Аккумулирование радионуклидов растениями лесных фитоценозов
Коэффициенты
накопления цезия-137 растениями живого напочвенного покрова дубрав орляковых
были следующими: овсяница овечья — свыше 20, рамишия однобокая, вероника лекарственная,
вейник наземный — 6, купена лекарственная, брусника — 5, черника, ландыш
майский, орляк — 2, герань кроваво-красная— 1; стронция-90: овсяница овечья —
7, вейник наземный— 5, вероника лекарственная — 3, черника, купена лекарственная—
1, орляк — 7, купена лекарственная, герань кроваво-красная — 5, ландыш майский
— 3. [11]
Таблица 3. Содержание
изотопов в растениях живого напочвенного покрова в орляковых дубравах, Ки/кг
Растение
|
Радионуклид
|
137Cs
|
134Cs
|
40К
|
Орляк
|
2,3-10-6
|
2,5-10-7
|
–
|
Вейник
наземный
|
6,8-10-7
|
6,9-10-8
|
6.7-10-8
|
Майник
двулистный
|
1,5-10-6
|
1,7-10-7
|
8,4-10-8
|
Ландыш
майский
|
1,8-10-6
|
1,4-10-7
|
—
|
Плаун
годичный
|
1,6-10-6
|
1,5-10-7
|
—
|
Буквица
лекарственная
|
1,7-10-7
|
6,7-10-8
|
—
|
Орляк
|
5,6-10-7
|
3,8-10-8
|
__
|
Овсяница
овечья
|
2,0-10-7
|
2,2-10-8
|
9,7-10-8
|
Вейник
наземный
|
3,1-10-7
|
2,7-10-8
|
—
|
По общей
гамма-активности коэффициенты накопления в растительности распределены
следующим образом: мхи>гречишные, лилейные,сложноцветные> гераниевые>
норичниковые> лютиковые> розоцветные > злаковые > ситниковые >
папоротники > плауны> брусничные, мареновые > грушанковые >
первоцветные, зонтичные.
В связи с
выведением из сельскохозяйственного производства значительных площадей
естественных лугов и пастбищ, подвергшихся загрязнению радиоактивными выбросами
в результате аварии на ЧАЭС, все большую актуальность приобретает проблема
получения экологически чистой продукции в зонах с относительно невысоким (1—5
Ки/км2) уровнем радионуклидов в почве.
Создание
сенокосов на загрязненных территориях сопряжено с разработкой системы
агротехнических мероприятий, которые позволили бы, с одной стороны,
поддерживать оптимальный уровень продуктивности травостоев и качества кормов, с
другой — способствовали эффективному снижению аккумуляции радионуклидов в
надземной массе кормовых культур. Поэтому начиная уже с 1986 г. нами в условиях
дерново-подзолистых супесчаных почв Мозырского района Гомельской области исследовалось
влияние структуры агроценоза, минеральных удобрений и обработки почвы на
миграцию основных дозообразующих радионуклидов в системе почва—растение.
Радиологические исследования выполнялись на оказавшихся в зоне радиоактивного
загрязнения опытах, которые были заложены в 1985 г. с целью изучения
агротехнических и агрофитоценотических приемов повышения устойчивости и
продуктивности агроценозов многолетних кормовых трав.
После распада
короткоживущих радионуклидов в 1987 г. экспозиционная доза излучения в месте
расположения опытного участка составляла на высоте 1 м над поверхностью почвы
70—80 мкР/ч, на поверхности почвы — 80—100 мкР/ч, плотность радиоактивного
загрязнения в слое почвы 0—5 см составляла 4—4,5 Ки/км2. Таким образом,
представлялась возможность исследовать динамику миграции радионуклидов в сеянце
луговые травы на ненарушенной почве.
Опыты
закладывались по следующим схемам.
Опыт 1.
Одновидовые посевы и парные травосмеси на двух фонах минерального питания: 1)
люцерна синегибридная, 2) ежа сборная, 3) кострец безостый, 4) тимофеевка
луговая, 5) люцерна+ежа, 6) люцерна+кострец, 7) люцерна+тимофеевка.
Опыт 2.
Одновидовые посевы бобовых трав на фоне Р90К120: клевер луговой, клевер
розовый, клевер ползучий, клевер горный, люцерна синегибридная, люцерна
серповидная, ляд-венец рогатый, астрагал солодколистный, эспарцет песчаный.
Повторность
опыта трехкратная. Площадь опытных делянок 15 и2. Почвенные и растительные
образцы отбирались перед укосами. Радиоэкологический мониторинг осуществляли в
течение вегетационных сезонов 1986—1988 гг.
Учитывая
поверхностный характер загрязнения радионуклидами и слабую вертикальную
миграцию их на автоморфных дерново-подзолистых почвах, в 1989 г. исследовали
влияние перепашки почвы под многолетними травами на характер накопления радионуклидов
в органах вновь высеянных растений. Для этого в конце вегетационного периода
1988 г. дернина опытного участка была распахана, а весной 1989 г. после
дискования и культивации высеяны клеверо-ежовая и люцерно-ежовая травосмеси.
Фон минерального питания — предпосевное внесение полной дозы N12oP9oKi2o, а
затем поукосно — фосфорно-калийных удобрений (PSoKi2c). Контролем служили
нераспаханные участки со старовозрастным травостоем.
Установлено,
что суммарная радиоактивность почвы опытных участков в слое 0—5 см
последовательно снижалась с мая до сентября 1986 г. в диапазоне 10~7—10~~8
Ки/кг, достигнув относительно стабильного уровня в мае 1987 г. Удельная
гамма-активность почвы (еще не нарушенной) начиная с этого времени
соответствовала плотности загрязнения 2,6—3,0 Ки/км2 (опыт 1) и
2,1—2,3 Ки/км2 (опыт 2). Сравнение кривых динамики радиоактивности
почвы и сеяных трав показывает, что более резкое снижение уровня
радиоактивного загрязнения растений по сравнению с почвой за вегетационный
период 1986 г. обусловлено не только распадом короткоживущих радионуклидов, но
и в значительной степени ослаблением поверхностного загрязнения листьев трав
радиоактивными выпадениями. По уровню этого загрязнения в мае 1986 г.,
довольно четко выделяется группа клеверов (клевер луговой, ползучий и розовый),
а также лядвенец рогатый, что связано с опушенностью листовой поверхности
этих трав.
Поверхностное
загрязнение люцерны посевной, люцерны серповидной, астрагала и эспарцета было
существенно ниже, чем клеверов и лядвенца. Различия сохранились в основном и у
растений 2-го укоса (июль 1986 г.) у клевера лугового и розового удельная
радиоактивность надземной фитомассы почти на порядок превышала показатели
других видов, а в 3-м укосе (сентябрь 1986 г.) максимальная величина
радиоактивности отмечена у сильно опушенного клевера горного. В отличие от
бобовых трав у многолетних злаков (ежи сборной, костреца безостого, тимофеевки
луговой) растения 3-го укоса в 1986 г. отличались уже на порядок меньшими
показателями.
Известно, что
видовые и сортовые различия в накоплении основных дозообразующих радионуклидов
(l37Cs и 90Sr) кормовыми растениями являются теоретической основой для разработки
целенаправленного подбора сельскохозяйственных растений как способа
фитомелиорации почв, загрязненных радиоизотопами, и средства для уменьшения
содержания радионуклидов в продукции. Но дезактивирующий эффект выноса радиоизотопов
с надземной массой растений, обладающих высокой накопительной способностью,
значительно уступает по степени очищения почвы эффекту за счет естественного
радиоактивного распада. Поэтому подбор культур для севооборотов и агротехнических
приемов их рационального возделывания в загрязненных зонах остается в
настоящее время одним из реальных способов получения относительно «чистой»
кормовой продукции. По данным С. К- Фирсаковой (1974), накопление 90Sr сеяными
многолетними злаками после механической обработки и перезалужения
дерново-подзолистой почвы снизилось в 5—16 раз, а торфяной почвы — в 14—31 раз
по сравнению с естественными лугами.
Основной
агротехнический прием, ограничивающий поступление цезия-134 и цезия-137 из
почвы в растение,— применение калийных удобрений — связан с антагонистическим
характером отношения цезия и калия в почвенном растворе и эффектом
«разбавления» в надземной массе растений. Это нашло подтверждение и в
исследованиях белорусских ученых (Шугля, Агеец, 1990). Калийные удобрения в
комплексе с другими удобрениями снижают поступление цезия-137 в сельскохозяйственные
растения в 2—20 раз. Нейтрализация кислотности почвенного раствора известкованием
уменьшает накопление цезия-137 в урожае в 2—4 раза, а на легких по
гранулометрическому составу почвах увеличение дозы фосфорных и калийных удобрений
на фоне известкования снижает накопление изотопа цезия в растениях до 4—5 раз.
К сожалению,
роль азотных удобрений в миграции основных дозообразователей из почвы в
хозяйственно ценную часть кормовых травянистых растений освещена весьма
противоречиво. Многие исследования свидетельствуют об усилении под влиянием
минерального азота процесса миграции радиоактивного цезия в надземные органы
кормовых растений, особенно на высокоплодородных почвах. Так, при внесении
азота в аммонийной форме на черноземе концентрация цезия-137 в горохе возрастала
на 18—52%, а на дерново-подзолистой почве — на 72— 83%. В то же время азот,
внесенный в виде нитратов, практически не влиял на накопление радиоактивного
цезия в урожае. Также противоречивы сведения о значении минерального азота в
пострадиационном восстановлении структур растительной клетки. В настоящее время
считается целесообразным на почвах, загрязненных цезием-137 и стронцием-90,
применять азотные удобрения в составе полной минеральной подкормки со значительным
преобладанием калия и фосфора (Алексахин и др., 1991). Внесение азотных
удобрений рекомендуется проводить в таких дозах, которые обеспечивают наиболее
высокие прибавки урожая в данных почвенных условиях. [1]
Учитывая
нерешенность проблемы растительного белка в Беларуси (дефицит переваримого
протеина составляет в среднем 20—25%, в связи с чем себестоимость кормовой
продукции возрастает в 1,5 раза, а расход кормов — в 1,3—1,4 раза), весьма
актуально изучение роли азотных удобрений в миграции радионуклидов в сеяные
травы и регуляции этого процесса агрофитоценотическими приемами.
Исследования
влияния структуры посева и азотных удобрений на аккумуляцию радиоизотопов
цезия, стронция и плутония в надземной фитомассе люцерны и злаковых трав в
монокультуре и смешанных посевах выявили ряд особенностей этого процесса,
обусловленных как фитоценотическими факторами, так и воздействием минерального
азота, вносимого в почву в виде калийной селитры.
Влияние
совместного произрастания на аккумуляцию цезия-137 в надземных органах люцерны
и злаков определялось видовым составом травостоя: в люцерно-ежовой и
люцерно-кострецовой травосмесях в обоих компонентах поступление цезия
увеличивается (у люцерны на 30—78, у ежи на 15, у костреца на 16%)
относительно их монокультур. В люцерно-тимо-феечком травостое никаких изменений
не отмечено. Внесение азотных удобрений стимулировало поступление l37Cs в
растения люцерны, ежи и костреца в монокультурах, где содержание изотопа
возросло соответственно на 54, 36 и 16% по сравнению с без азотным фоном. В
люцерно-кострецовой смеси показатели накопления цезия, наоборот, снизились: у
люцерны на 71, у костреца на 21%. Тот же эффект наблюдался у ежи в смеси с люцерной
— внесение минерального азота сократило миграцию 137Cs на 22% по сравнению с
фосфорно-калийным фоном. Таким образом, наименее интенсивная миграция 137Cs и
отсутствие стимулирующего влияния на нее азотных удобрений наблюдались у
компонентов люцерно-тимофеечной смеси и в монокультуре тимофеевки.
Существенное
снижение (до 2—7 раз) аккумуляции Sr при внесении минерального азота в почву
отмечено в монокультурах люцерны и костреца, а также у компонентов
люцерно-кострецовой и люцерно-тимофеечной травосмесей.
В
люцерно-ежовой смеси азотные удобрения в 2,0—2,5 раза усилили поступление 90Sr
в надземную массу как бобового компонента, так и злака.
Как известно,
уменьшение загрязнения продуктами радиоактивного деления продукции
растениеводства с помощью внесения мелиорантов достигается через такие
основные механизмы, как увеличение урожая и тем самым «разбавление» содержания
радионуклидов на единицу веса урожая; повышение концентрации кальция и калия в
почвенном растворе; закрепление микроколичеств радиоизотопов в почве путем
внесения соответствующих соединений. И если полученные нами результаты по
изменению степени аккумуляции 137Cs и 90Sr в сеяных травах под воздействием их
совместного произрастания и внесения азотных удобрений можно рассматривать как
проявление этих механизмов через физиолого-биохимические взаимодействия
растений в агроценозах и их влияние на почвенную среду, то исследование
миграции плутония в системе почва—растение предполагает разработку подходов,
затрагивающих как почвенную химию, так и механизмы действия биотических и
агрохимических факторов на его поступление в корни и аккумуляцию в надземных
органах. Существует зависимость перехода плутония в раствор при снижении его
сорбции почвенными частицами от интервала значений рН, механического состава и
водно-воздушного режима почвы.
Сравнительный
анализ содержания гамма-излучающих радионуклидов в почве и травах до вспашки
(1988 г.) и после, вспашки дернины (1990 г.) позволяет судить об эффективности
этого агротехнического приема в снижении миграции радиоизотопов в растения.
Вспашка, заглубление верхнего (0—5 см) слоя почвы и последующая культивация при
сохранении прежней технологии выращивания трав способствовали «разбавлению»
концентрации радионуклидов в корнеобитаемом слое почвы. Суммарное содержание
гамма-излучателей в почве снизилось в среднем в 1,8 раза за счет двухкратного
уменьшения концентрации 137Cs и 134Cs, поскольку радиоизотопы цезия составляли
более 65% суммарной концентрации. Вторым по значимости радионуклидом был 4аК,
участие которого в общей гамма-активности почвы до вспашки составляло 23%, а
после обработки — 32%, т.е. оно не только не изменилось, но даже увеличилось в
результате внесения калийных удобрений перед повторным высевом трав, а затем
поукосно.
Таким образом,
на дерново-подзолистых почвах сельхозугодий с плотностью загрязнения 2—5
Ки/км2 гамма-активность сеяных трав определяется в основном 40К, концентрация
которого в почве сохраняется высокой за счет внесения фосфорных и калийных
удобрений, содержание в фосфорных удобрениях составляет 70— 120 Б к/кг, а с
внесением калийных удобрений в дозе 60 кг/га в почву поступает 1,35-10е Бк/кг
калия-40.
Эффект от
перепахивания почвы для равномерного перемешивания радионуклидов в пахотном
горизонте может проявляться в основном в злаках, поскольку поглощающая
деятельность корневых систем бобовых трав осуществляется по всему профилю
обработанного слоя.
Анализ
распределения радионуклидов цезия в корнях и надземных органах контрастных по
свойствам видов (ежи сборной, костреца безостого и лисохвоста лугового)
показал, что при внесении азотных удобрений в почву у ежи и костреца усиливается
миграция радионуклидов цезия из корней в надземные органы: если на безазотном
фоне соотношение удельной активности по цезию в корнях и надземной массе
составляло у ежи 1:3, а у костреца 5:1, то на азотном фоне — соответственно 1 :
20 и 1:1 (табл. 4.9). В то же время у лисохвоста лугового эти соотношения
составляли на безазотном фоне 6 : 1 и при внесении удобрений — 16 : 1.
Для более
детального исследования особенностей перераспределения цезия между подземными
и надземными органами был проведен вегетационный опыт с внесением в почву под
луговые злаки стабильных изотопов цезия. Опыты были заложены в сосудах
Митчерлиха на двух типах почвы: торфяно-болот-ной и дерново-глееватой
суглинистой, т. е. нами были охвачены наиболее распространенные луговые почвы.
Схема опыта: 7 видов луговых злаковых трав на безазотном фоне и на фоне
внесения азота. Минеральные удобрения вносили в почву перед набивкой сосудов в
виде солей: аммонийной селитры (на минеральной почве 1,71 г/сосуд, на
торфяной—0,40 г/сосуд). Аккумуляция радиоцезия (Бк/кг) многолетними злаками
Таким образом,
радиоэкологический мониторинг в луговых фитоценозах, проведенный в 1986—1990
гг. на пробных площадях естественных лугов, в разной степени удаленных от
ЧАЭС, и в агроэкосистемах на опытах с сеяными травами, позволяет сделать
следующие выводы.
1. Поступление
радионуклидов и аккумуляция их в луговой растительности в период наблюдений
определялись рядом факторов, в том числе количеством и элементным составом
после-аварийных радиоактивных выпадений и характером взаимодействия радионуклидов
с почвой, что в значительной мере повлияло на их доступность растениям,
поглощение и миграцию в надземные органы луговых трав.
2. В
послеаварийный период удельная радиоактивность растений в луговых фитоценозах
зоны загрязнения, представленных в основном злаковыми и разнотравно-злаковыми
ассоциациями, после резкого снижения в 1986—1987 гг. за счет распада
короткоживущих радионуклидов стабилизировалась на пробных площадях в
Гомельской области на уровне 10~8—10~6 Ки/кг, в Могилевской— 10-9—10-8, в Минской
— 10 -9—10-8 Ки/кг;
4. Для ряда
доминантных луговых растений установлены как межвидовые, так и внутривидовые различия
в аккумуляции радионуклидов. Внутривидовые различия наиболее контрастно проявляются
при сопоставлении уровней накопления гамма-излучателей на торфяных и минеральных
почвах. При близких показателях плотности загрязнения удельная гамма-активность
надземной фитомассы ценопопуляций одних и тех же видов в среднем на порядок
ниже на торфяниках по сравнению с дерново-подзолистыми почвами вследствие высокой
сорбирующей способности торфяной почвы, что обеспечивается присутствием в ней
значительного количества гумусовых и низкомолекулярных кислот.
5. Самые низкие
коэффициенты накопления гамма-излучающих радионуклидов, до 70—90% которых
составляют радиоизотопы цезия, отмечены у луговых доминантов на
торфяно-глеевых почвах (0,4—1,5). Значительно интенсивнее накопление
гамма-излучателей луговой растительностью происходит на минеральных почвах.
6. Коэффициенты
накопления радионуклидов на одной и той же почвенной разности могут существенно
(до 4—6 раз) различаться не только у представителей разных систематических
групп, но и у видов в пределах одного семейства, например мятликовых. Поэтому неправомерно
использование в сравнительной характеристике накопления радионуклидов луговой
растительностью такой таксономической единицы, как семейство. В основе анализа
аккумулирующей способности луговых трав в отношении отдельных дозообразующих радиоизотопов
должны лежать исследования морфофизиологических особенностей каждого доминанта
лугового сообщества с учетом ценотических отношений компонентов и
водно-физических и агрохимических параметров эдафотопа, определяющих концентрацию
обменных форм радионуклидов в почвенном растворе. [3]
Страницы: 1, 2, 3, 4
|