35 лет после аварии на Чернобыльской АЭС - нужны ли реабилитационные мероприятия на сельскохозяйственных угодьях?

До аварии на Чернобыльской АЭС плотность загрязнения почв Брянской области 137Cs составляла 1,5-3,0 кБк/м2. Сразу после аварии средневзвешенная плотность загрязнения сельскохозяйственных угодий достигла 132 кБк/м2, в том числе на пашне – 111 кБк/м2, а на сенокосах и пастбищах – 186 кБк/м2, превышая доаварийный уровень в 45-125 раз. По прошествии 35 лет и распаде более половины выпавшего 137Cs на юго-западе Брянской области ещё остаются большие площади сельскохозяйственных земель, которые нельзя отнести к категории радиационно безопасных [1-3].

По данным ФГБУ «Брянскагрохимрадиология» средневзвешенная плотность загрязнения почв сельскохозяйственных угодий радионуклидами снизилась на 47%, пашни – на 43%, сенокосов и пастбищ – на 58%. На пашне уменьшился переход 137Cs в продукцию растениеводства, и её качество стало соответствовать санитарно-гигиеническим нормативам [4].

Учёные ФГБНУ ВНИИРАЭ установили, что в зависимости от интенсивности проведения реабилитационных мероприятий в земледелии их вклад в снижение удельной активности 137Cs в продукции растениеводства в первый период после радиационной аварии (1987-1991 гг.) был максимальным – 20-35%, во второй период (1992-1997 гг.) он снизился до 10-25%, а в третий (1998 г. и далее) – до 5-15%. Через 15-20 лет после аварии в отсутствие реабилитационных мероприятий для некоторых культур уменьшение содержания 137Cs в растениях определяется только распадом радионуклида. Доказано, что в настоящее время проведение агрохимических реабилитационных мероприятий на пашне и агротехнических на кормовых угодьях является основным способом снижения содержания 137Cs в продукции растениеводства и кормопроизводства [5, 6].

Для получения нормативно чистой продукции растениеводства и кормопроизводства для наиболее загрязнённой 137Cs юго-западной части Брянской области разработаны агрохимические реабилитационные мероприятия на сельскохозяйственных угодьях [7-9] и способ адаптивного использования естественных пойменных лугов [10-12].

Целью настоящей работы являлась оценка необходимости реабилитации сельскохозяйственных угодий юго-запада Брянской области через 35 лет после аварии на ЧАЭС и радиологоэкономическое обоснование наиболее эффективных приёмов восстановления агроэкосистем.

Материалы и методы

Экономическим исследованиям были подвергнуты результаты стационарных полевых опытов ФГБУ «Брянскагрохимрадиология» [13]. Организации по радиологической защите рекомендуют использовать для оценки эффективности реабилитационного мероприятия «анализ затрат и результатов» [14-17]. Оптимальным признают то реабилитационное мероприятие, которое не только обеспечивает высокий радиологический результат, а экономический эффект от применения которого превышает затраты. При выборе реабилитационного мероприятия для практического использования (среди нескольких радиологически эффективных) предложено руководствоваться показателем, определяющим эффективность необходимых затрат. Таким критерием является стоимость единицы предотвращённой относительной дозы облучения, если вменённые издержки выше контрольной денежной стоимости чел.-Зв., то вариант не признают оптимальным [16].

Экономическую оценку проводили по следующему алгоритму. Для примера возьмём вариант: внесение 2,1 т/га известковой муки с минеральными удобрениями (N 60 P 30 K 90 ) под ячмень в 5-польном севообороте на дерново-подзолистой песчаной почве с плотностью загрязнения ¹³⁷Cs 871 кБк/м². Исходные данные для расчёта следующие: 1) удельная радиоактивность до проведения реабилитационного мероприятия 137 Бк/кг и после его проведения 111 Бк/кг; 2) урожайность ячменя до проведения реабилитационного мероприятия ( М ) 2130 кг/га и после его проведения ( М с ) 2400 кг/га.

Определяли предотвращённую относительную дозу облучения населения (чел.-мЗв/га), которая является показателем эколого-экономической эффективности реабилитационного мероприятия в условиях радиоактивного загрязнения.

Величину снижения относительной дозы облучения определяли по формуле:

A S = К x E x M x C x (1 - m / f), где ∆S – коллективная доза облучения населения, предотвращённая в результате использования реабилитационных мероприятий, чел.-мЗв; К – доля оставшейся активности радионуклида после технологической переработки рассматриваемого сельскохозяйственного продукта; E – дозовый коэффициент, чел.-мЗв/Бк [15]; M – объём продукции до применения реабилитационного мероприятия, полученный с единицы площади, кг/га; C – удельная активность радионуклида в продукции до применения реабилитационного мероприятия, Бк/кг; m – кратность увеличения объёма: m=Mc/M=2400/2130=1,13 раза; f – кратность снижения удельной активности радионуклида в продукции при использовании реабилитационного мероприятия:

f = C / C c = 136,9/111 = 1,23 раза;

A S = 1,0 х 6,8 х 10^-6 х 2130 х 136,9 х (1 - 1,13/1,23) = 0,159 чел.-мЗв/га.

Полный экономический результат ( Р ) реабилитационного мероприятия определяли по формуле:

Р = А У + АД, где А У - сокращение экономического ущерба от загрязнения окружающей среды в результате применения реабилитационного мероприятия:

А У = а х А S = 20х0,159 = 3,17 долл./га, где а - стоимостный эквивалент потерянных человеком лет жизни от облучения, принимаемый по рекомендациям [14, 16] в размере 10-20 тыс. долл. США/чел.-Зв; АД — дополнительный доход от применения реабилитационного мероприятия:

АД = (Мс - М) х Цяч = (2400 - 2130)х0,05 = 13,5 долл./га, где Цяч – закупочная стоимость зерна ячменя, равная 0,05 долл./кг.

Р = 3,17+13,5 = 16,67 долл./га.

Дисконтированный экономический результат (ДР) определяли по следующей формуле: ДР = Р х ®, где ® - коэффициент дисконтирования, который рассчитывали по формуле: ® = (1+ r)-n = 1/(1+ r) n = 1/(1+0,08) = 0,93, где r – норма дисконтирования (доходности инвестиций), равная для средозащитных мероприятий 0,08.

ДР = 16,67 х 0,93 = 15,5 долл./га.

Чистый дисконтированный доход ( ЧДД ) определяли по формуле:

ЧДД = ДР – К = 15,5 – 3,8 = 11,7 долл./га, где К – единовременные затраты, приведённые к одному году, которые представляют собой стоимость внесения 2,1 т/га известковой муки с минеральными удобрениями (N60P30K90), равные 3,8 долл./га.

Индекс доходности инвестиций ( ИД ) – доход от каждого вложенного в инвестиции рубля, определяли по формуле:

ИД = ДР / К = 15,5/3,8 = 4,08.

Расчётный индекс доходности для рассматриваемого реабилитационного мероприятия >1, следовательно, его применение экономически эффективно.

Стоимость единицы предотвращённой коллективной дозы облучения ( е ) рассчитывали по формуле:

е = К х 1000/ А S = 3,8 х 1000/0,159 = 23,9 тыс. долл. США/чел.-Зв, где 1000 – для пересчёта миллизивертов в зиверты.

Рассчитанная стоимость единицы предотвращённой коллективной дозы облучения близка к нормативному показателю. Поэтому на основании стационарных полевых опытов и экономической оценки их результатов данное реабилитационное мероприятие – внесение известковой муки

• 2,1    т/га с минеральными удобрениями (N 60 P 30 K 90 ) под ячмень в пятипольном севообороте на дерново-подзолистой песчаной почве с активностью ¹³⁷Cs 871 кБк/м² – является эффективным не только по радиологическому, но и по экономическому критериям.

В поймах рек Ипути, Унечи, Беседи, расположенных на юго-западе Брянской области, заложили экосистемный ландшафтный стационар, состоящий из пяти ключевых экосистемных участков (КЭУ), которые находятся в различных зонах загрязнения 137Cs. Каждый КЭУ состоит из четырёх пойменных экологических подсистем (ПЭП), образованных естественными сообществами луговых растений, обусловленными почвенными и другими природными условиями (табл. 1, 2).

Характеристика ПЭП Суражского и Жуковского КЭУ в пойме р. Ипути

Характеристика ПЭП Лопатнинского, Перевозского и Батуровского КЭУ

Таблица 1

Суражский КЭУ, плотность заг		рязнения 137Cs менее 37 кБк/м2
Прирусловая ПЭП. Почва аллювиальная дерновая кислая маломощная укороченная. Травостой разнотравно-злаковый, сена 21 ц/га	Центральная ПЭП. Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная. Травостой осоково-манниково-ка-нареечниковый, сена 45 ц/га	Центральная ПЭП. Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная. Травостой разнотравно-маннико-вый, сена 72 ц/га	Притеррасная ПЭП. Почва собственно аллювиальная лугово-болотная. Травостой разнотравноосоковый, сена 72 ц/га
Жуковский КЭУ, плотность загрязнения 137Cs 37-185 кБк/м2
Прирусловая ПЭП. Почва аллювиальная дерновая кислая слоистая примитивная укороченная. Травостой бобово-разнотравнозлаковый, сена 21 ц/га	Центральная ПЭП. Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная. Травостой осоково-разно-травно-канареечниковый, сена 37 ц/га	Центральная ПЭП. Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная. Травостой осоково-канареечниково-маннико-вый, сена 93 ц/га	Притеррасная ПЭП. Почва собственно аллювиальная луговоболотная оторфованная. Травостой манниково-разнотравно-осоковый, сена 32 ц/га

Таблица 2

Лопатнинский КЭУ в пойме р. Унечи, плотность загрязнения 137Cs 185-555 кБк/м2
Прирусловая ПЭП. Почва аллювиальная дерновая кислая слоистая примитивная укороченная. Травостой бобово-разнотравнозлаковый, сена 5 ц/га	Центральная ПЭП. Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная. Травостой разнотравно-канарееч-никовый, сена 47 ц/га	Центральная ПЭП. Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная. Травостой разнотравно-манниковый, сена 93 ц/га	Притеррасная ПЭП. Почва собственно аллювиальная лугово-болотная оторфованная. Травостой разнотравно-осоковый, сена 28 ц/га
Перевозский КЭУ в пойме р. Ипути, плотность загрязнения 137Cs 555-1480 кБк/м2
Прирусловая ПЭП. Почва аллювиальная дерновая кислая слоистая примитивная укороченная. Травостой разнотравно-злаковый, сена 8 ц/га	Центральная ПЭП. Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная. Травостой разнотравно-канарееч-никовый, сена 43 ц/га	Центральная ПЭП. Почва собственно аллювиальная луговая кислая маломощная укороченная. Травостой разнотравно-маннико-вый, сена 45 ц/га	Притеррасная ПЭП. Почва собственно аллювиальная лугово-болотная. Травостой осоковый, сена 25 ц/га
Батуровский КЭУ в пойме р. Беседи, плотность загрязнения 137Cs более 1480 кБк/м2
Прирусловая ПЭП. Почва аллювиальная дерновая кислая слоистая примитивная укороченная. Травостой бобово-разнотравнозлаковый, сена 10 ц/га	Не обнаружили соответствующего луга в пределах данной плотности загрязнения 137 Cs	Центральная ПЭП. Почва собственно аллювиальная лугово-болотная. Травостой разнотравно-осоково-манниковый, сена 63 ц/га	Притеррасная ПЭП. Почва собственно аллювиальная лугово-болотная. Травостой разнотравноосоковый, сена 49 ц/га

Геоботаническое обследование травостоев ПЭП и отбор растительных образцов проводили по Л.Г. Раменскому [18]. Почвенные образцы отбирали в почвенных разрезах из слоёв 0-5 и 5-10 см в четырёхкратной повторности.

Для определения содержания форм 137Cs почвенные образцы подвергали последовательной обработке десорбентами по нижеприведённой схеме.

Доступные для растений формы: водорастворимые – извлекали дистиллированной водой, легкообменные – 1 н водным раствором ацетата аммония.

Недоступные для растений формы: труднообменные – извлекали 1 н раствором HCl; необменные – 3 н раствором HCl; прочносвязанные – представляли собой остаток, не извлекаемый вышеуказанными десорбентами.

В ФГБУ «Брянскагрохимрадиология» определяли удельную активность 137Cs в образцах растений, почв и вытяжек из них методом полупроводниковой гамма-спектрометрии.

Результаты и обсуждение

Оценка экономической эффективности наиболее радиологически значимых реабилитационных мероприятий, установленных в стационарных полевых опытах ФГБУ «Брянскагрохимра-диология» [13], позволила выделить среди них наиболее целесообразные для практического использования на различных типах почв и уровнях радиоактивного загрязнения [19]:

• •    почва дерново-подзолистая песчаная, плотность загрязнения ¹³⁷Cs 871 кБк/м² – в севообороте ячмень, клевер, кукуруза, озимая рожь, овёс; внесение известковой муки в дозе 2,1 т/га + NPK;

• •    почва дерново-подзолистая супесчаная, плотность загрязнения ¹³⁷Cs 2516 кБк/м² – в севообороте озимая рожь, картофель, ячмень + многолетние травы, клевер + тимофеевка первого года пользования, клевер + тимофеевка второго года пользования; внесение фосфоритной муки в дозе 288 кг/га + NPK;

• •    почва дерново-подзолистая легкосуглинистая, плотность загрязнения ¹³⁷Cs 901 кБк/м² – в севообороте картофель, ячмень, кукуруза, овёс + многолетние травы, клевер + тимофеевка первого года пользования, клевер + тимофеевка второго года пользования, озимая рожь; внесение полуторных доз фосфорно-калийного минерального удобрения в сочетании с одной дозой азотного минерального удобрения (NP 1,5 K 1,5 );

• •    почва дерново-подзолистая легкосуглинистая, плотность загрязнения ¹³⁷Cs 1224 кБк/м² – в севообороте картофель, ячмень, кукуруза, овёс + многолетние травы, клевер + тимофеевка первого года пользования, клевер + тимофеевка второго года пользования; внесение доломитовой муки в дозе 3 т/га + навоз 120 т/га + К 600 (КАХОП).

Однако проведение реабилитационных мероприятий на сельскохозяйственных угодьях юго-запада Брянской области по годам снижалось, а по некоторым их видам вовсе прекратилось (табл. 3).

Таблица 3 Изменение площади применения реабилитационных мероприятий на сельскохозяйственных угодьях юго-запада Брянской области за 30 лет [4]

Виды работ, тыс. га	Годы
	1986	1992	2006	2010	2014	2015	2016
Известкование	177,0	127,0	3,5	1,1	-	-	-
Фосфоритование	101,0	79,0	2,1	-	-	-	-
Калиевание	85,0	64,0	5,0	1,5	-	-	-

На экосистемном ландшафтном стационаре в поймах рек Ипути, Унечи и Беседи установлено, что в слое почв 0-10 см прирусловой, центральной и притеррасной ПЭП независимо от плотности их загрязнения 137Cs преобладает в недоступной для растений форме. Доступных соединений этого радионуклида больше в почвах центральной поймы под канареечниковыми и манниковыми травостоями (рис. 1).

Плотность загрязнения 185-555 кБк/м2

Плотность загрязнения 555-1480 кБк/м2

18000С

16000С

14000С

12000С monnc

Рис. 1. Удельная активность доступных и недоступных для растений форм ¹³⁷Сs (Бк/кг)

– доступный 137Сs

– недоступный 137Сs

в почвах прирусловой, центральной (слева – канареечниковые травостои, справа – манниковые травостои) и притеррасной частей речных пойм при различной плотности радиоактивного загрязнения.

В пойменных почвах достоверная положительная корреляционная связь установлена между доступными формами ¹³⁷Сs и содержанием обменного калия, а достоверная отрицательная – с р Н кс l и ёмкостью катионного обмена (ЕКО) почвенного поглощающего комплекса. В почвах притеррасной и прирусловой частей пойм связь между рассматриваемыми величинами сильнее, чем в почвах центральной части пойм (табл. 4).

Таблица 4

Коэффициенты парной корреляции между удельной активностью доступных форм 137Cs и агрохимическими показателями в слое 0-10 см пойменных почв

Части речных пойм	рН KCl	ЕКО	Гумус	Р 2 О 5	К 2 О
Прирусловые	-0,79	-0,63	-0,05	-0,25	0,75
Центральные, канареечниковые травостои	-0,46	-0,35	-0,47	-0,21	0,58
Центральные, манниковые травостои	-0,52	-0,41	0,18	-0,72	0,41
Притеррасные	-0,71	-0,75	-0,46	-0,31	0,67

Рассчитаны уравнения множественной регрессии для почв различных частей пойм, где у – удельная активность доступных для растений форм ¹³⁷Сs, Бк/кг; x 1 – рН KCl ; x 2 – ЕКО, ммоль/100 г почвы; x 3 – К 2 О, мг/кг почвы.

Прирусловые части пойм: y =17,98 – 3,19 x 1 – 0,15 x 2 + 22,2 x 3 .

Центральные части пойм, канареечниковые травостои:

y = – 349,88 – 13,39 x 1 + 3,86 x 2 + 474,2 x 3 .

Центральные части пойм, манниковые травостои:

y =30,74 – 4,03 x 1 – 0,17 x 2 + 28,5 x 3 .

Притеррасные части пойм: y =39,24 – 4,89 x 1 – 0,23 x 2 + 14,1 x 3 .

Независимо от плотности радиоактивного загрязнения удельная активность 137Cs в зелёной массе с центральной части пойм ниже, чем с прирусловой и, особенно, с притеррасной частей (табл. 5). Это, в какой-то мере, обусловлено разбавлением радионуклида в большей массе урожая, но, по-видимому, основную роль играют биологические особенности произрастающих здесь трав и свойства почв [20].

Таблица 5 Удельная активность ¹³⁷Cs в зелёной массе и в рационе животных с различных частей пойм в основных зонах радиоактивного загрязнения юго-запада Брянской области

Части речных пойм	Удельная активность 137Cs
	зелёная масса трав, Бк/кг	рацион животных, Бк/сут
Плотность загрязнения 137Cs менее 37 кБк/м2
Прирусловая	8,6	0,5×103
Центральная, канареечниковый травостой	3,1	0,2×103
Центральная, манниковый травостой	2,4	0,2×103
Притеррасная	4,3	0,3×103
Плотность загрязнения 137Cs 37-185 кБк/м2
Прирусловая	19,9	1,2×103
Центральная, канареечниковый травостой	4,2	0,3×103
Центральная, манниковый травостой	3,8	0,2×103
Притеррасная	43,0	2,6×103
Плотность загрязнения 137Cs 185-555 кБк/м2
Прирусловая	308,2	1,9×104
Центральная, канареечниковый травостой	93,5	0,6×104
Центральная, манниковый травостой	53,0	0,3×104
Притеррасная	377,6	2,3×104
Плотность загрязнения 137Cs 555-1480 кБк/м2
Прирусловая	1366,9	8,2×104
Центральная, канареечниковый травостой	196,9	1,2×104
Центральная, манниковый травостой	549,7	3,3×104
Притеррасная	1756,1	10,5×104
Плотность загрязнения 137Cs более 1480 кБк/м2
Прирусловая	368,8	2,2×104
Центральная, смешанный канареечниково-	885	0,5×104
манниковый травостой
Притеррасная	407,5	2,5×104

Для оценки естественных кормовых угодий учитывали удельную активность ¹³⁷Cs в зелёной массе луговых трав, а также в рационе сельскохозяйственных животных. Ежедневно корове требуется около 60 кг зелёной массы, а контрольный уровень составляет 370 Бк/кг, следовательно, допустимое суточное содержание этого радионуклида в рационе равно 2,2 x 10 4 Бк.

При плотности загрязнении 137Cs менее 37 кБк/м2 все участки поймы высоко и примерно одинаково хозяйственно пригодны. Когда плотность загрязнения этим радионуклидом превышает 37 кБк/м2, то травостои различных частей пойм дифференцируются по удельной активности 137Cs. При плотности загрязнения 37-185 кБк/м2 наиболее низка пригодность зелёной массы трав притеррасной поймы. Увеличение плотности загрязнения 137Cs до 185-555 кБк/м2 ещё сильнее дифференцирует удельную активность радионуклида в зелёной массе трав на различных частях поймы, а в притеррасной пойме она в рационе сельскохозяйственных животных становится больше допустимого уровня. При плотности радиоактивного загрязнения более 555 кБк/м2 возможно безопасно использовать в рационе только зелёную массу канареечниковых травостоев центральной поймы (табл. 5).

Итак, на пойменных естественных лугах, где не проводят реабилитационные мероприятия, снижающие удельную активность 137Cs в зелёной массе, эффективен адаптивный (приспособительный) способ использования травостоев. При плотности радиоактивного загрязнения более 185 кБк/м2 необходимо руководствоваться следующими агроэкологическими принципами:

• 1)    использовать для получения зелёной массы высокоурожайный и питательный канаре-ечниковый травостой центральной поймы, который накапливает меньше ¹³⁷Cs;

• 2)    при радиоактивном загрязнении центральной поймы не пасти животных по отаве, так как ¹³⁷Cs поступает в организм животных с дерниной и мелкозёмом;

• 3)    в прирусловой и притеррасной частях поймы, травостои которых значительно больше накапливают ¹³⁷Cs, не выпасать животных.

Заключение

Учёные ФГБНУ ВНИИРАЭ прогнозируют [21], что плотность загрязнения сельскохозяйственных угодий 137Cs на юго-западе Брянской области до уровня менее 37 кБк/м2 снизится к 2150 г. Наиболее длительный период «очищения» лугопастбищных угодий будет в хозяйствах Новозыбковского (до 2155 г.) и Красногорского (до 2180 г.) районов. Этот прогноз позволяет заключить, что в указанном регионе ещё долго загрязнённая 137Cs пашня будет нуждаться в реабилитационных агротехнических и агрохимических мероприятиях, а пойменные естественные луга, на которых не применяют реабилитационные мероприятия, – в адаптивном способе использования зелёной массы травостоев.