Оптимізація використання земель у відповідності із загально-екологічними критеріями в умовах радіаційного забруднення

Ключові слова: оптимізація, радіаційне забруднення, використання земель, охорона земель, загально-екологічні критерії.

Актуальність проблеми

Результати досліджень та їх обговорення

Суттєвий вплив на ведення сільськогосподарського виробництва в багатьох регіонах України мали наслідки Чорнобильської катастрофи. В результаті біля 20 % території України мають довготермінову базу для проявлення малих доз радіації. Дослідження методів проведення систем організаційних, еколого-економічних і технологічних заходів, що забезпечують стійке функціонування агроекосистем з урахуванням радіаційного фактору, не проводились. Були практично «згорнуті» землевпорядні роботи на радіаційно забруднених землях, недостатньо впроваджувались рекомендації по веденню сільського господарства в умовах забруднення радіонуклідами, в багатьох випадках був відсутній належний контроль за якістю продукції [2, 4, 9].

В наукових дослідженнях досі відсутній еколого-економічний аналіз зв'язків між ефективністю використання земельних ресурсів і господарсько-економічними факторами, проте окремі ланки цього зв'язку вивчались в різноманітних аспектах окремими фахівцями (як ґрунтознавцями, землевпорядниками, так і економістами). Однак розроблені раніше окремі земельно-охоронні заходи базуються лише на результатах фрагментарних (по ключових ділянках) і по компонентних (переважно ґрунтових і геоботанічних) досліджень. Такий підхід до фундаментальних досліджень в галузі раціонального землекористування, особливо в умовах радіаційного забруднення, не дає надійної основи наукового розміщення аграрного і промислового виробництва, обґрунтування земельно-охоронних заходів, не сприяє стійкості природного середовища [5].

Спроба ставити і вирішувати задачі раціонального використання і охорони земель ізольовано, як правило, не мала успіху завдяки некомплексної системи заходів попередження негативних господарських і природних явищ, досягнення любою ціною прискореного ефекту. Задачі перебудови землекористування і рівень наукових досліджень, що проводяться, неадекватні. Сучасне землекористування і сільське господарство в цілому знаходяться в протиріччі з багатьма сторонами життя біосфери. Екологізація розвитку агропромислового комплексу вимагає рішення багатьох наукових і технічних проблем[3].

Радіологічною наукою встановлено, що землі забруднені радіонуклідами зі щільністю більше 15 км² для сільськогосподарського виробництва. Тому першим критерієм оптимізації використання земель є щільність забруднення радіонуклідами.

На основі даних про щільність забруднення радіонуклідами визначаться площі сильно забруднених земель, які виводяться з сільськогосподарського обігу. Решта площ оцінюються за степенем придатності для окремих сільськогосподарських культур.

Основними радіонсилідьми, що визначають радіаційне забруднених територіях є цезій-137 і стронцій-90. В зв'язку з тим, що співвідношення між активністю радіонуклідів стронцію 90 та цезію-137 в ґрунті не перевищує 0,01, а значення стронцію в формуванні дози опромінення людини в порівнянні з цезієм незначне, оцінка плану проводиться по останньому.

Третім критерієм оптимізації використання земель є залежність ступеню забрудненості сільськогосподарської продукції радіонуклідами від ґрунтових умов вирощування.

Проведеними раніше дослідженнями визначено, що сільськогосподарським культурам властиве неоднакове накопичення радіонуклідів. Так, в умовах Поліського району Київської області найбільш низькими рівнями забруднення характеризуються такі культури, як кукурудза, ячмінь, озиме жито, картопля. Більш високі рівні забруднення продукції характерні для багаторічних бобових і злакових трав, гороху, вівсяних сумішей і гречки. Питома активність ізотопів радіоцезію в зеленій масі кукурудзи на дерново-підзолистих глеюватих супіщаних ґрунтах складає 2,34.10 Кі/кг, тоді як для багаторічних злаково-бобових трав - 7,79.10 Ki/кг, тобто перевищує в 33,2 рази.

В умовах Маневичського району Волинської області найбільш низьким рівнем забруднення характеризуються такі культури, як овочі, озима пшениця, озиме жито, ячмінь, овес, картопля, кормові коренеплоди, кукурудза на силос і зелений корм, однорічні трави, високим - люпин, однорічні трави і дуже високим - природні кормові угіддя, де (забрудненість рослинності коливалась від 1,7.10 до 4,87.10 Кі/кг.

В Таращанському районі Київської області (Лісостеп) найбільш низькими рівнями забруднення зерна характеризувалися такі культури, як озима пшениця і кукурудза, більш високим - ячмінь і овес, а найбільш високими гречка, горох, багаторічні злаково-бобові і бобові трави. При щільності забруднення 10 Кі/км² на чорноземах опідзолених питома активність радіоцезію в продукції (зерна) озимої пшениці (9,26.10 Кі/кг) нижче аналогічного показника для багаторічних трав на сіно (2,37.10 Кі/кг) в 25,6 разів.

Для цезію-137, стронцію-90 і великої групи інших радіонуклідів при збільшенні кислотності зростає інтенсивність переходу радіонуклідів в рослини. Перехід радіоцезію в рослини і накопичення у врожаї на кислих дерново-підзолистих ґрунтах в 2-5 разів вище, ніж з ґрунту з слабкокислою або нейтральною реакцією середовища.

Радіаційне становище на забруднених територіях ускладнюється такими агроекологічними факторами:

- розповсюдженням дерново-підзолистих піщаних і супіщаних ґрунтів з кислою та сильнокислою реакцією, а також торфово-болотних ґрунтів, що характеризуються значним переходом радіоцезію в рослини;

- недостатнім вмістом мікроелементів в ґрунтах;

- наявністю перезволожених кормових угідь.

Особливість кормових угідь обумовлюється їх перезволоженням, а також періодичним затопленням паводковою водою. Крім того, більша частина радіонуклідів на сінокосах і пасовищах знаходиться у верхньому шарі ґрунту, що поряд з вищезазначеними факторами формує радіологічний стан на кормових угіддях. В ґрунтах природних кормових угідь, які часто затоплюються і мають високий рівень ґрунтових вод спостерігається не тільки інтенсивна вертикальна міграція цезію-137 в глибину профілю ґрунту, але і інтенсивне поглинання його луговими рослинами. Па перезволожених заплавних угіддях перехід радіонуклідів цезію-137 в рослини в 2,5- 5 разів вищий, ніж на суходольних з аналогічним ґрунтовим покривом.

Все вище викладене обумовило при застосуванні критерію оптимізації використання земель на основі визначення площ ґрунтів в залежності від ступеню забруднення сільськогосподарської продукції радіонуклідами виділення трьох груп.

I група з долею забруднення продукції до 10 % від контрольного рівня, тобто найбільш «чисті» ґрунти, які мають щільність забруднення не більше 1 Кі/ км²;

II група з долею забруднення продукції від 10 до 95 % від контрольного рівня, тобто решта ґрунтів різної щільності забруднення, які можуть бути використані в сільськогосподарському виробництві з застосуванням відповідних заходів по зниженню накопичення радіонуклідів в продукції.

III група - з долею забруднення продукції більше 95 % від контрольного рівня, тобто які не використовуються в сільськогосподарському виробництві без проведення дезактивації.

Четвертим критерієм оптимізації використання земель є наявність площ ґрунтів в залежності від їх придатності для вирощування сільськогосподарських культур в умовах радіаційного забруднення. Для цього використовуються дані оцінки земель і розроблена на їх основі класифікація земель.

Спочатку був проведений аналіз розподілу земель об'єктів дослідження за агрорадіологічною придатністю. Були виділені землі:

- придатні під ріллю;

- переважно сінокісно-пасовищного значення;

- меліоративного фонду; несіль- ськогосподарського значення.

Класи земель виділяються у порядку нарощування родючості і зменшення коефіцієнтів переходу радіонуклідів в рослини.

Потім проводиться класифікація орних земель по придатності ґрунтів для вирощування основних сільськогосподарських культур.

Така класифікація дозволяє ранжирувати ділянки ріллі по їх якості і ступеню задоволення агробіологічних потреб окремих сільськогосподарських культур, що відображається відповідними шкалами.

Для цього по кожній з трьох груп, що виділені раніше (з долею забруднення радіонуклідами від контрольного рівня до 10 %, від 10 до 95 %) по кожній щільності забруднення (01, 1-5, 5 10, 10-15 і більше 15 Кі/км²) експертним шляхом в залежності від якості ґрунту у відповідності з попередньо розробленою шкалою придатності ріллі для вирощування сільськогосподарських культур по кожній агровиробничій групі ґрунтів проставлялись значення підкласів придатності ґрунтів. В результаті, якщо в І групу по ступеню забруднення входили ґрунти І підкласу, то вони відносились до І групи в залежності від ступеню забруднення радіонуклідами сільськогосподарської продукції та агроекологічних умов виробництва, тобто до найбільш придатних земель. Якщо в І групу по ступеню забруднення входили ґрунти 11 підкласу, то вони відносились до II групи в залежності від ступеню забруднення радіонуклідами сільськогосподарської продукції та агроекологічних умов виробництва, тобто до обмежено придатних земель, якщо III або IV підкласів - то до III групи земель низької придатності, а якщо V підкласу - то до IV групи - непридатних земель. Аналогічно і по інших групах по ступеню забруднення радіонуклідами площ і агровиробничих груп ґрунтів відносились до груп в залежності від ступеню забруднення радіонуклідами сільськогосподарської продукції та агроекологічних умов виробництва, тобто:

- до найбільш придатних земель;

- до обмежено придатних земель;

- до земель низької придатності; до непридатних земель.

П'ятим критерієм оптимізації використання земель с наявність площ еколого-технологічних груп земель.

В умовах радіонуклідного забруднення водно-ерозійні процеси сприяють перерозподілу радіонуклідів і забрудненню ними раніше чистих територій. За даними Шелякіна Н.М. та Білолипського (1992) доля горизонтальної міграції радіонуклідів на схилових землях складає 50-80 % в залежності від інтенсивності ерозійних процесів. Проведені дослідження показали, що при початковому однаковому рівні забруднення ґрунтів, щільність забруднена в місцях транзиту стоку, де змивається мелкозем, зменшується на 15-80 %, а в місцях акумуляції продуктів змиву щільність забруднення збільшується від 10 до 200 %.

Результати розрахунків перевіряються на оптимальність, для чого проводиться:

- перевірка на оптимальність насичення сівозмін окремими культурами;

- порівняння площ еколого-тех- нологічних груп земель з площами відповідних сівозмін в розрізі полів і робочих ділянок;

- оцінка попередників;

- аналіз додержання оптимального терміну повернення сільськогосподарських культур на попереднє місце вирощування.

Насичення сівозмін с. г. культурами залежить від встановлених обсягів виробництва з урахуванням ґрунтово-екологічних факторів і недопущення значних втрат ґрунту за рахунок ерозії. Але практика ведення сільського господарства, розвиток нових форм власності і сучасних економічних методів ведення господарства в деякій мірі погіршили екологічне становище, призвели до порушення оптимальності насичення сівозмін окремими культурами.

Аналіз на основі оцінки попередників передбачає чотирьохбальну оцінку:

- добрі - 3 бали,

- допустимі (посередні) - 2 бали,

- умовно посередні (можна сіяти тільки при застосуванні додаткових заходів) 1 бал,

- погані (сіяти після попередника не можна) - 0 балів.

Суттєвим критерієм оптимізації використання земель є змив ґрунтів.

Узагальнення багаточисельних даних про залежність вмісту гумусу в ґрунтах від еродованості їх показує, що слабозмиті ґрунти містять його в середньому на 69-86 %, середньозми- ті на 51-63 % менше в порівнянні з нееродованими аналогами.

Встановлено, що зі збільшенням ступеню змиву ґрунтів в них знижуються такі важливі показники, як максимальна гігроскопічність, число пластичності. Підвищується питома і об'ємна маса, що пов'язана зі зменшенням кількості гумусу і зростанням вмісту крупного пилу. Еродовані ґрунти характеризуються більш низькими показниками польової вологоємкості, водопроникнення і підвищеною об'ємною масою.

Прогресуюче розрушення ґрунтового покриву в агроландшафтах супроводжується забрудненням всього природного середовища. Значна міграція азоту в ґрунтах, особливо при внесенні великих норм добрив, створює потенційну небезпеку переходу його в водні джерела. Фосфор і калій в менших кількостях мігрують з рідким стоком, але для розвитку негативних наслідків, особливо в замкнутих водоймищах, достатньо незначного підвищення їх концентрації.

Все це має велике значення на радіаційно забруднених землях. Коефіцієнти переходу радіонуклідів з ґрунту в рослини на змитих землях збільшуються в 1,5-2 рази в порівнянні з повнопрофільними.

Функцією цілі в економіко-мате- матичній моделі оптимізації використання земель може бути:

- максимум прибутку з 1 га посіву;

- максимум виходу кормових одиниць;

- максимум виходу зернових одиниці;

- максимум виходу перетравного потенціалу;

- мінімум змиву ґрунтів;

- максимум товарної продукції в порівняльних цінах.

Модель має блоковий характер: три блоки еколого-технологічних груп земель і загальногосподарський блок. Вона с базовою, враховує елементи ґрунтозахисної системи землеробства і на її основі можливо розробляти моделі для різних форм спеціалізації) та напрямків виробництва.

Ще одна модель була побудована на основі 56 рівнянь з цільовою цією максимум товарної продукції в порівняльних цінах. Три блокиїї визначали землі інтенсивного використання, землі обмеженого використання і землі низької придатності, четвертий - загальногосподарської. Тобто в цій моделі застосовувались результати аналізу проведеному на основі критерію визначення площ ґрунтів в залежності від придатності ґрунтів для вирощування сільськогосподарських культур в умовах радіаційного забруднення, коли були визначені площі найбільш придатних земель, обмежено придатних земель, земель низької придатності. Непридатні землі в розрахунках не використовувались .

Реалізація моделей дозволяє визначити оптимальну структуру посівних площ в залежності від ступеню забруднення сільськогосподарської продукції та агроекологічних умов виробництва. Ці застосування в проектуванні дозволять підвищити ефективність використання земель.

На основі оптимальної структури посівних площ можливо провести розрахунки:

- накопичення радіонуклідів в сільськогосподарській продукції;

- по оптимізації сівозмін з застосуванням рекомендованих схем розміщення сільськогосподарських культур і іншої нормативної інформації.

Для розрахунку накопичення радіонуклідів в сільськогосподарській продукції попередньо визначались коефіцієнти виносу радіонуклідів а урожаем сільськогосподарських культур по 24-х видах сільськогосподарської продукції при щільності забруднення:

- Кі/км²;

- 5 Кі/км²;

- 5- 10 Кі/км²;

- 1Р-15 Кі/™²;

t - група земель в залежності від ступеню забруднення та агроекологічних умов виробництва (tj - землі інтенсивного використання, t₂ - землі обмеженого використання, t₃_ землі низької придатності);

Z - рівень забруднення і-го виду продукції на j - ої агровиробничій групи ґрунтів при щільності забруднення радіонуклідами m₃ від 0 до 1 Кі/км², т₂від 1 до 5 Кі/км², т₃ від 5до10 Кі/км²,т₄ від10 до 15 Кі/км²;

U - урожайність i-o ї культури, або вихід і-го виду сільськогосподарської продукції в t-ій групі земель;

Rt - винос радіонуклідів з усієї площі в t-ій групі земель;

P_tt - площа i-ої культури в t-ій групі земель.

Приклад розрахунків наведений в табл.1.

Визначення оптимальних сівозмін передбачає попередній розрахунок питомої ваги кожної еколого-технологічної групи земель в існуючих сівозмінах. Потім, на її основі, кількості полів у сівозміні і зонального розташування господарства з введених рекомендованих схем розміщення сільськогосподарських культур вибирається найбільш придатна схема чергування культур і виводиться на екран дисплею. Поряд виводиться фактичне розміщення сільськогосподарських культур по полях і ділянках за два останні роки, які співставляються з рекомендованими і по кожному полю і ділянці проектується сівозміна перехідного періоду. При цьому в діалоговому режимі знаходяться варіанти поєднання оптимальності сівозмін по горизонталі і вертикалі, тобто по роках ротації по кожному полю (з урахуванням фактичного розміщення культур за два роки) і чергуванням полів (з урахуванням рекомендованої схеми сівозміни). Далі проводиться аналіз розроблених сівозмін на оптимальність з застосуванням критеріїв:

- порівняння площ еколого-технологічних груп земель з площею відповідних сівозмін в розрізі полів і робочих ділянок;

- оцінки попередників;

- аналізу додержання оптимального терміну повернення сільськогосподарських культур на попереднє місце вирощування;

- розрахунку змиву ґрунтів;

- розрахунку накопичення радіонуклідів в сільськогосподарській продукції.

ОПТИМИЗАЦИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗЕМЕЛЬ В СООТВЕТСТВИИ С ОБЩЕ ЭКОЛОГИЧНЫМИ КРИТЕРИЯМИ В УСЛОВИЯХ РАДИАЦИОННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ.