Глубокая вспашка почвы как агротехнический прием в снижении накопления 90Sr в землянике

По данным маркетинговых исследований компании Амико, наибольшие площади промышленного выращивания земляники находятся в Краснодарском крае, Адыгее, Московской и Ленинградской областях [1]. В Краснодарском крае у земляники лидирующее положение по занимаемым площадям среди ягодных культур. Она содержит большое количество питательных веществ, витаминов, обладает многими целебными свойствами. Это одна из самых рентабельных культур садоводства. Практически все фермеры-садоводы имеют плантации этой ягодной культуры. Агротехника ее выращивания общеизвестна и в целом претерпевает мало изменений. Однако это касается почв, которые не имеют радиоактивного загрязнения.

После трагедии на Чернобыльской АЭС и Фукусима 1 и масштабного загрязнения сельскохозяйственных территорий многих государств, в том числе России, задачи по изучению возможного выращивания сельскохозяйственной продукции на этих почвах приобрели особую актуальность [2–11].

Целью было разработать агротехнический прием по выращиванию земляники сорта Альба на радиоактивно загрязненной почве.

Задачи исследований:

• –    изучить влияние предлагаемого агротехнического приема на накопление ⁹⁰Sr в вегетативных органах земляники;

• –    определить эффективность предлагаемого агротехнического приема в снижении накопления изучаемого радионуклида в плодах земляники сорта Альба.

Известно, что разработанные рекомендации на основании выполненных исследований в одних областях и краях России не могут быть реализованы в других. Корректировка в исследованиях требуется по известным причинам – это и различные климатические условия, тип почвы, сортовые особенности растений и т.д.

Поэтому для составления более точных рекомендаций подобные исследования следует выполнять для конкретного региона. В условиях Краснодарского края при радиоактивном загрязнении почвы для выращивания земляники предлагается выполнять глубокую вспашку. Чистый слой при глубокой вспашке почвы из глубины перемещается вверх, а верхний – загрязненный – вниз. После предлагаемого агротехнического приема уже можно выращивать растения с неглубокой корневой системой. Кроме того, после глубокой вспашки чистый слой почвы выполняет роль «экрана» от радиоактивного бета-излучения. Этот агротехнический прием по снижению накопления радионуклида в землянике может быть предложен еще и по причине малой вертикальной миграции 90Sr в почве чернозема выщелоченного.

Ранее в условиях Краснодарского края исследования по возможному выращиванию на радиоактивно загрязненной почве земляники сорта Альба не проводились.

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 2(54) AGRONOMY

Методика и объект исследований

Исследования проводили в период с 2017 по 2020 г. в г. Краснодаре на территории ВНИИ биологической защиты растений.

Почва – чернозем выщелоченный малогумусный сверхмощный [12]. На черноземах Краснодарского края, как и некоторых других территорий России, на землях сельскохозяйственного назначения при хозяйственной деятельности человека наблюдаются процессы деградации [13].

Объект исследований – сорт земляники Альба. Семейство Розоцветные (Rosaceae), род Земляника (Fragaria L.). По данным описания сорта, потенциал урожайности составляет около 1,2 кг с куста, но конкретно в нашем случае наибольшая урожайность – 600 г ягод с одного растения. Формирует небольшое количество усов. В период плодоношения цветоносы лежали на земле. Ягоды у сорта Альба крупные. Корни земляники в основном (около 90%) расположены в верхнем слое почвы на глубине до 20–25 см.

Схема опыта: 1-й вариант – радионуклид (90Sr) находится на поверхности почвы, 2-й вариант – радионуклид расположен в почве на глубине 50 см. В опытах с земляникой делянки размером от 4 м2, т. е. площадь варианта от 24 м2, при 6-кратной повторности [14]. Размещение вариантов систематическое – это такое расположение опыта, когда порядок следования вариантов в каждом повторении подчиняется определенной системе. Наиболее простое последовательное расположение делянок – в один ярус. Варианты на делянках всех повторений располагаются в той последовательности, которая заранее установлена исследователем на основании главным образом организационно-технических причин – удобства обработки почвы, внесения удобрений, посева, ухода, уборки и т. п. Если, например, в первом повторении для опыта из пяти вариантов намечен порядок 1, 2, 3, 4, 5, то этот же порядок сохраняется во всех остальных повторениях. В опыте на землянике применено последовательное расположение делянок в один ярус. Уровень загрязнения опытного участка составил 500 МБк/м2.

Для определения удельной активности 90Sr в изучаемых органах ягодного растения использовали комплекс универсальный спектрометрический УСК «Гамма Плюс» с методикой измерения активности бета-излучающих радионуклидов с программным обеспечением «Прогресс» [15]. Методика разработана ГП ВНИИФТРИ и утверждена Госстандартом России 05.05.1996 г. [16]. При выполнении научной работы и отборе проб пищевых продуктов использованы методические указания [17]. При выполнении исследований по накоплению загрязнителя в ягодном растении применена общепринятая для данного региона агротехника выращивания. Экспериментальные данные, полученные в полевых условиях, подвергнуты обработке методами математической статистики.

Результаты исследований

В Краснодарском крае нами предложен агротехнический прием – глубокая вспашка почвы для снижения поступления радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию. На черноземах Кубани глубокая вспашка почвы проводится обязательно с предплужником для улучшения качества оборота почвенного пласта.

Изучение миграции 90Sr в трофической цепи «почва-растение» выполнено на опытных делянках, которые были заложены в конце августа 2017 г.

Весной 2018 г. был собран первый урожай и определена удельная активность радионуклида в листьях, побегах и ягодах. Динамика накопления 90Sr в листьях земляники по вариантам опыта приведена на рис. 1.

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 2(54)

AGRONOMY

о т—Н

X

(-? 4

и и

2017           2018           2019           2020

годы исследований

мммм* 0 см ^^^^^м 50 см

Рис. 1. Динамика накопления ⁹⁰Sr в листьях земляники в зависимости от изучаемых вариантов в опыте (1-й вариант – радионуклид (⁹⁰Sr) находится на поверхности почвы, 2-й вариант – радионуклид в почве на глубине 50 см) (2017–2020 гг.)

В 2017 г. при расположении радионуклида на поверхности почвы в листьях земляники определена малая удельная активность изучаемого радионуклида. Конечно, утверждать, что только корневая система способствовала этому накоплению не следует, так как в данном случае листва все же в основном была загрязнена переносом пыли с верхнего загрязненного слоя почвы или при отскоке дождевых капель от поверхности загрязненной почвы. Но уже на следующий год растение в почве находилось с начала вегетации и миграция поллютанта происходила до ее окончания.

Начиная с первого года вегетации и до окончания эксперимента происходило постепенное увеличение удельной активности 90Sr в листьях изучаемого растения. Различие в содержании поллютанта между 2017 г. и 2018 г. – в 4,0 раза. В 2019 г. продолжалась миграция изучаемого радионуклида в растение и уже в конце вегетации абсолютное содержание составило 4,0 × 102 Бк/кг. В последний год эксперимента (2020 г.) удельная активность радионуклида в листьях уже составила 4,64 × 102 Бк/кг. Накопление загрязнителя в листьях земляники в динамике по годам исследований снижается (рис. 1). Различие в содержании радионуклида в листьях земляники между началом исследований (2017 г.) и окончанием (2020 г.) при расположении 90Sr на поверхности почвы – в 5,5 раза. В первом варианте опыта, когда радионуклид расположен на поверхности почвы, лист земляники может быть загрязнен как корневым путем, так и переносом его ветром, т. е. присутствует поверхностное загрязнение. Механизм дальнейшего проникновения изучаемого радионуклида в лист растения общеизвестен [18].

Выполненная вспашка с перемещением верхнего загрязненного слоя почвы на глубину 50 см позволила снизить накопление 90Sr в листьях земляники. В 2017 г. оно оказалось близким к фоновому значению. В течение следующих лет исследований определена невысокая удельная активность изучаемого радионуклида в листьях земляники за счет только корневого поступления. Динамика накопления в листьях 90Sr при расположении его на глубине 50 см в годы исследований приведена на рис. 1 – в 2018 г. – 0,45 × 102 Бк/кг, в 2019 и 2020 гг. соответственно – 0,68 × 102 и 0,82 × 102 Бк/кг. Лист земляники может участвовать в пищевых цепях агроэкосистемы; может быть пищей для различных видов биоты, поэтому важно не только знать конкретное содержание в нем радионуклида, но и предложить способ по снижению накопления 90Sr.

Предлагаемый агротехнический прием оказался эффективным в снижении изучаемого радиоактивного загрязнителя в листьях земляники.

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 2(54)

AGRONOMY

Установлено, что без обработки почвы накопление 90Sr в листьях было большим, чем после выполненной вспашки и перемещения верхнего слоя почвы вглубь. Различие за период исследований: в 2018 г. – в 7,6 раза, в 2019 и 2020 гг. соответственно – в 5,9 и 5,7 раза.

После выполненной математической обработки полученного экспериментального материала [14] была установлена существенная разница на 5%-ном уровне значимости между изучаемыми вариантами в опыте. При простой регрессии отмечена геометрическая зависимость, которая выражена в уравнении (1):

У = 1,02 • 10 -2 • X ¹,⁴ при r = 0,998 F = 559 (1)

Уже на второй год после посадки земляника дает побеги размножения. Это посадочный материал, который используется или конкретно на этом же поле для восстановления плантации, или, если это возможно, может быть реализован для высадки на другие поля. При уходе за земляникой побеги иногда удаляются. Одной из задач было определить содержание изучаемого радионуклида в побегах размножения земляники при разных вариантах его расположения в почве (рис. 2).

2018               2019               2020

годы исследований      0 см     50 см

Рис. 2 . Динамика накопления ⁹⁰Sr в побегах земляники, в зависимости от изучаемых вариантов в опыте (1-й вариант – радионуклид (⁹⁰Sr) находится на поверхности почвы, 2-й вариант – радионуклид в почве на глубине 50 см) (2018–2020 гг.)

Известно, что в год посадки земляника усов не дает, поэтому экспериментальные данные о содержании нуклида в побегах (усах) за 2017 г. не приведены.

При выращивании земляники на почве, где не выполнялась вспашка с заглублением техногенного радионуклида, т. е. не было оборота почвенного пласта, в 2018 г. удельная активность 90Sr в побегах составляла 3,80 × 102 Бк/кг, в 2019 г. и 2020 г. соответственно – 4,11 × 102 и 4,23 × 102 Бк/кг. То есть происходит постепенное увеличение удельной активности 90Sr в этом вегетативном органе. Этот факт поддается логическому объяснению: тесный контакт основной массы корней земляники, несомненно, способствовал более высокому накоплению загрязнителя в побегах. Кроме того, побеги растения расположены на поверхности радиоактивно загрязненной почвы, что также увеличивает содержание 90Sr.

В результате проведенного эксперимента получен материал по динамике накопления техногенного радионуклида в побегах ягодного растения при заглублении радионуклида в почву на 50 см (рис. 2).

Установлено, что агротехнический прием обработки почвы оказал влияние на содержание 90Sr в побегах земляники сорта Альба. Удельная активность 90Sr в усах земляники, при расположении его в почве на глубине 50 см, невысокая. Также за весь период исследований зафиксированно: величина удельной активности 90Sr в побегах земляники имеет тенденцию к увеличению.

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 2(54)                                                                     AGRONOMY

При нахождении 90Sr в почве на глубине 50 см максимальное значение удельной активности в побегах земляники за годы исследований установлено в 2020 г. Многолетние исследования позволили сделать вывод: накопление радионуклида в побегах (усах) земляники имеет тенденцию к замедлению в обоих изучаемых вариантах.

Предлагаемый агротехнический прием обработки почвы оказался эффективным в снижении накопления стронция-90 в побегах земляники. Для того, чтобы дать ответ на вопрос о возможности реализации кустов земляники, получен экспериментальный материал, который приведен на рис. 2. В варианте опыта без оборота пласта почвы удельная активность стронция-90 в побегах (усах) была большей, чем во втором варианте опыта (расположение 90Sr в почве на глубине 50 см). Различие по годам исследований: в 2018 г – в 9,0 раз, в 2019 и 2020 гг. соответственно – в 8,1 и 7,4 раз.

После выполненной математической обработки полученного экспериментального материала установлена существенная разница на 5%-ном уровне значимости между изучаемыми вариантами в опыте.

При простой регрессии отмечена геометрическая зависимость, которая выражена в уравнении (2):

У =1,2 -Ю -З -Х ¹’⁷⁶     при r = 0,999 F = 282             (2)

Конечно, земляника выращивается для получения урожая ягод. По этой причине очень важна информация о радиоактивном загрязнении ягод и существующих приемах по снижению содержания в них 90Sr.

Экспериментальные данные о динамике накопления 90Sr в ягодах земляники приведены на рис. 3.

2018                2019                2020

годы исследований        0 см     50 см

Рис. 3. Динамика накопления ⁹⁰Sr в ягодах земляники в зависимости от изучаемых вариантов в опыте (1-й вариант – радионуклид (⁹⁰Sr) находится на поверхности почвы, 2-й вариант – радионуклид – в почве на глубине 50 см) (2018–2020 гг.)

При поверхностном загрязнении ягод земляники 90Sr следует учитывать такие факторы, как ветер и выпадающие осадки в любом их виде. При порывах ветра верхний загрязненный слой почвы может быть сорван и перенесен на поверхность растения, что увеличит его загрязнение.

При выпадении дождевых осадков капля дождя при соударении с почвой может подскакивать и попадать на растение, это тоже увеличивает загрязнение. Наибольшая удельная активность 90Sr в ягодах земляники определена в 2020 г. – 3,31 × 102 Бк/кг (на 0,42 × 102 Бк/кг больше, чем в 2018 г.)

Вспашка почвы и перемещение 90Sr на изучаемую глубину изменили условия возможного накопления радионуклида в растении. При вспашке происходит оборот

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 2(54) AGRONOMY пласта почвы, верхний загрязненный слой перемещается в нижние горизонты. Корневая система земляники в основном располагается в верхнем слое почвы, поэтому доступность радионуклида к растению после вспашки снизилась, оказав влияние на величину удельной активности радионуклида в растении. Наибольшая удельная активность 90Sr в ягодах земляники определена в 2020 г.: 0,27 × 102 Бк/кг. За весь период эксперимента (2018–2020 гг.) отмечено постепенное увеличение содержания нуклида в плодах.

Выполненные в динамике многолетние исследования на землянике сорта Альба позволили определить тенденцию в накоплении 90Sr в ягодах. Оказалось, что в плодах происходит накопление поллютанта в течение периода исследований, но интенсивность постепенно снижается.

Предложенный агротехнический прием оказал влияние на накопление ⁹⁰Sr в плодах земляники. В процессе длительного опыта установлено: удельная активность ⁹⁰Sr в плодах выше в варианте без обработки почвы. Различие в накоплении изучаемого радионуклида между вариантами опыта за период исследований: в 2018 г. – в 15,0 раз, в 2019 и 2020 гг. соответственно – в 13,4 и 12,6 раза. Установлено, что предложенный агротехнический прием обработки почвы оказывает влияние на динамику накопления 90

Sr в ягодах земляники.

После выполненной математической обработки полученного экспериментального материала установлена существенная разница на 5%-ном уровне значимости между изучаемыми вариантами в опыте. Простой регрессией определена экспоненциальная зависимость, выраженная в уравнении (3):

Y = 4,43 • _e (³,⁶^^{10 -3}^ ) при r = 0,999 f = 232 (3)

Заключение

Установлено, что удельная активность радионуклида в изучаемых органах земляники выше в варианте, где не проводилась вспашка почвы. Содержание 90Sr в листьях ягодного растения больше в первом варианте опыта (расположение радионуклида на поверхности почвы), чем во втором (90Sr находится в почве на глубине 50 см), в 7,6 раза. Для побегов различие в вариантах опыта составляло до 9,0 раз, а в ягодах – до 15,0. В течение периода исследований (2017–2020 гг.) определена тенденция постепенного накопления поллютанта во всех органах ягодного растения в обоих вариантах опыта. В листьях земляники сорта Альба в обоих изучаемых вариантах опыта содержание радионуклида выше, чем в побегах и ягодах.