CC BY
12
Вестник аграрной науки, 4(79), Август 2019, http://dx.doi.org/10.15217/48484 УДК / UDC 633.2.03:620.267:539.16
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕНОКОСОВ И ПАСТБИЩ,
ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ
CURRENT PROBLEMS OF THE USE OF HAYFIELDS AND PASTURES UNDER
NUCLEAR POLLUTION
Князева Е.П., старший научный сотрудник Knyazeva E.P., Senior Researcher Коломейченко B.B., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент РАН, старший научный сотрудник Kolomeichenko V.V., Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Senior Researcher Пикуль A.H., кандидат сельскохозяйственных наук, ученый секретарь
Pikul A.N., Candidate of Agricultural Sciences, Scientific Secretary Тульский научно-исследовательский институт сельского хозяйства -филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр "Немчиновка"»,
Тульская область, Россия Tula Agricultural Research Institute - branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center "Nemchinovka", Tula region, Russia
E-mail: tniisx@mail.ru Кузнецов B.K., доктор биологических наук, заведующий лабораторией Kuznetsov V.K., Doctor of Biological Sciences, Head of Laboratory ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии», Обнинск, Калужская область, Россия Russian Institute of Radiology and Agroecology, Obninsk, Kaluga region, Russia
E-mail: vkkuzn@yandex. ru
На кормовых угодьях овражно-балочных систем северной части Лесостепной зоны проведена инвентаризация состояния сенокосов и пастбищ, расположенных на радиоактивно загрязненной почве. Объектами исследований являлись почва и растения склоновых агроландшафтов, подвергшиеся радиоактивному загрязнению. В результате проведенных исследований установлено, что естественное плодородие почвы на днищах балок выше, чем на склонах всех экспозиций. Содержание гумуса на днищах обследованных балок выше (5,18-5,63%), чем на склонах (3,82-5,14%). Почвы склонов более кислые (pH 4,97-5,36) по сравнению с днищами (pH 5,46-5,57). На днищах балок формируется более высокая урожайность травостоев, чем в верхних и средних частях склонов. Для улучшения угодий наиболее подходит корневищный вид кострец безостый (Bromopsis inermis Leyss). Его содержание в старовозрастных травостоях достигало на днищах балок 92,7-98,0% спустя более 40 лет после залужения. Плотность загрязнения 137Cs днищ балок практически всегда выше середины и вершины склонов. Растения на склонах южных экспозиций накапливали 137Cs, как правило, больше, чем на северных. В условиях радиоактивного загрязнения на выщелоченных черноземах Тульской области содержание 137Cs в воздушно-сухом веществе не превышало норм ветеринарных правил (ВП 13,5 13/06-1) для сена (400 Бк/кг) и было более чем на порядок ниже, то есть, возможно получение нормативно чистой доброкачественной продукции. Ключевые слова: овражно-балочные системы, склоновые земли, старовозрастные травостои, поверхностное и коренное улучшение, ботанический и биохимический состав, агрохимическая характеристика почвы, радиоактивное загрязнение.
An inventory of the condition of hayfields and pastures located on radioactively contaminated soil was conducted on the forage lands of the ravine systems in the northern part of the Forest-Steppe Zone. The objects of the research were soil and plants of sloping agrolandscapes subjected to radioactive contamination. As a result of the research it was found that the natural fertility of the soil on the bottoms of the beams is higher than on the slopes of all exposures. The humus content on the bottoms of the examined beams is higher (5.18-5.63%) than on the slopes (3.82-5.14%). The soil of the slopes is more acidic (pH 4.97-5.36) compared with bottoms (pH 5.46-5.57). A higher yield of grass stands is formed on the bottoms of the beams than in the upper and middle parts of the slopes. Rhizome species of boneless stands (Bromopsis inermis Leyss) is the most suitable species for improving the land. Its content in old-growing grass stands reached 92.7-98.0% on the bottom of beams more than 40 years after the tinning. The density of 137Cs pollution of the bottoms of the beams is almost always higher than the middle and top of the slopes. The plants on the slopes of southern exposures accumulated 137Cs, as a rule, more than on northern ones. Under the conditions of radioactive contamination on the leached chernozems of the Tula region, the 137Cs content in the air dry matter did not exceed the norms of veterinary rules (VR13.5 13/06-1) for hay (400 Bq/kg) and was more than an order of magnitude lower, it was possible to obtain regulatory pure good products. Key words: ravine systems, sloping lands, old-growth grass stands, simplificated and fundamental soil improvement, botanical and biochemical composition, agrochemical soil characteristics, radioactive contamination.
Введение. Земли Тульского научно-исследовательского института сельского хозяйства (Тульского НИИСХ), являются наиболее характерными представителями природных кормовых угодий Плавского плато Среднерусской возвышенности. Природные кормовые угодья находятся в основном в овражно-балочных системах и частично в поймах небольших рек, поскольку территория сильно распахана (до 70-80%). Редкий травостой не может противостоять эрозионным процессам во время интенсивного снеготаяния и летних ливней.
В результате большой научно-исследовательской и внедренческой работы сотрудников Тульской государственной опытной станции, целью которой было коренное и поверхностное улучшение природных кормовых угодий, а также постоянное залужение прилегающих к ним эродированных участков пашни, к началу 80-х гг. XX в. эта работа была завершена на площади более 1000 га.
После аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году появилась новая проблема - загрязнение радионуклидами 137Cs и 90Sr. В соответствии с экологической доктриной Российской Федерации (№ 1225-р от 31 августа 2002 г.) [1 ] и Указом Президента РФ от 01.12.2016 г. № 642 [2] сохранение ландшафтного потенциала и переход к высокопродуктивному и экологически чистому агрохозяйству являются приоритетными направлениями научно-технологического развития Российской Федерации.
Для ведения кормопроизводства на радиоактивно загрязненных почвах необходима инвентаризация состояния пастбищных и сенокосных угодий, что и стало целью работы.
Условия, материалы и методы. Исследования по оценке агрохимических и агротехнических мероприятий, влияющих на накопление 137Cs в травостое эрозионных агроландшафтов, проводили в 2011-2013 гг. на радиоактивно загрязненных склоновых угодьях Тульского НИИСХ. Для научно-обоснованного, рационального ведения сельскохозяйственного производства были проведены обследования склонов двух балок общей площадью около 800 га со среднесуглинистыми выщелоченными чернозёмами разной степени эродированности.
Залужение склонов балок проводилось около 40 лет назад различными травосмесями, состоящими из злаковых и бобовых видов, или одним кострецом безостым. До 1985 года на эти угодья ежегодно вносились минеральные удобрения, за счет чего урожайность сена составляла 3-4 т/га. На протяжении последнего десятилетия удобрения не вносились, что привело к снижению продуктивности. Средняя урожайность естественных сенокосов в Тульской области за последние годы составила 0,77 т/га.
После аварии на ЧАЭС почва склонов не подвергалась механической обработке. Образцы отбирались по одному на днищах балок и по два на противоположных склонах южной, северной, западной, восточной, юго-западной, юго-восточной, северо-западной и северо-восточной экспозиций. Крутизна склонов варьировала от сильнопокатых (7-9°) до чрезвычайно крутых (27-33°), их протяженность составляла 70-120 м. На сопряженной поверхности выбранных склонов выделялись основные микрозоны, почвенный и ботанический состав которых наиболее полно характеризовал изучаемые территориальные комплексы. Экспериментальные площадки размером 5x10 м располагались в верхней, средней частях склонов и на днищах балок.
Почвенные образцы для определения плотности загрязнения 137Cs и миграции его по склонам балок отбирались на глубину 0-25 см по слоям: 0-5, 5-10, 10-15, 15-20, 20-25 см, а на днищах - на глубину до 100 см с шагом 5 см. Одновременно отбирались пробы почв для определения агрохимических показателей в слое 0-25 см. Анализы почвенных образцов проводились по общепринятым методикам согласно ГОСТам: рНкс! - потенциометрически (ГОСТ 26483-85); гумус - по методу Тюрина (ГОСТ 26213-91); гидролитическая кислотность (Нг) и сумма поглощённых оснований - по методу Каппена (ГОСТ 26212-91 и ГОСТ 27821-88); P2O5 - по методу Чирикова (ГОСТ 26204-91); К2О -по методу Масловой (ГОСТ 26210-91).
Образцы травостоев отбирали на 37 экспериментальных площадках в период колошения злаковых и бутонизации бобовых видов. Ботанический состав определяли в день отбора образцов. Учёт зелёной массы проводился с площади 1 м2 в трёхкратной повторности с одновременным отбором проб растений на биохимический анализ и содержание 137Cs. В растительных образцах определялись весовым методом: сухое вещество (ГОСТ Р 52838-2007); золу (ГОСТ 26226-95); азот - фотометрическим методом (ГОСТ 13496.4-93); кальций - комплексонометрическим методом (ГОСТ 26570-95); жир - по обезжиренному остатку (ГОСТ 13496. 15-97); калий - пламеннофотометрическим методом (ГОСТ 30504-97); фосфор - фотометрическим методом (ГОСТ 26657-97); клетчатку (ГОСТ Р 52839 - 2007).
Определение содержания 137Cs в почвенных и растительных образцах проводилось в лаборатории ВНИИРАЭ Y-cпeктPoмeтPичecким методом на многоканальных анализаторах № 1200 с германиевым детектором GM. Ошибка измерения не превышала ± 10%.
Результаты и обсуждение. В связи с пересечённым рельефом Среднерусской возвышенности во время таяния снега и летних ливней постоянно идет сток и смыв почвы с приводораздельного и присетевого земельных фондов на днище балок и оврагов. Эрозионные процессы в незначительных размерах, вероятно, продолжались здесь уже многие тысячелетия, но большого ущерба от них не было, так как почву защищала густая сеть естественной травянистой и древесно-кустарниковой растительности. После массовой распашки земель в XIX-XX вв. интенсивность эрозионных
процессов возросла на несколько порядков. В результате на днищах балок образовались залежи чернозёма, местами толщиной до 1 м.
На основании проведённых анализов было установлено, что содержание гумуса на днищах обследованных балок было выше (5,18-5,63%), чем на склонах всех экспозиций (3,82-5,14%) (табл. 1). Содержание фосфора на днищах балок колебалось в среднем от 65,0 до 78,6 мг/кг, на соответствующих склонах оно составляло 48,4-67,0 мг/кг. Среднее содержание калия на днищах колебалось от 98,9 до 122,3 мг/кг, а на склонах балок оно составляло 61,5-83,1 мг/кг. Почвы склонов всех экспозиций были более кислыми (рН 4,97-5,36) по сравнению с днищами (рН 5,46-5,57). Гидролитическая кислотность (Нг) на днищах была ниже (2,82-3,96 ммоль/100 г), чем на склонах (3,11-4,94 ммоль/100г), а сумма поглощенных оснований (Б) составляла 34,1-37,8 ммоль/100 г и 30,7-36,3 ммоль/100 г соответственно.
Таблица 1 - Агрохимическая характеристика почв на балочных склонах различных экспозиций_
Количество точек Экспозиции склонов Гумус, % Р2О5, мг/кг К2О, мг/кг РН Нг, ммоль/ 100 г Б, ммоль/ 100 г
I 27 С, С-3, С-В 4,87 67,0 66,3 5,25 4,36 34,2
Днище 5,63 78,6 98,9 5,46 3,96 34,1
Ю, Ю-В, Ю-3 5,14 49,1 61,5 4,97 4,94 30,7
I 10 3 4,68 49,2 83,1 5,25 3,39 32,5
Днище 5,18 65,0 122,3 5,57 2,82 37,8
В 3,82 48,4 62,8 5,36 3,11 36,3
Так как естественное плодородие почвы на днищах балок было выше, чем на склонах всех экспозиций, это отразилось на ботаническом составе травостоев (табл. 2). На днищах балок количество злаковых видов колебалось от 62,9 до 64,1%, а на склонах - от 29,0 до 54,2%. Закономерность по содержанию в травостоях бобовых видов и разнотравья оказалась обратная. Бобовые травы были представлены единичными экземплярами (содержание 0,3%), на склонах же их содержание колебалось от 2,0 до 3,6%. Доля разнотравья на днищах балок составляла 35,6-36,8%, а на склонах - 43,2-67,6%. Злаковые виды более отзывчивы на естественное плодородие почв, поэтому их участие в травостоях на днищах балок оказалось главным фактором увеличения продуктивности зелёной и сухой массы (7,70-9,16 т/га и 2,45-2,76 т/га соответственно). Формированию более высокой урожайности травостоев на днищах балок способствовало и то, что за счёт стока воды во время таяния снега и выпадения ливней они были увлажнены лучше, чем верхние и средние части склонов.
Таблица 2 - Продуктивность и ботанический состав травостоя на балочных склонах различных экспозиций_
Количество точек Экспозиции склонов Урожайность, т/га оэ, МДж/кг Ботанический состав, %
зелёная масса сухое вещество злаки бобовые разнотравье
I 27 С, С-3, С-В 5,74 1,92 9,2 54,2 2,6 43,2
Днище 7,70 2,45 9,2 64,1 0,3 35,6
Ю, Ю-В, Ю-3 4,69 1,65 9,1 42,1 2,0 55,9
I 10 3 5,30 1,72 9,2 29,0 3,6 67,4
Днище 9,16 2,76 9,3 62,9 0,3 36,8
В 5,62 1,79 9,2 30,3 2,1 67,6
Урожайность травостоев на склонах всех экспозиций была ниже (4,69-5,74 т/га зелёной массы и 1,65-1,92 т/га сухого вещества). Данные по обменной энергии в травостоях на днищах балок и на склонах всех экспозиций различались незначительно (9,1-9,3 МДж/кг).
По большинству показателей биохимический состав травостоев на днищах и склонах балок сильно не отличался (табл. 3). Они колебались в следующих пределах (%): сырой протеин - 11,26-11,66; жир - 1,07-1,27; клетчатка - 27,3-28,4; безазотистые экстрактивные вещества (БЭВ) - 42,49-43,08; зола - 5,85-6,49; кальций - 0,63-0,88; фосфор - 0,24-0,26. И только среднее содержание калия на днищах балок было несколько выше (1,62-1,82%), чем на склонах (1,44-1,50%).
Таблица 3 - Биохимический состав травостоя на балочных склонах различных экспозиций_
Количество точек Экспозиции Гигроскопич. влажность, % В процентах на воздушно-сухой вес
сырой протеин жир клетчатка БЭВ зола кальций фосфор калий
I 27 С, С-3, С-В 10,52 11,53 1,12 28,1 42,49 6,24 0,80 0,24 1,47
Днище 10,52 11,50 1,07 27,9 42,52 6,49 0,63 0,26 1,82
Ю, Ю-В, Ю-3 10,43 11,26 1,08 28,3 43,08 5,85 0,70 0,24 1,50
I 10 3 10,52 11,44 1,12 28,4 42,60 5,92 0,85 0,25 1,44
Днище 10,60 11,66 1,14 27,3 42,90 6,40 0,82 0,26 1,62
В 10,50 11,56 1,27 28,0 42,72 5,95 0,88 0,24 1,50
В таблице 4 приведены средние (вершина и середина склона) значения содержания 1370в (кБк/м2) в почвах склонов различных экспозиций и на днищах балок. Средние значения содержания 1370в в почвах северной, северо-западной и северо-восточной экспозиций составляли 182,40 кБк/м2, в почвах южной, юго-восточной и юго-западной экспозиции - 191,51 кБк/м2, на днищах балок были ниже - 159,59 кБк/м2 На склонах западной и восточной экспозиций среднее содержание 1370в было ниже (140,11-145,41 кБк/м2) чем на днище - 164,60 кБк/м2
Таблица 4 - Радиоэкологическая характеристика почв и содержание 1370в в травостоях на балочных склонах разных экспозиций_
Количество точек Экспозиции Содержание 1370э в почве, кБк/м2 Содержание 1370э в травостое, Бк/кг КП, Бк/кг растен. / кБк/м2 почвы, п*10-2
I 27 С, С-3, С-В 182,40 5,47 3,00
Днище 159,59 4,34 2,72
Ю, Ю-В, Ю-3 191,51 11,05 5,77
I 10 3 145,41 6,95 4,78
Днище 164,60 3,25 1,97
В 140,11 7,18 5,12
Значения плотности загрязнения 1370в в верхней и средней частях склонов были различны - на одних участках больше в верхней части, на других - в средней, на третьих не различались. Вероятно, это обусловлено особенностями микрольефа: если склон прямой, то водный поток не задерживается в средней части и выносит почву ближе к подножью. Если есть впадины, понижения, то одновременно с выносом происходит и накопление в них смываемой почвы. Наибольшее накопление почвы и 1370в происходит, как правило, в нижней части, но на длинных склонах водный поток не доходит до подножия и останавливается примерно посередине, где и происходит основное накопление почвы и 1370в [3].
Плотность загрязнения днищ балок практически всегда выше середины и вершины склонов, что можно объяснить смывом и накоплением наносных делювиальных отложений у подножий склонов. Их толщина зависит от крутизны и длины склонов и составляет 5-40 см (иногда больше). В то же время максимальную активность смываемой почвы наблюдали в первые годы после аварии, а затем она постепенно снижалась и оказалась в мощных отложениях ближе к низу склонов, в то время как наверху - более поздние после аварии отложения смываемых почв с меньшим содержанием 137Cs [4].
Растения на склонах южных экспозиций накапливали 137Cs, как правило, больше, чем на северных. Так, минимальное содержание 137Cs в травостое колебалось от 1,0 Бк/кг воздушно-сухой массы вверху склона северо-западной экспозиции (2011 г.) до 2,3 Бк/кг воздушно-сухой массы в верхней части склона северо-восточной экспозиции (2012 г.), а максимальное содержание 137Cs в травостоях составило 22,3 Бк/кг в середине склона юго-западной экспозиции (2012 г.) и 54,7 Бк/кг - в середине склона юго-восточной экспозиции (2011 г.).
Состав травостоев во всех случаях был приблизительно одинаковый - кострец безостый (Bromopsis inermis Leyss), овсяница луговая (Festuca pratensis Huds), пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare L.), полынь горькая (Artemisia absinthium L.).
Среднее же содержание 137Cs в травостое на склонах северных экспозиций составляло 5,47 Бк/кг воздушно-сухой массы и 11,05 Бк/кг на склонах южных экспозиций, а западной и восточной экспозиций оказались довольно близкими -6,95-7,18 Бк/кг воздушно-сухой массы соответственно. Вероятно, весной эрозионные процессы, как и сток почв с 137Cs, были значительно интенсивнее на южных склонах, чем на северных, за счёт более быстрого снеготаяния. Кроме того, агрохимические свойства почв на южных склонах, как правило, хуже, чем на северных. В летний период растения на южных склонах больше страдают от недостатка влаги и их урожайность ниже, а содержание 137Cs на единицу массы выше.
Накопление 137Cs в растениях на днищах балок было минимальным: 3,254,34 Бк/кг воздушно-сухого вещества, несмотря на высокую плотность загрязнения. Эту особенность можно объяснить тем, что наиболее загрязнённые слои почвы находятся внизу под слоями смытых почв с меньшим содержанием 137Cs, а корневые системы растений находятся большей частью в верхних горизонтах, то есть происходит экранизация наиболее загрязнённых слоев почвы от корневых систем растений. Смытые почвы более плодородные, содержат большое количество питательных веществ. Содержание влаги на днищах также выше, чем на склонах, соответственно урожайность растений максимальная, что приводит к эффекту разбавления 137Cs нарастающей массой.
Ботанический состав природных кормовых угодий очень разнообразен: выявлено более 90 видов растительности. Доля трав изменялась в широких пределах: от единичных экземпляров - кульбаба осенняя (Leontodon autumnalis L.) козлобородник луговой (Tragopogon pratensis L.), ноннея темно-бурая (Nonea pulla L.) до 92,7-98,0% кострец безостый (Bromopsis inermis Leyss).
В 80-е годы XX в. на Тульской государственной опытной станции кроме травосмесей проводились одновидовые посевы костреца безостого на склонах балок и эродированной пашне. В 2011-2013 гг. этот вид присутствовал почти во всех образцах, причём на днищах балок его содержание в травостоях составляло от 30,0-40,4 до 92,7-98,0%. Из бобовых видов в 2012 г. в 20% образцов отмечена люцерна изменчивая (Medicago varia L), доля которой в травостоях на склонах балки достигала 6,1-21,1 %.
В целом на сеяных и природных лугах доминируют злаково-разнотравные травостои, под которые не вносятся азотные удобрения, способные повысить обеспеченность кормов протеином, и, хотя среднее содержание его составляет 11,26-11,66%, этого недостаточно. Для эффективного использования объёмистых кормов содержание в сухом веществе сырого протеина при круглогодичном стойловом содержании должно быть выше 14%, а энергетическая питательность кормов (ОЭ) не менее 10 МДж. Для высокопродуктивных животных показатели еще выше - 10,4-11,2 МДж ОЭ и не менее 16% сырого протеина [5]. Проблему дефицита протеина в кормах для жвачных животных рекомендуется решать за счёт использования многолетних бобовых трав (клевер луговой, люцерна изменчивая, козлятник восточный и др.) [6].
Выводы. В результате проведенных исследований установлено, что естественное плодородие почвы на днищах балок выше, чем на склонах всех экспозиций. Содержание гумуса на днищах обследованных балок выше (5,185,63%), чем на склонах (3,82-5,14%). Почвы склонов более кислые (рН 4,97-5,36) по сравнению с днищами (рН 5,46-5,57). На днищах балок формируется более высокая урожайность травостоев, чем в верхних и средних частях склонов. Для улучшения угодий наиболее подходит корневищный вид кострец безостый (ВготорБ1з ¡пегт1Б Leyss). Его содержание в старовозрастных травостоях достигало на днищах балок 92,7-98,0% спустя более 40 лет после залужения. Плотность загрязнения 137Cs днищ балок практически всегда выше середины и вершины склонов. Растения на склонах южных экспозиций накапливали 1370в, как правило, больше, чем на северных. В условиях радиоактивного загрязнения на выщелоченных черноземах Тульской области содержание 137Cs в воздушно-сухом веществе не превышало норм ветеринарных правил (ВП 13,5 13/06-1) для сена (400 Бк/кг) и было более чем на порядок ниже, то есть, возможно получение нормативно чистой доброкачественной продукции [7].
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Экологическая доктрина РФ // иРЬ: https://legalacts.ru/doc/rasporjazhenie-ргау^еЫуа-г1Ч^-31082002-п-1225-г/ (дата обращения 11.05.2019).
2. Указ Президента РФ от 01.12.2016 N 642 // иРЬ: https://www.cardio-tomsk.ru/storage/doc/nauka/ (дата обращения 11.05.2019).
3. Горизонтальная и вертикальная миграция 137Cs в склоновых ландшафтах / В.К. Кузнецов, К.Г. Калашников, В.П. Грунская, Н.И. Санжарова // Радиационная биология. Радиоэкология. 2009. № 3. С. 282-290.
4. Особенности распределения 137Cs в агроландшафтах склонов северной части лесостепной зоны / В.К. Кузнецов, К.Г. Калашников, В.П. Грунская, Н.И. Санжарова // Агрохимия. 2009. № 2. С. 75-86.
5. Косолапов В.М., Бондарев В.А., Клименко В.П. Повышение качества объемистых кормов // Доклады российской академии сельскохозяйственных наук. 2008. №5. С. 20-24.
6. Косолапов В.М., Трофимов И.А. Исследования по кормопроизводству, экологии и рациональному природопользованию // Кормопроизводство. 2015. № 7. С.3-9.
7. Ветеринарные правила обеспечения радиационной безопасности животных и продукции животного происхождения (ВП 13.5.13/06-01). Государственная система ветеринарного нормирования Российской Федерации. Радиационная безопасность. М.: Минсельхозпрод России. 2001. 55 с.
