CC BY
46
Обоснование реабилитации радиоактивно загрязнённых сельскохозяйственных угодий
Сотникова Н.А., Панов А.В.
ФГБНУ ВНИИ радиологии и агроэкологии ФАНО, Обнинск
Сохранившийся до настоящего времени риск превышения радиологических нормативов в производимой сельскохозяйственной продукции ряда регионов Российской Федерации, подвергшихся воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС, определяет необходимость внедрения в хозяйствах научно аргументированной системы экологически и экономически обоснованных реабилитационных мероприятий. Наиболее эффективным способом снижения перехода радионуклидов из почвы в сельскохозяйственную продукцию является использование комплекса минеральных и органических удобрений. В последние годы внесение агромелиорантов на радиоактивно загрязнённых сельскохозяйственных угодьях проводилось в недостаточном объёме. Это приводит к необходимости оптимизации их внедрения как с точки зрения получения продукции, удовлетворяющей нормативам, так и по экономическим показателям. Для практического использования в сельхозпредприятиях создана система поддержки принятия решений (СППР) по оценке экологической и экономической эффективности реабилитационных технологий ведения сельскохозяйственного производства на территориях, загрязнённых радионуклидами. Проведён анализ и представлена характеристика альтернативных технологий ведения растениеводства и кормопроизводства на радиоактивно загрязнённых сельскохозяйственных угодьях, включая следующие показатели: кратность снижения содержания радионуклидов в продукции (радиоэкологическая эффективность), увеличение урожайности сельскохозяйственных культур, затраты, связанные с внедрением технологии (экономическая эффективность), объёмы применения агромелиорантов. На примере наиболее радиоактивно загрязнённых хозяйств южных районов Калужской области дана экологическая и экономическая оценка эффективности технологий ведения растениеводства, кормопроизводства и животноводства.
Ключевые слова: авария на ЧАЭС; радиоактивное загрязнение; 137Cs; сельское хозяйство; реабилитационные технологии; оценка радиологической эффективности; оценка экономической эффективности; агромелиоранты; продукция, соответствующая нормативам; система поддержки принятия решений.
Проблемы ведения сельскохозяйственного производства и внедрения оптимальных реабилитационных технологий в зоне воздействия радиационной аварии относятся к числу наиболее сложных, так как затрагивают комплекс экологических, социальных и экономических вопросов поддержания и восстановления привычного уклада жизни населения на огромной территории [1]. Загрязнение 1370б трёх южных районов Калужской области, подвергшихся воздействию в результате аварии на ЧАЭС, оказывает негативное влияние на сельское хозяйство региона [2]. Так, в ряде хозяйств и населённых пунктов этих районов до настоящего времени сохраняется риск превышения радиологических нормативов в производимой сельскохозяйственной продукции [3, 4]. В последние годы на сельскохозяйственных угодьях Калужской области, из-за высоких цен, агромелиоранты применяются в малых объёмах, которые не обеспечивают не только
137
снижение содержания Об, но и достаточный уровень почвенного плодородия. Так, по оценкам ФГБУ «Калугаагрохимрадиология» минеральные удобрения вносятся в области только на 30% от общих посевных площадей, а органические - лишь на 9% [5]. Всё это определяет необходимость проведения в хозяйствах комплекса экономически обоснованных мероприятий, обеспечивающих производство экологически безопасной сельскохозяйственной продукции при мини-
Сотникова Н.А. - аспирант, мл. научн. сотр.; Панов А.В.* - зав. сектором, д.б н. ФГБНУ ВНИИРАЭ.
•Контакты: 249032, Калужская обл., Обнинск, Киевское шоссе, 109-й км. Тел.: 8 (484) 399-69-59; e-mail: riar@mail.ru.
мальных затратах. Целью работы являлось экологическое и экономическое обоснование оптимальных реабилитационных технологий ведения сельскохозяйственного производства на радиоактивно загрязнённых территориях южных районов Калужской области.
Решение задач исследования основывается на разработанном методологическом подходе, а также системе поддержки принятия решений (СППР) по оценке радиоэкологической и экономической эффективности реабилитационных технологий ведения сельскохозяйственного производства на территориях, загрязнённых радионуклидами [6].
Характеристика реабилитационных технологий ведения растениеводства и
кормопроизводства
К настоящему времени накоплен большой опыт ведения земледелия в зонах воздействия радиационных аварий [7]. В комплексе реабилитационных технологий немаловажную роль играют агрохимические приёмы, которые включают: использование различных видов минеральных (азотные, фосфорные, калийные) и органических (навоз, сидерат) удобрений, известкование кислых почв, применение сорбентов, комплексных удобрений и др. Изменение соотношения элементов питания растений, при внесении удобрений, позволяет снизить переход радионуклидов в продукцию растениеводства и кормопроизводства, а также повысить урожайность культур. Однако при большом увеличении продуктивности повышается вынос радионуклидов зелёной массой растений. Поэтому для выбора эффективных реабилитационных технологий важным фактором является достижение оптимального соотношения между их радиологической эффективностью (кратностью снижения содержания радионуклидов в растениях) и экономической выгодой (увеличение урожайности культур).
Для оценки радиоэкологической и экономической эффективности реабилитационных технологий в данной работе отобрано несколько альтернативных агрохимических мероприятий, направленных на производство экологически безопасной продукции растениеводства и кормов сельскохозяйственных животных. На первом этапе для выделенных технологий определялись два ключевых показателя: кратность снижения содержания радионуклидов в продукции и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур. На втором - проводился сравнительный анализ экономической эффективности технологий на основе оценки следующих параметров: затраты на производство продукции и применение агромелиорантов, прирост прибыли от реализации продукции, соответствующей нормативу, рентабельность дополнительных затрат. Выбор технологий для основных сельскохозяйственных культур, производимых в исследуемом регионе Калужской области, основывался на результатах анализа собранной информации из литературных источников, опубликованных в период 1986-2013 гг. и обобщённой в созданной базе данных [8]. Для озимой ржи отобрано для анализа эффективности 18 технологий, для ячменя - 14, овса - 15, картофеля - 15, овощей - 1, трав - 13, кукурузы на силос - 8 и сена - 22.
Весь комплекс анализируемых агрохимических технологий включает: известкование почв в дозе 3 т/га (кроме овощей); внесение азотных, фосфорных и калийных удобрений в различных дозах и соотношениях; применение органических удобрений (навоза) в дозах от 40 до 120 т/га; сочетанное применение минеральных удобрений совместно с известкованием и внесением органики; применение новых комплексных удобрений при производстве сена (борофоска, супродит).
За счёт рассматриваемых агрохимических технологий, возможно снижение в широких
137
пределах содержания об: в озимой ржи от 1,2 до 2,5 раза, в ячмене 1,2-2,6 раза, в овсе
от 1,2 до 3,4 раза, в картофеле 1,1-3,0 раза, в овощах в 1,5 раза, в травах 1,1-3,5 раза, в кукурузе 1,5-2,0 раза, в сене трав от 1,1 до 8,2 раза.
При использовании агромелиорантов также увеличивается урожайность сельскохозяйственных культур: озимой ржи от 1,1 до 3,1 раза, ячменя 1,2-3,3 раза, овса от 1,4 до 2,6 раза, картофеля 1,1-3,2 раза, овощей в 1,5 раза, трав (однолетних и многолетних) 1,1-1,8 раза, кукурузы 1,1-1,4 раза, сена трав от 1,2 до 4,5 раза.
Необходимо отметить, что при применении агромелиорантов важным является сбалансированное внесение азотных, фосфорных и калийных удобрений в соотношении ЫРК=1:1:1,5 (при стандартных технологиях ведения сельскохозяйственного производства) и ЫРК=1:1,5:2,0 (при использовании реабилитационных мероприятий с целью снижения содержания радионуклидов в продукции) (1 - зональные (базовые) дозы).
Анализ характеристик отобранных агрохимических технологий показал, что с увеличением доз внесения минеральных удобрений до определённого уровня, в частности калийных, увеличивается и их радиоэкологическая эффективность, а с увеличением доз азотных повышается урожайность сельскохозяйственных культур. Однако с увеличением доз удобрений увеличиваются и затраты на их применение. Всё это приводит к необходимости проведения сравнительного экологического и экономического анализа эффективности применения агромелиорантов в конкретных условиях исследуемого региона Калужской области и на этой основе обоснования наиболее оптимальных вариантов реабилитации радиоактивно загрязнённых сельскохозяйственных угодий для производства экологически чистых продуктов питания.
Все предложенные для анализа технологии ведения растениеводства и кормопроизводства интегрированы в систему поддержки принятия решений «Оценка эколого-экономической эффективности реабилитационных технологий ведения сельскохозяйственного производства на территориях, загрязнённых радионуклидами» (ОЭРТ-Р) [6]. Для каждой из технологий применения минеральных удобрений, в зависимости от дозы, определены объёмы внесения (табл. 1): азота в виде аммиачной селитры (35%), фосфора в виде двойного суперфосфата (40%), калия в виде калийной соли (40%), кальция в виде известковой муки, а также рассчитаны затраты на использование каждого из видов агромелиорантов при внедрении технологии. Выполненные в модуле расчёты дали возможность провести сравнительный анализ эффективности выбранных технологий.
Таблица 1
Объёмы применения агромелиорантов при ведении растениеводства и
кормопроизводства, т/га
Вид удобрений
Доза, кг/га N - азотные (аммиачная селитра 35%) Р - фосфорные (двойной суперфосфат 40%) К - калийные (калийная соль 40%)
40 0,114 0,100 0,100
60 0,171 0,150 0,150
90 0,257 0,225 0,225
120 0,343 0,300 0,300
140 0,400 0,350 0,350
150 0,429 0,375 0,375
180 0,514 0,450 0,450
210 0,600 0,525 0,525
240 0,686 0,600 0,600
270 0,771 0,675 0,675
300 0,857 0,750 0,750
360 1,029 0,900 0,900
Оценка необходимости внедрения реабилитационных технологий в хозяйствах южных районов Калужской области
Исходными данными для оценки потребности внедрения реабилитационных технологий в хозяйствах Калужской области стали результаты последнего радиологического обследования сельскохозяйственных угодий, проведённого ФГБУ «Калугаагрохимрадиология» и представленного в работе [3].
Наиболее загрязнёнными 1370б в Калужской области являются три южных района: Жизд-ринский, Ульяновский, Хвастовичский (табл. 2). В настоящее время в Жиздринском районе максимальные плотности загрязнения 1370б отмечаются в хозяйстве «Авангард» (пашни в среднем по хозяйству - 140 кБк/м2, сенокосов и пастбищ - 150 кБк/м2 по 1370б). В Ульяновском районе наиболее радиоактивно загрязнёнными являются три хозяйства: «Мир», «Красный маяк» и «Коммунар». Плотности загрязнения 1370б их сельскохозяйственных угодий варьируют в пределах 135-180 кБк/м . В Хвастовичском районе критичными хозяйствами по уровням загрязнения
137 137
Об являются: «Коммунар», «Долина» и «Альшань». Плотности загрязнения Об их пашни составляют 110-145 кБк/м2, а сенокосов и пастбищ - 120-175 кБк/м2.
Таблица 2
137
Диапазон плотностей загрязнения Се почв сельскохозяйственных угодий южных районов Калужской области в 2012 г., кБк/м2
Вид угодий Жиздринский Ульяновский Хвастовичский
Пашня 10-140 25-160 10-145
Сенокосы и пастбища 20-150 20-180 10-175
Всего 15-145 22-170 10-160
Помимо уровней загрязнения 1370б пашни и сенокосов, на накопление данного радионуклида в сельскохозяйственной продукции большое влияние оказывают почвенные характеристики сельскохозяйственных угодий [9]. В рассматриваемых районах Калужской области почвенный покров сельскохозяйственных угодий представлен, в основном, дерново-подзолистыми почвами (42-67%), из них песчаными и супесчаными - 5-39%, легко-, среднесуглинистыми - 2840%. Также есть небольшой процент торфяно-болотных почв, характеризующихся максималь-
137
ным переходом Об в сельскохозяйственную продукцию [10].
Для определения потребности внедрения реабилитационных технологий был использован консервативный подход, т.е. оценивалось потенциальное загрязнение 1370б сельскохозяйственной продукции, которая может производиться в выделенных критичных хозяйствах с максимальными уровнями загрязнения данным радионуклидом (табл. 2). При этом прогнозные
137
оценки загрязнения сельскохозяйственной продукции Об выполнены для зерновых, картофеля, овощей, трав и кукурузы на силос по двум группам почв: песчаным, супесчаным и легко- и среднесуглинистым, а для сена, молока и говядины по трём группам почв (дополнительно тор-фяно-болотные почвы). В расчётах использованы коэффициенты перехода (КП) 1370б для выделенных видов продукции и групп почв из работ [9, 11]. В табл. 3 представлены полученные результаты. На основе модельных расчётов были определены виды продукции с превышением радиологических нормативов и те, для которых существует высокий риск их превышения (со-
137
держание Об в продукции на уровне 70% от норматива и выше [12]). Как видно из данных табл. 3, в выделенных наиболее критичных хозяйствах всех трёх районов существует риск пре-
137
вышения норматива ВП 13.5.13/06-01 по содержанию Об в траве, производимой на пашне,
почвенный покров которой представлен песчаными, супесчаными и легко- и среднесуглинисты-ми почвами. Также существует риск превышения радиологических нормативов в сене, молоке и говядине, которые производятся на торфяно-болотных почвах. Несмотря на то, что содержание этого типа почв в Калужской области невелико (около 2 тыс. га [4]), высокие КП 1370б в продукцию животноводства и кормопроизводства определяют необходимость выбора оптимальных реабилитационных технологий ведения и этих типов сельскохозяйственного производства. При оценке эффективности технологий ведения растениеводства, прежде всего, необходимо основываться на радиоэкологических и экономических критериях.
Таблица 3
137
Потенциальная удельная активность Се в сельскохозяйственной продукции хозяйств южных районов Калужской области с максимальными плотностями загрязнения,
Бк/кг(л)***
Вид продукции Жиздринский Ульяновский Хвастовичский
I* II* 111* I II III I II III
Зерновые 28 11 - 32 13 - 29 12 -
Картофель 14 7 - 16 8 - 15 7 -
Овощи 21 14 - 24 16 - 22 15 -
Трава 140** 84 - 160 96 - 145 87 -
Кукуруза 18 14 - 21 16 - 19 15 -
Сено 225 150 675 270 180 810 260 175 790
Молоко 30 10 90 36 12 108 35 12 105
Говядина 90 38 300 108 45 360 105 44 350
Примечание. * I - песчаные, супесчаные, II - легко- и среднесуглинистые, III - торфяно-болотные почвы; ** - тёмный цвет, превышение или высокий риск превышения нормативов; *** Расчёт уровня загрязнения продукции производится по формуле:
Апр=КППп, где Апр - удельная активность продукции, Бк/кг; КП - коэффициент перехода в продукцию 137Cs (Бк/кг растений)/(кБк/м2 почвы); Пп - плотность загрязнения почв, кБк/м2. Риск превышения нормативов рассматривается исходя из предельно допустимого содержания 137Cs в продукции, Бк/кг (СанПиН 2.3.2.1078-01 (с доп. и изм. №18 - СанПиН 2.3.2.2650-10)).
Оценка эффективности внедрения реабилитационных технологий в растениеводстве в южных районах Калужской области
Анализ экологической и экономической эффективности внедрения реабилитационных технологий в растениеводстве проведён с помощью СППР ОЭРТ-Р, разработанной для практического использования в сельхозпредприятиях [6].
Тестирование работы СППР ОЭРТ-Р выполнено на примере оценки эффективности известкования в повышенной дозе (3 т/га) одного из наиболее загрязнённых 1370б (260 кБк/м2) участков пашни хозяйства «Авангард» Жиздринского района Калужской области. Площадь участка 19 га, почва песчаная, характеризующаяся повышенным переходом радионуклидов в рас-
137
тения, поэтому при оценке уровней загрязнения Об продукции использовался консервативный подход (максимальные коэффициенты перехода). Были рассмотрены варианты производства на этом участке основных растениеводческих культур: озимая рожь, ячмень, овёс, картофель, овощи. Радиологические показатели для продукции до и после проведения известкования, а также экономические характеристики, рассчитанные в СППР, представлены в табл. 4.
137
Расчёт исходной удельной активности Об в продукции производился по формуле, указанной в примечании к табл. 3. Внесение извести (3 т/га) позволило снизить эту величину в 1,4 раза и увеличить урожайность от 1,3 до 2,3 раз для различных культур. Величина рисков пре-
137
вышения норматива определялась исходя из содержания Об в продукции (Бк/кг) и индивидуальных коэффициентов для каждого вида продукции [12]. Затраты на внедрение технологий являются комплексной величиной, включающей показатели, отличающиеся для различных растениеводческих культур: затраты на производство продукции, урожайность, стоимость удобрений и технологических операций, затраты на уборку дополнительного урожая.
Таблица 4
Радиологические и экономические характеристики производства продукции растениеводства при известковании в дозе 3 т/га участка пашни хозяйства «Авангард»
Показатель Озимая рожь Ячмень Овёс Картофель Овощи
Норматив СанПиН 2.3..2. 2650-10, Бк/кг 70 120
Удельная активность 137Об исходная, Бк/кг 60 85 100 30 45
Риск превышения норматива исходный, % 50 92 98 2 56
Необходимость реабилитации* да да да нет да
Удельная активность 137Об конечная, Бк/кг 46 65 71 - 30
Риск превышения норматива конечный, % 20 63 76 - 2
Затраты на внедрение технологии, руб./га 3010 4660 3740 - 20700
Цена реализации продукции в 2014 г., руб./ц 646 630 630 - 891
Себестоимость производства в 2014 г., руб./ц 475 450 400 - 456
Затраты на уборку урожая в 2014 г., руб./ц 250 250 200 - 300
Урожайность (средняя в 2014 г.), ц/га 25 22 16 - 140
Прибавка урожая, ц/га 2,5 8,8 6,4 - 28
Рентабельность дополнительных затрат, % -9 22 0 - 32
Прирост прибыли, руб./га -274 1 043 0 - 6527
Стоимость 1 чел.-Зв, тыс. руб. 2 896 - - - 1 283
Примечание. * - риск (вероятность) превышения содержания 137Об в продукции > 5%.
Из данных табл. 4 видно, что на тестовом участке можно выращивать экологически чистый картофель без каких-либо реабилитационных мероприятий. Риск превышения радиологического норматива по 137Об в овощах немногим превышает 50%, а наиболее высокие риски отмечаются у зерновых культур (максимальный у ячменя и овса). После проведения известкования участка на нём можно производить овощную продукцию, полностью соответствующую нормативам (риск превышения не более 2% - табл. 4). В то же время, в 20% зерна озимой ржи, а также в более чем 60% зерна овса и ячменя возможно превышение норматива по 137Об и после известкования.
Оценка экономических показателей проведения данной реабилитационной технологии показала, что наиболее выгодным для сельхозпроизводителя является выращивание на данном участке овощей (рентабельность производства при известковании около 30%) [6]. Также высокая рентабельность известкования будет отмечаться при производстве ячменя - около 22%. Получение зерна овса, удовлетворяющего санитарно-гигиеническому нормативу, с помощью внесения извести в дозе 3 т/га, будет сопровождаться нулевым уровнем рентабельности дополнительных затрат и прибыли, т.е. выручка от получения дополнительного объёма зерна сопоставима с затратами на внедрение технологии. Отрицательная рентабельность известкования будет при производстве озимой ржи, несмотря на высокую радиоэкологическую эффективность этого мероприятия для данного вида продукции.
Несмотря на то, что после известкования часть продукции ячменя и овса будет превышать установленные радиологические нормы, при смешивании с аналогичной продукцией других участков общая активность радионуклидов в этих зерновых будет значительно снижена за
счёт эффекта разбавления. Таким образом, рейтинг рентабельности производства продукции растениеводства при известковании в повышенной дозе исследуемого участка будет выглядеть следующим образом: овощи > ячмень > овёс > озимая рожь. В то же время следует отметить, что на эффективность реабилитационных технологий оказывает влияние множество факторов (хозяйственных, экологических, экономических и т.д.). Это приводит к необходимости анализа рентабельности внедрения различных реабилитационных технологий для каждого конкретного участка сельскохозяйственных угодий, где возможно превышение радиологических нормативов в производимой продукции.
Из табл. 3 видно, что даже при самых высоких уровнях загрязнения пашни 1370б, используемых при консервативном подходе, содержание данного радионуклида в продукции растениеводства будет полностью соответствовать нормативам СанПиН 2.3.2.1078-01 и СанПиН 2.3.2.2650-10. Удельная активность 1370б в зерновых культурах будет в 1,9 раза, в овощных - в 3 раза и в картофеле - в 5 раз ниже действующих нормативов. Поэтому в южных районах Калужской области при ведении растениеводства следует вносить агромелиоранты в объёмах, принятых при стандартной технологии возделывания культур в данном регионе. Тем не менее, применением минеральных удобрений в оптимальных дозах можно добиться увеличения урожайности продукции растениеводства, что позволит повысить прибыль сельхозпроизводителей
137
и снизить содержание Об в продукции.
Так, по оценкам, выполненным в СППР, при выращивании озимой ржи положительной рентабельностью дополнительных затрат, в сочетании с радиоэкологической эффективностью, обладают технологии применения минеральных удобрений в дозах (табл. 1): М120Р60К120 (снижение содержания 1370б в 1,6 раза; рентабельность дополнительных затрат - 26%), И140Р60К120 (снижение 1370б в 2,5 раза; рентабельность - 15%), И120Р90К180 (снижение 1370б в 1,5 раза; рентабельность - 10%). Максимального снижения удельной активности 1370б в зерне озимой ржи можно добиться, внося следующие агромелиоранты - И90Р90К^0 совместно с 40 т/га навоза (снижение 1370б в 2,5 раза) и И210Р90К180 (уменьшение 1370б в 2,2 раза), однако, рентабельность дополнительных затрат внедрения такого типа технологий будет отрицательна (для Ы90Р90К180 совместно с 40 т/га навоза - 52% и для И210Р90К180 - 24%). Таким образом, применение повышенных доз агромелиорантов при производстве озимой ржи должно быть строго экономически обосновано.
При выращивании ячменя и овса внесение известковой муки в дозе 3 т/га приведёт к увеличению урожая зерна этих культур в 1,4 раза (при рентабельности 16% и 8% соответственно). Применение минеральных удобрений в дозе И120Р60К120 увеличит урожайность ячменя в 2,3 раза, но будет сопровождаться отрицательной рентабельностью дополнительных затрат в -15%. Использование Ы90Р60К90 и И60Р60К120 в сочетании с 3 т/га извести также позволит увеличить продуктивность ячменя в 2,3 и 2,7 раз, а рентабельность дополнительных затрат при этом составит 10 и 20% соответственно. Таким образом, внедрение данных технологий обеспечит дополнительную прибыль для хозяйств.
Высокая радиоэкологическая эффективность, но в то же время отрицательная рентабельность дополнительных затрат будет отмечаться при использовании следующих минеральных удобрений: при выращивании ячменя - М300Р115К269 (снижение накопления 1370б в 2,6 раза), ^36Р66К222 и М180Р40К150 (снижение 1370б в 2,5 раза); при производстве овса - М90Р90К180 совме-
137
стно с 40 т/га навоза (уменьшение Об в 3,4 раза), Ы90Р90К90 в сочетании с 3 т/га известковой
137
муки, а также И180Р40К150 (уменьшение Об в 1,8 раза).
Увеличить продуктивность овощных культур в 1,5 раза позволит внесение М60Р60К60, рентабельность дополнительных затрат при этом будет положительной и составит до 100%.
При производстве картофеля 10 из 15 реабилитационных технологий являются экономически выгодными для применения. Наиболее рентабельным является использование N90^90^0 (рентабельность дополнительных затрат - 74%). С точки зрения экологической и экономической эффективности, самым выгодным будет внесение ^20Р90К120 (рентабельность дополнительных затрат - 67%), ^0Р90К120 (рентабельность дополнительных затрат - 61%) и ^0Р60К90 (рентабельность дополнительных затрат - 67%), при этом кратность снижения 137Об в картофеле составит: 3; 2,8 и 2,7 раза соответственно.
Оценка эффективности внедрения реабилитационных технологий в кормопроизводстве в южных районах Калужской области
Производство кукурузы на силос в южных районах Калужской области, соответствующее нормативам ВП 13.5.13/06-01, можно обеспечить без внедрения каких-либо специальных реабилитационных технологий (табл. 3).
При консервативных оценках (табл. 3) уровни содержания 137Об в траве и сене наиболее радиоактивно загрязнённых участков не будут соответствовать нормативам ВП 13.5.13/06-01.
137
Так, максимальное превышение норматива по содержанию Об в траве в Жиздринском районе составит 1,4 раза, в Ульяновском - 1,6 раза, в Хвастовичском - 1,45 раза. Превышение норма-
137
тива по содержанию Об в сене при консервативных оценках достигнет в Жиздринском районе 1,7 раз, в Ульяновском - 2 раза, в Хвастовичском - 2 раза. Однако, как показали расчёты СППР, при использовании агромелиорантов производимая в радиоактивно загрязнённых районах Калужской области продукция кормопроизводства будет полностью соответствовать нормативам.
Снижение содержания 137Об в траве можно обеспечить внесением минеральных удобрений. Наиболее эффективным при получении трав, соответствующих нормативу ВП 13.5.13/0601, является применение минеральных удобрений в соотношении ^0Р60К90 (табл. 1), при котором наблюдается уменьшение удельной активности 137Об в 3 раза, а экономический показатель - рентабельность дополнительных затрат - будет достигать 61%. Схожими экологическими и экономическими показателями эффективности обладают следующие технологии, основанные
137
на внесении агромелиорантов в дозах: ^0Р60К120 (кратность снижения содержания Об составляет 2,8 раза, рентабельность дополнительных затрат - 55%), ^0Р60К60 (кратность снижения - 2,3 раза, рентабельность дополнительных затрат - 60%). Внесение известковой муки в дозе 3 т/га, минеральных удобрений в соотношении ^10Р90К18о, ^аоР^К^о, ^0Р90К90 (совмест-
137
но с 40 т/га навоза) позволит снизить удельную активность Об в траве от 1,5 до 2 раз при уровне рентабельности дополнительных затрат 27%, 16%, 8% и 3% соответственно.
При производстве сена ряд технологий обладают высокими экологическими и экономическими показателями, но наиболее эффективной технологией является применение минеральных удобрений в соотношении ^20Р90К240 (табл. 1) (содержание 137Об при этом снижается в 7,8 раза, а рентабельность дополнительных затрат составит 53%). Несколько менее эффективным является внесение ^8оР12оК270 (снижение удельной активности 137Об в 7,2 раза, а рентабельность дополнительных затрат составит 43%). Высокую рентабельность дополнительных затрат показывает применение ^0Р90К120 - 72%, однако радиологическая эффективность при исполь-
137
зовании этой технологии меньше - содержание Об в сене при этом снижается в 4,3 раза.
Наиболее эффективными технологиями при производстве сена с точки зрения радиоло-
137
гических показателей являются: применение ^80Р12оК360 (снижение Об в 8,2 раза), ^2оР9оК180 (снижение 137Об в 4,7 раза), нового комплексного удобрения Супродит М (при применении в до-
137 137
зе - 1 т/га, снижение Об составит 3,7 раза), ^оР135К18о (снижение Об в 3,4 раза), ^80Р120К180 (снижение 137Об в 2,8 раза), ^0Р90К180 и 0а003 3 т/га (снижение 137Об в 2,5 раза), борофоски (объём применения - 850 кг/га, снижение 1370б в 2,5 раза). Однако рентабельность использования этих технологий низкая, что не выгодно сельхозпроизводителям. В то же время, при государственном субсидировании работ по реабилитации радиоактивно загрязнённых территорий их применение будет оправдано и радиологически эффективно.
Оценка эффективности внедрения реабилитационных технологий в животноводстве в южных районах Калужской области
На пастбищах рассматриваемых районов, почвенный покров которых представлен песчаными, супесчаными, легко- и среднесуглинистыми почвами, получаемые от коров молоко и говядина будут полностью соответствовать нормативам СанПиН 2.3.2.1078-01 и СанПиН 2.3.2.2650-10 - табл. 3. На песчаных и супесчаных почвах содержание 1370б в молоке будет в 3 раза, а в мясе в 2 раза ниже действующих нормативов, на суглинистых - в 10 (молоко) и 5 раз (мясо) ниже СанПиН 2.3.2.1078-01 и СанПиН 2.3.2.2650-10. При консервативном подходе к
137
оценкам, максимальное содержание Об в молоке и говядине при ведении животноводства на торфяно-болотных почвах будет превышать нормативы. При этом, наибольшие уровни загрязнения данным радионуклидом животноводческой продукции ожидаются в Ульяновском районе: превышение содержания 1370б в молоке составит 1,1 раза, а в говядине - 1,8 раза (табл. 3).
Одними из наиболее эффективных технологических приёмов производства экологически безопасной продукции животноводства являются: применение для коров ферроцинсодержащих препаратов (ФСП), направленных на снижение усвоения попавших в организм радионуклидов 1370б, и предубойный откорм крупного рогатого скота (КРС) «чистыми» кормами (для получения мяса). Так как внедрение этих мероприятий не влияет на показатели продуктивности (привесы и надои), использование их при ведении животноводства на песчаных и суглинистых почвах не несёт дополнительной экономической выгоды. Поэтому рекомендовать данные технологии можно для производства молока и говядины только на торфяно-болотных почвах.
Применение ферроцина (3-6 г - суточная доза на 1 гол.), в смеси с комбикормом (400 г -
137
суточная доза на 1 гол.), снижает удельную активность Об в молоке - до 5 раз, а в мясе - до 4 раз [13] и является экономически выгодным - рентабельность дополнительных затрат на данный технический приём составляет 15% и 94% соответственно для всех рассматриваемых районов.
Откорм «чистыми» кормами в течение двух-трёх месяцев перед забоем обеспечивает производство говядины, соответствующей нормативам. Рентабельность дополнительных затрат при этом составит 98%.
Учитывая, что процент торфяно-болотных почв в почвенном покрове рассматриваемых районов невелик, более экономически выгодным, возможно, будет перевод скота на пастбища с
137
меньшими уровнями загрязнения Об и другими почвенными характеристиками: суглинистыми и песчаными почвами.
Заключение
Проведённый анализ радиоэкологической и экономической эффективности внедрения реабилитационных технологий в трёх отраслях сельскохозяйственного производства - растениеводства, кормопроизводства и животноводства - показал, что в южных районах Калужской области возможно получение экологически безопасной продукции растениеводства при стандартных технологиях возделывания культур. Внесение агромелиорантов в различных дозах позволит повысить урожайность овощных и зерновых культур, а также картофеля, до 1,5-2 раз, что будет сопровождаться ростом экономической выгоды сельхозпроизводителей за счёт уве-
137
личения реализуемой продукции и снижением содержания в ней Об.
При ведении кормопроизводства в данном регионе, без внедрения специальных реабилитационных технологий, можно обеспечить производство кукурузы на силос, соответствующей нормативу ВП 13.5.13/06-01, на всех типах почв и сена на песчаных, супесчаных, легко- и сред-несуглинистых почвах.
Получение травы и сена, удовлетворяющих радиологическим нормативам ВП 13.5.13/0601, можно добиться внесением минеральных удобрений в различных соотношениях, что будет сопровождаться положительной рентабельностью дополнительных затрат (от 30% до 70%). Так, наиболее экономически выгодным при производстве травы будет применение минеральных удобрений в соотношениях И90Р60К90, И90Р60К120 и Ы60Р60К60. При производстве сена наиболее эффективным будет применение следующих минеральных удобрений: М120Р90К240,
^80Р120К27 и И60Р90К120.
Получение молока и мяса в южных районах Калужской области, соответствующих Сан-ПиН 2.3.2.1078-01 и СанПиН 2.3.2.2650-10, также без применения каких-либо технических приёмов, возможно на пастбищах с песчаными, супесчаными, легко- и среднесуглинистыми почвами. Производство экологически безопасных молока и мяса на торфяно-болотных почвах с максимальными уровнями загрязнения 1370б наиболее критичных хозяйств южных районов Калужской области должно сопровождаться применением ферроцинсодержащих препаратов и/или предубойным откормом КРС «чистыми» кормами. В то же время, таких же результатов можно добиться за счёт организационных мероприятий - переводом коров на менее загрязнённые 1370б участки лугопастбищных угодий с другими почвенными характеристиками: суглинистыми и песчаными.
В настоящем исследовании выделены наиболее критичные по уровням загрязнения 1370б сельскохозяйственные предприятия южных районов Калужской области, где возможно превышение радиологических нормативов в части производимой продукции кормопроизводства и животноводства.
Использование результатов исследования позволит решить целый ряд радиоэкологических, экономических и производственных проблем как в целом для областей России, подвергшихся воздействию в результате аварии на ЧАЭС, так и в хозяйствах южных районов Калужской области.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РГНФ и Правительства Калужской области (проект №14-12-40013а(р)).
Литература
1. Алексахин Р.М., Санжарова Н.И., Панов А.В. Реабилитационные мероприятия в агропромышленном комплексе как основа социально-экономического развития территорий, подвергшихся воздействию аварии на Чернобыльской АЭС //Вестник РАСХН. 2009. № 6. С. 28-30.
2. Володченков А.Н., Исаков А.Н. Мониторинг содержания радиоактивного цезия в агроэкосистемах Калужской области //Агрохимический вестник. 2010. № 2. С. 10-12.
3. Доклад о состоянии природных ресурсов и охране окружающей среды на территории Калужской области в 2012 году. Калуга: ОАО «Типограф», 2013. 368 с.
4. Иванова Е.Г., Панов А.В., Музалевская А.А. Оценка необходимости реабилитации населённых пунктов Калужской области, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС //Вестник РАСХН. 2009. № 4. С. 21-24.
5. Исаков А.Н., Володченков А.Н. Применение минеральных и органических удобрений в Калужской области //Агрохимический вестник. 2009. № 6. С. 4-6.
6. Панов А.В., Сотникова Н.А. Оценка эколого-экономической эффективности реабилитационных технологий на радиоактивно загрязнённых сельскохозяйственных угодьях //Экономика сельского хозяйства России. 2015. № 2. С. 50-60.
7. Алексахин Р.М., Санжарова Н.И., Быданова В.В., Грудин Н.С., Грудина Н.В., Жигарева Т.Л., Иванов В.В., Исамов Н.Н., Карпенко Е.И., Козьмин Г.В., Козьмина Д.Н., Кузнецов В.К., Лой Н.Н., Панов А.В., Петров К.В., Попова Г.И., Прохорова Т.В., Ратников А.Н., Свириденко Д,Г., Спиридонов С.И., Титов И.Е., Цыгвинцев П.Н., Шубина О.А., Харитонова Е.В. Агроэкологический мониторинг, технологии и информационно-методическое обеспечение сельскохозяйственного производства на техногенно загрязнённых территориях. Обнинск: ВНИИСХРАЭ, 2013. 208 с.
8. Сотникова Н.А., Панов А.В., Курбаков Д.Н., Марочкина Е.В. База данных по стандартным и реабилитационным технологиям ведения растениеводства на радиоактивно загрязнённых территориях: Руководство пользователя. Обнинск: ГНУ ВНИИСХРАЭ, 2014. 43 с.
9. Панов А.В., Алексахин Р.М., Прудников В.П., Новиков А.А., Музалевская А.А. Влияние защитных мероприятий на накопление 1370б сельскохозяйственными растениями из почвы после аварии на Чернобыльской АЭС //Почвоведение. 2009. № 4. С. 484-497.
10. Дубовая В.Г. Анализ факторов, определяющих уровни загрязнения сельскохозяйственной продукции и обоснование защитных мероприятий в отдалённый период после аварии на Чернобыльской АЭС (на примере загрязнённых районов Калужской области): дис. ... канд. биол. наук. Обнинск, 2001. 112 с.
11. Научные основы реабилитации сельскохозяйственных территорий, загрязнённых радиоактивными веществами в результате крупных радиационных аварий: Руководство /Под ред. Н.И. Санжаровой. Обнинск: ГНУ ВНИИСХРАЭ, 2009. 150 с.
12. Фесенко С.В., Пахомов А.Ю., Алексахин Р.М., Фесенко Г.А. Обоснование необходимости защитных и реабилитационных мероприятий в животноводстве в отдалённый период после аварии на Чернобыльской АЭС //Вестник РАСХН. 2004. № 2. С. 70-73.
13. Санжарова Н.И., Сысоева А.А., Исамов Н.Н., Алексахин Р.М., Кузнецов В.К., Жигарева Т.Л. Роль химии в реабилитации сельскохозяйственных угодий, подвергшихся радиоактивному загрязнению //Российский химический журнал. 2005. Т. Х1_1Х. С. 26-29.
Justification for remediation of arable soils contaminated with radionuclides
Sotnikova N.A., Panov A.V.
Russian Institute of Radiology and Agroecology, Obninsk
We cannot exclude that in some sites of Russia contaminated with radionuclides following the Chernobyl accident the level of radioactivity in agricultural goods can exceed national radiologic standards. This is the reason to perform ecologically justified and economically feasible remediation of contaminated soils. The most effective method to reduce the transfer of radionuclides from soil to plants is applying a complex of mineral and organic fertilizers to agricultural land. In recent years actions undertaken for decontamination of soil were insufficient. In this connection it is necessary to continue the work and optimize remediation for these areas with regard to quality of the produce and economic indicators. For practical use the decision support system was designed, it allows farmers to estimate ecological and economic effectiveness of technologies used for improving ra-dioactively contaminated soils. The article presents description and analysis of alternative remedial technologies for their use in crop and forage farms on radio-contaminated soils by the following criteria: factor of reduction of radionuclides level in the produce (radioecological effectiveness), increase in productivity, cost of remediation (economic effectiveness), volume of used ameliorants. Ecological and economic effectiveness of remediation is illustrated by the example of its use in crop and forage farms located in the most radio-contaminated south part of Kaluga oblast.
Key words: Chernobyl accident, radioactive contamination, 137Cs, agriculture, rehabilitation technology, radioecological effectiveness, economic effectiveness, agro-ameliorants, agricultural products answering to the specifications, decision support system (DSS).
References
1. Aleksakhin R.M., Sanzharova N.I., Panov A.V. Reabilitatsionnye meropriyatiya v agropromyshlennom komplekse kak osnova sotsialno-ekonomicheskogo razvitiya territory, podvergshikhsya vozdeystviyu avarii na Chernobylskoy AES [Rehabilitation measures in agro-industrial complex as a basis of socio-economic development of the territories which were affected by the Chernobyl accident]. Vestnik RASKhN - Herald of the Russian Academy of Agricultural Sciences, 2009, no. 6, pp. 28-30.
2. Volodchenkov A.N., Isakov A.N. Monitoring soderzhaniya radioaktivnogo tseziya v agroekosistemakh Kaluzhskoy oblasti [Monitoring of the content of radioactive cesium in agroecosystems of the Kaluga region]. Agrokhimichesky vestnik - Agricultural Chemistry Research, 2010, no. 2, pp. 10-12.
3. Doklad o sostoyanii prirodnykh resursov i okhrane okruzhayushchey sredy na territorii Kaluzhskoy oblasti v 2012 godu [The report of a condition of natural resources and environmental protection on the territory of the Kaluga region in 2012]. Kaluga, JSC Tipograf, 2013. 368 p.
4. Ivanova Ye.G., Panov A.V., Muzalevskaya A.A. Otsenka neobkhodimosti reabilitatsii naselennykh punktov Kaluzhskoy oblasti, postradavshikh ot avarii na Chernobylskoy AES [Assessment of the need of rehabilitation of settlements of the Kaluga region which were affected by the Chernobyl accident]. Vestnik RASKhN - Herald of the Russian Academy of Agricultural Sciences, 2009, no. 4, pp. 21-24.
5. Isakov A.N., Volodchenkov A.N. Primeneniye mineralnykh i organicheskikh udobreny v Kaluzhskoy oblasti [Use of mineral and organic fertilizers in the Kaluga region]. Agrokhimichesky vestnik - Agricultural Chemistry Research, 2009, no. 6, pp. 4-6.
6. Panov A.V., Sotnikova N.A. Ocenka ehkologo-ehkonomicheskoj ehffektivnosti reabilitacionnyh tekhnologij na radioaktivno zagryaznennyh sel'skohozyajstvennyh ugod'yah [The assessment of ecological and
Sotnikova N.A. - Postgraduate Student, Researcher; Panov A.V.* - Head of Sector, D. Sc., Biol. . RIARAE. •Contacts: Kievskoe Sh., 109 km, Obninsk, Kaluga region, Russia, 249032. Tel.: 8 (484) 399-69-59; e-mail: riar@mail.ru.
economic efficiency of rehabilitation technologies for contaminated agricultural lands]. Ehkonomika sel'skogo hozyajstva Rossii - Economics of Agriculture of Russia, 2015, no. 2, pp. 50-60.
7. Aleksakhin R.M., Sanzharova N.I., Bydanova V.V., Grudin N.S., Grudina N.V., Zhigareva T.L., Ivanov V.V., Isamov N.N., Karpenko E.I., Koz'min G.V., Koz'mina D.N., Kuznecov V.K., Loj N.N., Panov A.V., Petrov K.V., Popova G.I., Prohorova T.V., Ratnikov A.N., Sviridenko D,G., Spiridonov S.I., Titov I.E., Cygvincev P.N., Shubina O.A., Haritonova E.V. Agrojekologicheskij monitoring, tehnologii i informacionno-metodicheskoe obespechenie sel'skohozjajstvennogo proizvodstva na tehnogenno zagrjaznennyh territorijah [Agroecological monitoring, technology and information and methodological support of agricultural production at industrially contaminated areas]. Obninsk, 2013. 208 p.
8. Sotnikova N.A., Panov A.V., Kurbakov D.N., Marochkina Ye.V. Baza dannykh po standartnym i reabilitatsionnym tekhnologiyam vedeniya rasteniyevodstva na radioaktivno zagryaznyonnykh territoriyakh. Rukovodstvo polzovatelya [The database of standard and rehabilitation technology of crop production on the radioactive contaminated territories. User's Guide]. Obninsk, 2014. 43 p.
9. Panov A.V., Aleksakhin R.M., Prudnikov P.V., Novikov A.A., Muzalevskaya A.A. Vliyaniye zashchitnykh meropriyaty na nakopleniye 137Cs selskokhozyaystvennymi rasteniyami iz pochvy posle avarii na Chernobylskoy AES [Influence of protective measures on 137Cs accumulation by crops from the soil after the Chernobyl accident]. Pochvovedeniye - Eurasian Soil Science, 2009, no. 4, pp. 484-497.
10. Dubovaya V.G. Analiz faktorov, opredelyayushchikh urovni zagryazneniya selskokhozyaystvennoy produktsii i obosnovaniye zashchitnykh meropriyaty v otdalenny period posle avarii na Chernobylskoy AES (na primere zagryaznennykh rayonov Kaluzhskoy oblasti). Diss. kand. biol. nauk [The analysis of the factors determining levels of contamination of agricultural production and justification of protective measures during the remote period after the Chernobyl accident (on example of contaminated areas of the Kaluga region). Сand. sci. (Biology) diss.]. Obninsk, 2001. 112 p.
11. Nauchnye osnovy reabilitatsii selskokhozyaystvennykh territory, zagryaznyonnykh radioaktivnymi veshchestvami v rezultate krupnykh radiatsionnykh avary. Rukovodstvo. Pod red. N.I. Sanzharovoy [Scientific basis of rehabilitation of agricultural areas contaminated radioactive materials as a result of major radiation accidents]. Obninsk, 2009. 150 p.
12. Fesenko S.V., Pahomov A.Ju., Aleksakhin R.M., Fesenko G.A. Obosnovanie neobhodimosti zashhitnyh i reabilitacionnyh meroprijatij v zhivotnovodstve v otdalennyj period posle avarii na Chernobyl'skoj AJeS [The rationale of protection and rehabilitation measures in livestock in the remote period after the Chernobyl accident]. Vestnik RASKhN - Herald of the Russian Academy of Agricultural Sciences, 2004, no. 2, pp. 70-73.
13. Sanzharova N.I., Sysoyeva A.A., Isamov N.N., Aleksakhin R.M., Kuznetsov V.K., Zhigareva T.L. Rol
khimii v reabilitatsii selskokhozyaystvennykh ugody, podvergshikhsya radioaktivnomu zagryazneniyu [The role of chemistry in the rehabilitation of farmland affected by radioactive contamination]. Rossysky khimichesky zhurnal - Russian Journal of General Chemistry, 2005, vol. XLIX, pp. 26-29.
