CC BY
36
УДК 631.4:502.76; 631.415:632.118.3
DOI: 10.24412/2587-6740-2021-2-73-76
РАДИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ РОССИИ
П.М. Орлов, Н.И. Аканова
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова», г. Москва, Россия
На основе данных локального мониторинга изучено изменение средних значений содержания 137Cs и 90Sr в период с 2003 по 2016 гг. для черноземных почв России. Использованы результаты, полученные центрами и станциями агрохимической службы России на реперных участках. Проведена оценка содержания техногенных (137Cs, 90Sr) и естественных (226Ra, 232Th, 40К) радионуклидов в черноземных почвах на уровне субъектов РФ и России в целом. Среднее содержание 137Cs в черноземной почве составляет 15,9 Бк/кг, стандартное отклонение равно 16,0 Бк/кг, верхняя граница распределения — 31,9 Бк/ кг. На 95%% площадей черноземов России содержание 137Cs в почве не превышает 32 Бк/кг. Среднее содержание 90Sr в почве равно 5,1 Бк/кг, стандартное отклонение 3,8 Бк/кг, верхняя граница распределения оценивается в 8,9 Бк/кг. Оценено современное загрязнение 137Cs почв сельскохозяйственных угодий районов Тульской, Орловской, Рязанской, Белгородской, Липецкой, Воронежской и Курской областей, которые подверглись радиоактивным выпадением от аварии на Чернобыльской АЭС. Наибольший уровень загрязнения 137Cs наблюдается в Плавском районе Тульской области. Среднее значение равно 310 Бк/кг, верхняя граница стандартного распределения — 610 Бк/кг. Сделан прогноз о содержании 137Cs в почвах загрязненных районов на 2021 г. Следует ожидать, что в дальнейшем, при отсутствии крупных радиационных аварий на территории России и близлежащих государств, будет происходить медленное снижение среднего содержания 137Cs и 90Sr в почвах. Проведены статистические расчеты содержания естественных радионуклидов (226Ra, 232Th, 40К) в черноземных почвах России. Среднее содержание 226Ra в черноземе составляет 23 Бк/кг (стандартный интервал 13-33 Бк/кг); 232Th — 32 Бк/кг (22-42 Бк/кг); 40К — 500 Бк/кг (390-610 Бк/кг). Обсуждена роль 226Ra,232Th и долгоживущих продуктов распада 210Pb и 210Ро в загрязнении сельскохозяйственной продукции естественными радионуклидами.
Ключевые слова: АЭС, радионуклиды, почва, 137Cs и S0Sr, средние значения, доза, авария, мощность дозы.
Почвенный радиационный мониторинг почв земель сельскохозяйственного назначения является важной составляющей экологической оценки состояния окружающей среды. После аварии на Чернобыльской АЭС сельскохозяйственные угодья ряда субъектов Российской Федерации подверглись радиоактивному загрязнению [3] и образовалась принципиально новая радиационная обстановка по сравнению с ситуацией до аварии на ЧАЭС.
По данным локального мониторинга, на контрольных и реперных участках мы оценили мощность экспозиционной дозы гамма-излучения и уровни загрязнения ,37С$ и 905г в основных типах почв сельскохозяйственных угодий. Авария на АЭС «Фукусима» по своему масштабу мало уступает Чернобыльской и ее радиоактивные выбросы могут повлиять на радиационный режим почв на сельскохозяйственных угодьях России. Актуально оценить влияние крупной радиационной аварии, произошедшей за пределами России и последствие ЧАЭС, на загрязнение почвы долгоживущими радионуклидами.
Черноземы являются одним из основных богатств России. Сохранение высокого уровня и воспроизводства плодородия, стабильного экологического благополучия черноземных почв для будущих поколений является приоритетной задачей развития сельского хозяйства страны. Агроэкологический мониторинг почв, как система регулярных и долгосрочных наблюдений в пространстве и времени за изменением их состояния, процессами и явлениями, происходящими в них, является наиболее важным элементом обеспечения экологической безопасности в сельскохозяйственном производстве. В части радиоэкологии наблюдение за динамикой содержания в почвах естественных и искусственных радионуклидов осуществляется на реперных участках локального мониторинга [,] и
привлекается информация по радиоактивному загрязнению территории населенных пунктов Российской Федерации [2]. В 20,6 г. получены результаты локального радиационного мониторинга черноземных почв из 34 субъектов РФ с 550 реперных участков (РУ). Исследована динамика содержания ,37С$, (цезий-,37), 90Бг (строн-ций-90), 22<^э (радий-226), 232Т1л (торий-232) и 40К (калий-40) в почвах.
Проведена статистическая обработка данных, полученные результаты представлены в таблице ,. Все расчеты выполнены с уровнем доверия 0,95. Среднее содержание ,37С$ в черноземной почве составляет ,5,9 Бк/кг, стандартное отклонение — ,6,0 Бк/кг, верхняя граница содержания равна 31,9 Бк/кг. Таким образом, на 95% площадей черноземов России уровень загрязнения ,37С$ не превышает 32,0 Бк/кг.
Среднее содержание 90Бг в черноземных почвах составляет 5,, Бк/кг, стандартное отклонение — 3,8 Бк/кг, верхняя граница оценивается в 8,9 Бк/кг. Соответственно, на 95% площадей черноземов России уровень загрязнения почвы 90Бг находится в интервале ,,3-8,9 Бк/кг.
При статистической обработке экспериментальных результатов, характеризующих содержание ,37С$ и 90Бг в черноземных почвах в целом, были получены численные значения эксцессов, которые отражают характер распределения названных радионуклидов во множествах. Численное значение эксцесса для ,37С$ равно ,6, для 90Бг — 4. Они больше эксцесса нормального распределения, численное значение которого равно 0. Это говорит о том, что результаты во множествах сосредоточены вблизи средних значений. Экстремальные значения достаточно редки.
Временные изменения средних значений содержания ,37С$ и 90Бг в черноземных почвах с 2003 по 20,6 гг. представлены на рисунке.
Среднее значение содержания ,37С$ в черноземных почвах незначительно снижалось с ,8,5 Бк/кг (2007-2008 гг.) до ,5,9 Бк/кг (20,6 г).
В 2003 г. среднее содержание 90Бг в черноземных почвах составляло 7,3 Бк/кг при стандартной погрешности определения 0,5 Бк/кг. В дальнейшем оно снизилось и находилось в интервале 5,,-6,0 Бк/кг.
Следует ожидать, что при отсутствии крупных радиационных аварий на территории России и близлежащих государств, будет происходить медленное снижение среднего содержания ,37С$ и 90Бг в черноземных почвах во времени.
После Чернобыльских событий ,986 г. наиболее интенсивному радиоактивному загрязнению из областей черноземной зоны подверглись Тульская и Орловская области [3, 4, 8]. Данные по загрязнению почв этих областей не входят в анализируемую совокупность. Они составляют отдельные 2 подмножества. По экспериментальным данным работы [2] рассчитано содержание ,37С$ в черноземных почвах в областях и наиболее загрязненных районах (20,5 г). Результаты представлены в таблице 2. В этой же таблице приведены данные по наиболее загрязненным районам Рязанской, Белгородской, Липецкой, Воронежской и Курской областей [4].
Для черноземных почв центра России характерно умеренное загрязнение ,37С$ от Чернобыльской аварии. Средние уровни загрязнения почв в Орловской и Тульской областях не превышают значения ,20 Бк/кг. Для большинства районов этих областей верхняя граница находится в интервале ,20-360 Бк/кг (,-3 Ки/км2). Только в Плавском и Арсеньевском районе Тульской области верхняя граница содержание ,37С$ в почве превышает указанный параметр.
Содержание ,37С$ в почве является нестабильным во времени. Вследствие радиоактивного распада активность ,37С$ снижается в соответствии с законом радиоактивного распада.
- 73
© Орлов П.М., Аканова Н.И., 2021 Международный сельскохозяйственный журнал, 2021, том 64, № 2 (380), с. 73-76.
Период полураспада названного радионуклида равен 30,0 лет. Снижение содержания ,37С$ также происходит за счет его выноса с весенним паводком. За счет этого процесса период полувыведения ,37С$ из почвы становится меньше, чем период полураспада. В части экологии период полувыведения ,37С$ является важным параметром, характеризующим очищение почвы от радиоактивности в загрязненных после Чернобыльской аварии районах.
С учетом периодов полувыведения ,37С$ из загрязненных после Чернобыльской аварии
Содержание 137Cs и 90Sr в
почв (24,0±,,5 г) [8] дан прогноз содержания ,37С$ в почве указанных областей и районов в 202, г. (табл. 2).
К 202, г. радиационная ситуация в областях улучшится. Будет наблюдаться выход конкретных полей сельскохозяйственных угодий из категории радиоактивно загрязненных почв. Этот процесс растянется на десятилетия, в связи с чем могут возникнуть особенности проведения сельскохозяйственных агротехнических работ на полях сельскохозяйственных угодий с содержанием ,37С$ в почве ,20-360 Бк/кг.
Таблица 1
черноземных почвах (2016 г.)
Субъект РФ, количество реперных участков (137Cs / 90Sr) Содержание, Бк/кг
среднее значение/стандартный интервал
137Cs 90Sr
Алтайский край (50/50) 7,9±0,3/Б,6-10,2 7,2+0,6/2,7-11,7
Амурская область(13/13) Б,4±0,7/3,0-7,8 3,2+0,3/2,1-4,3
Республика Башкортостан (17/15) 11,4+1,1/6,7-16,1 11,4+1,1/Б,7-17,1
Белгородская область(10/10) 22,0+2,7/14-30 4,3+0,2/3,8-4,8
Волгоградская область(20/20) 15,0±2,2/5-25 2,1+0,2/1,4-2,8
Воронежская область (37/37) 27,0+1,9/16-38 Б,1+0,2/3,6-6,6
Краснодарский край(42/42) 13,2+0,8/8,0-18,4 Б,1+0,3/3,9-7,3
Красноярский Край (33/33) 7,2+0,4/4,7-9,7 2,1+0,3/0,7-3,Б
Курганская область(28/28) 7,2+0,6/3,9-10,Б Б,Б+0,7/2,0-9,0
Курская область(28/14) 29+Б,6/<Б8 1,0+0,1/0,Б-1,Б
Липецкая область (15/15) ББ+4/32-88 1,2+0,04/1,0-1,4
Республика Мордовия (10/10) 22,4+4,1/10-ЗБ 13,2+1,3/9-17
Новосибирская область (13/13) 9,8+1,0/6,2-13,4 6,4+0,6/4,3-8,Б
Омская область (17/17) 11,7+0,7/8,9-14,Б 2,7+0,1/2,3-3,1
Оренбургская область (17/17) 9,Б+0,3/8,3-10,7 9,7+0,2/8,8-10,6
Пензенская область 10/- 26,0+3,Б/1Б-37 -
Ростовская область (44/21) 14,8+1,1/7,3-22,3 2,1+0,3/0,9-3,3
Рязанская область(8/8) 68+12/33-103 3,7+0,4/2,6-4,8
Самарская область (10/10) 6,7+0,8/ 4,1-9.3 3,9+0,4/2,Б-Б.3
Саратовская область(28/28) 21,0+2,6/7-3Б 6,1+0,6/2,7-9,Б
Свердловская область (5/5) 7,9+1,3/ Б,1-10,7 13,0+1,6/2,1-Б,3
Ставропольский край(15/15) 8,2+0,9/4,7-11,7 3,9+0,3/2,7-Б,1
Тамбовская область (15/15) 28+2/20-36 4,4+0,4/2,9-Б,0
Республика Татарстан (4/4) 7,6+0,6/6,4-8,8 Б,0+1,7/1,Б-8,Б
Тюменская область (5/5) Б,2+0,8/3,Б-6,9 1,Б+0,3/0,7-2,3
Ульяновская область(10/10) 2,1+0,4/1,7-2,Б 3,0+0,1/2,6-3,4
Челябинская область (20/20) Б,9+0,4/4,1-7,7 9,1+0,6/6,4-11,8
Республика Хакассия (14/14) 4,9+0,6/2,8-7,0 0,4+0,1/0,1-0,7
Республика Чувашия (5/5) 10,0+0,9/8-12 1,8+0,2/1,4-2,2
Черноземы России 550/486 1Б,9+0,7/<32 Б,1+0,2/1,3-8,9
Рис. Динамика изменения средних значений содержания 137Cs и 90Sr с 2003 по 2016 гг. для черноземных почв России
74 -
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 2 (380) / 2021
Таблица 2
Содержание в черноземных почвах загрязненных районов черноземной зоны
Содержание, Бк/кг
Область, район среднее значение/ верхняя граница
Орловская область, площадь загрязнения сельскохозяйственных угодий 4190 км2, запас 137С5 = (3,2+0,3)-103 Ки
201Б г. 2021 г.
Орловская область 80/120 69/104
Болховский район 190/300 16Б/260
Глазуновский район 110/180 9Б/1Б6
Дмитровский район 110/170 9Б/147
Залегощекинский район 80/170 69/141
Знаменский район 78/140 6Б/121
Мценский район 100/160 87/139
Свердловский район 90/170 78/147
Троснянский район 110/180 9Б/1Б6
Урицкий район 100/140 87/121
Тульская область, площадь загрязнения сельскохозяйственных угодий 7790 км2, запас 137С5 = (10,1+1,6)-103Ки
Тульская область 120/220 104/191
Арсеньевский район 320/420 277/364
Белевский район 140/240 121/208
Богородицкий район 170/280 147/242
Воловский район 88/130 76/113
Каменский район 68/140 Б9/121
Кимовский район 96/160 83/139
Киреевский район 160/280 139/242
Плавский район 360/610 312/Б28
Теплоогаревский район 11Б/190 100/16Б
Узловской район 200/310 173/2Б7
Чернский район 170/290 141/2Б1
Щекинский район 120/260 104/22Б
Рязанская область, площадь загрязнения сельскохозяйственных угодий 5320 км2, запас 137С5 = (3,8+0,3)-103 Ки
Корабликовский район 130/200 113/173
Милославский район 120/190 104/16Б
Михайловский район 90/130 78/113
Ряжский район 116/180 100/1Б6
Скопинский район 120/190 104/16Б
Старожиловский район 94/130 81/113
Белгородская область, площадь загрязнения сельскохозяйственных угодий 1620 км2, запас 137С5 = (1,8+0,5)-103 Ки
Красненский район 100/130 87/113
Липецкая область, площадь загрязнения сельскохозяйственных угодий 1619 км2, запас 137С5 = (1,0+0,1)-103 Ки
Краснинский район 100/1Б0 87/130
Воронежская область, площадь загрязнения сельскохозяйственных угодий 1320 км2, запас 137С5 = (0,79+0,05)-103 Ки
Репьевский район 97/130 84/113
Курская область, площадь загрязнения сельскохозяйственных угодий 1220 км2, запас 137С5 = (1,1+0,2)-103 Ки
Железногорский район 130/260 113/22Б
Повыревский район 130/300 113/260
www.mshj.ru
Переход ,37С$ из черноземных почв в сельскохозяйственные растения является наименьшим по сравнению с другими типами почв. Цезий является рассеянным химическим элементом земной коры и всегда присутствует в природных соединениях калия. За 30 лет, прошедшие с момента Чернобыльской аварии, ,37С$ вступил в реакции изотопного обмена с цезием почвы, находящимся в качестве примеси к калию в почвообразующих минералах и калийных удобрениях. В настоящее время ,37С$ выступает в качестве радиоактивной метки природного цезия. И его поведение (в том числе и переход из почвы в сельскохозяйственные растения) полностью связано с поведением химического элемента — цезия. Внесение повышенных доз калийных удобрений не способно существенно повлиять на снижение соотношения ,37С5/С5+ и, соответственно, на накопление ,37С$ в урожае. В соответствии с принципами радиационной безопасности при землепользовании (нормирование, обоснование и оптимизация) [5] на полях сельскохозяйственных угодий черноземных почв, имеющих уровень загрязнения ,20-360 Бк/кг, внесение повышенных доз калийных удобрений и химических мелиорантов не целесообразно. Достаточно внесения минеральных удобрений и мелиорантов в соответствии с раз-
работанной технологией выращивания конкретных культур.
На загрязненной ,37Cs территории содержание 90Sr в черноземной почве находится в интервале 2-28 Бк/кг. Верхняя граница относится к Свердловскому району Орловской области. Для этих уровней риск загрязнения 90Sr сельскохозяйственной продукции, выращенной на черноземах, является минимальным.
Важным путем снижения ожидаемых доз внутреннего облучения человека является снижение содержания естественных радионуклидов в сельскохозяйственной продукции [6].
Агрохимической службой проводится локальный мониторинг на реперных участках содержания естественных радионуклидов (226Ra, 232Th и 40K) в почвах сельскохозяйственных угодий [,, 7].
В настоящей работе приводятся данные статистических оценок содержания естественных радионуклидов (ЕРН) в черноземных почвах РФ. Данные сгруппированы по субъектам РФ и гранулометрическому составу. В 20,6 г. данные поступили из 24 субъектов РФ с 393 реперных участков. Все расчеты выполнены с уровнем доверия 0,95. Результаты представлены в таблицах 3 и 4.
238U и 232Th имеют периоды полураспада равные 4,5,-,09 и ,,26-,010 лет соответственно. Кон-
Таблица 3
Современное содержание ЕРН в черноземных почвах в субъектах России
Субъект РФ (количество РУ) Содержание, Бк/кг
среднее значение/стандартный интервал
226Ra 232Th (228Ra) 40 К
Алтайский край(54) 26,5+0,5/23-40 29,2+0,3/27-32 490+10/390-590
Республика Башкортостан (17) 19,9+1,3/15-25 22,8+1,2/18-28 390+10/360-420
Белгородская область(9) 24,2+1,1/21-27 36,4+1,2/33-40 510+20/440-580
Волгоградская область(24) 18,1+1,6/10-26 29,1+2,2/18-40 480+30/360-600
Воронежская область (37) 14,9+1,1/8-22 31,7+1,6/22-41 520+30/360-680
Кемеровская область (21) 24,8+1,7/17-33 28,0+0,9/24-32 440+40/310-570
Краснодарский край(8) 30,8+1,8/26-36 43,4+1,8/38-49 610+40/510-710
Красноярский край (33) 16,5+2,1/4-29 32,6+2,2/20-46 480+20/360-600
Курганская область(22) 22,3+1,9/13-31 26,3+1,5/19-34 450+10/390-510
Новосибирская область (14) 19,9+1,3/15-25 27,4+1,1/23-32 540+20/470-610
Омская область (13) 54,8+5,5/35-74 55,3+3,4/43-68 540+30/460-620
Оренбургская область (17) 26,1+0,8/23-30 27,7+1,0/23-32 490+20/420-560
Пензенская область(9) 18,1+2,1/12-24 36,0+6,1/18-54 440+30/350-530
Самарская область (10) 20,3+1,4/16-25 29,1+1,7/24-35 480+10/440-520
Саратов область (11) 12,2+1,4/9-16 30,2+1,7/25-36 540+30/460-620
Тюменская область (11) 27,5+1,6/22-33 22,5+2,1/16-29 330+30/220-440
Республика Хакассия (11) Челябинская область (20) Черноземы России, 28,4+1,3/24-32 28,2+1,3/23-34 23,1±0,5/13-33 31,4+1,4/26-37 38,6+2,1/19-58 31,7±0,5/22-42 600+20/520-680 580+20/480-680 500±10/390-610
количество РУ 389 393 387
Таблица 4 Содержание ЕРН в черноземных почвах различного гранулометрического состава
Гранулометрический состав (количество РУ "^/"^ГК) Содержание ЕРН, Бк/кг
среднее значение/стандартный интервал
226Ra 232Th (228Ra) 40 К
Песчаные и супесчаные 1/1/1 20 17 470
Легкосуглинистые 23/23/23 23,8+2,7/11-37 31,7+2,9/18-46 510+20/420-600
Среднесуглинистые 130/130/131 23,1+0,9/13-33 29,3+0,8/20-38 480+10/370-590
Тяжелосуглинистые 188/191/185 23,7+0,8/13-35 32,5+0,7/22-43 530+20/220-840
Глинистые 47/47/47 20,5+1,1/13-28 34,7+1,2/26-43 520+20/420-620
станты распада этих изотопов и, соответственно, вероятность их распада незначительны. Радиационной опасности они практически не представляют. Значительно большей радиационной опасностью обладают их продукты распада. Из долгоживущих продуктов их распада, имеющих радиоэкологическую значимость, следует выделить 22%, 22%, 2,0РЬ и 2,0Ро.
К радиоактивной цепочке 238и принадлежат 22%, 2,0РЬ и 2,0Ро. В горных породах и рудах (фосфатные руды) эти изотопы находятся в равновесии, то есть активность дочерних радионуклидов равняется активности материнского изотопа. В почве такое равновесие нарушается. В результате натурных процессов и хозяйственной деятельности человека 22% выходит из равновесия с 238и. Так как 22% имеет период полураспада ,,6,03 лет, то установление нарушенного равновесия возможно приблизительно через 8-,03 лет (5 периодов полураспада). Продуктом распада 22% является 22^п. Он является благородным газом и эманирует (выделяется) из почвы, поэтому последующие продукты распада 2,0РЬ и 2,0Ро находятся в почве в сорбированном состоянии, что обуславливает их большую подвижность и, соответственно, усвояемость растениями по сравнению с изотопами, находящимися в структуре почвообразующих минералов. При этом нарушается равновесие 2,0РЬ и 2,0Ро с 22%. Следует также отметить, что внесение повышенных доз минеральных удобрений (калийных, фосфорных, азотных) создает условия десорбции 2,0РЬ и 2,0Ро с поверхности почвы в почвенный раствор, что приведет к увеличению содержания названных радионуклидов в сельскохозяйственных растениях.
В радиационном аспекте 2,0РЬ и 2,0Ро являются очень токсичными радионуклидами. Пределы годового поступления в организм человека с водой и пищей 2,0РЬ и 2,0Ро равны 280 и ,,0 Бк/год соответственно [9]. Это очень низкие пределы годового поступления. Для сравнения: предел годового поступления в организм человека с водой и пищей ,37С$ и 90Бг равны 7,7-,04 и ,,3,04 Бк/год соответственно.
Радиоактивному семейству 232Т11 принадлежит изотоп 22%. Период полураспада 2281^а равен 5,8 года. Он является дочерним продуктом распада 232Т1г Материнский радионуклид (232Т11) находится в кристаллической структуре почвообразующих минералов. Он малоподвижен и имеет очень большой период полураспада. 22!^а образуется в результате альфа-распада 232Т1г является атомом отдачи, соответственно находится в почвообразующих минералах в более подвижном состоянии по сравнению с материнским изотопом. Кроме того, он является изотопом щелочноземельного элемента, и его неизотопным (групповым) носителем может являться кальций. Соответственно, 22%, как и вместе с кальцием может переходить в сельскохозяйственные растения. Предел годового поступления 22!^а с водой и пищей равен ,90 Бк/кг (0,5 Бк/кг в среднем в сутки). Это очень низкий предел. С точки зрения обеспечения условий радиационной безопасности, при сельскохозяйственном землепользовании целесообразно контролировать содержание 22% в почве сельскохозяйственных угодий [5, 6].
Таким образом, переход в сельскохозяйственные растения из черноземной почвы изотопов естественных радионуклидов определяется радионуклидами 22<ТСа и 22%. При высоких концентрациях этих радионуклидов в почве
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 2 (380) / 2021
(выше стандартного содержания) и высокой кислотности почвенного раствора содержание радионуклидов в сельскохозяйственной продукции и, соответственно, в продуктах питания может превысить концентрации, которые обеспечивают предел годового поступления 22% и 22% в организм человека с водой и пищей.
Переход 22<^а и 22% из почвы в сельскохозяйственные растения будет определяться отношением концентраций (22<^а+22!^а)/Са2+ и (22%+ 22%)/Мд2+. Чем меньше эти соотношения, тем меньшая доля (от общего содержания в почве) изотопов радия перейдет из почвы в растения.
Радий и стронций принадлежат к группе щелочноземельных элементов. Поэтому поведение 22%, 22% и 905г в черноземной почве относительно внесения химических мелиорантов и минеральных удобрений во многом схожи. Для снижения загрязнения сельскохозяйственной продукции 22% и 22!^а пригодны приемы, разработанные для снижения накопления 90Бг в урожае сельскохозяйственных культур. Это, прежде всего, известкование почвы и внесение фосфорных удобрений. В этом случае следует избегать
внесения фосфорных удобрений с повышенным содержанием ЕРН. Также возможно применение зол и металлургических шлаков, имеющих в своем составе избыток оксидов кальция и магния.
В настоящее время информация о загрязнении почв и сельскохозяйственных растений гюрь и ™Ро отсутствует. Целесообразно начать работы по определению 2,0Pb и 2,0Ро в почвах на реперных участках локального мониторинга. В первую очередь такие работы следует проводить в районах, подвергшихся радиоактивным выпадениям от Чернобыльской аварии.
Литература
,. Сычев В.Г., Ефремов Е.Н., Лунев М.И., Кузнецов А.В. Система агроэкологического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения. М.: Россельхозакадемия, 2006. 79 с.
2. Данные по радиоактивному загрязнению территории населенных пунктов Российской Федерации 137Cs, 90Sr, 239+240Pu / под ред. С.М. Вакуловского. Обнинск: ФГБУ «НПО «Тайфун», 2015. 225 с.
3. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1993 году» (утв. Постановлением Правительства РФ от 24.01.1993 г. № 53). С. 64-69.
4. Орлов П.М., Гладышева О.В., Лунев М.И., Аканова Н.И. Зависимость содержания техногенных и естественных радионуклидов в почвах Центрального Федерального округа от интенсивности применения минеральных удобрений и химических мелиорантов // Международный сельскохозяйственный журнал. 20,8. № , (36,). С. 37-42.
5. Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Обеспечение условий радиационной безопасности при сельскохозяйственном землепользовании. Санитарные правила и нормы. СанПиН 2.6,-2000. Москва (проект).
6. Гигиенические требования по ограничению облучения населения за счет природных источников ионизирующего излучения. Санитарные правила СП 2.6., ,292-2003, дата введения 20 июня 2003 г.
7. Сычев В.Г., Кузнецов А.В., Павлихина А.В, Кручини-на Л.К., Лобас Н.В. Методические указания по проведению локального мониторинга на реперных и контрольных участках. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006. 76 с.
8. Сычев В.Г. Лунев М.И., Орлов М.М. Белоус Н.М. Чернобыль: радиационный мониторинг сельскохозяйственных угодий и агрохимические аспекты снижения последствий радиоактивного загрязнения почв. М.: ВНИ-ИА, 20,6. ,83 с.
9. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009). Санитарные правила и нормативы СанПиН 2.6.,.2523-09. Москва, 2009.
Об авторах:
Орлов Павел Михайлович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории известковых удобрений и химической мелиорации, ОРСЮ: http://orcid.org/ 0000-0002-2753-3371, [email protected]
Аканова Наталья Ивановна, доктор биологических наук, профессор, заведующая лабораторией известковых удобрений и химической мелиорации, ОРСЮ: http://oгcid.oгg/0000-0003-3153-б740, [email protected]
RADIOLOGICAL MONITORING OF RUSSIA'S BLACK SOILS
P.M. Orlov, N.I. Akanova
All-Russian Research Institute of Agrochemistry named after D.N. Pryanishnikov, Moscow, Russia
Based on local monitoring data, the average content of 137Cs and 90Sr between 2003 and 2016 for Russian black soils has been studied. The results obtained by the centers and stations of the agrochemical service of Russia at the reparver sites are used. Assessment of the content of man-made (137Cs, 90Sr) and natural radionuclides (226Ra, 232Th, 40K) in black soils at the level of subjects of Russia and Russia as a whole was carried out. The average content of 137Cs in black soil is 15.9 Bk/kg, the standard deviation is 16.0 Bk/kg, the upper distribution boundary is 31.9 Bk/kg. At 95% of the area of black earth in Russia, the content of 137Cs in the soil does not exceed 32 Bk/kg. The average content of 90Sr in the soil is 5.1 Bk/kg, the standard deviation of 3.8 Bk/kg, the upper distribution boundary is estimated at 8.9 Bk/kg. The highest level of pollution 137Cs is observed in the Plav district of Tula region. The average is 310 Bk/kg, the upper limit of the standard distribution is 610 Bk/kg. Statistical calculations of ERN content (226Ra, 232Th, 40K) in black earth soils of Russia have been carried out. The average content of 226Ra in chernozem is 23 Bq / kg, the standard range is 13-33 Bq/kg; 232Th — 32 Bq/ kg, 22-42 Bq/kg; 40K — 500 Bq/kg, 390-610 Bq/kg. The role of 226Ra, 232Th, and the long-lived decay products 210Pb and 210Po in the contamination of agricultural products is discussed. Keywords: nuclear power plant, radionuclides, soil, U7Cs and mSr, average values, dose, emergency, dose rate.
References
1. Sychev, V.G., Efremov, E.N., Lunev, M.I., Kuznetsov, A.V. (2006). Sistema agroehkologicheskogo monitoringa zemel' sel'skokhozyaistvennogo naznacheniya [System of agroeco-logical monitoring of agricultural land]. Moscow, Russian academy of agricultural sciences, 79 p.
2. Vakulovskii, S.M. (ed.) (2015). Dannyepo radioaktivno-mu zagryazneniyu territorii naselennykh punktov Rossiiskoi Federatsii l37Cs, 90Sr, 239+240Pu [Data on radioactive contamination of the territory of settlements of the Russian Federation 137Cs, 90Sr, 239+240Pu]. Obninsk, FBU "Typhoon" NPO, 225 p.
3. Gosudarstvennyi doklad «O sostoyanii okruzhayush-chei prirodnoi sredy Rossiiskoi Federatsii v 1993 godu» (utv. Postanovleniem Pravitel'stva RF ot 24.01.1993 g. № 53) [State report "On the state of the natural environment of the Russian Federation in 1993" (approved by the Decree of the Government of the Russian Federation of 24.01.1993 No. 53)], pp. 64-69.
4. Orlov, P.M., Gladysheva, O.V., Lunev, M.I., Akanova, N.I. (2018). Zavisimost'soderzhaniya tekhnogennykh i estestven-
About the authors:
nykh radionuklidov v pochvakh Tsentral'nogo Federal'nogo okruga ot intensivnosti primeneniya mineral'nykh udobrenii i khimicheskikh meliorantov [The dependence of the content of technogenic and natural radionuclides in the soils of the Central Federal District on the intensity of application of mineral fertilizers and chemical ameliorants]. Mezhdunarod-nyi sel'skokhozyaistvennyi zhurnal [International agricultural journal], no. 1 (361), pp. 37-42.
5. loniziruyushchee izluchenie, radiatsionnaya bezopas-nost'. Obespechenie uslovii radiatsionnoi bezopasnosti pri sel'skokhozyaistvennom zemlepol'zovanii. Sanitarnye pravi-la i normy. SaNPIN 2.61-2000 [Ionizing radiation, radiation safety. Ensuring radiation safety conditions at agricultural land use. Sanitary rules and regulations. SanPin 2.61-2000]. Moscow (project).
6. Gigienicheskie trebovaniya po ogranicheniyu oblucheniya naseleniya za schet prirodnykh istochnikov ion-iziruyushchego izlucheniya. Sanitarnye pravila SP 2.6.1 12922003, data vvedeniya 20 iyunya 2003 g. [Hygiene requirements to limit the exposure of the population due to natural
sources of ionizing radiation. JV Sanitary Rules 2.6.1 12922003, Date of introduction June 20, 2003].
7. Sychev, V.G., Kuznetsov, A.V., Pavlikhina, A.V, Kruchini-na, L.K., Lobas, N.V. (2006). Metodicheskie ukazaniya po pro-vedeniyu lokal'nogo monitoringa na repernykh i kontrol'nykh uchastkakh [Guidelines for local monitoring at repar and control sites]. Moscow, Rosinformagrotech, 76 p.
8. Sychev, V.G. Lunev, M.I., Orlov, M.M. Belous, N.M. (2016). Chernobyl': radiatsionnyi monitoring sel'skokhozyaistvennykh ugodii i agrokhimicheskie aspekty snizheniya posledstvii ra-dioaktivnogo zagryazneniya pochv [Chernobyl: radiation monitoring of agricultural land and agrochemical aspects of reducing the effects of radioactive contamination of soils]. Moscow, VNIIA, 183 p.
9. Normy radiatsionnoi bezopasnosti (NRB-99/2009). Sanitarnye pravila i normativy SaNPIN 2.6.1.2523-09 [Radiation Safety Standards (NRB-99/2009). Sanitary rules and regulations of SanPin 2.6.1.2523-09]. Moscow, 2009.
Pavel M. Orlov, candidate of chemical sciences, senior researcher of the laboratory of lime fertilizers and chemical reclamation, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-2753-3371, [email protected]
Natalia I. Akanova, doctor of biological sciences, professor, head of the laboratory of lime fertilizers and chemical reclamation, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3153-6740, [email protected]
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 2 (380) / 2021
www.mshj.ru
УДК 633.313:631.527:631.559(470.401.43)
DOI: 10.24412/2587-6740-2021-2-77-81
ОЦЕНКА ПРОДУКТИВНОСТИ И АДАПТИВНОСТИ
СОРТООБРАЗЦОВ ЛЮЦЕРНЫ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ
Статья написана по результатам научно-исследовательской работы, проведенной в рамках Государственного задания ФГБНУ«Федеральный научный центр лубяных культур»
И.В. Епифанова
ФГБНУ «Федеральный научный центр лубяных культур» — Обособленное подразделение «Пензенский научно-исследовательский институт сельского хозяйства», р.п. Лунино, Пензенская область, Россия
Исследования проводили на опытном поле ФГБНУ ФНЦ ЛК — ОП «Пензенский НИИСХ». Цель исследований — оценка образцов люцерны изменчивой по продуктивности и адаптивности в условиях лесостепи Среднего Поволжья в 2018-2020 гг. Метеорологические условия в годы исследований различались по влагообеспеченности и температурному режиму. Наиболее оптимальные условия для роста и развития люцерны складывались в 2020 г. (ГТК за период отрастание-созревание составил 0,9). В 2018 и 2019 гг. условия были более засушливыми и ГТК был на уровне 0,4 и 0,7 соответственно. В среднем за 2018-2020 гг. урожайность зеленой массы люцерны колебалась от 29,50 до 38,38 т/га, сухого вещества — от 8,35 до 10,33 т/га. Лучшим по продуктивности оказался образец № 4 Корнеотпрысковая + корневищная (38,38 и 10,73 т/га). Изменчивость урожайности была от удовлетворительной (24,21-30,71%%) до высокой (32,41-40,45%%). Пять сортов показали более высокую экологическую адаптивность и пластичность — значение Ы варьировало в пределах 0,97-1,18. Наиболее адаптивными и пластичными являются образцы: № 2 Корнеотпрысковая 1, № 3 Корневищная 1, № 1 Долголетняя 1, № 5 Желтоги-бридная, № 4 Корнеотпрысковая + корневищная (Ы=0,97-1,18; 0^=0,16-0,24). Наиболее высоким значением уровня стабильности сорта отличались три образца: № 4 Корневищная + корнеотпрысковая, № 9 Индивидуальный отбор Дарьи и № 3 Корнеотпрысковая 1 — 3,12-3,16. Наиболее высокий индекс стабильности для данной культуры (0,31-0,36) отмечен у 4 образцов. Из 9 изучаемых образцов 6 имеют коэффициент адаптивности 1,00-1,11, максимальный показатель у № 4 Корневищная + корнеотпрысковая.
Ключевые слова: люцерна, сортообразцы, кормовая продуктивность, пластичность, стабильность, адаптивность.
Введение
Большое разнообразие и биологические возможности разных видов люцерны по зимостойкости, засухоустойчивости, долголетию, многоукосности обусловили характер ее использования: на зеленый корм, сено, сенаж, силос, а также для приготовления высокобелковых кормов в виде люцерновой муки, полнорационных брикетов и т.д. Она является одним из важнейших компонентов бобово-злаковых травосмесей для производства объемистых кормов и создания культурных пастбищ. В , кг сухого вещества, в зависимости от фазы развития, содержится 0,65-0,95 корм. ед., на , кормовую единицу приходится ,60-230 г переваримого протеина. Кроме того, люцерна имеет большое агротехническое значение, обогащая почву органическим веществом, симбиотическим азотом и улучшая ее структуру [,, 2].
Основными методами селекции люцерны являются межвидовая и межсортовая гибридизация и создание сложногибридных сортов-популяций с последующим многократным массовым и индивидуальным многократным массовым и индивидуальным отбором на достижение большей продуктивности, устойчивости к неблагоприятным факторам внешней среды. Необходимо получить генетически однородные биотипы в качестве исходных форм сорта с широкой адаптацией, сочетающие высокую потенциальную продуктивность с устойчивостью к действию абиотических и биотических факторов среды [3, 4].
Существует тесная связь селекции растений с экологией и агроклиматологией. Наличие какого-либо генотипа невозможно без определенной среды и взаимодействия с ней.
Способность поддерживать внутреннее равновесие сортов и реализация генетически детерминированных возможностей является ценной способностью растений при отклонении условий их культивирования и имеет большое значение для достижения максимальной их продуктивности [5]. Это свойство, определяемое как гомеостаз, заключается в большей или меньшей «буферности» сортов против сезонных вариаций условий среды и вариаций, обусловленных местом выращивания [6]. Гомеостаз включает такие свойства и функции, как самоорганизация, регулирование, репродукция, сохранение и передача информации,воспроизве-дение. Само проявление гомеостаза связано с экологической адаптивностью [7].
Об адаптивности сортов к условиям среды, в первую очередь, судят по пластичности и стабильности их урожайности как важного количественного признака, ради которого создаются, испытываются и внедряются новые генотипы [8]. Стабильность и пластичность дают представление об оценке взаимодействия «генотип х среда» изучаемого генотипа. Пластичность, определяющая способность к изменчивости признаков, а также их стабильность под действием экологических факторов являются неотъемлемыми и ценными свойствами адаптивности.
С точки зрения Эберхарта и Рассела, наиболее приемлемой оценкой сорта является рассматривающая, с одной стороны, реакцию сорта, способность к изменению условий выращивания, с другой стороны — фактические отклонения при его испытаниях от этой способности [9]. При этом первый параметр будет характеризовать пластичность сорта, второй — его стабильность.
Соотношение потенциальной продуктивности и экологической устойчивости сельскохозяйственных культур имеет большее значение. Определяющую роль в повышении величины и качества урожая играет приспособленность культур к местным условиям [,0].
В росте продуктивности той или иной культуры ведущая роль принадлежит сорту. Существует необходимость внедрения сортов, способных эффективно использовать условия роста и развития и обладать широкой адаптивной способностью, обеспечивая стабильную урожайность.
Новизна исследований заключаются в изучении кормовой продуктивности, стрессоустойчи-вости и уровня стабильности новых сортообраз-цов люцерны.
Цель исследований
Цель исследований заключалась в изучении адаптивной способности сортообразцов люцерны по кормовой продуктивности в условиях лесостепи Среднего Поволжья. В задачи исследований входило:
- выделить образцы, обладающие высокой урожайностью, пластичностью и стабильностью в условиях Пензенской области;
- определить лучший по кормовой продуктивности сорт по комплексу признаков: стрессо-устойчивость, генетическая гибкость, индекс стабильности и показатель уровня стабильности сорта.
Методика исследований
Исследования проводили на опытном поле ФГБНУ ФНЦ ЛК — ОП «Пензенский НИИСХ». Объектом исследования являлись сортообразцы
© Епифанова И. В., 2021 Международный сельскохозяйственный журнал, 2021, том 64, № 2 (380), с. 77-81.
люцерны конкурсного сортоиспытания, созданные в ОП «Пензенский НИИСХ».
Питомник конкурсного сортоиспытания люцерны изменчивой заложен в 2017 г., в нем проходят оценку 10 сортообразцов в 4 повторениях. Питомник конкурсного сортоиспытания закладывался беспокровно, посев летний (июнь). Ширина междурядий на зеленую массу — 0,15 м, площадь делянки — 10 м2. Норма высева — 7,5 млн всхожих семян на 1 га (15 кг/га). Повторность — четырехкратная. Уборку проводили в фазе бутонизации (2-3 укоса) мотоблоком Каскад-М с роторной косилкой. В качестве стандарта использовался сорт сине-гибридной люцерны Камелия.
В классическую схему селекции многолетних трав был введен селекционный питомник по устойчивости к корневым гнилям, где проводится отбор по корневой системе и пересадка индивидуальных растений (после подрезания корней на 15 см ниже коронки). Отобранные растения пересаживали на изолированные участки для переопыления, где проводится дополнительный негативный отбор до начала цветения. Собранные семена высевали в селекционный питомник (СП) для оценки по комбинационной способности.
Почва опытного участка — выщелоченный среднемощный тяжелосуглинистый чернозем с содержанием в пахотном горизонте гумуса 6,46,5%, подвижного фосфора — 14,5-14,6 мг и калия — 14,4 мг на 100 г почвы.
Закладку полевых питомников, сопутствующие наблюдения, отборы, оценки и учеты, браковки проводили в соответствии с существующими методическими указаниями и рекомендациями: Методические указания по селекции многолетних трав, Методические указания по селекции и первичному семеноводству [11, 12].
Экологическую пластичность определяли по методике В.А. Зыкина, И.А. Белана и др. [13].
Экологическая устойчивость рассчитана по уравнению Y -Y ., согласно методике A.A.
' ~ max min "
Rossielle и J. Hamblin [14], уровень устойчивости к стрессовым условиям произрастания (У2-У1) определяли по А.А. Гончаренко [15].
Размах урожайности (d) рассчитан по В.А. Зыкину [16].
Доля вклада факторов в формировании урожайности и коэффициент вариации рассчитаны по методике Б.А. Доспехова [17].
Общая адаптивная способность (bi) и стабильность (S2d1) определены по методике А.В. Кильчевского и Л.В. Хотылевой [18].
Индекс условий среды и экологическая пластичность рассчитаны по методике S.A. Eberhart и W.A. Russel [9].
Индекс стабильности (ИС) и показатель уровня стабильности сорта (ПУСС) определены по методике Э.Д. Неттевича [19].
Результаты исследований
и их обсуждение
В питомнике конкурсного сортоиспытания (КСИ) в среднем за 3 года пользования (20182020 гг.) по урожайности зеленой массы все изучаемые сортообразцы (31,86-38,38 т/га) существенно превысили стандарт (St) Камелия (29,50 т/га) — на 8,0-30,2%. По урожаю сухого вещества 7 образцов — № 1, 2, 3, 7, 6, 5 и 4 (Долголетняя, Корнеотпрысковая 1, Корневищная 1, Мечта + Биотип 4, Популяция 11/15, Желтоги-бридная и Корнеотпрысковая + корневищная (8,98-10,33 т/га) превысили стандарт (8,35 т/га) на 7,6-23,7%, 2 образца были на уровне со стандартом в пределах НСР05 (8,55-8,68 т/га) (табл. 1). По сбору переваримого протеина все сортообразцы (1,03-1,28 т/га) также достоверно превысили стандарт (0,95 т/га) — на 8,8-35,1%.
Таким образом, в КСИ 2017 года посева по результатам 3 лет использования, 7 образцов — № 1, 2, 3, 7, 6, 5 и 4 достоверно превышали стандарт по основным показателям продуктивности, 2 сортообразца — № 4 Корнеотпрысковая + корневищная и № 5 Желтогибридная имели максимальные значения.
Для определения наличия взаимодействия «генотип х среда» был проведен дисперсионный анализ, где фактор А — сорта, а фактор В — годы. Количество градаций фактора А (сорта) равно 10, фактора В (годы) равно 3. Определяли факт наличия или отсутствия взаимодействия «генотип х среда» (табл. 2).
Так как F факт. > F теор., дисперсия является существенной, между средними есть достоверные различия, и изучаемые факторы существенно повлияли на продуктивность люцерны. Результаты дисперсионного анализа подтверждают значительное влияние на изменчивость урожайности фактора В (годы) — 87,8% в большей мере и только 6,2% влияние фактора А (сорта). Взаимодействие между факторами составляет 4,9%.
Коэффициент линейной регрессии Ы по методу Эберхарта и Рассела характеризует отклик генотипа на улучшение условий выращивания, а дисперсия о^ характеризует стабильность сорта в различных условиях среды.
Индекс условий среды определяется для вычисления коэффициента линейной регрессии. Совокупность индексов характеризует изменчивость условий, в которых возделывали сорта в данном опыте. Оптимальные условия для роста и развития генотипов складываются при положительном значении условий среды, а худшие при отрицательном. Результаты исследований показали, что лучшие условия в КСИ-17 сложились в условиях 2020 г. (+3,31), а худшие условия для произрастания сортов отмечены в 2019 г. (-2,44).
Таблица 1
Кормовая продуктивность люцерны изменчивой в КСИ 2017 года посева в среднем за 3 года пользования (2018-2020 гг.)
№ образца Название Урожайность зеленой массы, т/га Сбор сухого вещества, т/га
2O18 г. 2O19 г. 2O2O г. среднее 2O18 г. 2O19 г. 2O2O г. среднее
St Камелия 31,98 22,39 34,14 29,50 8,32 5,82 10,92 8,35
1 Долголетняя 1 30,48 25,25 46,14 33,96 8,02 6,61 12,32 8,98
г Корнеотпрысковая1 31,05 26,15 50,l0 35,9l 8,22 l,09 12,58 9,30
3 Корневищная 1 пг 3.,l9 28,03 52,42 3l,08 8,43 l,l4 13,15 9,ll
4 Корнеотпрысковая + корневищная 32,25 28,26 54,62 38,38 8,8l l,ll 14,35 10,33
5 Желтогибридная 32,62 26,05 51,38 36,68 9,04 l,24 13,49 9,92
6 Популяция 11/15 30,83 25,22 54,48 36,84 8,50 6,99 l4,ll 9,89
l Мечта + Биотип 4 3.,l. 23,l4 51,63 35,36 8,26 6,41 l3,l8 9,48
8 Популяция 08 31,35 24,40 39,82 31,86 8,43 6,54 l0,6l 8,55
9 Индивидуальный отбор Дарьи 31,22 25,15 41,13 32,50 8,20 6,81 11,02 8,68
Н^ т 2,08 1,36 2,12 1,85 0,53 0,35 0,6l 0,52
Таблица 2
Результаты дисперсионного анализа и доля влияния фактора на продуктивность люцерны изменчивой
Источник варьирования Сумма квадратов Степени свободы Средний квадрат F факт. F те ор. НСРС5 Доля влияния фактора
Общая 641,92 89
Повторений 0,499 2 0,249 2,0l2 0,08
Варианты 633,816 29 21,856 181,68 0,566 98,83
Сорта(А) 39,55l 9 4,395 36,53l 2,0l 0,32l 6,16
Годы (В) 562,84l 2 281,424 2339,466 3,18 0,ll9 8l,ll
Взаимодействие (А х В) 31,412 18 l,l45 l4,50l 1,95 0,566 4,90
Остаток (ошибка) 6,9ll 58 0,120 l,ll
78 -
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 2 (38O) / 2O21
www.mshj.ru
