CC BY
19
7. Черных Н.А., Чиркова Т.В. Физиологические основы устойчивости растений: монография. - СПб: Изд-во СПб ун-та, 2002. - 244 с.
8. Зубкова В.М., Зубков Н.В. Химический состав растений при загрязнении почвы тяжелыми металлами: монография. - М.: Изд-во РГСУ, 2013. - 148 с.
9. Вихрева В.А., Блинохватов А.А., Клейменова Т.В. Селен в жизни растений: монография. - Пенза: РИО ПГСХ, 2012. - 222 с.
10. Скрыпник Л.Н., Чупахина Г.Н. Влияние селена и цинка на устойчивость растений китайской капусты к окислительному стрессу // Вестник РГУ им. И. Канта. Серия Естественные науки, 2007, № 4. - С. 73-79.
11. Головацкая И.Ф., Кулагина Ю.М., Павлова Д.Г., Карначук Р.А. Влияние селена на морфогенез и биохимические параметры растений Triticum aestivum L3 зависимости от селективного света // Агрохимия, 2013, № 5. - С. 58-65.
12. Третьяков Н.Н. Практикум по физиологии растений. - М.: Колос, 1980. - 271 с.
13. Lichtenthaler H.K., Wellburn A.R. Détermination of total carotenoids and chlorophylls A and B of leaf in différent solvents // BiolSoc Trans, 1985, № 11. - Р. 591-592.
14. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. - М.: Колос, 1974. - 299 с.
15. Животков Л.А., Морозова З.А. Секутаева Л.И. Методика выявления потенциальной продуктивности и адаптивности сортов и селекционных форм озимой пшеницы по показателю урожайности // Селекция и семеноводство, 1994, № 2. - С. 3-6.
16. Шмидт В.М. Математические методы в ботанике. - Л. : Изд-во ЛГУ, 1984. - 288 с.
17. Серегин И.В., Кожевникова А.Д. Распределение кадмия, свинца, никеля и стронция в набухающих зерновках кукурузы // Физиология растений, 2005, Т. 52, № 4. - С. 635-640.
18. Hart J.J., Welch R.M., Norvell W.A., Sullivan L.A., Kochian L.V. Characterization of cadmium binding, uptake and translocation in intact seedlings of bread and durum wheat cultivars // Plant Physiol., 1998, V. 116. - P. 1413-1420.
19. Верниченко И.В., Яковлев П.А. Изучение протекторного действия Se, Si и Zn на устойчивость зерновых культур к почвенной засухе // Агрохимический вестник, 2014, № 4. - С. 15-17.
20. Серегина И.И., Верниченко И.В., Ниловская Н.Т. Продуктивность и устойчивость яровой пшеницы в условиях окислительного стресса при применении селена // Агрохимия, 2015, № 3. - С. 56-63.
21. Kosobryukhov A.A., Semenova G.A., Fomina I.R., Lyubimov V.Yu., Nadezhkina E.S., Balakhnina T.I. Mesophyll cell ultrastructure of wheat leaves etiolated by lead and selenium // Journal of Plant Physiology, 2017, № 219. - Р. 37-44.
22. Балахнина Т.И., Надежкина Е.С. Эффект селена на рост и антиокислительные способности Triticum aestivum L. в течение развития окислительного стресса, вызванного свинцом // Физиология растений, 2017, Т. 64, № 2. - С. 215-223.
23. Лукаткин А.С., Егорова И.В., Латюк И.Д., Русяева М.М., Арсланкина Н.Ю. Окислительный стресс в растениях и культурах клеток при действии ксенобиотиков и тяжелых металлов / Тез. док. Всерос. симпозиума «Растения и стресс». - М.: Институт физиологии растений РАН, 2010. - С. 221-223.
24. Серегина И.И. Продуктивность и адаптивность сельскохозяйственных культур при использовании микроэлементов и регуляторов роста: автореф. дисс. д.б.н. - Москва, 2008. - 40 с.
25. Голубкина Н.А., Папазян Т.Т. Селен в питании: растения, животные, человек. - М. : Печатный город, 2006. - 254 с.
УДК 631.42:631.45:631.95
DOI 10.24411/0235-2516-2018-10045
ВЛИЯНИЕ ИЗВЕСТИ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ ПОДВИЖНОСТЬ 137Cs
В ПОЧВАХ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
Н.В. Андреева, Н.В. Белова, к.с.-х.н., В.К. Кузнецов, д.б.н., Н.И. Санжарова, д.б.н.
ВНИИ радиологии и агроэкологии, e-mail: nva2803@yandex.ru
В вегетационном и полевом экспериментах на дерново-подзолистой супесчаной и болотно-торфяной почвах изучено влияние извести на накопление 137Cs в ячмене и овсе. Биологическая подвижность 137Cs существенно снижалась во всех вариантах опытов. Выявлено, что переход 137Cs в растения на болотно-торфяной почве в 7 раз выше, чем на дерново-подзолистой супесчаной. Установлено, что влияние мелиоранта повышается при увеличении дозы и времени его последействия, максимальный эффект наблюдался на 3-й год после внесения в почву извести. При внесении извести в дозе 2,0 Нг коэффициент накопления 137Cs снижался в 1,5-2,0 раза на дерново-подзолистой супесчаной и болотно-торфяной почвах. Максимальная эффективность снижения накопления 137Cs в растениях наблюдалась при комплексном применении известковых и минеральных удобрений.
Ключевые слова, почва, 137Cs, радионуклид, биологическая подвижность, известь.
INFLUENCE OF LIME ON BIOLOGICAL MOVEMENT 137CS IN SOILS OF VARIOUS TYPES
N.V. Andreeva, Ph.D. N.V. Belova, Dr.Sci. V.K. Kuznetsov, Dr.Sci. N.I. Sanzharova
All-Russian Scientific-Research Institute of Radiology andAgroecology, e-mail: nva2803@yandex.ru
The influence of lime on the accumulation of 137Cs in barley and oats was studied in vegetation and field experiments on soddy-podzolic sandy loam and marsh-peat soils. Biological mobility of 137Cs significantly decreased in all variants of experiments. It was revealed that the transition of 137Cs to plants on marsh-peat soil is 7 times higher than on soddy-podzolic sandy loam. It was found that the effect of meliorant increases with increasing dose and time of its aftereffect, the maximum effect was observed on the 3rd year after the introduction of lime into the soil. When lime was applied at a dose of 2.0 Ng, the accumulation coefficient of 137Cs decreased by 1.5-2.0 times on soddy-podzolic sandy loam and marsh-peat soils. The maximum efficiency of reducing the accumulation of 137Cs in plants was observed with the complex use of lime and mineral fertilizers.
Keywords: soils, 137Cs, radionuclide, biological mobility, lime.
Изучение различных методов, технологий и приемов, уменьшающих опасность загрязнения сельскохозяйственной продукции радиоактивными изотопами, имеет большое практическое значение. Одним из эффективных приемов снижения биологической доступности радионуклидов на кислых почвах является известкование, применение которого снижает переход в сельскохозяйственную продукцию в 1,5-5,4 раза [1-3]. Действие извести основано на нейтрализации кислотности почвенного раствора, вытеснении ионов водорода из почвенно-по-глощающего комплекса и насыщении его кальцием
[4]. Известковые удобрения слабо растворяются и медленно взаимодействуют с почвой, благоприятная реакция среды после их внесения устанавливается не сразу, поэтому действие извести на улучшение агрохимических свойств почвы проявляется постепенно, максимальный эффект наблюдается только на второй или на третий год после внесения
[5]. Применение известковых удобрений оказывает многостороннее действие на почву (снижается кислотность почвенного раствора, повышается сумма обменных оснований, увеличивается содержание обменного кальция и магния), что в свою очередь влияет на распределение в почве форм 13^ [6, 7].
Цель исследований - изучение изменений, происходящих в почве при внесении извести и их влияние на поведение радионуклидов в системе почва -растение.
Материалы и методы. Действие извести изучали в вегетационном и полевом опытах на двух типах почв: дерново-подзолистой супесчаной и на бо-лотно-торфяной. Вегетационный опыт проводили в трехкратной повторности, в сосудах емкостью 3 кг для дерново-подзолистой и 1,5 кг для болотно-тор-фяной почвы. Агрохимические показатели дерново-подзолистой супесчаной почвы: pHкa 5,7; гидролитическая кислотность 1,9 мг-экв/100 г; подвижный фосфор 102 мг/кг; обменный калий 146 мг/кг; сумма обменных оснований 3,5 мг-экв/100 г; обменный Mg 0,7 мг-экв/100 г; обменный Са 2,67 мг-экв/100 г; гу-
мус 1,8%; болотно-торфяной почвы: pHkci 4,8; гидролитическая кислотность 26,2 мг-экв/100 г; подвижный фосфор 131 мг/кг; обменный калий 61 мг/кг; сумма обменных оснований 17,1 мг-экв/100 г; обменный Mg 0,8 мг-экв/100 г; обменный Ca 4,0 мг-экв/100 г; органическое вещество 25,5%.
137Cs был внесен в виде азотнокислого раствора в количестве 56,4 x 104 Бк/сосуд и удельной активностью 18,8 x 104 Бк/кг для дерново-подзолистой и 37,6 x 104 для болотно-торфяной почвы. Известь в виде доломитовой муки вносили в сосуд по истечении двухнедельной инкубации радионуклида в почве.
Схема опыта: 1. Контроль без NPK; 2. Фон (N150P100K100); 3. Фон + известь (0,5 Нг); 4. Фон + известь (1 Нг); 5. Фон + известь (2 Нг).
В опыте использовали ячмень сорта Зазерский-85. В течении вегетационного периода влажность почвы в вегетационных сосудах поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости. Последействие извести на переход 137Cs из почвы в растения оценивали в течение трех лет. Фоновые дозы минеральных удобрений вносили ежегодно.
Полевой опыт проводили на территории СПК «Комсомолец» Новозыбковского района Брянской области, сельскохозяйственные угодья которого в наибольшей степени пострадали от аварии на Чернобыльской АЭС. Почвенный покров экспериментальных участков представлен дерново-подзолистой супесчаной и болотно-торфянистой глеевой супесчаной почвами. Повторность опыта четырехкратная, площадь делянок составляла 1250 м2, учетная - 1000 м2. Схема опыта: 1. Контроль без удобрений; 2. Известь 1 Нг (3 т/га); 3. Известь 1 Нг (3 т/га) + N80P120K160.
Агрохимические показатели почвы опытных участков: дерново-подзолистая супесчаная почва рН 5,7; Нг 2,7 мг-экв/100 г; сумма обменных оснований 15,2 мг-экв/100 г; содержание подвижного фосфора и обменного калия соответственно 109 и 111 мг/кг; обменного Са и Mg 9,6 и 1,5 мг-экв/100 г; гумус 2,60%; болотно-торфянистая почва: рН 5,7; Нг 27,1 мг-экв/100 г; сумма обменных оснований 35,7
мг-экв/100 г; содержание подвижного фосфора и обменного калия соответственно 153 и 136 мг/кг; обменного Са и Mg 23,8 и 2,7 мг-экв/100 г; органическое вещество 25,2%.
Плотность загрязнения почвы опытных участков 137Cs составляла 751±88 кБк/м2 для дерново-подзолистой почвы и 687±122кБк/м2 - для болотно-торфянистой.
Для определения форм нахождения 137Cs в почве использовали метод последовательной экстракции [8]. В качестве экстрагентов для определения обменных и легкорастворимых форм 137Cs использовали раствор 1 н CH3COONH4 (рН 7,0), а форм, непрочно связанных с оксидами железа, алюминия и глинистыми минералами - 1 н HCl. Более фиксированные в почве формы 137Cs извлекались 3 н HCl.
Основные агрохимические показатели определяли общепринятыми методами: рНка - потенцио-метрическим методом; гидролитическую кислотность - по Каппену; содержание гумуса - по Тюрину; сумму обменных оснований - по Каппену-Гильковицу, содержание подвижного фосфора и калия - по Кирсанову [9]. Содержание 137Cs в образцах почв и растений определяли гамма-спектрометрическим методом на программируемой спектрометрической системе на базе многоканального программируемого анализатора типа IN-1200 фирмы «Интертехника» в сочетании с полупроводниковым детектором из сверхчистого Ge (High PG) с энергетическим разрешением 1,8 КэВ по у-линии 1332 КэВ радионуклида 60Со. Ошибка измерений составляет не более 10%. Концентрацию стабильных элементов К, Са, Mg в растворах измеряли методом атомной абсорбции в воздушно-ацетиленовом пламени на приборе Varian SpectrAA 250+.
Для оценки накопления 137Cs в растениях рассчитывали коэффициент накопления 137Cs как отношение содержания 137Cs в растениях к его содержанию в почве: Кн = (Бк/кг растения) / (Бк/кг почвы).
Для оценки распределения радионуклида между твердой и жидкой фазами почв определяли коэффициент распределения (Кр), который характеризует поведение радионуклида в системе почва - раствор.
Расчет Кр проводили по соотношению:
Kp =
An
\
л
\ AH2O У
Шг
Л
Ш„
где: Ан2о - количество радионуклида в почвенном растворе; Ап - разница между количеством радионуклида в почве в целом и количеством радионуклида в почвенном растворе; тп - масса абсолютно сухой почвы; тн2о - масса почвенного раствора.
Для определения тн2о образцы почв насыщали водой до полной влагоемкости (ПВ), далее медленно в течении нескольких дней высушивали при постоянной температуре (25°С) до влажности 60% от ПВ. Затем образцы выдерживали в эксикаторе в течении 1 суток для равномерного распределения
влаги в почве, после чего они подвергались центрифугированию в течении часа при 3000 об/мин. Содержание радионуклидов в почве и растворе определяли гамма-спектрометрическим методом [7].
Статистическую обработку данных проводили при помощи Excel'00 и Статистика 5.5. Для оценки взаимной связи параметров почв и влияния их на переход радиоцезия в растения рассчитывали коэффициенты парной корреляции между показателями.
Результаты исследований. Изучение поведения 13^s в системе почва - растение в вегетационном опыте показало, что накопление 13^s растениями существенно различалось в зависимости от типа почвы (рис. 1). Переход радионуклида в растения на торфяной почве в 7 раз выше, чем на дерново-подзолистой. Коэффициент накопления 13^s в первый год опыта на контроле составил 7,7. Внесение удобрений и мелиоранта снижало этот показатель до 4,06,0 раз, а на второй и третий год - до 2,5-4,0 раз.
Внесение доломитовой муки в дерново-подзолистую почву из расчета 0,5 Нг уменьшало накопление 13^s растениями в первый год в 1,1 раза, повышение дозы до 2,0 Нг снижало переход радионуклида в 1,5 раза по сравнению с контролем. Такая зависимость от дозы мелиоранта наблюдалась и в последующие 2 года, а эффективность действия повышалась. Так, на второй год накопление 13^s в растениях снижалось в 1,4-1,8 раза в зависимости от дозы извести, на третий год - 1,4-2,0 раза. Действие известкования на торфяной почве было меньше и последействие агро-мелиоранта ниже, чем на дерново-подзолистой почве. В первый год после внесения извести коэффициент накопления 13^s снизился до 2,0 раз в зависимости от дозы мелиоранта, на второй год наметилась тенденция повышения перехода радионуклида в растения. Это можно объяснить тем, что на торфяных почвах известкование усиливает разложение органического вещества, которое служит фактором, препятствующим фиксации 137Cs вследствие экранизации поверхности минеральных частиц, а также образования Cs-органических соединений, которые могут быть более доступны для растений [3]. На третий год опыта отмечается четкая связь между дозой применения извести и коэффициентом накопления 13^s растениями. При внесении доломитовой муки в дозах, рассчитанных 0,5, 1,0, 2,0 Нг, коэффициент накопления 13^s снизился соответственно в 1,2, 1,3, 1,6 раза.
На дерново-подзолистой и на болотно-торфяной почвах известкование приводило к повышению содержания обменных форм калия и кальция, снижению величин Кр, а также уменьшению содержания подвижных форм цезия в почве. Корреляционный анализ выявил высокое достоверное влияние содержания обменных катионов калия и кальция на наличие радиоцезия в доступной и подвижной формах в почвах (вытяжки 1 н AcNH и 1 н HCl соответственно).
На дерново-подзолистой почве проявилась прямая зависимость коэффициента перехода в растения
от количества обменного кальция и обратная зависимость от калия (таблица).
А
^ 1-й год = 2-й год ■ 3-й год
Контроль Фон МРК Фон + Фон + Фон + безМРК СаСОЗ- СаСОЗ - СаСОЗ -
0,5Нг 1Нг 2Нг
Б
8,000 ц
6,000 %
(Л и ш
2 4,000
X щ
2,000 0,000
Контроль Фон МРК без МРК
1-й год = 2-й год
Фон + СаСОЗ -0,5Нг
Фон + СаСОЗ -1Нг
Фон + СаСОЗ - 2 Нг
Рис. 1. Накопление 137Сs в соломе ячменя при внесении извести на дерново-подзолистой (А)
и болотно-торфяной (Б) почве
Коэффициенты корреляции зависимости почвенных характеристик и величины Кн 137Сs в различных почвах
Показатель Кр Са К Обменный 137Св Подвижный 137Св Кн
Дерново-подзолистая глеевая супесчаная почва
Кр 1
Са 0,015 1
К 0,395* 0,412* 1
Обменный 137Cs 0,105 0,684* 0,8057* 1
Подвижный 137Cs 0,126 0,676* 0,797* 0,786* 1
Кн -0,25 0,371* -0,349* -0,349 0,543* 1
Болотно-торфяная почва
Кр 1
Са 0,137 1
К -0,25 0,466* 1
Обменный 137Cs -0,08 0,535* 0,9072* 1
Подвижный 137Cs -0,08 0,542* 0,9297* 0,969* 1
Кн 0,453* -0,008 -0,141 -0,141 0,552* 1
* отмечены значимые корреляции.
172621483211104426102147022107822627
_ 1,4
PJ
«I 1,2
2 1
1Г 0,8
¿£. 0,6 <Л
и 0,4 р^
m ^ 0,2 с se
0
1,28
0,88
1,04
П 7
-
В дерново-подзолистая супесчанная почва И болотно-торфянистая глеевая почва
Контроль Известь 1Нг Известь 1Нг
без + NPK
удобрений
Рис. 2. Коэффициенты перехода 137С8 в солому овса различных вариантов
Полученные результаты позволяют сделать вывод о различиях в механизме действия извести на двух типах почв. На дерново-подзолистой почве внесение извести способствует снижению доступности радиоцезия путем снижения содержания его подвижных форм в почве за счет фиксации, при этом катионы кальция в почвенном растворе способствуют этому процессу.
На болотно-торфяной почве переход радионуклидов в растения зависит от Кр, от количества прочно сорбированных в твердой фазе радионуклидов, а также от содержания подвижных форм 137С8 в почве. На торфяной почве на фиксацию цезия в твердой фазе не влияет концентрация обменного калия и кальция, что показывает отсутствие всяких корреляций между этими параметрами, а вот содержание подвижных форм 137С8 зависит и от извести, и от калия.
Исследования в полевом эксперименте показали, что накопление 137С8 в соломе овса при применении известкования и минеральных удобрений существенно ниже, чем на контроле (рис. 2). Внесение извести способствовало снижению накопления 137С8 в урожае в 1,3 раза на дерново-подзолистой и 1,4 раза на болотно-торфяной глеевой почве по сравнению с контролем. Эффективность известкования проявлялась в течение 4-5 лет, снижаясь с течением времени. Снижение биологической подвижности 137С8 при известковании происходит как в результате нейтрализации кислотности почвенного раствора, так и конкурентного воздействия ионов Са при поступлении радионуклидов в растения.
Максимальная эффективность снижения накопления 137С8 в растениях наблюдалась при комплексном применении извести и минеральных удобрений в дозе ^оРшК^о, что позволяет снизить накопление 137С8 в 1,9 раза на дерново-подзолистой, а на болотно-торфянистой глеевой почве 2,1 раза.
Высокая эффективность применения удобрений обусловливается оптимизацией агрохимических свойств почв, закреплением 137С8 в составе почвенно-поглощающего комплекса, созданием максимально возможных конкурентных условий при поступлении 137С8 в растения со стороны макроэлементов (в первую очередь, калия и кальция) и снижением за счет этих процессов накопления 137С8 в продукции растениеводства. Выявлено и последействие внесения извести на снижение поступления 137С8 в растения. Максимум снижения величины Кп на
обоих типах почв пришелся на третий год эксперимента.
Внесение доломитовой муки в дозах 0,5-2,0 Нг снижает подвижность 137Cs в почве. При этом на болотно-торфяной почве переход 137Cs был значительно больший (до 7,0 раз) по сравнению с дерново-подзолистой супесчаной. Установлено, что влияние мелиоранта повышается при увеличении дозы и времени последействия, максимальный эффект наблюдался на 3-й год после применения. При внесении извести в дозе 2,0 Нг коэффициент накопления снижался в 1,5-2,0 раза на дерново-подзолистой и болотно-торфяной почвах.
Таким образом, внесение извести способствует снижению доступности 137Ся путем уменьшения содержания его подвижных форм в почве за счет фиксации, при этом катионы>1 кальция в почвенном растворе способствуют процессу.
Литература
1. Алексахин Р.М., Моисеев И.Т., Тихомиров Ф.А. Поведение 137Cs в системе почва-растение и влияние внесения удобрений на накопление радионуклида в урожае // Агрохимия, 1992, № 8. -С. 127-138.
2. Fesenko S., Howard B.J., Sanzharova N., Vidal M. Remediation of Areas Contaminated by Cesium: Basic Mechanisms Behind Remedial Options and Experience in Application. In: Impact Cesium on Plants and the Environment. Eds. K. Gubta, C. Walther. Springer International Publishing Switzerland, 2017. -PP. 265-310.
3. Санжарова Н.И., Панов А.В., Исамов Н.Н., Прудников П.В. Защитные и реабилитационные мероприятия в сельском хозяйстве: к 30-летию аварии на ЧАЭС // Агрохимический вестник, 2016, № 2. - С. 5-9.
4. Шильников И.А., Сычев В.Г., Зеленов Н.А., Аканова Н.И. Известкование как фактор урожайности и почвенного плодородия. - М.: ВНИИА, 2008. - 340 с.
5. Поникарова Т.М., Ефимов В.Н., Дричко В.Ф., Рябцева М.Е. Роль органического вещества и минеральной части торфов в сорбции радиоцезия // Почвоведение, 1995, № 9. - С. 1096-1100.
6. Кузнецов В.К., Санжарова Н.И., Аксенова С.П., Котик Ж.А. Снижение накопления 137Cs в сельскохозяйственных культурах под воздействием мелиорантов // Агрохимия, 1995, № 4. - С. 74-79.
7. Кузнецов В.К., Санжарова Н.И., Серегин С.В., Грунская В.П., Бровкин В.И. Оценка влияния длительного применения минеральных удобрений на свойства почв, качество продукции и накопление "^s урожаем зерновых культур // Агрохимия, 2017, № 2. - С. 64-72.
8. ОСТ 10 071-95 «Стандарт отрасли, Почвы. Методика определения Cs-137 в почвах сельхозугодий».
9. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с.
