ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2007, № 1, с. 106-112
ДЕГРАДАЦИЯ, ^^^^^^^^^^
ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.416.7:631.438.2:574
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОПТИМУМЫ НАСЫЩЕННОСТИ КАЛЬЦИЕМ
ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ 137Сэ И 908г
© 2007 г. Ю. В. Путятин, Т. М. Серая
Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие "Институт почвоведения и агрохимии Национальной Академии наук Беларуси",
220108, Минск, ул. Казинца, 62 Поступила в редакцию 02.06.2004 г.
В полевых экспериментах на дерново-подзолистой супесчаной почве установлены тесные отрицательные зависимости между биологической доступностью 908г и 137Сб для сельскохозяйственных культур и содержанием обменного кальция в почве. Эффективность насыщения почвы обменным кальцием в дискриминации 908г значительно выше на почвах с низкой обеспеченностью данным элементом питания растений. Минимум биологической доступности 908г для большинства исследуемых культур отмечен при содержании в почве обменного кальция на уровне 1200-1400 мг/кг (6.0-7.0 мг-экв/100 г), минимум биологической доступности 137Сб - при содержании кальция 1000-1100 мг/кг почвы (5.0-5.5 мг-экв/100 г). Продуктивность сельскохозяйственных культур существенно варьировала в зависимости от содержания в почве обменного кальция.
ВВЕДЕНИЕ
Среди физико-химических свойств почв, влияющих на накопление 137С8 и 908г в растениях, нужно отметить гранулометрический состав, емкость поглощения и состав катионов, концентрацию обменного калия и кальция, минералогический состав и другие факторы внешней среды [2, 11, 12, 14, 15]. Физико-химическое состояние радионуклидов в почве и в первую очередь количество их мобильных форм является определяющим фактором в процессах миграции радиоцезия и радиостронция в почвенном профиле и по биологическим цепочкам. 908г сорбируется твердой фазой почвы значительно слабее, чем 137С8 [7]. По сравнению с 137С8, у которого доля фиксированной фракции составляет 83-98% от валового содержания в почве, содержание 908г в прочносвязан-ной форме не превышает 7-12% [3]. Высокая степень подвижности 908г в почве определяет высокие коэффициенты перехода радиоизотопа из почвы в растения, которые в среднем на порядок выше, чем у 137С8 [9]. По энергии адсорбируемо-сти атомы 8г в лиотропном ряду занимают промежуточное место между Ба2+ и Са2+ и, соответственно, энергия сорбции атомов 908г и Са почвенными коллоидами (анионами кристаллической решетки глинистых минералов и органическими соединениями) неодинакова [8]. Корневое поглощение радионуклидов из почвенного раствора является процессом, контролируемым физиологией растения. Транспорт Са осуществляется преимущественно в апопласте путем свободной диффузии, ускоряемой транспирацией, в объеме клеточной стенки, где часть ионов находится в растворе, идентичном внешнему почвен-
ному раствору [16]. Особенно сильными накопительными свойствами обладают клеточные оболочки. По данным Матусова с соавт. коэффициент накопления 137С8 оболочками клеток в зависимости от условий эксперимента изменялся от 67 до 265. Коэффициент накопления 908г при всех условиях превышал 3000. Такие высокие значения коэффициентов накопления клеточной стенкой, вероятно, являются следствием отрицательного заряда, имеющегося на оболочках растительных клеток. Этот отрицательный заряд, очевидно, способствует адсорбции положительно заряженных ионов этих веществ на клеточной стенке и дальнейшему их прохождению внутрь клетки [6].
На загрязненных радионуклидами землях используются повышенные дозы известковых удобрений для доведения реакции почвенной среды до оптимального уровня и насыщения почвенного поглощающего комплекса кальцием. Несмотря на определенную зависимость между рН и обменным кальцием, почвы, имеющие одинаковую кислотность, могут существенно отличаться по содержанию обменного кальция и, соответственно, иметь различные коэффициенты перехода 137С8 и 908г в растения. Основные массивы почв, загрязненных Чернобыльскими выпадениями, находятся в Гомельской обл. Республики Беларусь, где средневзвешенное содержание обменного кальция в пахотных почвах составляет 646 мг/кг (3.23 мг-экв/100 г), доля пахотных почв с низкой обеспеченностью этим элементом составляет 51% [1].
Цель наших исследований заключалась в изучении влияния насыщения дерново-подзолистой
супесчаной почвы обменным кальцием на интенсивность поступления радионуклидов в сельскохозяйственные растения.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Стационарный полевой эксперимент. Исследования проводились в течение 1993-2003 гг. в полевом стационарном опыте, на экспериментальной базе "Стреличево" Хойник-ского р-на Гомельской обл. Республики Беларусь. Почва: дерново-подзолистая супесчаная, подстилаемая с глубины 0.7 м моренным суглинком, с исходным содержанием гумуса - 2.1%, рН KCl - 4.9, гид-ролической кислотностью № - 2.4 мг-экв/100 г почвы, S (сумма поглощенных оснований) -4.9 мг экв/100 г почвы, насыщенностью основаниями^ - 55%; с содержанием подвижных форм Р205 - 142-164 мг/кг почвы, К20 - 135-148 мг/кг почвы, обменных форм Са - 2.6 мг-экв/100 г, Mg -0.35 мг-экв/100 г почвы. Плотность загрязнения почвы 137Cs - 407 кБк/м2, 90Sr - 41 кБк/м2.
В опыте возделывали сельскохозяйственные культуры в следующей последовательности на фоне NPK: яровой рапс (N90P90K120), люпин (N30P90K120), яровую пшеницу (N70P90K120), картофель (N70P90K120), ячмень (N60P90K120), райграс однолетний (N30P90K120), клевер луговой (P90K120). Схема опыта включала варианты с тремя уровнями кислотности почвы, создаваемых внесением мела в дозах 6 и 18 т/га. На исходном уровне кислотности почвы (рН KCl 4.9) содержание обменного Са соответствовало 500 мг/кг почвы (2.5 мг-экв/100 г). На уровне кислотности почвы с рН KCl 5.9 содержание обменного кальция составляло 850 мг/кг почвы (4.25 мг-экв/100 г). На уровне кислотности почвы рН KCl 6.8 содержание обменного кальция в почве составляло 1150 мг/кг (5.75 мг-экв/100 г).
Агротехника, используемая в опыте, общепринята для данной зоны. Повторность опыта 4-кратная. Общая площадь делянки - 24 м2, учетная площадь - 16 м2.
Эксперименты в производственных посевах. Параллельно стационарному эксперименту проводили отбор растительных образцов сельскохозяйственных растений и сопряженных почвенных образцов в производственных посевах методом учетных площадок для установления корреляционных зависимостей между содержанием обменного кальция в дерново-подзолистых супесчаных почвах и накоплением 137Cs и 90Sr биомассой. Агрохимическая характеристика почв: содержание гумуса от 2.01 до 2.50%, содержание подвижных форм Р205 от 130 до 250 мг/кг и К20 от 150 до 250 мг/кг. Выборка была представлена образцами почвы с содержанием обменного кальция от 400 до 1600 мг/кг (с 2 до
8 мг-экв/100 г) с целью установления тесноты связи между его содержанием и накоплением радионуклидов растениями.
Определяемые параметры: урожайность и удельная активность почвы и растений по 90Sr и 137Cs. Все данные по удельной активности растительных образцов (Бкк/кг) в таблицах и рисунках приведены в пересчете на плотность загрязнения почвы по 90Sr - 37 кБк/м2 (1 Ки/км2), 137Cs -370 кБк/м2 (10 Ки/км2).
Методы определения агрохимических показателей почвы. Основные агрохимические показатели почв определяли по общепринятым методикам: гумус - по Тюрину в модификации ЦИНАО (0.4 н K2Cr2O7), обменную кислотность (рН KCl) потенциометрическим методом (1 М KCl), гидролитическую кислотность -по Каппену (1 М CH3COONa), сумму поглощенных оснований (S) - по Каппену-Гильковицу (0.1 М HCl), насыщенность основаниями (V) - расчетным методом, содержание подвижных форм фосфора и калия - по Кирсанову (0.2 М HCl), обменных форм кальция и магния - на атомно-абсорбци-онном спектрофотометре AAS-30 (1 М KCl).
Методы определения радионуклидов. Определение содержания 137Cs в почве и растениях проводили на у-спектрометре HP GC4019, Canberra. Содержание 90Sr оценивали по дочернему продукту распада 90Y после проведения радиохимической очистки от мешающих радионуклидов оксалатным методом с последующим измерением на газопроточном бета-счетчике Canberra HT 1000W. Выход носителя иттрия определяли гравиметрическим методом, выход носителя стронция - на атомно-абсорбционном спектрофотометре [13]. Статистическая погрешность измерений не превышала 15%.
Методы статистической обработки. Пороговые параметры рН KCl (T), до которых наблюдается снижение накопления радионуклидов, соответствуют минимальному значению квадратичной функции (y = ax2 + bx + c), которое рассчитывается по формуле:
T = — 2a
(1)
Для математической обработки экспериментального материала использовали дисперсионный и корреляционный методы с использованием программ MS Excel, STATISTICA Program, StatSoft Inc. (2001).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Согласно градациям по содержанию обменного кальция минеральные почвы Белоруссии подразделяются на очень низко обеспеченные (менее 285 мг/кг), низко обеспеченные (286-570 мг/кг),
50 40 1 30 20 10
0
450 350 П 250 150
у = 2Е - 05х2 - 0.064х + 53.04 R2 = 0.55
и ^
а Ш
т
III
250 500 750 1000 1250 1500
у = 0.0004х2 - 0.956х + 657.91
R2 = 0.68
50 400
15
12
9
6
3
0 500
250
600 800 1000 1200 у = 0.0000253х2 - 0.0636х + 41.60'
120
100
80
60
40
20
0 300
400 300 200
и 100 —
400
а ш
и
60 45 30 15
700
900
1100 1300 1500
0
400
200 1У 150 100
у = 0.0007х2 - 1.157х + 572.82 R2 = 0.70
340 290 240 190
у = 0.0001х2 - 0.238х + 156.48 R2 = 0.56
♦ ♦ ♦
500
у = * ♦
700 900 1100 1300 0.0004х2 - 0.873х + 669.18
R2 = 0.54
600
800
1000
1200
у = 9Е - 05х2 - 0.194х + 115.02 R2 = 0.54
600
800
1000
1200
у = 0.00057х2 - 1.012х + 616.48 R2 = 0.61
550 650
750
450 550 650 750 850 950
Са, мг/кг
Накопление 9^г и урожаем сельскохозяйственных культур в зависимости от содержания обменного Са в дерново-подзолистой супесчаной почве. Обозначения вариантов: I - озимая рожь, II - яровая рожь, III - картофель, IV - люпин.
среднеобеспеченные (571-850 мг/кг), с повышенным содержанием (851-1140 мг/кг), высоко обеспеченные (1141-1420 мг / кг) и очень высоко обеспеченные (более 1420 мг/кг) [4].
В результате проведенных исследований
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.