CC BY
54
4. Санин, С.С. Фитосанитарная экспертиза зерновых культур / С.С. Санин, В.И. Черкашин др.- Москва: Издательство Росинформагротех, 2002. - 138 с.
5. Мальцев В.Ф. Система биологизации земледелия Нечерноземной зоны России (часть I) //
B.Ф. Мальцев, М.К. Каюмов. - Москва: Издательство ФГНУ «Росинформагротех», 2002. - 544 с.
6. Самерсов В.Ф. Эколого-экономическая оценка систем защиты растений/ В.Ф. Самерсов, Л.И. Трепашко // Защита и карантин растений. 2001. - №10. С. 20-21.
7. Сергеева И.В. Агроэкологические аспекты использования гербицидов в посевах озимой пшеницы / Сергеева И.В., Даулетов М.А., Ахмеров Р.Р. // Аграрный научный журнал 2016. №1.
C.27-32.
8. Экономические пороги вредоносности вредителей, болезней и сорных растений в посевах сельскохозяйственных культур: справочник. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2016. - 76 с.
References
1. Mel'nikova O.V. Mineral'nyy sostav nadzemnoy massy sornyh rasteniy / V.E. Torikov, O.V. Mel'nikova, V.V. Torikov //Vestnik Bryanskoy gosudarstvennoy sel'skohozyaystvennoy akademii. 2015. № 4 (2015). S. 10-14.
2. Mel'nikova O.V. Zasorennost'posevovyarovoypshenitsypri raznom urovne mineral'nogopitani-ya / O.V. Mel'nikova // Zemledelie. 2008. № 7. S. 40-41.
3. Mel'nikova O.V. Otsenka vynosa elementov pitaniya sornymi rasteniyami v plodosmennyh sevooborotah / O.V. Mel'nikova, L.V. Kozhevnikova/ Agroekologicheskie aspekty ustoychivogo razvitiya APK: materialy VII mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii. - Bryansk.: Bryanskaya GSKHA. 2010. s. 344-347.
4. Sanin, S.S. Fitosanitarnaya ekspertiza zernovyh kul'tur / S.S. Sanin, V.I. CHerkashin dr.- Moskva: Izdatel'stvo Rosinformagrotekh, 2002. - 138 s.
5. Mal'tsev V.F. Sistema biologizatsii zemledeliya Nechernozemnoy zony Rossii (chast' I) // V.F. Mal'tsev, M.K. Kayumov. - Moskva: Izdatel'stvo FGNU «Rosinformagrotekh», 2002. - 544 s.
6. Samersov V.F. Ekologo-ekonomicheskaya otsenka sistem zashchity rasteniy/ V.F. Samersov, L.I. Trepashko // Zashchita i karantin rasteniy. 2001. - №10. S. 20-21.
7. Sergeeva I.V. Agroekologicheskie aspekty ispol'zovaniya gerbitsidov v posevah ozimoy pshenitsy / Sergeeva I.V., DauletovM.A., Ahmerov R.R. //Agrarnyy nauchnyy zhurnal 2016. №1. S.27-32.
8. Ekonomicheskie porogi vredonosnosti vrediteley, bolezney i sornyh rasteniy v posevah sel'sko-hozyaystvennyh kul'tur: spravochnik. -M.: FGBNU «Rosinformagrotekh», 2016. - 76 s.
УДК 546.36:633.21
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА НАКОПЛЕНИЯ 137CS ФИТОМАССОЙ МЯТЛИКОВЫХ ТРАВ
Calculation of 137Cs Accumulation Coefficient by Bluegrass Phytomass
Пакшина С.М., д.б.н., профессор, Белоус Н.М., д. с.-х. н., профессор Смольский Е.В., к. с.-х. н., Силаев А.Л., к. с.-х. н., доцент Pakshina S.M., Belous N.M., Smolsky E.V., Silayev A.L.
ФГБОУ ВО «Брянский аграрный государственный университет» Bryansk State Agrarian University
Реферат. Широкомасштабное освоение загрязненных искусственными радионуклидами почв сопровождается обязательным определением коэффициента накопления 137Cs продукцией растениеводства. В работе предложена замена экспериментального определения коэффициента накопления на численный метод, который разработан на основе представлений о биовыносе ионов из почвы. Рассчитанные значения сравнивались с экспериментальными по средствам корреляционно-регрессионного анализа. Установлено, что биовынос 137Cs зависит от относительной транспирации посевов трав или доступности почвенной влаги корневой системой растений. Выявлено, что процесс адсорбции 137Cs корневой системой трав более интенсивно протекает в период от возобновления вегетации до первого укоса в сравнении с периодом от первого до второго укоса.
Summary. Large-scale development of the soils polluted by artificial radionuclides is followed by obligatory estimation of 137Cs accumulation coefficient by crop production. In the paper the replacement of experimental calculation of accumulation coefficient by a numerical method is offered, it being developed on the basis of ions biocarry-over. The calculated values were compared to the experimental ones by means of the correlation and regression analysis. It is established that 137Cs-biocarry-over depends on a relative transpiration of cover crops or availability of soil moisture for the root system ofplants. It is revealed that 137Cs adsorption by the root system of herbs proceeds more intensively from vegetation renewal to the first hay crop in comparison with the period from the first to the second hay crop.
Ключевые слова: мятликовые травы, аллювиальная почва, 137Cs, биовынос, коэффициент накопления, корреляционно-регрессионный анализ.
Keywords: bluegrass, alluvial soil, 137Cs, biocarry-over, accumulation coefficient, correlation and regression analysis.
Введение. В сельскохозяйственной радиологии широко используется эмпирический параметр - коэффициент накопления радионуклидов в продукции растениеводства (Кн). Коэффициент накопления равен отношению удельной активности радионуклида продукции (Бк/кг) к удельной активности почвы (Бк/кг). Кн характеризует интенсивность поступления радионуклида в продукцию при корневом поглощении его из почвы.
Величина Кн используется при мониторинге перехода 137Cs из почвы в растение [1], для оценки эффективности новых мелиорантов, их доз [1, 2], технологий возделывания культур [3], доз минеральных удобрений [4, 5].
Для определения Кн организуется постановка полевых или лабораторных опытов, которая включает одновременный отбор проб растительных и почвенных образцов, измерения в них удельной активности радионуклида. Отбор проб проводится не менее, чем в 10-кратной повторности на каждом варианте опыта.
Известен численный метод оценки Кн, который позволяет заменить трудоемкий экспериментальный метод определения [6]. Численным метод расчета Кн радионуклидов продукции растениеводства разработан с учетом сложившихся представлений о биовыносе ионов из почвы растениями. Процесс биовыноса ионов растениями включает три стадии: передвижение ионов к поверхности корней, передвижение ионов с верхней поверхности во внутрь корня (первичное поглощение), передвижение ионов из корня в стебли и листья (транспорт ионов) [7].
Процесс передвижения ионов в почве под действием гравитационных и капиллярных сил впервые был описан в работе [8] в виде следующей формулы:
где 8п, - соответственно начальные и в момент времени X запас солей в слое почвы определенной толщены, р - постоянная для определенных условий протекания процесса. Уравнение (1) было получено при анализе опытных данных солесодержания по толще промывных почвогрунтов [8].
В работе [9, 10] дано теоретическое обоснование уравнения движение солей в профиле почвы. Для этого была построена модель, включающая не только диффузионные и конвективные потоки ионов по порам почв вдоль движения раствора, но и диффузионный поток ионов в электростатическом поле вокруг заряженных стенок пор, направленный перпендикулярно стенкам пор, который описывает адсорбцию ионов на почвенно-поглотительном комплексе. При решении уравнения для случаев нисходящего [9] и восходящего [10] потока ионов получено следующее выражение:
где Сп, С - соответственно начальная и конечная концентрация ионов в почве, V - скорость потока, X - время, необходимое для снижения содержания иона от значения Сп до С X - постоянная для определенных условий протекания процесса, X = ^/г.
Существенно отметить, что коэффициент X был выражен в виде формулы, включающий в себя только физические величины:
St = Sn exp(-£t),
(1)
Ct = Cn exp(-Avt),
(2)
где С - ёмкость катионного обмена, e - заряд электрона, - заряд потенциалобразующего иона, - соответственно валентность иона и катиона, Ре - число Пекле, равное D/vr, D - коэффи-
циент диффузии иона, v - скорость потока раствора, г - радиус пор, 5 - удельная поверхность почвы, Е - диэлектрическая постоянная раствора, К - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура.
Выражая физические константы e, Е, К через их числовые значения уравнение (3) приводится к следующему виду:
Л = 1,8 X 103С Ре^^/БТ, м-1 [9] (4)
Ионы, передвигающиеся в почве к корням растений с фильтрационной, капиллярной или пленочной влагой, прежде чем поступить на поверхность корневого волоска, преодолевают посредством диффузии два электростатических поля разной напряженности на границах раздела почва - раствор и корень - раствор.
Для описания передвижения иона в тонкой пленке раствора, расположенного между поверхностью корневого волоска и почвой, решено уравнение, включающее диффузию иона в электростатическом поле, в котором двойные электрические слои (ДЭС) перекрыты, направленную перпендикулярно поверхности корня и почвы. Решение этого уравнения имеет следующий вид:
Ск = Срехр[- (<рк - <рр)] (5)
где Ск - концентрация иона на поверхности корня; Ср - концентрация иона в почвенном растворе; фк, <рр - межфазные потенциалы на границах раздела корень-раствор, почва-раствор соответственно. Выражая поверхностные потенциалы через плотность поверхностных зарядов, уравнение (5) приобретает следующий вид:
Ск = Срехр[- (Лк - Яр)] (6)
Из уравнения (6) следует, что биовынос ионов из почвы определяется разностью констант Лк и Ар [11].
Принимая, что миграционные потери 137С8 имеют место в корнеобитаемом слое почвы. активность, которая за период вегетации за счет радиоактивного распада снижается в 0,988 раз от первоначального загрязнения, то суммарная активность 137С8, внесенного с транспирирующей влагой посевами культур из почвы составляет:
Аг = Л0ехр[- (Лк - Лр)^] (7)
где Аг, А0 - соответственно активность почвы корнеобитаемого слоя в начале и в конце вегетации, ^мЕ]- - транспирация за период вегетации.
Тогда выражение для коэффициента накопления примет следующий вид:
К" = = ^& - - Ч <8> [6]
Для расчета значения X, равного Лк - Ар, можно использовать экспериментально полученные значения X и рассчитанные по уравнению (4), расчет экспериментальных значений X проводится по формуле, выведенной из опытных данных, которая имеет следующий вид:
= (9)
где — - кратность снижения активности 137С8 в продукции растениеводства (Л1) по сравнению
аI
с контролем (А1) [12].
Целью работы является оценка численного метода расчета коэффициента накопления 137С8 и возможные пути его использования.
Материалы и методы исследований. Достоверность численного метода расчета Кн проводилась на одновидовых посевах мятликовых трав: ежа сборная (Dactylis glomerata L.), овсяница луговая (Festuca pratensis Huds.), двукисточник тростниковидный (Phalaroides arundinacea L.). Опыт был заложен в центральной пойме реки Ипуть Новозыбковского района Брянской области.
Почва опытного участка представлена аллювиальной луговой, маломощной, среднегумусной, песчаной на супесчаном аллювии и имеет следующие строение профиля: Ад(0-4), Ai (4-18); Bi (1840); Bg (40-60), Cg (60-90). Плотность загрязнения опытного участка 137Cs в период проведения исследований составляла 493-872 кБк/м2.
Почва характеризовалась следующими агрохимическими свойствами: рНКС1 - 5,3, гидролитическая кислотность - 2,7 мг-экв. на 100 г почвы, сумма поглощенных оснований - 12,2 мг-экв. на 100 г почвы, емкость катионного обмена - 14,4 мг-экв. на 100 г почвы, степень насыщенности основаниями равнялась 81,5%; содержание гумуса - 3,2% (по Тюрину), подвижного фосфора - 620-840 мг/кг, обменного калия - 133-180 мг/кг (по Кирсанову).
Схема опыта включала следующие варианты: 1. Контроль - без внесения удобрений; 2. Nq0P60KQ0;3. N90P60K120; 4. N90P60K150; 5. N120P60K120; 6. N120P60K150; 7. N120P60K180.
В качестве удобрений использовали аммиачную селитру, простой гранулированный суперфосфат, калий хлористый. Удобрения вносили ежегодно: азотные и калийные в два приема, половина расчетной дозы под первый укос, вторая половина - под второй укос, а фосфорные полной дозой в один прием под первый укос.
Площадь посевной делянки 63 м2, уборочной - 24 м2, повторность вариантов опыта трехкратная.
Урожайность многолетних мятликовых трав учитывали методом сплошной поделяночной уборки и отбора пробного снопа. В год проводили два укоса (первый укос с 1-10 июня, второй укос с 23-30 августа).
Для определения коэффициента накопления надземной фитомассой отбирали сопряженные пробы растений и почвы с 1 м2 в 3 кратной повторности на каждом варианте. Удельная активность 137Cs в образцах почвы и растений измерялась на универсальном спектрометрическом комплексе Гамма Плюс (НПП «Доза», Россия), аппаратурная ошибка измерений не превышала 30 %.
Транспирация культур за период вегетации рассчитывалась по формуле:
^ = (10)
где ^wVc - сумма суточных значений радиационного баланса за период вегетации, МДж/м2; Kfar - коэффициент использования фотосинтетически активной радиации (ФАР), %; L - удельная теплота парообразования при температуре воздуха в период вегетации, Дж/м3 [13].
Коэффициент использования ФАР рассчитывался по формуле:
к НЯЖ (11)
far ZwQf у '
где и - урожайность воздушно-сухой массы травы, кг/га; q - калорийность трав, Дж/кг; 2wQf - сумма ФАР за период вегетации, Дж/кг.
Для расчета ФАР за период вегетации использовалось следующее уравнение:
= 0,43^ + 0,57^0 (12)
где - сумма прямой радиации, приходящей на горизонтальную поверхность; Ъы^ - сумма рассеянной радиации за период вегетации.
Положительные дневные суммы радиационного баланса (2w^fc) находились по формуле:
2^к = 2™ (5 + 0)- ЪЛ (13)
где Ъы^к - сумма отраженной радиации за период вегетации [14].
Для расчета суточных сумм радиационного баланса использовались эмпирические коэффициенты, рассчитанные по данным работы [15]. Коэффициенты для апреля, мая, июня, июля, августа составили соответственно 0,78; 0,87; 0,90; 0,90; 0,86.
Экспериментальные значения Кн сравнивались с рассчитанным по формуле (8) с использованием значения параметра биовыноса (X), полученного в опыте и рассчитанного по формуле (4).
Результаты исследований и их обсуждение. Для определения коэффициента накопления 137С8 продукции растениеводства (Кн) требуется измерение удельной активности почвенных и растительных образцов в достаточном количестве повторностей измерения каждого образца на приборах с определенной погрешностью. Для численного расчета Кн необходимо иметь значения параметра биовыноса 137С8 (X) из почвы и транспирацию за период вегетации (^wEt). В этом случае, если имеются результаты опытов с данной культурой, то расчет X проводится по формуле (9). Для расчета Х^ можно использовать формулу (10) или величину транспирационного коэффициента культуры при возделывании на данной почве.
В таблице 1 представлены данные Х^ь рассчитанные по формуле (10).
Таблица 1 - Транспирация посевов мятликовых трав (мм)
Вариант 2009 2010 2011
1 | 2 | 3 1 1 2 | 3 1 1 2 | 3
Период вегетации до первого укоса
Контроль 50 53 56 122 117 124 90 98 96
^5Р60К45 179 193 198 447 446 466 401 438 452
^5Р60К60 1800 201 204 474 421 478 405 442 456
^5Рб0К75 194 201 212 481 486 488 415 477 479
^0Р60К60 206 244 221 466 469 471 442 458 470
^0Р60К75 227 236 253 479 483 486 443 470 477
^0Р60К90 229 248 277 491 498 512 479 480 486
Период вегетации от первого до второго укоса
Контроль 29 30 31 56 60 64 43 41 45
N45^5 92 96 99 154 156 158 164 160 180
N45^0 97 99 103 166 167 169 171 167 185
N45X75 102 110 105 173 172 174 175 173 188
^0К60 105 112 115 170 175 180 187 188 200
^0К75 122 120 120 178 180 183 194 195 211
^0К90 124 122 182 187 188 189 197 207 231
Примечание: 1 - ежа сборная, 2 - овсяница луговая, 3 - двукисточник тросниковидный.
Как следует из таблицы 1, транспирация посевов мятликовых трав, возделываемых на определенной почве, зависит от вида культуры и климатических условий.
На рис. 1 представлены коэффициенты корреляции между вычисленными по формуле (8) значениями Кн 137С8 и экспериментальными значениями Кн 137С8 воздушно-сухой надземной массы мятликовых трав в разные годы. Параметр биовыноса рассчитывался по формуле (9).
0,80 0,60 0,40 0,20 0,00
Первый укос
у = 1,5852х - 0,0761 R2 = 0,9702
0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
Второй укос
у = 1,174х - 0,0188 R2 = 0,9545
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40
0,80 0,60 0,40 0,20 0,00
у = 1,4069х - 0,0847 R2 = 0,9609
0,60 0,40 0,20 0,00
у = 0,9652х + 0,0039 R2 = 0,9214
К
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40
0,00
0,20
0,40
а
б
1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00
у = 1,6298х - 0,1223 R2 = 0,9144
0,00
0,20
0,40
0,80 0,60 0,40 0,20 0,00
у = 1,3341х - 0,068 R2 = 0,9597
0,00
0,20
0,40
Рисунок 1 - Коэффициенты корреляции между вычисленными по формуле (8) значениями
137 137
коэффициента накопления С8 и экспериментальными значениями коэффициента накопления С8 воздушно-сухой надземной массы мятликовых трав в разные годы (2009-2011 гг.): параметр биовыноса X =Хк - Хр рассчитан по формуле (9), а - ежа сборная, б - овсяница луговая,
в - двукисточник тростниковидный
Из рис. 1 следует, что точность предсказания при использовании численного расчета для первого и второго укосов составляет 91-97%. Отсюда следует, что параметр X, рассчитанный по экспериментальным данным (формула 9) достоверно отражает процесс биовыноса ионов из почвы. Согласно формулам (3) и (4) параметр биовыноса включает также показатели: емкость катионного обмена и удельная поверхность корней и почвы, температура, валентность ионов, число Пекле, которое характеризует соотношение между диффузионным и конвективным переносом ионов в потоке раствора.
На рис. 2, представлены графики зависимости параметра биовыноса (X), рассчитанного по формуле (9), от относительной транспирации.
в
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
а
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
б
в
Рисунок 2 - Коэффициенты корреляции между параметром биовыноса X, рассчитанного по формуле (9) и относительной транспирацией: а - ежа сборная, б - овсяница луговая, в - двукисточник тростниковидный
Как следует из рис. 2, для трех видов трав соблюдается линейная прямопропорциональная зависимость между параметром X и относительной транспирацией. Из уравнения корреляции следует, что при отсутствии влаги в почве ежа сборная, овсяница луговая, двукисточник тростниковидный имеют следующие значения Xo соответственно: 15,22; 16,85; 12,76 м-1. Эти зависимости позволяют рассчитать число Пекле (Ре) для каждой культуры.
На рис. 3 представлена корреляционная зависимость между числом Ре и относительной транспирацией посевов мятликовых трав.
1,50 1,00 0,50 0,00
0,00
1,50 1,00 0,50 0,00
0,00
1,50 1,00 0,50 0,00
0,00
0,50
1,00
1,50 а
2,00
0,50
1,00
1,50
б
2,00
у = -0,272х + 1 R2 = 0,9537
2,50
3,00
у = -0,289х + 1,0019 R2 = 0,9992
2,50
3,00
у = -0,2542х + 0,9756 R2 = 0,8869
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
Рисунок 3 - Корреляционная связь между числом Ре потоков почвенной влаги и относительной транспирацией посевов мятликовых трав: а - ежа сборная, б - овсяница луговая, в - двукисточник тростниковидный
Как следует из рис. 3, с повышением доступности почвенной влаги корневой системе растений, определяемой относительной транспирацией посевов трав или влажностью почвы, увеличивается конвективный поток ионов и снижается число Ре. С уменьшением доступности влаги корневым системам посевов трав увеличивается диффузионный поток ионов с потоком жидкости и возрастает число Ре.
Одновременно проведенные исследования запасов влаги в однометровом слое почвы в конце вегетации и относительной транспирации за период вегетации разных видов мятликовых культур позволили установить, что почвенно-гидрологическим константам 1111В, ВПК, ВЗ соответствуют следующие значения ТЕ / Т*Е0 : 0,7-0,85; 0,52-0,67; 0,35-0,42 [16]. Согласно уравнением корреляции, представленным на рис. 3, этим значениям ТЕ / ТЕ0 , независимо от вида культуры, соответствуют следующие значения числа Ре: 0,81-0,77; 0,86-0,82; 0,91-0,89.
Таким образом, независимо от вида культуры, почвенно-гидрологические константы характеризуются определенными значениями числа Ре. Следовательно, появилась возможность использовать формулу (4) для прогноза загрязнения продукции растениеводства при возделывании на загрязненных радионуклидами почвах новых культур или сортов.
В таблице 2 представлены рассчитанные по формуле (4) значения параметров X, характеризу-
в
ющие почвы и корневую систему. Для расчёта удельной поверхности почвы использовались данные фракционного анализа по методу, приведенному в работе [17]. Для расчета параметра Хк ёмкость ка-тионного обмена корневой системы была взята из работ [18-20].
Таблица 2 - Показатели почвы и корневой системы растений, используемые для расчета парамет-
137 137
ра биовыноса Cs мятликовых культур и коэффициента накопления Cs надземной фитомассы
Год Температура воздуха, °К Почва, Хр Корневая система, Хк Параметр биовыноса при Х^! / 0 = 0, Х0
1 1 2 | 3 1 1 2 | 3
Первый укос
2009 286,9 6,27 21,44 22,89 19,00 15,17 16,62 12,73
2010 289,2 6,22 21,27 22,70 18,85 15,05 16,48 12,63
2011 289,3 6,22 21,27 22,70 18,85 15,05 16,48 12,63
Второй укос
2009 294,4 6,16 21,07 22,48 18,66 14,91 16,32 12,50
2010 297,0 6,06 20,72 22,72 18,36 14,66 16,66 12,30
2011 294,1 6,12 20,93 22,34 18,21 14,81 16,22 12,12
Примечание: 1 - ежа сборная, 2 - овсяница луговая, 3 - двукисточник тросниковидный.
Удельная активность корневых систем была рассчитана по формуле (4), принимая, что Хк= Х0 + Хр, где Х0 и Хр - известные величины (рис. 2, табл. 2). Удельная поверхность корневых систем ежи сборной, овсяницы луговой, двукисточника тростниковидного составила соответственно 7,47; 8,24; 10,18 м2/г воздушно-сухих корней.
На рис. 4 представлена корреляционная связь между значениями Кн воздушно-сухой массы мятликовых трав, рассчитанных по формуле (8) и расчете параметрах по формуле (4) экспериментальными значениями Кн.
а
б
в
Рисунок 4 - Коэффициент корреляции между вычисленными по формуле (8) значениями
137 137
коэффициента накопления С8 и экспериментальными значениями коэффициента накопления С8 воздушно-сухой надземной массы мятликовых трав (2009-2011 гг.): параметр биовыноса рассчитан по формуле (4), а - ежа сборная, б - овсяница луговая, в - двукисточник тростниковидный
Как следует из рис. 4, наблюдается тесная связь между рассчитанными и экспериментальными значениями Кн.
Таким образом, при отсутствии экспериментальных данных для расчета параметра X по формуле (9), для оценки Кн 137С8 продукции растениеводства можно использовать формулу (4).
Из уравнений (5) и (6) следует, что основная роль в биовыносе ионов из почвы принадлежит поглотительной (адсорбционной) способности корневых систем. Уравнения описывают процесс адсорбции ионов корневыми волосками, выростами, образованных клетками поверхностного слоя. Отношение количества радионуклида поглощённого 1 г адсорбента к его содержанию в 1 см3 равновесного почвенного раствора получило название «коэффициент распределения» (Ы) и служит для характеристики величины адсорбции капиллярно-пористых систем [21].
По формуле (6) были рассчитаны значения Ы одновидовых посевов трав, которые сравнивались с экспериментальными значениями Кн. Как видно из рис. 5, имеет место очень тесная корреляционная связь между адсорбцией 137С8 корневой системой и Кн надземной фитомассы трав.
0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
Первый укос
у = 0,9472х - 0,0123 R2 = 0,992
0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
Второй укос
у = 0,7425х + 0,0303 R2 = 0,8849
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40
0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
у = 0,8245х - 0,0046 R2 = 0,9358
0,00
—I-1—
0,10 0,20
0,30 0,40 0,
0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
у = 0,6031х + 0,0377 R2 = 0,8628
0,00
0,20
0,40
0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
у = 0,9011х - 0,0271 R2 = 0,9653
0,00
0,20
0,40
0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
у = 0,7971х - 0,0092 R2 = 0,8836
0,00
0,20
0,40
Рисунок 5 - Коэффициент корреляции между вычисленными по формуле (6) значениями коэффициента распределения корневой системы и экспериментальными значениями коэффициента накопления воздушно-сухой надземной массы мятликовых трав в разные годы (2009-2011 гг.): а - ежа сборная, б - овсяница луговая, в - двукисточник тростниковидный
Из уравнений корреляции на рис. 5 следует, что при изменении значений Кн на единицу, значения Ы ежи сборной, овсяницы луговой, двукисточника тростниковидного составляют соответственно 0,947; 0,824; 0,901 для первого и 0,742; 0,603; 0,797 для второго укоса. Из этого следует, что при вегетации до первого укоса наблюдается более активное поглощение 137С8 из почвы корневыми системами, чем от первого до второго укоса.
На рис. 6 представлена зависимость коэффициента распределения 137С8 корневой системой трав от относительной транспирации. Как следует из рисунка, соблюдается тесная связь между значениями Ы и ТЕ / ТЕ0 в течение вегетационного периода.
а
б
в
0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
у = -0,0681х + 0,3054 R2 = 0,8502
0,00
0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
0,50
1,00
1,50 а
2,00
2,50
3,00
у = -0,0767х + 0,3411 R2 = 0,8872
0,00
0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
0,50
1,00
1,50
б
2,00
2,50
3,00
у = -0,0766х + 0,3428 R2 = 0,8769
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
Рисунок 6 - Коэффициенты корреляции между коэффициентом распределения корневой системы и относительной транспирацией посевов мятликовых трав: а - ежа сборная, б - овсяница луговая, в - двукисточник тростниковидный
Коэффициенты детерминации для ежи сборной, овсяницы луговой, двукисточника тростни-ковидного составили соответственно 0,85; 0,89; 0,88. Это означает, что 85, 89 и 88% изменений в адсорбции 137С8 корневой системой этих видов трав обусловлено относительной транспирацией или доступностью почвенной влаги корневой системе растений.
Из уравнений корреляции на рис. 6 следует, что при равном значении относительной транс-пирации и, следовательно, равной концентрации почвенного раствора, адсорбция 137С8 поверхностью корней ежи сборной, овсяницы луговой, двукисточника тростниковидного при ТЕ / Т*Е0 = 1, составляет соответственно 0,24; 0,25; 0,27 Бк/г воздушно-сухих корней. Согласно работам [18-20] емкость поглощения корней ежи сборной, овсяницы луговой, двукисточника тростниковидного составляет соответственно 25,6; 30,4; 30,8 мг-экв. на 100 г воздушно-сухих корней.
Последовательность значений адсорбции 137С8 совпадает со значениями X и Кн культур. Отсюда следует, что формула (8) достоверно отражает роль корневой системы в биовыносе 137С8 из почвы разными видами культур.
Заключение. Представленные в данной статье результаты расчетов Кн, числа Ре, Ы, параметров биовыноса 137С8 из почвы фитомассой мятликовых трав позволяют сделать следующие выводы:
Численный метод расчета коэффициента накопления 137С8 фитомассой трав можно использовать в двух случаях: при наличии опытных данных параметра биовыноса X, рассчитанных по формуле (9), так и отсутствии их, путем расчета по формуле (4).
Установлено, что число Ре, входящее в формулу (4), зависит от относительной транспирации посевов трав или доступности почвенной влаги корневой системе растений. Почвенно-гидрологические константы характеризуются определенными значениями числа Ре. Эти данные позволяют проводить расчеты Кн, без предварительного экспериментального определения параметра биовыноса, непосредственно по формуле (4).
в
Параметр биовыноса 137Cs из почвы культурой определенного вида (X) равен разности параметров корневой системы Xk и параметра почвы Хр. Эти параметры зависят от следующих показателей: емкость катионного обмена, удельная поверхность, число Pe, температура и валентность катиона и аниона соли. Ведущая роль в биовыносе 137Cs из почвы принадлежит корневой системе, которая по сравнению с почвой характеризуется большой емкостью поглощения и несравнимо малой удельной поверхностью.
Корневые волоски, образующие на корне зону поглощения воды и ионов, характеризуются большой адсорбционной способностью. Выявлено, что процесс адсорбции 137Cs корневой системой трав более интенсивно протекает в период от возобновления вегетации до первого укоса, чем в период от первого до второго укоса.
Поглотительная способность корневых систем растений зависит от вида культуры. При равных значениях относительной транспирации наибольшей поглотительной способностью обладает корневая система двукисточника тростникововидного, наименьшей - ежа сборная. Это последовательность видов трав соблюдается для величины параметра биовыноса и коэффициента накопления 137Cs биомассы трав.
Библиографический список
1. Прудников П.В., Санжарова Н.И., Прудников С.П. Испытания новых мелиорантов на радиоактивно загрязненных территориях брянской области // Агрохимический вестник. 2010. № 2. С. 15-19.
2. Накопление 90Sr в ячмене при внесении природных и искусственных сорбентов в дерново-подзолистую супесчаную почву / Д.В Крыленкин, Н.И. Санжарова, И.В. Гешель и др. // Агрохимический вестник. 2013. № 6. С. 20-22.
3. Малявко Г.П., Белоус И.Н. Возделывание озимой ржи на радиоактивно загрязненных почвах // Агрохимический вестник. 2012. № 5. С. 17-19.
4. Влияние удобрений на продуктивность и накопление радионуклидов при возделывании мятликовых трав в одновидовых посевах / Н.М. Белоус, В.Ф. Шаповалов, Н.К. Симоненко и др. // Агрохимический вестник. 2012. № 5. С. 22-24.
5.. Обработка почвы и удобрение многолетних трав в условиях радиоактивного загрязнения / Л.П. Харкевич, А.Л. Силаев, Ю.А. Анишина и др // Агрохимический вестник. 2012. № 5. С. 25-27.
6. Пакшина С.М. Расчет коэффициента перехода радионуклида в продукцию растениеводства // Аграрная наука. 2001. № 9. С. 5-6.
7. Рубин Б.А. Курс физиологии растений. М.: Высшая школа, 1963. 588 с.
8. Волобуев В.Р. Расчет промывки засоленных почв. М.: Колос, 1975. 71 с.
9. Пакшина С.М. Физическая интерпретация параметра солеотдачи почв и метод его расчета при проведении промывок засоленных почв // Доклады ВАСХНИЛ. 1985. № 12. С. 34-36.
10. Пакшина С.М. Исследование закономерности вертикального распределения солей по профилю почвы и ее частных случаев // Почвоведение. 1986. № 2. С. 86-93.
11. Пакшина С.М., Петухов В.Р. Влияние двойных электрических слоев поверхности корня и почвенных частиц на доступность питательных элементов растениям // Агрохимия. 1976. № 5. С. 97-102.
12. Pakshina S.M., Belous N.M., Shapovalov V.F. et al. Rates of 137Cs leaching by various crop plants // Ukrainian Journal of Ecology. 2017. 7(2). 184-190.
13. Пенман Х. Круговорот воды // Биосфера. М.: Мир, 1972. С. 60-72.
14. Чирков Ю.И. Агрометеорология. Л.: Гидрометиздат, 1986. 296 с.
15. Климатические ресурсы солнечной энергии Московского региона / Г.М. Абакумова, Е.В. Горбаренко, Е.Н. Незваль и др. М.: Книжный дом «Либрокон», 2012. 312 с.
16. Колыхалина А.Е., Пакшина С.М. Адаптивность зерновых культур к стрессовым условиям возделывания в Брянском регионе // Наука и образование в XXI веке. Ч. 1. М.: АР-Консалт. 2014. С. 82-84.
17. Пакшина С.М., Сковородникова Н.А. Сборник задач по почвоведению. Почвенные процессы: формулы, расчеты. Брянск: БГСХА, 2010. 98 с.
18. Drake M., Vengeis J., Colby W.G. Cation-exchange Capacity of Plant Roots // Soil science. 1951. V. 72. № 2. P. 139-149.
19. Mehlich A., Drake M. Soil chemistry and plant nutrition // Chemistry of the soil. New York. 1955. P.286-328.
20. Drake M. Soil chemistry and plant nutrition // Chemistry of the soil. New York-London, 1964. P. 395-444.
21. Прохоров В.М. Миграция радиоактивных загрязнений в почвах (физико-химические механизмы и моделирование): автореф. дис. ... д-ра хим. наук. Л., 1975. 33 с.
References
1. Prudnikov P.V., Sanzharova N.I., Prudnikov S.P. Ispytaniya novyh meliorantov na radioaktivno zagryaznennyh territoriyah bryanskoj oblasti // Agrohimicheskij vestnik. 2010. №2. S. 15-19.
2. Krylenkin D.V., Sanzharova N.I., Geshel' I.V. i dr. Nakoplenie 90Sr v yachmene pri vnesenii pri-rodnyh i iskusstvennyh sorbentov v dernovo-podzolistuyu supeschanuyu pochvu // Agrohimicheskij vestnik. 2013. №6. S. 20-22.
3. Malyavko G.P., Belous I.N. Vozdelyvanie ozimoj rzhi na radioaktivno zagryaznennyh pochvah // Agrohimicheskij vestnik. 2012. № 5. S. 17-19.
4. Belous N.M., SHapovalov V.F., Simonenko N.K. i dr. Vliyanie udobrenij na produktivnost' i nakoplenie radionuklidov pri vozdelyvanii myatlikovyh trav v odnovidovyh posevah // Agrohimicheskij vestnik. 2012. № 5. S. 22-24.
5. Harkevich L.P., Silaev A.L., Anishina YU.A. i dr. Obrabotka pochvy i udobrenie mnogoletnih trav v usloviyah radioaktivnogo zagryazneniya //Agrohimicheskij vestnik. 2012. №5. S. 25-27.
6. Pakshina S.M. Raschet koehfficienta perekhoda radionuklida v produkciyu rastenievodstva // Agrarnaya nauka. 2001. №9. S. 5-6.
7. Rubin B.A. Kurs fiziologii rastenij. M. : Vysshaya shkola. 1963. 588 s.
8. Volobuev V.R. Raschetpromyvki zasolennyhpochv. M. : Kolos. 1975. 71 s.
9. Pakshina S.M. Fizicheskaya interpretaciya parametra soleotdachi pochv i metod ego rascheta pri provedenii promyvok zasolennyh pochv //Doklady VASKHNIL. 1985. № 12. S. 34-36.
10. Pakshina S.M. Issledovanie zakonomernosti vertikal'nogo raspredeleniya solej po profilyu pochvy i ee chastnyh sluchaev // Pochvovedenie. 1986. № 2. S. 86-93.
11. Pakshina S.M., Petuhov V.R. Vliyanie dvojnyh ehlektricheskih sloev poverhnosti kornya i poch-vennyh chastic na dostupnost'pitatel'nyh ehlemen-tov rasteniyam //Agrohimiya. 1976. №5. S. 97-102.
12. Pakshina S.M., Belous N.M., Shapovalov V.F. et al. Rates of 137Cs leaching by various crop plants // Ukrainian Journal of Ecology. 2017. 7(2). 184-190.
13. Penman H. Krugovorot vody //Biosfera. M. : Mir. 1972. S. 60-72.
14. CHirkov YU.I. Agrometeorologiya. L. : Gidrometizdat. 1986. 296 s.
15. Abakumova G.M., Gorbarenko E.V., Nezval' E.N. i dr. Klimaticheskie resursy solnechnoj ehnergii Moskovskogo regiona. M. : Knizhnyj dom «Librokon». 2012. 312 s.
16. Kolyhalina A.E., Pakshina S.M. Adaptivnost' zernovyh kul'tur k stressovym usloviyam vozde-lyvaniya v Bryanskom regione //Nauka i obrazovanie v XXI veke. CHast' 1. M. : AR-Konsalt. 2014. S. 82-84.
17. Pakshina S.M., Skovorodnikova N.A. Sbornik zadach po pochvovede-niyu. Pochvennye processy: formuly, raschety. Bryansk: BGSKHA. 2010. 98 s.
18. Drake M., Vengeis J., Colby W.G. Cation-exchange Capacity of Plant Roots // Soil science. 1951, V. 72. № 2, P. 139-149.
19. Mehlich A., Drake M. Soil chemistry and plant nutrition // Chemistry of the soil. - New York. 1955. P. 286-328.
20. Drake M. Soil chemistry and plant nutrition // Chemistry of the soil. New York-London, 1964. P. 395-444.
21. Prohorov V.M. Migraciya radioaktivnyh zagryaznenij v pochvah fiziko-himicheskie mekhanizmy i modelirovanie) //Avtoreferat diss. na soiskanie uchenoj stepeni d. h. n. L. : 1975. 33s.
