Испытания ядерного оружия, рутинные и аварийные выбросы предприятий ядерно-энергетического цикла привели к повышению содержания радионуклидов в почвах сельскохозяйственных угодий. В отдельных местах, уровни поверхностного загрязнения земель стронцием-90 и цезием-137 достигают таких значений, что на них невозможно производство нормативно чистой сельскохозяйственной продукции без применения специальных мер.
Значительная часть радионуклидов антропогенного происхождения сосредоточена в верхнем слое почвы. Скорость миграции цезия-137 и стронция-90 вглубь редко превышает 0,5 см/год. В обрабатываемых почвах до 90% валового запаса цезия-137 и 75% стронция-90 сосредоточено в пахотном горизонте. Уменьшение содержания радионуклидов в почве происходит за счет процессов их естественного распада, выноса с урожаем и процессов миграции. Значительное влияние на горизонтальную миграцию радионуклидов оказывают ветер, стоки поверхностных вод, паводковые и дождевые потоки, пожары. Горизонтальная миграция с водными стоками приводит к заметному перераспределению радионуклидов на местности с неравномерным рельефом. В средней и нижней частях склонов плотность загрязнения почвы может быть на 20–25%, а под пропашными культурами – на 75%, выше, по сравнению с верхними элементами рельефа. Вторичное перераспределение радионуклидов можно ослабить с помощью почвозащитных севооборотов и систематического глубокого безотвального рыхления плужной подошвы.
На накопление радионуклидов в растениях оказывают влияние их валовое содержание в почве, а также физико-химические формы, в которых они находятся. Специалисты выделяют четыре основные формы: водорастворимая, обменная (растворима в растворе ацетата аммония), подвижная (растворима в слабом растворе соляной кислоты) и неподвижная (связанная или фиксированная). В растения могут поступать только те радионуклиды, которые находятся в первых трех из вышеперечисленных форм. После выпадения цезия-137 он легкодоступен для поглощения растениями. Но постепенно связывается, внедряясь в кристаллическую решетку глинистых минералов. В течение 10 лет в биологически доступных формах, как правило, остается 5–15% валового содержания данного радионуклида. Стронций-90, выпадает, преимущественно, в форме топливных частиц, которые разрушаются со временем. Поэтому биологическая доступность данного радионуклида со временем, наоборот, возрастает.
Коэффициенты перехода радионуклидов в растения также зависят от гранулометрического состава почвы. На суглинистых почвах они накапливаются в два раза слабее, чем на песчаных. Естественно, биологические особенности растений также сказываются на накоплении радионуклидов. Если в зависимости от вида коэффициенты перехода могут различаться на один – два порядка, то между различными сортами различия не столь велики.
Для получения нормативно чистого по радиологическим параметрам урожая, применяются специально разработанные защитные меры, которые применяются дополнительно к обычным агротехническим приемам возделывания той или иной культуры.
Наименее затратным приемом является подбор культур и сортов культурных растений, накапливающих радионуклиды в наименьшей степени. В порядке убывания коэффициентов перехода цезия-137, зерновые культуры можно расположить в следующий ряд: люпин, горох, вика, рапс, овес, просо, ячмень, пшеница, озимая рожь. Как правило, картофель и свекла накапливают цезий в меньших количествах. Построить четкий убывающий ряд величины накопления цезия в овощных культурах практически невозможно, ввиду сильной зависимости коэффициентов перехода от сортовых особенностей.
Характер распределения культур по степени накопления стронция-90 сильно отличается от такового для цезия-137. В наибольшей степени данный радионуклид накапливает яровой рапс, за ним следуют люпин, горох, вика, ячмень, яровая пшеница, овес, озимая пшеница и озимая рожь. Как цезий, так и стронций сильнее накапливаются в соломе злаков, и гораздо меньше переходят в зерно. Клубни картофеля накапливают стронций-90 в меньших количествах, по сравнению с корнеплодами свеклы.
Исходя из коэффициентов перехода, следует осуществлять строгие мероприятия по контролю за содержанием радионуклидов в продукции растениеводства при ведении хозяйства на землях с плотностью поверхностного загрязнения цезием-137 выше 15 Ки/км2. В диапазоне 15–40 Ки/км2, как правило удается получить нормативно чистые урожаи зерновых и картофеля.
Эффективным методом ограничения поступления стронция-90 в растения является известкование почв. Дозы внесения извести или доломитовой муки зависят от кислотности почвы, гранулометрического состава, типа почвы и плотности загрязнения радионуклидами. Наименьшие коэффициенты перехода наблюдаются при доведении показателя pH до уровня, обеспечивающего получение максимального урожая, или легкого отклонения в щелочную сторону. Если расчеты показывают, что необходимо внесение более 8 т/га извести, то ее добавляют в два приема. Первые 50% вносятся под вспашку, а оставшаяся часть – под культивацию.
За счет известкования удается добиться снижения накопления стронция-90 в урожае в 1,5–3 раз. Известкование позволяет исключить увеличение коэффициентов перехода после внесения азотных удобрений. Это особенно важно для выращивания культур, урожай которых сильно зависит от подвижных форм азота в почве.
На почвах с достаточно глубоким гумусовым горизонтом рекомендуется выполнение глубокой мелиоративной вспашки. Если данный прием проведен, то последующие обработки почвы нельзя проводить на ту же глубину.
Применение органических удобрений повышает содержание гумуса в почве, улучшает ее структуру и снижает коэффициенты перехода радионуклидов в растения. Связано это с рядом явлений. Во-первых, многие радионуклиды эффективно связываются органо-минеральными комплексами. Во-вторых, существенное значение имеет увеличение обменной емкости почвы и доступности элементов-аналогов радионуклидов. В третьих, оптимальное содержание органического вещества в почве способствует получению более высоких урожаев, при этом происходит эффект «биологического разбавления» радионукида. В качестве органических удобрений годятся любые источники – навоз, торф, компосты, зеленые удобрения, нейтрализованный лигнин и продукты его переработки. Главное требование к удобрениям – минимальное содержание в их составе радионуклидов. При этом установлено, что внесение подстилочного навоза, из хозяйств, работающих на радиоактивно загрязненных землях, не вызывает заметного повышения содержания радионуклидов в почве. Эффективны в качестве органических удобрений и средств снижения накопления радиоизотопов в растениях сапропели. Дозы внесения органических удобрений должны быть такими же, как и на незагрязненных радионуклидами землях.
Азотные удобрения играют двоякую роль. С одной стороны, их недостаток приводит к снижению урожая. С другой – повышенные дозы увеличивают переход многих радионуклидов в растения. Дозы внесения азотных удобрений должны строго рассчитываться, исходя из планируемого урожая. Необходимо учитывать эффект последействия удобрений и проводить тщательный агрохимический анализ почвы. Идеальным вариантом является использование медленнодействующих азотных удобрений.
Внесение фосфорных удобрений позволяет снизить поступление радионуклидов в растения. Кроме того, подвижные формы стронция-90 выпадают в осадок, при взаимодействии с фосфатами.
Наиболее сильное влияние на снижение накопления цезия-137 в растениеводческой продукции оказывают калийные удобрения. Это связано как с антагонистическим влиянием калия на корневое поступление цезия, так и с повышением урожайности и «эффектом разбавления». При условии сбалансированного азотно-фосфорного питания, внесение калия также способствует снижению поступления стронция-90 в урожай. Наиболее эффективно применение калийных удобрений при содержании подвижных форм калия в почве до 100 мг/кг. На почвах слабо- и среднеобеспеченных калием внесение 160–240 кг K2O на гектар, приводит к 1,5–1,7-кратной прибавкой урожая, 1,5–2,7-кратному снижению накопления цезия-137 и 1,3-кратному снижению накопления стронция-90. На почвах с более высоким содержанием подвижных форм калия, вносить удобрения рекомендуется только в количествах восполняющих вынос элементов с урожаем.
Добиться сбалансированного обеспечения растений элементами питания и снизить издержки, позволяет использование комплексных удобрений, обогащенных микроэлементами и биологически активных веществами. При необходимости, рекомендуется внекорневая подкормка растений микроэлементами. Технологически она может сочетаться с внесением средств защиты растений, регуляторов роста, азотными подкормками. Дозы внесения микроэлементов не отличаются от рекомендуемых на незагрязненных землях.
Таким образом, дополнение традиционной агротехники возделывания сельскохозяйственных культур специальными защитными мероприятиями позволяет значительно снизить содержание техногенных радионуклидов в урожае.
Александр Никитин,
канд. с-х. наук
