Средства снижения поступления радионуклидов в сельскохозяйственные растения

В зависимости от свойств почвы и степени её загрязнения радиоактивными веществами, а также вида сельскохозяйственных культур, путей использования урожая и других условий применяют различные средства, которые могут обеспечить уменьшение радиоактивности продуктов растениеводства.

По одной классификации они делятся на две группы: 1) общеупотребительные в сельском хозяйстве; 2) специальные.

По другой классификации различают средства механические, агротехнические, химические, агрохимические и биологические. Такое деление их обычно условный, поскольку на практике трудно определить границу между механическими и агротехническими средствами, химическими и агрохимическими, агротехническими и биологическими и тому подобное. Кроме того, при организации и проведении мероприятий по предотвращению поступления радиоактивных веществ в растения, как правило, приходится иметь дело с комплексом средств, технологически тесно связаны между собой.

Поэтому целесообразно определить пять основных комплексных систем снижения поступления радиоактивных веществ в растения: 1) обработка почвы; 2) применение химических мелиорантов и удобрений; 3) изменение структуры севооборота 4) управление режимом орошения; 5) внесение специальных веществ и соединений.

Обработка почвы. На окультуренных почвах радиоактивные вещества накапливаются в основном в пахотном слое. Поэтому эффективной мерой в первые дни и недели после аварии было заделки загрязненного слоя почвы плантажную плугом на глубину 40-50 см с последующим окультуривания вывороченного подпахотного слоя. Это обусловило снижение накопления растениями радиоактивных продуктов деления в 5-10 раз и обеспечивает снижение уровня внешнего излучения в 10 раз и более. Эффективность такой пахоты выше на тяжелых почвах, для растений с мочковатой корневой системой, при поливе дождеванием. Поэтому такой обработку почвы рекомендуется преимущественно для зон с достаточной влажностью и для регионов, где применяется орошение.

При глубокой вспашке можно ожидать существенного снижения плодородия почв. Однако, при внесении достаточного количества органических и минеральных удобрений компенсируется естественное плодородие вспаханной слоя и урожай сельскохозяйственных культур в севообороте может не снижаться.

Очень эффективно коренное улучшение лугов. Сено зерновых и зернобобовых культур после такого возделывания в среднем содержит 90Sr в 1,5-5 раз меньше, а 137Cs — в 10-15 соответственно.

Поскольку в первые недели, а при сухой погоде в течение многих месяцев радиоактивные осадки распределяются только на поверхности почвы или в слое толщиной не более нескольких сантиметров, рекомендуют его снимать. Для этого используют дорожно-уборочную, дорожно-строительную или специально сконструированную технику — бульдозеры, грейдеры, скреперы.

При удалении поверхностного слоя почвы (5 см) приходится вывозить до 500 м3 грунта с 1 га. А если почвы рыхлые, — и больше в 2-3 раза. Такое количество почвы трудно не только снимать, но и захоранивать. Поэтому это мероприятие можно рекомендовать тогда, когда содержание радиоактивных веществ намного превышает допустимые уровни, или обработка почвы обычными сельскохозяйственными орудиями малоэффективен.

При сравнительно невысоких уровнях загрязнения почв достаточно их перепахать отвальными плугами на обычную глубину. Смешивания загрязненного поверхностного слоя почвы с более глубокими пластами уменьшает распространение радиоактивных веществ ветром и поступления их в растения в 2-4 раза. При очень высоких уровнях загрязнения рекомендуется глубокое (до 0,5-1 м) засыпания поверхностного радиоактивного слоя чистым грунтом или смеси его с соломой и соломы с глиной. Но такие меры трудно провести на больших территориях.

Применение химических мелиорантов и удобрений. Роль минеральных и органических удобрений, как поставщиков главных питательных веществ в условиях радиоактивного загрязнения не меняется. Рассмотрим влияние некоторых основных агрохимических мероприятий на поступление радиоактивных веществ в сельскохозяйственные растения.

Известковые (известь). Радиоактивные вещества иногда поступают в окружающую среду в виде нерастворимых и труднорастворимых частиц. Однако со временем при контакте с кислородом воздуха и водой они переходят в растворимые формы. Этому особенно способствует кислая реакция среды. Из кислых почв в растения поступает больше 90Sr и 137Cs, чем с слабокислые или нейтральных. Поэтому известкование кислых почв, кроме улучшения условий роста растений, снижает поступление радиоактивных веществ из почвы.

Основным компонентом известковых материалов является кальций — химический аналог стронция. Вследствие антагонизма между ними поступления в растения 90Sr уменьшается в большей степени, чем 137Cs. Известкованые применяют на подзолистых, дерново-подзолистых и кислых торфяных почвах, иногда — на серых лесных и красноземах.

На щелочных почвах для обогащения их кальцием проводят гипсование, а на нейтральных вносят известковые материалы и гипс.

Итак, известкование кислых загрязненных почв следует считать одним из главных мер, ограничивающих процесс перехода радиоизотопов в растения. Оно позволяет уменьшать содержание стронция в картофеле и корнеплодах в 10-20 раз, в сене бобовых — в 6-8 раз, в соломе злаков — в 3-4, в зерне — в 2-4 раза, в овощах — в 5-7, в ягодах — в 4-6 раз.

С целью уменьшения количества накопления урожаем растений 90Sr и 137Cs можно вносить не только известь, но и другие известковые материалы природного и промышленного происхождения: известняки, доломиты, мергель, сланцевый и торфяной пепел, дефекационный грязь, отходы целлюлозно-бумажных комбинатов, металлургических, или доменные, шлаки.

Калийные удобрения. Поступления 137Cs в растения и накопление его в урожае значительно зависит от содержания в окружающей среде и в растениях его химического аналога — калия. Внесение калийных удобрений является одним из главных мероприятий уменьшение содержания 137Cs в продукции растениеводства в 3-6 раз. Это объясняют антагонизмом ионов калия и цезия при их поступления в растения.

Уровень калийного питания растений существенно влияет на накопление 137Cs в надземных органах и при поступлении его через листья. При внесении калийных удобрений в почву и при опрыскивании ими листья содержание 137Cs в вегетативных органах растений значительно уменьшается. Уменьшается поступление 137Cs из корней и листьев при внекорневой подкормке растений калием. Растения-калиефилы поглощают 137Cs в больших количествах, чем обычные виды.

Фосфорные удобрения. Соли фосфорных кислот могут образовывать со стронцием нерастворимые соединения. Поэтому при внесении в почву фосфорных удобрений может значительно снизиться переход 90Sr из почвы в растения. Наиболее эффективными из них являются удобрения, содержащие фосфаты кальция и калия. Внесение в почву трёхзамещённые фосфата калия в несколько раз уменьшает содержание в растениях как 90Sr, так и 137Cs. Фосфаты аммония, натрия, магния воздействуют в основном только на содержание 90Sr.

Фосфорные удобрения в форме суперфосфата могут усиливать накопление 137Cs в растениях. Азотно-фосфорное удобрение усиливало его поступления на всех типах почв. Интенсивно увеличение (в 4 раза) наблюдали на черноземах.

Азотные удобрения. На загрязненных радиоактивными веществами почвах следует осторожно подходить к использованию азотных удобрений. При их внесении увеличивается накопление в растениях 137Cs, а иногда и 90Sr. Общее увеличение нормы полного минерального удобрения также приводит к накоплению в растениях 137Cs.

Органические удобрения. Внесение в почву органических удобрений может существенно уменьшить поступление в растения радиоактивных веществ. Особенно эффективно внесение навоза, перегноя, низинного торфа на почвах легкого механического состава. Органические вещества удобрений предотвращают не только поступлению в растения 90Sr и 137Cs, но и других радионуклидов.

Резко уменьшается накопление радиоактивных веществ при совместном внесении в дерново-подзолистые почвы органических и известковых удобрений. Это мероприятие является одним из самых существенных среди агрономических мероприятий, направленных на уменьшение поступления радионуклидов из почвы и увеличение урожая сельскохозяйственных культур.

При использовании органических и других местных удобрений следует придерживаться определенных правил. Навоз, компост, золу, полученные в местах с повышенной плотностью радиоактивного загрязнения, могут превратиться в источник вторичного загрязнения почвы. Поэтому их не рекомендуется использовать на полях с низким уровнем радиоактивности, а также вносить на овоще-картофельных севооборотах, поскольку продукцию их используют непосредственно в пищу.

Целесообразно применять местные удобрения, полученные на загрязненных площадях в севооборотах кормового направления, на семеноводческих участках, под технические, масличные и прядильные культуры, картофель для производства крахмала.

Использование удобрений на загрязненных радиоактивными веществами почвах является одним из главных мероприятий уменьшения поступления радионуклидов в сельскохозяйственные растения. Снижение содержания радионуклидов в продукции растениеводства достигают не только за счет уменьшения их накопления растениями, но и за счет уменьшения содержания радиоактивных продуктов деления на единицу массы растениеводческой продукции при увеличении урожая (эффект «разбавления»).

Для увеличения урожая применяют органические и минеральные удобрения на основе общих рекомендаций. Однако при внесении их в почву следует соблюдать определенные правила. Внесение рекомендованных доз удобрений под некоторые сельскохозяйственные культуры на различных типах загрязненных радиоактивными веществами почв уменьшает содержание радионуклидов в урожае в 5 раз, а на легких песчаных и суглинистых почвах до 10 раз.

Многогранная роль, которую играют микроэлементы в жизни растений и вообще живых организмов, позволяет предположить разные механизмы их влияния на поведение радионуклидов в системе почва-растение. Во-первых, некоторые из них, будучи химическими аналогами радионуклидов, могут вступать с ними в конкурентные отношения при поступлении из почвы в растения. Например, такие взаимодействия могут возникать между цинком и стронцием, проявляя синергизм с макроэлементами, могут стимулировать их поглощения растениями, тем самым создавая конкурентные условия радионуклидам. Такие взаимоотношения могут возникать между медью, марганцем, цинком с одной стороны и кальцием с другой; между бором, молибденом, марганцем — с одной и фосфором — с другой; литием, бором, марганцем — с одной и калием — с другой и другие. В конце концов, литий, например, проявляет антагонизм по отношению к стронция и цезия, и синергизм к калию и кальцию; цинк проявляет антагонизм к стронцию, и синергизм как к калию и кальцию, так и к фосфора медь — антагонизм к цезию, и синергизм в тех же калия, кальция и фосфора.

Бесспорно, роль микроэлементов в данном аспекте не ограничивается взаимодействием с радионуклидами прямым или опосредованным через макроэлементы путем. Они могут влиять на проницаемость клеточных мембран для радионуклидов с определенными ионными радиусами, зарядом, геометрией координационного и электронной конфигураций; могут активизировать или, наоборот, тормозить системы транспорта отдельных радионуклидов; образовывать комплексные соединения с различными веществами, в том числе и физиологически активными, которые влияют на поступление радионуклидов в растения и их передвижения в отдельные органы. И особенно остро все эти эффекты могут проявляться в условиях естественного или искусственного дефицита микроэлементов. Именно тогда их дополнительное внесение может приводить к максимально выраженных положительных результатов.

Изменение структуры севооборота. Радиоактивные вещества поглощаются из почвы различными видами растений с неодинаковой интенсивностью и накапливаются в них в разных количествах. Поэтому при планировании мероприятий по уменьшению их поступления в сельскохозяйственные растения следует особое внимание уделять подбору в севообороте культур и сортов растений.

В отношении растений к стронция и цезия замечается естественная корреляция между поглощением кальция и 90Sr, с одной стороны, и калия и 137Cs — с другой. Кальциефильни бобовые растения интенсивно поглощают 90Sr, накапливая его в значительных количествах в своих органах. Злаки, которые поглощают кальций в сравнительно небольших количествах, мало накапливают также и 90Sr. Поэтому накопления 90Sr в различных видах растений может отличаться в десятки раз.

Калиефильные растения — люпин, кукуруза, капуста, картофель, свекла, интенсивно поглощают 137Cs. В порядке уменьшения содержания радионуклидов в продовольственной части отдельные виды растений распределяются так: зерновые и зернобобовые — люпин, овес, гречка, горох, ячмень, пшеница, кукуруза, просо, соя, фасоль; овощные — капуста, картофель, свекла, морковь, огурцы, томаты; травы — овсяница, райграс, костер, клевер, тимофеевка. Большое значение могут иметь сортовые особенности растений. Так, отдельные сорта гороха могут отличаться по способности накопления 90Sr в зерне и соломе в 2,5 раза, а сорта яровой пшеницы по способности накопления 137Cs в зерне в 3, в соломе — почти в 2 раза. Разница в накоплении 137Cs в зависимости от сорта озимой пшеницы составляет до 5 раз.

Учитывая такие существенные колебания в способности различных сельскохозяйственных растений накапливать радиоактивные вещества, уместно проводить селекционную работу по созданию новых сортов с низкой способностью аккумулировать отдельные радионуклиды.

С учетом способности культур и их сортов к накоплению радиоактивных веществ, соответствующие коррективы в севообороте могут снизить уровень загрязнения ими продукции растениеводства.

Фитодезактивация — один из немногих мероприятий, который предусматривает очистку почвы от радионуклидов. Большинство остальных мероприятий минимизации перехода их в растения базируется на содержании их в почве с помощью связывания с другими веществами, переводом в нерастворимое состояние, вытеснении конкурентными способами с транспортных путей и другими с надеждами на их дальнейшее природной физический распад.

Фитодезактивация — это удаление радионуклидов из почвы с помощью специально выращиваемых на них растений. Для этого применяют виды, имеющие высокие коэффициенте накопления (КН) радионуклидов и формирующих значительную биомассу. Наиболее этим требованиям отвечает люпин, несколько в меньшей степени люцерна, также кукуруза и подсолнечник при выращивании на зеленую массу, некоторые травосмеси. При внесении оптимальных и повышенных доз удобрений, проведении при необходимости орошения, введении в почву активной микробиоты (например, силикатных бактерий, ускоряющих разрушение радиоактивных частиц и высвобождение радионуклидов) и использовании других факторов, способствующих созданию оптимальных условий роста растений и перевода радионуклидов в доступен для них состояние, можно существенно повысить выноса радиоактивных веществ из почвы. Оптимальная система севооборотов с высокими значениями КН у растений (2-10) и урожаями биомассы (40-80 т/га) позволяет в течение 5 лет уменьшить содержание радионуклидов в почве в 4-5 раз.

Преградой на пути широкого применения фитодезактивации есть трудности утилизации больших масс загрязненных радионуклидами растений. Технологически она уже решается. И есть все основания полагать, что мероприятие фитодезактивации почв найдет свое место среди комплексных систем очистки почвы от радионуклидов и способов минимизации их перехода в продукцию растениеводства.

В агроценозах процесс спонтанной фитодезактивации продолжается постоянно. Большое количество радионуклидов выносится с урожаем и на загрязненных радиоактивными веществами в результате аварии на Чернобыльской АЭС территориях заметны существенные различия между уровнями радиоактивности почв сельскохозяйственных угодий, активно используются и почв населенных пунктов, под застройку, промышленными площадками, лесом. Сравнительно высокие темпы такой фитодезактивации на лугах и пастбищах. Так, с урожаем кормовых трав за вегетационный период может выноситься до 10-12% количества радионуклидов в почве. Понятно, что в этих случаях они включаются в трофические цепи.

Управление режимом орошения. Важную роль в миграции радиоактивных веществ и их поступлении в растения играет орошения. Оросительная вода улучшает водный режим почвы, создает благоприятные условия для развития в почве микробиологических процессов, растворяет питательные вещества и делает их доступными для растений. Все это позволяет управлять ростом и развитием растений и обеспечивает стабильно высокие урожаи. Но при орошении могут быть созданы благоприятные условия для поступления в них радиоактивных веществ.

Различают три основных пути воздействия орошения на накопление радиоактивных веществ в растениях:

1) при орошении происходят существенные изменения в водном режиме почв, вследствие чего возрастает подвижность радиоактивных веществ в почве и их доступность для корневых систем растений;

2) вследствие изменений характера физиологических процессов, которые взаимосвязаны с изменениями в поступлении в растения и транспортировке питательных веществ, происходят изменения в накоплении как отдельных макро- и микроэлементов, так и радиоактивных веществ;

3) при орошении радиоактивные вещества поступают в растения по цепочкам миграции, которых нет в богарных земледелии.

На поливных землях возможны три пути перехода радиоактивных веществ в растения: 1) только из почвы; 2) только с оросительной воды; 3) комбинированный, при котором радиоактивные вещества поступают в растения как из почвы, так и с оросительной воды. Такая классификация позволяет выделить доминирующий путь перехода радиоактивных изотопов в растения и определить их количество.

Поступления радиоактивных веществ в растения зависит от способа полива — дождеванием (80% площадей), или поверхностного (около 20% площадей). Иногда применяют подпочвенное и капельное орошение (около 1% площадей).

При дождевании радиоактивные вещества поглощаются надземной частью растений с поливной воды, которая попадает на листья, стебли, цветки, плоды; при поверхностном поливе и подпочвенном орошении — корнями.

Радиоактивные вещества попадают в надземную часть и производительные органы сельскохозяйственных культур при орошении двумя путями: долгим — оросительная вода — почва — корневая система — надземные органы и коротким — оросительная вода — надземные органы. При коротком пути миграции изотопов радиоактивные вещества не поглощаются твердой фазой почвы. Если радиоактивные вещества содержатся в воде, то поступления их в растения при дождевании будет максимальным через надземные органы и отчасти через корневую систему. При поверхностном поливе водой с радиоактивными веществами поступления радионуклидов несколько меньше, поскольку часть из них поглощает почву. Количество поглощенных почвой радионуклидов увеличивается при пропитке воды по капиллярам почвы из глубинных слоев. В результате минимальным становится поступления радиоактивных веществ из воды при подпочвенном поливе.

При поливе ворсинок радиоактивными веществами водой следует отдать предпочтение дождеванием.

Поверхностный полив чистой водой способствует глубокому промывке почвы, переноса радиоактивных веществ с поверхности в корнеобитаемом слой, повышению подвижности радионуклидов и поступлению их в растения. Подпочвенный полив и в этой ситуации более целесообразно.

Если радиоактивные вещества содержатся и в почве, и в оросительной воде, их поступления в растения увеличивается.

Кроме вида полива, режим орошения сельскохозяйственных культур определяется также нормой полива, количеством поливов и сроком их проведения.

Норма полива — это количество воды, необходимой на один полив единицы площади, ее следует отличать от оросительной нормы, означает количество воды для полива единицы площади за весь период вегетации растений. При поливе дождеванием именно норма полива позволяет определить продолжительность контакта надземной части растений с оросительной водой и соответственно — количество радионуклидов, которые могут попасть в растение. Главным фактором влияния на накопление радиоактивных веществ в урожае является норма полива. При ее увеличении с 100 до 1000 м3/га накопления 89Sr в надземной части пшеницы растет втрое, а в зерне — вдвое. Накопление обоих изотопов интенсивнее при увеличении нормы полива до 500 м3/га.

Если по норме полива можно определить количество радиоактивных веществ, которые поступают в растения за один полив, то за оросительной нормой — за весь период вегетации растения. Если при повышении нормы полива количество радионуклидов, которые поступают в растения, достигает степени насыщенности, то увеличение количества поливов должно способствовать их накоплению. Так, при одинаковой оросительной норме, но при уменьшении количества поливов дождеванием в 2-З раза, накопления радионуклидов в растениях уменьшается в 1,5-4 раза.

При поверхностном орошении большие нормы полива способствуют вымыванию радиоактивных веществ в глубокие слои почвы. Поэтому уменьшение количества поливов за счет увеличения поливной нормы также уменьшает поступление радиоизотопов в растения.

Интенсивность поступления радиоактивных веществ в растения зависит также от сроков полива. При дождевании на более поздних этапах вегетационного периода растения содержат большее количество радиоактивных веществ, поскольку увеличиваются их масса и размер надземной части. В поздние фазы развития радиоактивные вещества могут попадать непосредственно на генеративные органы растений, что приводит к увеличению их содержания в плодах. Оказывается такая закономерность: чем ближе к сбору урожая осуществляется полив, тем больше радиоактивных веществ накапливается в растениях.

Рекомендации по предотвращению поступления и накоплению радиоактивных веществ в сельскохозяйственных растениях посредством регуляции режима орошения при поливе водой, содержащей радиоактивные вещества:

1. При возможности выбора способа орошения предпочтение следует отдавать поверхностном поливе.

2. В пределах объема оросительной нормы за счет увеличения норм полива уменьшить количество поливов.

3. Отдавать предпочтение поливам в первой половине вегетационного периода растений.

4. Не допускать полива дождеванием в период формирования и созревания генеративных органов, особенно тогда, когда плоды являются основной продукцией растениеводства.

Внесение специальных веществ и соединений. Для уменьшения поступления радиоактивных веществ из почвы в растения рекомендуется вносить в почву минералы, способные к их сорбции. Особенно интенсивно сорбируют 90Sr и 137Cs Иллит и вермикулита, несколько меньше — монтмориллонита и каолиниты. Эффективными сорбентами являются такие минералы, как флогопит, асканит, гумбрин, гидрофлогопит, биотит, цеолиты и бентониты. Внесение этих минералов в почву в мелко-размолотом состоянии в количестве, составляющем 0,5-1% объема пахотного слоя почвы, уменьшает поступления радиоактивных веществ в растения в несколько раз.

Эффективно также внесение в почву комплексонов — аминополикарбонових кислот и их производных, которые могут образовывать в почве комплексные соединения с радионуклидами, способствуя их вымыванию из корнеобитаемого слоя вглубь почвы.

При составлении рекомендаций по практическому применению комплексных мер снижения поступления радиоактивных веществ из почвы в растения следует учитывать их санитарно-гигиеническое значение и экономическую эффективность. Вряд ли целесообразно рекомендовать использование дорогих средств, не сможет оправдать концепцию радиационной безопасности «риск-польза».

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

CAPTCHA image
*