Особливості ведення сільського господарства на забруднених радіонуклідами територях лісостепу

Зрозуміло, що внесення вапна та вапняних матеріалів можливе лише на кислих ґрунтах. Що стосується лужних ґрунтів, то збагачення їх кальцієм може проводитися за рахунок гіпсування. На нейтральних ґрунтах можна вносити збалансовані кількості вапняних матеріалів та гіпсу. Але слід відзначити, що досвід гіпсування ґрунтів з метою зменшення надходження радіонуклідів в рослини значно скромніший, ніж вапнування.

Хімічний аналог кальцію і стронцію—магній—також може вступати у конкурентні взаємовідносини зі стронцієм і зменшувати його накопичення в рослинах. Його менша ефективність щодо блокування цього процесу зумовлена більшою віддаленістю від стронцію у періодичній системі елементів, тобто більшою різницею у фізико–хімічних властивостях. Саме тому на тлі забезпечення ґрунту кальцієм дія магнію може не проявитись.

Калійні добрива. Надходження 137Сs в рослини та нагромадження його в урожаї у значній мірі визначається вмістом у ґрунті калію—його хімічного аналогу. З підвищенням кількості калію в ґрунті зменшується надходження в рослини 137Сs (табл. 12.4). Тому внесення калійних добрив у підвищених кількостях, особливо під рослини калієфіли, є одним з головних засобів зменшення вмісту цього радіонукліду в продукції рослинництва.

12.4. Залежність накопичення 137Сs у зеленій масі кукурудзи від типу ґрунту та вмісту в ньому обмінного калію

Досвід вивчення впливу калійних добрив на надходження 137Сs в сільськогосподарські рослини величезний. Він однозначно свідчить про те, що їх внесення на бідних на калій ґрунтах завжди приводить до зменшення вмісту цього радіонукліду в урожаї всіх сільськогосподарських культур в багато разів.

У цілому накопичення 137Сs рослинами обернено пропорційне вмісту в ґрунті обмінного калію. Але зниження рівнів його вмісту в рослинах залежно від дози калію носить гіперболічний характер, тобто ефективність калійного живлення по мірі підвищення доз знижується. Проте збільшення кількості калію в два і три рази порівняно з загальноприйнятими нормами дозволяє надійно зменшувати надходження радіонукліду в 3–6 разів. Реально дози калію при цьому збільшуються до 180–240 кг/га.

На рис. 12.1 наведені криві залежності можливих рівнів забруднення врожаю 137Сs від доз калійних добрив (в перерахунку на калій) і початкового вмісту обмінного калію в ґрунті. Вони свідчать, що внесення калійних добрив на ґрунтах з його дефіцитом здатне зменшити кількість 137Сs в рослинах більш як у 10 разів. У той же час ефективність прийому дуже низька на забезпечених калієм ґрунтах. Вони показують також доцільність збільшення норм добрив до певної межі, коли подальше їх зростання вже втрачає сенс.

Підсилення калійного живлення рослин зменшує і надходження 90Sr. Звичайно це пояснюється відомим антагонізмом між калієм з одного боку, і кальцієм та 90Sr—з другого. Тому під впливом калію знижується і нагромадження в рослинах кальцію, що іноді може мати і негативний ефект.

Рис. 12.1. Залежність рівнів забруднення врожаю 137Сs від дози калійного добрива і початкового вмісту обмінного калію у ґрунті.

(Вміст калію в ґрунті: 1ק 2ר 3ת 4㬆 5㬐 мг/100 г )

Варте уваги й те, що кислі ґрунти можуть бути нейтралізовані не тільки вапняковими матеріалами, основу яких складає вуглекислий кальцій, але й іншими вуглекислими солями, зокрема вуглекислим калієм. Внесення його в кислі ґрунти знижує надходження радіонуклідів в рослини так само, як і вапно. Більш того, на слабокислих ґрунтах, у яких вапно практично не впливає на розміри переходу 90Sr з ґрунту в рослини, вуглекислий калій помітно зменшує нагромадження радіонукліду. Водночас під його впливом, аналогічно до хлористих, азотних та інших солей калійних добрив, в рослинах зменшується і вміст 137Сs.

Фосфорні добрива. Солі фосфорних кислот здатні утворювати зі стронцієм, як, до речі, і з іншими елементами другої групи, слаборозчинні чи навіть практично нерозчинні сполуки типу вторинних і третинних фосфатів. На цій підставі цілком слушно було припущено, що внесення в ґрунт фосфорних добрив повинно зменшувати перехід 90Sr в рослини. І дійсно досить великий масив науково–дослідницьких і виробничих даних свідчить про те, що внесення фосфорних добрив в будь–яких формах на будь–яких відмінностях зменшує нагромадження 90Sr практично всіма видами рослин в 2–6 разів. Найбільш ефективними є добрива, які містять фосфати кальцію та калію. Так, внесення в ґрунт фосфатів калію у декілька разів знижує в рослинах вміст як 90Sr, так і 137Сs. Інші фосфати—амонію, натрію, магнію впливають, головним чином, тільки на кількість 90Sr.

Якщо у відношенні впливу фосфорних добрив на надходження в рослини 90Sr протиріч немає, то у відношенні 137Сs вони існують. На деяких ґрунтах фосфорні добрива у формі суперфосфатів можуть посилювати нагромадження 137Сs рослинами. Так, внесення суперфосфату на вилугуваному чорноземі зумовлює збільшення вмісту 137Сs в продуктивних органах багатьох видів сільськогосподарських рослин в 1,5–2 рази. Азотно–фосфорне добриво без калію часто підсилює надходження 137Сs в рослини на всіх типах ґрунтів. Зокрема, на чорноземах Лісостепу спостерігали збільшення майже у 4 рази.

Азотні добрива На забруднених радіоактивними речовинами ґрунтах слід передусім обережно підходити до використання азотних добрив. Існує немало даних про те, що при їх внесенні збільшується накопичення в рослинах як 137Сs, так і 90Sr. Саме тому рекомендації щодо застосування мінеральних добрив з метою зменшення надходження радіонуклідів в рослини на тлі збільшення норм фосфорних і калійних добрив застерігають від використання підвищених кількостей азотних добрив.

Основною причиною посилення переходу радіонуклідів з ґрунту в рослини під впливом азотних добрив фактично апріорі вважається можливе підкислення ґрунтового розчину і зростання в цих умовах рухомості практично всіх елементів живлення, в тому числі і радіоактивних, при застосуванні традиційних для України і більшості країн Європи аміачної селітри—фізіологічно кислої форми азотних добрив, а також карбаміду, який, розкладаючись у ґрунті на аміак та вуглекислоту, здатний також сприяти зсуву реакції середовища у бік підкислення. Але прямих даних про зміну реакції ґрунтового розчину при внесенні цих чи інших аміачних форм азотних добрив немає. Описані лише випадки, коли тривале застосування самих фізіологічно кислих азотних добрив протягом декількох десятиліть змінювало рН сольової витяжки дерново–підзолистого ґрунту з 4,8 до 4,6 і підвищувало гідролітичну кислотність з 4,4 до 6,1 мг–екв на 100 г ґрунту.

Проте є дані про відсутність збільшення накопичення радіонуклідів рослинами при застосування азотних добрив у формі фізіологічно нейтральних солей—кальцієвої, калієвої і натрієвої селітр. Крім того, при використанні кальцієвої та калієвої селітр зменшується надходження в рослини, відповідно, 90Sr і 137Сs. Так, в умовах вегетаційного досліду з ярою пшеницею було показано, що при внесенні аміачної селітри КН як 90Sr, так і 137Сs зростав майже лінійно із збільшенням кількості внесеного азоту (рис. 12.2). Внесення азоту у вигляді калієвої селітри не впливало на накопичення 137Сs. Вміст 90Sr при цьому дещо зростав із збільшенням дози азоту з 5 до 10 мг/100 г ґрунту, але із подальшим збільшенням до 20 мг не змінювався. Ці факти нібито свідчать на користь гіпотези про підкислення, можливо не стільки ґрунтового розчину, скільки мікросередовища, наприклад, на поверхні кореня. Можливо, посилення надходження радіонуклідів під впливом аміачних форм добрив пов’язане з складними взаємодіями, котрі можуть виникати між іонами NН4+, К+, Сs+. В процеси цих взаємодій можуть залучатися також іони Са2+ і Sr2+. Більш того, в результаті прискорення наростання біомаси рослин під впливом азотних добрив всіх форм і зменшення відносної кількості радіонуклідів в одиниці її маси часом спостерігають зниження кількості радіонуклідів за рахунок простого розведення, тобто зниження питомої радіоактивності.

1—90Sr, аміачна селітра

2—137Сs, аміачна селітра

3—90Sr, калієва селітра

4—137Сs, калієва селітра

Рис. 12.2. Криві залежності накопичення 90Sr і 137Сs в зерні ярої пшениці від рівня азотного живлення і форми добрив

Отже, вплив азотних добрив на накопичення радіонуклідів рослинами є досить складним і різнобічним процесом. Тут можуть діяти механізми, дійсно пов’язані з підкисленням середовища, може впливати хімічна форма азоту, в які він входить до складу солей добрив, катіон, який може бути представлений хімічним аналогом і антагоністом радіонуклідів. Певний, можливо, досить вагомий внесок може мати розбавлення радіонуклідів у біомасі рослин. Усі ці процеси можуть відбуватися водночас, створюючи різноманітні ситуації щодо надходження радіонуклідів у рослини.

Саме тому на забруднених радіонуклідами ґрунтах рекомендується не збільшувати дози азотних добрив, а вносити їх у тих кількостях, що рекомендовані для звичайних умов вирощування виду чи сорту культури на даній ґрунтовій відмінності чи навіть менших. Але дози фосфорних і калійних добрив з метою максимального зниження находження радіонуклідів слід збільшувати, відповідно, в 1,5 і 2 рази. Важливо, що за позакореневих підживлень негативна дія азотних добрив навіть у фізіологічно–кислих формах, як правило, не проявляється (табл. 12.5).

12.5. Вплив позакореневого підживлення рослин мікроелементами та аміачною селітрою на накопичення 137Сs в зерні ріпаку та люпину

Мікродобрива Певна роль у зниженні надходження радіонуклідів в рослини може належати мікроелементам. На жаль, їх вплив на цей процес вивчений ще недостатньо. Але однозначно встановлено, що дія мікроелементів, особливо значуща на ґрунтах з їх дефіцитом, більшою мірою проявляється на бідних в цілому ґрунтах.

Багатогранна роль, яку грають мікроелементи в житті рослин і взагалі живих організмів, дозволяє припустити різні механізми їх впливу на поведінку радіонуклідів у системі ґрунт–рослина. По–перше, деякі з них, будучи хімічними аналогами радіонуклідів, можуть вступати з ними в конкурентні взаємовідносини при надходженні з ґрунту в рослини. Наприклад, такі взаємодії можуть виникати між цинком і стронцієм, фтором і стронцієм, міддю і цезієм, літієм і цезієм. По–друге, деякі мікроелементи, проявляючи синергізм з макроелементами, можуть стимулювати їх поглинання рослинами, тим самим створюючи конкурентні умови радіонуклідам. Такі взаємовідносини можуть виникати між міддю, марганцем, цинком з одного боку і кальцієм з другого; між бором, молібденом, марганцем—з одного і фосфором—з другого; літієм, бором, марганцем—з одного і калієм—з другого тощо. Зрештою, літій, наприклад, проявляє антагонізм по відношенню до стронцію і цезію та синергізм до калію і кальцію; цинк виявляє антагонізм до стронцію і синергізм як до калію і кальцію, так і до фосфору; мідь—антагонізм до цезію і синергізм до тих же калію, кальцію і фосфору.

І в дослідах з деякими культурами, зокрема специфічними накопичувачами радіонуклідів люпином та вівсом, було показано, що їх внесення в рядки при посіві у кілограмових кількостях на гектар зменшує накопичення як 90Sr, так і 137Сs (табл. 12.6). Більш того, навіть при рекомендованому на забруднених радіонуклідами ґрунтах вищезгаданому співвідношенні основних елементів живлення як 1:1,5:2 додавання мікроелементів посилює їх дію.

12.6. Вплив повного мінерального добрива при співвідношеннях NPK (по 90 кг/га) як 1:1:1 та 1:1,5:2 і мікроелементів на накопичення 90Sr і 137Сs в зерні вівса та люпину, КН

Але при внесенні у ґрунт разом з макроелементами, зокрема фосфорними, а особливо на фоні вапнування, мікроелементи можуть зв’язуватись і переходити у важкодоступний стан. Крім того, внесення кілограмових кількостей на гектар солей мікроелементів технологічно незручне. Саме тому можна рекомендувати внесення мікроелементів шляхом позакореневого підживлення. Особливо ефективним є цей прийом при обприскуванні рослин разом з 1 %–м розчином аміачної селітри, яка, з одного боку, стає джерелом необхідного азоту, минаючи взаємодію з ґрунтовим розчином, а з іншого, посилюючи розчинність солей мікроелементів, стимулює їх надходження у рослини через надземні органи.

Безперечно, роль мікроелементів у цьому аспекті не обмежується лише взаємодією з радіонуклідами прямим чи опосередкованим через них шляхом. Вони можуть впливати на проникність клітинних мембран для радіонуклідів з певними іонними радіусами, зарядом, геометрією координаційної та електронної конфігурацій; можуть активізувати або, навпаки, гальмувати системи транспорту окремих радіонуклідів; утворювати комплексні сполуки з різними речовинами, в тому числі й фізіологічно активними, котрі впливають на надходження радіонуклідів у рослини та їх пересування в окремі органи. І особливо гостро всі ці ефекти можуть проявлятися в умовах природного або штучного дефіциту мікроелементів. Саме тоді їх додаткове внесення може призводити до максимально виражених позитивних результатів.

Органічні добрива.Внесення у ґрунт органічних добрив, які збільшують ємність ґрунтового вбирного комплексу, суттєво зменшує надходження в рослини радіонуклідів. До того ж, органічні добрива, основну масу котрих складають розкладені рештки рослин, містять у збалансованих чи близьких до таких кількостях усі необхідні для рослин макроелементи та мікроелементи, багато з яких знижують надходження радіонуклідів у рослини. Пташиний послід ще й містить кальцій у підвищених кількостях.

Особливо ефективним є внесення гною, перегною, низинного торфу на ґрунтах легкого механічного складу. При цьому органічні і мінеральні речовини цих добрив запобігають переходу в рослини не тільки 90Sr і 137Сs, але й багатьох інших радіонуклідів, в тому числі 239Рu та 241Аm, які не мають ефективних хімічних аналогів–антагоністів серед елементів живлення.

Певна увага в цьому плані надається відомим природним органічним добривам сапропелям. Багаторічний досвід показав, що їх внесення у кількості від 60 до 120 т/га на фоні збільшення врожаю зменшує перехід радіоцезію в зерно вівса і бульби картоплі в 1,5–2 рази, кормові буряки—в 2,5–3, капустуת–4,5 раза, зелену масу люпину—в 2–5 разів.

Різко зменшується накопичення радіонуклідів рослинами на кислих дерново–підзолистих ґрунтах при спільному застосуванні вапнування і органічних добрив. Цей захід разом із використанням підвищених доз фосфорно–калійних добрив слід розглядати як один з найбільш істотних серед усіх агрохімічних прийомів, націлених на зменшення надходження радіонуклідів у рослини і водночас на збільшення врожаю.

При використанні органічних та інших місцевих добрив слід дотримуватися певних правил. Гній, компост, попіл, одержані в місцевості з підвищеною щільністю радіонуклідного забруднення, можуть перетворитися на джерело вторинного забруднення ґрунту. Високий рівень забруднення можуть мати і сапропелі за рахунок концентрування радіоактивних частинок з площ водозборів. Тому такі добрива не рекомендується застосовувати на полях із низьким вмістом радіонуклідів. Не слід також вносити їх на овочево–картопляних сівозмінах, продукція яких йде безпосередньо в раціон людини часто–густо без будь–якої кулінарної обробки. Найбільш доцільно їх використовувати у сівозмінах кормового напрямку, на насінницьких ділянках, під технічні культури.

Таким чином, застосування хімічних меліорантів і добрив на забруднених радіоактивними речовинами ґрунтах при дотриманні певних правил і закономірностей з урахуванням специфіки ґрунтів, фізико–хімічних властивостей радіонуклідів, особливостей видів, що вирощуються, є одним з головних засобів зменшення їх надходження в рослини. При цьому треба враховувати і те, що зниження радіоактивності продукції рослинництва досягається не тільки за рахунок зменшення їх накопичення, але й за рахунок розбавлення при збільшенні врожаю.