CC BY
15
УДК 631.438.2
ВЛИЯНИЕ РЕАБИЛИТАЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА ПОВЕДЕНИЕ 137Сэ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ЮЖНЫХ РАЙОНОВ КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ
А.Н. Ратников, Т.Л. Жигарева, Г.И. Попова
Всероссийский НИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН
В статье предложена оценка реабилитационных мероприятий, основанная на изучении и анализе радиационной обстановки, закономерности поведения радионуклидов в агроценозах. Особенностью отдаленного после аварии на ЧАЭС периода является введение жестких - «доаварийных» санитарно-гигиенических нормативов на сельскохозяйственную продукцию, получаемую на загрязненных угодьях.
Ключевые слова: радиационная авария, реабилитационные мероприятия, накопление и миграция радионуклидов, нормативы, почва, растения, продукция.
Appraisal of rehabilitation events, based on study and analysis of radiation condition, on regularity of radionuclides activity in agrocenosicis is presented in article. Particularity
В результате аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) десять районов Калужской области (особенно Ульяновский, Хвастовичский, Жиздринский) общей площадью около 4000 км2 подверглись радиоактивному загрязнению [1].
В 1986-1988 гг. реабилитационные мероприятия в агропромышленном производстве Калужской области проводили наиболее интенсивно, в 1989-1992 гг. - в оптимальных размерах, с 1993 г. объемы работ резко сократились. В 1995 г. в Ульяновском районе известкование почв было проведено на площади 9% от потребности, а в Хвастовичском - 51%. Ежегодное внесение калийных удобрений составляло 10-20% от норм, рекомендуемых на загрязненных территориях. В 1999 г. на 1 га посевов внесено в Жиздринском районе - 9, в Ульяновском - 6, в Хвастовичском - 13 кг д.в. минеральных удобрений. Органические удобрения внесены в дозе 0,61,5 т/га (Дубовая, 2001). Поэтому риск получения кормов и, следовательно, молока с содержанием 137Сб, не соответствующего радиологическим нормативам, существует в хозяйствах и населенных пунктах этих районов.
В связи с этим проведена оценка влияния реабилитационных мероприятий на количественные показатели миграции 137 Сб в хозяйствах Ульяновского района Калужской области на старопахотных угодьях и на суходольных лугах. Действие реабилитационных мероприятий направлено на повышение плодородия почв, продуктивности растений и снижение миграции 137Сб по трофической цепочке, ведущей к человеку.
Исследования проводили в полевом опыте на дерново-среднеподзолистой легкосуглинистой слабосмытой почве, где изучали действие агрохимических приемов в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур на переход 137Сб в продукцию растениеводства. Размер делянок 10х100 м, площадь - 1000 м2. Повторность - четырехкратная. Делянки расположены блоками с расстоянием 50 м. Плотность загрязнения почвы 137Сб 187±21 кБк/м2. Опытная культура - озимая пшеница сорт Заря.
Влияние агромелиоративных мероприятий на пове-
дение 137Сб в луговых экосистемах изучали на суходольном лугу на светло-серой лесной легкосуглинистой («Большевик») и дерново-среднеподзолистой легкосуглинистой («Красный Маяк») почвах. Технологическая схема коренного улучшения травостоя природных лугов включала фрезерование дернины (ФБН-1,5), плужную обработку, внесение извести. Все технологические операции по залужению осуществляли в соответствии с Рекомендациями [1]. Минеральные удобрения вносили в виде МааРсдКх. Посеяна злаковая смесь: ежа сборная, тимофеевка луговая, мятлик луговой. Площадь опытных делянок - 50 м2. Повторность - четырехкратная. Плотность загрязнения почвы кормовых угодий 137 Сб -232±34 кБк/м2. Учет урожая и наблюдения за состоянием травостоя на природных и улучшенных сенокосах проводили по общепринятым методикам в луговодстве.
Пахотные угодья. Получение стабильных урожаев сельскохозяйственных культур лимитируется элементами питания растений, содержащимися в почве в минимуме. Анализ факторов, определяющих интенсивность миграции 137 Сб в системе «почва-растения», в отдаленный период после радиационной аварии показал, что существует зависимость между накоплением радионуклида в растениях и его подвижностью в почве. Коэффициент корреляции (г) между количеством обменного 137Сб (вытесняемого раствором СН3СООКН4) и содержанием в зерне ячменя равен +0,73, а для овса +0,68 (Ратников, 2002). Реабилитационные мероприятия на пахотных угодьях позволяют повысить уровень плодородия и уменьшить подвижность 137 Сб в почве за счет более прочной фиксации радионуклида ППК.
Почвы южных районов Калужской области, подвергшиеся наибольшему радиоактивному загрязнению после аварии на ЧАЭС, имеют низкий уровень плодородия, особенно по таким показателям, как содержание обменного калия и подвижных форм фосфора. Агрохимическая характеристика пахотного слоя (0-20 см) дер-ново-среднеподзолистой легкосуглинистой почвы сле-
1. Влияние агрохимических мероприятий на переход 137Сз в озимую пшеницу и вынос (V) с зерном
из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при плотности загрязнения 1 кБк/м2
Вариант Урожай зерна, ц/га Кп 137Се (Бк/кг)/(кБк/м2) V 137Се, Бк/м2 п ■ 10-2
Контроль (фон) 11,6 0,075 0,87
Фон + известь, 6,5 т/га 16,4 0,053 0,87
Фон + фосфоритная мука, 2,05 т/га 15,7 0,066 1,04
Фон + К380 16,6 0,037 0,61
Фон + навоз, 60 т/га 18,8 0,051 0,96
Фон + навоз, 60 т/га + известь, 6,5 т/га 17,3 0,045 0,78
Фон + навоз, 60 т/га + К380 19,9 0,039 0,78
Фон + навоз, 60 т/га + фосфоритная мука, 2,05 т/га 18,5 0,051 0,94
Фон + навоз, 60 т/га + известь, 6,5 т/га + К380 18,9 0,036 0,68
Фон + навоз, 60 т/га + известь, 6,5 т/га + фосфоритная мука, 2,05 т/га + К380 22,3 0,033 0,74
НСР05 1,8 0,005
дующая: рНКС1 5,1; содержание гумуса 1,31%; содержание подвижного фосфора 39 мг/кг почвы, содержание обменного калия 66,8 мг/кг почвы, содержание обменного кальция и магния соответственно 6,0 и 0,59 мг-экв/100 г почвы, гидролитическая кислотность 2,34 мг-экв/100 г почвы.
Применение комплекса агрохимических мероприятий при возделывании озимой пшеницы приводит к повышению показателей плодородия почвы и увеличению урожайности зерна. Прибавка урожая в засушливый год составляет 4,1-10,7 ц/га (табл. 1), а при благоприятных погодных условиях - 20-35 ц/га [2].
Предшественником озимой пшеницы в севообороте служили многолетние травы. Плужная обработка почвы после трав способствовала увеличению содержания гумуса и подвижных форм фосфора за счет разложения корневых остатков и стерни. Однократное внесение органических удобрений в дозе 60 т/га не вызывало резкого увеличения содержания гумуса в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в конце вегетационного периода растений. Содержание гумуса при комплексном окультуривании почвы повышается на 14%. При известковании почвы отмечается сдвиг рНКС1 с 5,0 до 5,5. Максимальное снижение кислотности почвенного раствора наблюдается при сочетанном использовании агромелиорантов (известь + навоз + фосфоритная мука) и калийных удобрений (рНКС1 5,8). Содержание подвиж-
ного фосфора после агрохимических приемов повышается на 12,5-81 мг/кг почвы. Особенно значительные изменения фосфатного режима происходят при внесении фосфоритной муки в дозе 2,05 т/га и совместном внесении всех испытываемых мелиорантов. Применение высоких доз калийных удобрений (К380) на почвах с низким уровнем плодородия почвы приводит к незначительному (на 13-23 мг/кг почвы) увеличению содержания обменного калия.
Агрохимические приемы заметно влияли на интенсивность азотфиксации и потенциальную активность дыхания почвы (табл. 2). Уровень азотфиксации в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве крайне низок. Применение агромелиорантов и калийных удобрений способствует снижению уровня азотфиксации в почве в 1,2-1,9 раз (04.09). Максимальная кратность снижения активности азотфиксации отмечается в варианте с известкованием, а минимальная - при комплексном окультуривании почвы. В более поздний период наблюдений (06.12) отмечено, что при раздельном внесении извести, фосфоритной муки, навоза и калийных удобрений уровень азотфиксации на 4-36% ниже, чем в контроле. При совместном внесении навоза и калийных удобрений установлено достоверное ингибирование азотфиксации как в осенний период, так и в начале зимнего.
2. Влияние агрохимических мероприятий на биологическую активность дерново_подзолистой легкосуглинистой почвы _
Вариант Потенциальная активность азотфиксации, аЫ2 ■ 10-2, мг/кг ■ сут Потенциальная активность дыхания, аС-СО2 ■ 10-2, мг/кг ■ сут
04.09 06.12 04.09 06.12
Контроль (фон) 2,1±0,1 2,5±0,4 133,9±14,1 213,1±22,4
Фон + известь, 6,5 т/га 1,1±0,2 2,4±0,2 112,1±12,2 180,7±10,2
Фон + фосфоритная мука, 2,05 т/га 1,3±0,2 1,7±0,1 250,3±30,2 405,4±50,1
Фон + К380 1,5±0,2 2,1±0,1 249,1±20,2 481,7±40,1
Фон + навоз, 60 т/га 1,5±0,2 2,2±0,2 92,4±10,2 293,0±30,2
Фон + навоз, 60 т/га + известь, 6,5 т/га 1,5±0,1 7,4±0,4 152,1±20,1 94,8±10,4
Фон + навоз, 60 т/га + К380 1,6±0,2 1,6±0,1 153,8±20,2 199,4±24,1
Фон + навоз, 60 т/га + фосфоритная мука, 2,05 т/га 1,3±0,1 2,3±0,2 185,8±25,1 327,4±40,2
Фон + навоз, 60 т/га + известь, 6,5 т/га+К380 1,4±0,1 2,3±0,2 124,6±20,1 227,3±30,2
Фон + навоз, 60 т/га + известь, 6,5 т/га + фосфоритная мука, 2,05 т/га + К380 1,7±0,2 2,4±0,5 124,6±23,2 209,0±35,5
Известкование и раздельное внесение навоза снижало скорость эмиссии СО2 в почве осенью и в зимний период по сравнению с контролем соответственно в 1,2 и 1,4 раза. Применение фосфоритной муки и калийных удобрений стимулировало дыхательную способность почвы. Сочетанное использование навоза и фосфоритной муки увеличивало скорость эмиссии СО2 в почве в 1,4 раза. Наблюдается снижение дыхательной активности почвы при тройной комбинации удобрений и комплексном окультуривании почвы осенью (04.09). В начале зимнего периода активность дыхания почвы при раздельном внесении навоза, фосфоритной муки и калийных удобрений возрастает в 1,4-2,3 раза. Разложение органического вещества почвы при сочетанном применении навоза и извести замедляется по сравнению с неудобренной почвой в 2,2 раза. Навоз в сочетании с фосфоритной мукой стимулировал дыхание почвы в 1,5 раза. Однако эффект ниже, чем действие одной фосфоритной муки. Действие тройной комбинации (навоз + известь + К380) и комплексного применения удобрений на скорость разрушения органического вещества почвы по сравнению с неудобренной почвой не проявилось во все сроки наблюдений (табл. 2).
Экспериментальная оценка эффективности агрохимических приемов при возделывании озимой пшеницы показала, что раздельное внесение извести и фосфоритной муки снижает содержание 137Сб в зерне озимой пшеницы в 1,1-1,4 раза (табл. 1). При фосфоритовании дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы вынос 137 Сб с зерном пшеницы возрастает в 1,2 раза. Содержание 137Сб в зерне при внесении навоза в 1,5 раза ниже, чем на неудобренной почве, но за счет прибавки урожая (+7,2 ц/га) поток радионуклида (Бк/м2) с единицы площади увеличивается в 1,1 раза. Эффективность известкования и фосфоритования по ограничению перехода 137Сб в растения на фоне навоза возрастает до 1,7 раза.
Коэффициент перехода 137 Сб из почвы в зерно озимой пшеницы при внесении одних калийных удобрений и совместном их внесении с навозом снижается до 2 раз, получен положительный эффект и по критерию выноса (Бк/м2) с урожаем. Накопление 137Сб в зерне при соче-танном внесении навоза, извести, калийных удобрений в 2,1 раза меньше, чем на неудобренной почве. Макси-
мальный эффект по ограничению перехода Сб из почвы в озимую пшеницу наблюдается при комплексном окультуривании почвы (внесение извести, фосфоритной муки, навоза и К380 под основную и предпосевную обработку почвы), который составляет 2,3 раза.
Природные кормовые угодья. Наиболее критическими радиоэкологическими системами в южных районах Калужской области являются природные луга, сформированные на органогенных и гидроморфных почвах и луга на минеральных почвах на суглинистых и супесчаных породах, глубоких и мелких песках (Дубовая, 2001).
Поступление 137Сб из почвы в луговую растительность на природных сенокосах и пастбищах значительно выше, чем в сеяные травостои, так как радионуклид, находящийся в дернине более доступен, чем после многократной перепашки, когда значительная его часть сорбируется почвой. Продуктивность природных сенокосов и пастбищ находится на минимальном уровне и имеет тенденцию к снижению из-за возрастающей нагрузки скота на пастбище и бессистемного их использования. Коренное улучшение травостоя природных сенокосов и пастбищ повышает урожайность трав в 2-6 раз.
Оценку эффективности приемов коренного улучшения травостоя природных лугов по снижению перехода 137Сб в луговую растительность проводили на суходольных лугах на светло-серой лесной легкосуглинистой и на дерново-среднеподзолистой легкосуглинистой почвах.
Почва опытных участков имела рНКС1 4,5-4,8, низкое содержание гумуса (1,1-1,7%), слабую насыщенность почвенного поглощающего комплекса обменными основаниями, недостаточную обеспеченность элементами минерального питания растений (содержание подвижного фосфора - 2,9-4,2 мг/100 г почвы; содержание обменного калия - 4,9-5,5 мг/100 г почвы). Известкование кислых почв - первоочередной прием окультуривания сенокосов и пастбищ для повышения их продуктивности. Максимальная прибавка урожая при создании сеяного травостоя на светло-серой лесной почве получена при совместном внесении извести и ^0Р120К120 (47,0 ц/га), а на суходоле на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве (63 ц/га) при внесении навоза, извести и минеральных удобрений в дозе ^0Р60К120 (табл. 3 и 4).
137
3. Влияние агрохимических мероприятий на накопление Сб в злаковом травостое
Вариант Урожай сена, ц/га Кп 137Сб, (Бк/кг)/(кБк/м2) Вынос 137 Сб с урожаем, Бк/м2
Контроль (без удобрений) - фон 41,5 0,55 0,228
Фон + СаСОэ, 6 т/га 63,2 0,38 0,240
Фон + N<^60^0 65,4 0,52 0,340
Фон + СаСОэ, 6 т/га + N^0^0 67,9 0,33 0,224
Фон + N9(^120^0 59,7 0,45 0,269
Фон + СаСО3, 6 т/га + N9(^12(^90 68,3 0,31 0,212
Фон + N9(^120^20 73,1 0,34 0,265
Фон + СаСО3, 6 т/га + ^0Р120К120 88,5 0,25 0,221
Фон + N^9(^180 71,8 0,27 0,194
Фон + СаСО3, 6 т/га + N9(^90^80 81,9 0,22 0,180
Фон + N9(^120^80 75,8 0,32 0,243
Фон + СаСО3, 6 т/га + ^0Р120К180 85,4 0,18 0,154
НСР05 4,5 0,08
137
4. Влияние агрохимических мероприятий на накопление Сб в злаковом травостое
Вариант Урожай сена, ц/га Кп 137Сб, (Бк/кг)/(кБк/м2) Вынос 137 Сб с урожаем, Бк/м2
Контроль (без удобрений) - фон 15,2 1,16 0,176
Фон + СаСОэ, 6 т/га 27,9 0,54 0,151
Фон + N^60^20 46,3 0,61 0,282
Фон + СаСОэ, 6 т/га + М^К^ 55,9 0,47 0,263
Фон + навоз, 50 т/га 60,4 0,29 0,175
Фон + СаСО3, 6 т/га + навоз, 50 т/га 59,3 0,36 0,214
Фон + навоз, 50 т/га + М90Р60К120 62,9 0,27 0,170
Фон + СаСО3, 6 т/га + навоз, 50 т/га + М90Р60К120 78,3 0,24 0,188
НСР05 4,3 0,05
Миграция 137 Сб в системе «почва-злаковый травостой» при одинаковых условиях залужения зависит от минералогического состава, условий формирования природных ценозов, уровней потенциального плодородия почв. Коэффициент перехода 137Сб в травостой при коренном улучшении суходола на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве без агромелиорантов и удобрений в 2,8 раза выше, чем на суходоле на светло-серой лесной почве.
Известкование снижало накопление 137Сб в луговой растительности на светло-серой лесной почве в 1,4 раза. Вынос 137Сб с урожаем трав на суходольном лугу при внесении извести повышался незначительно (табл. 3).
Минеральные удобрения в дозе М90Р60К90 способствовали повышению продуктивности фитоценоза (прибавка урожая сена 23,9 ц/га), но не снижали накопление 137Сб в травостое. Увеличение дозы фосфорных (Р:20), фосфорных и калийных (Р120К120) удобрений на фоне М90 ограничивает переход 137Сб в травостой в 1,2-1,6 раза. Вынос 137Сб с урожаем трав с единицы площади при внесении одних минеральных удобрений увеличивается в 1,1-1,5 раза за счет повышения урожайности. Применение минеральных удобрений в дозе М90Р90К180 при создании культурного сенокоса на суходоле на светлосерой лесной почве снижало содержание 137 Сб в луговой растительности в 2,0 раза, при этом получен положительный эффект и по критерию выноса 137 Сб с урожаем, который составил 1,2 раза.
Накопление 137Сб в урожае трав при внесении минеральных удобрений на фоне известкования снижается в 1,7-3,0 раза в зависимости от доз. Внесение минеральных удобрений с соотношением №Р:К=1:1,3:2 и извести при залужении суходольного луга на светло-серой лесной почве обеспечивает получение кормов с наимень-
137 137
шим содержанием Сб. Вынос Сб вегетативной массой с единицы площади при внесении извести и ^сР^сК^о снижается по сравнению с контролем в 1,5 раза (табл. 3).
Поступление 137 Сб в злаковый травостой на улучшенном суходоле на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве при внесении извести снижается в 2,1 раза. Вынос 137Сб с вегетативной массой трав при известковании в 1,2 раза ниже, чем в контроле (табл. 4). Эффективность известкования в ограничении перехода 137 Сб из дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в травостой выше, чем на суходоле на светло-серой лесной почве. Накопление 137Сб в урожае трав на дерново-
подзолистой легкосуглинистой почве при внесении навоза снижается по сравнению с контролем в 4,0 раза. Применение навоза и извести повышает плодородие почвы и способствует ограничению перехода радионуклида в травостой в 3,2 раза. Вынос 137Сб с кормом (Бк/м2) при внесении навоза на фоне известкования за счет прибавки урожая (на 44 ц/га) повышается на 20%. Коэффициент перехода 137Сб в злаковый травостой снижается при внесении минеральных удобрений в 1,9 раза, но при этом поток 137Сб с кормом с единицы площади увеличивается в 1,6 раза за счет повышения урожайности.
Эффективность минеральных удобрений как в повышении урожайности трав, так и в снижении содержания 137 Сб в луговой растительности повышается на фоне известкования и при внесении навоза и достигает 2,5-4,3 раза. Наиболее эффективным с точки зрения уменьшения поступления 137 Сб в травостой при коренном улучшении суходольного луга на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве было совместное применение аг-ромелиорантов (извести и навоза) и минеральных удобрений. Комплексное окультуривание дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы суходольного луга приводит к снижению содержания 137Сб в корме в 4,8 раза, вынос 137Сб с урожаем повышается по сравнению с контролем незначительно - на 6%.
Таким образом, результаты свидетельствуют, что в отдаленный период после аварии на ЧАЭС количественные параметры переноса 137Сн по сельскохозяйственной цепочке определяются уровнем плодородия почв, типом ландшафта, интенсивностью и объемом реабилитационных мероприятий в сельском хозяйстве. Агрохимические работы, направленные на повышение плодородия почв, снижают содержание в продовольственном зерне в 1,1-3,0раза, а в кормах, заготавливаемых на мелиорируемых сенокосах, -в 1,2-4,8 раз.
Литература
1. Рекомендации по ведению сельскохозяйственного производства на радиоактивно загрязненной территории Калужской области / Под ред. Р.М. Алексахина. Обнинск-Москва. 1997. 130 с.
2. Жигарева Т.Л., Ратников А.Н., Алексахин Р.М., Попова Г.И., Петров К.В., Белоус Н.М., Куриленко А.Т. Влияние технологических приемов возделывания сельскохозяйственных культур на накопление 137 Сб в урожае // Агрохимия. 2003. № 10. С. 67-74.
