Агроэкологическое обоснование применения органических удобрений на радиоактивно загрязненных деревно-подзолистых песчаных почвах юго-запада России

Возрастающие дозы навоза в меньшей степени подкисляли почвенный раствор по сравнению с контролем, фонами удобрения. После восьми лет исследований почва из нейтральной (рН 5,83-6,70) стала слабокислой (рис. 6,7).

При более кислой реакции почвенного раствора, в пределах 4,96-6,02 и гидролитической кислотности 1,17-3,01 мг-экв/100г, почва подкислилась незначительно на естественном фоне (7%), минеральном (5%), солома + сидерат (11%); сильнее от применения соломы (18%), сидерата (23%), сочетания NPK+ солома (20%), NPK + сидерат (27%) и NPK + солома + сидерат (23%).

Внесение навоза максимально подкисляло почву на сидеральном фоне, на фоне минеральных туков в сочетании с сидератом, соломой, соломой + сидерат. В подпахотном горизонте навоз в меньшей степени влияли на подкисление почвенного раствора, а в слое 40-60 см его действие не проявлялось.

Следовательно, чем кислее почва перед закладкой опыта, тем сильнее она нуждается в известковании, так как внесение навоза не обеспечивает снижения процесса подкисления. Гуминовые кислоты дерново - подзолистых почв в основном представлены бурыми гуминовыми, которые обладают слабой способностью удерживать кальций от вымывания, поэтому после внесения навоза, известкования возвращаются к кислому исходному состоянию. По степени влияния на улучшения химических свойств виды навоза можно расположить в порядке возрастания: бесподстилочный КРС, свиной и подстилочный, торфонавозный компост.

Сравнительная эффективность органических удобрений по урожайности и продуктивности культур севооборота

Основным условием эффективного применения систем удобрения в севообороте является фактическое содержание элементов питания в почве, вынос их с урожаем культур и экономически обоснованный уровень возмещения азота, фосфора и калия.

При использовании торфонавозного компоста выявлено преимущество его совместного применения с рекомендованной дозой минеральных удобрений под культуры зернопропашного севооборота: люпин з/масса - P₄₅K₉₀Mg₃₀; озимую рожь - N₉₀P₆₀K₁₂₀Mg₂₀, картофель - ТНК 80 т/га + N₉₀P₆₀K₁₅₀Mg₅₀, ячмень и овес - N₉₀P₆₀K₉₀Mg₃₀, где продуктивность севооборота составила 51,2 ц/га, что превышало один ТНК на 47%, с окупаемостью 1 кг NPK прибавкой 1,5 кг з. ед. (табл. 5).

Продуктивность от комплекса торфонавозного компоста с повышенной дозой минеральных удобрений составила 53,4 ц/га, что выше ТНК (34,8 ц/га) на 53% при оплате 1 кг NPK прибавкой 1,1 кг з.ед.

5. Урожайность культур и продуктивность севооборота в зависимости от систем удобрения, ц/га

Установлено, что в зависимости от уровня плодородия почвы, продуктивность зернопропашного севооборота на контроле составляла 19,0-31,0 ц/га зерновых единиц при среднемноголетнем значении 25 ц/га (рис. 8).

Использование соломы озимой ржи (4,1 т/га) превышало вариант без удобрений на 30% с окупаемостью 1 т 1,7 ц з.ед., от сидерата она выросла на 35% при оплате 1 т зеленой массы 0,36 ц з.ед., а от сочетания соломы с сидератом - на 32% и окупаемостью 0, 28 ц з.ед.

Минеральные удобрения (экв. 40 т/га подстилочного навоза) увеличивали продуктивность на 11,2 ц/га, а оплата 1 кг NPK составила 3,6 кг з.ед. Комплексное использование минеральных удобрений с соломой обеспечило дальнейший ее рост на 56%, с сидератом - на 60% и соломой + сидерат - на 62% относительно абсолютного контроля. Однако окупаемость 1 кг NPK уменьшалась и составляла 2,5 кг, 2,0 кг и 1,6 кг зерновых единиц (при переводе в NPK все виды удобрения).

Влияние вида навоза на продуктивность оказалось практически равнозначным, которая увеличивалась от одинарной до тройной по подстилочному на 33-56%, бесподстилочному 30-50% и свиному на 33-49%, в тоже время окупаемость 1 т прибавкой зерновых единиц снижалась с 0,21-0,23 до 0,14-0,16 ц/га.

При использовании соломы, NPK + солома выход зерновых единиц выше от бесподстилочного навоза: продуктивность в сравнении с вариантом без удобрений увеличилась на 53-81% и 67-83%, на 17-39% и 7-17% относительно соломы.

На фоне сидерата, солома + сидерат наиболее продуктивными были соломистые виды навоза, увеличивая ее на 50-70% и 60-80% к контролю, на 11-26% и 5-12% к фону.

На фоне минеральных удобрений подстилочный и бесподстилочный навоз увеличивали сбор зерновых единиц на 59-75% к контролю и на 10-21% к фону NPK, что выше, чем по свиному - 53-64% и 6-13%.

Максимально насыщенный удобрениями фон: NPK + солома + сидерат с навозом, по выходу зерновых единиц превышал контроль на одинаковую величину 72-86%, 68-84%, 70-81%, фон на 6-15%, 4-14% и 5-12%, соответственно подстилочный, бесподстилочный КРС, свиной.

Тем не менее, существенного роста продуктивности севооборота по мере увеличения удобренности почвы не отмечено. По-видимому это связано с неблагоприятными водно-физическими и химическими свойствами дерново-подзолистых песчаных почв, несбалансированностью элементов питания; заменой позднеспелого сорта картофеля на среднеспелый, отсюда насыщенность удобрениями приводит к снижению окупаемости зерновыми.

Установлено, что двойные дозы навоза отдельно, в сочетаниях с соломой, сидератом, соломой + сидерат по продуктивности и окупаемости превосходят тройные. На фоне с минеральными удобрениями выявлено преимущество по окупаемости затрат одинарной дозы над двойной и тройной. Однако следует отметить, что только от максимальной дозы навоза отмечена положительная тенденция к росту уровня плодородия почвы по основным агрохимическим показателям.

Влияние органических удобрений на качество культур севооборота

Показатели качества культур севооборота зависят от условий выращивания растений, так как в процессе роста и развития они предъявляют определенные требования, связанные с характером, интенсивностью физиолого-биохимических преобразований, протекающих в них. Качество продукции определяется накоплением белков, жиров, крахмала, сухого вещества, витаминов и других веществ, которые могут меняться в широких пределах.

Многие исследователи считают, что получить продукцию с высокими показателями качества возможно только на почвах, обладающих высоким уровнем плодородия (Крищенко, 1976; Авдонин, 1978; Толстоусов, 1987; Карманов, Кирюхин, Коршунов, 1088; Минеев, 1990).

Картофель. Исследованиями установлено, что по торфонавозному компосту содержание крахмала у среднераннего сорта «Невский» (15,3-15,5%) ниже на 1,0-1,3% чем у среднеспелого «Полесский розовый» (16,2-16,8%) и на 3,3-3,5%, чем у позднего «Темп» (18,6-19,4%). По органо-минеральным системам удобрения между ранним и средним сортами разницы по накоплению крахмала не наблюдалось, у позднего она выросла от оптимальной дозы до 3,9-4,1%, повышенной до 3,1-3,6%. В пределах каждого сорта сочетание торфонавозного компоста с минеральными туками снижало содержание сухого вещества и крахмала, чем выше доза NPK, тем этот процесс ощутимее.

Выявлено, что накопление крахмала не изменялось от фона удобрения у позднего сорта «Темп» (18,3%), отмечена тенденция к его росту на 0,5-1,1% у среднеспелого «Резерв» (13,0%).

Дозы навоза, от одной до трех, снижали содержание крахмала по обоим сортам, максимально это наблюдалось у позднего сорта от сочетания трех доз органики с минеральными удобрениями (17,7%) на 1,9%, 1,6% и 0,9%; с соломой (18,8%) на 1,5%, 1,1% и 0,8%; с NPK + сидерат (18,4%) на 1,7%, 1,7 и 1,2% соответственно подстилочный, бесподстилочный КРС и свиной; у среднеспелого - от трех доз подстилочного навоза на фоне соломы (14,1%) на 1,4%, сидерат (13,8%), соломы + сидерат (13,9%) - на 1,0%; бесподстилочного и свиного - на минеральном фоне (13,6%) на 1,5 и 1,2%, по сидерату (13,8%) на 1,2 и 1,3%, минеральный + сидерат (13,8%) на 1,3%, а также бесподстилочного на фоне минеральный + солома (13,5%) на 1,8% и свиного по соломе + сидерат (13,9%) на 1,4% (рис. 9). Несмотря на снижение содержания крахмала, сбор его с гектара на 20-25% выше, чем на контроле и фоне удобрений без навоза.

На содержание крахмала влияли отрицательно: несбалансированность элементов питания (особенно избыток азота); использование хлорсодержащих калийных удобрений; засуха в период цветения, клубнеобразования и последующее избыточное увлажнение.

Клубни картофеля содержат ряд нежелательных соединений техногенного происхождения: нитраты, нитриты, радионуклиды и т.д.

Накопление нитратного азота в картофеле по органической системе удобрения (ТНК 80 т/га) оказалось меньшим у раннего сорта (55-83 мг/кг), чем у среднеспелого (95-110 мг/кг) и позднего (92-120 мг/кг).

По органо-минеральной системе удобрения, с оптимальной дозой NPK, накопление нитратов у раннего сорта выросло в 1,6 раза, тогда как у среднего и позднего в 1,2-1,3 раза, а с повышенной - в 1,9-2,1 раза у обоих сортов.

Как выяснилось среднеспелый сорт картофеля по содержанию нитратов превысил поздний в 2,3-2,8 раза на естественном фоне (52 мг/кг), минеральном (99 мг/кг), сидеральном (42 мг/кг), минеральном + солома (92 мг/кг), минеральном + солома + сидерат (78 мг/кг); в 3,2 раза по NPK + сидерат (74 мг/кг); в 4 раза по соломе (29 мг/кг) и в 5,3 раза по соломе + сидерат (28 мг/кг).

От возрастающих доз навоза у обоих сортов наблюдался рост содержания нитратов (рис. 10), а максимальное повышение у позднего сорта зафиксировано от тройной на всех фонах удобрения. Однако ни на одном варианте клубни не содержали нитратов выше ПДК (240 мг/кг).

Накопление нитратов у среднеспелого сорта отличалось большей интенсивностью: с подстилочным навозом 9% проб картофеля превышали ПДК, с бесподстилочным и свиным - по 19%. Следовательно, под среднеспелый сорт не рекомендуется вносить повышенные дозы навоза в комплексе с минеральными удобрениями, NPK + солома, NPK+ сидерат и NPK + солома + сидерат.

Исследования по содержанию аскорбиновой кислоты в клубнях картофеля свидетельствуют о том, что ни одна система удобрения не повышала его синтез как в раннем сорте, так и позднеспелом.

Ранний сорт снижал витамин С от применения торфонавозного компоста с оптимальной и повышенной дозой NРК на 1,1 и 1,2 мг/%, тогда как поздний уменьшал существеннее на 1,8 -2,3 мг % соответственно при 17,2 мг % и 18,3 мг % на контроле.

По степени влияния максимальных доз навоза на синтез витамина С они располагаются по убывающей: свиной, подстилочный, бесподстилочный. Применение соломы, сидерата и их сочетание незначительно уменьшало накопление витамина С, а в комплексе с навозом эта разница увеличивалась.

Влияние минеральных удобрений совместно с альтернативными источниками органического вещества, а также с тройной дозой подстилочного и бесподстилочного навоза на синтез витамина С было отрицательным, в тоже время по свиному такого снижения не получено. По-видимому это связано с соотношением элементов питания (N: Р: К) в свином навозе, которое состовляло 1:1,06: 0,39, тогда как в подстилочном - 1:0,69:1,16, бесподстилочном - 1:0, 51:1,05, то есть наблюдалось явное превышение внесения фосфора со свиным навозом, что способствовало лучшему синтезу аскорбиновой кислоты.

Кулинарные качества клубней картофеля определяли органолептически по 5-и балльной системе, включая следующие показатели: развариваемость, мучнистость, запах, консистенция и цвет мякоти, устойчивость к потемнению.

Данные опытов выявили тенденцию ухудшения кулинарных качеств картофеля от двух доз подстилочного навоза на 0,2, бесподстилочного - 0,5, тогда как по свиному этого не отмечено. Установлен максимальный балл снижения (с 15,2 до 14,4) от тройной дозы бесподстилочного, меньший от подстилочного (с 15,4 до 14,9), неизменный по свиному (15,1-15,3). Лучшие кулинарные качества клубней картофеля по свиному навозу следует отнести на счет стабильного (по сравнению с контролем) содержания крахмала и аскорбиновой кислоты.

В детоксикации тяжелых металлов важная роль принадлежит органическим удобрениям, которые образуют с ними органо-минеральные соединения низкой растворимости. Двойная доза подстилочного навоза в 2,4 раза снизила содержание меди, в 4,6 раза цинка и 3,0 раза свинца, а от трех доз эффект снижения возрос: меди уменьшилось в 7,0 раз, а цинка и свинца не обнаружено. Бесподстилочный и свиной навоз лишь в тройной дозе проявили эффект действия на понижение меди в 1,8 раза, цинка - в 3,9 и 3,2 раза, а наличие свинца не обнаружено. т.е. за счет высоких доз навоза значительно, в 2,4-7,0 раза, уменьшилось поступление тяжелых металлов в клубни картофеля.

Виды навоза по совокупности показателей качества клубней картофеля в строну ухудшения можно расположить: подстилочный, свиной, бесподстилочный КРС.

Следует считать экономически выгодной, экологически безопасной двойную дозу изучаемого вида навоза (80, 70 и 70 т/га), за ротацию 4-х польного зернопропашного севооборота, которая обеспечивает оптимальные параметры по показателям качества картофеля.

Озимая рожь. Исследованиями установлено, что рекомендованная и повышенная дозы минеральных удобрений способствовали одинаковому росту содержания белка в зерне озимой ржи на 0,61-0,64% относительно контроля без удобрений (9,82%). Химические средства защиты растений озимой ржи при внесении рекомендованной дозы NРК вели к снижению содержания белка на 0,21%, от повышенной - к увеличению на 0,39% относительно одних удобрений (10,43 и 10,46%). Сбор белка на контроле составил 23,9 ц/га с ростом его на 17,6 ц/га по рекомендованной дозе минеральных удобрений, на 19,1 ц/га по повышенной.

Достоверное увеличение белка в зерне озимой ржи получено на сидеральном фоне (0,38%), минеральном + сидерат (0,22%) и минеральном + солома + сидерат (0,23%) относительно контроля (13,11%). Принцип влияния вида навоза на накопление белка в зерне озимой ржи не имеет установленный, определенный характер.

Содержание нитратов в зерне озимой ржи в пределах нормы (26 мг/кг), а примечание рекомендованной и повышенной дозы минеральных удобрений способствовало их росту на 15 и 23 %.

Величина накопления тяжелых металлов ниже ПДК (Рb -6 мг/кг и кадмий -0,6 мг/кг), однако, от применения минеральных туков снижалось содержание свинца на 14-18 %, увеличивалось кадмия на 76 % от повышенной дозы NРК.

Качество зерна озимой ржи характеризуется комплексом признаков, отражающих физические, химические и технологические свойства зерна. Озимая рожь в силу своих биологических особенностей имеет специфические свойства белковопротеазного и углеводно-амилазного комплексов. Для нее характерно более низкое содержание клейковины, чем у пшеницы, недостаточная вязкость белков, наличие амилазы, специфическое строение и свойства крахмала (Любарская, 1956; Гоменков, 1965). Хлебопекарные качества муки зависят в основном от состояния углеводно-амилазного комплекса, в частности от активности фермента альфа-амилазы. Во время выпечки хлеба из ржаной муки происходит избыточный гидролиз крахмала в результате высокой активности б - амилазы, что приводит к резкому ухудшению качества хлеба (Кретович, 1958).

Активность фермента резко возрастает в проросшем зерне, отсюда полегание посевов озимой ржи и прорастание зерна на корню резко снижает качество будущей муки. Т.И. Иванова, А.В. Бабанина (1977) установили, что повышение белка способствует усилению активности б - амилазы, что в свою очередь снижает высоту амилогралимы и число падения, а в конечном итоге ухудшается качество ржаной муки.

Относительно контроля, внесение рекомендуемых и повышенных доз снижает высоту амилограммы и число падения (с), при средней оценке амилолитической активности зерна. Колебания по объему хлеба от доз удобрений минимальны, а качество хлеба по состоянию мякиша хорошее, за исключением варианта с вторичной подкормкой азотом. На все перечисленные выше показатели хлебопекарных качеств ржаной муки химические средства защиты растений не оказывали негативного воздействия. По результатам исследований состояние углеводно-амилолитического комплекса, хлебопекарная оценка ржаной муки, состояние мякиша в среднем характеризует зерно со всех вариантов опыта как пригодное для выпечки хлеба.

Яровой ячмень. Данные опыта свидетельствуют, что применение рекомендованной дозы минеральных удобрений N₉₀P₆₀K₉₀ повышает содержание белка в зерне ячменя на 0,22%, а повышенной - на 0,82% при 13,65% на контроле.

Снижение содержания белка в зерне ячменя происходило на минеральном фоне (0,25%), минеральном + сидерат (0,17%) тогда как сидеральный фон способствовал росту белка на 0,35% при 9,04% на естественном.

В последействии от максимальной дозы подстилочного навоза получено повышение белка на фоне естественном на 0,18%, минеральном на 0,20%, соломы на 1,06%, минеральном + солома на 0,21%, тогда как на минеральном + сидерат его уменьшилось на 0,26%, минеральном + солома + сидерат на 0,40%.

Три дозы бесподстилочного навоза повышали содержание белка на минеральном на 0,28%, по соломе на 0,6%. Система сидерат + навоз отрицательно влияла на его синтез; по сидерату, соломе + сидерат он снизился на 0,36%, минеральном + сидерат на 0,19% и минеральном + солома + сидерат на 0,52%.

Подобная тенденция отмечена от трех доз свиного навоза, т.е. от использования сидерата в комплексе с соломой, минеральными удобрениями произошло падение содержания белка в зерне ячменя соответственно на 0,23%, 0,33%, 0,22% и 0,62%.

Сидерат положительно повлиял на содержание белка, увеличив его на 0,35% (естественный фон 9,04%), а от сочетания с минеральными туками, максимальной дозой навоза произошло его снижение.

Содержание нитратного азота в зерне ячменя на абсолютном контроле 16,4 мг/кг. Отмечено положительное влияние максимальной дозы навоза на снижение нитратов в зерне ячменя на фоне удобрений: существенно - на естественном, минеральном, по соломе, сидерату, соломе + сидерат, минеральном + солома, менее значимо - на минеральном + сидерат, минеральном + солома + сидерат.

Овес. Содержание белка в зерне овса тесно привязано к метеорологическим условиям и колебалось от 6,5% до 14,2%. Как понижение температуры воздуха при избыточном увлажнении (1990 г.), так и недостаток влаги на фоне повышенных температур (1995-1996 гг.) резко снижают накопление белка. При содержании белка в зерне овса на контроле 11,4%, оптимальная доза минеральных туков способствовала его росту на 0,6% и повышенная на 0,8%.

Сераделла + овес и люпин. Содержание сырого белка в зеленой массе сераделлы с овсом (9,6-10,8%) уступает чистой сераделле (отава) на 3-5%, Фона удобрений не влияли на накопление белка в однолетней смеси, а в отаве снижали после сидерата, его различных сочетаний. Последействие возрастающих доз органических удобрений практически не изменяло данный показатель. Сбор зерновых единиц и сырого белка увеличивался на фоне соломы, минеральный + солома на 12-16%, несколько ниже по NРК, NРК + сидерат, NРК + солома + сидерат (5-8%), не изменялся по сидерату и солома + сидерат относительно контроля (44,2% и 13,3%). Возрастающие дозы подстилочного, бесподстилочного КРС и свиного способствовали росту выхода зерновых единиц, белка на естественном фоне, по соломе, минеральном, а на остальных подобного не отмечено.

Ценным показателем качества зеленой массы люпина на корм является содержание белка, а так же обеспеченность зерновых единиц белком. Оптимальной обеспеченность зерновой единицы белком получена на естественном фоне - 128 г, соломе - 116 г, соломе + сидерат - 130 г и NРК + сидерат - 119 г (при норме 110-115 г).

На естественном фоне, минеральном + солома, минеральном + сидерат возрастающие дозы подстилочного навоза повышали выход белка, зерновых единиц и нормативную обеспеченность белком. Аналогичные данные получены от бесподстилочного навоза на естественном фоне, минеральном, минеральном + солома; от свиного на естественном фоне, сидерате, минеральный + сидерат, минеральный + солома + сидерат.

Агроэкологическое обоснование применения органических удобрений в условиях радиоактивного загрязнения почв

В результате аварии на Чернобыльской АЭС (1986 г.) территория юго-запада Брянской и других областей Российской Федерации была загрязнена долгоживущими радионуклидами: стронций-90 и цезий-137.

Мировой опыт радиоэкологии показывает, что одной их важнейших проблем при изучении миграции радионуклидов по пищевым цепочкам, нахождения их в различных компонентах агробиоценозов является прогноз параметров загрязнения сельскохозяйственной продукции после аварий на АЭС, разработка мероприятий, обеспечивающих соответствие нормативным уровням (Юдинцева, 1962; Алексахин, 1963; Фирсакова, 1992; Howard B.J., 1993; Hovek, 1993).

За счет протекания естественных биохимических процессов отмечено 46% уменьшение содержания цезия-137 в растениеводческой продукции, вклад радиоактивного распада 5%, а доля мероприятий, направленных на снижение поступления его в конечную продукцию 49% (Моисеев, Тихомиров и др., 1982).

Следует отметить, что среди загрязненной радионуклидами территории Брянской области, большую половину составляют почвы легкого механического состава с малым содержанием гумуса и вторичных глинистых минералов (монтромириллонита, вермикулита). Это значительно осложняет получение чистой конечной продукции растениеводства, а значит и животноводства, с содержанием радионуклидов в пределах норм радиационной безопасности.

Плодородие почв - фактор снижения накопления цезия-137

Исследования, проведенные на разных типах почв (Юдинцева, Жигарева и др., 1982; Маркина, 1986; Алексахин, Санжарова, Кузнецов и др., 1990; Воробьев и др.. 1993; Моисеев, Агапкина, Рерих, 1994; Светов, 1996; Агеец, 2001; Моисеенко, Белоус и др., 2002; Белова, Санжарова, 2004) доказали, что уровень их плодородия является сейчас одним из главных факторов в снижении накопления радионуклида в конечной растениеводческой продукции.

Полученные результаты на почвах опытных участков (табл. 6), отличающихся по содержанию гумуса, кислотности почвенного раствора, обменного калия, то есть факторов, обеспечивающих наибольшее ограничение поступления цезия-137 в растения, установили, что на плодородном участке коэффициент накопления радионуклида в клубнях картофеля составил 1,1 (n*10^-2), зерне ячменя 2,1; зеленой массе сераделлы с овсом - 3,6 и зерне озимой ржи - 1,3, тогда как на низкоплодородном участке он соответственно равен: 1,3; 3,5; 5,5 и 1,3 (рис. 11).

6. Влияние уровня плодородия на коэффициент накопления ¹³⁷Cs

Кратность повышения коэффициента накопления радиоцезия в товарной продукции, полученной с низкоплодородного поля, составляла 1,2, 1,7, 1,5 раз соответственно картофель, ячмень, сераделла + овес и отсутствовала на озимой ржи.

Оценка вида и доз органических удобрений по накоплению цезия-137

Радиоцезий сорбируется в почве в основном за счет ее минеральной составляющей. Однако известно, биологическая доступность цезия-137 во многом зависит от содержания органического вещества, поэтому наиболее интенсивное поглощение радиоцезия растениями наблюдается на малогумусных дерново-подзолистых почвах. На богатых органическим веществом почвах ¹³⁷Cs находится в необменном состоянии в составе негидролизуемого остатка (Бондарь, Шманай и др., 2000; Бондарь, Ивашкевич, 2003).

В зоне радиоактивного загрязнения получить органическое удобрение, чистое от радионуклидов, не представляется возможным. По полученным данным на 1 кг почвы с максимальной (тройной) дозой подстилочного навоза вносили дополнительно от 23 до 185 Бк, бесподстилочного - от 9 до 39 Бк и свиного - от 0,5 до 116 Бк, а в процентном отношении к загрязнению 0-20 см почвы это составило соответственно 0,63-9,2%, 0,75-1,9%, 0,15-5,9%.

Установлен эффект действия органических удобрений на снижение ¹³⁷Сs в клубнях картофеля от трех доз в 1,3; 1,2 и 1,1 раз соответственно подстилочный, бесподстилочный КРС и свиной навоз.

Использование соломы озимой ржи, не изменяло коэффициента накопления ¹³⁷Сs в клубнях картофеля в прямом действии, в последействии в зерне ячменя и озимой ржи относительно контроля, а снизило его величину с 5,0 до 2,4 в зеленой массе сераделлы с овсом.

На сидеральном фоне, по соломе + сидерат загрязнение клубней картофеля снижено в 1,2 раза к уровню контроля. В последействии в зерне ячменя коэффициент накопления вырос в 1,4 раза, озимой ржи - в 2 раза.

На фоне соломы максимальное снижение коэффициента накопления радионуклида составила от трех доз: - навоза в клубнях картофеля в 1,2 - 1,5 раза, бесподстилочного и свиного в 1,2-1,3 раза; в зерне ячменя от подстилочного и бесподстилочного в 1,3 - 1,6 раза; в зеленой массе сераделлы с овсом в 1,1-1,2 раза от подстилочного и бесподстилочного, эффекта от свиного не получено (рис. 12).

Сидерат и солома + сидерат в сочетании с подстилочным, бесподстилочным навозом в тройной дозе ограничили поступление цезия-137 в клубни картофеля в 1,1 - 1,4 раза, в зерно ячменя и озимой ржи в 1,2 - 1,6 раза, а в зеленую массу сераделлы с овсом в 1,2 - 1,3 раза на сидеральном фоне. От бесподстилочного навоза кратность снижения коэффициента накопления цезия-137 в клубнях картофеля составила 1,1 и 1,4 раза, зерне ячменя 1,2 и 1,6 раза, озимой ржи - 1,2 раза, в зеленой массе сераделлы с овсом в 1,2 раза на сидеральном фоне. От свиного навоза снижение коэффициента накопления ¹³⁷Сs составила на сидеральном фоне по картофелю - 1,4 раза, зерне ячменя и озимой ржи - 1,2 раза и зеленой массе сераделлы с овсом - 1,3 раза. На фоне солома + сидерат понижающее действие свиного навоза отмечено только в зерне ячменя (рис. 13, 14).

Максимальное ограничение перехода радионуклида из почвы в растения отмечено от совместного применения тройной дозы навоза на фоне соломы, сидерата и соломы + сидерат.

Сочетание органических и минеральных удобрений на ограничение перехода цезия-137 в растениеводческую продукцию

Минеральные удобрения, применяемые под культуры севооборота с превышением доз фосфора в 1,2 и калия 1,5-2,0 раз над азотом, положительно действуют на процесс понижения накопления радиоцезия в товарной продукции за счет антагонизма калия и ¹³⁷Сs.

Сразу после аварии на Чернобыльской АЭС рекомендованная и повышенная дозы NРК снижали накопление радиоцезия на 50-60% (в 2,0-2,4 раза) в зерне озимой ржи и на 45-54% (1,8-2,3 раза) ячменя в сравнении с вариантом без удобрений.

В результате обработки почвы радионуклид равномерно распределялся в слое 0-20 см, также произошла частичная фиксация его почвенно-поглощающим комплексом, отсюда в 1988 году отмечено резкое снижение величины коэффициента перехода по всем вариантам и он оставался стабильным в течении ряда лет. Относительно варианта без удобрений коэффициент перехода цезия-137 из почвы в зерно озимой ржи уменьшился в 1,3-1,5 раза, ячменя в 1,3 раза от рекомендованной и повышенной дозы минеральных удобрений (рис. 15, 16).

В посевах картофеля внесение минеральных удобрений на фоне ТНК уменьшало поступление цезия-137 относительно одного ТНК в 1,4 и 1,3 раза без преимуществ повышенной дозы на большое снижение.

Минеральный фон N₁₂₀Р₇₄К₁₁₉ (эквивалент 40 т/га подстилочного навоза) при данном соотношении N: Р: К для почв, загрязненных радионуклидами, не отвечает рекомендуемому, и как следствие, к существенному изменению коэффициента накопления не привел. Отмечается тенденция к его снижению в клубнях картофеля, зерне ячменя и озимой ржи, только в зеленой массе сераделлы с овсом снижение цезия-137 составила 1,5 раза.

Минеральные удобрения в сочетании с альтернативными источниками органического вещества способствовали снижению коэффициента накопления радиоцезия в клубнях картофеля, увеличению в зерне ячменя 1,1 раз по NРК + солома, в 1,4 -1,5 раза по NРК + сидерат и NРК + солома + сидерат в результате внесения азота (90 кг/га) весной (табл. 7).

7. Коэффициент накопления ¹³⁷Сs в продукции культур севооборота при различных системах удобрения

Примечание: 1 - подстилочный навоз КРС

2 - бесподстилочный навоз КРС

3 - свиной

Три дозы навоза на минеральном фоне, по NРК + солома, NРК + сидерат, NРК + солома + сидерат уменьшали переход - цезия-137 из почвы в клубни картофеля в 1,3-1,4 раза, в зерно ячменя в 1,2-1,3 раза, в зеленую массу сераделло-овсяной смеси в 1,5-1,7 раза с большей эффективностью подстилочного и бесподстилочного и меньшей свиного.

По эффективности влияния органических удобрений на снижение коэффициента накопления виды навоза располагаются в убывающем порядке подстилочный > бесподстилочный > свиной.

Видовые и сортовые особенности сельскохозяйственных культур и их влияние на накопление ¹³⁷Сs

Одним из эффективных приемов снижения уровня загрязнения продукции растениеводства, является подбор вида и сорта сельскохозяйственных культур, характеризующихся минимальным накоплением радионуклида.

В результате исследований получено, что накопление цезия-137 в зеленой массе сераделлы с овсом меньше, чем в люпине в 1,1-1,3 раза.

Наиболее распространенные в зоне легких почв культуры по максимальной величине накопления цезия-137 в хозяйственно ценной части урожая располагаются в порядке возрастания: кукуруза 40 - 50 Бк/кг, картофель 60 - 90 Бк/кг, озимая рожь 60 - 70 Бк/кг, ячмень 70 - 80 Бк/кг, овес 100 - 130 Бк/кг, сераделла 230 - 280 Бк/кг, люпин 300 - 360 Бк/кг, т. е. различия составляют 1,5 - 7 раз.

Опытным путем выявлено, что различия в накоплении радионуклида между сортами озимой ржи «Новозыбковская 150» и «Пуховчанка» достигают 2 раз; ячменя сортов «Московский 2» и «Гонор» - 1,8 раза; овса сортов «Астор» и «Скакун» - 1,7 раза; картофеля сортов «Невский» и «Темп» - 1,4 раза; люпина зеленой массы «Быстрорастущий 4» и «Кристалл» - 1,5 раза.

Влияние климатических условий на уровень накопления радиоцезия

За годы исследований наибольшей засушливостью отличался 2002 г., чередованием засушливых и оптимальных условий 1999 г., пониженной t^oC воздуха и изобилием осадков 1998 г., а также наблюдались отдельные одно - двухнедельные неблагоприятные условия вегетации: или с избытком осадков, или с повышенной температурой воздуха и почвы.

Засушливые условия вегетации картофеля сокращают периоды прохождения фаз развития, а образовавшиеся клубни к концу июля в начале августа, после выпадения осадков, наращиваются молодыми, которые отличаются большим накоплением ¹³⁷Сs.

Высокая температура воздуха и почвенная засуха вызывали усиленное движение молекул почвенного раствора, что способствовало перемешиванию неподвижного и диффузного слоев гранул, а также межмицелярного раствора, а это приводило к повышению соотношения ¹³⁷Сs/К (Поляков, 1979).

Пасмурная дождливая погода в течение всего вегетационного периода способствовала усилению восстановительных процессов в почве, из-за недостатка кислорода, в результате чего в почвенном растворе возрастало соотношение ¹³⁷Сs /К, и как следствие, содержание радиоцезия, коэффициент накопления в клубнях картофеля выше, чем при оптимальных климатических условиях.

Изобилие осадков в фазу цветения и оптимальное их количество при образовании клубней обеспечивало минимум накопления цезия-137. Выше сказанное подтверждается уравнением регрессии: ¹³⁷Сs = 9,05 + ГТК бут. 10,45 + ГТК цвет. 1,41 + ГТК клубни 37,52, при R² = 0,95 то есть ГТК в фазу клубнеобразования в значительной степени определяет накопление радионуклида. Следовательно, переменные условия увлажнения повышают загрязненность продукции.

Зерно ячменя и озимой ржи в условиях повышенной влагообеспеченности, увеличивало накопление радиоцезия от внесения сидерата с минеральными удобрениями, видами и дозами навоза за счет дополнительного азота при его разложении. На остальных вариантах получен отрицательный коэффициент корреляции между ¹³⁷Сs и влагообеспеченостью. Зеленая масса сераделлы с овсом отличалась высоким накоплением ¹³⁷Cs при засухе и увлажнении.

Влияние плотности загрязнения почвы на переход цезия-137

Из рассмотренных сопоставленных величин между плотностью загрязнения почвы и содержанием цезия-137 в клубнях картофеля усматривается их независимость друг от друга (табл. 8).

8. Влияние органических удобрений и плотности загрязнения почвы на уровень накопления ¹³⁷Cs

На зерновой культуре ячмене - из пяти лет три имеют обратную зависимость и два - прямую. Коэффициент накопления цезия-137 в зеленой массе сераделлы с овсом напрямую зависит от плотности загрязнения почвы в трех годах из пяти. Из общего числа лет исследований, указанных выше показателей, 67% свидетельствует об обратной зависимости между ними и 33% - о прямой, т.е. плотность загрязнения почвы оказывает незначительное влияние на содержание цезия-137 в конечной продукции и на коэффициент накопления, это объясняется количеством прошедших лет после аварии, в результате чего увеличивалась фиксированная форма цезия-137.

Роль калия в снижении загрязнения сельскохозяйственной продукции

Влияние калия на процесс накопления ¹³⁷Cs и переход его в товарную часть продукции связано с биологическими особенностями культур и условиями вегетации. Так, при повышенной температуре воздуха, почвенной засухе в растениях усиливается дыхание с выделением аммиака, который идет на образование амидов и аминокислот. В результате возрастает кислотность, а для ее нейтрализации растения поглощают повышенно калий из почвы. При пониженных температурах в растениях накапливаются органические кислоты, которые также нейтрализуются повышенным поглощением калия (Богачев, 1996), что объясняет рост цезия-137 в конечной продукции в сухие и влажные годы.

Установлено прямое влияние повышенного содержания калия в почве и внесенного его с навозом (110-330 кг/га) на снижение содержания радионуклида в клубнях картофеля.

Влияние органических удобрений на подвижность ¹³⁷Cs в почве

Прочность закрепления радионуклидов в почве зависит от реакции среды, емкости поглощения почвы, состава обменных катионов, содержания органических веществ. Поэтому, агрохимические приемы, влияющие на эти показатели, изменяют, состояние радионуклида в почве. Биологическая подвижность радионуклидов, уровень накопления их в урожае сельскохозяйственных культур, зависят, в первую очередь, от содержания радионуклида в обменной форме, то есть количества, вытесненного из почвы растворами нейтральных солей.

Проведенные исследования показали, что применение бесподстилочного навоза снизило содержание обменного ¹³⁷Cs в почве на 0,7%, при этом доля подвижного ¹³⁷Cs (вытяжка 1н HCl) увеличилась на 0,8%, а прочносвязанного (вытяжка 3н HCl) уменьшилось на 2,5% по сравнению с контролем. Внесение подстилочного навоза приводит к большему снижению, по сравнению с бесподстилочным, доли обменного и подвижного ¹³⁷Cs. Солома снижает подвижность ¹³⁷Cs, причем в большей степени, чем навоз - содержание обменного ¹³⁷Cs снизилось на 3% по сравнению с контролем, подвижной формы - на 1,2%, прочносвязанной - на 2,0%. Запашка зеленого удобрения по влиянию на подвижность ¹³⁷Cs была более эффективной по сравнению с соломой, а совместное использование соломы и сидерата снизило количество обменного ¹³⁷Cs в почве на 4,1% по сравнению с контролем.

Внесение бесподстилочного навоза в сочетании с соломой, сидератом практически не изменяло подвижность радионуклида по сравнению с безнавозным фоном, а эффективность подстилочного навоза выше бесподстилочного.

Раздельное или комбинированное применение органических удобрений приводит к увеличению доли фиксированного ¹³⁷Cs, то есть наблюдается снижение биологической подвижности радионуклида.

По своему влиянию на снижение подвижного ¹³⁷Cs изучаемые виды органических удобрений располагаются в ряд: бесподстилочный навоз < подстилочный навоз < солома < сидерат <солома + сидерат (табл. 9).

9. Влияние органических удобрений на формы накопления ¹³⁷Cs в почве

Снижение биологической подвижности ¹³⁷Cs после применения органических удобрений обусловлено изменением физико-химических характеристик почвы, в частности, увеличением содержания гумуса. Корреляционный анализ выявил обратную зависимость между содержанием гумуса и обменной формой ¹³⁷Cs в почве - коэффициент корреляции составил для вариантов без применения навоза -0,81, при внесении подстилочного навоза 0,81, а бесподстилочного 0,91.

Оптимальные параметры почвенного плодородия для получении нормативно чистой продукции культур севооборота

По данным ряда исследователей установлено, что оптимальные уровни содержания гумуса, фосфора и калия имеют значительные колебания для культур, возделываемых на разных типах почв, а на загрязненных радионуклидами есть свои специфические особенности (Юдинцева, Жигарева и др., 1982; Маркина, 1986; Мерзлая, 1987; Шевцова, 1988; Алексахин, Санжарова, Кузнецов и др., 1990; Воробьев и др.. 1993; Моисеев, Агапкина, Рерих, 1994; Светов, 1996; Агеец, 2001; Моисеенко, Белоус и др., 2002; Белова, Санжарова, 2004).

По результатам исследований 1996-2002 гг. ни одна проба картофеля не имела превышения нормативных требований СанПиН-96 и СанПиН 2.3.2.1078-01, по содержанию цезия-137 не зависимо от систем удобрения. При наличии в пахотном слое 1,25-1,40 % гумуса, 18-19 мг/100 г подвижного фосфора и 3-4мг/100 г калия можно получить 80-90 ц/га чистого картофеля. Для увеличения урожайности до 200 ц/га необходимо внести 10-20 т/га навоза + N₉₀Р₆₀К₁₅₀, т.к. в этом случае соотношение NРК равно 1: 0,7: 1,7 что обеспечивает сбор основной продукции, чистой от радионуклида.

Зерно ячменя в 1998-2000 гг., не отвечало требованиям СанПиН-96 в опыте с подстилочным навозом на 50-75%, с бесподстилочным на 56-72% и на 97% свиным. Низкий процент получения чистого зерна смогли обеспечить максимально высокие агрохимические показатели: гумуса 2,0-2,4%, фосфора 35-40 мг и калия 8-10 мг/100 г.

При ужесточении норм по чистому зерну в 2001 г (70 Бк/кг), в опытах с навозом 3-10% проб зерна ячменя не отвечали требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01. Оптимальные параметры по уровню обеспеченности основными элементами питания составили 1,65-1,80% гумуса; 24-27 мг Р₂О₅ и 5-6 мг/100 г К₂О.

По годам исследований ни одна проба зеленой массы однолетней смеси сераделлы с овсом не превышала КУ-370 Бк/кг. Урожайность в пределах 300 ц/га возможно получать при содержании гумуса 1,25-1,40%, фосфора 18-19 мг и калия 3-4 мг/100 г.

За ...