Оценка применения удобрений и мелиорантов на почвах, загрязненных радиоактивными осадками Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 631.438(470.333)

ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ И МЕЛИОРАНТОВ НА ПОЧВАХ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОАКТИВНЫМИ ОСАДКАМИ

Н.В. Леонова, П.В. Прудников, д.с.-х.н.

Центр химизации и сельскохозяйственной радиологии «Брянский», e-mail: [email protected]

В работе представлены результаты опытов на двух полигонах, расположенных в Красногорском районе Брянской области, который после аварии на Чернобыльской АЭС попал в зону выпадения радиоактивных осадков с повышенной (от 246 до 383 кБк/м2) степенью загрязнения 137Cs. Внесение удобрений и мелиорантов позволило улучшить радиологическую обстановку и получить зеленый корм для животноводства, отвечающий санитарно-гигиеническим нормативам на загрязненных территориях.

Ключевые слова: загрязненная почва, радиоактивные осадки, удобрения и мелиоранты, многолетние травы.

ESTIMATION OF FERTILIZERS AND MELIORANTS APPLICATION AT SOIL POLLUTED BY RADIOACTIVE RAINFALLS

N.V. Leonova, Dr. Sci. P.V. Prudnikov

State center of chemization and agricultural radiology «Bryansky», e-mail: [email protected]

Experimental results at 2 plots situated in Krasnogorsk district of Bryansk region, which suffered from Chernobyl accident by radioactive rainfalls with high pollution level of 137Cs (from 246 till 383 кБк/м2) are presented in article. Application of fertilizers and meliorants allowed to improve radiological situation and to harvest green forage for animal husbandry, which correspond to sanitary-hygienic norms at contaminated areas.

Keywords: polluted soil, radioactive rainfalls, fertilizers, meliorants, perennial grasses.

Поведение радионуклидов, их миграция на разных этапах биохимического круговорота элементов в природе в значительной мере зависит от физико-химического состояния почвы. Почва весьма прочно удерживает попадающие в нее радиоактивные вещества. Поглощение почвами радионуклидов препятствует их передвижению по профилю, проникновению в грунтовые воды и, в конечном счете, определяет их аккумуляцию в верхних почвенных горизонтах. Распределение радионуклидов в почвенном профиле во многом определяет их биологическую доступность, накопление в растениях, а также радиологическую обстановку всей местности [1, 2].

Поскольку поглощение радионуклидов растениями из почвы определяется прочностью их фиксации и изменением ее с течением времени, ставилась задача исследовать состояние и формы нахождения 137С8 в почвах испытательных полигонов. Данная информация крайне важна при разработке стратегии защитных мероприятий, ограничивающих поступление радиоцезия в травостой. Эта работа была проведена в 2008-2011 гг. на территории Красногорского района Брянской области в МУП СХП «Дубенский» (полигон № 1) и МУП МТС «Красногорский» (полигон № 2). На момент закладки опытов плотность загрязнения 137Cs на полигоне № 1 варьировала в пределах 300-383 кБк/м2, на полигоне № 2 - 246-342 кБк/м2 и классифицировалась как повышенная степень загрязнения.

Результаты исследований миграции 137С8 по почвенному профилю реперных участков на полигоне № 1 показали, что основное его количество сосредоточено в корнеобитаемом слое почвы (до 20 см). Содержание радиоцезия в поверхностном слое 0-10 см в среднем по годам в летний период варьировало от применяемых систем удобрения в пределах 44-61%, в слое 10-20 см в пределах - 37-49% от общего его количества в слое 0-60 см. В осенний период характер распределения радионуклида существенно не изменился. Контрольные замеры показали в слое 0-10 см дифференциацию от 47 до 62%, слое 10-20 см - от 35 до 51%. Следует отметить общую тенденцию снижения скорости миграции радиоцезия в подпахотный слой почвы (20-30 см) при внесении борофоски, калия хлористого как отдельно, так и в комплексе с фосфоритной мукой на фоне азотного питания. Если в контроле его содержание со временем увеличилось за вегетационный период в 1,7 раза, с внесением аммиачной селитры в 12 раз, то применение борофоски в возрастающих дозах обеспечило снижение количества радионуклида в 2,6-3,6 раза, калия хлористого - в 2,8 раза, №К - удобрений - в 3 раза. Известкование сапропелем и известняковой мукой не оказало воздействия на миграцию радиоцезия в слой почвы 20-30 см.

Аналогичная тенденция по вертикальной миграции 137С8 по профилю почвы и характер его пере-

распределения в пахотном горизонте (0-20 см) просматривалась на полигоне № 2. Установлено, что значительное количество радионуклида (95-99%) сосредоточено в этом слое, где расположена основная масса активно поглощающей части корневой системы многолетних трав. В среднем за годы исследований влияние агрохимических средств на распределение радиоцезия в двух поверхностных слоях почвы (0-10 и 10-20 см) было адекватным.

От известковых мелиорантов (мела, известняковой муки), борофоски и нитроборофоски, калия хлористого колебания радионуклида составили от 65 до 68% в слое 0-10 см, и от 30 до 34% в слое 1020 см. От сапропеля и комплексного применения минеральных удобрений радионуклид распреде-

лился по этим слоям практически в равных пропорциях - от 45 до 50%.

Биологическая доступность и интенсивность поступления радиоцезия в растения также определяется формой его нахождения в почве. Исследования показали (табл. 1), что доминирующей формой нахождения радионуклида в почвах испытательных полигонов является прочнофиксированная, которая не доступна для растений, так как закреплена в межпакетных пространствах кристаллической решетки глинистых минералов. На полигоне № 1 варьирование составило от 64,5 до 83,7%, на полигона № 2 - 78,6-90,1% от общего содержания радиоцезия в почве.

137

1. Влияние систем удобрений на содержание форм Сб в дерново-подзолистых супесчаных

Вариант Десорбент Остаток в почве (прочнофиксированная)

Н2О 1н. СН3СОО№, (обменная) 1н. НС1 (подвижная) 3н. НС1 (необменная)

МУП СХП «Дубенецкий» (полигон № 1)

Контроль(без удобрений) 14 н.о. 6,3 5,6 3,0 7,2 17,0 9,5 72,3 77,7

- фон н.о. 29 5,3 2,0 7,9 21,1 13,8 74,0 73,0

Фон + Р7оК„2В1,8 н.о. 25 3,9 1,2 10,0 16,6 15,8 79,7 70,3

Фон + РюоК^оВ^ н.о. 44 4,8 2,8 13,4 19,7 16,4 73,1 65,4

Фон + Р130К208В3Д н.о. М 2,9 3.0 9.1 19,6 12,0 74,0 76,0

Фон + Кх120 15 н.о. 3,1 3,5 и 10,5 16,9 17,9 76,8 68,1

Фон + Кх180 2.7 1.8 2,9 4,5 2,6 11,0 15.7 11.8 76,1 70,9

Фон + сапропель (СаСО3 + М^)з840 н.о. 2,7 43 5,8 3,5 9,4 21,6 17,6 70,6 64,5

Фон + известняковая мука (СаСОз + МяО)з840 17 2,7 3,3 1,5 1,6 6,2 17,7 9,1 75,7 80,5

Фон + фосфоритная мука (Рф1б0СаО200) 12 3,7 3,8 1,6 41 5,2 10,3 5,8 80,6 83,7

МУП МТС «Красного! эская» (полигон № 2)

Контроль(без удобрений) 12 0,5 4,9 7,8 58 6,3 9,5 6,7 78.6 78.7

Сапропель (СаСО3 + М^)5840 н.о. 26 3,0 6,7 5,1 8,9 2,4 81,8 89,5

Мел (СаСО3 + МяО)б800 03 н.о. 3,7 3,9 774 6,1 9,7 4,1 78,9 85,9

Известняковая мука (СаСО3 + М^)5840 09 0,1 43 3,8 3,4 8,3 7,8 6,3 83,6 81,5

Борофоска [Р130К208В3Д + (Са-С03)260МЯ026] 20 0,3 3,9 3,8 27 3,1 6,8 2,7 80,6 90,1

Нитроборофоска [М78Р130К208В32 + (СаС03)2б0М^02б] ' 11 н.о. 3,7 5,3 6,0 4,2 5,9 5,4 83,3 85,1

Кх180 (хлористый калий) н.о. 0,2 27 3,9 3,2 4,4 7,8 3,4 86,3 88,3

N70 + Рф1б0 + Кх180 н.о. 0,7 3,3 5,1 68 2,9 8,2 3,7 81,7 87,6

Примечание: числитель - весна; знаменатель - осень; н.о. - не обнаружено.

В большей мере уровень накопления радиоцезия в урожае сельскохозяйственных культур зависит от содержания его в почве в обменной форме (десорбция 1 н. СН3СООКЩ). Установлено, что применение борофоски в возрастающих дозах способствовало снижению этой фракции 137С8 на полигоне № 1 весной на 1,9-3,8%, осенью - на 0,8-2,7% к контролю. Внесение сапропеля и известняковой муки привело к убыли фракции в весенний период на 2-3%. Содержание обменного радиоцезия в почве осенью в варианте с известняковой мукой было на 4% меньше, чем в контроле. Калий хлористый снизил подвижность радионуклида в обменной форме весной на 3,2-3,4%, осенью - на 1,1-2,1%. Применение фосфоритной муки на фоне азотного удобрения обеспечило уменьшение количества обменной формы радиоцезия за вегетационный период в среднем на 3%. Следует отметить тенденцию присутствия в почве обменной формы 137С8 в более повышенной концентрации в весенний период, чем осенний.

Внесение борофоски повышало содержание в почве необменной (кислоторастворимой) формы радионуклида, что имеет важное значение в обеспечении снижения доступности его для растений. Внесение хлористого калия, известковых мелиорантов и фосфоритной муки также снижало доступность 137С8 растениям, но в меньшей мере, чем борофоска.

В почве полигона № 2 применение всех агрохимических средств также способствовали снижению доли обменной формы радиоцезия. При этом мелиоративные мероприятия не оказали воздействия на позитивное изменение в содержании необменной формы.

Без проведения реабилитационных мероприятий на землях, загрязненных 137С8 выше 300 кБк/м2, посев многолетних трав не обеспечивает получение зеленого корма, соответствующего нормативным требованиям. Из таблицы 2 следует, что выращенная на полигоне № 1 продукция в контроле имела

уровень загрязнения выше ветеринарного норматива (100 Бк/кг). Внесение аммиачной селитры в течение 4 лет (2008-2011 гг.) снижало содержание 137С8 в зеленой массе многолетних трав на 6-24%, но не обеспечило получение продукции соответствующей санитарным нормам. Лишь на четвертый год возделывания трав, вследствие общего снижения удельной активности почвы, содержание радиоцезия в зеленой массе составило 77 Бк/кг.

В прямом действии известкование почв сапропелем и известняковой мукой не обеспечило получение «нормативно чистой» продукции. В последействии сапропель на азотном фоне уменьшил уровень загрязнения 137С8 зеленой массы многолетних трав на 42-60%, с содержанием менее 100 Бк/кг. Известняковая мука на второй и четвертый год обеспечила уменьшение содержания радионуклида в зеленом корме на 40% к контролю. В засушливом 2010 г. загрязнение продукции было на уровне норматива - 101 Бк/кг. Фосфоритование почв в дозе Рф160 (1000 кг/га ф.в.) и ежегодном внесении азотных удобрений не влияло на снижение поступления в зеленую массу трав.

Внесение в почву хлористого калия в дозах 120 и 180 кг К2О/га на фоне К70 также достаточно эффективно снижало содержание радиоцезия в зеленой массе многолетних трав. В прямом действии продукция получена с содержанием 35 и 28 Бк/кг, т.е. меньше, чем в контроле на 73 и 66% соответственно. В последующие годы эффект снижения варьировал от 42% по первой дозе и до 70% по второй.

Использование борофоски в качестве антирадиационного средства было наиболее эффективным и отвечающим санитарным нормам. В прямом действии от изучаемых доз комплексного удобрения зеленая масса трав получена с содержанием 13-16 Бк/кг, в последействии на травах 2 г.п. - 22-31 Бк/кг. При недостаточном увлажнении почвы в 2010 г. от минимальной дозы борофоски эффект снижения

137

2. Влияние реабилитационных агрохимических мероприятий на содержание Cs в зеленой массе многолетних трав и динамика изменения коэффициентов пропорциональности (КП) и накопления (КН) МУП СХП «Дубенецкий» ^ (полигон № 1)

Вариант 2008 г. 2009 г. 2010 г. 2011 г.

Бк/кг КН КП Ксн Бк/кг КН КП Ксн Бк/кг КН КП Ксн Бк/кг КН КП Ксн

Контроль (без удобрений) 107,7 0,081 0,30 - 140,3 0,118 0,44 - 173,5 0,140 0,49 - 151,5 0,134 0,50 -

Ы70 - фон 101,5 0,092 0,34 - 123,2 0,110 0,41 1,1 132,3 0,116 0,43 1,2 77,3 0,071 0,26 1,9

Фон + Р70К112В18 16,6 0,014 0,05 6,0 31,0 0,025 0,09 4,8 53,5 0,041 0,15 3,4 16,7 0,013 0,05 10,3

Фон + РюоК^оВ^ 13,4 0,011 0,04 7,7 26,3 0,020 0,08 5,9 32,0 0,025 0,09 5,7 15,2 0,012 0,04 11,2

Фон + Р130К20вВэ,2 16,0 0,012 0,05 6,7 21,9 0,018 0,06 6,7 16,2 0,013 0,05 11,2 15,0 0,012 0,04 11,2

Фон + Кх120 34,6 0,027 0,10 3,0 62,8 0,048 0,19 2,5 71,7 0,056 0,21 2,5 88,4 0,070 0,26 1,9

Фон + Кх180 27,9 0,021 0,08 3,8 49,8 0,042 0,15 2,8 50,8 0,039 0,14 3,6 44,7 0,037 0,14 3,6

Фон + сапропель (СаСО3 + МЯО)5840 138,0 0,080 0,29 - 81,2 0,068 0,25 1,7 82,4 0,043 0,34 3,3 61,2 0,051 0,19 2,6

Фон + известняковая мука (СаСОэ + МяО)584о 121,2 0,081 0,30 - 83,6 0,070 0,26 1,7 101,0 0,033 0,40 4,2 91,6 0,073 0,27 1,8

Фон + фосфоритная мука (Рф1боСаО2оо) 152,8 0,074 0,27 1,1 149,7 0,098 0,36 1,2 95,1 0,052 0,19 2,7 108,0 0,083 0,31 1,6

3. Влияние реабилитационных агрохимических мероприятий на содержание в зеленой массе многолетних трав и динамика изменения коэффициентов

137

Cs

Вариант 2009 г. 2010 г. 2011 г.

Бк/кг КН КП Ксн Бк/кг КН КП Ксн Бк/кг КН КП Ксн

Контроль(без удобрений) 79,9 0,069 0,25 - 93,0 0,076 0,28 - 89,7 0,156 0,57 -

Сапропель (СаСО3 + MgO)5840 51,5 0,046 0,17 1,5 55,3 0,050 0,18 1,5 41,1 0,049 0,18 3,2

Мел (СаСО3 + Mg0)68оо 45,0 0,040 0,15 1,7 49,0 0,044 0,16 1,7 46,5 0,042 0,14 3,7

Известняковая мука (СаСО3 + MgO)5840 42,0 0,038 0,14 1,8 46,0 0,041 0,15 1,9 44,4 0,037 0,15 4,2

Борофоска [Р130К208В3,2 + (СаСОз)26оMg026] 20,4 0,017 0,06 4,0 26,7 0,024 0,09 3,2 23,3 0,022 0,08 7,1

Нитроборофоска №8Р130К208В32 + (Са-СОз)260MgO26] ' 23,7 0,020 0,07 3,5 28,3 0,026 0,10 3,0 24,6 0,045 0,16 3,5

Кх180 (хлористый калий) 39,0 0,033 0,12 2,1 38,3 0,034 0,13 2,2 28,4 0,054 0,20 2,9

N70 + Рф160 + Кх!80 31,6 0,026 0,10 2,6 34,6 0,030 0,11 2,6 27,8 0,046 0,17 3,4

составил 70% к контролю, а содержание составило 53 Бк/кг. Средняя и повышенная дозы борофоски снизили количество радиоцезия в продукции относительно минимальной дозы на 40-70%. На четвертый год возделывания трав снижающий эффект от удобрения отмечается в 9-10 кратном размере.

Исследования по переходу 137С8 из почвы в растения в соответствии с коэффициентами пропорциональности и накопления показали (см. табл. 2), что кратность снижения (Ксн) к контролю от доз боро-фоски составила 6,0-7,7 раза в прямом действии мелиоранта, на травах 2 г.п. - 4,8-6,7 раза. В засушливых условиях 2010 г. величина кратности снижения от повышенной дозы борофоски (РшК208В3,2) была более высокой (11,2 раза). На четвертый год все дозы борофоски обеспечили также высокий показатель снижения - 10,2-11,2 раза.

Эффективность применения хлористого калия по коэффициенту кратности снижения уступало борофоске. В разные годы уменьшение накопления 137С8 в сравнении с контролем от дозы 120 кг К2О/га составляло от 2 до 3 раз, дозы 180 кг К2О/га - от 2,8 до 3,8 раза. Известковые мелиоранты и фосфоритная мука были менее эффективны по кратности снижения накопления радиоцезия в зеленой массе многолетних трав.

При изучении эффективности мелиоративных приемов и их влияния на переход 137С8 из почвы в растительную массу многолетних трав на полигоне № 2 получены схожие результаты. Данные таблицы 3 показывают, что на этом полигоне, который характеризовался меньшей величиной плотности загрязнения, в контроле во все годы исследований содержание радиоцезия в зеленой массе соответствовало нормативному показателю для зеленых кормов. Однако выращивание многолетних трав без проведения защитных мелиоративных мероприятий практически не снижало уровень загрязнения травостоя радионуклидом, который составил 80-93 Бк/кг.

Известковые мелиоранты снижали накопление 137С8 в травостое на 36-56% к контролю. На переход 137С8 из почвы в растения наиболее эффективно

влияли мел Соколовского месторождения и известняковая мука Клинцовского силикатного завода. Кратность снижения к контролю в этих вариантах в первые два года возделывания трав составила 1,71,9 раза, на третий - почти в 4 раза. Сапропель был менее эффективным (кратность снижения 1,5-3,2 раза).

Наибольшее влияние на снижение поступления радиоцезия в травостой многолетних трав оказало применение борофоски. Его содержание в зеленой массе в сравнении с контролем было в разные по погодным условиям годы на 70-75% ниже. Показатель кратности снижения в прямом действии комплексного удобрения составил в 4 раза, последействии на второй год - в 3,2 раза, на третий год - в 7 раз. Применение нитроборофоски уменьшало переход радионуклида из почвы в растения в 3,0-3,5 раза.

Внесение хлористого калия, а также комплексное применение его с фосфоритной мукой на фоне азотных удобрений было менее эффективно, уступая борофоске и нитроборофоске. Кратность снижения в сравнении с контролем от применения одного калийного удобрения была в пределах 2,1-2,9 раза, от комплекса NPK-удобрений - 2,6-3,4 раза.

Таким образом, по эффективности воздействия на снижение перехода радиоцезия в травостой многолетних трав изученные нами в производственных условиях минеральные удобрения и мелиоранты можно расположить в следующем убывающем порядке: борофоска, нитроборофоска, калий хлористый, фосфоритная мука в комплексе с ним, известняковая мука, сапропель, мел.

Литература

1. Павлоцкая Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах. - М.: Атомиздат, 1974. - 216 с.

2. Алексахин Р.М., Корнеев Н.А. Сельскохозяйственная радиоэкология. - М.: Экология, 1992. - 400 с.

References

1. Pavlotskaya F.I. Migration of radioactive compounds of global pollution in soil. - M.: Atomizdat, 1974. - 216 p.

2. Aleksakhin R.M., Korneev N.A. Agricultural radioe-cology. - M.: Ecology, 1992. - 400 p.