Влияние кислотности почв на поступление радионуклидов в растительность

Установлена отрицательная зависимость между содержанием обменного кальция, уровнем кислотности почвенного раствора и поступлением в растения стронция-90. Чем больше в почве обменного кальция и чем меньше кислотность почвенного раствора, тем меньше коэффициенты перехода стронция-90 в растения. Эта закономерность проявляется и при поступлении цезия-137 в растения, но связь менее сильная.[18] Для многолетних бобовых злаковых трав, кукурузы и картофеля коэффициенты корреляции находятся в пределах от -0,52 до -0,93. Особенно тесная связь исследуемых параметров наблюдается на дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почвах, а также на аллювиальных песчаных и слоистых почвах. С поступлением 137Сs эта связь также проявляется, но слабее. Для торфяно-болотных почв характерна та же закономерность, что и для дерново-подзолистых[1].

Таблица 1.2 - Влияние кислотности почв на содержание цезия-137 в кормах

Содержание 90Sr в урожае многолетних злаковых трав на торфяно-болотной почве в зависимости от уровня кислотности при плотности загрязнения 37 кБк/м2, КП позволяющего существенно уменьшить поступление 90Srв растения за счет антагонизма катионов, что способствует частичному переводу радионуклидов в необменное состояние. Однако, как видно из данных таблицы 1.3 и рис. 1.1, более информативным является содержание в почвах обменного кальция, чем показатель их обменной кислотности. Коэффициенты перехода радионуклидов из супесчаных почв снижаются в 1,7-2,0 раза по мере повышения содержания обменного кальция с 550 до 2000 мг СаО на кг почвы [9].

Рис. 1.1 - Влияние плодородия дерново-подзолистых супесчаных почв на поступление радионуклидов в многолетние злаковые травы, Бк/кг (1989-1993 гг.)

Таблица 1.3 - Влияние кислотности почвы на Кп 137Cs и 90Sr в многолетних злаковых травах

По мере повышения содержания обменного кальция с 550 до 2000 мг СаО на кг почвы Кп137Cs и 90Srснижается в 1,5-2 раза. Изменение кислотности почвенного раствора от кислого интервала (рН = 4,5-5,0) к нейтральному (рН = 6,5-7,0) снижает переход стронция-90 в растения в 2-3 раза[26].

Дальнейшее насыщение почвы свободными карбонатами кальция сдвигает реакцию в щелочной диапазон, однако это уже не сопровождается уменьшением поступления радионуклидов в растения.

На карбонатных почвах коэффициент накопления стронция-90 снижается до 3-х раз, потому что происходит необменная фиксация 90Srс образованием карбонатных солей. На этих почвах Кп137Csувеличивается до 4-х раз, т.к. здесь 137Csсвязывается водорастворимыми органическими соединениями, которые легко его освобождают в виде доступных ионов. Установлено, что чем больше насыщенность почвы обменными основаниями, тем меньше коэффициент перехода 137Csи 90Srв растения[18].

Торфяно-болотные почвы бедны по содержанию калия, кальция и магния. Как правило, это кислые почвы, поэтому Кп137Csи 90Srна этих почвах в 5-20 раз больше, чем на дерново-подзолистых[14].

Оптимальные показатели кислотности (рН) колеблются в значительных пределах и зависят от типа и гранулометрического состава почвы, обеспеченности ее гумусом и набора культур в севооборотах. На основании исследований, проведенных в республике, определены оптимальные параметры реакции почв (рН в КCl) в зависимости от гранулометрического состава, которые на дерново-подзолистых почвах составляют:

глинистые и суглинистые - 6,0-6,7,

супесчаные - 5,8-6,2,

песчаные - 5,6-5,8.

На торфяно-болотных и минеральных почвах сенокосов и пастбищ оптимальные параметры составляют соответственно 5,0-5,3 и 5,8-6,2 [7].

Установлено, что минимум накопления радионуклидов в урожае различных культур чаще всего соответствует оптимальному уровню реакции почвенной среды и степени насыщенности почв основаниями, которые достаточны и необходимы для обеспечения максимально возможного урожая соответствующих культур. Это позволяет использовать величину pHKCl (которая систематически определяется агрохимической службой на каждом рабочем участке поля) в качестве интегрального показателя насыщенности почв основаниями при прогнозе доступности растениям радионуклидов, особенно 90Sr.

Известкование является одним из наиболее важных приемов повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий. При внесении в кислую почву извести в почвенном растворе резко уменьшается концентрация водорастворимых ионов, увеличивается содержание подвижного кальция и магния, что влияет на доступность радионуклидов растениям, особенно 90Sr.

Эффект снижения поступления радионуклидов в урожай от известкования в дозах, рассчитанных для нейтрализации полной гидролитической кислотности, в сочетании с удобрениями колеблется в больших пределах. Это зависит от многих факторов, а именно: гранулометрического состава, степени кислотности почв, обеспеченности их гумусом, элементами минерального питания и других свойств, а также биологических особенностейвозделываемых культур [19].

Известкование кислых почв направлено не только на ограничение поступления радионуклидов в растениеводческую продукцию, но и повышение плодородия почв, а также урожая. Действие извести более заметно в длительных стационарных полевых опытах на кислых дерново-подзолистых почвах. Таким примером может быть стационар Гомельской опытной станции, заложенный в 1986 году на среднекислой, бедной питательными веществами и гумусом дерново-подзолистой рыхлосупесчаной почве с плотностью загрязнения 137Cs - 296 кБк/м2.[8]Известкование в дозах из расчета нейтрализации полной гидролитической кислотности на фоне N90P90K90 снизило содержание 137Csв зерне и соломе озимой ржи в 2 раза. Повышение дозы извести до уровня 1,5 гидролитической кислотности (6,5 т/га), равно как и повторное известкование в 1992 году из расчета нейтрализации полной гидролитической кислотности, способствовало некоторому снижению накопления137Csтолько в соломе. Эти данные согласуются с результатами исследований Бондаря П.Ф., Лощилова Н.А., Дутова А.И., показавших, что дополнительное внесение мелиорантов с целью снижения поступления 137Csв урожай на произвесткованных почвах является малоэффективным агротехническим приемом [10].

Обобщение большого количества экспериментальных данных позволило сделать вывод, что минимальное накопление радионуклидов в растениеводческой продукции при прочих равных условиях возделывания сельскохозяйственных культур отмечено при оптимальной реакции почвенной среды. В этой связи основной целью известкования на землях, подвергшихся радиоактивному загрязнению, является нейтрализация кислотности почвы и насыщение ее поглощающего комплекса кальцием и магнием.

Основная потребность в известковых удобрениях определяется в соответствии с «Инструкцией определения дополнительной потребности материально-технических ресурсов для сельского хозяйства в зоне радиоактивного загрязнения» [12]. На минеральные земли с плотностью загрязнения 137Cs 5,0 и более Ки/км2 (185 кБк/м2) и 90Sr 0,3 и более Ки/км2 (11 кБк/м2) и на торфяные почвы с плотностью загрязнения 137Csболее 1,0 Ки/км2 (37 кБк/м2) и 90Srболее 0,15 Ки/км2 (5,5 кБк/м2) предусматривается дополнительное внесение извести с целью ускоренного доведения реакции почв до оптимальных значений. На дерново-подзолистые супесчаные почвы с рН 5,6-6,0 и плотностью загрязнения 137Cs 1-5 Ки/км2 (37-185 кБк/м2) дополнительное выделение извести предусматривается для поддержания кислотности в оптимальном диапазоне рН. Все почвы I-II групп кислотности подлежат первоочередному известкованию в связи с высоким переходом радионуклидов в растения.

Таким образом, внесение извести является традиционным эффективным способом снижения поступления радионуклидов 90Srи 137Csиз почвы в растения. При этом в почвенном растворе резко уменьшается концентрация водорастворимых ионов, увеличивается содержание подвижного кальция и магния, что снижает доступность радионуклидов растениям, особенно 90Sr[23].