CC BY
20
УДК 631.438:631.445
ПОСТУПЛЕНИЕ 90Sr В РАСТЕНИЯ ИЗ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ЛЕГКОСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЫ ПРИ ВНЕСЕНИИ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ
И.В. Гешель, Н.И. Санжарова, д.б.н., Д.В. Крыленкин
ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии, e-mail: igeshel@yandex.ru
Изучено влияние различных видов и доз азотных удобрений на подвижность 90Sr в дерново-подзолистой почве и его биологическую доступность. Применение нитрата аммония, сернокислого аммония и нитрата натрия привело к изменению почвенных характеристик и, как следствие, к увеличению содержания доступных форм 90Sr в почве, что вызвало увеличение накопления радиостронция в проростках ячменя.
Ключевые слова: 90Sr, радионуклид, дерново-подзолистая почва, азотные удобрения, нитрат аммония, сернокислый аммоний, нитрат натрия.
90Sr TRANSFER TO PLANTS FROM SOD-PODZOLIC LIGHT-LOAM SOIL IN CASE OF NITROGEN FERTILIZER APPLICATION I.V. Geshel, N.I. Sanzharova, D.V. Krylenkin
The influence of various nitrogen fertilizer types and rates on 90Sr mobility in sod-podzolic soil and its biological mobility has been studied. The application of ammonium nitrate, ammonium sulphate and sodium nitrate has led to change in soil characteristics and, therefore, increase in content of available 90Sr forms in soil, which has caused increase in radiostrontium accumulation in barley germs.
Keywords: 90Sr, radionuclide, sod-podzolic soil, nitrogen fertilizers, ammonium nitrate, ammonium sulphate, sodium nitrate.
Загрязнение сельскохозяйственных угодий Sr, обусловленное авариями на радиационно-опасных объектах, до настоящего времени представляет собой актуальную практическую проблему. Одним из важных аспектов этой проблемы является разработка защитных мероприятий, направленных на снижение уровней загрязнения сельскохозяйственной продукции. Среди приемов реабилитации загрязненных территорий важное место занимает применение агромелиорантов, которые, с одной стороны, обеспечивают снижение темпов миграции радионуклидов в сельскохозяйственных цепочках, а с другой, - повышают почвенное плодородие. Установлено, что применение известкования уменьшает накопление 91^г растениями в среднем в 2-4 раза, а органических удобрений - в 4,6-5,6 раз [1]. Одним из рекомендуемых приемов снижения поступления 91^г в растения является внесение фосфорных удобрений, приводящих к образованию труднорастворимых форм соединений. Эффективность такого приема в снижении накопления 91^г может достигать 2-4 раз. Калийные удобрения, как правило, практически не влияют на переход 91^г в растения [2]. Данные по влиянию азотных удобрений на накопление 91^г растениями противоречивы. В одном случае отмечается повышение накопления 90 Sr в урожае растений при применении азотных удобрений, а в другом - снижение поступления [3].
Целью работы было изучение влияния различных видов и доз азотных удобрений на подвижность 908г в почве и его биологическую доступность.
Для эксперимента была выбрана дерново-подзолистая легкосуглинистая почва со следующими агрохимическими показателями: рНкс1 6,9; гидролитическая кислотность по Каппену 2,06 мг-экв/100 г; сумма обменных оснований по Каппену 5,3 мг-экв/100 г; обменный калий и фосфор по Кирсанову соответственно 105,0 и 165,9 мг/кг; гумус по Тюрину 1,7%.
Гранулометрический состав почвы определяли на анализаторе размеров частиц - 8еШОгарИ 5120, пробоподго-
товку производили по методу В.В. Качинского. Sr был внесен в виде раствора соли SrQ2 из расчета 19 кБк/кг. Далее почву инкубировали в течение 14 дней для достижения равновесия между 91^г и 90У.
В качестве азотных удобрений в различных дозах вносили растворы солей: НН4Н03 (Каа); НаН03 (Н); (ЫН4)2804 (N3). Схема опыта: контроль; 25, 50, 100, 200 мг/кг; N 25, 50, 100, 200 мг/кг; N 25, 50, 100, 200 мг/кг. Влажность почвы поддерживали на уровне 60% ППВ.
Модельный эксперимент проводили в сосудах вместимостью 1 кг воздушно-сухой почвы по общепринятой для почвенных культур методике в контролируемых условиях (температура, влажность воздуха). Повтор-ность опыта четырехкратная. Опытная культура ячмень сорта Зазерский 85. Пророщенные семена высевали из расчета 25 штук на сосуд. Через 21 день растения срезали, высушивали при температуре 105°С и размалывали.
Для определения форм нахождения радионуклидов в почве (водорастворимая, обменная и кислотораствори-мая) использовали метод последовательных вытяжек.
Определение удельной активности 91^г в почве, вытяжках и растениях проводили на радиометрической установке «Nuclear-Chicago». Ошибка измерения составляла ±10%.
Данные таблицы 1 показывают, что внесение азотных удобрений приводит к изменению кислотности почвы и увеличению содержания легкогидролизуемого азота в зависимости от различных видов и доз удобрений. Рост кислотности почвенного раствора наблюдается с увеличением доз (100-200 мг/кг) внесения нитрата аммония и сернокислого аммония. Применение нитрата натрия приводит к снижению кислотности. Азотные удобрения влияли на снижение содержания обменного кальция (в среднем 1,6 раз), но практически не влияли на содержание обменного калия. Увеличение доз нитрата натрия приводит к пропорциональному росту концентрации обменного натрия в почве (в среднем 2,3 раза).
1. Агрохимическая характеристика почвы после внесения азотных удобрений
Вариант Доза N рНкс1 Легкогидролизуе- Обменные фо рмы катионов
удобрения мг/кг мый азот, мгМкг Са М2 Ка к
мг-экв/100 г
Контроль (б/у) 0 5,28 36,60 4,81 0,36 0,48 0,29
25 5,40 43,84 4,03 0,38 0,6 0,24
50 5,25 43,28 4,14 0,52 0,51 0,22
(КН4)^04 100 4,80 67,79 4,11 0,43 0,65 0,22
200 4,83 135,16 4,33 0,41 0,54 0,20
25 5,30 37,40 4,21 0,37 0,52 0,23
N0 50 5,42 47,08 4,36 0,38 0,88 0,22
№N03 100 5,45 59,71 4,29 0,39 1,54 0,32
200 5,57 48,18 4,13 0,42 1,78 0,24
25 5,31 36,56 4,18 0,36 0,77 0,25
^а 50 5,23 41,46 4,29 0,37 0,71 0,24
кн4да3 100 5,06 65,55 3,50 0,32 1,01 0,22
200 5,04 66,25 4,40 0,40 0,86 0,25
Внесение азотных удобрений привело к изменению содержания легкогидролизуемого азота в почве. Максимальное увеличение его содержания характерно для вариантов с внесением (NH4)2SO4 и NH4NO3 в дозе 200 мг^кг соответственно в 3,6 и 1,8 раз.
Изменение физико-химических свойств почвы, вызванное применением различных видов и доз азотных удобрений увеличивало содержание 9^г в водорастворимой форме от 1,5 до 56 раз по сравнению с контролем. Наибольший эффект наблюдается при внесении (NH4)2SO4 в дозе 200 мгМкг (табл. 2). Анализ результатов подтверждает литературные данные об увеличении содержания водорастворимого радиостронция с уменьшением рН почвы [4]. Коэффициент корреляции между содержанием радионуклида в водорастворимой форме и рН составляет R2 > 0,60.
91^г относится к группе элементов с обменным типом поведения [5]. Во всех вариантах опыта радионуклид находится в почве преимущественно в обменной форме. Применение изучаемых удобрений приводит к снижению содержания обменной формы в среднем в 1,2 раза по отношению к контролю. Не установлено определенной зависимости от дозы внесения (NH4)2SO4 и NH4NO3. При применении NaNO3 отмечено снижение содержания обменной формы с увеличением дозы (коэффициент корреляции между содержанием радионуклида в обменной форме и содержанием легкогидролизуемого азот составляет R2 > 0,96). Снижение содержания радионуклида в обменной форме вероятно связано с изменением катион-ного состава почвенного раствора, в частности, с увеличением концентрации МН4+ и №+. Преобладающим механизмом поглощения 91^г твердой фазой почв служит ионный обмен, в связи с этим сорбция 91^г зависит от присутствия макроконцентраций катионов в почвенном растворе. Установлен следующий ряд влияния конкурирующих катионов на сорбцию 9%: Al3+ > Fe3+ > Ba2+ > Ca2+ > Mg2+ > К+ > ЫН4+ > №+ [5]. Увеличение концентрации ионов МЫ/ и №+ обусловливает снижение доли обменного 91^г в почвах. В связи с изменением рН почвенного раствора и его катионного состава незначительно (в 1,1 раз) увеличивается доля подвижной формы радионуклида.
Продуктивность служит интегральным показателем, отображающим влияние свойств почв на развитие растений и эффективность применения удобрений. Анализ ре-
зультатов показывает, что применение азотных удобрений приводит к увеличению биомассы ячменя (табл. 3). Максимальное увеличение продуктивности зеленой массы 21-дневных проростков отмечена при применении КН4да3 в дозах 50, 100 и 200 мг^кг и NaNO3 в дозах 50 и 100 мг^кг. Более высокая эффективность нитратных форм удобрений обусловлена тем, что нитратный азот удобрения по причине своей более высокой подвижности в почве поступает в растения значительно быстрее аммиачного азота [6]. Снижение продуктивности при применении (ЫН4)^04 можно объяснить высокой чувствительностью ячменя к подкислению почвенного раствора (табл. 2).
Азотные удобрения изучаемых видов и доз способствуют увеличению накопления 91^г в 1,2-2,0 раза; при этом, наибольший эффект наблюдается при применении аммиачной селитры. Вероятнее всего это связано с изменением почвенных характеристик, в первую очередь рН. Корреляционный анализ показывает, что между значениями КН и рН существует очень сильная корреляционная связь (Д2 = 0,4725 - 0,7539) в зависимости от вида удобрений.
Различия в проявлении эффектов влияния азотных удобрений связаны также с их формой (химической). В соответствии с современными представлениями о роли селективной сорбции ионы МН4+ в силу своих физико-химических свойств более конкурентоспособны по срав-
2. Содержание различных форм 9%г в дерново-подзолистой почве при внесении _ азотных удобрений, % _
Вариант удобрения Доза N мг/кг Водорастворимая Обменная Подвижная
Контроль 0 0,2 74,0 24,0
(N^^04 25 1,3 51,8 21,8
50 2,6 56,3 27,1
100 4,6 61,7 32,0
200 11,2 54,6 28,0
N0 №Ш3 25 1,4 74,4 20,0
50 1,4 64,5 31,3
100 1,6 58,0 28,1
200 2,7 63,4 29,2
^а кн4да3 25 0,3 64,4 30,9
50 0,5 68,7 27,7
100 1,6 70,0 25,0
200 7,0 46,8 26,5
3. Влияние азотных удобрений на биомассу
ячменя и коэффициент накопления 90Sr
Вариант Доза азота, мг/кг почвы Биомасса ячменя, г/сосуд КН 90Sr
Контроль 0 5,8 10,88±1,69
(NH4)2SO4 25 4,0 15,08±2,33
50 3,7 15,54±1,04
100 3,2 20,99±0,91
200 5,3 16,56±1,32
NaNOs 25 4,5 10,28±1,61
50 6,2 9,66±1,02
100 7,3 12,03±1,00
200 4,4 12,78±1,96
NH4NO3 25 5,7 13,31±3,1
50 6,7 17,77±0,51
100 5,9 18,85±0,02
200 6,9 22,75±2,34
нению с ионами 8Г24 . Увеличение концентрации МН4 в почве приводит к блокированию мест селективной сорбции, за счет чего увеличивается доступность 908г для корневых систем растений [7].
Одной из причин дополнительного накопления рас-
тениями азота почвы при внесении азота удобрений может быть активизация поглотительной функции растений [8], так как увеличивается вынос растениями не только элементов минерального питания, но и так называемых «балластных» элементов, не требующихся для роста и развития растений [9]. Такое же действие азотные удобрения оказывали и на поглощение растениями 908г. Увеличение накопления радиостронция в растениях при внесении азотных удобрений связано не только с увеличением количества доступного растениям 908г, но и с усилением способности растений к его накоплению.
Таким образом, на дерново-подзолистых почвах внесение азотных удобрений в виде нитрата аммония, сернокислого аммония и нитрата натрия приводит к изменению почвенных характеристик и к увеличению содержания доступных форм 90Sr в почве. В результате наблюдается увеличение накопления радионуклида в 21-дневных проростках ячменя. Однако азотные удобрения в дозах 25 и 50 мг/кг не приводят к заметному увеличению коэффициента накопления что позволяет сделать вывод о необходимости применения азота в оптимальных дозах в комплексе с фосфорными и калийными удобрениями.
Литература
1. Пристер Б.С., Перепелятникова Л.В., Перепелятников Г.П. Эффективность мероприятий, направленных на уменьшение загрязнения продукции растениеводства в районах, загрязненных в результате аварии на Чернобыльской АЭС. В кн.: Проблемы сельскохозяйственной радиологии. - Киев, 1991. - С. 141-153.
2. Прудников П.В., Ковалев Л.А., Маркина З.Н. Эффективность агрохимических мероприятий при реабилитации радиоактивно загрязненных территорий // Агрохимический вестник, 2006, № 2. - С. 8-10.
3. Клечковский В.М., Гулякин И.В. Поведение в почвах и растениях микроколичеств стронция, цезия, рутения и циркония // Почвоведение, 1958, № 3. - С. 7.
4. Юдинцева Е.В., Гулякин И.В. Агрохимия радиоактивных изотопов стронция и цезия. - М.: Атомиздат, 1968. - 472 с.
5. Тимофеев-Ресовский Н.В., Титлянова А.А. Поведение радиоактивных изотопов в системе почва-раствор. В кн.: Радиоактивность почв и методы ее определения. - М.: Наука, 1966.
6. Верниченко И.В. Усвоение растениями аммиачного и нитратного азота удобрений при различных условиях их применения: Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к.б.н. - М.: ТСХА, 1975. - 20 с.
7. Cremers A., Elsen A., De Preter P., Maes A. Quantitative analysis of radiocaesium retention in soils // Nature, 1988, V. 335. № 6187. - P. 247-249.
8. Семенов В.М., Мергель А.А., Розонова Л.Н., Кузнецова Т.В., Кудеяров В.Н. Количественная оценка процессов азотного цикла при внесении возрастающих доз азотных удобрений. Сообщение 2 // Агрохимия, 1992, № 5. - С. 3-10.
9. Mitchell L.D., Grant C.A., Racz G.J. Effect of nitrogen application on concentration of cadmium and nutrient ions in soil solution and durum wheat // Can. J. Soil Sci., 2000. V. 80. № 1. - P. 107-115.
