Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПлОДОРОДИЕ ПОЧВ И ПРИМЕНЕНИЕ уДОБРЕНИй

115

УДК 633.11:631.438:631.445.2

Институт почвоведения и агрохимии, г. Минск, Беларусь

Вынос радионуклида ⁹⁰SR сортами озимой и яровой пшеницы, возделываемой на загрязненной радионуклидами дерново-подзолистой супесчаной почве

О.М. Таврыкина, И.М. Богдевич, Ю.В. Путятин

Summary

урожайность пшеница радионуклид зонирование

The data on crop yield of wheat varieties, of specific activity of ⁹⁰Sr in grain and straw, total removal of radionuclide ⁹⁰Sr and calcium are presented. Estimated data of zoning and potential wheat varieties at its cultivation on lands contaminated by radionuclide ⁹⁰Sr for individual and collective internal irradiation dose decrease is given.

Авария на ЧАЭС привела к значительному радиоактивному загрязнению практически всех административно-территориальных областей республики Беларусь, и имела самые тяжелые экологические и социально-экономические последствия. Радиоактивное загрязнение продуктов питания человека относится к числу ведущих факторов, от которых зависит возможность благополучного проживания на данных территориях. В отдаленные сроки после катастрофы дозовые нагрузки на население, связанные с аварийным выбросом радионуклидов, обусловлены в значительной степени внутренним облучением за счет потребления сельскохозяйственных продуктов, производимых на загрязненных землях. на территории южных районов Гомельской и Брестской областей внутреннее облучение составило от 60 до 90% от суммарной дозы [1]. Следует подчеркнуть, что ограничение доз внутреннего облучения часто экономически более эффективно, чем уменьшение дозы внешнего облучения (в расчете затрат на предотвращение коллективной дозы) [2]. Поэтому основные защитные контрмеры в настоящее время направлены на снижение поступления радионуклидов из почвы в продукты питания человека.

В данный момент радионуклиды с коротким периодом полураспада прекратили свое существование, и наибольшую биологическую опасность представляют долгоживущие радионуклиды ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr, характеризующиеся высокой подвижностью в природных средах. В 1999 году были введены Республиканские нормативы содержания радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в основных пищевых продуктах и питьевой воде. Опыт ведения сельскохозяйственного производства на загрязненной территории показывает, что использование агромелиоративных и организационных контрмер позволяет производить продукцию растениеводства и животноводства, соответствующую допустимым уровням по содержанию ¹³⁷Cs [3-7]. Трудно решается проблема ⁹⁰Sr. Поступление его в пищевую цепочку удалось снизить за поставарийное время примерно в 2-3 раза, причем в большей мере за счет защитных мер, так как подвижность радиостронция в почве и доступность его растениям не уменьшилась, а чаще имеет тенденцию к повышению. В отличие от ¹³⁷Cs, находящегося в недоступной для растений необменной (79%) и прочнофиксированной (7%) формах, радионуклид ⁹⁰Sr, наоборот, содержится в почве в легкодоступной обменной (51%) и водорастворимой (10%) формах [8]. Продолжающиеся процессы разрушения активных частиц в почвах приводят к выщелачиванию из них радионуклида ⁹⁰Sr в потенциально доступные для растений формы. Это свидетельствует о сохраняющейся опасности радиоактивного загрязнения ⁹⁰Sr продукции растениеводства, а также пищевых, кормовых и лекарственных дикорастущих растений.

Анализ потоков ⁹⁰Sr показывает, что основной вклад в формирование потенциальной коллективной дозы вносит зерно. В отдельных регионах, в частности, в наровлянском районе Гомельской области до 90% зерна, до 80% картофеля и до 50% молока превышали допустимое содержание радионуклида ⁹⁰Sr [9].

Величина поступления ⁹⁰Sr в зерно зависит от агрохимических показателей почв. на кислых почвах с низким содержанием элементов питания растений риск получения загрязненного сверх допустимых уровней зерна выше, чем на почвах, хорошо обеспеченных калием и фосфором при оптимальной величине кислотности. Радикальное снижение накопления ⁹⁰Sr в растениях возможно лишь при интенсивном длительном окультуривании почв, требующем больших капиталовложений.

Вынос радионуклидов сельскохозяйственными растениями во многом зависит и от биологической особенности растений, обусловленной принадлежностью к различным семействам, родам, видам и сортам [10-11]. Яровая и озимая пшеница в Республике Беларусь занимает в последние годы все более значительное место в обеспечении населения продовольственным зерном. Удельный вес посевных площадей зерновых культур достаточно велик и в среднем по республике составляет 39%, пшеница занимает около 6% от площади пашни [12]. В целом, пшеница характеризуется невысокими параметрами накопления радионуклидов, уступая по ¹³⁷Cs только просу, по ⁹⁰Sr - просу и ржи. Подбором сортов пшеницы с наименьшими значениями выноса радиостронция с учетом плотности загрязнения почв возможно добиться получения продукции для использования на продовольственные цели.

Цель исследования - оценка продуктивности и размеров накопления ⁹⁰Sr сортами озимой и яровой пшеницы для повышения эффективности ведения сельскохозяйственного производства в условиях радиоактивного загрязнения и пресечения наиболее значимого потока радионуклида для снижения коллективной и индивидуальной доз внутреннего облучения населения.

Методика и объекты исследования

Исследования по изучению выноса радионуклида ⁹⁰Sr зерновыми культурами проводили в полевых условиях в регионе, непосредственно пострадавшем от выброса на ЧАЭС - в КСУП «Стреличево» Хойникского района Гомельской области. Опыты закладывались в период 2002-2005 гг. на дерново-подзолистой супесчаной почве, подстилаемой с глубины 0,7 м моренным суглинком.

Агрохимическая характеристика почвы пахотного горизонта следующая: содержание гумуса (0,2 M K₂Cr₂O₇, по Тюрину) - 1,9%, рн_КСl (потенциометрическим методом) - 5,65-5,90, содержание подвижных форм фосфора (P₂O₅) (0,2 М HCl, по Кирсанову) - 188-210 мг/кг и калия (K₂O) - 187-240 мг/кг почвы, обменных форм кальция (Са) (1 М КCl, по Мазаевой, неугодовой) - 542-650 мг/кг и Mg - 94-176 мг/кг почвы. Плотность загрязнения почвы радионуклидом ¹³⁷Cs - 250-300 кБк/м², ⁹⁰Sr - 21-28 кБк/м².

Объектами исследований служили районированные и перспективные сорта озимой пшеницы:

1. Капылянка (Беларусь)

2. Былина (Беларусь)

3. Каравай (Беларусь)

4. Легенда (Беларусь) 5. Центос (Германия)

и яровой пшеницы отечественной и зарубежной селекции:

1. Ростань (Беларусь)

2. Кваттро (Германия)

3. Ману (Финляндия)

4. Банти (Польша)

5. Дарья (Беларусь)

6. Мунк (Германия)

По данным Комитета по сортоиспытанию [13], посевные площади исследуемых нами сортов озимой пшеницы в среднем в 2003-2004 гг. в республике распределились следующим образом (в% от общей площади): Каравай - 22,5%, Капылянка - 20,7%, Былина - 14,3%, Центос - 11,5%, Легенда - 6,4%; сорта яровой пшеницы: Мунк - 29,5%, Банти - 29,1%, Ростань - 4,2%, Дарья - 3,5%, Кваттро - 1,0%.

Агротехника на опытном поле общепринятая для данной зоны. Минеральные удобрения в дозе N₉₀^P₆₀^K₁₂₀ вносили под все культуры в предпосевную культивацию в форме карбамида, аммонизированного суперфосфата, хлористого калия.

Повторность в опытах четырехкратная. Учетная площадь делянки 1,5 м².

Удельную активность ⁹⁰Sr оценивали по дочернему продукту распада ⁹⁰Y после проведения радиохимической очистки от мешающих анализу радионуклидов c последующим измерением на в-радиометре “Прогресс БГ” с пластиковым детектором. Выход носителя иттрия определяли гравиметрическим методом, выход носителя стронция - на атомно-абсорбционном спектрометре. Относительная погрешность измерения составила не более ±15% при доверительной вероятности 0,95.

Урожайность зерна озимой и яровой пшеницы дана в переводе на стандартную влажность - 14%. Сравнение проводилось по отношению к стандартному сорту, являющемуся по результатам сортоиспытательных станций наиболее продуктивным, то есть эталоном, рекомендованным для возделывания. Удельная активность продукции, использующаяся при расчете суммарного выноса радионуклидов, рассчитана при плотности загрязнения почвы ¹³⁷Cs 370 кБк/м², ⁹⁰Sr - 37 кБк/м². Вынос радионуклидов рассчитывали как произведение удельной активности на урожайность с единицы площади (кБк/га). С радиологической точки зрения применение этого параметра целесообразно для расчетов коллективных доз облучения населения за счет потребления радионуклидсодержащих пищевых продуктов, его использование позволит более полно оценить выбор того или иного сорта на загрязненных территориях.

Результаты исследований и их обсуждение

В результате исследований наименьшая удельная активность ⁹⁰Sr в зерне оказалась у сорта Былина - 25,8 Бк/кг и Центос - 26,4 Бк/кг, стандартный сорт Капылянка накапливал радиостронция больше других сортов - 28,2 Бк/кг (табл. 1). Сорта Былина и Центос, отмеченные наименьшей удельной активностью ⁹⁰Sr, характеризовались при этом наибольшей урожайностью зерна - 6,70 и 6,68 т/га соответственно.

Содержание радионуклида ⁹⁰Sr в побочной продукции сортов озимой пшеницы оказалось немного выше, чем в зерне и составило от 37,1 до 46,9 Бк/кг. наименьшим содержанием ⁹⁰Sr в соломе характеризовались сорта Былина и Каравай, обеспечив кратность снижения в накоплении радионуклида равную 1,3 и 1,2 раза соответственно (табл. 1).

Содержание радиостронция в зерне сортов яровой пшеницы изменялось в пределах 23,3-36,2 Бк/кг. При анализе накопления радионуклида ⁹⁰Sr в зерне яровой пшеницы в результате трех лет исследований можно выделить сорта Ману и Кваттро, содержащие радионуклида меньше стандарта в 1,1 раза. Самыми продуктивными оказались сорта яровой пшеницы Банти и Мунк с урожайностью 5,51 и 5,09 т/га соответственно.

Содержание радионуклида ⁹⁰Sr в побочной продукции сортов яровой пшеницы в целом было значительно выше, чем в зерне и составило 270-368 Бк/кг. В целом, все сорта накапливали больше стандарта Ростань.

Таблица 1 урожайность, удельная активность радионуклида ⁹⁰Sr сортов озимой и яровой пшеницы (плотность загрязнения почвы ⁹⁰Sr 37 кБк/м²)

Результаты наших экспериментов показали, что содержание радионуклида ⁹⁰Sr в сортах яровой пшеницы по сравнению с озимой было сравнительно выше, особенно это касается побочной продукции. Это можно объяснить биологическими особенностями яровой пшеницы, в частности, меньшей потенциальной продуктивностью и протяженностью вегетационного периода, в результате чего происходит менее сбалансированное по сравнению с озимой пшеницей поступление элементов питания, в том числе и радионуклидов.

Учитывая то, что на продовольственные цели годится зерно с содержанием ⁹⁰Sr, не превышающим 11 Бк/кг, а в условиях нашего эксперимента озимая и яровая пшеница может быть использована только на фураж для производства цельного молока, представляется целесообразным выявить те земли, где пшеница может возделываться на продовольственные нужды.

Расчеты показали, что продовольственное зерно озимой пшеницы может без ограничений производиться на почвах с плотностью загрязнения ⁹⁰Sr 14,5-15,7 кБк/м². Возделывание сорта Былина для получения продовольственного зерна возможно при плотности загрязнения почвы на 1,2 кБк/м² более высокой, чем стандартного сорта Капылянка. Ограничения загрязнения почв ⁹⁰Sr для выращивания на них яровой пшеницы на продовольственные цели составляют 11,2-17,5 кБк/м². Расширить ареал возделывания яровой пшеницы можно, используя сорт Ману, что позволяет получить нормативно чистое зерно при плотности загрязнения в 1,6 раза более высокой, чем при возделывании сорта Мунк. Использование соломы яровой пшеницы в качестве корма возможно на почвах, загрязнение которых не превышает - 19,1-25,3 кБк/м².

Снижение удельной активности ⁹⁰Sr в растениеводческой продукции продовольственного назначения позволяет сделать вывод об эффективности проведенного защитного мероприятия в отношении индивидуальной дозы облучения. Сравнительная оценка суммарного выноса радионуклидов с частью урожая, идущей на продовольственные цели позволяет оценить эффективность защитного мероприятия с точки зрения снижения коллективной дозы облучения населения. По нашему мнению, сделать объективный вывод, что данная защитная мера является эффективной можно в случае, когда удельная активность радионуклида снижается, а суммарный вынос радионуклида ⁹⁰Sr c единицы площади не превышает вынос его до проведения контрмеры (?100%).

По результатам нашего эксперимента наименьшим выносом ⁹⁰Sr с зерном характеризовался стандарт Капылянка - 126 кБк/га, его использование позволит снизить дозовую нагрузку в 1,4 раза по сравнению с сортом Центос (табл. 2).

Таблица 2 Вынос радионуклида ⁹⁰Sr сортами озимой и яровой пшеницы (плотность загрязнения почвы ⁹⁰Sr 37 кБк/м²)

Вынос ⁹⁰Sr с соломой был выше, чем таковой с зерном и составил для сортов озимой пшеницы 207-273 кБк/га. наименьший вынос радионуклида с побочной продукцией обеспечили сорта Каравай и стандарт Капылянка. По суммарному выносу ⁹⁰Sr сорта расположились в следующий ряд по убыванию: Центос, Былина, Легенда, Каравай и Капылянка.

Сорта яровой пшеницы Ману и Кваттро характеризовались как наименьшей удельной активностью ⁹⁰Sr в зерне по сравнению с остальными, так и самым низким выносом радионуклида, который составил 111 и 115 кБк/га соответственно, при уровне урожайности 4,8-4,9 т/га. В целом суммарный вынос сортов яровой пшеницы был достаточно высок за счет вклада выноса ⁹⁰Sr с соломой и составил по сортам от 1411 кБк/га (Ростань) до 2027 кБк/га (Мунк). Поскольку вынос является величиной произведения удельной активности и урожайности, возможны следующие гипотетические ситуации:

„ сорт накапливает небольшое количество радионуклидов, при этом является высокоурожайным, тогда суммарный вынос радионуклидов возрастает за счет вклада урожайности;

„ сорт сильно аккумулирует радионуклиды и высокоурожайный, вынос возрастает за счет обоих множителей;

„ сорт с низкой и удельной активностью и урожайностью, вынос небольшой, однако и эффективность производства такого сорта не будет высокой;

„ сорт с высокой удельной активностью и с низкой урожайностью, наиболее неблагоприятное сочетание.

Случай, если применяется сорт с невысокими параметрами накопления и высокой урожайностью, будет способствовать и минимизации индивидуальной дозы облучения, и эффективному возделыванию сорта. С учетом вышесказанного, у сорта Капылянка соотношение между урожайностью и удельной активностью не самое благоприятное, поскольку низкое значение выноса формируется в основном за счет низкой урожайности, удельная активность при этом самая высокая из всех сортов (табл. 3). Сорта Легенда и Каравай отличились относительно невысоким выносом радионуклида с зерном - 145 и 148 кБк/га, формируемым за счет невысокой удельной активности и урожайности, на 1,0 и 0,9 т/га соответственно превышающей стандарт, поэтому, по-нашему мнению, их возделывание на загрязненных территориях более предпочтительно. У сортов яровой пшеницы Ману и Кваттро значения и удельной активности ⁹⁰Sr в зерне, и выноса оказались наименьшими.

Таблица 3 Ранжирование сортов озимой и яровой пшеницы в зависимости от продуктивности и накопления радионуклида ⁹⁰Sr

* Урожайность - ранжирование по убыванию, удельная активность и вынос ¹³⁷Cs - по возрастанию.

Переход радионуклидов из почвы в растения является результатом действия не только почвенно-химического процесса, но и биологического, связанного с поглощением радионуклидов корневой системой растений из почвенного раствора. Катион ⁹⁰Sr²⁺ абсорбируется растением посредством транспортных систем его макроаналога Ca²⁺. Транспорт Ca²⁺ осуществляется преимущественно в апопласте путем свободной диффузии в объеме клеточной стенки, где часть ионов находится в растворе, идентичном внешнему почвенному раствору, а часть связывается фиксированными заряженными центрами в клеточных стенках корневого обменного комплекса [14].

В связи с этим нам представлялось интересным определить и проанализировать вынос кальция в сортах зерновых культур по отношению к выносу радионуклида ⁹⁰Sr, результаты анализа представлены на рис. 1.

Вынос кальция зерном озимой пшеницы составил по сортам 1,18-1,85 кг/га, сорта Легенда и Капылянка, выносящие наименьшее количество радиостронция, выносили при этом меньше остальных сортов кальций.

Рис. 1. Вынос радионуклида ⁹⁰Sr и кальция с зерном сортов озимой и яровой пшеницы

Вынос кальция зерном яровой пшеницы был близок по значениям к озимой и составил по сортам 1,26-1,53 кг/га. У сортов Банти и Мунк вынос кальция, как и вынос радиостронция оказался наибольшим, в то время как Кваттро и Ману характеризовались наименьшим выносом и ⁹⁰Sr, и кальция.

Выводы

1. Загрязнение сельскохозяйственных территорий радиологически значимым радионуклидом ⁹⁰Sr, остающимся высокоподвижным в агросфере, определяет необходимость применения защитных контрмер в течение длительного времени после аварии, наименее затратной из которых является подбор сортов с низкими параметрами накопления и выноса радионуклида. Для снижения индивидуальной дозы облучения населения сорта озимой пшеницы Былина и Центос и яровой пшеницы Ману и Кваттро наиболее предпочтительны при возделывании их на загрязненных радионуклидом ⁹⁰Sr территориях.

2. С точки зрения минимизации коллективной дозы внутреннего облучения населения отмечено снижение выноса ⁹⁰Sr с зерном при возделывании сорта озимой пшеницы Легенда и сортов яровой пшеницы Ману и Кваттро.

3. Химический анализ зерна показал схожие тенденции поступления кальция и радиостронция сортами озимой и яровой пшеницы. наименьшими значениями выноса кальция, как и выноса радионуклида ⁹⁰Sr, характеризовались сорта озимой пшеницы Легенда и Капылянка, и сорта яровой пшеницы Кваттро и Ману.

Литература

1. 20 лет после чернобыльской катастрофы: последствия в Республике Беларусь и их преодоление: нац. доклад // Под редакцией В.е. шевчука, В.Л. Гурачевского. - Минск: Комитет по проблемам последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС при Совете Министров Республики Беларусь, 2006. - 112 с.

2. Alexakhin, R.M. Serious Radiation Accidents and the Radioecological Impact on Agriculture / R.M Alexakhin, S.V. Fesenko, N.I. Sanzharova // Radiation Protection Dosimetry. - 1996. - №1-2 - P. 37-42.

3. Агеец, В.Ю. Рекомендации по безопасному проживанию и ведению личного подсобного хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения территории / В.Ю., Агеец [и др.] // Комитет по проблемам последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС, РнИУП «Институт радиологии», Гомель, 2003. - 79 с.

4. Богдевич, И.М. Защитные меры в АПК на загрязненных радионуклидами землях / И.М. Богдевич, И.Д. шмигельская, Ю.В. Путятин // Агроэкология. - Горки, 2004. - Вып.1. - С. 5-9.

5. Богдевич, И.М. Рекомендации по ведению агропромышленного производства в условиях радиоактивного загрязнения земель Республики Беларусь / И.М. Богдевич [и др.] // Министерство сельского хозяйства и продовольствия РБ, Комитет по проблемам последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС. - Минск, 2003. - С. 41.

6. Путятин, Ю.В. Влияние калийных удобрений и кислотности дерново-подзолистой супесчаной почвы на урожайность и накопление ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr зерновыми культурами / Ю.В. Путятин, Т.М. Серая, И.А. Добровольская // Агрохимия. - 2005. - №7. - С. 59-65.

7. Путятин, Ю.В. Влияние различных видов известковых удобрений на переход радионуклидов в растениеводческую продукцию / Ю.В. Путятин, н.В. Клебанович // Почва-удобрение-плодородие: материалы Междунар. науч.-произв. конф. - Минск, 1997. - С. 200-202.

8. Таврыкина, О.М. Влияние условий минерального питания и сортовой специфичности зерновых культур на урожайность, накопление ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr и качество зерна на дерново-подзолистой супесчаной почве: дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.04 / О.М. Таврыкина. - Минск, 2007. - 200 л.

9. Агеец, В.Ю. Система мер снижения поступления радионуклидов в урожай - основа реабилитации загрязненных территорий Беларуси: автореф. дис. ... д-ра. с.-х. наук: 06.01.04 / В.Ю. Агеец; Ин-т почвоведения и агрохимии. - Мн., 2001. - 42 с.

10. Юдинцева, е.В. Агрохимия радиоактивных изотопов стронция и цезия /

е.В. Юдинцева, И.В. Гулякин. - М.: Атомиздат, 1968. - 472 с.

11. Алексахин, Р.М. Сельскохозяйственная радиоэкология / Р.М. Алексахин; под ред. Р.М. Алексахина, н.А. Корнеева. - М.: Экология, 1992. - 400 с.

12. Беларусь в цифрах: стат. Справочник; отв. за выпуск Л.Л. Рыбчик. - Мн., 2004. - 96 с.

13. Результаты испытания сортов сельскохозяйственных культур в Республике Беларусь за 2002-2004 гг. / Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь, Комитет по государственному испытанию и охране сортов растений. - Мн., 2004. - Ч.I. - 339 с.

14. Санжарова, н.И. Роль химии в реабилитации сельскохозяйственных угодий, подвергшихся радиоактивному загрязнению / н.И. Санжарова [и др.] // Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева). - 2005. - Т. ХLIХ. - № 3. - С. 26-34.

Размещено на Allbest.ru