала «Агрохимия».
За большой вклад в развитие агрохимического образования страны В.В. Кидину присуждена государственная премия академика Д.Н. Прянишникова, он награжден медалью «Почетный агрохимик», нагрудным знаком «Отличник высшей школы», золотой (1976) и бронзовой (1984) медалями ВДНХ и бронзовой медалью ВВЦ (1996). За заслуги в подготовке научных кадров и специалистов сельского хозяйства кадров В.В. Кидин награжден дипломами и благодарностями Министерства сельского хозяйства, руководства университета и общественных организаций.
Редакция и редколлегия журнала «Агрохимический вестник» поздравляют Виктора Васильевича с юбилеем и желают ему доброго здоровья и успехов в научной и педагогической работе.
