CC BY
63
УДК 631.423: 631.438:546.36:58.051
ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ НА НАКОПЛЕНИЕ 137Сз ТРАВЯНИСТОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ
Н.А. Сковородникова
Показано, что наиболее тесная корреляционная связь наблюдается между удельной активностью 137Cs в надземной фитомассе и корнях травянистых растений и pHKCi, степенью насыщенности почв основаниями и гидролитической кислотностью.
Ключевые слова: агрохимические свойства почвы, 137Cs, радионуклиды, травянистая растительность, коэффициент перехода.
В условиях непрекращающейся хозяйственной деятельности на территориях, загрязненных радиоактивными продуктами Чернобыльского выброса, одной из основных задач научных исследований является поиск путей уменьшения поступления радионуклидов в продукцию растениеводства и кормопроизводства. Так как уже через год после радиоактивных выпадений основным путем поступления радионуклидов в растения становится корневой, то изучение влияния основных физико-химических и
137
агрохимических свойств почв на накопление Cs растительностью в отдаленный период после катастрофы является весьма актуальной задачей.
Целью исследования явилось изучение влияния основных физико-химических и
137
агрохимических свойств разных типов почв на накопление растениями Cs в отдаленный период после катастрофы на ЧАЭС.
Непосредственным объектом исследования служила растительность открытой катены «Старый Вышков» (с. Старый Вышков Новозыбковского района Брянской области). В 1992 году вдоль трансекта, имеющего южное направление, сотрудниками кафедры почвоведения, агрохимии и сельхозрадиологии Брянской ГСХА Е.В. Просянниковым и В.Б. Осиповым, были заложены мониторинговые ключевые почвенные участки (КПУ). На каждом КПУ были выделены опорные почвенные площадки (ОПП), имеющие площадь, равную 25-30 м . ОПП различаются по степени агрогенного воздействия на почву: 1) естественная экосистема; 2) агроэкосистема, и расположены в непосредственной близости на одном и том же элементе рельефа [Осипов, 1995; Просянников, 1995]. Естественные экосистемы периодически используются в качестве сенокосно-пастбищных угодий.
Отбор растительных образцов проводили в конце вегетации (II декада августа) в 3-х кратной повторности. Для определения биомассы травостоя применяли метод рамки. Растения срезали на высоте 0,5-1 см от поверхности почвы с площади 0,25 м . Растительную массу ополаскивали под проточной водой, для того чтобы исключить влияние на результат определения удельной активности травостоя некорневого
137
загрязнения, затем высушивали и взвешивали. Для определения накопления Cs корневыми системами были отобраны монолиты почвы 25х25 см на глубину 20 см. Корни промывали на сите с размером ячейки 1 мм, высушивали и взвешивали.
Отбор образцов почвы проводили в 3-5-х кратной повторности до глубины 20 см. Почву высушивали, измельчали и пропускали через сито с диаметром 1 мм. Определение удельной активности почвы, сухой массы растительности и корней проводили сцинтилляционным методом на приборе РУБ-01П6 с блоком детектирования БДКГ-03П.
Физико-химические и агрохимические свойства почв определяли по общепринятым методикам: рН солевой вытяжки потенциометрически, гидролитическую кислотность по Каппену, гумус по методу Никитина с колориметрическим окончанием по Орлову-Гриндель, кальций и магний трилонометрически, обменный калий и подвижный фосфор по методу А.Г. Кирсанова, емкость катионного обмена и степень насыщенности основаниями расчетным путем [Практикум..., 2001].
Для оценки поступления радионуклидов из почвы в растения используют различные показатели. Однако часто предпочтение отдается определению коэффициента пропорциональности (коэффициента перехода), который равен отношению концентрации радионуклидов в растениях (Бк/кг воздушно-сухой массы) к плотности загрязнения почвы (Бк/м2). Это связано с неравномерным распределением радионуклида по профилю почв
137
естественных экосистем, что влияет на поступление Сб в надземную массу растений.
В таблице 1 представлены результаты исследований параметров накопления 137Сб в надземной фитомассе и корнях травянистых растений.
Таблица 1 - Параметры накопления 137Сб травостоем и корнями травянистых растений на разных типах почв
Показатели Плотность загрязнени я почвы, кБк/м2 Активность Cs, кБк/кг Кп-10"3, кБк/кг/кБк/м2
травостой корни травостой корни
1 2 3 4 5 6
Естественные экосистемы*
Р1, вершина холма, дерново-подзолистая почва, разнотравье с преобладанием мятликовых трав 1578 0,17 3,29 0,11 2,08
Р7, верхняя часть склона, дерново-подзолистая почва, мятликовые травы 1365 1,36 6,05 1,00 4,40
Р8, подножье склона, болотно-дерново-глубокоподзолистая почва, разнотравье с преобладанием мятликовых трав 1056 0,33 7,01 0,31 6,64
Р11, древняя ложбина стока, болотная низинная почва, разнотравье с преобладанием осок 2034 0,43 4,89 0,21 2,40
Агроэкосистемы
Р2, вершина холма, дерново-подзолистая почва, ячмень 1539 0,26 0,73 0,17 0,47
Р6, верхняя часть склона, дерново-подзолистая почва, ячмень 610 0,19 2,12 0,31 3,48
Р9, подножье склона, болотная низинная перегнойно-глеевая почва, мятликовые травы 510 0,19 0,23 0,37 0,45
Р10, древняя ложбина стока,
болотная низинная перегнойно- 384 0,19 1,31 0,50 3,41
мелкоторфяно-глеевая почва,
мятликовые травы
В таблице 2 представлены основные физико-химические и агрохимические свойства почв катены «Старый Вышков».
Таблица 2 - Основные физико-химические и агрохимические свойства почв катены _«Старый Вышков»_
№ ОПП pHxci Нг, мг-экв/ 100 г Гумус, % Обме катион экв/1 нные ы, мг-00 г ЕКО, мг-экв/ 100г V, % К2О Р2О5
Са2+ Мв2+
мг/100 г почвы
Р1 7,32 0,62 1,75 6,93 3,01 10,56 94,18 9,13 24,66
Р7 3,74 5,53 1,69 3,80 1,20 10,53 49,61 2,62 10,44
Р8 5,12 6,27 7,00 7,92 3,44 17,63 65,07 29,82 48,34
Р11 6,30 2,63 25,48* 27,68 5,08 35,39 93,00 7,61 9,89
Р2 6,67 0,85 1,85 13,00 26,50 40,35 97,33 11,00 73,50
Р6 6,56 1,13 2,22 12,00 15,00 28,13 95,43 8,13 34,25
Р9 7,28 0,69 3,47 14,50 37,50 52,69 98,42 4,38 55,75
Р10 7,30 0,65 36,11 40,00 11,00 51,65 98,73 6,38 12,25
* - потери при прокаливании
На основании результатов исследований установлены корреляционные зависимости величины удельной активности травостоя и корней и коэффициентов перехода радионуклидов в растения от основных физико-химических и агрохимических свойств почв.
В таблице представлены коэффициенты корреляции (г) между удельной активностью 137Сб кБк/кг в травостое и корнях и физико-химическими и агрохимическими свойствами почв катены «Старый Вышков».
Таблица 3 - Коэффициенты корреляции (г) между удельной активностью 137Сб в травостое и корнях и физико-химическими и агрохимическими _свойствами почв катены «Старый Вышков»_
Физико-химические и агрохимические показатели Удельная активность Сб, кБк/кг
травостой корни
рНкс1 -0,88 -0,79
Нг, мг-экв/100 г 0,66 0,91
Гумус, % -0,18 -0,05
Обменный Са2+, мг-экв/100 г -0,36 -0,35
Обменный М§2+, мг-экв/100 г -0,43 -0,82
ЕКО, мг-экв/100г -0,49 -0,75
V, % -0,84 -0,82
Обменный К2О, мг/100 г почвы -0,26 0,49
Подвижный Р2О5, мг-экв/100 г -0,42 -0,42
Как видно из таблицы 3, поступление 137Сб в травостой находится в прямой зависимости от гидролитической кислотности (г = 0,66) и в обратной - от рНКс1, степени насыщенности почв основаниями, ЕКО, содержания обменных М§2+ и Са2+, подвижного Р2О5, и в меньшей степени от содержания гумуса и обменного К2О.
Для накопления Сб в корневых системах в целом сохраняются аналогичные зависимости. Однако отмечается более сильная обратная связь с ЕКО и обменным М§2+, содержание которого в изучаемых почвах повышено вследствие внесения высоких доз доломитовой муки. Также, в отличие от травостоя, отмечается средняя положительная связь накопления радионуклида в корнях с содержанием в почве обменного калия.
В связи с тем, что между Нг, рНка, V и удельной активностью травостоя (Агр) обнаружена сильная достоверная корреляционная связь, были составлены уравнения линейной и множественной регрессии для прогноза содержания радионуклидов в травостое:
Атр = -0,267рНкс1 + 2,034, Я2 = 0,741;
Атр = 0,091Нг + 0,118, Я2 = 0,559;
Атр = -0,0^ +1,744, Я2 = 0,661.
Атр = 4,445 - 0,540рНкс1 - 0,136 Нг - 0,004 V, Я2 = 0,824.
Для прогноза содержания радионуклидов в корневых системах (Акор) составлены следующие уравнения регрессии:
Акор = -1,587рНкс1 + 13,180, Я2 = 0,622;
Акор = 0,989Нг + 0,933, Я2 = 0,821;
Акор = -0,160М§2+ + 5,253, Я2 = 0,667;
Акор = -0,1^ + 12,892, Я2 = 0,670;
Акор = -0,112ЕК0 + 6,662, Я2 = 0,564;
Акор = -0,011 рНкс1 + 1,095 Нг - 0,067 М§2+ -0,032 ЕКО + 0,062V - 2,761, Я2 = 0,981.
Установлено, что для прогноза удельной активности травостоя целесообразно использовать несколько почвенных характеристик - рНкс1, гидролитическую кислотность и степень насыщенности основаниями, а для прогноза удельной активности корней также необходимо дополнительно учитывать ЕКО и содержание обменного магния.
В таблице 4 представлены коэффициенты корреляции (г) между КП-10"3, кБк/кг/кБк/м2, и физико-химическими и агрохимическими свойствами почв катены «Старый Вышков».
Таблица 4 - Коэффициенты корреляции (г) между КП-10-3 и физико-химическими и
агрохимическими свойствами почв катены «Старый Вышков»
Физико-химические и Агрохимические показатели КП-10"3, кБк/кг/кБк/м2
травостой корни
рНкс1 -0,71 -0,64
Нг, мг-экв/100 г 0,51 0,80
Гумус, % 0,01 0,10
Обменный Са2+ мг-экв/100 г -0,11 -0,14
Обменный М§2+ мг-экв/100 г -0,24 -0,72
ЕКО, мг-экв/100г -0,19 -0,54
V, % -0,71 -0,71
Обменный К2О мг/100 г почвы -0,35 0,60
Подвижный Р2О5 мг-экв/100 г -0,43 -0,36
Как видно из таблицы 4, для коэффициентов перехода 137Сб в травостой и корни растений катены «Старый Вышков» сохраняются те же зависимости, что и для удельной активности растений, однако корреляционная связь между коэффициентом перехода и гидролитической кислотностью, степенью насыщенности основаниями менее сильная. Тесные корреляционные связи между КП 137Сб в травостой и рНкс1, гидролитической кислотностью и степенью насыщенности почв основаниями были получены и другими исследователями [Подоляк, 2002].
Так как между рИксь степенью насыщенности основаниями и коэффициентом перехода 137Cs в травостой (КПр-10"3) обнаружена сильная достоверная корреляционная связь, были получены уравнения регрессии, позволяющие рассчитать величину коэффициентов перехода:
КПтр-10"3 = 1,369 - 0,158рИкс1, R2 = 0,505;
КПтр-10"3 = 1,309 - 0,0108V, R2 = 0,510;
КПтр-10"3 =3,184 - 0,136 рИкс1 - 0,145 Нг - 0,019 V, R2 = 0,710.
Уравнения регрессии для расчета коэффициента перехода 137Cs в корни (КПкор-10"3) имеют следующий вид:
КПкор-10"3 = 0,708Нг + 1,290, R2 = 0,641;
КПкр-10"3 = -0,113 Mg2+ + 4,370, R2 = 0,511;
КПкр-10"3 = "0,079V + 9,702, R2 = 0,500;
КПкр-10"3 = 0,797 Нг - 0,064 Mg2+ + 0,039 V - 1,491, R2 =0,759.
Для прогноза коэффициентов перехода 137Cs в надземную фитомассу и корни травянистых растений также целесообразно использовать несколько почвенных характеристик - рИкс1, гидролитическую кислотность и степень насыщенности основаниями.
Таким образом, поступление 137Cs в травостой находится в прямой зависимости от гидролитической кислотности (r = 0,66) и в обратной - от pHKC1 (r = -0,88), степени насыщенности почв основаниями (r = -0,84). Для накопления 137Cs в корневых системах в целом сохраняются аналогичные зависимости, однако отмечается более сильная обратная связь с ЕКО и обменным Mg2+ и средняя положительная связь с обменным К2О. Для коэффициентов перехода 137Cs в травостой и корни растений сохраняются аналогичные зависимости.
It is shown that the closest correlation connection is observed between specific activity of 137Cs in surface phytomass and roots of grassy plants and pHKC1, degree of a saturation of soils by the bases and hydrolytic acidity. The key words: agrochemical properties of soil, 137Cs, radionuclide, grassy plants, ccoefficient of transition.
Список литературы
1.Осипов, В.Б. Физико-химические особенности поведения 137Cs, 90Sr и их стабильных изотопов в почвах экосистем Брянской области, подвергшихся загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС: Дис. ... канд. биол. наук: 03.00.01 / В.Б. Осипов; ВНИИСХРАЭ. Обнинск, 1995. 149 с.
2.Подоляк, А.Г. Влияние агрохимических и агротехнических приемов улучшения
137 90
основных типов лугов Белорусского Полесья на поступление в травостой Cs и Sr: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук: 06.01.04 / А.Г. Подоляк; Ин-т почвоведения и агрохимии. Минск, 2002. 24 с.
3.Практикум по агрохимии: Учеб. пособие / под ред. В.Г. Минеева. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: МГУ, 2001.689 с.
4. Просянников, Е.В. Взаимовлияние почв и радиоактивности в экосистемах полесья и ополья юго-запада России: Дис. ... д-ра. с.-х. наук: 03.00.27 / Е.В. Просянников; Почв. ин-т им. В.В. Докучаева. Москва, 1995. 464 с.
Об авторе:
Н. А. Сковородникова - канд. доц. Брянского государственного университета им. академика И.Г. Петровского, eco_egf@mail.ru.
