CC BY
30
УДК 631.8:631.432:621.039.58
С. Н. Лекунович
НАКОПЛЕНИЕ 137С МНОГОЛЕТНИМИ ЗЛАКОВЫМИ ТРАВАМИ НА МЕЛКОЗАЛЕЖНЫХ ТОРФЯНИКАХ В УСЛОВИЯХ ВТОРИЧНОГО ЗАБОЛАЧИВАНИЯ
Введение
Особое место среди природных экосистем загрязненной радионуклидами территории занимают сенокосы и пастбища. Их особое положение объясняется, с одной стороны, спецификой миграции долгоживущих 137Сб и 908г, а с другой, сенокосы и пастбища являются основной кормовой базой сельскохозяйственных животных и источником поступления радионуклидов в организм КРС и далее в продукцию животноводства. Молоко является основным дозообразующим источником внутреннего облучения населения, проживающего на загрязненной территории.
На переход радионуклидов из почвы в растения и накопление их в урожае влияет большое количество факторов. Вычленить влияние отдельного фактора на процесс перехода радионуклидов в растения достаточно сложно. Это обусловлено тем, что большинство факторов взаимосвязаны между собой, и зачастую степень воздействия одного из них зависит от влияния всего комплекса факторов в целом.
В процессе хозяйственной деятельности на мелиорированных, загрязненных радионуклидами землях можно оказывать влияние только на некоторые из факторов: водный режим, агрохимические свойства почвы, вид возделываемой культуры, распределение радионуклидов по глубине почвенного профиля при обработке почвы. При этом регулируемыми факторами в течение вегетационного периода являются только водный режим и агрохимические свойства почвы.
Основным регионом, пострадавшим в результате Чернобыльской аварии, является Белорусско-Украинское Полесье. Эта зона расположена на дерново-подзолистых и торфяно-болотных почвах, для которых характерно получение высокозагрязненной растениеводческой продукции 137Сб при относительно низких плотностях загрязнения территории этим радионуклидом.
Из всего многообразия факторов, влияющих на накопление растениями радионуклидов из почвы, наиболее значимым для региона Белорусского Полесья является водный режим.
В естественных условиях водный режим почвы практически не поддается регулированию. На осушенных же землях эта задача вполне решаема. Существующие конструкции гидромелиоративных систем позволяют обеспечивать различную степень осушения в требуемые сроки в периоды избытка влаги в почве или повышать влагозапасы в засушливые.
Проводимые в недостаточном объеме эксплуатационно-уходные работы на загрязненных радионуклидами землях не обеспечивают основного требования: поддержание оптимального водно-воздушного режима почв. Анализ показывает, что более половины осушенных земель Белорусского Полесья, имеющих ту или иную степень радиоактивного загрязнения, в настоящее время находится в неудовлетворительном состоянии по водному режиму. Водный режим на 15-25% осушенных площадей, согласно проведенной инвентаризации мелиоративных систем в 1995-1999 годах институтами «Белгипроводхоз» и «Полесьегипроводхоз», хорошо регулируется только в предпосевной период по отводу избыточных вод, на 10-15% осушенных земель он практически не регулируется (земли подвержены вторичному заболачиванию), на 60-75% осушенных площадей водный режим регулируется удовлетворительно.
Как показали исследования РНИУП «Институт радиологии» [1] и НИРУП «Институт почвоведения и агрохимии» [2], на автоморфных и временно избыточно увлажненных почвах по сравнению с дерново-глеевыми и дерново-подзолисто-глеевыми, накопление 137Сб в многолетних злаковых травах возрастало от 10 до 27 раз. Увеличение степени гидроморфности способствует увеличению подвижности элементов, что приводит к большей доступности радионуклидов для произрастающих трав.
Исследованиями Е. Н. Караваевой, И. В. Молчановой, Н. В. Куликова [3] установлено, что повышение обводненности почв приводит к увеличению содержания всех радионуклидов в жидкой фазе. Величины накопления радионуклидов в растениях незначительно колеблются в зависимости от влажности почв, а общий вынос радионуклидов с повышением влажности возрастает за счет увеличения биомассы растений.
Противоположные результаты были получены в НИРУП «Институт почвоведения и агрохимии». На переувлажненных почвах, даже при незначительных загрязнениях почвы радионуклидами, накопление их в растительных кормах может быть существенным, при этом концентрация радионуклидов в зеленой массе растений может возрасти в 5-8 раз [4], [2].
Опыты, проведенные в различных почвенно-климатических условиях, не дали однозначных результатов по параметрам влагообеспеченности многолетних трав, позволяющих снизить накопление радионуклидов растениями. Высказываются противоречивые суждения о влиянии влажности почвы на переход радионуклидов, что говорит о сложности и недостаточной изученности данного вопроса [5].
В связи с тем, что радиоактивное загрязнении территории носит неравномерный характер, накопление радионуклидов в радиоэкологии принято выражать не в абсолютных значениях, а в коэффициентах перехода. Коэффициент перехода (Кп) - величина, характеризующая содержание радионуклидов в единице массы растений (Бк/кг) при плотности загрязнения почвы (кБк/м2).
Существует мнение, что изменение коэффициентов перехода радионуклидов при различных режимах увлажнения связано, в первую очередь, с биологическими особенностями произрастающих луговых растений [4].
Учитывая актуальность проблемы, исследования выполнялись на переувлажненных землях.
Методика исследований
Для установления влияния переувлажнения корнеобитаемого слоя почвы на переход 137Сб в многолетние злаковые травы исследования проводились на мелиоративной системе «Козицкое» СПК «Кончицы» на радиоактивно загрязненных переувлажненных почвах. Проводился отбор проб травы и почвы на оборудованных для этого местах - стационарах. Почвы представлены мелкозалежным торфяником мощностью 0,5-0,6 м с плотностью загрязнения 137Сб 74-100 кБк/м2. Агрохимические показатели корнеобитаемого слоя почвы следующие: рН в КС1 5,14; гидролитическая кислотность - 10,5 м. экв на 100 г почвы; содержание подвижного фосфора 221-276 мг на 1 кг почвы, калия 404-435 мг на 1 кг почвы; зольность верхнего слоя торфа - 47%. Уровни грунтовых вод измерялись в скважинах, установленных в центре стационаров.
При изучении вопроса влияния поверхностного затопления и подтопления различной длительности на продуктивность многолетних трав и их способность накапливать радионуклиды в 2005-2006 году для изучения влияния регулируемого затопления поймы на уровень накопления 137Сб многолетними травами проведены исследования на Припятском почвенно-мелиоративном стационаре в СПК «Ласицк» Пинского района Брестской области.
Полевые опыты заложены на специально построенных площадках - чеках, дающих возможность создания паводковых ситуаций с заданными параметрами: контроль (при естественном увлажнении), затопление травостоев, подтопление травостоев. Повторность вариантов четырехкратная. Почва опытного участка аллювиальная торфяная, развивающаяся на древесно-осоковых торфах, подстилаемых с глубины около 0,6 м песком. Плотность загрязнения почвы 137Сб в среднем равна 65 кБк/м2. Агрохимические показатели корнеобитаемого слоя почвы следующие: рН в КС1 6,5; гидролитическая кислотность - 52 м. экв на 100 г почвы; содержание подвижного фосфора 385-456 мг на 1 кг почвы; калия 131-150 мг; зольность верхнего слоя торфа - 22%. Бобово-злаковые травостои возделывались на фоне минеральных удобрений Р45 К^о. Использование травостоя двухукосное. Общая площадь опытной делянки 32 м2. Сроки отбора растительных образцов были приурочены к проведению отчуждения травостоев.
Затопление опытных чеков проводили передвижной насосной станцией СНП-80/80 в период отрастания трав после первого укоса слоем воды до 30 см на 5 суток, а подтопление травостоев было в это же время с уровнем грунтовых вод 0-9 см.
Отбор проб и их анализ выполнялись согласно общепринятым методикам с использованием агрохимических, спектрометрических методов, аппарата математической статистики.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате выполненных исследований в 2004-2006 годах на переувлажненных землях определена зависимость Кп 137Сб в сене многолетних трав от положения уровней грунтовых вод (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость накопления 137Сб в сене многолетних злаковых трав от уровней грунтовых вод на переувлажненных землях 2004-2006 гг.
При подъеме УГВ к поверхности, что происходит при переувлажнении, а затем и заболачивании почв, наблюдается увеличение перехода радионуклидов в травы. С понижением уровней грунтовых вод переход радионуклидов уменьшается.
Следовательно, переувлажнение корнеобитаемого слоя почвы как на ранее осушенных землях, так и на пойменных лугах в период весенних половодий и летне-осенних паводков приводит к увеличению накопления радионуклидов зеленой массой трав.
Полученные результаты наблюдений согласуются с материалами других исследователей. Подоляком А. Г. [6] установлено, что максимальные коэффициенты перехода наблюдаются для естественного травостоя заболоченного луга (Кп = 39,6 - 46,6), тогда как для пойменного и суходольного лугов они составили 2,5-4,0.
Увеличение коэффициентов перехода 137Сб в травостой заболоченного луга объясняется, с одной стороны, повышением доли обменных форм содержания этого радионуклида в торфяно-болотной почве, с другой стороны, высоким стоянием уровней грунтовых вод и увеличением в структуре травостоя луга доли представителей осоковых и разнотравья (болотной растительности).
В исследованиях А. Н. Марея, Р. М. Бархударова, Н. Я. Новиковой [7] концентрация 137Сб в траве на мелиорированном пастбище наблюдалась в 3-10 раз ниже, чем в траве на заболоченном пастбище. Аналогичные результаты получены В. Г. Дубовой, С. В. Фесенко. Кп 137Сб в многолетние травы на полугидроморфных почвах наблюдался в 2,2 раза выше, чем на автоморфных почвах [8].
При изучении влияния поверхностного затопления и подтопления различной длительности на продуктивность многолетних трав и их способность накапливать 137Сб установлено, что затопление и подтопление травостоев после первого укоса снижало общий урожай по сравнению с опытом при естественном увлажнении (рис. 2). При этом наибольшее накопление 137Сб в многолетних злаковых травах наблюдалось при подтоплении, несколько меньше накопление 137Сб - при затоплении травостоев (рис. 3).
При подтоплении вегетация растений не прекращается, а замедляется, а концентрация радионуклидов в почвенном растворе увеличивается. Следовательно, после отвода воды соответственно увеличивается вынос 137Сб надземной массой растений, произрастающих в условиях избыточного увлажнения.
Рис. 2. Влияние условий увлажнения на продуктивность многолетних трав
Рис. 3. Влияние условий увлажнения на накопление 137Сб в многолетних злаковых травах
При затоплении создаются анаэробные условия, при которых приостанавливаются физиологические процессы в надземной части растений (фотосинтез, дыхание, рост), нарушается обмен веществ между надземными и подземными органами растений, вместе с тем резко снижается поглотительная деятельность корневой системы растений, что в какой-то мере подавляет поступление 137Сб в надземную часть из почвенного раствора через корни. После отвода воды с поверхности чека уровень грунтовых вод падает и с током воды происходит вертикальная миграция радионуклидов 137Сб из верхнего почвенного слоя в нижележащие. В этот период у растений жизненные функции еще замедлены, и лишь при возобновлении вегетации происходит накопление 137Сб в биомассе травосмесей.
Полученные в экспериментальных исследованиях коэффициенты перехода позволяют оценить радиологическое качество корма на переувлажненных землях, представленных мелкозалежными торфяниками, при различных уровнях грунтовых вод и плотности загрязнения почвы (рис. 4).
Уровни грунтовых вод, см
Рис. 4. Прогноз загрязнения сена в зависимости от УГВ и плотности загрязнения почвы на переувлажненных землях
На переувлажненных землях при положении уровней грунтовых вод в диапазоне 40-85 см и плотности загрязнения почвы 137Cs, равной 37 кБк/м2, можно получать радиологически чистое сено. При УГВ 55-70 см получим сено, соответствующее РДУ, при этом плотность загрязнения почвы равна 55,5 кБк/м2 При плотности загрязнения почвы выше 74 кБк/м2 все сено, полученное с переувлажненных земель, будет превышать требования РДУ.
Выводы
1. Переувлажнение и вторичное заболачивание ранее осушенных земель приводит к значительному увеличению накопления 137Cs в многолетних злаковых травах.
2. Подтопление злаковых травостоев приводит к большему накоплению 137Cs в них по сравнению с затоплением.
3. Подтопление и затопление снижает урожайность злакового травостоя по сравнению с естественным увлажнением.
Литература
1. Агеец, В. Ю. Система радиоэкологических контрмер в агросфере Беларуси / В. Ю. Агеец. - Минск : Республиканское научно-исследовательское унитарное предприятие «Институт радиологии», 2001. - С. 250.
2. Богдевич, И. М. Особенности системы земледелия в зоне радиоактивного загрязнения / И. М. Богдевич // Адаптивные системы земледелия в Беларуси / под общ. ред. А. А. Попкова. - Минск, 2001. - С. 191-192.
3. Караваева, Е. Н. Режим почвенного увлажнения и миграция радионуклидов в почвенно-растительном покрове / Е. Н. Караваева, И. В. Молчанова, Н. В. Куликов // Радиоактивные изотопы в почвенно-растительном покрове. - Свердловск, 1979. - 17 с. - (Серия препринтов / УНЦ АН СССР).
4. Радиоактивное загрязнение растительности Беларуси (в связи с аварией на Чернобыльской АЭС) / под общ. ред. В. И. Парфенова и Б. И. Якушева. - Минск : Навука i тэхнжа, 1995. - 582 с.
5. Моисеев, И. Т. О влиянии влажности почвы на поступление 137Cs в сельскохозяйственные растения / И. Т. Моисеев, Ф. А. Тихомиров, Л. А. Рерих // Агрохимия. - 1974. - № 7. - С. 124-127.
6. Подоляк, А. Г. Влияние агрохимических и агротехнических приемов улучшения основных типов лугов Белорусского Полесья на поступление в травостой 137Cs и 90Sr : автореф. дис. ... канд. с/х наук : 06.01.04 / А. Г. Подоляк; НИРУП «Институт почвоведения и агрохимии». - Минск, 2002. - 21 с.
7. Марей, А. Н. Глобальные выпадения 137Cs и человек / А. Н. Марей, Р. М. Бархударов, Н. Я. Новиков. -М. : Атомиздат, 1974. - 168 с.
8. Дубовая, В. Г. Динамика коэффициентов перехода цезия-137 в естественные и сеяные травы в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС / В. Г. Дубовая, С. В. Фесенко // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2001. - № 2. - Т. 41. - С. 210-216.
Summary
Dependence of accumulation 137Cs in perennial cereals from position of levels of subsoil waters on the boggy grounds is established. Factors of transition 137Cs in hay are designed. Influence of flooding on efficiency and accumulation 137Cs in perennial cereals is covered.
Поступила в редакцию 08.01.07.
