CC BY
16
5. Урожайность кукурузы полевого опыта в зависимости от применения гуминовых препаратов
Вариант Урожайность, т/га Прибавка урожая
% т/га
Фон - Контроль (без удобрений)
1. 20,53 - -
2. 20,80 1,3 0,27
3. 21,40 4,2 0,87
4. 20,23 1,5 0,30
5. 18,47 - -2,06
НСР05 0,30
Фон - Навоз, 20 т/га
1. 28,70
2. 30,47 6,2 1,77
3. 32,71 14,0 4,01
4. 30,97 8,0 2,27
5. 29,10 1,4 0,4
НСР05 1,7
Фон - Навоз, 20 т/га + N60P60K60
1. 32,50
2. 41,87 29,0 9,37
3. 43,67 34,4 11,17
4. 42,87 32,0 10,37
5. 38,47 18,4 5,97
НСР05 5,2
Примечание. Расшифровка вариантов дана в таблице 4.
Как и на викоовсяной смеси, некорневая обработка гуминовыми препаратами на растениях кукурузы также показала достаточно высокую их эффективность (табл. 5). На всех фонах питания наблюдается увеличение урожайности на 39,8 и 100,4% по сравнению с не удоб-
ренным фоном. Наибольшая прибавка наблюдается на фоне навоз, 20 т/га + Кб0Рб0Кда, где она составила 11,97 т/га. Препарат Дарина на всех фонах питания оказал наилучший результат, применение позволило увеличить урожайность кукурузы на фонах Навоз, 20 т/га и Навоз, 20 т/га + Кб0Рб0Кб0 соответственно на 53,0 и 104,1% по сравнению с контролем.
Анализируя полученные корреляционные зависимости, можно отметить довольно тесную связь между площадью листьев и урожайностью, и менее существенную - между высотой растения. Коэффициент корреляции (г) между площадью листьев и урожайностью кукурузы составил 0,823, а высотой растений — 0,614. Расчет коэффициента корреляции между урожайностью викоовсяной смеси и массой растений также показал тесную взаимосвязь, где г = 0,903.
Таким образом, в условиях юга Северо-Запада России гуминовые препараты показали положительный результат. Как в полевом, так и микрополевом опытах, они способствовали не только улучшению биометрических показателей растений кукурузы и викоовсяной смеси, но и увеличению урожайности. Наибольшие прибавки получены на органоминеральном фоне питания. Определена тесная взаимосвязь между урожайностью и площадью листьев на кукурузе и массой 1 растения -на викоовсяной смеси. В микрополевом опыте при изучении влияния некорневой обработки гумино-выми препаратами лучше всего проявил сорт картофеля Бриз. Эффективность гуминовых препаратов в полевом опыте была различна и зависела от используемой культуры.
Литература
1. Черногоров А.Л., Чекмарев П.А., Васенев И.И., Гогмачадзе Г.Д. Агроэкологическая оценка земель и оптимизация землепользования. - М.: Изд-во МГУ, 2012. - 268 с.
2. Федосеев А.П. Погода и эффективность удобрений. - Ленинград: Гидрометиздат, 1985. - 144 с.
3. Алтунин Д.А., Скороходова Н.В. Влияние удобрений на плодородие почвы и продуктивность кормовых культур в Нечерноземной зоне / Материалы 1-й международной конференции «Дождевые черви и плодородие почв. -Владимир, 2002. - С. 143-144.
4. Левченкова А.Н. Оценка некорневой обработки гуминовыми препаратами на разных фонах питания // Агрохимический вестник, 2013, № 5. - С. 31-33.
УДК 553.57:574+66.081:577.346
ДИНАМИКА ПРОЧНОСТИ И СТЕПЕНИ СОРБЦИИ ИЗОТОПА СТРОНЦИЯ ПРИРОДНЫМИ МИНЕРАЛАМИ И ИСКУССТВЕННЫМИ СОРБЕНТАМИ
ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА
Д.В. Крыленкин, И.В. Гешель (научный руководитель - Н.И. Санжарова, д.б.н.)
ВНИИ сельскохозяйственной радиологии агроэкологии, e-mail: [email protected]
Изучена сорбционная способность природных минералов (диатомит и трепел) и новых искусственных сорбентов по отношению к 90Sr, поступающему в окружающую среду при функционировании предприятий ядерного топливного цикла. Показано резкое снижение подвижности радионуклида в течение первых двух недель после начала взаимодействия с сорбентами. Со временем наблюдается снижение степени и прочности сорбции радионуклида всеми сорбентами, но искусственными в меньшей степени, чем природными.
Ключевые слова: сорбенты, минералы, 90Sr, динамика, сорбция, окружающая среда. 26 Агрохимический вестник • № 3 - 2014
DYNAMICS OF RADIOSTRONTIUM STABILITY AND SORPTION LEVEL WITH NATURAL MINERALS AND ARTIFICIAL SORBENTS FROM WATER SOLUTION
D.V. Krylenkin, I.V. Geshel
ARSRI of Agricultural Radiology and Agroecology e-mail: [email protected]
The sorption dynamics of 90Sr produced by NFC to the environment with natural minerals (diatomite and tripoli) and new artificial sorbents from water solution during a two-year period were examined. A sharp decrease of radionuclide mobility in the first two weeks after the beginning of interaction with sorbents was reported. With time the reduction of radionuclide strength and sorption with all sorbents was observed, artificial to a lower extent, however, then natural.
Keywords: sorbents, minerals, 90Sr, dynamics, sorption, environment.
Экологическая безопасность предприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ) - один из ключевых моментов при обосновании перспектив развития ядерной энергетики. Источниками поступления 91^г в окружающую среду и агросферу служат радиоактивные выпадения в результате испытаний ядерного оружия, нормализованных выбросов АЭС, а также аварий на предприятиях ЯТЦ [1, 2]. 9^г характеризуется бета-излучением с энергией около 0,546 МэВ. Радиологическая значимость 91^г обусловлена его высоким выходом при делении, длительным периодом полураспада (30 лет) и подвижностью в природных и сельскохозяйственных цепочках миграции [3]. Значительное количество 91^г поступило в природные и аграрные экосистемы в результате аварии 1957 г. на НПО «Маяк», что привело к образованию Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС) протяженностью до 300350 км и шириной 30-50 км. При аварии на Чернобыльской АЭС основная часть 91^г выпала в виде топливных частиц в пределах 30 км зоны. Загрязнение значительных территорий поставило задачу поиска эффективных приемов по снижению миграционной подвижности 91^г в экосистемах, включая аграрные [3].
В процессе нормального функционирования атомных электростанций формируются жидкие радиоактивные отходы, в состав которых входит ^г Для переработки жидких радиоактивных сточных вод на АЭС используют термические, сорбционные и мембранные методы очистки (методы очистки ЖРАО). Наиболее распространенным является термический метод, который обычно дополняют сорбционным - удаление радионуклидов из сточных вод в результате адсорбции, ионного обмена, адгезии и т.д. [4, 5].
Использование глинистых минералов и сорбентов -один из приемов снижения подвижности радионуклидов в различных средах [5, 6]. Среди применяемых сорбентов наибольшее распространение имеют сорбенты, полученные на базе антрацита или монтмориллонита, также других глинистых минералов [6-9]. Известен способ переработки жидких радиоактивных отходов [10], заключающийся в том, что отходы обрабатывают измельченной алюмосиликатной глиной при температурах от 30 до 100°С с целью фиксации радиоактивных солей в матрице алюмосиликата.
Спицын В.И. и Громов В.В. [11] показали, что 9^г преимущественно сорбируется минералами асканитом, бентонитом, вермикулитом, гумбрином и флогопитом, а в меньшей степени - гидрогетитом и гидромусковитом. Минералы группы монтмориллонита поглощают 92-99%, минералы каолинитовой группы - 40-68%, слюды - 7187%, кальцита, полевых шпатов, кварца и гипса - от 1050% [11]. Для 9^г существенное значение играет изо-
морфное замещение в таких минералах как кальцит и известняк (СаСО3), гипс ^SO^^O), доломит (CaMg(CO3)2) и другие, у которых также происходит изоморфное замещение Са и Mg на 90Sr. По энергии адсорбируемое™ атомы Sr в лиотропном ряду занимают промежуточное место между Ba и Ca2+, т.е. энергия сорбции Ca и 90Sr минералами неодинакова [9, 12].
В последние годы ведется активная разработка новых эффективных сорбентов на основе широко распространенных диатомита и трепела. Во ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии создана серия комплексных сорбентов КС-10СХ и КС-20СХ (сельскохозяйственные сорбенты), КС-10Т и КС-20Т (технические сорбенты) [13].
Цель настоящей работы - исследование динамики прочности и степени сорбции 90Sr природными и искусственными сорбентами.
Для исследования были выбраны следующие сорбенты: природные минералы (диатомит и трепел), а также искусственные сорбенты, разработанные во ВНИИС-ХРАЭ (КС-10Т, КС-20Т, КС-10СХ, КС-20СХ). Трепел добыт на Зикеевском месторождении Калужской области, диатомит получен из Потаненского месторождения Челябинской области.
Способ получения комплексного сорбента, заключается в обработке измельченного природного сырья на основе опал-кристобалитовой породы раствором кислоты и высушивания полученного продукта. Сырье подвергают гидролизу в горячем щелочном растворе, содержащем алюминат калия K3[Al(OH)6, после завершения реакции полученную суспензию выдерживают в герметичном реакторе при температуре 150°С и под давлением. Для нейтрализации используют серную кислоту для КС-10Т, КС-20Т версий сорбентов и фосфорную кислоту для КС-10СХ, КС-20СХ [14].
Характеристику исследуемых сорбентов определяли по стандартным методикам: pH - метод ЦИНАО (ГОСТ 26483); гидролитическая кислотность - метод Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212); определение ЕКО - по методу Бобко-Аскинази; подвижный фосфор - фотоколориметрическим методом; подвижные калий, натрий, магний и кальций - атомно-адсорбционным методом (спетрометр SpectrAA 250 Plus фирмы Varian) [15].
Для изучения процессов сорбции радионуклид вносили в сорбенты в виде раствора 90Sr(NO3)2. Измеренная средняя концентрация радионуклида составила (415±23) Бк/г сорбента. Влажность образцов в течение опыта поддерживали на уровне 60% полной влагоемкости. Для оценки подвижности 90Sr применяли метод последовательных вытяжек Ф.И. Павлоцкой [2]: H2O 1:5 (водораст-
Физико-химические свойства сорбентов
Образец PHrci Формы подвижного калия, K2O, мг/кг Общий фосфор ЕКО, ммоль-
водорастворимая усваиваемая P2O5, мг/кг экв/100г
Трепел 3,84 - - 0,96 25,00
Диатомит 6,53 - - 1,44 16,00
КС-10СХ 8,95 6,11 22,13 3,84 126,50
КС-20СХ 8,52 7,25 13,49 7,19 162,50
КС-10Т 8,78 1,44 8,00 2,64 103,17
КС-20Т 7,01 1,44 7,63 1,68 133,17
воримая форма); 1 н. CH3COONH4 1:10 (обменная форма); 1 н. HCl 1:10 (подвижная форма); 6 н. HCl 1:10 (ки-слоторастворимая форма).
Для изучения динамики сорбции пробы отбирали в трехкратной повторности через 30 мин.; 1 час; 6 час; 1 сут., 7, 15, 30, 90, 180 сут; 1 год, 2 года.
Эффективность применения искусственных сорбентов для снижения подвижности 90Sr зависит от его минералогического состава и емкости катионного обмена (ЕКО). В составе искусственных сорбентов были идентифицированы пики, которые можно отнести к минералам типа монтмориллонита, вермикулита, иллита, альбита, мусковита, микроклина и олигоклаза и некоторым другим. В связи со сложным минералогическим составом комплексных сорбентов четкая идентификация состава не представляется возможной. Некоторая часть пиков рентгенограммы не удалось отнести к имеющимся в базе данных минералам.
Результаты и обсуждение. Технология производства искусственных сорбентов определяет введение в их состав фосфора и калия, содержание которых выше в сорбентах КС-10СХ, КС-20СХ (табл. 1). Исследованные образцы природных минералов и искусственных сорбентов значительно различаются по сорбционным свойствам. Емкость катионного обмена искусственных сорбентов в 3-8 раз выше, чем природных минералов.
Динамику прочности и степени сорбции оценивали по соотношению форм нахождения 90Sr в исследуемых сорбентах. Полученные результаты показывают, что во всех образцах содержание водорастворимой формы 90Sr было минимальным и варьировало от 0,1 до 2%, а для диатомита - от 2 до 8%. Достоверных различий по содержанию водорастворимой формы радионуклида в зависимости от времени не выявлено.
Содержание обменной формы радионуклида варьировало в широких пределах, как для различных образцов, так и в зависимости от времени взаимодействия. Во всех образцах (за исключением КС-10СХ) наблюдается снижение содержания обменной формы в первые 15 сут., однако через 30 сут. отмечена обратная тенденция. В этот период отмечено наступление относительного равновесия между различными формами содержания радионуклида в сорбентах. Максимальное (30-40%) содержание обменной формы радионуклида характерно для природных минералов (трепел и диатомит). Искусственные сорбенты более прочно сорбируют радионуклид, что приводит к снижению содержания обменной формы для КС-10Т в 2-3 раза, для КС-20Т - в 3-4, а для КС-10СХ и КС-20СХ - в 15-27 раз.
Динамика содержания подвижной формы 90Sr аналогична обменной - до 15 сут. отмечено резкое снижение содержания, а после 30 сут. устанавливается относи-
тельное равновесие. Для трепела и диатомита характерно минимальное (5-17%) содержание подвижной формы, а для КС-10СХ и КС-20СХ оно составляет 8-35%. Для всех искусственных сорбентов содержание подвижной формы выше, чем обменной, что указывает на более прочную сорбцию радионуклида.
Динамика содержания кислоторастворимой формы, характеризующей прочно фиксированную фракцию радионуклида, аналогична описанной выше. Это позволяет предположить, что все формы находятся в определенном динамическом равновесии после выхода на «плато» через 30 суток. Обработка диатомита и трепела 6 н. HCl приводит к извлечению от 1 до 5% радионуклида, а искусственных сорбентов - от 4 до 11%. Искусственные сорбенты характеризуются повышенным содержанием прочно фиксированной фракции по сравнению с естественными минералами.
Неизвлекаемый остаток составляет для трепела и диатомита 40-60%, для КС-10СХ и КС-20СХ - 53-72%, для КС-10Т и КС-20Т - 59-78%.
Для более детального рассмотрения изменения прочности и степени сорбции были сопоставлены два срока наблюдений (15 сут. и 2 года), когда отмечены существенные различия в эффективности действия между природными и искусственными сорбентами. Через 2 недели после начала взаимодействия содержание 90Sr в природных сорбентах в наиболее подвижных водорастворимой и обменной формах было в 3-22 и 2-25 раз выше, чем в искусственных, соответственно. При этом содержание подвижной и кислоторастворимой форм было в 2-5 раз выше в искусственных сорбентах, чем в природных. Содержание неиз-влекаемого остатка 90Sr для разных сорбентов варьировало от 62 до 79%, минимальное отмечено в естественных сорбентах, а максимальное - в КС-10Т и КС-20Т.
Через 2 года содержание водорастворимой формы 90Sr в природных сорбентах было выше, чем в искусственных в 1,5-32 раза. Содержание подвижной и кислото-растворимой форм в искусственных сорбентах по сравнению с естественными превышало аналогичные значения в 2-4 раза. Доля неизвлекаемого остатка 90Sr для разных сорбентов составляет от 39 до 60%, максимальное значение зафиксировано для КС-10СХ и КС-20СХ.
Данные показывают, что произошло перераспределение содержания 90Sr между различными формами. У природных сорбентов содержание водорастворимой формы выросло с 1-2 до 4%, у искусственных сорбентов значительных изменений не обнаружено. Содержание обменной формы для природных сорбентов выросло в 1,5 раза, искусственных - приблизительно в 3 раза, а для сельскохозяйственных - осталось без изменений или уменьшилось. Содержание подвижной формы 90Sr как для природных, так и для искусственных сорбентов выросло в
1,5-2,0 раза. Содержание кислоторастворимой формы стронция для природных сорбентов увеличилась в 2-4 раза, для сельскохозяйственных - в 2 раза, для искусственных - в 3,5-4 раза. Доля неизвлекаемого остатка 90Sr для природных сорбентов снизилась на 18%, для сельскохозяйственных - на 13%, для искусственных на 35-40%.
Выводы. 1. Для природных минералов характерно нахождение 90Sr преимущественно в обменной форме (30-40% для трепела, 16-37% для диатомита) и водорастворимой (0,2-1,0 и 3-8%, соответственно). Содержание подвижной фракции составляет 5-16% в трепеле и 8-14% в диатомите, а 6 н. HCl извлекается 1-5% радионуклида. 2. Для искусственных сорбентов соотношение форм зависит от типа сорбента. Со-
держание 90Sr в подвижной и кислоторастворимой формах составляет 35,5%; водорастворимой формы -менее 1%, а обменной варьирует от 0,1 до 27%. 3. Динамика различных форм содержания 90Sr характеризуется резким снижением подвижности радионуклида в течение первых двух недель после начала взаимодействия с сорбентами, а через 30-90 сут. устанавливается относительное равновесие. 4. Со временем отмечено снижение степени и прочности сорбции радионуклида всеми сорбентами, однако искусственными в меньшей степени, чем природными. При этом эффективность сорбции сельскохозяйственных сорбентов была стабильно высокой в течение всего периода исследований.
Литература
1. Ильина Л.А., Губанова В.А. Крупные радиационные аварии: последствия и защитные меры. - М.: ИздАТ, 2001. - 751 с.
2. Павлоцкая Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах. - М.: Атомиздат, 1974. - 216 с.
3. Алексахин Р.М., Корнеев Н.А. Сельскохозяйственная радиоэкология. - М.: Экология, 1992. - 400 с.
4. Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах: Материалы Всероссийской научно-методической конференции, Санкт-Петербург, Т. 4. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. - 176 c.
5. Поляков Ю.А. Радиоэкология и дезактивация почв. - М.: Атомиздат, 1970. - 304 с.
6. Алехина М.Б., Ахназарова С.Л., Иванова Е.Н., Конькова Т.В. Оптимизация процесса активации цеолитов методом планирования эксперимента / Материалы IV Международной научной конференции «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья (Белгород, 24-28 сентября 2012 г.)». - Белгород: ИД «Белгород», 2012. - С. 5-8.
7. Габрук Н.Г., Везенцов А.И., Олейникова И.И., Харитонова М.Н., Ушакова Н.С. Изучение сорбционных характеристик природных и модифицированных глин различных месторождений / Материалы IV Международной научной конференции «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья (Белгород, 24-28 сентября 2012 г.)». - Белгород: ИД «Белгород», 2012. - С. 62-65.
8. Мухин В.М., Киреев С.Г., Сотникова Н.И., Учанов П.В. Разработка технологии получения активного угля на основе антрацита и исследование его свойств / Материалы IV Международной научной конференции «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья (Белгород, 24-28 сентября 2012 г.)». - Белгород: ИД «Белгород», 2012. - С. 107-111.
9. Valcke E., Vidal M., Cremers A., Ivanov J., Perepelyatnikov G. The use of ceolites as amendments in radiocaesium and radiostrontium contaminated soils: A soil-chemical approach // Science, 1997, V. 18. - P. 218-224.
10. Патент Франции Способ очистки жидких радиоактивных отходов № 2266264, МПК G 21 F 9/16, 1975 г.
11. Спицын В.И., Громов В.В. Поглощение 90Sr минералами // Почвоведение, 1959, № 12. - С. 45.
12. Тимофеев-Ресовский И.В., Титлянова А.А., Тимофеев Н.А., Махонина Г.И., Молчанова И.В., Чеботина М.Я. Поведение радиоактивных изотопов в системе почва-раствор / В кн.: Радиоактивность почв и методы ее определения. - М.: Издательство «Наука», 1966. - С. 46-80.
13. Крыленкин Д.В., Санжарова Н.И., Андреева Н.В., Гешель И.В., Белова Н.В. Динамика сорбции 90Sr минералами и сорбентами / Материалы IV Международной научной конференции «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья (Белгород, 24-28 сентября 2012 г.)». - Белгород: ИД «Белгород», 2012. - С. 226-231.
14. Патент РФ Способ получения комплексного сорбента №2427420, МПК B 01 J 20/30, 2006 г.
15. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 488 с.
ПЕРВЫЙ КАРТОФЕЛЬНЫЙ ФОРУМ СИБИРИ
Новосибирск, «Экспоцентр», ул. Станционная, 104
29 октября 2014 г. в рамках выставки «АгроСиб - 2014» в Новосибирске пройдет «Первый картофельный форум Сибири».
В рамках Форума участники смогут ознакомиться с современными технологиями возделывания и хранения картофеля, поделиться опытом, пообщаться с представителями крупнейших фирм.
Для сибирского производителя сегодня важно выращивать товарный продовольственный картофель высокого качества и получать стабильные урожаи. Только такой картофель дает производителю возможность иметь хорошие прибыли и отличные перспективы для дальнейшего развития.
Для этого организаторы Форума привлекают компании, которые поставляют семена высокопродуктивных сортов картофеля, эффективные удобрения и средства защиты, современную сельхозтехнику. Только из-за некачественной техники и устаревших технологий теряется до трети урожая. Сельхозтехника всегда должна быть на высоте, поэтому в Форуме примут участие только лучшие производители.
На сегодняшний день о своем участии в Форуме заявили предприятия из Новосибирской, Омской, Томской, Кемеровской областей, Алтайского, Красноярского краев, города Москвы, Республики Хакасия, Республики Казахстан.
ПЕРВЫЙ КАРТОФЕЛЬНЫЙ ФОРУМ СИБИРИ
