Вирощування нормативно-чистої продукції аґрусу на радіоактивно забруднених ґрунтах Полісся

Goal. To experimentally determine the possibility of obtaining normatively pure gooseberry berry products on drained radioactively contaminated soils of Polissia. Methods. Lysimetric -- to conduct a stationary experiment, laboratory - to determine the indicators of radiological contamination. Results. Long-term studies during 2016 -2020 in a stationary lysimetric experiment had proved that gooseberry plants on a high radioactive background (8 Ki/km²) had a differentiation of specific activity by plant components. It gradually decreased from roots to generative organs (berries). The most polluted root system was fixed in the control version (without fertilizer). The activity of ¹³⁷Cs in the roots was 301 Bq/kg, shoots -- 71, leaves -- 188, berries -- 28 Bq/ kg. It was established that the change of moisture in the root layer of the soil significantly affected the level of contamination of products with radionuclides. Conclusions. Growing gooseberries on drained sod-podzolic soils of Polissia with a pollution density of ¹³⁷Cs>8 Ki/km² with the introduction of a comprehensive system of agrochemical measures allows obtaining products that do not exceed the hygienic standards GN 6.6.1.11302006. With the application of a balanced rate of mineral fertilizers N40P90K150 for gooseberries on a limed background, the specific activity of ¹³⁷Cs in a root decreased by 37.2%, young growth -- 31.0, leaves -- by 39.4%. Contamination of berries with ¹³⁷Cs in the fertilized version was 2.6 times lower than in the control (without fertilization). The obtained products meet the requirements of DR 2006 (70 Bq/kg).

Key words: drained sod-podzolic soil, 137Cs transition and accumulation coefficients, specific activity, radionuclides, fertilizer system.

Виклад основного матеріалу

У післяаварійні роки (1986 - 2021 рр.) за рахунок фізичного розпаду радіонуклідів ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr їх питома активність у ґрунті знизилася приблизно на 4552%. Тому виникла потреба в перегляді встановлених зон забруднення. Площа земель із рівнем забруднення ґрунту понад 555 кБк/м² зменшилася в 1,5 раза, рівнем забруднення 185 - 555 кБк/м² -- майже вдвічі. При цьому території, де передбачається відродити виробництво радіологічно безпечної сільськогосподарської продукції, залишаються значними.

Так, згідно зі Стратегією розвитку сільськогосподарського виробництва в Україні на період до 2025 р. площа земель зі щільністю забруднення ґрунту ¹³⁷Cs > 555 кБк/м² (15 Кі/км²) становить понад 1 тис. км², від І85 до 555 кБк/м² (5 - 15 Кі/км²) -- майже 2 тис. км².

З урахуванням таких змін радіологічної ситуації на законодавчому рівні ухвалено закони, законодавчі акти, які змінили статус зони посиленого радіологічного контролю [1] і дали змогу перевести в сільськогосподарське користування землі, прилеглі до зони відчуження, [2] та забезпечили повернення земель територіальним громадам, що отримали чи мають отримати раніше виведені землі з аграрного сектору через їх радіаційне забруднення [3]. Обов'язковою умовою радіаційно-екологічних підходів до раціонального використання сільськогосподарських угідь, забруднених радіонуклідами, є радіаційно-екологічна критичність вирощеної товарної сільськогосподарської продукції [4]. Вона гарантовано не має перевищувати граничні показники гігієнічного нормативу ГН 6.6.1.1-130-2006. Згідно з цим напрями використання забруднених земель умовно можна розділити на виробництво сільськогосподарської продукції, яку використовують безпосередньо для харчових потреб, корм для тварин, і виробництво сільськогосподарської сировини для подальшої переробки [5].

Зона Полісся за своїми ґрунтово-кліматичними умовами у світлі сучасних кліматичних змін цілком придатна для вирощування плодово-ягідних культур. Проблемним залишається рівень забруднення продукції радіонуклідами.

Особливості накопичення ¹³⁷Cs у різних вегетативних і генеративних органах плодово-ягідних культур майже не вивчені. У наукових виданнях є свідчення про різні рівні радіаційного забруднення кореневих систем, стеблових утворень і плодів суниці. Так, за питомої активності ґрунту 998 Бк/кг коренева система суниці акумулювала 319 Бк/кг, багаторічні вузлуваті ріжки -- 231, листя -- 50, ягоди -- 87 Бк/кг. Інтенсивність міграції нуклідів із ґрунту в плоди різних сортів порічок становила 188 Бк/кг при забрудненні ґрунту 198 Бк/кг і коефіцієнта переходу (КП) 0,1, тоді як радіоактивність свіжих ягід не перевищувала 15 Бк/кг, а КП -- 0,0086. Радіологічний контроль продукції після переробки плодів (сік і варення суниць, сік вишні й порічок, компот зі сливи, сушіння плодів яблуні) показав, що вона майже не забруднена ¹³⁷Cs [6].

Відзначено також, що результатом метаболічних процесів у рослинах може бути зменшення вмісту радіонуклідів у надземній частині рослин за рахунок транспорту їх у кореневу систему [7]. Рівні забруднення радіонуклідами ¹³⁷Cs різних органів сортів яблуні різнилися в 3,5 - 7,1 раза. Різниця між забрудненням радіонуклідами однорічних гілок і плодоносних утворень (плодушок, плодух) становила 1,8 раза. Особливістю для всіх дерев є вищий рівень забруднення ¹³⁷Cs листя порівняно з плодами (у 1,2 - 2,6 раза), причому зі збільшенням рівня забруднення ґрунту втричі ця різниця також збільшувалася. Коефіцієнт переходу ¹³⁷Cs у плоди різних сортів яблуні за майже однакового рівня забруднення ґрунту змінювався в межах 1,7 - 2,4 раза. При зміні забруднення ґрунту втричі показник КП ¹³⁷Cs у плодах варіював у 10,8 раза. Є залежність щодо розподілу радіоцезію між деревиною та корою з лубом у штамбах і основних гілках першого порядку галуження. Питома радіоактивність ¹³⁷Cs у деревині в 2,5 - 15,7 раза менша, ніж у корі з лубом. Концентрація ¹³⁷Cs у коренях не залежала від наявності чи відсутності його в кореневмісному шарі ґрунту [8].

Певною мірою висвітлено співвідношення питомої радіоактивності ¹³⁷Cs у плодах, листках і пагонах абрикоса [9]. Знання джерел, швидкості та інтенсивності міграції радіонуклідів за формування дози є основою стратегії радіаційного захисту і застосування контрзаходів у сільськогосподарському виробництві, зокрема в плодівництві та ягідництві [10].

Досліджень із ягідною культурою аґрусом на радіоактивно забруднених осушуваних дерново-підзолистих ґрунтах за патентним пошуком не виявлено. Тому пошук напрямів отримання нормативно чистої продукції аґрусу за оптимізації агрохімічних контрзаходів є необхідним і актуальним.

В Україні аґрус належить до переліку нішевих культур. З урахуванням харчової цінності, лікувально-дієтичних якостей ягід, універсального використання аґрус має перспективи для вирощування в приватних і фермерських господарствах. Він невибагливий до ґрунтово-кліматичних умов вирощування та має велике різноманіття сортів із різними термінами достигання, що дає можливість споживати зрілі ягоди в свіжому вигляді до 30 - 40 днів. За даними ФАО за 2016 рік, аґрус вирощують у 18-ти країнах світу, серед яких -- Німеччина, Польща, Чехія, Угорщина, Австрія, Велика Британія, Норвегія, країни Прибалтики, Росія, Україна та ін. Першість у товарному виробництві ягід належить Німеччині, Росії та Польщі. За обсягами виробництва ягід аґрусу Україна займає 4-е місце в Європі, що становить 5% від світового валового виробництва.

Мета досліджень -- експериментально визначити можливість отримання нормативно чистої ягідної продукції аґрусу на осушуваних радіоактивно забруднених дерново-підзолистих ґрунтах Полісся.

Матеріали та методи досліджень

Дослідження з ягідною культурою аґрусом (Grossularia Mill) сорту Сварог проводили впродовж 2016 - 2020 рр. у тривалому стаціонарному лізиметричному досліді відділу землеробства і меліорації Інституту сільського господарства Полісся НААН. Ґрунт у лізиметрах -- дерново-середньопідзолистий супіщаний на морені. Глибина орного шару -- 20 -22 см з умістом гумусу 0,97%, рН -- 5,6, гідролітична кислотність -- 3,2 мг-екв./100 г ґрунту, уміст загального азоту -- 0,051%, рухомого фосфору й обмінного калію -- відповідно 103,2 та 69,2 мг/кг ґрунту. Щільність забруднення ґрунту ¹³⁷Cs у лізиметричних мікрополях -- 8,6 Кі/км². Уміст радіонуклідів у ґрунті, ягодах та органах аґрусу визначали на спектроаналізаторі енергій гамма-випромінення СЕГ-0,01 «АКП-С» згідно з методикою Укргідромету.

Технологія обмеження накопичення радіонуклідів рослинами за допомогою агрохімічних та агротехнічних засобів ґрунтується на застосуванні підвищених доз основних мікроелементів, варіюванні їх співвідношень, використанні різних способів локалізації добрив. Застосування цієї технології дає змогу знизити поширення радіонуклідів на забруднених землях залежно від каналу міграції та погодних умов у 1,5 - 6 разів [11].

Схемою досліду передбачено застосування мінеральних добрив під аґрус у нормі N₄₀P₉₀K₁₅₀ і проведення вапнування перед закладанням досліду нормою 3,5 т/га. Як добрива використовували аміачну селітру, амофос, хлористий калій, вапняковий матеріал Білокоровицького родовища Житомирської області.

Результати досліджень

Сьогодення ставить питання отримання нормативно чистої та якісної продукції ягідних культур в умовах радіоактивного забруднення території першої та другої зон, які освоюються аграріями та об'єднаними територіальними громадами. Проблема радіоекологічної безпеки в умовах зони Полісся, для якої типовими є дерново-підзолисті ґрунти, легкі за гранулометричним складом, із низьким умістом гумусу, кислою реакцією ґрунтового розчину, низькою абсорбційною здатністю, періодичним перезволоженням, що в комплексі сприяють високим міграції радіоактивних ізотопів і вірогідності проникнення радіонуклідів у ягідну продукцію, є дуже важливою.

Нині радіонукліди в ґрунтово-вбирному комплексі перебувають в обмінних і водорозчинних формах, входять до складу кристалічних решіток мінералів. Їх доступність рослинам залежить від гранулометричного складу ґрунту, реакції ґрунтового розчину, вмісту гумусу, суми ввібраних основ, системи удобрення та вологозабезпеченості впродовж вегетаційного періоду. Особливістю віддаленого періоду розвитку радіаційної ситуації є те, що включення радіонуклідів у трофічні ланцюги відбувається через кореневе їх надходження з ґрунту в рослини [4].

Рівень забруднення сільськогосподарської продукції залежить від питомої активності ¹³⁷Cs в ґрунті та його фізико-хімічних властивостей. Результати гама-спектрометричних досліджень зразків ґрунту з лізиметричних мікрополів засвідчили, що основна частка ¹³⁷Cs (84,8%) міститься в кореневмісному 0 - 20 см шарі ґрунту (рисунок). Нижче 20 см мігрувало лише 15,2 % радіонуклідів. Основна частина (80%) кореневої системи згідно з біологічними властивостями культури (добре розвинена мичкуватість, яка залягає в ґрунті на глибині 10 - 40 см і відходить у бік від куща на 50 - 60 см), поширюється в найбільш забруднених шарах дерново-підзолистого ґрунту, що підвищує вірогідність переходу радіонуклідів із ґрунту в рослини.

За результатами проведених досліджень установлено, що зі зменшенням показників питомої активності ¹³⁷Cs в органах рослини агрусу вони розмістилися так: коренева система, листя, молодий приріст, стигла ягода (табл. 1). У стиглих ягодах з унесенням збалансованої за елементами живлення норми мінерального добрива N₄₀P₉₀K₁₅₀ у середньому знизилася питома активність радіонуклідів у 2,6 раза, молодому прирості -- на 31,0%, листі -- 39,4%, кореневій системі -- на 37,2 % порівняно з контролем (без унесення добрив).

Накопичення ¹³⁷Cs рослинами контролюється генетичними системами, які відповідають за метаболізм калію [12]. При транспорті іонів через плазмолему H, K, NH₄, Rb ¹³⁷Cs конкурує за один і той самий переносник. Ізотопи цезію з подібними властивостями калію надходять у рослини з ґрунту у великих кількостях [13].

Кількісна характеристика акумуляції радіонуклідів рослинами відображається у величинах КП, які дають можливість порівняти інтенсивність надходження ізотопів у різних радіоекологічних умовах і виявити видоспецифічність у їх поглинанні [14, 15].

Гама-спектрометричними дослідженнями підтверджено, що вегетативна частина рослини аґрусу інтенсивніше акумулює Середньозважені показники питомої активності ¹³⁷Cs в лізиметричних мікрополях на дерново-підзолистому ґрунті (пошарово), Бк/кг ¹³⁷Cs, ніж генеративні органи, про що свідчить різниця в КП. Найвищий коефіцієнт переходу ¹³⁷Cs відзначено в кореневій системі (див. табл. 1). У контрольному варіанті (без унесення добрив) він становив 1,06. На другому місці за інтенсивністю надходження були молоді пагони з КП 1,0, на третьому -- листя -- 0,53. Найнижчий показник КП був у ягодах -- 0,08. З унесенням добрив (N₄₀P₉₀K₁₅₀) зменшувався перехід ¹³⁷Cs у кореневу систему на 32%, листя -- 26 %, у молодий приріст -- у 4,3 раза, ягоди -- в 4 рази.

1. Питома активність,37Cs в частинах рослини аґрусу (Бк/кг), коефіцієнти переходу та накопичення (середнє 2017-2020 рр.)