Приемы снижения поступления радионуклидов в растениеводческую продукцию

Получение продукции с содержанием радионуклидов в пределах допустимых уровней – главная задача ведения сельскохозяйственного производства на загрязненных землях. Институтами Национальной академии наук Беларуси совместно с Институтом радиологии Комчернобыля разработан комплекс защитных мероприятий, который проводят сельскохозяйственные предприятия на загрязненных землях дополнительно к традиционно сложившимся технологиям для обеспечения производства нормативно чистой продукции.

К агротехническим приемам,уменьшающим поступление радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию, относятся: увеличение доли площадей под культуры с низким уровнем накопления радионуклидов; коренное и поверхностное улучшение сенокосных и пастбищных угодий, включающее культуртехнические мероприятия; подбор травосмесей с минимальным накоплением радионуклидов: оптимизация водного режима; противоэрозионные мероприятия, предотвращающие вторичное загрязнение радионуклидами; применение средств защиты растений.

Агрохимические мероприятия, обеспечивающие оптимизацию физико-химического режима почв, включают: известкование кислых почв; применение органических удобрений; внесение повышенных доз фосфорных и калийных удобрений; оптимизацию азотного питания растений на основе почвенно-растительной диагностики; применение микроудобрений.Установлено, что эффективность агрохимических мер в уменьшении поступления ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr не снижается с течением времени и зависит от соответствия агрохимических свойств почв их оптимальным параметрам.

Подбор культур и сортовс минимальным накоплением радионуклидов является наиболее доступным средством снижения поступления радионуклидов из почвы в урожай. Анализ накопления радионуклидов на единицу сухого вещества позволяет ранжировать культуры в порядке убывания ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в продукции. Для зерновых культур установлен следующий убывающий ряд по накоплению ¹³⁷Cs: люпин, горох, вика, рапс, овес, просо, ячмень, пшеница, озимая рожь. Накопление ¹³⁷Cs в соломе в 2 раза выше, чем в зерне. Наиболее интенсивно радиоцезий накапливает солома овса, далее следуют солома ячменя, пшеницы и озимой ржи. Убывающий ряд культур по накоплению ⁹⁰Sr существенно отличается от такового по ¹³⁷Cs. По величине накопления ⁹⁰Sr в зерне первое место занимает яровой рапс, далее следуют люпин, горох, вика, ячмень, яровая пшеница, овес, озимая пшеница и озимая рожь. Наибольшее количество ⁹⁰Sr переходит в солому ячменя, затем следует солома яровой и озимой пшеницы, овса, озимой ржи. По накоплению ¹³⁷Cs в зеленой массе на первом месте стоят многолетние злаковые травы, затем следуют люпин, рапс, многолетние бобово-злаковые смеси, клевер, горох, горохо-овсяная и вико-овсяная смеси, кукуруза. Картофель и кормовая свекла накапливают ¹³⁷Cs меньше, чем зеленая масса кукурузы. По накоплению ⁹⁰Sr в зеленой массе культуры располагаются в следующем по убыванию порядке: клевер, люпин, горох, многолетние злаковые травы на пойменных землях, многолетние злаково-бобовые смеси, вика, рапс яровой, горохо-овсяные и вико-овсяные смеси, кукуруза. В корнеплодах кормовой свеклы содержание ⁹⁰Sr меньше, чем в зеленой массе кукурузы, а в клубнях картофеля меньше, чем в корнеплодах свеклы. Травы по мере уменьшения поступления ⁹⁰Sr ранжируются следующим образом: разнотравье, осоки, мятлик луговой, ежа сборная

Многолетние злаковые травы, произрастающие на улучшенных сенокосах и пастбищах, ранжируются следующим образом: костер безостый, тимофеевка, мятлик луговой, ежа сборная, овсяница, райграс пастбищный.

Осоково-злаковые и, особенно, осоковые ценозы, произрастающие на естественных лугах, приурочены к пониженным элементам рельефа и избыточному увлажнению, накапливают ¹³⁷Cs в 5–100 раз больше, чем злаковые ценозы, например, из мятлика лугового и ежи сборной.

Различия в накоплении радионуклидов по сортам сельскохозяйственных культур значительно меньше, но их необходимо учитывать при размещении культур на загрязненных землях. Например, путем подбора сортового состава можно заметно снизить накопление ¹³⁷Cs радио нуклидов в овощных культурах. Особенно необходим подбор сортов для культур, отличающихся высоким накоплением радиоцезия (свекла столовая, редис, многолетний лук, фасоль, горох, бобы). Содержание ⁹⁰Sr в овощных культурах не нормируется.

Установленные закономерности являются теоретической основой для размещения культур по полям, формирования структуры посевов и специализации растениеводства. Они были положены в основу защитных мероприятий, начиная с первого года после аварии (выведение из севооборотов культур с высокими коэффициентами перехода радионуклидов, изменение структуры посевных площадей и др.).

Учитывая требования РДУ-99, на окультуренных дерново-подзолистых суглинистых и супесчаных почвах, загрязненных только цезием-137 с плотностью 15–40 Ки/км², без ограничений возможно возделывание на продовольственные цели зерна злаков и картофеля. Имеются серьезные ограничения при возделывании гороха. На слабоокультуренных почвах возделывание овса, ячменя и картофеля возможно лишь при определенных параметрах плотности загрязнения почв радиоцезием. Использование овса на продовольственные цели ограничено при плотности загрязнения свыше 7, 10 и 14 Ки/км² соответственно на песчаных, супесчаных и суглинистых почвах.

Известкование кислых почв.Внесение извести является эффективным способом снижения поступления стронция-90 из почвы в растения. Установлено, что после внесения известковых удобрений в дозах, эквивалентных гидролитической кислотности, содержание стронция-90 и цезия-137 в растениях снижалось примерно в 1,5–2,5 раза, в отдельных случаях в 3 раза. Минимальное накопление радионуклидов в продукции растениеводства чаще наблюдается при оптимальных показателях кислотности почв (рН). Установлено положительное действие известкования при внесении азотных удобрений, что очень важно при возделывании культур, для роста и развития которых требуются достаточно высокие дозы азотных удобрений. Например, внесение азотных удобрений в дозе N₁₀₀ на фоне известкования (рН 6,0) под яровой рапс не сопровождается повышением перехода радионуклидов в семена.

Дозы извести дифференцируются по типам почв, гранулометрическому составу, степени кислотности и плотности загрязнения.

В последние десять лет известкование ведется по потребности для достижения и поддержания оптимального диапазона реакции почв. К загрязненным радионуклидами почвам, на которых требовалось дополнительное внесение известковых удобрений для ускоренного достижения оптимальной реакции, были отнесены почвы с уровнем загрязнения 5–40 Ки/км² по ¹³⁷Cs и 0,15–3,0 Ки/км² по ⁹⁰Sr. При небольшой плотности загрязнения 1–5 Ки/км² по ¹³⁷Cs и 0,15–0,3 Ки/км² по ⁹⁰Sr дозы извести увеличиваются только на торфяных почвах и дополнительно известкуются рыхлосупесчаные почвы с рН 5,51–5,75, связно-супесчаные – с рН 5,51–6,00 (табл. 17.4).

При более высокой плотности загрязнения 5–40 Ки/км² по ⁹⁰Cs или 0,3–3,0 Ки/км² по ⁹⁰Sr дозы известковыхудобрений повышаются из расчета доведения реакции почвенной среды до оптимального уровня за один прием. В случае, когда разовая доза превышает 8 т/га, известь вносится в два приема: 0,5 дозы под вспашку и 0,5 дозы под культивацию. На сенокосах и пастбищах известь вносится под предпосевную культивацию при перезалужении или коренном улучшении. Первоочередному известкованию подлежат почвы I–II групп кислотности в связи с высоким переходом радионуклидов из почвы в растения.

17.4. Дозы известковых удобрений на загрязненных радионуклидами землях

Работы по известкованию супесчаных почв с рН 5,51–6,0 и торфяных с рН 5,0 и ниже при плотности загрязнения земель по ¹³⁷Cs 1–5 Ки/км² или 0,2–0,3 Ки/км² по ⁹⁰Sr, а также на всех кислых почвах с плотностью загрязнения 5-40 Ки/км² по ^l37Cs или 0,3–3,0 Ки/км² по ⁹⁰Sr финансируются за счет средств, направляемых на преодоление последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС.

Один из способов снижения поступления радионуклидов в растения – внесение удобрений. Сбалансированное содержание питательных элементов увеличивает урожай сельскохозяйственных культур, что уменьшает концентрацию радионуклидов в единице урожая.

Органические удобрения.Систематическое применение органических удобрений приводит к существенному улучшению агрохимических свойств почв, повышению содержания гумуса и уменьшению перехода радионуклидов в сельскохозяйственные культуры. Органические удобрения снижают поступления радионуклидов в растения в 1,5–2,5 раза, в наибольшей степени на легких по гранулометрическому составу почвах Обеспеченность почв гумусом является одним из параметров почвенного плодородия, определяющих накопление радионуклидов в растениях. Это связано со снижением биологической доступности радионуклидов за счет их включения в органо-минеральные комплексы в почве, а также с повышением обеспеченности почв элементами питания, увеличением урожайности культур или «биологическим» разбавлением концентрации радионуклидов.

Анализ экспериментальных данных, полученных в Институте почвоведения и агрохимии НАН Беларуси свидетельствует, что с повышением содержания гумуса в почвах с 1 до 3,5% накопление ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в растениеводческой продукции снижается в 1,5–3,5 раза. Таким образом, обогащение почв органическим веществом за счет внесения органических удобрений и расширения площадей под многолетними травами и бобовыми культурами является важным агротехническим приемом не только для повышения и поддержания плодородия почв и увеличения урожаев сельскохозяйственных культур, но и для производства продукции с меньшей концентрацией радионуклидов. Органические удобрения на загрязненных радионуклидами почвах можно применять без ограничений в соответствии с технологиями. Главное условие – это контроль за содержанием радионуклидов во ввозимых в хозяйство удобрениях (торфокрошка, торфопометные компосты, осадки сточных вод и др.).

Необходимо использовать все имеющиеся источники обогащения почв органическим веществом – навоз, компосты, солому, зеленые удобрения, а при небольшом радиусе перевозок – торф и нейтрализованный лигнин Бобруйского и Речицкого гидролизных заводов. Наиболее эффективен как для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, так и для снижения концентрации радионуклидов в продукции подстилочный соломистый навоз. Эффективность внесения торфонавозных и лигнинонавозных компостов мало уступала соломистому навозу на дерново-подзолистых супесчаных почвах, загрязненных радионуклидами. Экспериментальные данные позволяют сделать заключение, что нейтрализованный лигнин может быть широко использован в качестве орга­нического удобрения, способствуя решению экологической задачи утилизации лигнина в регионах размещения гидролизных заводов.

По данным многолетних исследований установлено, что эффективность одной тонны известковых и ор ганических сапропелей в среднем равноценна 0,6–0,7 т торфонавозных компостов. Применение сапропелей заметно усиливает процесс накопления гумуса в почве и способствует снижению перехода радионуклидов из почвы в продукцию. Целесообразно применять кремнеземистые и карбонатные сапропели, конечно, не содержащие радионуклидов, так как при их внесении снижается накопление в растениях цезия-137 и стронция-90 на 30–40 %. Вносить сапропелевые удобрения лучше под пропашные культуры в дозе 60–80 т/га.

Однако сдерживающим фактором является высокая стоимость добычи и транспортировки сапропелей, что делает их применение экономически необоснованным. На загрязненных почвах целесообразно в первую очередь использовать те виды органических удобрений, которые обеспечивают прибавку урожая, окупающую затраты на их применение. Под сельскохозяйственные культуры рекомендуются те же дозы органических удобрений, что и на незагрязненных радионуклидами землях. Важно отметить, что внесение подстилочного навоза, произведенного на радиоактивно загрязненной территории, не приводит к заметному увеличению накопления радионуклидов в почве.

Азотные удобрения.Важная роль отводится регулированию азотного питания растений. Недостаток доступного азота в почве приводит к снижению урожая, а повышенные дозы азотных удобрений усиливают накопление радионуклидов в растениях. Расчет доз азотных удобрений при возделывании культур на радиоактивно загрязненных почвах должен быть основан на сбалансированности всех элементов питания, с учетом действия и последействия органических удобрений. Экспериментальные данные свидетельствуют, что избыточное азотное питание растений повышает в 1,2–1,3 раза поступление радионуклидов в растения по сравнению с оптимальной дозой азота.

Расчет доз азотных удобрений проводится исходя из потребности в азоте для формирования планируемого урожая. Для избежания превышения доз азотных удобрений при подкормках озимых и яровых зерновых культур рекомендуется проведение почвенной и растительной диагностики.

Важным звеном оптимизации азотного питания растений является применение новых медленнодействую щих карбамида и сульфата аммония с добавками гуматов и других биологически активных компонентов, выпускаемых Гродненским ПО «Азот» по совместным разработкам Института почвоведения и агрохимии, Института проблем использования природных ресурсов и экологии и Белорусского государственного технологического университета. Применение медленнодействующих азотных удобрений позволяет повысить на 20–40 % их окупаемость прибавкой урожая при одновременном уменьшении содержания радионуклидов на 15–30 %, а также снижение накопления нитратов в картофеле, овощах и кормовых культурах. Карбамид медленнодействующий с гуматсодержащими добавками рекомендуется к применению на почвах разного гранулометрического состава, но в первую очередь на рыхлых почвообразующих породах под все полевые и овощные культуры в обычных дозах.

Фосфорные удобрения.Установлено снижение поступления радионуклидов из почвы в растительную продукцию при внесении фосфорных удобрений, особенно на почвах с низким содержанием фосфатов. Фосфорные удобрения не только способствуют повышению урожая возделываемых культур, но и закреплению ⁹⁰Sr за счет осаждения его фосфатами. Значительное уменьшение перехода ⁹⁰Sr из почвы в растительную продукцию связано с образованием в почве нерастворимых фосфатов стронция. Фосфорные удобрения, сбалансированные с азотом, как правило, способствуют уменьшению поступления радионуклидов из почвы в растения Для этого разработаны среднегодовые основные и дополнительные дозы фосфорных удобрений в целом по севообороту, которые дифференцируются по типам почв, содержанию подвижного фосфора в почве и трем уровням плотности загрязнения радионуклидами: первый – содержание ¹³⁷Cs в почвах от 1 до 5 Ки/км² или ⁹⁰Sr от 0,15 до 0,3 Ки/км²; второй – содержание ¹³⁷Cs в почвах от 5 до 15 Ки/км² или ⁹⁰Sr от 0,3 до 1,0 Ки/км²; третий – содержание ¹³⁷Cs в почвах от 15 до 40 Ки/км² или ⁹⁰Sr от 1,0 до 3,0 Ки/км² (табл. 17.5). Учитывая высокую стоимость фосфорных удобрений, рекомендуется на загрязненных землях обеспечить внесение минимального количества фосфора, необходимого для сбалансированного питания сельскохозяйственных культур, а также достижение и поддержание нижней границы оптимального содержания подвижных фосфатов в почве.

17.5. Дозы фосфорных удобрений на загрязненных радионуклидами землях

Потребность в фосфорных удобрениях на загрязненных радионуклидами землях (тонн действующего вещества) определяется путем умножения площади пахотных или луговых земель (в гектарах) с данной плотностью загрязнения и содержанием фосфора в почве на нормативную дозу Р₂О₅ (табл. 17.5).

Калийные удобрения.Калийные удобрения оказывают наиболее сильное влияние на снижение поступления ¹³⁷Cs в растения. Действие калийных удобрений на накопление радионуклидов сельскохозяйственными культурами зависит от многих факторов, первостепенными из которых являются тип почвы и содержание подвижного калия, степень кислотности почвы, а также уровень применения органических и минеральных удобрений.

За счет внесения только калийных удобрений поступление ¹³⁷Cs в сельскохозяйственные растения на разных типах почв уменьшается от 2 до 20 раз . Это обусловлено как антагонизмом катионов цезия и калия в почвенном растворе, так и прибавкой урожайности сельскохозяйственных культур, особенно на бедных калием дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почвах.

По мере повышения загрязнения почв радионуклидами потребность в дополнительных дозах калия увеличивается. Установлено, что внесение калийных удобрений при сбалансированном азотно-фосфорном питании приводит не только к существенному уменьшению поступления из почвы в растения ¹³⁷Cs, но и ⁹⁰Sr. Особенно эффективно внесение повышенных доз калийных удобре­ний под многолетние травы, корнеплоды и картофель. Обобщение имеющихся в литературе сведений о влиянии калийных удобрений на накопление радиоцезия растениями показало, что прочную связь между ¹³⁷Cs⁺ и илистыми частицами почвы может разрушить только избыток ионов К⁺ и NH₄⁺. Поэтому внесение калийных удобрений может по разному влиять на загрязнение культур. С одной стороны, избыток К⁺ в почве приводит к разбавлению ¹³⁷Cs⁺, что снижает поглощение, в то же самое время избыток К⁺ может привести к десорбции уже связанного ¹³⁷Cs⁺, что увеличивает поглощение. Внесение аммонийных удобрений оказывает такое же влияние.

Минимум биологической доступности ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr для накопления в зерне яровой пшеницы и ячменя, а также зеленой массы клевера находится в диапазоне содержания К₂О 300–430 мг/кг дерново-подзолистой супесчаной почвы. Однако экономически и экологически предпочтительно поддержание уровня содержания подвижных форм калия, необходимого для получения наибольшей продуктивности севооборота, который для супесчаных почв находится в диапазоне К₂О 170 – 250 мг/кг.

Установлено, что внесение высоких доз калийных удобрений 160–240 кг К₂О на гектар хорошо окупается на почвах слабо- и среднеобеспеченных калием, так как при этом повышается в 1,5–1,7 раза урожай культур, снижается в 1,5–2,7 раза содержание ¹³⁷Cs и в 1,3 раза – содержание ⁹⁰Sr в продукции. На почвах с повышенным (250 мг/кг) и высоким (>300 мг/кг) содержанием подвижного калия более эффективны умеренные дозы калийных удобрений, предполагающие возмещение выноса элемента урожаем культур. Ориентировочные среднегодовые основные и дополнительные дозы калийных удобрений с учетом плотности загрязнения почв радио­нуклидами приведены в табл. 17.6.

На загрязненных землях дозы калия дифференцированы в зависимости от типов почв и содержания в них обменного калия. Предусмотрен приоритет почв с высокой плотностью загрязнения радионуклидами, где повышение обеспеченности почв калием должно идти более быстрыми темпами. По мере повышения загрязнения почв радионуклидами потребность в дополнительных дозах калия увеличивается.

Для предотвращения избыточных доз калийных удобрений и ухудшения качества продукции введены ограничения. На почвах с высоким содержанием обменного калия (содержание К₂О более 300 мг/кг на минеральных и 1000 мг/кг на торфяных почвах предусматривается внесение минимальных основных доз калийных удобрений из расчета компенсации около 50 % выноса калия с урожаем.

17.6.Среднегодовые дозы калийных удобрений в севооборотах на загрязненных

радионуклидами землях

Для сбалансированности элементов минерального питания растений, сокращения непроизводительных затрат и равномерного распределения удобрений по площади поля рекомендуется применять комплексные минеральные удобрения с добавками микроэлементов и биологически активных веществ. Многочисленные марки таких удобрений разработаны для наиболее ценных сельскохозяйственных культур и ряд из них выпускается Гомельским химическим заводом.

Микроудобрения.Микроэлементы выполняют важнейшие функции в процессах жизнедеятельности растений и являются необходимым звеном системы удобрения сельскохозяйственных культур. Недостаточное содержание их подвижных форм в почве зачастую является фактором, лимитирующим формирование урожая сельскохозяйственных культур и качества продукции. Прибавка урожая от применения марганцевых, борных и цинковых удобрений достигает 10–15%, улучшается качество продукции, ее хранение, товарный вид. Экономически целесообразным и экологически безопасным приемом является применение микроудобрений в виде некорневых подкормок. Например, некорневая подкормка тимофеевки луговой марганцем в дозе Мn 50 г/га обеспечивает снижение накопления ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в продукции на 30–40%, повышение содержания марганца в сене – на 34 % и урожайности – на 15–20%.. На посевах зерновых культур вносятся препараты меди (20–30 г/га д.в.), свеклы и кормовых корнеплодов – бора (25–30 г/га) и меди (70 г/га), картофеля – меди (20–25 г/га), кукурузы – цинка (20 г/га), многолетних злаковых трав – кобальта (20–30 г/га) и молибдена (150–250 г/га).

Некорневые подкормки растений микроэлементами являются энергосберегающим приемом, так как технологически совмещаются со средствами защиты растений, регуляторами роста, подкормками азотом. Микроудобрения необходимо вносить на почвах с оптимальной реакцией (рН более 6,0) только при низком их содержании в почве: меди – менее 1,5 мг/кг, бора – менее 0,3, цинка – менее 3 мг/кг на минеральных почвах и соответственно менее 5, 1 и 9 мг/кг на торфяных.

Очень важно своевременно предупредить проявление недостатка микроэлементов для растений путем проведения некорневой подкормки в фазе самой высокой потребности и максимального усвоения микроэлемента. Рекомендуемые дозы и сроки некорневых подкормок сельскохозяйственных культур микроэлементами те же, что и на незагрязненных землях.

На естественных сенокосных и пастбищных угодьях минеральные удобрения применяют после регулирования водного режима на заболоченных почвах, коренного или поверхностного улучшения.

Плодово-ягодные и овощные культуры не рекомендуется возделывать на почвах с плотностью загрязнения цезием-137 более 40 Ки/км² и стронцием-90 более 0,2 Ки/км². При уровне загрязнения цезием-137 до 20 Ки/км² и стронцием-90 менее 0,05 Ки/км² производство овощей, плодов и ягод возможно без ограничений. Особое внимание уделяется известкованию почв и внесению повышенных доз минеральных и органических удобрений. Однако следует прогнозировать возможное накопление радионуклидов в плодоовощной продукции. В личных подсобных хозяйствах при указанной плотности загрязнения можно выращивать овощи, плоды и ягоды, однако лучше исключить бобовые культуры (горох, бобы, фасоль).

На почвах с плотностью загрязнения цезием-137 20–40 Ки/км² и стронцием-90 0,05–0,2 Ки/км² нельзя возделывать свеклу, лук, томаты, морковь, чеснок и зеленые культуры и нужно проводить омолаживание посадок ягодных кустарников и земляники.

Для снижения накопления радионуклидов в овощной и плодово-ягодной продукции на приусадебных участках минеральные удобрения вносят в следующих дозах: зеленые культуры, тыква, кабачки, патиссоны – 40 г огородной удобрительной смеси на 1 м², капуста – 60 г/м², огурцы – 90 г/м², столовые корнеплоды и томаты – 1 кг/м² огородной удобрительной смеси или 60 г/м² нитрофоски. При внесении удобрений под томаты в борозды или лунки на ведро компоста добавляют 70 г огородной удобрительной смеси или 50 г нитрофоски. Под картофель на 100 м² вносят 2–3 кг аммофоса или аммофосфата и 3–4 кг хлористого калия. Азотные удобрения вносят, если не вносились органические, – 1,5–2 кг карбамида (мочевины) или 3–4 кг сульфата аммония на 100 м². Лучше вносить медленнодействующие формы этих удобрений (капсулированные с добавлением гуматов и других биологически активных веществ) для уменьшения накопления нитратов. Внесение свежего (неперепревшего) навоза в высоких дозах приводит к избыточному содержанию нитратов в урожае. Дозы органических удобрений (навоз, компосты, перегной, птичий помет и др.) – 5–6 кг/м².

При загрязнении цезием-137 выше 5 Ки/км² и стронцием-90 выше 0,1 Ки/км² запрещается в качестве удобрения использовать древесную и торфяную золу. Накопление радионуклидов сельскохозяйственными культурами не зависит от форм применяемых минеральных удобрений. Форма удобрения выбирается с учетом биологических особенностей культуры.