Значение известкования почвы

Проблема снижения дозовых нагрузок на население была наиболее острой в течение первых десяти лет после аварии, но остается актуальной и в настоящее время. Решается она в первую очередь комплексом сельскохозяйственных защитных мер, поскольку в условиях Беларуси около 70% коллективной дозы формируется за счет поступления радионуклидов в организм с продуктами питания. Основным критерием эффективности защитных мер является уменьшение поступления радионуклидов из почвы в пищевую цепочку и получение продукции с содержанием радионуклидов в пределах допустимых уровней, которые периодически пересматриваются.

Агрономическое значение всех видов удобрений на загрязненных радионуклидами землях не меняется, однако здесь они выступают в новом качестве, поскольку могут как задерживать поступление радиоактивных веществ из почвы, так и стимулировать поглощение отдельных из них корнями растений.

Известкование является одним из наиболее важных приемов повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий. При внесении извести в кислой почве резко увеличивается содержание подвижного кальция и магния, что влияет на биологическую доступность радионуклидов, особенно 90Sr.

При внесении в кислую почву известковых удобрений в почвенном растворе уменьшается концентрация водородных ионов, увеличивается содержание подвижного кальция, что в свою очередь усиливает закрепление ⁹⁰Sr в почве, тем самым снижая доступность его растениям. Известкование кислых почв не только ограничивает накопление ⁹⁰Sr в урожае сельскохозяйственных культур, но и увеличивает плодородие почвы, повышает урожай и способствует «разбавлению» радионуклида на единицу массы растительной продукции.[4]

Установлено, что внесение извести в дозе, соответствующей полной гидролитической кислотности, снижает содержание радионуклидов в продукции растениеводства в 1,5-3 раза (иногда до 10 раз) в зависимости от типа почв и исходной степени кислотности. Минимальное накопление радионуклидов наблюдается при оптимальных показателях реакции почвенной среды, которые для дерново-подзолистых почв в зависимости от гранулометрического состава составляют: глинистые и суглинистые - 6,0-6,7; супесчаные - 5,8-6,2; песчаные - 5,6-5,8.

Достижение этих параметров осуществляется известкованием нуждающихся почв. Основная потребность в известкованиях определяется в соответствии с «Инструкцией по составлению проектно-сметной документации на известкование кислых почв». На загрязненные ⁹⁰Sr 0,3 и более Ки/км² минеральные земли предусматривается дополнительное внесение извести с целью ускоренного доведения реакции почв до оптимальных значений, а на торфяные почвы при плотности загрязнения 0,15 Ки/км² . Предусматривается дополнительное внесение извести на дерново-подзолистые супесчаные почвы с рН 5,6-6,0 для поддержания кислотности в оптимальном диапазоне рН. Все почвы первой и второй групп кислотности подлежат первоочередному известкованию в связи с повышением перехода радионуклидов в растения.

В случае, когда разовая доза превышает 8т/га, известь вносится в два приема: 0,5 доза под вспашку и 0,5 дозы под культивацию.[3]

Внесение извести в кислую дерново-подзолистую почву в количестве 0,5 дозы по гидролитической кислотности уменьшает концентрацию ⁹⁰Sr в зерне пшеницы и гороха в 2-2,5 раза. По мере увеличения дозы извести происходит дальнейшее уменьшение накопления ⁹⁰Sr в урожае. При повышенной дозе извести в почве (две дозы по гидролитической кислотности) концентрация ⁹⁰Sr в зерне пшеницы уменьшается в 3 раза. На слабокислых почвах добавление извести может и не оказывать положительного влияния на переход ⁹⁰Sr из почвы в растения, тогда как внесение карбоната калия и натрия уменьшает накопление этого радионуклида в растениях в 2-3 раза.

Переход ⁹⁰Sr в урожай растений под влиянием извести можно снизить в зависимости от биологических особенностей и отдельных частей урожая в 3 -20 раз. Известкование кислых почв уменьшает накопление ⁹⁰Sr в урожае бобовых (горох, вика, клевер) больше, чем в урожае злаковых растений (овес, ячмень, тимофеевка луговая, мятлик луговой). При внесении извести в количестве, эквивалентном 100% катионно-обменной способности почвы, содержание ⁹⁰Sr уменьшается в ботве и корнеплодах сахарной свеклы соответственно в 7,5 и 20 раз, в горохе и клевере в 6-8 раз, а в соломе ячменя, овса и сене тимофеевки в 3-4 раза. [7]

Известкование необходимо проводить периодически через 5-6 лет, чтобы не допускать снижения показателя рН ниже 5 и степени насыщенности почвы основаниями ниже 70%. Переизвесткование почв даже вредно. В таких условиях ограничивается поступление в растения магния, снижается подвижность марганца, бора, цинка и меди, а также затрудняется возделывание картофеля, льна и люпина, которые сильно повреждаются болезнями. В связи с этим известкование необходимо проводить из расчета показателя рН не выше 6,5 совместным внесением повышенных доз калия и микроэлементов, применяя для обработки семян зерновых и бобовых культур молибденом из расчета 250-300 грамм на 1 ц. семян, корнеплодов - бором-300г/ц. Известкование требует срочной дифференциации в зависимости от типа и гранулометрического состава почв. Лучше всего учитывать картограммы кислотности почв, что выдаются каждому хозяйству областными станциями химизации.

Дозу карбоната кальция можно установить по показателям гидролитической кислотности или по нормативам, в соответствии с которыми для снижения показателя рН на 0,1 необходимо внести извести: на песчаных почвах - 0,12-0,16т/га ;на супесчаных почвах -0,34-0,4 т/га; на суглинистых почвах - 0,5-0,6т/га; на среднесуглинистых почвах - 0,8т/га.

Хорошим мелиорантом для легких почв является доломит, который кроме кальция, содержит еще и магний. Он снижает негативное действие аммония и излишек кальция в случае переизвесткования. Если нет доломита, известковать можно сыромолотым известняком, максимальное действие которого проявляется на 3 год, поэтому лучшим местом его внесения будет поле, предназначенное под картофель с таким расчетом, что после его будут высевать культуры, которые хорошо реагируют на внесение извести: ячмень, пшеница, горох, вика, свекла кормовая.

Там, где нельзя провести улучшение луговых почв, животноводство должно вестись дифференцированно. Например, выпас дойного стада на пойменных лугах допускается при плотности загрязнения песчаных почв ^l37Cs менее 4 Кu/км², супесчаных - менее 7 Кu/км², суглинистых - менее 8 Кu/км². Практически не пригодны для этих целей слабоокультуренные торфяные почвы. Зеленые и грубые корма, получаемые на торфяных почвах, а также на естественных пойменных пастбищах и сенокосах, пригодны только для начальной стадии откорма животных. На пахотных почвах имеются ограничения только при средней и высокой плотности загрязнения ¹³⁷Cs. Это касается использования овса и гороха на продовольственные цели и зернобобовых культур для кормления дойного стада.

Особо проблемными являются 343,7 тыс.га сельскохозяйственных земель с плотностью загрязнения ⁹⁰Sr 0,15-3,0 Кu/км², одновременно загрязненных также ¹³⁷Cs с плотностью 5-40 Кu/км². Учитывая уникальность ситуации, Министерством здравоохранения Беларуси приняты более жесткие, чем в России и Украине, допустимые уровни содержания ⁹⁰Sr в продуктах питания. Так, в Беларуси допустимое содержание ⁹⁰Sr в цельном молоке и хлебе составляет 3,7 Бк/л и 3,7 Бк/кг, в России - 25 Бк/л и 70 Бк/кг, в Украине - 20 Бк/л и 5 Бк/кг. На почвах, загрязненных ⁹⁰Sr, введены жесткие ограничения для возделывания зернобобовых, злаковых зерновых культур и картофеля на продовольственные цели и многолетних трав для кормления дойного стада.

Институтом почвоведения и агрохимии НАН Беларуси совместно с Институтом радиологии разработан и опубликован комплекс практических рекомендаций, где в сжатой форме изложены регламенты размещения культур по полям, формирования структуры посевов, специализации растениеводства и животноводства на почвах с различным изотопным составом и плотностью загрязнения.

Таким образом, внесение извести является традиционным эффективным способом снижения поступления радионуклидов ⁹⁰Sr из почвы в растения. Эффект снижения поступления радионуклидов в урожай от известкования в дозах, рассчитанных по полной гидролитической кислотности, колеблется в пределах 1,5-3 раза, в зависимости от гранулометрического состава и степени кислотности почв, обеспеченности их гумусом и других свойств, а также биологических особенностей культур.

1.5 Эффективность известкования при поступлении ⁹⁰Sr в растительность луговых агроценозов

Некоторые луговые и пастбищные растения отличаются более высоким накоплением радионуклидов по сравнению с растениями на пахотных почвах. Это связано с поглощением травами питательных элементов из дернины, в которой собираются и радионуклиды. Различия в накоплении радионуклидов растениями разных видов определяются развитием их корневой системы. Плотнокустовые злаки, как правило, накапливают больше радионуклидов, чем корневищные.

Выпавшие на поверхность лугов радионуклиды более доступны растениям и вовлекаются в продукцию, получаемую на лугах, в больших количествах, чем в продукцию, производимую на пашне. Луга могут стать одним из основных источников попадания радионуклидов в организм животных на территории, подвергшейся радиоактивному загрязнению.

На судьбу радионуклидов влияет тип сельскохозяйственного угодья, подвергшегося загрязнению. При загрязнении естественных и сеяных лугов длительного пользования все радиоактивные выпадения аккумулируются на поверхности растительных остатков, сосредоточенных в «дернинном резервуаре», откуда они сравнительно медленно мигрируют в верхние слоя почвы. [4]

Луга - специфический объект природы, где процессы жизнедеятельности, вовлечение в биологический круговорот веществ биомассы травянистой растительности происходят очень интенсивно. Величина ежегодного отмирания биомассы для луговых ценозов составляет 35-55%, в то время как для лесных - 5-7%. Это связано, во-первых, с разновидностью луговой растительности, представленной многолетними травами, среди которых до 85% всей биомассы травостоя создают виды семейства злаковые, и, во-вторых, с наличием луговой дернины, являющейся активным сорбентом, где существуют особо благоприятные условия для реутилизации минеральных элементов растительных остатков и для поглощения элементов питания, поступающих извне, в том числе радионуклидов.

Концентрируясь в дернинном слое, радионуклиды мигрируют в почву. Поступление радионуклидов в растения естественных суходольных, пойменных и торфяных лугов зависит от типа луга, свойств почв, на которых сформированы луга, и от времени нахождения их в дернине.

В зависимости от типа луга и свойств почв, на которых сформирован луг, поступление ⁹⁰Sr в луговые естественные травы для отдельных видов трав (разнотравье) в первый год первого укоса различается в 7 раз.

Доступность ⁹⁰Sr из загрязненной дернины в травостой пойменного луга в 1,5-2 раза ниже, чем из дернины суходольных лугов. [4]

Согласно литературным источникам, основную прибавку урожая сена на суходольном луге обеспечивают минеральные и органические удобрения, а наибольшую - их совместное внесение с доломитовой мукой при коренном улучшении при помощи вспашки. Поверхностное улучшение луга путем внесения доломитовой муки и минеральных удобрений оказывает незначительное влияние на увеличение урожайности, но следует отметить, что данный прием способствует увеличению в структуре травостоя доли злаковых видов (мятник луговой, овсяница красная), и уменьшению доли разнотравья (щавель малый, тысячелистник обыкновенный), отличающихся высокими размерами радионуклидов. [11]

Наибольший эффект по снижению перехода радионуклидов наблюдается при коренном улучшении луга, которое предусматривает внесение 60 т/га навоза, послойное применение доломитовой муки (5т/га под вспашку и 10 т/га под дискование) и минеральных удобрений под предпосевную культивацию. Данный прием обеспечивает снижение размеров перехода ⁹⁰Sr до 951-1326 Бк/кг или в 1,6-2,1 раза по сравнению с размерами перехода этого радионуклида в естественный травостой. Поверхностное внесение минеральных удобрений и доломитовой муки является малоэффективным приемом для снижения перехода радионуклидов. Этот прием обеспечивал снижение размеров перехода ⁹⁰Sr всего в 1,3-1,5 раза по сравнению с размерами перехода этого радионуклида в естественный травостой.

Эффективность применяемых контрмер на суходольном типе луга связана, прежде всего, с оптимизацией основных агрохимических показателей почвы опытного участка. Так известкование по полной гидролитической кислотности позволяет довести уровень рН (КСl) до 5,2-5,7; снизить гидролитическую кислотность с 8,6-8,8 до 2,67 мг-экв/100г мг, увеличить степень насыщенности основаниями до 75-90% в оптимальных вариантах опыта. Увеличение обменного Са и Мg соответственно до 1150-1460 и 420-535 мг/кг оказало влияние, прежде всего, на снижение размеров перехода ⁹⁰Sr до 2 раз.[11]

Исследования, проведенные на лугах, расположенных на пойменных и торфяно-болотных почвах показали высокую эффективность перезалужения уже в первые годы жизни трав.

Повышенный переход ⁹⁰Sr в растения объясняется значительно большей его подвижностью в почве по сравнению с Cs-137: если около 90% Cs прочно связано почвой, ⁹⁰Sr - всего лишь 1-4% [7].

2. ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÀß ×ÀÑÒÜ. Âëèÿíèå êèñëîòíîñòè äåðíîâî-ïîäçîëèñòûõ ïî÷â íà íàêîïëåíèå¹³⁷Cs è ⁹⁰Sr ñåëüñêîõîçÿéñòâåííûìè êóëüòóðàìè

Дерново-подзолистые супесчаные почвы относятся к типичным почвам Республики Беларусь, которые характеризуются высокой исходной кислотностью. Они являются сравнительно благоприятными для возделывания преобладающего количества культурных растений и занимают значительную часть пахотных земель. Дерново-подзолистые супесчаные почвы характеризуются сравнительно невысоким уровнем плодородия в силу природных особенностей их генезиса. Эти почвы бедны органическим веществом и, следовательно, обладают ограниченными возможностями удовлетворять потребности растений в азоте за счет собственных ресурсов. В них мало фосфора, калия и других элементов питания растений, что связано с бедностью минералогического состава почвообразующих пород. Недостаток кальция и магния в данных почвах обусловливает кислую реакцию почвенной среды.

Легкие почвы (пески, супеси) характеризуются незначительным количеством коллоидных фракций, бедным минералогическим составом, высокой водопроницаемостью и аэрацией, что определяет их неустойчивый водный режим, бедностью элементами минерального питания и как следствие более низкой продуктивностью по сравнению с более связными почвами.

В Гомельской и Могилевской областях сосредоточены основные массивы загрязненных сельскохозяйственных земель с плотностью загрязнения по ^l37Cs более 37 кБк/м² 617,4 тыс га (56,0%) и 283,5 тыс га (25,7%) соответственно. В целом по Беларуси в настоящее время используется 1,1 млн га загрязненных земель. Особо проблемными являются 262 тыс га сельскохозяйственных земель с плотностью выпадения ^l37Cs 185-1480 кБк/м², одновременно загрязненных также ⁹⁰Sr с плотностью 11-111 кБк/м² на площади 163 тыс га.

Почва - растение - начальное звено экологического цикла переноса радионуклидов из внешней среды к человеку. Интенсивность потоков перехода радионуклидов из почвы в растения зависит от тех свойств почвы, которые влияют на процессы их поглощения и закрепления. Одним из таких свойств является кислотность почвенного раствора.

Исследования по применению извести как потенциального средства снижения поступления радионуклидов в продукцию растениеводства были стимулированы одной из первых тяжелых аварий на Южном Урале, произошедшей в 1957 г., где в природную среду было выброшено большое количество ⁹⁰Sr. После аварии на ЧАЭС на загрязненных радионуклидами землях использовались повышенные дозы известковых удобрений для скорейшего доведения реакции почвенной среды до оптимального уровня. Физико-химическое состояние радионуклидов в почве и, в первую очередь, количество их мобильных форм являются определяющим фактором в процессах миграции радиоцезия и радиостронция в почвенном профиле и по биологическим цепочкам. ⁹⁰Sr сорбируется твердой фазой почвы значительно слабее, чем ^l37Cs. По сравнению с ¹³⁷Cs, у которого доля фиксированной фракции составляет 83-98% от валового содержания в почве, содержание ⁹⁰Sr в прочносвязанной форме не превышает 7-12% . Высокая степень подвижности ⁹⁰Sr в почве определяет высокие коэффициенты перехода радиоизотопа из почвы в растения, которые в среднем на порядок выше, чем у ¹³⁷Cs. Из кислых почв радионуклиды поступают в растения в значительно больших количествах, чем из почв слабокислых, нейтральных или слабощелочных. Дерново-подзолистые почвы характеризуются высокой исходной кислотностью и слабой насыщенностью основаниями. При увеличении кислотности почвы снижается прочность закрепления ППК ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs и соответственно возрастает интенсивность поступления их в растения. При повышении рН ряд радионуклидов переходит из ионной формы в различные гидролизные комплексные соединения, что снижает их доступность для растений. Кислотность оказывает и косвенное влияние на сорбцию почвами радионуклидов, изменяя емкость катионного обмена. Показатель pH_KCl наиболее часто используется при прогнозе загрязнения продукции ⁹⁰Sr.

кислотность почва сельскохозяйственный радионуклид