CC BY
13
УДК 504.054:546.42:634.711 DOI 10.24411/0235-2516-2019-10062
СОДЕРЖАНИЕ В ГЕНЕРАТИВНЫХ И ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНАХ МАЛИНЫ СТРОНЦИЯ-90 В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ГЛУБИНЫ ЕГО РАСПОЛОЖЕНИЯ В ПОЧВЕ
1Т.В. Гераськина, 2М.А. Мазиров, д.б.н., 1А.И. Мельченко, д.б.н.
1 Кубанский ГАУ им. И. Т. Трубилина, e-mail: alexkuban59@mail.ru 2РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: mazirov@mail.ru
Изучена миграция 90Sr в трофической цепи «почав-растение». Работы по подготовке участка для посадки малины проводили очень тщательно с соблюдением однородности условий. Отобранные саженцы были однородными по силе развития и с доброкачественной корневой системой. С обеих сторон опытного участка расположены защитные растения. Экспериментальный участок заложен стандартным методом размещения вариантов в полевых условиях в 2016 г. на территории ВНИИБЗР (г. Краснодар). Испытания продукции по признаку радиоактивного загрязнения выполнены на приборе УСК «Гамма Плюс» по методике измерения активности бета-излучающих радионуклидов в счетных образцах с применением программного обеспечения «Прогресс». Методика разработана ГП ВНИИФТРИ и утверждена Госстандартом России 05.05.1996 г. В результате исследований предложены варианты агротехники возделывания малины на загрязненной территории, которые уменьшают накопление радионуклида в плодах, древесине и коре малины. Плантажная вспашка почвы снижает накопление 90Sr в изучаемых частях растения. Различие между вариантами в содержании 90Sr в плодах малины составило в 2018 г. в 1,9раз, в листьях - в 2,6раз, в древесине - в 2,9раз и в коре - в 2,8раз.
Ключевые слова, малина, радионуклид, почва, миграция, накопление.
THE CONTENT IN THE GENERATIVE AND VEGETATIVE BODIES RASPBERRY STRONTIUM-90, DEPENDING ON THE DEPTH OF ITS LOCATION IN THE SOIL
1T.V. Geras'kina, 2Dr.Sci. M.A. Mazirov, lDr.Sci. A.I. Melchenko
1 Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin, e-mail: alexkuban59@mail.ru 2Russian Timiryazev State Agrarian University (RSAU-MTAA), e-mail: mazirov@mail.ru
Migration of 90Sr in the soil-plant trophic chain was studied. All work on the preparation of the site for planting raspberries was carried out very carefully in compliance with the uniformity of the conditions. All the selected seedlings were homogeneous in strength of development and with a benign root system. On both sides of the experimental site are protective plants. Taking into account the above, field experiments are based on the standard method ofplacing options. The experimental site was laid in the field in 2016 on the territory of VNIIBZR (Krasnodar). Tests of products on the basis of radioactive contamination were performed on the device USK «Gamma Plus» by the method of measuring the activity of beta-emitting radionuclides in counting samples using software «Progress». The technique was developed by GP VNIIFTRI and approved by Gosstandard of Russia 05.05.1996. As a result of the research, the variants of agricultural raspberry cultivation in the contaminated area are proposed, which reduce the accumulation of nuclide in the fruits, wood and raspberry bark. Plantage plowing reduces the accumulation of 90Sr in the studied parts of the plant. The difference between the studied variants in the with-holding of 90Sr in raspberry fruits made in 2018 to 1,9 times, in the leaves - in 2,6 times, in the wood - in 2,9 times, and bark - 2,8 times.
Keywords. raspberry, radionuclide, soil, migration, accumulation.
В настоящее время загрязнение территории суши искусственными радионуклидами происходит почти повсеместно. В подавляющем большинстве уровни загрязнения существенно ниже фоновых значений. Однако после известных аварий на территориях США, Англии, России, Японии появились территории с высоким и средним уровнем радиоактивного загрязнения. Возникли задачи по
ликвидации последствий загрязнения, возможности ведения сельскохозяйственной деятельности на этих территориях и использования полученной продукции.
Интенсивность поступления радиоактивных веществ из почвы в растения тесно связана с их биологическими особенностями. Роль почвенного пути миграции радионуклидов в дополнительном облу-
чении населения весьма значительная, а иногда и доминирующая. Особенно эта роль важна при выбросе в биосферу биологически подвижных долго-живущих радионуклидов (9^г, и др.) [1-9]. На миграцию и накопление радионуклидов в растениях влияют многие факторы: плотность радиоактивного загрязнения территории, физико-химические свойства грунта, химические и физические свойства самих радионуклидов, характер выброса в окружающую среду, пути проникновения радиоактивных веществ в растения, биологические особенности растений, фаза их развития, сортовые особенности и т.д.
Один из вариантов возможного использования радиоактивно загрязненных земель, которому следует уделить внимание - это выращивание на этой территории древесных и кустарниковых плодовых растений. В Краснодарском крае большую площадь, как в промышленном, так и частном хозяйстве занимают посадки малины. Этой культуре многие отдают предпочтение по известным качествам плодов, экономической эффективности и использовании в лечебных целях не только плодов. Поэтому предложение по созданию посадок малины на загрязненных территориях может быть, но для этого требуется изучить эту возможность.
Цель работы - изучить влияние глубины расположения радионуклида в почве на его накопление в генеративных и вегетативных органах малины.
Методика. Опыты проводили на черноземе выщелоченном малогумусном, сверхмощном. Мощность гумусового горизонта 180 см, тяжелый механический состав: физической глины 62%, фракции ила 33%, песка почти нет. Общая скважность 51%. Пахотный слой на участке выполняемых опытов имеет нейтральную реакцию (рНка 6,9). В нижних слоях реакция слегка щелочная (рНка 7,2-7,5). Обменная кислотность 0,6 мг-экв/100 г почвы, гидролитическая - 1,3 мг-экв/100 г почвы. Сумма поглощенных оснований в пахотном слое составляет 37,5 мг-экв/100 г почвы, содержание гумуса 3,8% [10, 11]. Работы по подготовке участка для посадки малины проводили очень тщательно с соблюдением однородности условий [12]. Отобранные саженцы были однородными по силе развития и с доброкачественной корневой системой. С обеих сторон опытного участка расположены защитные растения. Экспериментальный участок заложен стандартным методом размещения вариантов в полевых условиях в 2016 г. На опытных делянках проведена посадка саженцев малины. Радионуклид (9^гСЬ) в первом варианте расположен на поверхности почвы, во втором - на глубине 50 см (имитация плантажной вспашки). Площадь питания малины 2,0 х 0,5 м. Уровень (плотность) загрязнения опытного участка составил 500 МБк/м2. Повторность опыта шестикратная. После отбора проб растения разде-
ляли на органы и части, высушивали при температуре 105°С, взвешивали и измельчали на мельницах МРП-1 или ЭМ-ЗА.
Испытания продукции по признаку радиоактивного загрязнения выполнены на приборе УСК «Гамма Плюс» по методике измерения активности бета-излучающих радионуклидов в счетных образцах с применением программного обеспечения «Прогресс». Методика разработана ГП ВНИИФТРИ и утверждена Госстандартом России 05.05.1996 г. Для регистрации бета-излучения от счетного образца используют бета-спектрометрический тракт со сцинтилляционным блоком детектирования (СБД). Для экспонирования счетных образцов применяют специальные алюминиевые кюветы (Комплекс универсальный спектрометрический «Гамма Плюс», 1995) [13]. Для контроля почвы применяли «Инструкции по отбору проб почвы при радиационном обследовании загрязненности местности», утвержденные Госком-гидрометом в 1987 г. [14]. При контроле содержания 90 Sr в почвах и растениях применяли Методические указания по определению содержания 9^г и в почвах и растениях (ЦИНАО, 1985) [15], ГОСТ Р 50801-95 [16], а также ОСТ Р 10070-95 Почвы. Методика определения 9^г в почвах сельхозугодий [17]. Полученные результаты обрабатывали методами математической статистики по Б.А. Доспехову [12].
В задачу исследований входило определить содержание нуклида в генеративных и вегетативных органах малины (КиЪш 1ёавш L.) сорт Метеор при различной глубине его расположения в почве.
Результаты. Главное отличие малины от других кустарников ягодных культур заключается в том, что надземные стебли никогда не бывают старше двухлетнего возраста [18]. При возможном радиоактивном загрязнении почвы плоды, как и другие органы растения будут в той или иной степени загрязнены. Это зависит и от варианта расположения нуклида в почве. Исследования, выполненные в полевых условиях, позволили получить следующие результаты (рис. 1).
Глубина расположения нуклида в почве оказала влияние на накопление его в плодах малины: в 2017 г. различие между вариантами составило 1,8 раз, в 2018 г. - 1,9 раз.
Корневая система малины в основном расположена на глубине 30 см. По этой причине радионуклид, расположенный на почве, имеет с ней более тесный контакт. В связи с этим через корневую систему растения поступает больше загрязнителя, чем при его расположении на глубине 50 см. С течением времени корневая система малины увеличивает свой объем, но также основная масса ее находится в верхнем слое почвы. Это подтверждает экспериментальный материал - в 2018 г. произошло
Рис. 1. Содержание 9^г в плодах малины при различной глубине его расположения в почве
постепенное увеличение содержания нуклида в плодах. Различие в содержании нуклида в плодах первого варианта между 2017 и 2018 гг. составило 1,3 раза. Во втором варианте меньше накапливается 9^г в плодах малины по причине малой досягаемости корней кустарника до глубины 50 см.
В результате эксперимента можно утверждать, что проведение глубокой плантажной вспашки может заметно снизить содержание нуклида в плодах.
Разница между накоплением нуклида в ягодах малины в зависимости от изучаемых вариантов нахождения его в почве, как показала математическая обработка, существенна при вероятности 0,95.
При простой регрессии отмечена экспоненциальная зависимость, которая выражена в уравнении:
У = 7,1 X приг = 0,91; Б = 284
Листья малины участвуют в природной трофической цепи и могут накапливать радионуклид. Появилась задача определить накопление нуклида в листовом аппарате малины в зависимости о глубины расположения его в почве. Результаты эксперимента приведены на рисунке 2.
При заглублении радионуклида в почву на 50 см накопление его в листьях малины в 2017 г. было меньше в 2,0 раза, в 2018 г. - в 2,6 раза. В 2018 г. различие между вариантами опыта в накоплении 9^г в листьях увеличилось. Радионуклид, располагаясь в почве на глубине 50 см, не имеет тесного
контакта со всей массой корневой системы малины. Только малая часть корней достигает этой глубины, что приводит к не большому накоплению нуклида в листовом аппарате малины. Разница между накоплением нуклида в листьях малины в зависимости от изучаемых вариантов нахождения его в почве, как показала математическая обработка, существенна при вероятности 0,95.
При простой регрессии отмечена экспоненциальная зависимость, которая выражена в уравнении:
У = 78,1 X при г = 0,90; Б = 244
Агротехнический прием - заглубление радионуклида в почву на 50 см приводит к меньшему его накоплению в листьях. Осенью, после выполнения своей главной роли листья опадают и создают на почве листовой полог - опад. Очень важно, чтобы он был как можно меньше радиоактивно загрязнен, так как, во-первых, из загрязненного опада радионуклид опять может накапливаться в растении, увеличивая его загрязнение, во-вторых, может загрязняться биота, находящаяся в опаде, которая в дальнейшем включится в природную трофическую цепь и т.д.
Исследования показали, что накопление 9^г в листьях малины происходит в обоих вариантах опыта, но в первом оно более интенсивно.
Не менее важно знать содержание радионуклида в приросте биомассы: коре и древесине малины. Так
Рис. 2. Содержание 9^г в листьях малины при различной глубине его расположения в почве
как малина может размножаться корневыми и зелеными черенками важность определения загрязнения потенциального посадочного материала не может быть преувеличена. Результаты по накоплению 9^г в древесине малины в зависимости от глубины его расположения в почве приведены на рисунке 3.
В отличие от большинства радиоактивных продуктов деления 9^г в почвах находится в основном в обменном состоянии; переход его в необменные формы («старение»), если и происходит, то очень медленно. По истечении 12 лет после попадания 9^г в выщелоченный чернозем 92-96% находилось в обменном состоянии. Длительное пребывание 9^г в почве в обменной и, следовательно, легкодоступной для усвоения растениями форме и медленная миграция по профилю почвы обеспечивают существование устойчивого источника поступления этого радионуклида в растения [19].
В результате эксперимента установлено, что глубина расположения радионуклида в почве оказала влияние на его накопление в древесине малины. Наибольшее накопление 9^г в древесине малины было в первом варианте, различие между изучаемыми вариантами в 2017 г. составило 2,6 раза, в 2018 г. - 2,9 раз.
Разница между накоплением 9^г в древесине малины в зависимости от изучаемых вариантов нахождения его в почве, как показала математическая обработка, существенна при вероятности 0,95.
При простой регрессии отмечена линейная зависимость, которая выражена в уравнении:
Y = 28,4 + Хх0,183 при г = 0,90; F = 281 Различие в содержании нуклида в древесине малины можно объяснить расположением его в почве. Основная масса корневой системы малины расположена в верхнем слое почвы, тогда, как радионуклид, во втором варианте находится на глубине 50 см, что, значительно уменьшает его накопление в древесине. Использованный агротехнический прием оказался эффективным для снижения содержания нуклида в древесине малины. В целом можно отметить, что происходит постепенное накопление 9^г в древесине малины в обоих вариантах, но более интенсивно в первом.
Отслаивающаяся кора со стебля малины в конечном итоге попадает в опад. То есть кора участвует в радиоактивном загрязнении опада. Содержание 9^г в коре малины, при различной глубине его расположения в почве, приведено на рисунке 4.
Рис. 3. Содержание 9^г в древесине малины при различной глубине его расположения в
почве
Рис. 4. Содержание 9^г в коре малины при различной глубине его расположения в почве
В первом варианте содержание 9^г в коре малины оказалось выше. Различие между вариантами составило в 2017 и 2018 гг. соответственно в 2,5 и 2,8 раза. Глубина расположения нуклида в почве оказала влияние на его накопление в растении.
Разница между накоплением нуклида в коре малины в зависимости от вариантов нахождения его в почве, как показала математическая обработка, существенна при вероятности 0,95.
При простой регрессии отмечена линейная зависимость, которая выражена в уравнении:
Y = 38,6 + Хх0,184 при г = 0,90; F = 213 Загрязнение коры малины может происходить еще и по причине попадания радиоактивной пыли, которая может срываться ветром с поверхности почвы. В первом варианте радионуклид расположен на поверхности почвы, что способствовало этому процессу. Во втором варианте загрязнение не высокое по следующим причинам: основная масса корней малины расположена на глубине 30 см и только отдельные корни могут уходить вглубь почвы; отсутствие поверхностного загрязнения коры при срыве почвы ветром.
При определении дополнительной дозовой нагрузки на организм человека требуется знать накопление радионуклидов в хозяйственно-ценной части растения. Изучаемые звенья трофической цепи «почва - растение» служат начальными, а в некоторых случаях основными для многих следующих звеньев: консументов первого, второго и т.д. порядка. При составлении прогноза внутренней дозовой нагрузки на организм человека учитывается коэффициент перехода (Кп). Полученный экспериментальный материал позволяет выполнить соответствующие расчеты и составить прогноз по дальнейшему использованию радиоактивно загрязненной почвы и дать рекомендации по выращиванию на ней изученных растений.
Таким образом, накопление 908г в генеративных и вегетативных органах малины во втором варианте опыта оказалось меньше, чем в первом. Различие между изучаемыми вариантами опыта в содержании 908г в плодах малины в 2018 г. составило 1,9раз, в листьях - 2,6раз, в древесине -2,9 раз и в коре - 2,8 раз.
Литература
1. Рахимова Н.Н., Горшенина Е.Л., Алферов И.Н. Миграция радионуклидов цезия-137 и стронция-90 в почвенно-растительных комплексах. - Тольятти, 2012. - С. 256-262.
2. Рахимова Н.Н. Восстановление почв, загрязненных радионуклидами методом фитомелиорации [Электронный ресурс] / Университетский комплекс, как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всерос. науч.-метод. конф. (Оренбург, 29-31 января 2014 г.). - Оренбург: Оренбургский госуниверситет, 2014. - С. 997-1002.
3. Мельченко А.И. Миграция стронция в разных слоях чернозема выщелоченного // Агрохимический вестник, 2015, № 1. - С. 12-14.
4. Рахимова Н.Н. Миграционная способность радионуклидов 137Cs и 90Sr в различных типах почв // Вестник Оренбургского государственного университета, 2015, № 10 (185). - С. 412-415.
5. Лурье А.А. Радиоэкология леса: учебное пособие. - М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2010. - 157 с.
6. Бондаренко О.А., Мовчан Я.И. Чернобыльская катастрофа: 29 лет спустя // Астраханский вестник экологического образования, 2015, № 2. - С. 90-104.
7. Мельченко А.И. Накопление радионуклидов в сельскохозяйственных растениях в зависимости от их биологических особенностей // Труды Кубанского государственного аграрного университета, 2011, № 6(33). - С. 83-89.
8. Toxicological profile for strontium. U.S. Department of health and human services. Public Health Service. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. - April, 2004. - P. 3-4, 205-229.
9. Щур А.В. Особенности перехода радионуклидов в хозяйственно-ценную растительность // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии, 2014, № 2. - С. 37-42.
10. Симакин А.И. Удобрение, плодородие почв и урожай. - Краснодар: Краснодарское кн. изд-во, 1988. - 270 с.
11. Терпелец В.И., Слюсарев В.Н., Бузоверов А.В., Попова Ю.С. Почвоведение. - Краснодар: КубГАУ, 2016. - 60 с.
12. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1968. - 336 с.
13. Комплекс универсальный спектрометрический «Гамма Плюс» / Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.: Экспертцентр, 1995. - 57 с.
14. «Инструкция по отбору проб почвы при радиационном обследовании загрязненности местности», утвержденная Госкомгидрометом, 1987. - 45 с.
15. Методические указания по определению содержания стронция-90 и цезия-137 в почвах и растениях. - М.: ЦИНАО, 1985. - 35 с.
16. ГОСТ Р 50801-95. Древесное сырье, лесоматериалы, полуфабрикаты и изделия из древесины и древесных материалов. Допустимая удельная активность радионуклидов, отбор проб и методы измерения удельной активности радионуклидов. - М.: Госстандарт России. - 18 с.
17. ОСТ Р 10070-95. Почвы. Методика определения стронция-90 в почвах сельхозугодий. Утвержден и введен в действие Министерством сельского хозяйства и продовольствия РФ 14.04.1995 г. - 16 с.
18. Бузоверов А.В., Дорошенко Т.Н., Рязанова Л.Г. Южное плодоводство: почвенная агротехника, удобрение, орошение. - Краснодар: КубГАУ, 2017. - 85 с.
19. Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах. - М. : Наука, 2000. - 268 с.
