Биовынос 137Cs из почвы многолетними мятликовыми травами в связи с минеральным питанием и доступностью почвенной влаги
Автор: Пакшина С.М., Шаповалов В.Ф., Чесалин С.Ф., Смольский Е.В., Коренев В.Б.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Радиоэкология и кормопроизводство
Статья в выпуске: 4 т.54, 2019 года.
Бесплатный доступ
Расширение зон антропогенных нарушений агроландшафта и загрязнение почв создают серьезную экологическую угрозу. К наиболее опасным поллютантам относят радионуклиды с большим периодом полураспада, попадающие в почву при антропогенных катастрофах. В мировой литературе накоплены обширные данные о влиянии мелиорантов, органических и минеральных удобрений на урожайность и биовынос 137Cs из почвы сельскохозяйственными культурами. В настоящем исследовании нами впервые представлены данные о влиянии природных и антропогенных факторов на миграцию 137Cs в системе почва-растения на примере разных видов семейства мятликовых кормового назначения в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС в зависимости от режимов минерального питания. В условиях радиоактивного загрязнения юго-запада Брянской области в период с 2009 по 2011 годы мы исследовали биологический вынос 137Cs из почвы растениями при разной дозе полного минерального удобрения. Почва опытного участка аллювиальная луговая песчаная, агрохимическая характеристика: рНКСl 5,2-5,6, гумус - 3,08-3,33 %, подвижный фосфор - 620-840 мг/кг, обменный калий - 133-180 мг/кг...
Аллювиальная луговая песчаная почва, многолетние мятликовые травы, биологический вынос, интенсивность выноса, транспирация, относительная транспирация, npk удобрения
Короткий адрес: https://sciup.org/142222199
IDR: 142222199 | DOI: 10.15389/agrobiology.2019.4.832rus
Текст научной статьи Биовынос 137Cs из почвы многолетними мятликовыми травами в связи с минеральным питанием и доступностью почвенной влаги
Естественные кормовые угодья, которые служат одним из главных источников грубых и сочных кормов для животноводства, также играют многофункциональную роль в формировании устойчивого агроландшафта. Поэтому изучение механизмов повышения их продуктивности и восстановления после антропогенного нарушения вызывает большой интерес (1-5). В условиях радиоактивного загрязнения, наряду с повышением продуктивности сенокосов и пастбищ, важным становится получение кормов, соответ- ствующих нормативу по допустимому содержанию радионуклидов (6-9).
В литературе накоплен большой объем данных о влиянии мелиорантов, органических и минеральных удобрений на урожайность и биовынос из почвы 137Cs сельскохозяйственными культурами (10-13). Экспериментально доказано, что калийные удобрения снижают удельную активность 137Cs продукции растениеводства (14-18). Внесение калийных удобрений стало основным агрохимическим приемом в условиях радиоактивного загрязнения почв. При исследовании разных доз N, P и K в составе полного минерального удобрения обнаружено, что переход 137Cs из почвы в продукцию растениеводства зависит не только от дозы калия, но и от соотношения доз калия и азота, а также количества азота в составе полного минерального удобрения (19-21).
Нами впервые в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС исследована роль природных и антропогенных факторов на процесс миграции 137Cs в системе почва—растения (на примере разных видов Poaceae кормового назначения) и предложен механизм, регулирующий биовынос 137Cs из почвы через относительную транспирацию, определяющую доступность почвенной влаги для растений.
Цель работы заключалась в изучении влияния разных доз полного минерального удобрения на доступность почвенной влаги для корневой системы и интенсивность процесса биовыноса 137Cs из почвы одновидовыми посевами многолетних мятликовых трав.
Методика . Исследования проводили в юго-западной части Брянской области на луговом участке центральной поймы реки Ипуть. Почва опытного участка аллювиальная луговая маломощная среднегумусная, песчаная на супесчаном аллювии со следующим разделением профиля на генетические горизонты: Ад (0-4 см), А1 (4-18 см); В1 (18-40 см); Вg (40-60 см), Сg (60-90 см). Агрохимическая характеристика почвы: рНКСl 5,2-5,6, гидролитическая кислотность — 2,6-2,8 мг-экв/100 г почвы, сумма поглощенных оснований — 11,3-13,1 мг-экв/100 г почвы, емкость катионного обмена — 12,9-15,9 мг-экв/100 г почвы, насыщенность основаниями 81-82 %; содержание гумуса — 3,08-3,33 % (по Тюрину), подвижного фосфора — 620-840 мг/кг, обменного калия — 133-180 мг/кг (по Кирсанову). Плотность загрязнения опытного участка 137Cs в период проведения работ составляла 493-872 кБк/м2.
Интенсивность биовыноса 137Cs из почвы при разных дозах полного минерального удобрения изучали на одновидовых посевах многолетних мятликовых трав. По фону двухъярусной вспашки высевали ежу сборную ( Dactylis glomerata L., сорт ВИК 61), овсяницу луговую ( Festuca pratensis Huds., сорт Дединовска) и двукисточник тростниковидный ( Phalaroides ar-undinacea L., сорт Припятский); нормы высева всех семян — 15 кг/га. Схема опыта: I вариант — контроль без удобрений, II — N90Р 6 0К90, III — N90Р 6 0К120, IV — N90Р 6 0К150, V — N120Р 6 0К120, VI — N120Р 6 0К150, VII — N120Р 6 0К180. Применяли аммиачную селитру, простой гранулированный суперфосфат, хлористый калий. Удобрения вносили ежегодно: азотные и калийные в два приема (половина расчетной дозы под 1-й укос, вторая половина — под 2-й укос), фосфорные — полной дозой в один прием под 1-й укос. Площадь посевной делянки составляла 63 м2, уборочной — 24 м2, повторность опыта 3-кратная.
Урожайность трав учитывали методом сплошной поделяночной уборки и отбора пробного снопа. В год проводили два укоса (1-й укос — с 1 по 10 июня, 2-й — с 23 августа по 1 сентября).
Величину транспирации определяли по формуле Х. Пенмана (22), испаряемость — по М.И. Будыко (23). Транспирационный коэффициент вычисляли как Кт = SBET/Y [1], где 2вЕт — суммарная транспирация за период вегетации, мм; Y — урожайность воздушно-сухой фитомассы трав, т/га. Относительную транспирацию рассчитывали по формуле: а = 2вЕтДвЕ0 [2], где ΣвЕт и ΣвЕ0 — соответственно суммарная транспирация и испаряемость за период вегетации.
Удельную активность 137Cs в исследуемых растительных образцах определяли на универсальном спектрометрическом комплексе Гамма Плюс (НПП «Доза», Россия), установленная ошибка измерений не более 10 %.
Расчет среднесуточных значений коротковолновой части радиационного баланса проводился по данным срочных наблюдений по методу трапеций (24). Для вычисления среднесуточных значений суммарного радиационного баланса использовались эмпирические коэффициенты (25, 26). Среднесуточные значения фотосинтетически активной радиации (ФАР) рассчитывали в соответствии с описанием (27).
Полученные данные подвергали дисперсионному анализу c использованием программного обеспечения Excel 7.0 и Statistic 7.0 («StatSoft, Inc.», США). Представлены средние ( M ). Достоверность различий с контролем и между вариантами оценивали по наименьшей существенной разности (НСР05). Различия считали статистически значимыми при выходе за границы НСР.
Результаты . В таблице 1 приведены фитоклиматические и метеорологические показатели за время проведения опытов. Сезон вегетации 2010 года по сравнению с другими годами характеризовался повышенным радиационным балансом. Оптимальные для роста и развития культур фитокли-матические условия от 1-го до 2-го укоса сложились в 2011 году. Период от 1-го укоса до 2-го отличался от такового до 1-го укоса повышенным радиационным балансом и, соответственно, большей испаряемостью.
1. Фитоклиматические условия весенне-летней вегетации посевов мятликовых трав по укосам и годам наблюдения (Брянская обл.)
Показатель |
2009 |
2010 |
2011 |
|||
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
|
Сумма среднесуточных значений радиационного баланса в период вегетации, МДж/м2 |
394 |
569 |
439 |
688 |
432 |
485 |
Сумма среднесуточных значений фотосинтетически активной радиации в течение вегетации, МДж/м2 |
266 |
460 |
268 |
426 |
256 |
336 |
Температура воздуха, ° С |
13,9 |
19,4 |
16,2 |
25,0 |
16,3 |
21,1 |
Удельная теплота парообразования, МДж/кг |
2,47 |
2,46 |
2,47 |
2,45 |
2,47 |
2,45 |
Испаряемость за период вегетации, мм |
160 |
231 |
178 |
281 |
175 |
198 |
Сумма осадков за период вегетации, мм |
75,8 |
155,3 |
86,7 |
200,7 |
84,1 |
169,1 |
Дефицит влаги в период вегетации, мм |
- 84 |
- 76 |
- 91 |
- 80 |
- 91 |
- 29 |
Коэффициент увлажнения |
0,47 |
0,67 |
0,49 |
0,71 |
0,48 |
0,85 |
П р и м еч а ни е. 1 — до 1-го укоса; 2 — от 1-го до 2-го укоса. |
Дефицит почвенной влаги в период от возобновления вегетации до 1-го укоса не повлиял на водный режим посевов трав из-за близкого стояния грунтовых вод после периодического затопления поймы. В период от 1-го до 2-го укоса особенно большой дефицит влаги наблюдался в 2010, минимальный — в 2011 году. Снижение уровня грунтовых вод и дефицит почвенной влаги сказались на водном режиме посевов и, как оказалось, на продуктивности мятликовых трав в период до 2-го укоса.
Транспирационный коэффициент равен транспирационному расходу влаги на формирование 1 т сена мятликовых трав. Как следует из таблицы 2, до 1-го укоса при достатке почвенной влаги значения Кт определялись фитоклиматическими условиями возделывания и не зависели от видовых особенностей культур. Видовые особенности проявились при недостатке почвенной влаги в 2010 году, вызванном понижением уровня грунтовых вод, повышением радиационного баланса, испаряемости и температуры воздуха в период вегетации от 1-го до 2-го укоса. В этих условиях только двукисточник тростниковидный снижал поглощение ФАР и расход воды на формирование урожая.
-
2. Транспирационный коэффициент Кт у многолетних мятликовых трав по годам и срокам вегетации (Брянская обл.)
Вид растения
1 2009
1 2010 1
2011
От возобновления вегетации до
1-го у к о с а
Ежа сборная
452
500
515
Овсяница луговая
450
500
510
Двукисточник тростниковидный
450
О т 1-го д о 2-го у к о с а
500
510
Ежа сборная
472
490
444
Овсяница луговая
472
497
439
Двукисточник тростниковидный
472
465
442
-
3. Плотность загрязнения 137Cs (кБк/м2) в пахотном горизонте почвы под изученными культурами по вариантам опыта и годам исследования (Брянская обл.)
Вариант
Ежа сборная
Овсяница луговая
Двукисточник тростниковидный
2009
2010
2011
2009
2010
2011
2009
2010
2011
Контроль
726
726
725
668
669
667
493
493
493
N 90 P 60 K 90
842
839
841
650
649
651
629
631
629
N 90 P 60 K 120
790
785
785
637
634
633
541
541
539
N 90 P 60 K 150
812
809
809
667
668
671
524
526
522
N 120 P 60 K 120
837
840
834
670
670
667
546
542
545
N 120 P 60 K 150
800
794
803
678
679
669
498
496
496
N 120 P 60 K 180
764
766
761
615
609
622
510
502
537
Наибольшую урожайность сена мятликовых трав во всех вариантах опыта в 1-й укос получили в 2010 году при значении ФАР 268 МДж/м2 и Кт = 500. В период от 1-го до 2-го укоса наибольшую урожайность культур во всех вариантах отмечали в 2011 году при значении ФАР 336 МДж/м2 и Кт = 442. Во всех вариантах в 1-й и 2-й укосы урожайность сена возрастала при увеличении дозы минерального удобрения от 150 до 210 кг д.в. на 1 га. В таблице 5 приведена удельная активность 137Cs полученной в опыте воздушно-сухой фитомассы мятликовых трав. Как следует из данных таблиц 4 и 5, между урожайностью и удельной активностью 137Cs сена проявилась обратно пропорциональная зависимость: рост урожайности культуры с повышением доз минеральных удобрений приводил к уменьшению удельной активности 137Cs в фитомассе.
-
4. Урожайность (т/га) воздушно-сухой массы многолетних мятликовых трав по вариантам опыта и годам исследования (Брянская обл.)
Вариант
Ежа сборная
Овсяница луговая
Двукисточник тростниковый
2009 2010 2011 среднее
200912010 2011 среднее
200912010 2011 среднее
-
5. Удельная активность 137Cs (Бк/кг) воздушно-сухой массы многолетних мятликовых трав по вариантам опыта и годам исследования (Брянская обл.)
Вариант
Ежа сборная
Овсяница луговая
Двукисточник тростниковый
2009 2010 2011г
среднее
2009 1
2010
1 2011 1
среднее
2009
1 2010 1
20111 среднее
В
1-й
укос
Контроль
2990
2866
2952
2936
2880
2796
2877
2851
2325
2296
2378
2333
N 45 Р 60 К 45
1322
1318
1338
1326
1215
1208
1231
1218
1208
1186
1227
1207
N 45 Р 60 К 60
845
809
848
834
834
811
842
829
736
698
744
726
N 45 Р 60 К 75
479
437
461
459
440
421
456
439
398
363
418
393
N 60 Р 60 К 60
469
479
492
480
476
422
467
455
426
412
458
432
N 60 Р 60 К 75
280
286
313
293
312
285
321
306
259
238
268
255
N 60 Р 60 К 90
275
268
297
280
289
256
286
277
255
231
258
248
НСР 05
56
68
55
50
42
56
55
45
66
59
75
45
Во
2-й
укос
Контроль
2862
2788
2966
2872
2910
2655
2793
2786
2264
2196
2308
2256
N 45 К 45
1308
1285
1301
1298
1290
1213
1262
1255
1309
1195
1210
1238
N 45 К 60
802
776
798
792
754
708
743
735
717
637
698
684
N 45 К 75
347
345
352
348
363
312
342
339
330
308
337
325
N 60 К 60
434
437
452
441
446
409
453
436
436
411
437
428
N 60 К 75
376
381
368
375
352
388
361
367
359
318
385
354
N 60 К 90
305
333
346
328
315
302
352
323
310
296
342
316
НСР 05
84
76
68
63
105
98
87
95
63
57
66
69
-
6. Коэффициенты накопления 137Cs в воздушно-сухой массе многолетних мятликовых трав по вариантам опыта и годам исследования (Брянская обл.)
Вариант
Ежа сборная
Овсяница луговая
Двукисточник тростниковый
2009
2010
2011
2009
2010
2011
2009
2010
2011
Контроль
1,03
0,99
1,02
В 1,08
1-й укос 1,04
1,08
1,18
1,16
1,20
N 45 Р 60 К 45
0,39
0,39
0,40
0,47
0,47
0,47
0,48
0,47
0,49
N 45 Р 60 К 60
0,27
0,26
0,27
0,33
0,32
0,33
0,34
0,32
0,34
N 45 Р 60 К 75
0,15
0,14
0,14
0,17
0,16
0,15
0,19
0,17
0,20
N 60 Р 60 К 60
0,14
0,14
0,15
0,18
0,16
0,18
0,20
0,19
0,21
N 60 Р 60 К 75
0,09
0,09
0,10
0,12
0,11
0,12
0,13
0,12
0,14
N 60 Р 60 К 90
0,09
0,09
0,10
0,12
0,11
0,12
0,13
0,12
0,12
Контроль
0,87
0,96
1,02
Во 1,09
2-й укос 0,99
1,05
1,15
1,11
1,17
N 45 К 45
0,39
0,38
0,39
0,50
0,47
0,49
0,52
0,48
0,48
N 45 К 60
0,26
0,25
0,25
0,30
0,28
0,29
0,33
0,30
0,32
N 45 К 75
0,11
0,10
0,11
0,14
0,12
0,13
0,16
0,15
0,16
N 60 К 60
0,13
0,13
0,14
0,17
0,16
0,17
0,20
0,19
0,20
N 60 К 75
0,12
0,12
0,12
0,13
0,15
0,14
0,18
0,16
0,19
N 60 К 90
0,10
0,11
0,11
0,13
0,12
0,14
0,18
0,17
0,19
7. Относительная транспирация посевов многолетних мятликовых трав по вариантам опыта и годам исследования
(Брянская обл.)
На опытном участке наблюдалась изначальная неравномерность загрязнения 137Cs. На делянках, занятых ежой сборной, овсяницей луговой, двукисточником тростниковидным, плотность загрязнения 137Cs пахотного горизонта почвы варьировала в пределах соответственно 725-837, 615-671 и 493-631 кБк/м2. Такие значения плотности поверхностного загрязнения 137Cs характеризуются как высокие (28).
В 1-й укос
Контроль |
1,12 |
2,43 |
1,75 |
1,77 |
1,17 |
2,34 |
1,9 |
1,80 |
1,23 |
2,48 |
1,86 |
1,86 |
N 45 Р 60 К 45 |
3,96 |
8,94 |
7,8 |
6,90 |
4,25 |
8,91 |
8,51 |
7,22 |
4,37 |
9,32 |
8,78 |
7,49 |
N 45 Р 60 К 60 |
3,98 |
9,48 |
7,87 |
7,11 |
4,44 |
8,42 |
8,6 |
7,15 |
4,51 |
9,55 |
8,86 |
7,64 |
N 45 Р 60 К 75 |
4,28 |
9,62 |
8,06 |
7,32 |
4,43 |
9,72 |
9,27 |
7,81 |
4,69 |
9,77 |
9,31 |
7,92 |
N 60 Р 60 К 60 |
4,55 |
9,33 |
8,59 |
7,49 |
4,87 |
9,38 |
8,9 |
7,72 |
4,89 |
9,41 |
9,14 |
7,81 |
N 60 Р 60 К 75 |
5,02 |
5,58 |
8,61 |
6,40 |
5,22 |
9,67 |
9,16 |
8,02 |
5,59 |
9,72 |
9,26 |
8,19 |
N 60 Р 60 К 90 |
5,06 |
9,82 |
9,31 |
8,06 |
5,47 |
9,96 |
9,33 |
8,25 |
6,12 |
10,23 |
9,45 |
8,60 |
НСР 05 |
4,26 |
4,35 |
4,04 |
4,18 |
3,98 Во |
3,84 2-й |
4,44 укос |
4,12 |
3,89 |
4,08 |
4,26 |
4,16 |
Контроль |
0,61 |
1,14 |
0,96 |
0,90 |
0,64 |
1,21 |
0,93 |
0,93 |
0,67 |
1,28 |
1,02 |
0,99 |
N 45 К 45 |
1,97 |
3,09 |
3,7 |
2,92 |
2,04 |
3,15 |
3,67 |
2,95 |
2,10 |
3,20 |
4,05 |
3,12 |
N 45 К 60 |
2,06 |
3,35 |
3,85 |
3,09 |
2,09 |
3,37 |
3,77 |
3,08 |
2,18 |
3,40 |
4,18 |
3,25 |
N 45 К 75 |
2,16 |
3,49 |
3,94 |
3,20 |
2,33 |
3,46 |
3,89 |
3,23 |
2,23 |
3,51 |
4,25 |
3,33 |
N 60 К 60 |
2,23 |
3,42 |
4,22 |
3,29 |
2,38 |
3,54 |
4,25 |
3,39 |
2,45 |
3,62 |
4,51 |
3,53 |
N 60 К 75 |
2,59 |
3,57 |
4,37 |
3,51 |
2,54 |
3,61 |
4,59 |
3,58 |
2,54 |
3,69 |
4,75 |
3,66 |
N 60 К 90 |
2,62 |
3,76 |
4,44 |
3,61 |
2,59 |
3,78 |
4,67 |
3,68 |
3,86 |
3,81 |
5,21 |
4,29 |
НСР 05 |
1,29 |
0,98 |
1,24 |
1,47 |
1,26 |
1,48 |
1,67 |
1,51 |
1,58 |
1,36 |
1,72 |
1,56 |
Расчет коэффициентов накопления 137Cs в воздушно-сухой массе мятликовых трав по вариантам опыта (табл. 6) позволил установить обратно пропорциональную зависимость между этими коэффициентами и урожайностью, а также дозами минеральных удобрений. Для раскрытия механизма проявления такой зависимости мы рассчитали значения относительной транспирации (ΣвЕт/ΣвЕ0) по вариантам опыта в 1-й и 2-й укосы в разные годы. Относительная транспирация используется для определения степени водообеспеченности посевов, срока поливов культур. Эта величина характеризует доступность почвенной влаги корневой системе растения. Минеральные удобрения повышают транспирацию посевов (29, 30) и, соответственно, значение ΣвЕт/ΣвЕ0. При оптимальных условиях водного режима величина относительной транспирации культур — 0,70-0,85 (31).
Вариант |
2009 |
2010 |
2011 год |
||||||
1 |
1 2 |
3 |
1 1 |
2 1 |
3 |
1 |
1 2 1 |
3 |
|
N 45 P 60 K 45 |
От 1,12 |
возобн 1,21 |
овлени 1,24 |
я вегетации до 2,51 2,51 |
1-го у к о с а 2,62 2,29 |
2,50 |
2,58 |
||
N 45 P 60 K 60 |
1,12 |
1,26 |
1,27 |
2,66 |
2,36 |
2,68 |
2,31 |
2,50 |
2,61 |
N 45 P 60 K 75 |
1,21 |
1,26 |
1,32 |
2,7 |
2,73 |
2,74 |
2,37 |
2,73 |
2,74 |
N 60 P 60 K 60 |
1,29 |
1,50 |
1,38 |
2,62 |
2,63 |
2,65 |
2,53 |
2,62 |
2,69 |
N 60 P 60 K 75 |
1,42 |
1,47 |
1,58 |
1,57 |
2,71 |
2,73 |
2,53 |
2,68 |
2,73 |
N 60 P 60 K 90 |
1,43 |
1,55 |
1,73 |
2,76 |
2,8 |
2,88 |
2,74 |
2,74 |
2,78 |
N 45 K 45 |
0,40 |
0,42 |
О т 1-го д о 2-го 0,43 0,55 |
укоса 0,55 |
0,56 |
0,83 |
0,55 |
0,91 |
|
N 45 K 60 |
0,42 |
0,43 |
0,45 |
0,59 |
0,59 |
0,6 |
0,86 |
0,59 |
0,93 |
N 45 K 75 |
0,44 |
0,48 |
0,45 |
0,62 |
0,61 |
0,62 |
0,88 |
0,61 |
0,93 |
N 60 K 60 |
0,45 |
0,48 |
0,50 |
0,60 |
0,62 |
0,64 |
0,94 |
0,62 |
1,01 |
N 60 K 75 |
0,53 |
0,52 |
0,52 |
0,63 |
0,64 |
0,65 |
0,98 |
0,64 |
1,07 |
N 60 K 90 |
0,54 |
0,53 |
0,79 |
0,66 |
0,67 |
0,67 |
1,00 |
0,67 |
1,17 |
П р и м е ч а н и е. 1 — ежа сборная, 2 — овсяница луговая, 3 — двукисточник тростниковидный.
В период вегетации до 1-го укоса, величина относительной транспирации во всех вариантах превышала 1,0 (табл. 7). Эти данные указывают на то, что посевы испытывали избыток влаги, вызванный близким залеганием грунтовых вод после затопления поймы в апреле. От 1-го до 2-го укоса этот показатель превысил 1,0 только в 2011 году. В 2009 и 2010 годах при большом дефиците влаги, равном 76-80 мм, относительная транспирация не достигала оптимального значения ни в одном варианте посевов. Оптимальными для роста и развития культур метеорологическими и фито-климатическими условиями характеризовался 2011 год, когда посевы развивались при достатке почвенной влаги.
Результаты расчетов (см. табл. 7) показывают, что с повышением дозы полного минерального удобрения возрастает величина относительной транспирации при недостатке и избытке почвенной влаги. Электролиты, входящие в состав минеральных удобрений, вызывая сжатие двойных электрических слоев на стенках капилляров почвы, уменьшают долю адсорбированных ионов 137Cs в потоке раствора к корневой системе растения (24). Увеличение дозы минерального удобрения повышает доступность почвенной влаги для корней растения, уменьшает число Ре и приводит к уменьшению удельной активности 137Cs в фитомассе трав. Относительная транспирация, определяющая биодоступность почвенной влаги и число Ре при разном уровне минерального питания, — одна из основных причин проявления обратно пропорциональной зависимости между удельной активностью 137Cs и урожайностью фитомассы у мятликовых трав.
Данные по удельной активности 137Cs в фитомассе мятликовых трав (см. табл. 5) отражают связь между удельной активностью в контроле и при применении разных доз минеральных удобрений. Эта связь описывается следующей формулой: A i = A k ½ exp( -λΣ bET) [3], где A i и А k — удельная активность 137Cs в фитомассе соответственно в варианте i и в контроле, Бк/кг; Σ bЕт — транспирация в период вегетации, мм; λ — относительная интенсивность биовыноса (постоянная величина для определенных условий; чем больше значение λ , тем меньше удельная активность фитомассы в варианте i по сравнению с контролем). При увеличении дозы полного минерального удобрений выше 195 кг д.в. на 1 га разность в значениях λ равна 0 или очень мала. Эти данные подтверждают экспоненциальную зависимость удельной активности фитомассы трав в варианте i от транспирации и адекватность формулы [3] реальному процессу биовыноса.
Следует отметить, что при равных условиях возделывания в каждом из шести опытных вариантов в 1-й и 2-й укосы отмечали изменения в интенсивности биовыноса 137Cs культурами в зависимости от вида, о чем сообщают другие авторы (5, 32-35). В нашем эксперименте наименьшей интенсивностью биовыноса 137Cs из почвы характеризуется ежа сборная, наибольшей — двукисточник тростниковидный.
8. Относительная интенсивность ( λ ) биовыноса 137Cs из почвы фитомассой многолетних мятликовых трав по вариантам опыта и годам исследования (Брянская обл.)
Вариант |
2009 год |
2010 год |
2011 год |
||||||
1 |
1 2 1 |
3 |
1 |
1 2 1 |
3 |
1 |
1 2 1 |
3 |
|
N 45 P 60 K 45 |
От 5,7 |
возобно 5,0 |
влени 4,7 |
я вег 2,3 |
етации до 2,3 |
1-го укоса 1,8 2,4 |
2,1 |
1,8 |
|
N 45 P 60 K 60 |
8,3 |
7,4 |
6,6 |
3,2 |
3,4 |
3,0 |
3,6 |
3,1 |
3,0 |
N 45 P 60 K 75 |
10,8 |
10,8 |
9,7 |
4,4 |
4,3 |
3,9 |
4,7 |
4,2 |
3,7 |
N 60 P 60 K 60 |
9,7 |
8,5 |
9,0 |
4,5 |
4,4 |
4,1 |
4,5 |
4,2 |
3,8 |
N 60 P 60 K 75 |
11,4 |
10,5 |
9,4 |
9,3 |
5,2 |
4,7 |
5,6 |
5,1 |
4,3 |
N 60 P 60 K 90 |
11,4 |
10,3 |
10,0 |
5,3 |
5,2 |
4,8 |
5,2 |
5,2 |
4,5 |
N 45 K 45 |
12,8 |
12,0 |
От 1-го д о 2 9,8 7,7 |
го укоса 7,7 |
6,8 |
7,5 |
7,1 |
5,4 |
|
N 45 K 60 |
14,9 |
14,7 |
12,9 |
8,4 |
8,4 |
7,7 |
7,8 |
7,9 |
6,7 |
N 45 K 75 |
20,3 |
18,9 |
21,3 |
11,6 |
11,6 |
12,3 |
11,6 |
11,0 |
10,3 |
N 60 K 60 |
18,8 |
15,9 |
14,8 |
11,3 |
11,2 |
10,0 |
9,6 |
9,4 |
7,8 |
N 60 K 75 |
21,6 |
21,1 |
22,0 |
13,5 |
13,8 |
12,2 |
11,3 |
10,7 |
9,0 |
N 60 K 90 |
21,8 |
21,9 |
15,3 |
13,3 |
13,9 |
12,3 |
12,2 |
10,6 |
8,7 |
Примечание |
. 1 — ежа сборная, 2 |
— овсяница луговая, 3 — двукисточник тростниковидный |
Следовательно, формулу [3] можно использовать для сравнительной оценки биовыноса 137Cs из почвы разными видами мятликовых трав при применении минеральных удобрений.
Таким образом, анализ результатов полевых экспериментов, проведенных на одновидовых посевах мятликовых кормовых трав, позволил выявить следующие особенности процесса биовыноса 137Cs из почвы. Транспирационный коэффициент исследуемых видов трав при достаточной вла-гообеспеченности не зависит от дозы и вида удобрений, но при недостатке влаги зависит от радиационного баланса и вида растения. Одной из основных причин обратно пропорциональной зависимости между удельной активностью 137Cs и урожайностью фитомассы трав служит увеличение относительной транспирации при повышении дозы полного минерального удобрения и уменьшении доли адсорбированных ионов 137Cs в потоке почвенной влаги к корневой системе, вызванном сжатием двойных электрических слоев на стенках пор и уменьшением числа Ре при усилении конвекции в потоке. Нами выведено уравнение биовыноса 137Cs из почвы фитомассой многолетних мятликовых трав при применении минеральных удобрений, которое выражает закономерность изменения удельной активности 137Cs фитомассы под действием вносимых удобрений и справедливо для исследованных видов мятликовых трав. Выявлено, что интенсивность биовыноса 137Cs из почвы до 1-го укоса отличается от таковой в период от 1-го до 2-го укоса, который характеризуется значительно большим снижением биовыноса 137Cs посевами трав, обусловленным низкой относительной транспирацией и малой биодоступностью влаги, что сопровождается уменьшением интенсивности конвективного потока влаги к корневой системе.
Список литературы Биовынос 137Cs из почвы многолетними мятликовыми травами в связи с минеральным питанием и доступностью почвенной влаги
- Losvik M.H. Phytosociology and ecology of old hay meadows in Hordaland, western Norway in relation to management. Vegetatio, 1988, 78: 157-187 ( ). DOI: 10.1007/BF00033425
- Wallin L., Svensson B.M. Reinforced traditional management is needed to save a declining meadow species. A demographic analysis. Folia Geobotanica, 2012, 47: 231-247 ( ). DOI: 10.1007/s12224-012-9123-3
- Vogl C.R., Vogl-Lukasser B., Walkenhorst M. Local knowledge held by farmers in Eastern Tyrol (Austria) about the use of plants to maintain and improve animal health and welfare. Journal of Ethnobiology and Ethnomedicine, 2016, 12(1): 40 ( ). DOI: 10.1186/s13002-016-0104-0
- Zhu Y.G., Shaw G. Soil contamination with radionuclides and potential remediation. Chemosphere, 2000, 41(1-2): 121-128 ( ). DOI: 10.1016/S0045-6535(99)00398-7
- Uchida S., Tagami K. Comparison of radiocesium concentration changes in leguminous and non-leguminous herbaceous plants observed after the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident. Journal of Environmental Radioactivity, 2018, 186: 3-8 ( ). DOI: 10.1016/j.jenvrad.2017.08.016
- Alexakhin R., Geras’kin S. 25 years after the accident at the Chernobyl nuclear power plant: radioecologycal lessons. Radioprotection, 2011, 46: 595-600 ( ).
- DOI: 10.1051/radiopro/20116516s
- Fesenko S., Jacob P., Ulanovsky A., Chupov A., Bogdevich I., Sanzharova N., Kashparov V., Panov A., Zhuchenko Yu. Justification strategies in the long term after the Chernobyl accident. Journal of Environmental Radioactivity, 2013, 119: 39-47 ( ).
- DOI: 10.1016/j.jenvrad.2010.08.012
- Prosyannikov E.V., Silaev A.L., Koshelev I.A. Specific ecological features of 137Cs behavior in river floodplains. Russian Journal of Ecology, 2000, 31(2): 132-135 ( ).
- DOI: 10.1007/BF02828370
- Penrose B., Beresford N.A., Crout N.M.J., Lovatt J.A., Thomson R., Broadley M.R. Forage grasses with lower uptake of caesium and strontium could provide ‘safer’ crops for radiologically contaminated areas. PLoS ONE, 2017, 12(5): e0176040 ( ).
- DOI: 10.1371/journal.pone.0176040
- Jacob P., Ulanovsky A., Fesenko S., Bogdevitch I., Kashparov V., Lazarev N., Zhurba M., Sanzharova N., Isamov N., Panov A., Grebenshikova N., Zhuchenko Y. Rural areas affected by Chernobyl accident: Radiation exposure and remediation strategies. The Science of the Total Environment, 2009, 408(1): 14-25 ( ).
- DOI: 10.1016/j.scitotenv.2009.09.006
- Сычев В.Г., Лунёв В.И., Орлов П.М., Белоус Н.М. Чернобыль: радиационный мониторинг сельскохозяйственных угодий и агрохимические аспекты снижения последствий радиоактивного загрязнения почв (к 30-летию техногенной аварии на Чернобыльской АЭС). М., 2016.
- Подоляк А.Г., Тимофеев С.Ф., Гребенщикова Н.В. Рекомендации по использованию загрязненных радионуклидами пойменных земель Белорусского Полесья. Гомель, 2001.
- Hirayama T., Takeuchi M. Keitoku S. Relationship between radiocesium concentrations of soybean (Glycine max (L.) Merr.) seeds and shoots at early growth stages. Soil Science and Plant Nutrition, 2015, 61(1): 152-155 ( ).
- DOI: 10.1080/00380768.2014.976534
- Tsukada H., Hasegawa H., Hisamatsu S., Yamasaki S. Transfer of 137Cs and stable Cs from paddy soil to polished rice in Aomori, Japan. J. Environ. Radioact., 2002, 59: 351-363 ( ).
- DOI: 10.1016/S0265-931X(01)00083-2
- Сычев В.Г., Белоус Н.М., Смольский Е.В. Влияние калийных удобрений на содержание цезия-137 в зеленой массе природных кормовых угодий при поверхностном улучшении. Плодородие, 2012, 1: 2-4.
- Коренев В.Б., Воробьева Л.А., Белоус И.Н. Урожайность кормовых и зерновых культур, и накопление 137Сs в зависимости от внесения возрастающих доз калийных удобрений. Вестник Брянской ГСХА, 2013, 5: 3-6.
- Белоус Н.М., Смольский Е.В., Чесалин С.Ф., Шаповалов В.Ф. Роль минерального калия в снижении поступления 137Cs в кормовые травы и повышении их урожайности на радиоактивно загрязненных угодьях. Сельскохозяйственная биология, 2016, 51(4): 543-552 ( ).
- DOI: 10.15389/agrobiology.2016.4.543rus
- Kang D.J., Tazoe H., Ishii Y., Isobe K., Higo M., Yamada M. Effect of fertilizer with low levels of potassium on radiocesium-137 decontamination. J. Crop Sci. Biotechnol., 2018, 21(2): 113-119 ( ).
- DOI: 10.1007/s12892-018-0054-0
- Белоус И.Н., Кротова Е.А., Смольский Е.В. Эффективность агрохимических приемов при поверхностном улучшении естественных кормовых угодий, загрязненных 137Cs. Агрохимия, 2012, 8: 18-24.
- Подоляк А.Г., Богдевич И.М., Агеец В.Ю., Тимофеев С.Ф. Радиологическая оценка защитных мероприятий применяемых в агропромышленном комплексе Республики Беларусь в 2000-2005 гг. Радиационная биология. Радиоэкология, 2007, 47(3): 356-370.
- Харкевич Л.П., Белоус И.Н., Анишина Ю.А. Реабилитации радиоактивно загрязненных сенокосов и пастбищ. Брянск, 2011.
- Пенман Х. Круговорот воды. Биосфера. М., 1972.
- Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности. Л., 1956.
- Руководство гидрометеорологическим станциям по актинометрическим наблюдениям. Л., 1973.
- Абакумова Г.М., Горбаренко Е.В., Незваль Е.И., Шиловцева О.А. Климатические ресурсы солнечной энергии Московского региона. М., 2012.
- Пивоварова З.И. Радиационная характеристика климата СССР. Л., 1977.
- Молдау Х., Росс Ю., Тооминг Х., Ундла Н. Географическое распределение фотосинтетически активной радиации (ФАР) на территории Европейской части СССР. М., 1963: 149-158.
- Takeyasu M., Nakano M., Fujita H., Nakada A., Watanabe H., Sumiya S., Furuta S. Results of environmental radiation monitoring at the Nuclear Fuel Cycle Engineering Laboratories, JAEA, following the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident. Journal of Nuclear Science and Technology, 2012, 49(3): 281-286 ( ).
- DOI: 10.1080/00223131.2012.660014
- Cramer M.D., Hoffmann V., Verboom G.A. Nutrient availability moderates transpiration in Ehrharta calycina. New Phytologist, 2008, 179: 1048-1057 ( ).
- DOI: 10.1111/j.1469-8137.2008.02510.x
- Matimati I., Verboom G.A., Cramer M.D. Nitrogen regulation of transpiration controls mass-flow acquisition of nutrients. J. Exp. Bot., 2014, 65(1): 159-168 ( ).
- DOI: 10.1093/jxb/ert367
- Генкель П.А. Физиология растений. М., 1975.
- Fuhrmann M., Lasat M.M., Ebbs S.D., Kochian L.V., Cornish J. Uptake of cesium-137 and strontium-90 from contaminated soil by three plant species; application to phytoremediation. J. Environ. Qual., 2002, 31(3): 904-909.
- Fuhrmann M., Lasat M., Ebbs S., Cornish J., Kochian L.Uptake and release of cesium-137 by five plant species as influenced by soil amendments in field experiments. J. Environ. Qual., 2003, 32(6): 2272-2279.
- Fesenko S.V., Balonov M.I., Voigt G., Alexakhin R.M., Sanzharova N.I., Panov A.V., Bogdevitch I.M., Howard B.J., Kashparov V.A., Zhuchenko Y.M. An extended critical review of twenty years of countermeasures used in agriculture after the Chernobyl accident. The Science of the Total Environment, 2007, 383(1-3): 1-24 ( ).
- DOI: 10.1016/j.scitotenv.2007.05.011
- Alexakhin R.M., Sanzharova N.I., Spiridonov S.I., Panov A.V., Fesenko S.V. Chernobyl radionuclide distribution, migration, and environmental and agricultural impacts. Health Physics, 2007, 93(5): 418-426 ( ).
- DOI: 10.1097/01.HP.0000285093.63814.b7