CC BY
11
держанию почвенного плодородия, но и снижению перехода в урожай яровой пшеницы в 3,1 раза (рис. 2 Г). На почвах примерно такой же степени окультуренности базовые уровни применения удобрений и агрохимикатов способствовали снижению накопления в зерне и соломе яровой пшеницы соответственно только в 1,5 и 1,3 раза (рис. 2В).
На вновь освоенных выщелоченных черноземах максимальное снижение накопления 13>С в зерне и соломе яровой пшеницы (в 3,0 и 3,2 раза, соответственно) произошло в период с 1993 по 2000 г., то есть во время проведения наиболее полного комплекса агрохимических мероприятий (рис. 2А). В последующие 10 лет темпы изменения накопления 13>С в растениях существенно сократились и кратность снижения составила 1,6 раза, причем в наибольшей степени с 2000 по 2006 г., что было обусловлено влиянием последействия ранее проведенных мероприятий. С 2006 по 2010 г. темпы снижения перехода 137С8 в урожай растений практически не менялись.
Таким образом, агрохимические мероприятия на радиоактивно загрязненных угодьях оказывают комплексное воздействие как на свойства
почв и продуктивность сельскохозяйственных культур, так и на биологическую подвижность радионуклидов. Длительное возделывание сель-скохозяйственных культур без минеральных удобрений обусловливает деградацию плодородия выщелоченных черноземов и возрастание накопления 137Cs в растениях в 1,2-1,3 раза и, напротив, комплексное систематическое применение мелиорантов и сбалансированных доз минеральных удобрений способствует снижению накопления 137Cs в зерновых культурах до 3,7раза. При этом биологическая подвижность и накопление 137Cs в урожае зависят не только комплекса проводимых агротехнических и агрохимических мероприятий, но и степени окультуренности почв. Переход 13С из малоплодородных вновь освоенных почв до 5,5 раз выше по сравнению с окультуренными. Выявленные различия обусловливают необходимость группировки радиоактивно загрязненных почв в адаптивно ландшафтном земледелии не только по агроэкологическим и радиоэкологическим параметрам, но и по степени окультуренности почв.
Литература
1. Рекомендации по ведению растениеводства на радиоактивно загрязненной территории России: под ред. Р.М. Алексахина. - М.: Россельхозакадемия, 1997. - 115 с.
2. Научные основы реабилитации сельскохозяйственных территорий, загрязненных радиоактивными веществами в результате крупных радиационных аварий: научное руководство: под ред. Н.И. Санжаровой. - Обнинск: ГНУ ВНИИСХРАЭ, 2009. - 150 с.
3. Алексахин Р.М. Радиоэкологические уроки Чернобыля. Радиационная биология // Радиоэкология, 1993, т. 33, вып. 1. - С. 3-14.
4. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.3.2.2650-10 (Дополнения и изменения № 18 к СанПиН 2.3.2.1078-01). - М.: Юридическая литература, 2002. - 217 с.
5. Кузнецов В.К., Санжарова Н.И., Бровкин В.И., Серегин С.В., Грунская В.П. Оценка влияния длительного применения минеральных удобрений на свойства почв, качество продукции и накопление 137Cs урожаем зерновых культур // Агрохимия, 2017, № 2. - С. 74-82.
6. Кулаковская Т.Н. Оптимизация агрохимической системы почвенного питания растений. - М.: Агропромиздат, 1990. - 220 с.
УДК 631.86:631.438:632.118
ВЛИЯНИЕ ПЕРЕПЕЛИНОГО ПОМЕТА И СОЛОМЫ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ 137CS, НА ПОСТУПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В ПРОРОСТКИ ПШЕНИЦЫ И ГОРОХА
А.В. Ефремов, С.П. Торшин, д.б.н.
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: storshin@timacad.ru
Рассмотрено влияние меченых радиоцезием (137Cs) перепелиного помета и соломы злаковых культур на поступление этого радионуклида в растения яровой пшеницы и гороха посевного при выращивании на дерново-подзолистой почве разного гранулометрического состава. Показано, что из разных источников радиоцезия (минеральная форма, меченая солома и меченый перепелиный помет) количественный переход радионуклида в проростки пшеницы яровой и гороха зависит, от гранулометрического состава почвы. Внесение перепелиного помета приводило к сни-
жению активности 137Cs в изучаемых растениях на супесчаной и тяжелосуглинистой почвах соответственно в 4,2 и 1,6 раз.
Ключевые слова: проростки пшеницы, проростки гороха, радионуклиды, перепелиный помет, 137Cs, меченая солома, дерново-подзолистая почва.
INFLUENCE OF QUAIL MANURE AND STRAW CONTAMINATED BY 137CS ON ADMISSION OF RADIONUCLIDES IN SPROUTS OF WHEAT AND PEA
A.V. Efremov, Dr.Sci. S.P. Torshin
Russian Timiryazev State Agrarian University, e-mail: storshin@timacad.ru
The article considers the influence labeled with radioactive cesium (137Cs) quail manure and straw cereals on receipt of this radionuclide in the spring wheat and pea plant seed for growing it on soddy-podzolic soils of different particle size distribution. It is shown from different sources cesium: mineral form, tagged and labeled straw quail droppings quantitative radionuclide transfer in sprouts of spring wheat and peas depends primarily on the size distribution of the soil composition. Adding quail manure decreased the 137Cs activity in the studied plants on sandy and heavy soils in 4.2 and 1.6 times, respectively.
Keywords: wheat sprouts, pea sprouts, radionuclides, quail droppings, 137Cs, labeled straw, soddy-podzolic soil.
Получение высоких урожаев экологически безопасного зерна пшеницы и гороха в условиях радио-нуклидного загрязнения затруднено, так как это связанно со сравнительно большими коэффициентами накопления радиоактивных изотопов-поллютантов растениями. Важным фактором снижения массопе-реноса радионуклидов в системе почва-растение служит внесение органических удобрений, в частности птичьего помета [1-5]. Следует отметить, что в публикациях, посвященных применению органических удобрений на радиоактивно загрязненных почвах, уделяется очень мало внимания птичьему помету, а информации по исследованиям с использованием перепелиного помета не обнаружено.
Цель исследования - оценить размер перехода в растения яровой пшеницы и гороха при внесении под них перепелиного помета и соломы, загрязненных радиоцезием.
Объекты и методы исследования. В лабора-торно-вегетационных опытах использовали супесчаную и тяжелосуглинистую дерново-подзолистые почвы (табл. 1); наиболее распространенный дол-гоживущий радионуклид-загрязнитель Чернобыльской аварии - перепелиный помет, содержащий радиоцезий, полученный в процессе выполнения предыдущих опытов [6]; а также солому злаковых культур, загрязненную радиоцезием, которая была получена при выращивании растений на загрязненной 13^ почве с последующим размолом. Содержание гумуса определяли по Тюрину, подвижные формы фосфора и калия - по Кирсанову. В помете и соломе (табл. 2) содержание общего азота определяли по Йодельбауэру, фосфор и калий - после мокрого озоления смесью Лоуренца. В опыте выращивали пшеницу яровую сорт «Комиссар», горох посевной сорт «Краснодар».
Опыты проводили на территории сектора радиологии кафедры агрономической, биологической хи-
мии и радиологии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. Растения выращивали в течение 3 недель в сосудах типа TetraPak, навеска почв - 200 г, исходная активность вносимого радиоизотопа - 3 кБк на сосуд. Активность радиоцезия в разных вариантах с внесением органических материалов выравнивали смешиванием меченых и немеченых помета и соломы.
Схема опыта: 1 - контроль (в почву вносили минеральную форму 137Cs в виде хлорида); 2 - меченная 137Cs солома; 3 - меченный 137Cs перепелиный помет. Для того, чтобы избежать явления биологического разбавления метки питание растений по азоту, фосфору и калию выравнивали по всем вариантам внесением соответствующих удобрений. Схема опытов предусматривала также два последовательных посева растений в одни и те же сосуды. Повторность опытов трехкратная. Активность радиоцезия в образцах растений и почвы определяли на автоматическом гамма-спектрометре Wizard 2480 PerkinElmer (США). Достоверность результатов оценивали по ошибке средней величины.
1. Агрохимическая характеристика опытных почв
Гумус, % pНкcl Нг S V, % Р2О5 К2О
мг-экв/100 г мг/кг
Де рново-подзолистая тяжелосуглинистая почва
3,5±0,4 5,1±0,5 1,9±0,2 10,4±1,5 84,5 280±25 320±45
Дерново-подзолистая супесчаная почва
1,5±0,2 4,7±0,3 2,2±0,3 5,2±0,6 70,2 95±11 102±10
2. Содержание макроэлементов в перепелином помете и соломе, % сухого _вещества_
Источник 137Cs N P2O5 K2O
Перепелиный помет 5,6±0,6 4,4±0,5 6,1 ±0,7
Солома 0,71 ±0,08 0,24±0,01 0,93±0,13
Результаты исследований. Трехнедельные проростки растений первого посева накапливали немного надземной массы в расчете на сухое вещество: 0,87-1,21 г/сосуд в вариантах с пшеницей и 0,91-1,50 - с горохом, выращенных на супесчаной дерново-подзолистой почве и соответственно 1,001,15 и 0,99-1,32 г/сосуд - на тяжелосуглинистой (табл. 3). Большинство различий между средними значениями оказалось недостоверно, что обусловлено выровненными уровнями питания растений по вариантам. Следует отметить тенденцию увеличения урожаев обеих культур в случаях, когда вносили перепелиный помет.
Данные по накоплению сухой биомассы изучаемыми культурами второго посева не показали существенных различий по сравнению с первым. Так, для пшеницы урожайные данные составили 0,991,35, для гороха - 1,03-1,44 г сухой массы на сосуд. Гранулометрический состав также не оказывал существенного влияния на накопление биомассы растениями (табл. 3).
Результаты измерения удельной активности в сухой массе растений первого посева показали, что в контроле (вариант 1) поступал в растения
пшеницы, выращенной на легкой почве в 30 раз интенсивнее, чем при внесении меченой соломы (вариант 2) и в 14 раз - чем в варианте с меченным перепелиным пометом. По-видимому, это связано с большей подвижностью радиоцезия, внесенного в легкую по гранулометрическому составу почву в минеральной форме, по сравнению с органическими источниками поллютанта. Такая же, даже более контрастная закономерность наблюдалась и для вариантов с проростками гороха: снижение поступления составило соответственно в 56 и 17 раз.
В вариантах с тяжелосуглинистой почвой радиоцезий, внесенный в виде хлорида поступал в растения гороха не так интенсивно - всего в 2,5 раза больше по сравнению с вариантом 2 и в 3,6 раза, чем в варианте 3, а для растений пшеницы разница была на грани достоверности (источник
4. Удельная активность 137Сs надземной массы растений, Бк/г сухой массы. В числителе — первый посев; в знаменателе — второй
Вариант Дерново-подзолистая почва
супесчаная тяжелосуглинистая
Пшеница
1 30,0±0,6 / 1,5±0,4 1,6±0,6 / 0,5±0,2
2 1,0±0,2 / 1,0±0,3 1,0±0,2 / 0,6±0,2
3 2,1±1,7 / 0,5±0,0 1,3±0,2 / 0,8±0,3
Горох
1 28,0±1,5 / 2,1±0,1 2,5±0,3 / 1,9±0,1
2 0,5±0,02 / 0,4±0,0 1,0±0,1 / 0,9±0,2
3 1,7±0,4 / 0,7±0,2 0,7±0,1 / 0,5±0,2
поллютанта - солома) или несущественна вообще (источник - перепелиный помет).
Результаты опыта второго посева показали значительное снижение поступления 137С8 в растения как пшеницы, так и гороха по сравнению с данными первого посева (табл. 4). Для проростков пшеницы в контроле снижение активности на супесчаной почве было в 20 раз; для гороха - в 13 раз. На тяжелосуглинистой почве также наблюдалось снижение активности в растениях пшеницы, но оно было менее значительным. Такие закономерности массопереноса связаны очевидно со свойствами опытных почв и особенностями поведения в них цезия, что в конечном счете определяло подвижность катионов цезия, а, следовательно, и доступность его растениям.
Основным носителем сорбционной емкости 13^ служит илистая фракция почв, и фиксация этого радионуклида связана с поступлением ионов цезия в межпакетное пространство кристаллических решеток глинистых минералов, или в межпакетное пространство слоистых глинистых минералов [7-11]. Содержание высокосорбирующих глинистых минералов в почвах тесно коррелирует с гранулометрическим составом почв, возрастая по мере утяжеления почвы, поэтому для опытов были взяты почвы контрастные по гранулометрическому составу. В результате в вариантах с тяжелосуглинистой почвой поступление радиоцезия в проростки пшеницы и гороха даже для контрольного варианта с внесением минеральной формы радионуклида было в гораздо меньших количествах по сравнению с выращиванием этих культур на супеси.
Другое свойство почв - содержание в них подвижного калия. Калий как химический аналог цезия конкурирует с ним в массопереносе в системе почва-растение и тем самым снижает поглощение 13^ растениями, что широко и эффективно используют в сельскохозяйственной практике - внесение повышенных доз калийных удобрений на землях, загрязненных 137С8 для снижения коэффициентов накопления его растениями. Почвы, взятые для опытов, содержали значительное количество
3. Надземная масса растений, г сухой массы/сосуд. В числителе — первый посев; _в знаменателе — второй_
Дерново-подзолистая почва
Вариант супесчаная тяжелосуглинистая
Пшеница
1 0,93±0,07 / 0,99±0,04 1,00±0,07 /1,05±0,06
2 0,87±0,09 / 1,09±0,11 1,05±0,08 / 1,06±0,02
3 1,21±0,12 / 1,35±0,20 1,15±0,09 / 1, 18±0,17
Горох
1 1, 12±0,12 / 1,21 ±0,09 1,21±0,11 / 1, 16±0,19
2 0,91 ±0,04 / 1,11 ±0,05 0,99±0,10 / 1,03±0,37
3 1,50±0,14 / 1,44±0,17 1,32±0,15 / 1,19±0,70
Примечание. Здесь и в таблицах 4-6 - расшифровка вариантов дана в тексте (схема опыта).
5. Коэффициенты накопления 137Cs растениями пшеницы и гороха. В числителе — первый посев, в знаменателе — второй посев
Вариант Дерново-подзолистая почва
супесчаная тяжелосуглинист ая
Пшеница
1 2,00 / 0,11 0,11 / 0,03
2 0,07 / 0,07 0,07 / 0,04
3 0,14 / 0,03 0,09 / 0,05
Горох
1 1,90 / 0,14 0,17 / 0,13
2 0,03 / 0,03 0,07 / 0,06
3 0,11 / 0,05 0,05 / 0,03
подвижного К2О - 102-320 мг/кг (табл. 1) и валового калия в перепелином помете (6,1%), большая часть которого доступна растениям. В других вариантах это количество калия до закладки опытов компенсировали минеральным удобрением сульфатом калия, что в свою очередь частично блокировало поглощение цезия проростками яровой пшеницы и гороха. И, наконец, содержание в почве и перепелином помете аммонийного азота. Ион аммония, как и ион калия, также может составлять конкуренцию иону цезия при поступлении их в растения [12]. По результатам таблицы 4 логично рассчитать коэффициенты накопления радиоцезия - Кн (отношение удельной активности в растении к удельной активности этого радионуклида в почве) проростками пшеницы яровой и гороха на разных почвах и в разные периоды посева (табл. 5). Наибольшие коэффициенты накопления проростками растений отмечаются в контрольном варианте на
супесчаной почве: 2,0 - для пшеницы и 1,9 - для гороха. Для остальных вариантов эти показатели были невелики и составляли не более 0,03-0,17. Следует отметить некоторые тенденции изменения коэффициентов накопления по вариантам. Это в большинстве случаев несколько меньшие Кн для гороха по сравнению с пшеницей, большие коэффициенты, полученные для супесчаной почвы, чем для тяжелосуглинистой меньшие Кн для растений первого посева по сравнению со вторым. Несмотря на высокую скорость сорбционных процессов, в отношении 13^ происходит снижение доступности его растениям со временем («старение» комплексов радиоцезия с компонентами почвы).
Таким образом, внесение меченых радиоцезием перепелиного помета и соломы злаковых культур в дерново-подзолистую почву существенно снижает поступление радионуклида в трехнедельные проростки яровой пшеницы и гороха. Размеры массопереноса 137Сs в системе почва-растение были минимальными в вариантах с тяжелосуглинистой почвой по сравнению с супесчаной. Повторное выращивание тех же растений (последействие) приводило к заметному снижению коэффициентов накопления 137Сs растениями пшеницы и гороха, которые были минимальными за исключением контрольных вариантов, где вносили минеральную форму метки. При внесении загрязненных 137Сs соломы злаковых и перепелиного помета поступление этого радионуклида в растения на ранних стадиях их развития минимально.
Литература
1. Белова Н.В., Кузнецов В.К., Санжарова Н.И., Драганская М.Г. Эффективность применения различных видов органических удобрений на сельскохозяйственных угодьях, подвергшихся радиоактивному загрязнению // Плодородие, 2007, № 1. - C. 37-39.
2. Подоляк А.Г. и др. Агрономическая и радиологическая оценка применения различных видов и доз органических удобрений при улучшении суходольных лугов, загрязненных 137Cs и 90Sr // Радиационная биология. Радиоэкология, 2007, т. 47, № 4. - С. 451-460.
3. Санжарова Н.И., Кузнецов В.К., Белова Н.В. Радиологическая оценка применения органических удобрений на почвах легкого механического состава // Научные труды Калужского филиала МСХА. - Калуга: Эйдос, 2008, вып. 8. - С. 15-18.
4. Санжарова Н.И., Панов А.В., Исамов Н.Н., Прудников П.В. Защитные и реабилитационные мероприятия в сельском хозяйстве: к 30-летию на ЧАЭС // Агрохимический вестник, 2016, № 1. - С. 5-9.
5. Федоркова М.В., Белова Н.В., Санжарова Н.И. Динамика биологической подвижности 137Cs при применении органических удобрений на дерново-подзолистой песчаной почве // Агрохимический вестник, 2012, № 1. - С. 18-21.
6. Фокин А.Д., Афанасьев Г.Д., Торшин С.П., Журавлева О.С. Цезий-137 в метаболизме перепелов // Известия ТСХА, 2010, № 3. - С. 60-69.
7. Алексахин Р.М. Радиоактивное загрязнение почвы и растений. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - 132 с.
8. Юдинцева Е.В., Гулякин И.В. Агрохимия радиоактивных изотопов стронция и цезия. - М.: Атомиздат, 1968. - 472 с.
9. Бакунов Н.А., Юдинцева Е.В. К вопросу о снижении накопления 137Cs в растениях при обогащении почв природными сорбентами // Агрохимия, 1989, № 6. - С. 90-96.
10. Титлянова А.А. Поведение цезия в почвах и слоистых минералах и накопление его в растениях: автореф. дисс. к.б.н. - Свердловск: Ин-т биологии УрО АН СССР, 1963. - 21 с.
11. Крымкин Д.В., Санжарова Н.И. и др. Накопление 90Sr в ячмене при внесении природных и искусственных сорбентов в дерново-подзолистую супесчаную почву // Агрохимический вестник, 2013, № 6. - С. 20-22.
12. Санжарова Н.И., Сысоева А.А., Исамов Н.Н., Алексахин Р.М., Кузнецов В.К., Жигарева Т.Л. Роль химии в реабилитации сельскохозяйственных угодий, подвергшихся радиоактивному загрязнению // Российский химический журнал, 2005, т. XLIX, № 3. - С. 26-34.
