Накопление 137Сs и 90Sr в травостое пойменных лугов в зависимости от агрохимических свойств и степени окультуренности аллювиально-дерновых почв

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины

НАКОПЛЕНИЕ ¹³⁷Cs И ⁹⁰Sr В ТРАВОСТОЕ ПОЙМЕННЫХ ЛУГОВ

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СТЕПЕНИ ОКУЛЬТУРЕННОСТИ АЛЛЮВИАЛЬНО-ДЕРНОВЫХ ПОЧВ

Выполнил:

А.Г. ПОДОЛЯК

Гомель 2003 г.

Оглавление

Введение

Методика исследований

Результаты и их обсуждение

Заключение

Литература

Введение

Центральную часть территории Полесья занимает долина р. Припяти. Преобладающими почвами здесь являются разновидности аллювиальных (пойменных) дерновых заболоченных и аллювиальных (пойменных) торфяно-болотных типов: аллювиальные дерново-глеевые, аллювиальные дерново-глееватые, дерново-болотные, аллювиальные торфяно-болотные низинные. На этих почвах формируются пойменные луга, которые в регионе занимают 11,5% сельскохозяйственных угодий и используется в основном под естественные и улучшенные сенокосы и пастбища [1-3].

Главный недостаток этих лугов - их краткосрочное весеннее затопление, которое способствует увеличению в структуре травостоя малоценных в кормовом отношении видов трав, отличающихся высокими переходами радионуклидов. С другой стороны, почвы пойменных лугов характеризуются оптимальными агрохимическими показателями: содержанием гумуса 3-5% (гуматный тип гумуса преобладает над фульватным); обменная кислотность рН_(KCL) - 5,5-6,5; емкость поглощения - 18,3-20,5 мг-экв на 100г почвы; содержание подвижного К₂0 и Р₂О₅ - 100-180 мг/кг почвы; степень насыщенности основаниями - 90-95% [4, 5].

Приведенные данные свидетельствуют о высоком потенциальном плодородии почв этого типа, что свидетельствует о возможности и необходимости разработки комплекса защитных мероприятий, обеспечивающих увеличение, как продуктивности, так и снижения поступления радионуклидов в травостой пойменных лугов.

Для рационального использования таких кормовых угодий в условиях радиоактивного загрязнения необходимо:

· проводить прогноз содержания ¹³⁷Сs и ⁹⁰Sr в кормах (зеленая масса, сено) с учетом плотности загрязнения и основных агрохимических свойств почв;

· увеличить их продуктивность;

· обеспечить получение дешёвых кормов отвечающих требования РДУ-99 по содержанию радионуклидов за счёт применения различных агротехнических и агрохимических мероприятий (контрмер).

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) [4-8].

В работах ряда отечественных и зарубежных учёных приводятся данные, свидетельствующие о наличии более тесной корреляционной зависимости между коэффициентами перехода ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr и другими агрохимическими показателями луговых почв (гидролитической кислотностью, содержанием обменного Са и Mg, содержанием гумуса, степенью насыщенности основаниями и др.) [9-12].

Одна из задач настоящей работы - на основе массива данных, полученных в стационарном многолетнем опыте, установить корреляционные зависимости между величиной коэффициентов перехода ¹³⁷Сs и ⁹⁰Sr в травостои пойменных лугов и основными агрохимическими свойствами аллювиальных дерновых почв, изменяющимися в зависимости от различных способов их улучшения и составить уравнения линейной и множественной регрессии, позволяющие прогнозировать величину коэффициентов перехода радионуклидов и степень загрязнения травостоя в отдаленный период после аварии на ЧАЭС.

Методика исследований

Результаты исследований получены при выполнении Государственной программы Республики Беларусь по минимизации и преодолению последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС по теме: «Разработать и оптимизировать комплекса мер по эффективному землепользованию и снижению радиоактивного загрязнения сельскохозяйственной продукции, направленных на уменьшение доз облучения населения».

В период с 1997 по 2001 год в условиях стационарного полевого эксперимента (д. Тульговичи Хойникского района Гомельской области) изучали влияние различных агротехнических и агрохимических способов улучшения пойменного луга на изменение коэффициентов перехода ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в естественный и культурный травостои.

Почва опытного участка аллювиальная дерново-глеевая песчаная, развивающаяся на связно-песчаном аллювии, сменяемом рыхлыми песками с глубины 0,5 м со следующими агрохимическими показателями: рН_(KCl) - 5,0-5,5, H_Г- 2,0-2,2 смоль/кг, подвижный K₂O - 77-105 мг/кг, подвижный P₂O₅ -96-150 мг/кг, обменный Ca -515-675 мг/кг, обменный Mg - 170-210 мг/кг, содержание гумуса 3,4-4,2 %, индекс агрохимической окультуренности (Иок) - 0,60-0,75 [5].

Дозы минеральных удобрений в эксперименте рассчитывали при помощи балансового метода, основанного на знании выноса питательных веществ урожаем, обеспеченности почвы питательными элементами, коэффициентов использования питательных веществ из почвы и удобрений. Нормы известковых удобрений рассчитывали с учетом гидролитической кислотности почв и величины pH_(KCl) из расчёта доведения реакции почвенной среды до оптимальных значений. Также проводилась корректировка доз минеральных и известковых удобрений с учётом плотности загрязнения почв радионуклидами (¹³⁷Cs - 864 кБк/м²; ⁹⁰Sr - 71,5 кБк/м²). Схема опыта с удобрениями приведена в таблице. 1.

Таблица 1. Схема опыта и распределение удобрений при улучшении

и эксплуатации пойменного луга (1997-2001 гг.)

Основные агрохимические показатели почвы определяли по общепринятым методикам: гумус - по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91); рН (КСl) - потенциометрическим методом (ГОСТ-26483-85); гидролитическую кислотность - по Каппену (ГОСТ 26212-84); сумму поглощенных оснований - по Каппену-Гильковицу (ГОСТ 27821-88); по-движные формы фосфора и калия - по Кирсанову (ГОСТ 26207-91); обменный кальций и магний - на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS-30 (ГОСТ 26487-85); степень насыщенности почв основаниями и индекс агрохимической окультуренности почв - расчетным методом.

Содержание ¹³⁷Cs в исследуемых образцах (почва, растения) определяли на г-спектрометрических комплексах фирм «Canberra» и «Tennelec». Радиохимическое выделение ⁹⁰Sr проводили по стандартной методике ЦИНАО с радиометрическим окончанием на аттестованном б-в-счетчике «Canberra-2400». Аппаратурная ошибка измерений не превышала 15-20 %.

Для количественной оценки поступления радионуклидов из почвы в растения рассчитывали коэффициенты пропорциональности по следующей формуле:

К_П = (Бк/кг) : (кБк/м²) (1)

Все полученные данные подвергали статистической обработке методом дисперсионного и регрессионного анализов c использованием стандартного компьютерного программного обеспечения (Excel 7.0, Statistic 7.0).

Результаты и их обсуждение

Результаты исследований показали, что самый эффективный способ улучшения пойменного луга - внесение 3 т/га доломитовой муки и минеральных удобрений в дозе N₉₀P₆₀K₁₈₀ в два приёма, за счёт которого удалось добиться самого наибольшего снижения величины перехода радионуклидов (в 4,7 раза ¹³⁷Cs и в 2,6 раза ⁹⁰Sr) в естественный травостой и дополнительно снизить в 1,7 раза величину перехода ¹³⁷Cs и в 1,8 раза ⁹⁰Sr по сравнению с базовым вариантом (табл. 2). Содержание радионуклидов в сене изменялось в следующих пределах: ¹³⁷Cs - 184-1298 Бк/кг (Кп - 0,21-1,50), ⁹⁰Sr - 297-534 Бк/кг (Кп - 4,15-7,47), и могло быть использовано для получения молока с обязательной дальнейшей переработкой [5-8].

Перезалужение пойменного луга с использованием только обработки почвы (дискование и вспашка без внесения доломитовой муки и минеральных удобрений) и создание нового культурного травостоя из многолетних злаковых трав позволило снизить содержание только ¹³⁷Cs (в среднем в 1,4-2,8 раза) до 1559-3091 Бк/кг (Кп - 1,81-3,58) - на дисковании и 535-1714 Бк/кг (Кп -0,62-2,0) на вспашке, и увеличить поступление ⁹⁰Sr (в среднем в 1,1-1,4 раза) до 851-2056 Бк/кг (Кп -11,91-28,76) - на дисковании и до 528-2241 Бк/кг (Кп - 7,38-31,35) на вспашке по сравнению с величиной перехода радионуклидов в естественный травостой в контроле.

Улучшение условий питания многолетних злаковых трав за счёт ежегодного внесения полного минерального удобрения в дозе N₉₀P₆₀K₁₂₀ в два приёма после дискования и вспашки (табл. 2) обеспечило дальнейший рост их урожайности и дальнейшее снижение перехода радионуклидов (в 2,8-4,8 раза ¹³⁷Cs и в 1,7-2,6 раза ⁹⁰Sr) по сравнению с контрольным вариантом. В полученном сене содержалось в среднем: в варианте 8 - 731-1314 Бк/кг ¹³⁷Cs (Кп - 7,1-9,9) и 303-555 Бк/кг⁹⁰Sr (Кп - 6,58-12,05), в варианте 13 - 259-849 Бк/кг ¹³⁷Cs (Кп - 0,30-0,98) и 360-392 Бк/кг ⁹⁰Sr (Кп - 5,03-5,49), что могло быть использовано только для производства молока с обязательной переработкой в другие молочные продукты.

Внесение 3 т/га доломитовой муки и полного минерального удобрения N₉₀P₆₀K₁₂₀ в два приёма под дискование и вспашку обеспечило дальнейшее снижение размеров перехода радионуклидов (в 4,6-7,7 раза ¹³⁷Cs и в 2,2-2,7 раза ⁹⁰Sr) по сравнению с контролем и в 1,6-1,7 - раза ¹³⁷Cs и в 1,1-1,3 раза ⁹⁰Sr - по сравнению с вариантами без доломитовой муки. В сене, полученном в этих вариантах, в среднем содержалось: 138-818 Бк/га ¹³⁷Cs (Кп - 0,16-0,95) и 320-497 Бк/кг⁹⁰Sr (Кп - 4,48-6,95) т.е. превышало установленный норматив 260 Бк/кг для ⁹⁰Sr и могло быть использовано только для получения молока на переработку.

Применение повышенных доз калия в составе полного минерального удобрения (N₉₀P₆₀K₂₇₀) при улучшении пойменного луга под вспашку и дискование с ежегодным внесением минеральных удобрений в дозе N₉₀P₆₀K₁₂₀ в два приёма обеспечило еще большее снижение перехода радионуклидов в злаковые травы (до 8,3-10,6 раза ¹³⁷Cs и до 2,8-3,4 раза ⁹⁰Sr) по сравнению с контролем и в 1,8-3,0 раза ¹³⁷Cs и в 1,2-1,8 раза ⁹⁰Sr - по сравнению с базовыми вариантами. В сене в среднем содержалось: 93-705 Бк/кг (Кп - 0,11-0,82) ¹³⁷Cs и 256-403 Бк/кг⁹⁰Sr (Кп - 3,58-5,64) (табл. 2).

Совместное внесение доломитовой муки и повышенных доз калия в составе полного минерального удобрения (N₉₀P₆₀K₂₇₀) под вспашку и дискование с ежегодным внесением минеральных удобрений в дозе N₉₀P₆₀K₁₃₀ в два приема обеспечило наибольшее снижения поступления радионуклидов в многолетние злаковые травы (до 18 раз ¹³⁷Cs и до 5 раз ⁹⁰Sr) по сравнению с естественным контролем и в 4,0 раза ¹³⁷Cs и в 2,0 раза ⁹⁰Sr - по сравнению с базовыми вариантами. Сено, полученное в этом варианте, полностью отвечало всем требованиям по содержанию радионуклидов: 85-232 Бк/кг (Кп - 0,10-0,27) ¹³⁷Cs и 166-233 Бк/кг⁹⁰Sr (Кп - 2,32-3,26) и могло быть использовано для получения молока цельного в течение всех лет исследований.

Результаты исследований показали, что эффективность применяемых защитных мероприятий по снижению перехода ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в травостой пойменного луга связана с оптимизацией основных агрохимических показателей аллювиальной дерново-глееватой почвы.

За счёт известкования по величине гидролитической кислотности (3 т/га доломитовой муки) при улучшении удалось довести уровень рН _(КСl) до оптимальных значений 5,5-6,2 увеличить содержание обменного Са и Mg соответственно до 1030-1220 и 290-330 мг/кг, снизить гидролитическую кислотность с 1,3-1,5 до 1,0-1,2 смоль/кг, увеличить сумму обменных оснований до 8,5-9,3 смоль/кг почвы и степень насыщенности основаниями до 88-90%.

Применение повышенных доз калийных удобрений (до 250 кг.д.в.) при перезалужении и их ежегодное внесении в составе полного минерального удобрения (N₉₀P₆₀K₁₂₀) позволило довести содержание обменного К₂0 до 22-30 мг/100 г почвы, что составило 7,0-8,5% от суммы поглощённых оснований, улучшить степень окультуренности почвы (И ок = 0,9-1,0), что и обеспечило снижение размеров перехода ¹³⁷Cs в 8-20 раз и ⁹⁰Sr в 2,2-4,8 раза.

С целью выявить степень влияния отдельных агрохимических свойств аллювиальной дерново-глееватой песчаной почвы на величину коэффициентов перехода радионуклидов в урожай многолетних злаковых трав, произведён корреляционный анализ массива данных за 1998-2000 гг. (табл.3).

Таблица 3. Коэффициенты корреляции (r) между Кп, радионуклидов в травостои и агрохимическими показателями аллювиально-дерновой почвы пойменного луга

Результаты анализа показали, что величина коэффициентов перехода ¹³⁷Cs в урожай многолетних злаковых трав пойменного луга зависит от таких агрохимических свойств аллювиальной дерново-глееватой почвы, как: степень насыщенности основаниями, V (r = - 0,67), величина гидролитической кислотности, Нг (r = 0,66), содержание обменного Са (r = - 0,65), величина обменной кислотности рН _(KCl), величина индекса окультуренности почвы (r = - 0,62) и содержание обменного К₂О (r = - 0,61),

Величина коэффициентов перехода ⁹⁰Sr в урожай многолетних злаковых трав определяется теми же свойствами, что и величина перехода ¹³⁷Cs: степенью насыщенности основаниям, V (r = - 0,72), содержанием обменного Са (r = - 0,70), содержанием обменного К₂О (r = - 0,69), индексом агрохимической окультуренности почвы (r = - 0,68), величиной гидролитической Нг (r = 0,64), и обменной кислотности рН _(KCl (r = - 0,63).

На основе результатов исследований установлены оптимальные параметры агрохимических свойств аллювиально-дерновых глеевых почв, при достижении которых наблюдаются минимальные величины коэффициентов перехода ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в травостои низинных лугов, загрязнённых радионуклидами (табл. 4) (рис.1 и 2) и составлены уравнения линейной и множественной регрессий, позволяющие рассчитывать величину коэффициентов перехода радионуклидов в травостой по основным агрохимическим показателям луговых почв (табл. 5).

Таблица 4. Оптимальные параметры агрохимических свойств и показателей почвенного плодородия пойменных лугов на аллювиально-дерновых почвах

Таблица 5. Уравнения регрессии для определения величины Кп¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в травостои низинных лугов на торфяно-болотных почвах

Таким образом, анализ результатов исследований показал, что получение кормов, отвечающих существующим нормативам по содержанию радионуклидов, на пойменных лугах зависит, прежде всего, от условий питания луговых растений и степени окультуренности аллювиально-дерновых почв.

Внесение научно обоснованных доз известковых удобрений, повышенных доз калия в сочетании с азотными, фосфорными удобрениями позволяет получать корма соответствующих как зоотехническим, так и радиологическим требованиям.

Заключение

1. Минимальные величины коэффициентов перехода ¹³⁷Cs (0,3-0,7) и ⁹⁰Sr (2,8-5,0) в травостои пойменных лугов наблюдаются при достижении оптимальных значений агрохимических свойств почв и высокого уровня почвенного плодородия (Иок-0,9-1,0) за счёт применения агрохимических и агротехнических приёмов их улучшения (контрмер).

2. Для прогноза содержания радионуклидов в травостоях пойменных лугов в отдалённый период после аварии целесообразно использовать коэффициенты перехода ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr, установленные не только по содержанию подвижного калия и величине обменной кислотности аллювиально-дерновых почв, а и по комплексным агрохимическим показателям - индексу агрохимической окультуренности почв (И_ок) и степени насыщенности основаниями (V,%).

3. На пойменных лугах, представленных аллювиальными дерново-глееватыми песчаными почвами с низкой плотность радиоактивного загрязнения (до 555 кБк/м^{2 137}Cs и до 18,5 кБк/м^{2 90}Sr) и высокой долей в структуре травостоя злаковых трав эффективно поверхностное внесение 3 т/га доломитовой муки с ежегодным поверхностным внесением минеральных удобрений в дозе N₉₀P₆₀K₁₈₀ в два приёма (N₄₅P₆₀K₉₀ под I укос и N₄₅K₉₀ под II укос)_.

Рис. 1. Влияние основных агрохимических свойств аллювиально-дерновой почвы на величину коэффициентов перехода¹³⁷Cs в травостой пойменного луга

Рис. 2. Влияние основных агрохимических свойств аллювиально-дерновой почвы на величину коэффициентов перехода ⁹⁰Sr в травостой пойменного луга

Литература