Спросить
Войти
ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И НАКОПЛЕНИЕ В УРОЖАЕ 137Св И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ПОЧВАХ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ
А.Н. Ратников, Т.Л. Жигарева, Д.Г. Свириденко,
Г.И. Попова
Всероссийский НИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН,
Обнинск, 249032, Россия
Ведение сельскохозяйственного производства на техногенно-загрязненных территориях показало, что проблема реабилитации сельскохозяйственных угодий носит долговременый характер. Представлены экспериментальные данные по оценке эффективности различных мероприятий по снижению перехода загрязнителей в растения.
Научно-технический прогресс и связанные с ним резкий подъем промышленного производства и интенсификация сельскохозяйственного производства приводят к загрязнению окружающей среды — воздуха, воды, почвы, продуктов питания.
Сложная проблема регулирования окружающей среды приобрела большое значение и диктует необходимость научно-обоснованной оптимизации взаимодействия общества с природой, ключевым звеном которой являются экологически оптимальные системы ведения сельскохозяйственного производства. Эта проблема наиболее актуальна для районов, пострадавших от аварии на ЧАЭС, а также подверженных воздействию выбросов крупных промышленных предприятий. Именно там для достижения высокого уровня защиты населения от техногенной нагрузки радиационного и химического характера необходимо внедрение экологически обоснованных систем ведения сельскохозяйственного производства, способных не только снизить дозовую нагрузку на организм, но и снизить потребление химических токсикантов с продуктами питания. Разработка и обоснование таких систем должны базироваться на четких представлениях о поведении антропогенных загрязнителей в агроценозах, в том числе и объектах сельскохозяйственной сферы, а также на достоверной информации об уровнях загрязнения химическими токсикантами сельскохозяйственных угодий в регионах радиационного риска.
Ведение сельского хозяйства на территории, загрязненной долгоживущими радионуклидами, за 17 лет, прошедших с момента аварии на ЧАЭС, показало, что известкование, внесение минеральных, органических удобрений, естественных мелиорантов позволило производить продукцию растениеводства, соответствующую допустимым уровням по содержанию 137С8 (Головатый С.Е., 2002). За счет проведения мероприятий в растениеводстве и кормопроизводстве существенно снизилась доза внутреннего облучения населения, обусловленная потреблением загрязненных радионуклидами продуктов питания. Следует отметить, что наибольшей эффективность мероприятий по ограничению аккумуляции 137С8 в урожае сельскохозяйственных культур была в первые годы после аварии на ЧАЭС. Результаты многолетних полевых экспериментов позволили разработать рекомендации по оптимальному применению минеральных, органических удобрений, извести и естественных мелиорантов. Установлено, что применение двойной дозы как фосфорных
(Рхso)> так и калийных удобрений (Ki80), для снижения накопления 137Cs в растениях в отдаленный период после аварии не всегда эффективно с радиологической точки зрения.
На техногенно загрязненных территориях содержание тяжелых металлов в продукции растениеводства является дополнительным к радиоактивному негативным фактором, совместное воздействие которых в настоящее время мало изучено. Для создания благоприятной среды обитания человека в районах, пострадавших от аварийных выбросов, следует уделять внимание не только снижению дозовой нагрузки на организм, но и снижению накопления тяжелых металлов в продукции растениеводства. Поэтому в настоящее время изучение миграции тяжелых металлов в системе почва-растение имеет важное значение (Ягодин Б.А., 1995).
Поведение тяжелых металлов в системе почва-растение определяется множеством факторов, таких как концентрация и формы нахождения их в почве, содержание гумуса, механический и минералогический состав почв, значение кислотности почвенного раствора, уровень окислительно-восстановительного потенциала, биологические особенности растений. Ввиду многообразия факторов и их сочетаний в агросфере поведение в почве и поступление тяжелых металлов в растения изучены недостаточно (Анненков Б.Н., Аверин B.C., 2003).
В мелкоделяночном опыте на дерново-подзолистой супесчаной почве изучали влияние загрязнения Со (15-50 мг/кг), Cd (50-300 мг/кг), РЬ (1000-3000 мг/кг) на продуктивность и поступление этих элементов в урожай ячменя, овса и яровой пшеницы. Достоверное снижение урожая опытных культур наблюдалось при минимальной дозе загрязнения почвы тяжелыми металлами. Максимальные дозы тяжелых металлов снизили урожай зерна на 67-87% при внесении кобальта, на 94-99% — кадмия и на 82-84% — свинца. При изучении влияния различных соединений тяжелых металлов, вносимых в почву, в опыте с овсом установлено, что нитраты, хлориды, сульфаты, карбонаты и оксиды Со, Cd и РЬ практически не различались по действию на урожай. Результаты оценки трансформации тяжелых металлов в почве в течение двух лет после внесения показали, что 95,5% Со, 59,6% Cd и 90,8% РЬ находилось в почве в труднодоступной для растений форме (сумма кислоторастворимой и прочнофиксированной). Размеры потенциально доступной для растений обменной формы относительно невелики для свинца и кобальта, а для кадмия составляют значительную величину — 40% от внесенного количества, что и определяет его большую подвижность в системе почва-растение.
Накопление тяжелых металлов в растениях, как правило, находится в прямой зависимости от концентрации их в почве (Сельскохозяйственная..., 1991). В наших опытах с зерновыми культурами эта закономерность была четко выражена. Так, при внесении Со в дозе 15 мг/кг содержание его в зерне ячменя и пшеницы было 0,1 мг/кг, а овса — 0,6 мг/кг. Повышение дозы Со до 50 мг/кг почвы способствовало увеличению накопления его в зерне более чем в 10 раз. В свою очередь, при загрязнении почвы Cd в дозе 50 мг/кг содержание его в зерне пшеницы составляло 1,0, ячменя — 0,7 и овса — 0,9 мг/кг, а возрастание дозы до 200 мг/кг привело к повышению аккумуляции Cd в зерне и составило для ячменя, овса и пшеницы 2,0, 5,5 и 3,3 мг/кг соответственно. Загрязнение почвы РЬ в дозе 1000 мг/кг способствовало накоплению его в зерне пшеницы до 2,6; ячменя — 3,6 и овса — 7,2 мг/кг, а удвоение дозы внесения свинца увеличило содержание его в зерне пшеницы до 3,4, ячменя — 8,1 и овса — 9,4 мг/кг. Накопление тяжелых металлов в урожае зерновых культур не зависело от химической формы их соединений, вносимых в почву.
В условиях полиэлементного загрязнения почв, как наиболее распространенного варианта техногенеза, в накоплении тяжелых металлов растениями возможны аддитивный, синергический или антагонистический эффекты.
В микрополевом опыте на дерново-подзолистой супесчаной почве, загрязненной СсЗ и РЬ (10 и 100 мг/кг соответственно), наблюдалось снижение накопления указанных элементов в зерне и повышение их содержания в соломе ячменя по сравнению с загрязнением почвы одним из этих металлов. Комплексное загрязнение почвы Сс! и РЬ привело к увеличению поступления их в клубни картофеля. Даже очищенные от кожуры клубни и кожура картофеля на этом варианте опыта содержали Сс1 и РЬ на 10-20% больше, чем при внесении этих металлов раздельно.
В вегетационном опыте на различных почвах изучали влияние тяжелых металлов на размеры перехода радионуклида в урожай пшеницы при радиоактивном и химическом загрязнении, на почвах: пойменная песчаная, пойменная супесчаная, дерново-подзолистая супесчаная окультуренная. Результаты исследований показали, что накопление 137Св в зерне пшеницы при внесении 3-20 мг/кг Сс! в пойменную песчаную почву повышается в 1,5 раза. Внесение кадмия в пойменную супесчаную почву снижает накопление 137Св в зерне пшеницы в 2 раза и практически не оказывает влияния на поступление радионуклида в растения из дерново-подзолистой супесчаной почвы. Внесение РЬ в дозе 20 мг/кг способствовало ограничению аккумуляции 137Св в зерне пшеницы в 1,4-2,0 раза на пойменной супесчаной и дерново-подзолистой супесчаной почвах. Накопление 137Св зерном пшеницы на пойменной песчаной почве при внесении РЬ в дозе 20 мг/кг повышается в 1,5 раза по сравнению с контролем. Повышение дозы внесения РЬ до 100 мг/кг способствовало увеличению поступления 137С$ в зерно пшеницы в 1,3-2,0 раза на всех исследуемых типах почв. Влияние кобальта на поступление в растениях 137Сз было идентично влиянию кадмия (табл.).
Таблица
Коэффициенты накопления ШС$ (п*10&2) в яровой пшенице на различных почвах Нечерноземной зоны при внесении тяжелых металлов
Вариант Пойменная песчаная Пойменная супесчаная Дерново-подзолистая супесчаная
зерно солома зерно солома зерно солома
№К - фон 9,3 56 9.8 30 2,6 7,6
Фон + Сс1з 13,1 46 7.8 19 2,1 5,8
Фон + С(1ю 13,6 38 5.7 14 2,1 3,6
Фон + СсЬо 13,3 37 4.9 14 2,2 6,2
Фон + РЬоо 14.3 41 4.3 15 1.9 10,3
Фон + РЪ50 15.9 56 8.1 21 2,8 12,2
Фон + РЬюо 17.1 34 8.7 20 3,1 8,3
Фон + Созо 14.9 41 5.2 16 2.1 6,9
Известкование кислых почв, загрязненных тяжелыми металлами, служит одним из способов снижения их перехода из почвы в растения. В серии вегетациной гидролитической кислотности способствовало снижению накопления Со и РЬ в зерне ячменя, овса и яровой пшеницы в 1,5-2,5 раза. При загрязнении почвы Cd эффективность известкования была меньше и составляла 1,4-1,9 раза.
На основании проведенных исследований установлено, что размеры накопления тяжелых металлов (Со, Cd, РЬ) в урожае сельскохозяйственных культур зависят от степени загрязнения почвы тяжелыми металлами. Продуктивность растений и накопление тяжелых металлов в урожае не зависит от формы соединений токсикантов, вносимых в почву. При комплексном загрязнении почвы Cd и РЬ наблюдается увеличение накопления этих элементов в соломе ячменя и клубнях картофеля по сравнению с загрязнением почвы одним из указанных металлов. В то же время в зерне ячменя Cd и РЬ накапливаются в меньшей степени при совместном их внесении.
Внесение Cd, РЬ и Со в почву, загрязненную 137Cs в результате аварии на ЧАЭС, способствовало увеличению аккумуляции радионуклида в зерне пшеницы на пойменной песчаной почве и снижению его накопления на дерново-подзолистой супесчаной.
Известкование почв по полной гидролитической кислотности является эффективным способом ограничения накопления тяжелых металлов в урожае сельскохозяйственных культур, особенно на почвах, загрязненных Со и РЬ.
Головатый С.Е. Тяжелые металлы в агроэкосистемах. 2002 г. - 240 с.
Ягодин Б.А. Тяжелые металлы и здоровье человека. Химия в сельском хозяйствен.
Анненков Б.Н.. Аверин B.C. Ведение сельского хозяйства в районах радиоактивного
загрязнения. Минск. 2003. — 110 с.
Сельскохозяйственная радиоэкология. Экология, М. 1991. — 396 с.
THE PRODUCTIVITY OF AGRICULTURAL CROPS AND ACCUMULATION IN YIELD 137CS AND HEAVY METALS ON NONCHERNOZEM SOILS
A.N. Ratnikov, T.L. Jigareva, D.G. Sviridenko, G.I. Popova
Russian Institute of Agricultural Radiology and Agroecology,
Obninsk, 249032, Russia.
The accumulation in yield 137Cs and heavy metals on non-chernozem soils has been investigated. The application different types of fertilizers, as well as lime can reduce 137Cs and heavy metals accumulation in the yield of agricultural crops.
