Влияние агрохимических характеристик почвы на накопление 137Cs и 90Sr в растительности
Содержание
Введение
.
Загрязнение территории Республики Беларусь радионуклидами после аварии на ЧАЭС
.1
Влияние ёмкости катионного обмена и содержание обменных катионов в почве на
поступление радионуклидов в растительность
.2
Влияние кислотности почв на поступление радионуклидов в растительность
.3
Влияние содержания в почве органического вещества на поступление радионуклидов
в растительность
.4
Влияние режима увлажнения на поступление радионуклидов из почвы в
растительность
.
Изучение накопления радионуклидов в травостое лугов различного режима
увлажнения
.1
Цель, задачи, материал и методика исследований
.2
Анализ результатов исследований
Выводы
Литература
Введение
Наша страна богата лесами, озерами, реками,
поражает многообразием животного и растительного мира, несмотря на то, что
территория Республики Беларусь не большая.
Известно, что основными силами природы являются
тяготение, электромагнетизм, сильное и слабое взаимодействия. Сильное
взаимодействие ничто иное как радиоактивность.[11]
Радиация является одной из потенциально опасных
сил. Человек научился использовать радиоактивные вещества для своего блага:
диагностика, получение электрической энергии и др.[15]
Техногенные выбросы радионуклидов в природную
среду в ряде районов земного шара значительно превышают природные нормы.
До недавнего времени в качестве важнейших
загрязняющих веществ рассматривались, главным образом, пыль, угарный и
углекислый газы, оксиды серы и азота, углеводороды. Радионуклиды
рассматривались в меньшей степени. В настоящее время интерес к загрязнению
радиоактивными веществами вырос, в связи с факторами появления острых токсичных
эффектов, вызванных загрязнением стронцием и цезием. [11]
В результате катастрофы на Чернобыльской АЭС
радиоактивному загрязнению подверглось более 1,8 млн. га сельскохозяйственных
угодий, т.е. около 20% их общей площади. В настоящее время радиационная
обстановка определяется, в основном, двумя техногенными радионуклидами -
цезием-137 и стронцием-90, которые являются химическими аналогами калия и кальция
соответственно, и поэтому они легко включаются в процессы миграции в биосфере.
Это привело к ухудшению здоровья людей,
животного мира, загрязнению почвы, озер, рек. Резко сократились посевные
площади, снизился сбор сельскохозяйственных культур, и уменьшилось количество
скота. Ликвидировано 54 колхоза и совхоза, закрыто 9 заводов агропромышленного
комплекса, прекратили хозяйственную деятельность еще около 300
народно-хозяйственных комплекса, свыше 600 школ и детских садов, около 100
больниц, свыше 500 объектов торговли, общественного питания и бытового
обслуживания. Однако, несмотря на уже сделанные многочисленные оценки и
прогнозы, последние нельзя считать окончательными.[13]
В значительной мере от последствий на ЧАЭС
пострадали флора и фауна. Последствия радиоактивного загрязнения для окружающей
среды после аварии можно разделить на две группы:
лучевое поражение сообществ растений и животных
накопление радионуклидов, в концентрации,
представляющих опасность не только для растений и животных, но и для человека,
который так или иначе их потребляет и использует для питания.
Размеры лучевого радиационного повреждения могут
быть различными в зависимости от плотности загрязнения. При очень высоких
плотностях загрязнения наблюдается полная гибель отдельных экосистем. [23]
Цель курсовой работы: Оценить влияние
агрохимических характеристик почвы на накопление 137Cs и 90Sr в растительности.
Задачей является установление корреляционной
связи загрязнения почвы по 137Cs и 90Sr и агрохимических характеристик: ёмкости
катионного обмена и содержание обменных катионов; кислотности почв; содержания
в почве органического вещества и режима увлажнения. [21]
1. Загрязнение территории Республики
Беларусь радионуклидами после аварии на ЧАЭС
апреля 1986 года на четвертом энергоблоке
Чернобыльской АЭС произошел взрыв ядерного реактора. Этот день поделил жизнь
населения до и после Чернобыля. Чернобыльская катастрофа самая крупнейшая в
свете катастрофа, на нашей планете. В реакторе находилось 190,2 тонны ядерного
горючего, в окружающую среду было выброшено около 4 тонн (1018 Бк радионуклидов
йода, цезия, стронция, плутония и других, без учета газов). Особую, опасность в
первые дни представлял Иод-131. [14]
В результате аварии на четвертом блоке
Чернобыльской АЭС во внешнюю среду поступили радиоактивные вещества общей
активностью около 10 ЭБк. Радиоактивные выбросы привели к значительному
загрязнению местности, населенных пунктов, водоемов. Загрязнение территории
Беларуси с плотностью свыше 37 кБк/м2 цезием-137 составило 23% ее площади. Эта
величина для Украины составляет 5%, России - только 0,6%.
Результаты почвенного обследования земель
республики показали, что наиболее загрязненными в результате катастрофы на ЧАЭС
оказались Гомельская, Могилевская и Брестская области.[6]
В соответствии со статьей 4 Закона “О правовом
режиме территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению после катастрофы на
Чернобыльской АЭС” территория Республики Беларусь разделена на зоны в
зависимости от радиоактивного загрязнения почв радионуклидами и величины среднегодовой
эффективной дозы (табл. 1.1).
Зона эвакуации (отчуждения) - территория вокруг
Чернобыльской АЭС, с которой в 1986 году в соответствии с существовавшими
нормами радиационной безопасности было эвакуировано население (30-километровая
зона и территория, с которой проведено дополнительное отселение в связи с
плотностью загрязнения почв стронцием-90 выше 3 Ки/кв. км и плутонием-238, 239,
240 - выше 0,1 Ки/кв. км);
Зона первоочередного отселения - территория с
плотностью загрязнения почв цезием-137 от 40 Ки/кв. км либо стронцием-90 или
плутонием-238, 239, 240 соответственно 3,0; 0,1 Ки/кв. км и более;
Зона последующего отселения - территория с
плотностью загрязнения почв цезием-137 от 15 до 40 Ки/кв. км либо стронцием-90
от 2 до 3 Ки/кв. км или плутонием-238, 239, 240 от 0,05 до 0,1 Ки/кв. км, на
которых среднегодовая эффективная доза облучения населения может превысить (над
естественным и техногенным фоном) 5 мЗв в год, и другие территории с меньшей
плотностью загрязнения вышеуказанными радионуклидами, где среднегодовая
эффективная доза облучения населения может превысить 5 мЗв в год;
Зона с правом на отселение - территория с
плотностью загрязнения почв цезием-137 от 5 до 15 Ки/кв. км либо стронцием-90
от 0,5 до 2 Ки/кв. км или плутонием-238, 239, 240 от 0,02 до 0,05 Ки/кв. км, на
которых среднегодовая эффективная доза облучения населения может превысить (над
естественным и техногенным фоном) 1 мЗв в год, и другие территории с меньшей
плотностью загрязнения вышеуказанными радионуклидами, где среднегодовая
эффективная доза облучения населения может превысить 1 мЗв в год;
Зона проживания с периодическим радиационным
контролем - территория с плотностью загрязнения почв цезием-137 от 1 до 5
Ки/кв. км либо стронцием-90 от 0,15 до 0,5 Ки/кв. км или плутонием-238, 239,
240 от 0,01 до 0,02 Ки/кв. км, где среднегодовая эффективная доза облучения
населения не должна превышать 1 мЗв в год.
По результатам радиологического обследования
площади сельскохозяйственных угодий, загрязненных цезием-137 с плотностью >
1 Ки/км2, составляет более 1,8 млн га, 90Sr с плотностью загрязнения > 0,3
Ки/км2 - около 0,5 млн га, из которых 1437,9 тыс. га используются для
сельскохозяйственного производства. [24]
Таблица 1.1 - Зонирование территории Республики
Беларусь по уровню радиоактивного загрязнения и величины дозовых нагрузок на
население
Наименование
зоны
|
Эквивалент
доза, мЗв/год
|
Плотность
загрязнения, кБк/м2
|
|
|
137Сs
|
90Sr
|
Pu-238,
-240
|
Зона
проживания с периодич. радиац. контролем
|
<
1
|
37-185
|
5,55-18,5
|
0,37-0,74
|
--“--
с правом на отселение
|
<
5 >
1
|
185-555
|
18,5-74
|
0,74-1,85
|
--“--последующего
отселения
|
>
5
|
555-1840
|
74-111
|
1,85-3,7
|
--“--первоочеред.
отселения
|
|
>
1840
|
>
111
|
>
3,7
|
--“--отчуждения
(эвакуации)
|
территория
вокруг ЧАЭС, с которой в 1986 году было эвакуировано население
|
Выпавший в результате аварии радиоцезий на 50 -
98% оказался в почве в «фиксированном состоянии». Доля водорастворимых его форм
не превысила 2-3%. Стронций-90, напротив, отличался более высоким содержанием
подвижных форм. Только на водорастворимые формы пришлось порядка 19% его общего
содержания.
В начальный период после аварии основная масса
радионуклидов сконцентрировалась в верхнем 5-сантиметровом слое почвы. Здесь
содержалось 70-90% цезия-137 и 50 - 70% стронция-90. В почвах с признаками
избыточного увлажнения глубина проникновения нуклидов составила 8 - 17 см.
К 2000 г. в дерново-подзолистых супесчаных
почвах цезий-137 достиг глубины 22 см, а стронций-90 - 28 см. Однако содержание
их здесь в ненарушенных почвах весьма незначительно. На обрабатываемых землях
радионуклиды распределены в пахотном горизонте довольно равномерно. Вторичное
горизонтальное перераспределение радионуклидов связано с эрозией почв. В
зависимости от ее интенсивности содержание радионуклидов в пахотном слое на
пониженных элементах рельефа может повышаться до 75%.[8]
1.1 Влияние ёмкости катионного
обмена и содержание обменных катионов в почве на поступление радионуклидов в
растительность
Известно, что в растениях может накапливаться,
не повреждая их и не снижая урожайность, такое количество радионуклидов, при
котором растениеводческая продукция становится непригодной для использования.
Радионуклиды в растения могут поступать через вегетативные органы - аэральный
путь поступления и через корневую систему - корневой путь поступления [2].
Поведение радионуклидов в почвах в процессах
обменного поглощения подчиняется тем общим законам, которые были установлены
классическим учением К. Гедройца о поглотительной способности почв. Однако
процесс сорбции, в котором участвуют радионуклиды, характеризуется тем, что
сорбируемое вещество находится в микроколичествах, т. е. в предельно низких
концентрациях. Поэтому в данном случае существует очень широкое отношение между
величиной емкости поглощения почвы и степенью ее заполнения радиоактивными
нуклидами. Следовательно, в процессе поглощения микроколичества радионуклидов
не конкурируют за места на поверхности сорбента, так как по отношению к ним
насыщенность сорбента всегда остается очень низкой.
К свойствам радионуклидов, определяющим их
распределение между твердой и жидкой фазами почвы, относятся заряд иона и его
знак, радиус гидратированного иона, энергия гидратации иона, форма соединений,
а также способность к комплексообразованию и гидролизу. Каждая почва в
естественном состоянии содержит определенное количество обменно-поглощенных
катионов Са, Н, Mg, Na, К, NH4 и др. В большинстве почв среди них преобладает
Са, и Квторое место занимает Mg, в некоторых почвах в поглощенном состоянии
содержится немного Naи NH4 [24,25].
Для 137Csхарактерны процессы селективной
сорбции, а также необменной сорбции твердой фазой почв. Способность почв
фиксировать цезий в значительной степени определяется содержанием в почве
лабильных глинистых минералов. Наибольшей способностью к фиксации калия,
аммония и цезия обладают гидрослюды типа иллита.
Для Cs+в зависимости от условий, определяющим
обменным катионом может стать как калий, так и аммоний. Причем аммоний
преобладает в восстановительных условиях донных отложениях и в торфяно-болотных
почв. А на поведение 90Sr оказывает влияние органическое вещество почвы.
Радионуклид присутствует в почвах в основном не в виде индивидуальных
соединений с органическими веществами неспецифической природы и собственно
гумусовыми кислотами, а сложных комплексов, в состав которых входят также Ca,
FeиAl.
Существует обратная зависимость накопления 90Sr
в растениях от емкости поглощения почв и содержания обменного кальция. С
увеличением содержания обменного кальция и величины емкости поглощения
доступность 90Sr растениям
снижается. Поступление 137Сs из почвы в растения
определяется суммой поглощенных оснований и количеством обменного калия в
почве. На почвах с низкой суммой поглощенных оснований и относительно небольшим
количеством
обменного калия происходит более интенсивное
поглощение 137Сs растениями, чем на почвах, имеющих более высокие эти
показатели [1].
Известно, что чем больше в ППК обменного калия,
тем быстрее происходит закрепление 137Сsв ППК и уменьшение его коэффициента
перехода в растения. Коэффициент перехода цезия в растения при низком содержании
обменного калия (К2О = 40-80 мг/кг почвы), может уменьшаться всего на 20-60%, а
при высоком содержании К2О может снижаться до 70%. Насыщение
дерново-подзолистой почвы обменным калием выше оптимального уровня (300 мг/кг
почвы) не сопровождается снижением поступления 137Сsв растения. Для
торфяно-болотных почв оптимальный уровень содержания в почве обменного калия не
должен превышать 1000 мг/кг почвы. Чем больше в почве обменного калия, тем
меньше коэффициента накопления 90Sr. Однако эта зависимость менее выражена, чем
для коэффициента накопления 137Сs.
Поступление радионуклидов зависит от времени и
форм нахождения в почве, от концентрации доступных форм в корнеобитаемом слое.
После аварии на ЧАЭС наиболее интенсивно
поступление цезия происходило в первые 2 года. К концу 5-го года содержание
обменного цезия в почве уменьшилось в 3 и более раз и вышло на стационарный
уровень. Таким образом, со временем уменьшается содержание доступных для
растений форм цезия-137 и снижается его поступление в растения. Подвижность и
доступность стронция-90 практически не изменяется со временем, поэтому он
находится в водорастворимой и обменной формах, которые хорошо доступны для
корневого усвоения[1,29].
1.2 Влияние кислотности почв на
поступление радионуклидов в растительность
Установлена отрицательная зависимость между
содержанием обменного кальция, уровнем кислотности почвенного раствора и
поступлением в растения стронция-90. Чем больше в почве обменного кальция и чем
меньше кислотность почвенного раствора, тем меньше коэффициенты перехода
стронция-90 в растения. Эта закономерность проявляется и при поступлении
цезия-137 в растения, но связь менее сильная.[18] Для многолетних бобовых
злаковых трав, кукурузы и картофеля коэффициенты корреляции находятся в
пределах от -0,52 до -0,93. Особенно тесная связь исследуемых параметров
наблюдается на дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почвах, а также на
аллювиальных песчаных и слоистых почвах. С поступлением 137Сs эта связь также
проявляется, но слабее. Для торфяно-болотных почв характерна та же
закономерность, что и для дерново-подзолистых[1].
Таблица 1.2 - Влияние кислотности почв на
содержание цезия-137 в кормах
Культуры
|
Продукция
|
Влажность
|
рН
KCl
|
|
|
|
3,9-4,3
|
4,3-4,7
|
Более
4,7
|
Травы
естественных сенокосов
|
сено
|
16
|
20,0
|
16,5
|
14,4
|
|
сенаж
|
55
|
10,7
|
8,8
|
7,7
|
|
силос
|
75
|
6,0
|
4,9
|
4,3
|
|
зеленая
масса
|
82
|
4,3
|
3,5
|
3,1
|
Многолетние
злаковые травы
|
сено
|
16
|
16,4
|
14,6
|
11,0
|
|
сенаж
|
55
|
8,7
|
7,8
|
5,9
|
|
силос
|
75
|
4,9
|
4,3
|
3,3
|
|
зеленая
масса
|
82
|
3,5
|
3,1
|
2,4
|
Содержание 90Sr в урожае многолетних злаковых
трав на торфяно-болотной почве в зависимости от уровня кислотности при
плотности загрязнения 37 кБк/м2, КП позволяющего существенно уменьшить
поступление 90Srв растения за счет антагонизма катионов, что способствует
частичному переводу радионуклидов в необменное состояние. Однако, как видно из
данных таблицы 1.3 и рис. 1.1, более информативным является содержание в почвах
обменного кальция, чем показатель их обменной кислотности. Коэффициенты
перехода радионуклидов из супесчаных почв снижаются в 1,7-2,0 раза по мере
повышения содержания обменного кальция с 550 до 2000 мг СаО на кг почвы [9].
Рис. 1.1 - Влияние плодородия
дерново-подзолистых супесчаных почв на поступление радионуклидов в многолетние
злаковые травы, Бк/кг (1989-1993 гг.)
Таблица 1.3 - Влияние кислотности почвы на Кп
137Cs и 90Sr в многолетних злаковых травах
Радионуклиды
|
рН
KCl
|
|
4,6-5,0
|
5,1-5,5
|
5,6-6,0
|
6,1-6,5
|
6,6-7,0
|
7,1-7,8
|
|
СаО,
мг/кг почвы
|
|
550
|
740
|
1044
|
1680
|
2008
|
1984
|
137Cs
|
5,7±0,2
|
5,3±0,2
|
5,3±0,1
|
3,7±0,3
|
2,9±0,3
|
3,0±0,2
|
90Sr
|
12,4±0,4
|
12,0±0,3
|
8,0±1,7
|
7,2±0,8
|
7,2±0,3
|
7,0±0,1
|
По мере повышения содержания обменного кальция с
550 до 2000 мг СаО на кг почвы Кп137Cs и 90Srснижается в 1,5-2 раза. Изменение кислотности
почвенного раствора от кислого интервала (рН = 4,5-5,0) к нейтральному (рН =
6,5-7,0) снижает переход стронция-90 в растения в 2-3 раза[26].
Дальнейшее насыщение почвы свободными
карбонатами кальция сдвигает реакцию в щелочной диапазон, однако это уже не
сопровождается уменьшением поступления радионуклидов в растения.
На карбонатных почвах коэффициент накопления
стронция-90 снижается до 3-х раз, потому что происходит необменная фиксация
90Srс образованием карбонатных солей. На этих почвах Кп137Csувеличивается до
4-х раз, т.к. здесь 137Csсвязывается водорастворимыми органическими
соединениями, которые легко его освобождают в виде доступных ионов.
Установлено, что чем больше насыщенность почвы обменными основаниями, тем
меньше коэффициент перехода 137Csи 90Srв растения[18].
Торфяно-болотные почвы бедны по содержанию
калия, кальция и магния. Как правило, это кислые почвы, поэтому Кп137Csи 90Srна
этих почвах в 5-20 раз больше, чем на дерново-подзолистых[14].
Оптимальные показатели кислотности (рН) колеблются
в значительных пределах и зависят от типа и гранулометрического состава почвы,
обеспеченности ее гумусом и набора культур в севооборотах. На основании
исследований, проведенных в республике, определены оптимальные параметры
реакции почв (рН в КCl) в зависимости от гранулометрического состава, которые
на дерново-подзолистых почвах составляют:
глинистые и суглинистые - 6,0-6,7,
супесчаные - 5,8-6,2,
песчаные - 5,6-5,8.
На торфяно-болотных и минеральных почвах
сенокосов и пастбищ оптимальные параметры составляют соответственно 5,0-5,3 и
5,8-6,2 [7].
Установлено, что минимум накопления
радионуклидов в урожае различных культур чаще всего соответствует оптимальному
уровню реакции почвенной среды и степени насыщенности почв основаниями, которые
достаточны и необходимы для обеспечения максимально возможного урожая
соответствующих культур. Это позволяет использовать величину pHKCl (которая
систематически определяется агрохимической службой на каждом рабочем участке
поля) в качестве интегрального показателя насыщенности почв основаниями при
прогнозе доступности растениям радионуклидов, особенно 90Sr.
Известкование является одним из наиболее важных
приемов повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий. При внесении в
кислую почву извести в почвенном растворе резко уменьшается концентрация
водорастворимых ионов, увеличивается содержание подвижного кальция и магния,
что влияет на доступность радионуклидов растениям, особенно 90Sr.
Эффект снижения поступления радионуклидов в
урожай от известкования в дозах, рассчитанных для нейтрализации полной
гидролитической кислотности, в сочетании с удобрениями колеблется в больших
пределах. Это зависит от многих факторов, а именно: гранулометрического
состава, степени кислотности почв, обеспеченности их гумусом, элементами
минерального питания и других свойств, а также биологических
особенностейвозделываемых культур [19].
Известкование кислых почв направлено не только
на ограничение поступления радионуклидов в растениеводческую продукцию, но и
повышение плодородия почв, а также урожая. Действие извести более заметно в
длительных стационарных полевых опытах на кислых дерново-подзолистых почвах.
Таким примером может быть стационар Гомельской опытной станции, заложенный в
1986 году на среднекислой, бедной питательными веществами и гумусом
дерново-подзолистой рыхлосупесчаной почве с плотностью загрязнения 137Cs - 296
кБк/м2.[8]Известкование в дозах из расчета нейтрализации полной гидролитической
кислотности на фоне N90P90K90 снизило содержание 137Csв зерне и соломе озимой
ржи в 2 раза. Повышение дозы извести до уровня 1,5 гидролитической кислотности
(6,5 т/га), равно как и повторное известкование в 1992 году из расчета
нейтрализации полной гидролитической кислотности, способствовало некоторому
снижению накопления137Csтолько в соломе. Эти данные согласуются с результатами
исследований Бондаря П.Ф., Лощилова Н.А., Дутова А.И., показавших, что
дополнительное внесение мелиорантов с целью снижения поступления 137Csв урожай
на произвесткованных почвах является малоэффективным агротехническим приемом
[10].
Обобщение большого количества экспериментальных
данных позволило сделать вывод, что минимальное накопление радионуклидов в
растениеводческой продукции при прочих равных условиях возделывания
сельскохозяйственных культур отмечено при оптимальной реакции почвенной среды.
В этой связи основной целью известкования на землях, подвергшихся
радиоактивному загрязнению, является нейтрализация кислотности почвы и
насыщение ее поглощающего комплекса кальцием и магнием.
Основная потребность в известковых удобрениях
определяется в соответствии с «Инструкцией определения дополнительной
потребности материально-технических ресурсов для сельского хозяйства в зоне
радиоактивного загрязнения» [12]. На минеральные земли с плотностью загрязнения
137Cs 5,0 и более Ки/км2 (185 кБк/м2) и 90Sr 0,3 и более Ки/км2 (11 кБк/м2) и
на торфяные почвы с плотностью загрязнения 137Csболее 1,0 Ки/км2 (37 кБк/м2) и
90Srболее 0,15 Ки/км2 (5,5 кБк/м2) предусматривается дополнительное внесение
извести с целью ускоренного доведения реакции почв до оптимальных значений. На
дерново-подзолистые супесчаные почвы с рН 5,6-6,0 и плотностью загрязнения
137Cs 1-5 Ки/км2 (37-185 кБк/м2) дополнительное выделение извести
предусматривается для поддержания кислотности в оптимальном диапазоне рН. Все
почвы I-II групп кислотности подлежат первоочередному известкованию в связи с
высоким переходом радионуклидов в растения.
Таким образом, внесение извести является
традиционным эффективным способом снижения поступления радионуклидов 90Srи
137Csиз почвы в растения. При этом в почвенном растворе резко уменьшается
концентрация водорастворимых ионов, увеличивается содержание подвижного кальция
и магния, что снижает доступность радионуклидов растениям, особенно 90Sr[23].
1.3 Влияние содержания в почве органического
вещества на поступление радионуклидов в растительность
На переход цезия и стронция в растения оказывает
влияние органическое вещество почвы. Гумусовые кислоты, особенно гуминовая
кислота, образуют сложные комплексы с радионуклидами или гуматы, поэтому из
органических комплексов доступность стронция снижается в 2-4 раза, а цезия - в
1,5 раза. Гумус - это совокупность органических соединений, находящихся в
почве, но не входящих в состав живых организмов или их остатков, сохраняющих
анатомическое строение. Гумус составляет 85-90 % органического вещества почвы и
является важным критерием при оценке её плодородности. Гумус составляют
индивидуальные (в том числе специфические) органические соединения, продукты их
взаимодействия, а также органические соединения, находящиеся в форме
органо-минеральных образований [27]. Повышенная биологическая доступность
радионуклидов на торфяно-болотных почвах связана со способностью органического
вещества фиксировать ионы радионуклидов на поверхности органических коллоидов,
поэтому не обеспечивается прочная сорбция радионуклидов и увеличивается их
доступность растениями. Кроме этого на торфяно-болотных почвах повышена
кислотность почвенного раствора, что обеспечивает хорошую растворимость солей
радионуклидов и их доступность растениям.
Наиболее доступны для растений радионуклиды,
находящиеся в почве в растворенном виде. Однако растения могут извлекать
химические элементы, в том числе и радионуклиды, из твердой фазы почвы. Кислые
корневые выделения растений способны растворять относительно подвижные формы
радионуклидов, связанные в минерально-обломочной фракции почв и растворимые в
слабых кислотах (обменные, сорбционные и др.). Сорбция на гумусовом веществе с
последующим переходом в необменные формы делает радионуклиды слабо доступными
для растений[19].
По данным учёных НИРУП «Институт почвоведения и
агрохимии», весьма эффективным способом снижения поступления радионуклидов и
нитратов в урожай сельскохозяйственных культур являются медленнодействующие
удобрения (карбамид и сульфат аммония с добавками гуматов). Применение этих
удобрений позволяет в среднем снизить содержание 137Cs на 20%, а 90Sr на 12% в
урожае большинства сельскохозяйственных культур по сравнению с обычными формами
азотных удобрений (аммиачная селитра, мочевина) при увеличении урожайности на
25%. На тех почвах, где основная масса радионуклидов прочно связана в гумусовых
горизонтах, наблюдается снижение коэффициентов накопления растениями
радионуклидов (КН) [8,17].
Также проведено изучение распределения 137Сs и
90Sr по группам и молекулярно-массовым фракциям гумусовых веществ. При
взаимодействии радионуклидов с органическими соединениями происходит
образование сложных органо-минеральных комплексов и комплексно-гетерополярных
солей. Исследовано влияние органическихлиганд на молекулярно-массовое
распределение углерода, радиоцезия и радиостронция. Изучено поступление 137Сs и
90Sr в растения под влиянием искусственных комплексонов и гуминовых кислот, а
также из разных органо-минеральных источников из водных растворов, так из
различных почв.
Диапазон различия в содержании органического
вещества в пределах одной разновидности почв на большинстве опытных участков
может быть невелик. Повышение содержания гумуса в дерново-подзолистых
супесчаных почвах от минимального (1,0-1,5%) до оптимального (2,0-3,0%)
сопровождалось снижением в 1,5 раза поступления 137Сs и 90Sr в многолетние
травы.
Таблица 1.4 - Влияние содержания гумуса в
дерново-подзолистых супесчаных почвах на поступление радионуклидов в
многолетние злаковые травы, КП (1989-1993 гг.)
Радионуклиды
|
Содержание
гумуса, %
|
|
1,0-1,5
|
1,6-2,0
|
2,1-3,0
|
3,1-3,5
|
137Сs
|
5,9±0,4
|
5,6±0,2
|
4,7±0,5
|
3,4±0,3
|
90Sr
|
15,9±0,3
|
15,7±0,4
|
12,2±1,1
|
8,2±0,9
|
В зоне радиоактивного загрязнения может быть
оправданным и поддержание более высокого уровня содержания гумуса в почве
(3,1-3,5%) для дальнейшего снижения поступления радионуклидов в продукцию при
наличии дешевых источников органического вещества.
Представление о противоположных функциях разных
фракций гумусовых кислот помогает понять особенности миграции элементов.
Вывод о противоположном действии гуминовых и
фульвокислот нашел подтверждение и при исследовании форм нахождения
радионуклидов, образовавшихся во время катастрофы на Чернобыльской АЭС [23].
Высокую радиоактивность наблюдали лишь в пробах природных вод высокой
цветности, т.е. с большими содержаниями фульвокислот. При фазовом химическом
анализе почв района Чернобыля показано, что основная доля радионуклидов связана
с труднорастворимыми фракциями, прежде всего с гуминовыми кислотами почвы. В
условиях Украины и Белоруссии тенденция к удерживанию радионуклидов в почвах
значительно сильнее, чем тенденция к их рассеянию поверхностными водами.
Итак, можно сделать вывод,что:
гуминовые кислоты обладают высокой сорбционной
емкостью по отношению к ионам загрязняющих и рудных элементов, а также
изотопных носителей долгоживущих радионуклидов: 1 г гуминовых кислот сорбирует
30 мг цезия, 18 мг стронция, 18 мг меди, 60-150 мг свинца, 80 мг хрома, 300 мг
ртути, 300-600 мг золота, 85-100 мг палладия.
гуминовые кислоты - эффективный геохимический
барьер, ограничивающий подвижность ионов металлов.
миграционная способность элементов в конкретных
ландшафтных условиях зависит от состава гумусовых кислот почв и вод и во многом
определяется конкуренцией процессов комплексообразования ионов металлов с
фульво- и гуминовыми кислотами [27].
1.4 Влияние режима увлажнения на
поступление радионуклидов из почвы в растительность
Известно, что количество катионов цезия и
стронция, вытесняемых из почвы в раствор, при постоянной концентрации
возрастает с увеличением объема раствора, что предполагает повышенное
накопление радионуклидов растениями [16].
Общеизвестно увеличение перехода 137Сs и 90Sr в
травы естественных сенокосов на переувлажненных почвах по сравнению с сеяными
травами на автоморфных почвах. Однако здесь оказывает влияние комплекс
факторов, включая различия в окультуренности почв, видовом составе трав,
удобрениях и др. Имеются сведения, что при разных режимах увлажнения почв могут
не изменяться коэффициенты накопления радионуклидов растениями, но возрастает
общий вынос радионуклидов за счет увеличения биомассы растений [25].
Рерих П.А. и Моисеев И.Т. установили, что
поступление 137Сs в зерновые и крупяные культуры на выщелоченных черноземах
находится в обратной корреляционной зависимости от суммы осадков за
вегетационный период и запасов влаги в метровом слое почвы [22].
Для определения влияния режима увлажнения почв
на поступление радионуклидов в растения в 1992-1994 гг. проводились
исследования на сенокосах Ветковского, Лоевского и Хойникского районов
Гомельской области (табл. 1.5) [28]. На одном типе почв, различающихся степенью
гидроморфизма и, следовательно, режимом увлажнения, подбирались участки
сенокосов сходного ботанического состава трав. Влажность почв в период
максимального роста и уборки трав различалась и составляла, соответственно,
4,5, 14,8 и 21,7%. Кислотность почв трех участков была близкой к оптимальной, а
содержание обменных катионов кальция повышалось по мере возрастания степени
увлажнения. Доля обменных форм 137Сs последовательно повышалась от 9,6% на
автоморфных до 10,7 на глееватых почвах и до 12,3% - на глеевых. Одновременно
многократно возрастал переход 137Сs и 90Sr из почвы в растения ежи сборной.
Долевое содержание водорастворимых и обменных форм 90Sr также заметно
повышалось на временно избыточно увлажненных и глееватых супесчаных почвах.
Таблица 1.5 - Влияние режима увлажнения почв и
форм нахождения радионуклидов на их переход в растения ежи сборной (Хойникский
район, 1994 г.)
Показатель
|
Дерново-подзолистые
суглинистые почвы, развивающиеся на легких суглинках
|
|
Временно
избыточно увлажненные
|
Глееватые
|
Глеевые
|
pH
KCl
|
5,8
|
4,87
|
4,25
|
Содержание
в почве К2О
|
110
|
142
|
148
|
СаО
|
620
|
520
|
260
|
MgO
|
270
|
114
|
300
|
Содержание
137Cs в почве Бк/кг
|
1310
|
1370
|
1600
|
В
т.ч. в вытяжках, %H2O
|
0,04
|
0,04
|
0,04
|
1M
CH3COONH4
|
9,6
|
10,7
|
12,3
|
1M
HCl
|
9,8
|
9,4
|
13,6
|
6M
HCl
|
80,56
|
79,86
|
74,03
|
Содержание
137Cs в растениях Бк/кг
|
30
|
50
|
70
|
Ku
|
0,02
|
0,04
|
0,04
|
Содержание
90Sr в почве Бк/кг
|
120
|
170
|
270
|
В
т.ч. в вытяжках, %H2O
|
4,5
|
3,1
|
5,9
|
1M
CH3COONH4
|
45,2
|
50,4
|
51,0
|
1M
HCl
|
43,7
|
40,8
|
42,6
|
6M
HCl
|
6,6
|
5,7
|
1,5
|
Содержание
90Sr в растениях Бк/кг
|
240
|
550
|
900
|
Ku
|
2
|
3,2
|
3,3
|
Повышенный переход 137Сs в растения ежи сборной
по мере нарастания степени гидроморфизма наблюдался и на большом массиве
осушенных дерново-заболоченных песчаных почв в Лоевском районе Гомельской
области (табл. 1.6 и рис. 1.3). Здесь также отмечено заметное увеличение
доли обменных форм 137Сs на глеевых почвах по
сравнению с временно избыточно увлажненными и глееватыми. В значительно большей
степени (до 27 раз) различались коэффициенты накопления 137Сs растениями ежи
сборной.
Таблица 1.6 - Влияние гидроморфности дерновых
заболоченных песчаных почв на переход 137Сs в растения ежи сборной (Лоевский
район, 1993 г.)
Показатель
|
Степень
гидроморфности почв
|
|
Временно
избыточно увлажненные
|
Глееватые
|
Глеевые
|
pH
KCl
|
5,5
|
5,6
|
5,9
|
Содержание
в почве обменных катионов мг.экв/ 100г почвы Са
|
2,46
|
4,68
|
8,8
|
Mg
|
1,11
|
1,01
|
1,9
|
гумус,
%
|
1320
|
1740
|
1400
|
Содержание
137Cs в почве Бк/кг
|
0,1
|
0,1
|
0,9
|
В
т.ч. в вытяжках, % H2O
|
3,5
|
3,3
|
17,5
|
1MCH3COONH4
|
13,0
|
10,6
|
5,0
|
1MHCl
|
76,2
|
83,0
|
70,5
|
6MHCl
|
76,2
|
83,0
|
70,5
|
Содержание
137Cs в растениях Бк/кг
|
278
|
1373
|
7951
|
Ku
|
0,21
|
0,79
|
5,68
|
Урожай
сена ц/га
|
19,0
|
30,3
|
Если учесть, что урожай сена увеличивался с
повышением степени увлажнения почв, то суммарный вынос радионуклида с гектара
площади на дерново-глееватых почвах был в 6 раз, а на дерново-глеевых - в 54
раза выше, чем на временно избыточно увлажненных почвах. Проведенные исследования
показали, что осушение не обеспечивает единого режима влажности почв всего
массива и не устраняет имеющихся различий в увлажнении между почвенными
разновидностями.
Рис. 1.2 - Влияние гидроморфности дерновых
заболоченных песчаных почв на переход радионуклидов в растения ежи сборной,
Бк/кг
В результате осушения режим влажности
дерново-глеевых почв приближается к оптимальному. Это значит, что оптимум
влажности почвы длится 100 дней, уровень грунтовых вод (УГВ) колеблется в
пределах 1,13-1,59 м, в дерново-глееватых почвах оптимум увлажнения - 90 дней,
УГВ - 1,35-1,79 м. На повышенных элементах рельефа, где развиты временно
избыточно увлажненные почвы, больше период иссушения, здесь оптимум влажности
почвы наблюдается только в течение 70 дней, а УГВ колеблется в пределах
1,60-2,35 м. Исследуемые почвы характеризуются низким содержанием обменного
калия и типичным повышением содержания обменных форм кальция и магния, а также
содержания гумуса по мере нарастания степени увлажнения почв. Все почвы
характеризовались близким уровнем плотности загрязнения 137Сs, в пределах от
481 до 518 кБк/м2. Учеты урожая проводились в 20-кратной повторности на посевах
ежи сборной третьего года пользования.
Для изучения причин значительных различий
переходов радионуклидов в кормовые культуры (многолетние злаковые травы),
возделываемые в хозяйствах загрязненной зоны, нами проведены исследования по
определению форм нахождения радионуклидов в почвах в зависимости от типа
почвообразования, характера и степени увлажнения почв на рыхлых и связных
почвообразующих породах. В таблице 1.7 приведены результаты определений форм
нахождения 137Сs [2,4].
Таблица 1.7 - Формы нахождения 137Сs в дерновых
заболоченных и дерново-подзолистых заболоченных почвах, % (1995 г.)
Почвы
|
H2O
|
CH3COONH4
|
1M
HCl
|
6M
HCl
|
Дерновые,
временно избыточно увлажненные, развивающиеся на песках
|
0,03
|
10,6
|
8,7
|
80,7
|
Дерново-глееватые
развивающиеся на песках
|
0,48
|
19,1
|
15,7
|
64,7
|
Дерново-глеевые,
развивающиеся на песках
|
0,5
|
24,0
|
26,7
|
48,8
|
Дерновые,
временно избыточно увлажненные карбонатные, развивающиеся на легких суглинках
|
0,01
|
3,1
|
8,0
|
88,9
|
Дерново-глееватые
карбонатные, развивающиеся на легких суглинках
|
0,04
|
5,1
|
4,3
|
90,6
|
Дерново-глеевые
карбонатные, развивающиеся на легких суглинках
|
0,03
|
6,0
|
3,5
|
90,5
|
Дерново-подзолистые,
временно избыточно увлажненные, развивающиеся на легких суглинках
|
0,04
|
9,6
|
9,8
|
80,6
|
Дерново-подзолисто-глееватые,
развивающиеся на легких суглинках
|
0,04
|
10,7
|
9,4
|
79,9
|
Дерново-подзолисто-
глеевые, развивающиеся на легких суглинках
|
0,07
|
12,3
|
13,6
|
74,0
|
НСР
095
|
0,007
|
2,38
|
3,07
|
8,56
|
Первое, что можно отметить, - это преобладание
фиксированной формы 137Сs, которая составляет 48-90% в разных почвах. Второе -
более высокое содержание 137Сs в обменной и непрочно фиксированной формах в
почвах более увлажненных позиций. Третье - самое высокое содержание
прочнофиксированных форм 137Сs в дерновых заболоченных карбонатных почвах. В
таблице 1.8 приведены результаты определения форм наховождения90Sr в
исследуемых почвах.
Особенностью высоких переходов этого элемента из
почвы в растения, как уже установлено и подтверждается нашими данными, является
то, что значительная часть 90Sr находится в подвижной форме. Причем в почвах,
развивающихся на песчаных породах, доля прочнофиксированной фракции несколько
меньше, чем на суглинистых, но во всех почвах содержание этой фракции
уменьшается с увеличением увлажнения.
Таблица 1.8 - Формы нахождения 90Sr в дерновых
заболоченных и дерново-подзолистых заболоченных почвах (1995 г.)
ПочвыH2OCH3COONH41M
HCl6M HCl
|
|
|
|
|
Дерновые,
временно избыточно увлажненные, развивающиеся на песках
|
9,5
|
63,7
|
20,4
|
6,4
|
Дерново-глееватые
развивающиеся на песках
|
14,9
|
67,6
|
14,8
|
4,7
|
Дерново-глеевые,
развивающиеся на песках
|
11,1
|
68,9
|
12,2
|
7,8
|
Дерновые,
временно избыточно увлажненные карбонатные, развивающиеся на легких суглинках
|
4,1
|
40,9
|
43,4
|
11,6
|
Дерново-глееватые
карбонатные, развивающиеся на легких суглинках
|
9,1
|
42,4
|
40,3
|
8,2
|
Дерново-глеевые
карбонатные, развивающиеся на легких суглинках
|
6,9
|
48,1
|
41,1
|
3,9
|
Дерново-подзолистые,
временно избыточно увлажненные, развивающиеся на легких суглинках
|
4,5
|
45,2
|
43,7
|
6,6
|
Дерново-подзолисто-глееватые,
развивающиеся на легких суглинках
|
3,1
|
50,4
|
40,8
|
5,7
|
Дерново-подзолисто-
глеевые, развивающиеся на легких суглинках
|
5,9
|
51,0
|
42,6
|
1,5
|
НСР
095
|
1,4
|
4,7
|
3,9
|
2,1
|
Следует также отметить более низкое содержание
обменной формы 90Sr в дерновых заболоченных карбонатных почвах при любой
степени увлажнения. Насыщение поглощающего комплекса этих почв свободными
карбонатами сдвигает реакцию среды в щелочной диапазон, обеспечивая минимум
подвижности радионуклидов в почвах. Увеличение степени гидроморфизма
способствует усилению динамичности элементов, что приводит к большей
доступности радионуклидов для произрастающих трав. Двухлетние исследования
БелНИИ мелиорации и луговодства показали также большую значимость учета
влажности почвы и определяющего ее уровня грунтовых вод в поглощении
радионуклидов сельскохозяйственными растениями. [2, 3] При этом первостепенное
значение имеет расстояние загрязненного слоя почвы от УГВ. Наибольшее
поглощение радионуклидов многолетними трава-ми происходит при расстоянии уровня
воды 35-55 см от загрязненного слоя почв. [4]
Как правило, осушенные массивы на загрязненной
радионуклидами территории Белорусского Полесья представлены почвенными
комплексами, включающими на одном сельскохозяйственном поле севооборота
торфяные, торфяно-болотные, сработанные торфянисто-глеевые и песчаные почвы.
При этом пониженные формы рельефа представлены торфяными и торфяно-глеевыми почвами,
а повышенные - торфянисто-глеевыми и песчаными. Исследования показали, что
минимальное загрязнение растительной продукции на комплексах таких почв
достигается при поддержании уровня грунтовых вод на глубине 0,9-1,2 м от
средней отметки поверхности поля. Диапазоны уровня грунтовых вод подобраны так,
чтобы водопотребление основных видов растений на 30% обеспечивалось из
подпахотного слоя почвы. При этом меньшие значения уровня грунтовых вод
необходимо поддерживать при выращивании трав, более глубокие - при выращивании
зерновых и пропашных культур. Общим правилом поддержания оптимального режима
увлажнения загрязненных радионуклидами почв должно стать нахождение
динамического равновесия, обеспечивающего, с одной стороны, максимальный урожай
и тем самым «ростовое разбавление» радионуклидов, с другой - уменьшение объема
почвенного раствора.
По данным наших исследований, переход радиоцезия
в многолетние злаковые травы повышался в 10-27 раз на дерново-глеевых и
дерново-подзолисто-глеевых почвах по сравнению с автоморфными и временно
избыточно увлажняемыми разновидностями этих почв. Практика подтвердила
установленные закономерности. В зоне загрязнения, где преобладают
переувлажненные дерново-подзолистые песчаные и торфяные, типичные для Полесья
почвы, высокая степень загрязнения травяных кормов, молока и мяса наблюдается
даже при относительно низких плотностях загрязнения: 137Сs - 7,4-185 и 90Sr -
11,1-7,4 кБк/м2. В то же время на окультуренных участках лессовидных и моренных
суглинков Могилевской области продукцию с допустимым содержанием радионуклидов
удается получать при плотности загрязнения 137Сs 740 кБк/м2.
Таким образом, приведенные данные показывают
исключительно высокую значимость учета степени гидроморфизма почв при прогнозе
содержания радионуклидов в продукции сенокосов и пастбищ как на естественных
заболоченных, так и на осушенных почвах. Учет степени гидроморфизма почв
необходим и при долгосрочном прогнозе очищения почв от радионуклидов.
Детальное изучение вопросов, влияющих на
поведение долгоживущих радионуклидов в различных почвах Беларуси, позволяет
сделать следующее заключение:
За период наблюдений с 1986 по 1997 г. мощность
экспозиционной дозы (МЭД) на постоянных пунктах наблюдений значительно
снизилась. В первые послеаварийные месяцы этот процесс был обусловлен распадом
короткоживущих радионуклидов. В отличие от Гомельской области на постоянных
пунктах наблюдений Могилевской наблюдался меньший изначальный размер МЭД и
более плавное ее снижение в последующие годы, что объясняется характером выпадения
радионуклидов. Факторы, влияющие на течение миграционных процессов в почве,
оказывают косвенное влияние и на параметры МЭД.
Для всех почв характерно извлечение водой
незначительной доли (0,3-0,7%) 137Сs. В обменной форме, легко доступной
корневой системе растений, его содержание колеблется в пределах от 2,1 до
10,4%. Ближний при определенных условиях резерв радиоцезия, потенциально
доступного для растений, составляет 14,0-23,8% валового его содержания.
Основная доля радионуклида (69,8-82,0%) находится в прочносвязанной форме, в
том числе и внедренной в кристаллическую решетку глинистых минералов.
Доступность растениям 137Сs со временем существенно уменьшается в процессе
«старения» радионуклида и фиксации его в почве. За период с 1987 по 1993 г.
доля подвижного радиоцезияуменьшилась с 29-74% до 5-29% валового (т.е. в
среднем более чем в 3 раза). В последние годы скорость фиксации 137Сs
уменьшилась. Для 90Sr характерно преобладание легко доступных для растений
обменной и водорастворимой форм, которые в сумме составляют 53-87% валового
содержания. Доля прочносвязанной фракции, извлекаемой 6М HCl, невелика и
колеблется от 3 до 19%. Обнаруживается высокая биологическая доступность 137Сs
на торфяно-болотных почвах. Содержание 137Сs в водной вытяжке на порядок выше,
чем его содержание в аналогичной вытяжке на минеральных почвах. Выявлены
различия, связанные со степенью минерализации торфяной массы.
На всех изучаемых типах почв происходит, хотя и
медленно, миграция вниз по профилю 137Сs и 90Sr. С увеличением степени увлажнения
почв, темпы миграции увеличиваются. В почвах с ненарушенной дерниной основное
количество радионуклидов содержится в 0-5-сантиметровом слое, а в почвах
сельскохозяйственного использования практически все количество 137Сs находится
в пахотном горизонте.
Скорость миграции 90Sr значительно выше, чем
137Сs, что связано с физико-химическими особенностями этих радионуклидов.
Наличие вторичного загрязнения почв и растений радионуклидами за счет их
горизонтальной миграции очевидно, и его необходимо учитывать в сельском
хозяйстве. Гранулометрический состав почв в значительной степени определяет их
поглотительную способность. Сорбционная способность почв зависит от степени
дисперсности почвенных частиц. Коэффициенты перехода радионуклидов в растения,
произрастающие на дерново-подзолистых суглинистых почвах, в 1,5-2 раза ниже по
сравнению с дерново-подзолистыми песчаными почвами[1].
2. Изучение накопления радионуклидов
в травостое лугов различного режима увлажнения
Результаты многолетних исследований говорят о
высоких размерах накопления радионуклида, особенно 137Сs, травостоем кормовых
угодий на торфяно-болотных почвах. Так, если для дерново-подзолистых супесчаных
почв величина коэффициента пропорциональности составляет для многолетних
знаковых трав 05-3, то для торфяно-болотных почв 3,4-8.
Для рационального использования таких кормовых
угодий в условии радиоактивного загрязнения необходимо:
проводить прогноз содержания Cs и Sr в кормах
(зеленая масса, сено) с учетом плотности загрязнения и основных агрохимических
свойств почв;
увеличить их продуктивность;
обеспечить получения дешевых кормов, отвечающих
РДУ-99 по содержанию радионуклидов, за счет применения различных
агротехнических и агрохимических мероприятий.
В ряде нормативных документов, действующих на территории
Белоруссии, России и Украины, в условиях производства на загрязнённых
территориях для прогноза содержания 137Сs и 90Sr в сельскохозяйственных
культурах и кормах на всех типах почв используются только два агрохимических
показателя: содержание подвижного калия (для прогноза 137Сs) и величина
обменной кислотности рН (КСl) (для прогноза 90Sr)
В работах ряда отечественных и зарубежных учёных
приводятся данные, свидетельствующие о наличии более тесной корреляционной
зависимости между коэффициентами перехода 137Сs и 90Sr и другими
агрохимическими показателями луговых почв (гидролитической кислотностью,
содержанием MgO и СаО, содержанием гумуса, степенью насыщенности основаниями и
др.) [18,30]
2.1 Цель, задачи, материал и
методика исследований
Цель работы: 1. Установить корреляционные
зависимости между величиной перехода 137Сs и 90Sr в травостои низинных лугов и
основными агрохимическими свойствами торфяно-болотных почв.
. Составить уравнения линейной и множественной
регрессии, позволяющие прогнозировать величину коэффициентов перехода
радионуклидов и степень загрязнения травостоя в отдаленный период после аварии
на ЧАЭС.
На протяжении периода 1995-2005 изучали влияние
основных агрохимических свойств торфяно-болотных почв на изменение величины
коэффициентов перехода цезия и стронция в естественный травостой и урожай
многолетних злаковых трав.
На наблюдательных площадках проведен учет урожая
многолетних трав и отбор пробных снопов в 4-хкратной повторности 2 раза в год
для определения удельной активности радионуклидов, а также почвенных образцов
на глубину пахотного горизонта для определения основных агрохимических
показателей.[18]
Почвенная, радиологическая и агрохимическая
характеристики торфяно-болотных почв на наблюдательных площадках представлены в
табл. 2.1
Таблица 2.1 - Радиологическая и агрохимическая
характеристики торфяно-болотных почв наблюдательных площадок
№
|
Разновидность
т-б почв низинного типа
|
Плотность
загрязнения
|
Агрохимические
показатели
|
|
|
137Сs
|
90Sr
|
Зольность
|
pH
|
P2O5
|
K2O
|
Cao
|
MgO
|
Иок
|
|
|
кБк/м2
|
%
|
|
мг/кг
почвы
|
|
11
|
Торфяно-глеевая
(40 см) на хорошо разложившихся тростниково-осоковых торфах
|
208
|
66
|
33
|
5,1
|
260
|
152
|
10790
|
672
|
0,43
|
5
|
Торфяно-глеевая
(40 см) на хорошо разложившихся осоково-тростниковых торфах
|
261
|
82
|
51
|
5,4
|
181
|
284
|
10180
|
670
|
0,51
|
18
|
Торфяно-глеевая
(40 см) на хорошо разложившихся шейхцер-осоковых торфах
|
314
|
113
|
43
|
5,3
|
235
|
193
|
12220
|
654
|
0,48
|
13
|
Торфяно-маломощная
(50 см) на средне разложившихся осоковых торфах
|
114
|
44
|
20
|
5,1
|
624
|
321
|
11670
|
714
|
0,65
|
7
|
Торфяно-маломощная(60
см) на хорошо разложившихся древесно-осоковых торфах, подстилаемых песками
|
235
|
-
|
72
|
7,3
|
427
|
421
|
14180
|
860
|
1,00
|
14
|
Торфяно-маломощная
(65 см) на средне разложившихся осоковых торфах
|
83
|
39
|
20
|
5,3
|
498
|
502
|
12450
|
810
|
0,72
|
1
|
Торфяно-маломощная
(70 см) на слаборазложившихся гипново-тростниково-осоковых торфах
|
189
|
47
|
17
|
5,1
|
290
|
202
|
12750
|
762
|
0,46
|
15
|
Торфяно-маломощная
(80 см) на среднеразложившихся осоковых торфах
|
73
|
41
|
20
|
5,2
|
645
|
593
|
12480
|
816
|
0,76
|
2
|
Торфяно-маломощная
(105 см) на хорошоразложившихся гипново-тростниково-осоковых торфах
|
120
|
45
|
17
|
5,1
|
432
|
163
|
13490
|
804
|
0,51
|
16
|
Торфяно-маломощная
(120 см) на хорошо разложившихся гипново-тростниково-осоковых торфах
|
126
|
41
|
29
|
5,1
|
437
|
207
|
10580
|
714
|
0,52
|
4
|
Торфяно-маломощная
(150 см) на средне разложившихся осоково-тростниковых торфах
|
140
|
57
|
24
|
5,2
|
369
|
443
|
12650
|
876
|
0,62
|
6
|
Торфяно-маломощная(200
см) на хорошо разложившихся древесно-осоковых торфах
|
250
|
65
|
16,5
|
5,6
|
476
|
660
|
12375
|
1085
|
0,83
|
Эта таблица свидетельствует о наличии более
тесной корреляционной связи между плотностью загрязнения цезием и стронцием и
другими агрохимическими показателями. Можно проследить, зависимость содержания
радионуклидов от глубины почв низинного типа и агрохимических показателей.
Максимальное количество радионуклидов содержится в Торфяно-глеевая (40 см) на
хорошо разложившихся шейхцер-осоковых торфах. При этом на этой почве
сравнительно низкий показатель калия, фосфора и Иок по сравнению с другими
агрохимическими показателями. Минимальное количество зарегистрировано на
Торфяно-маломощная (80 см) на среднеразложившихся осоковых торфах. Здесь
наблюдаются выше средних агрохимические показатели.
Плотность загрязнения торфяно-болотных почв137Сs
и 90Sr и основных агрохимические показатели определяли по общепринятым
методикам. Степень окультуренности почв определяли с помощью интегрированного
показателя - индекса агрохимической окультуренности (Иок), используемого для
количественной оценки плодородия почв, варьируемого в пределах от 0,2 до 1,0 и
рассчитанного с учетом обменной кислотности, содержания подвижных форм оксидов
фосфора и калия по следующей формуле:
Иок= (pH-3,5)/4,8+
(P2O5-100)/2100+(K2O-100)/2700
радионуклид почва травостой
увлажнение
Содержание цезия в почвенных и растительных
образцах на гамма-спектрометрических комплексах «Canberra» и «Oxford», а
стронций радиохимическим методом по стандартной методике ЦИНАО с
радиометрическим окончанием наальфа и бетта счетчике «Canberra-2400».
Аппаратная ошибка измерений не превышала 15%.
Для количественной оценки поступления
радионуклидов из почвы в растения рассчитывали коэффициенты пропорциональности
Кп:
Кп=(Бк/кг):(кБк/м2)
Полученные данные обрабатывались методом
дисперсионного и регрессионного анализов с использованием компьютерного
программного обеспечения [26]. Коэффициент перехода цезия и стронция в зависимости
от типа тровостоя отображены в таблице 2.2 и 2.3
Таблица 2.2 - Коэффициент перехода 137Сs в
основные виды кормов в зависимости от обеспечения калием торфяно-болотных почв
Тип
травостоя
|
Содержание
подвижного калия мг/кг почвы
|
|
менее
250
|
251-500
|
501-1000
|
Более
1000
|
Низинные
торфяно-болотные почвы мощностью торфа более 1м
|
Сено
(влажность 16%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
27,76
|
17,72
|
10,60
|
9,54
|
Сеянный
злаковый
|
7,99
|
4,85
|
3,37
|
3,05
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
7,20
|
4,36
|
3,03
|
2,74
|
Сенаж
(влажность 55%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
14,84
|
9,48
|
5,67
|
5,1
|
Сеянный
злаковый
|
4,27
|
4,16
|
3,14
|
2,85
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
3,84
|
3,75
|
2,83
|
2,55
|
Силос
(влажность 75%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
8,26
|
5,27
|
3,16
|
2,84
|
Сеянный
злаковый
|
2,38
|
1,44
|
1,0
|
0,9
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
2,14
|
1,29
|
0,91
|
Зеленая
масса (влажность 82%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
5,96
|
3,80
|
2,27
|
2,05
|
Сеянный
злаковый
|
1,71
|
1,04
|
0,72
|
0,65
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
1,54
|
0,95
|
0,65
|
0,6
|
Низинные
торфяно-болотные почвы мощностью торфа менее 1м
|
Сено
(влажность 16%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
22,21
|
14,18
|
8,48
|
7,63
|
Сеянный
злаковый
|
6,39
|
3,88
|
2,7
|
2,44
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
5,76
|
3,49
|
2,42
|
2,19
|
Сенаж
(влажность 55%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
11,87
|
7,58
|
4,54
|
4,08
|
Сеянный
злаковый
|
3,42
|
3,33
|
2,51
|
2,28
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
3,07
|
3,0
|
2,26
|
2,04
|
Силос
(влажность 75%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
6,61
|
4,22
|
2,53
|
2,27
|
Сеянный
злаковый
|
1,9
|
1,15
|
0,8
|
0,72
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
1,71
|
1,03
|
0,73
|
0,66
|
Зеленая
масса (влажность 82%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
4,77
|
3,04
|
1,82
|
1,64
|
Сеянный
злаковый
|
1,37
|
0,83
|
0,58
|
0,52
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
1,23
|
0,76
|
0,52
|
0,48
|
В данной таблице можно проследить связь между
содержанием подвижного калия и типом травостоя.
Коэффициент перехода 137Сs больше в естественно
злаково-разнотравном сене, влажностью 16% с содержанием калия менее 250 мг/ кг
почвы. Самый низкий в сеянобобово злаковом травостое зеленой массы, влажностью
82% при содержании обменного калия более 1000 мг/кг почвы. Также можно
отметить, что коэффициенты перехода отличаются и от мощности торфа. Меньше
всего по всем показателям коэффициент на низинных торфяно-болотных почвах менее
1м.
Таблица 2.3 - Коэффициент перехода 90Sr в
основные виды кормов в зависимости от величины обменной кислотности
торфяно-болотных почв
Тип
травостоя
|
pH
(KCl)
|
|
менее
4,5
|
4,5-5,5
|
5,6-6,0
|
более
6,0
|
Низинные
торфяно-болотные почвы мощностью торфа более 1м
|
Сено
(влажность 16%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
20,00
|
16,51
|
14,40
|
13,68
|
Сеянный
злаковый
|
16,35
|
14,55
|
11,00
|
10,45
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
23,70
|
21,09
|
15,95
|
15,16
|
Сенаж
(влажность 55%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
10,69
|
8,83
|
7,7
|
7,32
|
Сеянный
злаковый
|
8,74
|
7,78
|
5,88
|
5,6
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
12,67
|
11,28
|
8,53
|
8,12
|
Силос
(влажность 75%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
5,95
|
4,91
|
4,29
|
4,07
|
Сеянный
злаковый
|
4,87
|
4,33
|
3,27
|
3,1
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
7,06
|
6,27
|
4,74
|
4,5
|
Зеленая
масса (влажность 82%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
4,28
|
3,54
|
3,08
|
2,93
|
Сеянный
злаковый
|
3,5
|
3,12
|
2,36
|
2,24
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
5,08
|
4,52
|
3,45
|
3,25
|
Низинные
торфяно-болотные почвы мощностью торфа менее 1м
|
Сено
(влажность 16%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
22,00
|
18,16
|
15,84
|
15,05
|
Сеянный
злаковый
|
17,99
|
16,01
|
12,1
|
11,5
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
26,07
|
23,2
|
17,55
|
16,68
|
Сенаж
(влажность 55%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
11,76
|
9,71
|
8,47
|
8,05
|
Сеянный
злаковый
|
9,61
|
8,56
|
6,47
|
6,16
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
13,94
|
12,41
|
9,38
|
8,93
|
Силос
(влажность 75%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
6,55
|
5,4
|
4,72
|
4,48
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
7,77
|
6,9
|
5,21
|
4,95
|
Зеленая
масса (влажность 82%)
|
Естественный
злаково-разнотравный
|
4,71
|
3,89
|
3,39
|
3,22
|
Сеянный
злаковый
|
3,85
|
3,43
|
2,6
|
2,46
|
Сеянный
бобово-злаковый
|
5,59
|
4,97
|
3,8
|
3,58
|
Коэффициент перехода 90Sr больше в естественно
злаково-разнотравном сене, влажностью 16% с величиной обменной кислотности рН
менее 4,5. Самый низкий в сеяно-бобово-злаковом травостое зеленой массы,
влажностью 82% с величиной обменной кислотности рН более 6. Также можно отметить,
что коэффициенты перехода отличаются и от мощности торфа. Меньше всего по всем
показателям коэффициент на низинных торфяно-болотных почвах более 1м.
Таким образом, проанализировав таблицы 2.3 и
2.2, можно сделать вывод, что содержание радионуклидов больше в сухом травостое
и различается от мощности торфа, если радиостронций накапливается больше в
почвах с мощностью торфа менее 1 метра, то радиоцезий, наоборот, более 1 метра.
Установлено, что величина коэффициента перехода
в травостой низинного луга зависит от насыщенности почвенно-поглощающего
комплекса торфяно-болотных почв калием; изменения величины обменной
кислотности; содержанием органического вещества; степени ее окультуренности.
Выявлена тесная связь между коэффициентом
перехода 137Сs в травостой низинных лугов и следующими агрохимическими
показателями: содержанием подвижного калия (r=-0,79);степенью окультуренности
(r=-0.76);содержанием органического вещества (r=0,73);
Sr в травостой низинных лугов и следующими
агрохимическими показателями: содержанием подвижного калия (r=-0,77);степенью
окультуренности (r=-0,75);содержанием органического вещества (r=0,65);величина
обменной кислотности (r=0,73)
По результатам многолетних исследований
рассчитаны коэффициенты перехода радионуклидов в травяные корма из
торфяно-болотных почв в зависимости от содержания подвижного калия и величины
обменной кислотности pH, а также составлены уравнения линейной и множественной
регрессии, позволяющие рассчитывать коэффициенты перехода радионуклидов в
травостой по основным агрохимическим показателям этих луговых почв. Уравнения
регрессии представлены в таблице 2.4.
Таблица 2.4 - Уравнения регрессии для
определения величины Кп137Сs и 90Sr в травостои низинных лугов на
торфяно-болотных почвах
137Сs
|
90Sr
|
Кп137Сs=-0,39K2O+34,53
|
R2=0,62
|
Кп90Sr=0,069K2O+10,07
|
R2=0,59
|
Кп137Сs=-62,05Иок+56,11
|
R2=0,58
|
Кп90Sr=-10,43Иок+13,56
|
R2=0,56
|
Кп137Сs=6,61Орган.в-во-525,4
|
R2=0,53
|
Кп90Sr=0,97Орган.в-во-72,45
|
R2=0,42
|
Кп137Сs=124Т-100,04
|
R2=0,27
|
Кп90Sr=0,26Т-17,95
|
R2=0,49
|
Кп137Сs=-36,12рН+214,07
|
R2=0,26
|
Кп90Sr=0,0014Са-9,02
|
R2=0,36
|
Кп137Сs=-229,9-6,19рН-0,22К2О+3,5Орган.в-во
|
R2=0,64
|
Кп90Sr=-11,53-3,94рН-0,12К2О+0,56Орган.в-во
|
R2=0,52
|
2.2 Анализ результаты исследований
Минимальные величины коэффициентов перехода
137Сs (2,0-3,0) и 90Sr (6,0-10,0) в травостои низинных лугов наблюдаются при
достижении оптимальных значений агрохимических свойств почв (величина обменной
кислотности pH- 5,5-6,0; содержание подвижного калия- 1000-1200, подвижного
фосфора- 800-1000 мг/кг почвы) и высоком уровне почвенного плодородия
торфяно-болотных (Иок-0,9-1,0) за счет применения агрохимических и
агротехнических приемов их улучшения (контрмер).
Для прогноза содержания радионуклидов в
травостоях низинных лугов в отдаленный периодпосле аварии целесообразно
использовать коэффициенты перехода 137Сsи90Sr, установленные не только по
содержанию подвижного калия (137Сs) и величине обменной кислотности (Кп90Sr)
торфяно-болотных почв, но и величине комплексного агрохимического показателя -
индекса окультуренности почв, учитывающих несколько почвенных характеристик
одновременно.
Выводы
Авария на Чернобыльской АЭС повлекла за собой
масштабное загрязнение земель Республики Беларусь. Загрязнение территории
Беларуси с плотностью свыше 37 кБк/м2 цезием-137 составило 23% ее площади. В
настоящее время радиационная обстановка не намного улучшилась. Наблюдается
содержание радионуклидов в растительность за счёт их поступления и закрепления
из почвы. Учитывая медленную миграцию радионуклидов в почвах, нельзя твердо
говорить о чистом от радионуклидов урожае.
Т.к. радионуклиды цезий и стронций являются
природными заменителями калия и кальция, то установлена корреляционная связь
накопления137Сs и90Sr в растениях от емкости поглощения почв и содержания
обменного калия и кальция. Чем больше в почве присутствует обменного калия, тем
интенсивнее происходит закрепление цезия. Также установлено, что чем больше в
почве обменного кальция и чем меньше кислотность почвенного раствора, тем
меньше коэффициенты перехода стронция-90 в растения. С содержанием гумуса также
можно проследить связь: чем больше в почве содержится гумуса и следовательно
гуминовых кислот - тем быстрее происходит процесс связывания радионуклидов в
нерастворенные соединения
В целом также оказывает влияние и комплекс факторов,
включая различия в окультуренности почв, видовом составе трав, удобрениях и др.
При разных режимах увлажнения почв могут не изменяться коэффициенты накопления
радионуклидов растениями, но возрастает общий вынос радионуклидов за счет
увеличения биомассы растений.
Литература
1. Агеец
В.Ю. Система радиоэкологических контрмер в агросфереБеларуси. - Минск:
Республиканское научно-исследовательское унитарное предприятие «Институт
радиологии», 2001. 1. -250 с.
. Аненков
Б.Н. Основы сельскохозяйственной радиологии / Б.Н. Аненков, Е.В. Юдинцева. -
М.: Агропромиздат, 1991. - 270 с.
. Афанасик
Г.И. Влияние водного режима почвы на интенсивность поступления радионуклидов в
растительную продукцию // Мелиорация переувлажненных земель: Сб. науч.
работ.-1995.- Т.XLII . С. 29-44.
. Афанасiк
Г.I. Механiзм уплыву воднагарэжымуглебы на
iнтенсiўнасцьпаступленнярадыёнуклiдаў у раслiны // ВесцiАкадэмii аграрных
навукБеларусi. - 1995. - №4. С. 8-12.
. Афанасик
Г.И. Проблемы мелиорации и использования загрязненных радионуклидами почв /
Судас А.С., Алексеевский В.Е. // Основные положения концепции
сельскохозяйственного производства в зоне радиоактивного загрязнения выбросами
Чернобыльской АЭС: Материалы науч. конф. / Акад. с.-х. наук им. В.И. Ленина. -
Минск, 1990. С. 65-67.
. Беларусь
и Чернобыль: второе десятилетие: Сб. МЧС Беларуси / Под ред. И.А. Кеника. -
Барановичи, 1998. - 92 с
. Богдевич
И.М. Основы ведения сельского хозяйства / Агеец В.Ю, Фирсакова С.К. //
Экологические, медико-биологические и социально-экономические последствия
катастрофы на ЧАЭС в Беларуси /Под ред. Е.Ф. Конопли, И.В. Ролевича. - Минск,
1996. - С. 52-102.
. Богдевич
И.М. Рациональное использование загрязнённых радионуклидами почв Беларуси /
Шмигельская И.Д., Тарасюк С.В. // Природные ресурсы. - 1997. - №4. - С.15 - 28.
9. Bogdevich
I.M. Accumulation of radionuclides of cesium-137 and strontium-90 by farm crops
depending on soil properties / AgeyetsV.Yu., Shmigelskaya I.D. // Belarus-Japan
Symposium "Acute and Late Consequences of Nuclear Catastrophes:
Hiroshima-Nagasaki and Chernobyl",
10. 3-5
October, 1994. - Minsk, 1994 -С. 20.
. Бондарь
П.Ф., Дутов А.И. Параметры перехода радиоцезия в урожай овса на
произвесткованной почве в зависимости от применения минеральных удобрений и
химических мелиорантов // Проблемы сельскохозяйственной радиологии: Сб. науч.
тр. / Украинский науч.-исслед ин-т с.-х. радиологии; Под ред. Н.А. Лощилова. -
Киев, 1992. - Вып. 2. - С. 125-132.
. Дорожко
С.В. Защита населения и объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность/
Ролевич И.В., Пустовит В.Т.// В 3 ч.: пособие для студентов Вузов. Минск:
Дикта, 2010.- 291 с.
. Инструкция
определения дополнительной потребности материально-технических ресурсов для
сельского хозяйства в зоне радиоактивного загрязнения. - Минск, 1999. - 26 с.
. Круглов,
В.А. Защита населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях.
Радиационная безопасность / В.А. Круглов, С.П. Бабовоз, В.Н. Пилипчук и др. /
Под ред. В.А. Круглова. - Минск: Амалфея, 2003. - 368 с
. Лисовский
Л.А. Радиационная экология и радиационная безопасность / Лисовский Л. А.
Мозырь: МГПИ, РИФ «Белый ветер», 1997. 52 с.
. Люцко,
А.М. Чернобыль: шанс выжить / А.М. Люцко, И.В. Ролевич, В.И. Чернов.- Минск:
Полымя, 1996. -181 с
. Павлоцкая
Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах. - М.:
Атомиздат, 1974.- 215 с.
. Пироговская
Г.В. Медленнодействующие удобрения. - Минск: Белорус. научно-исслед. ин-т
почвоведения и агрохимии. -2000.- 287 с.
. Проблемы
радиологии загрязненных территорий / Юбилейный тематический сборник/ Цыбулько
Н.Н., Черныш А.Ф. // РНИУП «Институт радиологии». Минск, 2006. - Вып. 2. - С.
221-232.
. Путятин
Ю.В., Влияние различных видов известковых удобрений на переход радионуклидов в
растениеводческую продукцию /Клебанович Н.В. // Почва - удобрение - плодородие:
Материалы межд. науч.-произв. конф. /Белорус. науч.-исслед. ин-т почвоведения и
агрохимии. - Минск, 1999. - С. 200-202.
. Радиационная
безопасность:учебник / Г.А.Чернуха, Н.В. Лазаревич, Т.В.Лаломова. Горки: БГСХА,
2005. 100 с.
. Радиобиология:
Методические указания /Белорусская государственная сельскохозяйственная
академия; Сост. Н.В. Лазаревич. Горки, 2007. 20 с.
. Рерих
Л.А., Моисеев И.Т. Влияние основных агрометеорологических факторов на
поступление радиоцезия в растения // Агрохимия. - 1989. - №10. - С. 96-99.
. Ролевич
И.В., Пустовит В.Т. Дорожко С.В., Ролевич И.И. «Радиационная Безопасность.Курс
лекций» Минск «Дикта», 2010
. Руководство
по ведению агропромышленного производства в условиях радиоактивного загрязнения
земель Республики Беларусь на 1997-2000 гг. /Под ред. И.М. Богдевича. - Минск,
1997.- 76 с.
. Сельскохозяйственная
радиоэкология/Под ред. Алексахина Р.М. и Корнеева Н.А. - М.: Экология, 1992.
-400 с.
. Смеян
Н.И. Оценка плодородия почв Белоруссии. -Мн., 1989. -359с.
. Холин
Ю.В. Гумусовые кислоты как главные природные комплексообразующие вещества:
науч. Журнал «Наука и просвещение» 2001 №4 - 27 с
. Шмигельская
И.Д., Агеец В.Ю. Накопление радионуклидов растениями в зависимости от
направленности процессов почвообразования и степени гидроморфизма// Почвы, их
эволюция, охрана и повышение производительной способности в современных
социально-экономических условиях: Материалы I съезда Белорус.общества
почвоведов. / Акад. аграр. наук. Белорус. науч.-исслед. ин-т почво-ведения и
агрохимии. - Минск; Гомель, 1995. - С. 272.
. Экологические
аспекты применения удобрений продлённого срока действия с добавками
биологически активных веществ в Республике Беларусь / И.М. Богдевич, Г.В.
Пироговская, И.А. Богомаз, Г.В. Наумова // Коллоидная химия в решении проблем
окружающей среды: Тез.докл. международ. конф. Санкт - Петербург, 1994- С. 127.