Научная статья на тему 'ВЕРТИКАЛЬНАЯ МИГРАЦИЯ 90Sr В ПОЧВЕННЫХ ГОРИЗОНТАХ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО'

ВЕРТИКАЛЬНАЯ МИГРАЦИЯ 90Sr В ПОЧВЕННЫХ ГОРИЗОНТАХ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
21
11
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
почва / чернозем выщелоченный / радионуклид / миграция / Краснодарский край / soil / leached Chernozem / radionuclide / migration / the Krasnodar region

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — В А. Погорелова, М А. Мазиров, А И. Мельченко

В многолетнем полевом опыте (30 лет) изучена вертикальная миграция 90Sr в черноземе выщелоченном в условиях Краснодарского края. Варианты расположения нуклида в почве: 1 – пахотный слой (0-25 см), второй – 50 см (имитация плантажной вспашки). В первом варианте опыта за первые 15 лет исследований (1989-2004 гг.) отмечена не высокая миграция 90Sr от места внесения в нижележащие почвенные горизонты. Передвижение составило всего 5 см. За следующие 10 лет (2004-2014 гг.) радионуклид также не «ушел» глубоко в почву. Общая глубина миграции, от места внесения, за 25 лет составила 10-12 см. В следующие 5 лет (2014-2019 гг.) вертикальная миграция и содержание изучаемого нуклида по исследуемым слоям почвы практически мало изменились. То есть радионуклид довольно сильно снизил сою мобильность. В целом за весь период наблюдений, начиная с 1989 г., вертикальная миграция изучаемого нуклида составила 10-13 см (до 15 см по повторениям). Во втором варианте опыта вертикальная миграция изучаемого радионуклида за период исследований 1989-2019 гг. составила 10-12 см. За последние 5 лет исследований можно отметить увеличение содержания нуклида в слое 50-55 см при его одновременном уменьшении в слое 45-50 см. В итоге можно утверждать, что вертикальная миграция радионуклида в изучаемой почве не высокая даже при многолетнем нахождении в почве.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотрDOI: 10.24412/1029-2551-2021-2-010
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

VERTICAL MIGRATION OF 90Sr IN SOIL HORIZONS OF LEACHED CHERNOZEM

In a long-term field experiment (30 years), the vertical migration of 90Sr in leached chernozem in the conditions of the Krasnodar region was studied. Options for the location of the nuclead in the soil: 1-arable layer (0-25cm), the second-50cm (imitation of plantage plowing). In the first version of the experiment, for the first 15 years of research (1989-2004), a low migration of 90Sr from the place of application to the underlying soil horizons was noted. The movement was only 5 cm. Over the next 10 years (2004-2014), the radionuclide also did not "go" deep into the soil. The total depth of migration, from the place of introduction, for 25 years was 10-12cm. In the next 5 years (2014-2019), the vertical migration and the content of the studied nuclide in the studied soil layers practically changed little. That is, the radionuclide is pretty much reduced my mobility. In general, for the entire period of observations, starting from 1989, the vertical migration of the studied nuclide was 10-13 (up to 15 cm in repetitions). In the second variant of the experiment, the vertical migration of the studied radionuclide for the period of research from 1989 to 2019 was 10-12 cm. Over the past 5 years of research, it is possible to note an increase in the nuclide content in the 50-55cm layer, while its simultaneous decrease in the 45-50cm layer. As a result, it can be argued that the vertical migration of radionuclide in the studied soil is low even with long-term presence in the soil.

Текст научной работы на тему «ВЕРТИКАЛЬНАЯ МИГРАЦИЯ 90Sr В ПОЧВЕННЫХ ГОРИЗОНТАХ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО»

ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ

УДК 631.445.4:546.42(470.62) DOI: 10.24412/1029-2551-2021-2-010

ВЕРТИКАЛЬНАЯ МИГРАЦИЯ 90Sr В ПОЧВЕННЫХ ГОРИЗОНТАХ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО

!В.А. Погорелова, 2М.А. Мазиров, д.б.н., 3А.И. Мельченко, д.б.н.

1Эколого-биологический Центр Краснодарского края, e-mail: VikkiM88@mail.ru 2РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: mazirov@mail.ru 3Кубанский государственный аграрный университет, e-mail: alexkuban59@mail.ru

В многолетнем полевом опыте (30 лет) изучена вертикальная миграция 90Sr в черноземе выщелоченном в условиях Краснодарского края. Варианты расположения нуклида в почве: 1 - пахотный слой (0-25 см), второй - 50 см (имитация плантажной вспашки). В первом варианте опыта за первые 15 лет исследований (1989-2004 гг.) отмечена не высокая миграция 90Sr от места внесения в нижележащие почвенные горизонты. Передвижение составило всего 5 см. За следующие 10 лет (2004-2014 гг.) радионуклид также не «ушел» глубоко в почву. Общая глубина миграции, от места внесения, за 25 лет составила 10-12 см. В следующие 5 лет (2014-2019 гг.) вертикальная миграция и содержание изучаемого нуклида по исследуемым слоям почвы практически мало изменились. То есть радионуклид довольно сильно снизил сою мобильность. В целом за весь период наблюдений, начиная с 1989 г., вертикальная миграция изучаемого нуклида составила 10-13 см (до 15 см по повторениям). Во втором варианте опыта вертикальная миграция изучаемого радионуклида за период исследований 1989-2019 гг. составила 10-12 см. За последние 5 лет исследований можно отметить увеличение содержания нуклида в слое 50-55 см при его одновременном уменьшении в слое 45-50 см. В итоге можно утверждать, что вертикальная миграция радионуклида в изучаемой почве не высокая даже при многолетнем нахождении в почве.

Ключевые слова: почва, чернозем выщелоченный, радионуклид, миграция, Краснодарский край.

VERTICAL MIGRATION OF 90Sr IN SOIL HORIZONS OF LEACHED CHERNOZEM

1V.A. Pogorelova, 2Dr.Sci. M.A. Mazirov, 3Dr.Sci. A.I. Melchenko

1Ecological and biological Center of the Krasnodar region, e-mail: VikkiM88@mail.ru 2Russian Timiryazev State Agrarian University (RSAU-MTAA), e-mail: mazirov@mail.ru 3Kuban State Agrarian University, e-mail: alexkuban59@mail.ru

In a long-term field experiment (30 years), the vertical migration of 90Sr in leached chernozem in the conditions of the Krasnodar region was studied. Options for the location of the nuclead in the soil: 1-arable layer (0-25cm), the second-50cm (imitation of plantage plowing). In the first version of the experiment, for the first 15 years of research (1989-2004), a low migration of 90Sr from the place of application to the underlying soil horizons was noted. The movement was only 5 cm. Over the next 10years (2004-2014), the radionuclide also did not "go" deep into the soil. The total depth of migration, from the place of introduction, for 25 years was 10-12cm. In the next 5 years (2014-2019), the vertical migration and the content of the studied nuclide in the studied soil layers practically changed little. That is, the radionuclide is pretty much reduced my mobility. In general, for the entire period of observations, startingfrom 1989, the vertical migration of the studied nuclide was 10-13 (up to 15 cm in repetitions). In the second variant of the experiment, the vertical migration of the studied radionuclide for the period of research from 1989 to 2019 was 10-12 cm. Over the past 5 years of research, it is possible to note an increase in the nuclide content in the 50-55cm layer, while its simultaneous decrease in the 45-50cm layer. As a result, it can be argued that the vertical migration of radionuclide in the studied soil is low even with long-term presence in the soil.

Keywords: soil, leached Chernozem, radionuclide, migration, the Krasnodar region.

Изучению миграции радионуклидов в различных типах почв и накоплению их в растениях ученые уделяют большое внимание [1-9]. Многие авторы

указывают, что почвы с высоким уровнем плодородия снижают мобильность радионуклидов, что в свою очередь уменьшает их накопление в растени-

ях. Даже при одинаковой радиоактивной плотности загрязнения нуклидом различных типов почв, миграция и накопление его в растении будет разным, и это различие может быть в несколько десятков раз [1]. На целинных залежах или, если почву уже много лет не обрабатывали, миграция радионуклидов из верхнего слоя почвы может идти медленно [6, 10, 11]. При одинаковой плотности загрязнения одного и того же типа почвы различными радионуклидами, также будет не одинаковая их скорость передвижения в почве и накопление в растениях. Утверждения эти верны, однако для различных регионов нашей страны скорость миграции и накопление нуклидов в сельскохозяйственных растениях будут сильно отличаться. Причин этого различия несколько - климатические характеристики региона, почвенные условия, спектр выращиваемых сельскохозяйственных культур, сортовые особенности т.д. Поэтому исследования по миграции радионуклидов в различных типах почв и дальнейшее их движение к растениям следует проводить в каждом отдельном регионе. Переносить и применять для практики выращивания сельскохозяйственных растений полученные экспериментальные результаты из одного региона в другой не допустимо, так как в итоге радиоактивное загрязнение растений может сильно отличаться. Кроме того, следует учитывать, что в последние десятилетия происходит уменьшение содержания гумуса в почвах Кубанских черноземов, наряду с некоторым их подкислением [12], что ведет к уменьшению сорбции 908г почвами.

Изучая вертикальную миграцию нуклида в почве, можно будет сделать выводы об эффективности применяемых агротехнических приемов по снижению накопления радионуклидов растениях. Кроме того, можно будет подобрать растения, у которых на данной территории будет меньшее накопление нуклида.

Исследований вертикальной миграции 908г в черноземе выщелоченном при различных вариантах его расположения в почве за период его нахождения в почве 30 лет в условиях Краснодарского края не проводили, что стало основанием для проведения подобных экспериментов.

Цель исследований - изучить вертикальную миграцию 908г при различном расположении его в слоях чернозема выщелоченного. Полученный экспериментальный материал позволит составить рекомендации о спектре возможного выращиваемых сельскохозяйственных растений на загрязненных территориях.

Методика. Для исследований был выбран радионуклид - 908г. Причин этого выбора несколько, во-первых, он принимает участие в обмене веществ в растениях, во-вторых, он более мобилен в почве по сравнению с цезием и, в-третьих, если стронций оказывается в верхних слоях почвы после выпадений с осадками, то в этом слое он довольно долго нахо-

дится в доступном состоянии для накопления в растениях. Кроме того, он хорошо проникает в растения через листовую пластинку. И, конечно, не следует забывать, что этот элемент по своим «поведенческим» характеристикам близок к кальцию, что сказывается при накоплении его в растительных организмах.

Опасность 90Sr для живых организмов, в том числе и для человека общеизвестна. Его избирательная способность накапливаться в костях скелета, вызывая при этом различные заболевания, требует выполнения исследований по возможному уменьшению его содержания в продуктах питания из которых он в первую очередь и попадает в организм человека.

Опытные делянки расположены на почве чернозем выщелоченный. Характеристикой этого типа почвы может быть мощность гумусового горизонта, которая составляет 170-180 см. Эта почва имеет тяжелый механический состав (физической глины 62%, фракции ила - 33%). Увеличение фракции ила довольно хорошо просматривается на глубине слоя В. Важной характеристикой этого типа почвы служат минералогический состав - монтмориллонито-вые группы и кварц - 4%, каолинит - 6%.

Объемная масса в слое 0-10 см составляет 1,24 г/см3, в слое 20-30 см - 1,29 г/см3, общая скважность - 51%.

Исследуемый в опыте слой пахотного горизонта имеет нейтральную реакцию. Сумма поглощенных оснований в пахотном горизонте составляет 37,5 мг-экв/100 г почвы. Содержание гумуса 2,9%.

В 1989 г в почву был внесен 90Sr в виде раствора соли 90SrCl2, активность - 5 х 108 Бк/м2. Вспашка на делянках была выполнена однажды.

В основу эксперимента был положен опыт, который состоял из двух вариантов. В первом - радионуклид был в слое 0-25 см, во втором - 50 см. В связи с тем, что в полевых условиях пришлось вносить радионуклид, делянки согласно рекомендациям для таких исследований (Б.А. Доспехов, 1968) были площадью 1 м2 в шестикратной повторности. Отбор образцов проводили буром послойно с интервалом 5 см. С каждой элементарной площадки отбирали смешанный образец для слоя наблюдений из 5 точек.

Пробы анализировали на приборе УСК «Гамма Плюс». Для исследуемого радионуклида была выбрана методика измерения активности бета-излуча-ющих радионуклидов в счетных образцах с применением программного обеспечения «Прогресс». Методика разработана ГП ВНИИФТРИ и утверждена Госстандартом России 05.05.1996 г.

Изучение радиоактивно загрязненной почвы выполняли с применением «Инструкции по отбору проб почвы при радиационном обследовании загрязненности местности» (Госкомгидрометом, 1987). Также для исследований по содержанию 90Sr в почвах и растениях, был использован материал из Методических указаний по определению содержания стронция-90 и цезия-137 в почвах и растениях

(ЦИНАО, 1985), ГОСТ Р 50801-95 и ОСТ Р 1007095 «Почвы. Методика определения стронция-90 в почвах сельхозугодий».

Экспериментальный материал был обработан с применением методов математической статистики (Б.А. Доспехов, 1968).

Результаты. Исследования вертикальной миграции 908г в условиях Краснодарского края на черноземе выщелоченном выполняли в течение 30 лет. За первые 15 лет исследований (1989-2004 гг.) отмечена не высокая миграция 908г от места внесения в нижележащие почвенные горизонты. Передвижение составило всего 5 см, то есть из слоя 0-25 см радионуклид мигрировал в слой 25-30 см. За следующие 10 лет (2004-2014 гг.) радионуклид также не «ушел» глубоко в почву, но постепенно уменьшилась его активность [10]. Уменьшение произошло по нескольким причинам - внесение нуклида в почву было в 1989 г., то есть к 2014 г. активность его уменьшилась по периоду полураспада (29 лет), кроме того произошло перераспределение его по цепи питания среди растительных и животных организмов, находящихся на этой территории. Радионуклид расположен в верхнем слое почвы, что способствует распространению загрязнения ветровым потоком. В следующие 5 лет (2014-2019 гг.) вертикальная миграция и содержание изучаемого нуклида по исследуемым слоям почвы практически мало изменились (рис. 1). То есть радионуклид довольно сильно снизил свою мобильность. За весь период наблюдений, начиная с 1989 г., вертикальная миграция изучаемого нуклида составила 10-13 см (до 15 см по повторениям).

Полученный результат по миграции нуклида в почве позволяет утверждать, что в Краснодарском крае при возможном радиоактивном загрязнении чернозема выщелоченного не произойдет быстрого его передвижения в глубокие слои почвы. Этот же факт дает основание утверждать, что на Кубани при радиоактивном загрязнении почвы выращивание основной зерновой культуры - пшеницы будет сильно затруднено, т.к. пшеница имеет мочковатую корневую систему и при расположении нуклида в верхнем

пахотном слое будет наблюдаться тесный контакт и высокое накопление загрязнителя в растении.

Предлагаемый агротехнический прием (вспашка плантажным плугом) позволит решить это затруднение. Однако при высоких уровнях радиоактивного загрязнения почвы и он может оказаться бесполезным [14, 15].

Плантажная вспашка уменьшает доступность радионуклидов растениям при поверхностном расположении их корневой системы. Ее проводят плантажным плугом на глубину от 50 до 70 см. Верхний, загрязненный слой почвы при обороте пласта плугом перемещается вниз, а нижележащий слой перемещается вверх. Одной из задач при этом было определение поведения 908г в почвенном горизонте, оказавшемся после оборота пласта плугом на глубине 50 см (рис. 2).

При анализе поведения радионуклида на изучаемой глубине следует учитывать, что, во-первых, практически на вертикальную его миграцию в почве не будет оказывать влияние ветровая эрозия, во-вторых, водная эрозия также в значительно меньшей степени будет влиять на этот процесс. Корневая система сельскохозяйственных растений в основном находится в верхнем пахотном слое. Влияние физико-химических особенностей почв на характер распределения радионуклидов проявляется отчетливее при сравнении их содержания в отдельных генетических горизонтах. После проведенной плантажной вспашки в 1989 г. и перемещения верхнего слоя почвы на глубину 50 см вертикальная миграция изучаемого радионуклида к 2019 г. составила 10-12 см. За последние 5 лет исследований можно отметить увеличение содержания нуклида в слое 50-55 см при его одновременном уменьшении в слое 45-50 см. После выполненных исследований можно констатировать, что 908г, даже при своей более высокой мобильности по отношению к 137Сз в черноземе выщелоченном не отличается высокой вертикальной миграцией. Причиной тому служат известные физико-химические свойства чернозема выщелоченного, его гранулометрический состав.

25 20

х

Л 0 -

и

И5 -

0 -

0-25см 25-30см 30-35см 35-40см глубина, см

-2014 -2019

Рис. 1. Содержание 9^г в пахотном слое почвы

чернозем выщелоченный (2014-2019 гг.), Бк/кг

* 10 0

х 8 г,

« 6

й

Б4 2 0

35-40 40-45 45-50 50-55 55-60 60-70

20^бина, 2019г

Рис. 2. Содержание стронция-90 в почве чернозем выщелоченный после плантажной вспашки (50 см) (2014-2019 гг.), Бк/кг

Поведение радионуклидов в почве в значительной степени определяет поступление их в растения и миграцию по экологическим и пищевым цепям. Это очень сложный и неоднозначный процесс. В общих чертах его можно представить в виде непрерывно повторяющихся «элементарных» процессов: сорбция -десорбция, диффузия, конвективный перенос, биогенный и эрозионный переносы и др. Изучая механизмы поглощения радионуклидов почвами, необходимо еще раз подчеркнуть, что почвы представляют собой сложную гетерогенную систему, в которой одновременно протекают физические, химические и биохимические процессы [2, 3, 6, 10, 11, 16].

Изучаемый радионуклид на черноземе выщелоченном в почвенном горизонте высокой вертикальной миграционной способностью не отличается. За весь период исследований его вертикальная миграция в почве составила до 15 см. Выполненная плантажная вспашка позволила снизить содержание 908г в верхнем пахотном слое почвы. Перемещенный в результате вспашки нуклид на глубину 50 см за период исследований вертикально мигрировал на 10-12 см. На мобильность изучаемого нуклида в почве оказали влияние ее физико-химические свойства и гранулометрический состав. Кроме того одним из факторов, снижающих миграционные свойства изучаемого нук-

лида, и не только его, было образование плужной подошвы. Она образуется на глубине 25-30 см при систематической вспашке на одну и ту же глубину. На глубине 50 см отмечена несколько большая влажность почвы, что способствует образованию плужной подошвы при выполнении плантажной вспашки. Это также ведет к снижению вертикальной миграции нуклида в почве.

Таким образом, за период исследований (19892019 гг.) вертикальная миграция 90Бг при расположении его в пахотном горизонте чернозема выщелоченного составила 10-13 см (до 15 см по повторениям). Выполненная плантажная вспашка позволяет снизить содержание 90Бг в верхнем пахотном слое почвы. Вертикальная миграция радионуклида, перемещенного в результате вспашки на глубину 50 см, составила 10-12 см. Полученный результат по миграции нуклида в почве позволяет утверждать, что в Краснодарском крае при возможном радиоактивном загрязнении чернозема выщелоченного не произойдет быстрого его передвижения в глубокие слои почвы. Этот же факт дает основание утверждать, что на Кубани при радиоактивном загрязнении почвы выращивание основной зерновой культуры - пшеницы будет сильно затруднено.

Литература

1. Фокин А.Д., Лурье А.А., Торшин С.П. Сельскохозяйственная радиология: учебник для вузов. - М.: Дрофа, 2005. - 367 с.

2. Алексахин Р.М., Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А. Поведение Cs-137 в системе почва - растение и влияние внесения удобрений на накопление радионуклида в урожае // Агрохимия, 1992, № 8. - С. 127-138.

3. Апплби А., Девелл Л., Мишра Ю.К. Пути миграции искусственных радионуклидов в окружающей среде. - М.: Мир, 1999. - 512 с.

4. Булгаков А.А., Коноплев А.А., Авила П. Моделирование накопления Cs-137 и Sr-90 при различном вертикальном распределении радионуклида в почве / Проблемы экологии лесов и лесопользования в Полесье Украины. - Житомир: Волынь, 2000. - С. 11-14.

5. Ефремов И.В., Рахимова Н.Н. Профильная миграция стронция-90 и цезия-137 в почвах естественных экосистем степных ландшафтов / III съезд биофизиков России (Воронеж, 24-29 июня 2004 г.), Т. 2. - Воронеж: Воронежский госуниверситет, 2004. - С. 640-642.

6. Мельченко А.И., Мельченко В.А., Подгорная А.А. Изучение миграционных особенностей 90Sr и 137Cs в почвах плодового ценоза / 33 научная конф. студентов и молодых ученых вузов Южного Федерального округа (Краснодар, 15 января - 30 марта 2006 г.). - Краснодар: Краснодарское книжное изд-во, 2006. - С. 101.

7. Богдевич И.М. Вертикальная миграция радионуклидов 137Cs и 90Sr в почвах земель запаса и доступность их растениям // Известия национальной академии наук Беларуси, серия аграрных наук, 2013, № 3. - С. 58-70.

8. Zhu Y.G., Shaw G. Загрязнение почвы радионуклидами и потенциальная рекультивация // Chemosphere, 2000, № 41. - PP. 121-128.

9. Hegazy A.K., Afifi S.Y., Alatar A.A., Alwathnani H.A., Emam M.H. Характеристики почвы влияют на поглощение радионуклидов различными видами растений // Chemical Ecology, 2013, № 29. - PP. 255-269.

10. Мельченко А.И. Миграция стронция в разных слоях чернозема выщелоченного // Агрохимический вестник, 2015, № 1. - С. 12-14.

11. Добровольский Г.В. Педосфера - оболочка жизни планеты Земля // Биосфера, 2009, Т. 1, № 1. - С. 6-14.

12. Терпелец В.И., Плитинь Ю.С. Гумусное состояние чернозема выщелоченного в агроценозах Азово-Кубанской низменности: монография. - Краснодар: КубГАУ, 2015. - 127 с.

13. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. - М.: Наука, 1990. - 260 с.

14. Соколов М.С. Актуальные задачи оздоровления почв России / Почвы в биосфере и жизни человека. Монография. - М.: Изд-во МГУЛ, 2012. - С. 356-384.

15. Соколов М.С., Марченко А.И. Здоровая почва агроценоза - неотъемлемое условие реализации его экологических и продукционных функций // Агро XXI, 2009, № 4. - С. 1-6.

16. Белоус Н.М. и др. Современные проблемы радиологии в сельскохозяйственном производстве / под общ. ред. Ю.А. Мажайского. - Рязань: РГАТУ им. П.А. Костычева, 2010. - 362 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.