Радиологическое состояние земель сельскохозяйственного назначения и продукции растениеводства лесостепи Омской области
Автор: Бобренко И.А., Матвейчик О.А.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Биологические науки
Статья в выпуске: 8, 2016 года.
Бесплатный доступ
На основе радиологического мониторинга в условиях лесостепной зоны Омской области были произведены исследования по определе-нию изменения содержания экотоксикантов в пахотном горизонте почв реперных участков опытных полей. Также была изучена и проана-лизирована сельскохозяйственная продукция, выращенная на данных почвах реперных уча-стков опытных полей. В основу исследований положен материал 9 лет наблюдений. Они проводились на 2 реперных участках опытных полей: в СП «Лежанский» Горьковского района и СПК «Пушкинский» Омского района Омской области. Было выявлено, что содержание опасных искусственных радионуклидов в па-хотном горизонте почв реперных участков опытных полей стабильно и не превышает среднероссийские показатели. Учитывая это, а также, что исследуемая сельскохозяйствен-ная продукция не является загрязненной, было выявлено, что радиологическая обстановка на реперных участках опытных полей благопри-ятна. Несмотря на благоприятную обстанов-ку в отношении радионуклидов на реперных участках опытных полей и в лесостепной зоне Омской области, необходимость радиологиче-ского мониторинга очевидна, так как для при-нятия своевременных профилактических мер важно располагать системой раннего обнару-жения изменений в природных экосистемах и агроландшафтах.
Мониторинг, обследова-ние, почва, сельскохозяйственная продукция, реперные участки, опытные поля, экотокси-канты, радионуклиды
Короткий адрес: https://sciup.org/14084774
IDR: 14084774
Текст научной статьи Радиологическое состояние земель сельскохозяйственного назначения и продукции растениеводства лесостепи Омской области
Радиоактивные вещества и их излучение стали одним из важнейших экологических факторов, воздействующих на биоту и представляющих большую потенциальную опасность для человека [10].
В результате интенсивной антропогенной деятельности и загрязнения природной среды радионуклидами могут возникать изменения в сельскохозяйственных угодьях как локального, так и регионального масштабов [1].
Важнейшая проблема сельского хозяйства в условиях загрязнения почвы радиоактивными элементами – это максимально возможное снижение поступления этих веществ в растениеводческую продукцию и предотвращение накопления их в организмах сельскохозяйственных животных. Решение этой задачи связано с комплексом мероприятий, которые необходимо проводить в сельском хозяйстве. Основанием для проведения данных мероприятий является увеличение заболеваемости и смертности, врожденных уродств у населения [10].
Экотоксиканты, двигаясь по цепочке «почва – растение – животное», попадают в организм человека, там накапливаются и оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье. В связи с этим повышается роль проведения радиологического мониторинга, который предполагает систему регулярных наблюдений за состоянием агросистемы «почва – растение – вода» при проведении хозяйственной деятельности и техногенном загрязнении.
Данные радиологического мониторинга используются для рационального планирования и проведения оперативного и текущего контроля за радиоактивным загрязнением внешней среды, а также для разработки научно обоснованных методов снижения поступления радионуклидов в корма и продукцию животноводства [4].
Знание оптимальных параметров плодородия и безопасности почв при их длительном сельскохозяйственном использовании учитывается при разработке мероприятий по выявлению и устранению последствий негативных процессов.
Цель исследований. Изучение закономерностей миграции радионуклидов в почвах земель сельскохозяйственного назначения и влияние ионизирующих излучений на продукцию растениеводства лесостепной зоны Омской области.
Объекты и методы. Исследования проходили с 2007 по 2015 г. Объектами являлись почвы земель сельскохозяйственного назначения на опытных полях СПК «Пушкинский» Омского района и СП «Лежанский» Горьковского района Омской области. Также проводился анализ сельскохозяйственной продукции, выращенной на этих почвах.
В ходе исследований проводилось определение изменения содержания искусственного (137Cs, 90Sr) и естественного (232Th, 226Ra и 40K) происхождения радионуклидов в почвенных и растительных образцах.
Выбор мест закладки реперных участков в зоне деятельности проводился с учетом всех природно-сельскохозяйственных и производственно-технологических условий, чтобы максимально характеризовать все многообразие факторов, влияющих на сельскохозяйственное производство [5].
Исследовались почвы: чернозем обыкновенный маломощный малогумусный тяжелосуглинистый на опытном поле СП «Лежанский» Горьковского района и лугово-черноземная среднемощная среднегумусная тяжелосуглинистая на опытном поле СПК «Пушкинский» Омского района Омской области. Это наиболее распространенные и продуктивные почвы данной зоны, имеющие высокий балл бонитета [6, 7, 11].
При выборе участков для исследований учитывались: рельеф и геоморфология, агроклиматические условия и увлажненность территории, состав сельскохозяйственных угодий, бонитет почвы, наличие техногенных загрязнителей, роза ветров [4].
В основу исследований взят локальный мониторинг на реперных участках, заложенных на землях сельскохозяйственного назначения. В свою очередь, он представляет собой систему наблюдений за состоянием сельскохозяйственных угодий для своевременного выявления и прогнозирования изменений плодородия почвы, качества и количества сельскохозяйственной продукции, предупреждения и устранения негативных процессов, происходящих в окружающей среде под воздействием природных и антропогенных факторов [5].
Обследование почв на реперном участке проводилось ежегодно ранней весной до начала полевых работ. Отбор проводился на глубину пахотного горизонта с помощью тростевого бура БГ-25-15.
При отборе растительных проб в хозяйственных и естественных угодьях учитывались биологические особенности культур, состояние посевов, макро- и микрорельеф местности. Отбор проб растений проводили на тех же участках, что и пробы почвы, перед уборкой урожая – отдельно основную и побочную продукцию [6].
Для получения объединённой пробы растений массой 0,5–1,0 кг натуральной влажности проводился отбор 10 точечных проб. Точечные пробы отбирались с пробных площадок, закладываемых по маршруту отбора проб почвы, с типичным состоянием растений.
Определение удельной радиоактивности почвенных и растительных образцов проводилось с помощью радиометра – спектрометра универсального СКС-99 «Спутник». Установка спектрометрическая СКС-99 «СПУТНИК» МГФК.412154.001 предназначена для спектрометрических, радиометрических и дозиметрических измерений ионизирующих излучений [9].
Результаты исследований. Исследования, полученные после радиологического обследования за 2007–2015 гг., дали возможность проанализировать радиологическую обстановку почв земель сельскохозяйственного назначения на опытных полях СПК «Пушкинский» Омского района и СП «Лежанский» Горьковского района Омской области. Были получены количественные данные содержания естественных и искусственных радионуклидов в почвах (табл. 1).
Таблица 1
Содержание радионуклидов в пахотном горизонте почв реперных участков опытных полей Омской области (2007–2015 гг.), Бк/кг
|
Год исследования |
90Sr |
137Cs |
40К |
226Ra |
232Th |
|
СП «Лежанский» Горьковского района |
|||||
|
2007 |
2,25 |
10,3 |
425 |
38,0 |
40,9 |
|
2008 |
2,0 |
11,8 |
461 |
36,4 |
54,3 |
|
2009 |
2,1 |
6,9 |
502 |
39,4 |
29,9 |
|
2010 |
3,4 |
12,2 |
385 |
24,7 |
35,6 |
|
2011 |
2,5 |
12,4 |
374 |
60,2 |
58,7 |
|
2012 |
2,4 |
12,8 |
582 |
70,0 |
34,8 |
|
2013 |
2,9 |
12,2 |
562 |
71,7 |
50,8 |
|
2014 |
2,5 |
13,3 |
488 |
39,3 |
53,3 |
|
2015 |
2,7 |
12,7 |
496 |
34,6 |
52,3 |
|
Среднее |
2,5 |
11,6 |
475 |
46,0 |
45,6 |
|
СПК «Пушкинский» Омского района |
|||||
|
2007 |
1,77 |
7,9 |
471 |
28,8 |
44,9 |
|
2008 |
2,4 |
11,0 |
498 |
22,3 |
46,4 |
|
2009 |
2,4 |
7,6 |
402 |
28,1 |
27,5 |
|
2010 |
4,1 |
13,1 |
515 |
37,2 |
41,5 |
|
2011 |
4,1 |
13,1 |
529 |
52,8 |
56,7 |
|
2012 |
3,0 |
13,0 |
520 |
59,5 |
41,7 |
|
2013 |
2,3 |
12,3 |
548 |
68,4 |
40,3 |
|
2014 |
2,3 |
13,0 |
487 |
58,1 |
38,1 |
|
2015 |
2,8 |
12,9 |
568 |
64,9 |
42,2 |
|
Среднее |
2,8 |
11,5 |
504 |
46,7 |
42,1 |
|
Среднее по Омской области |
1,2 |
12,6 |
388 |
20,7 |
24,9 |
|
Среднее по России |
6,5 |
22 |
520 |
27 |
30 |
Основой системы контроля радиационной обстановки в зоне обслуживания подразделений агрохимической службы является проведе- ние систематических наблюдений на стационарных контрольных и реперных участках локального мониторинга. За большой срок време- ни проведения данных мероприятий были установлены средние многолетние данные по содержанию радионуклидов в почве как на федеральном, так и на региональном уровне. По этим данным и проводится сравнительный анализ, так как величины ПДК радионуклидов в почве нет [6, 11].
Результаты исследований показали, что содержание опасных искусcтвенных радионуклидов стронция-90 и цезия-137 не превышает контрольные среднероссийские значения. Среднее содержание калия-40 в пахотном горизонте почв составляет: на реперном участке опытного поля СП «Лежанский» Горьковского района – 475 Бк/кг почвы, на реперном участке опытного поля СПК «Пушкинский» Омского района –
504 Бк/кг почвы. Данные показатели не превышают среднероссийские показатели, но превышают средние по Омской области. Это связано с типом почвы и высоким содержанием калия в почве. Содержание радия-226 и тория-232 превышает средний по Омской области и средний по России показатели, но они прочно связаны илистой частью почвы и слабо переходят в растения. Их превышение связано с изначальным присутствием их в почвообразующей породе.
Для более точного определения содержания радиоактивных элементов была изучена характеристика метрового слоя почв реперных участков опытных полей по радиологическим показателям (табл. 2).
Таблица 2
Характеристика метрового слоя почв реперных участков опытных полей Омской области по радиологическим показателям, Бк/кг почвы
|
Место расположения реперного участка опытного поля |
Глубина отбора, см |
90Sr |
137Cs |
40К |
226Ra |
232Th |
|
СП «Лежанский» Горьковского района |
0-20 |
2,5 |
12,4 |
535 |
70,6 |
41,9 |
|
20-40 |
2,6 |
13,7 |
616 |
52,9 |
41,8 |
|
|
40-60 |
2,7 |
12,6 |
558 |
62,4 |
60,6 |
|
|
60-80 |
2,8 |
12,6 |
421 |
71,2 |
46,3 |
|
|
80-100 |
2,4 |
12,7 |
560 |
71,4 |
63,2 |
|
|
СПК «Пушкинский» Омского района |
0-20 |
2,4 |
12,2 |
692 |
58,3 |
39,3 |
|
20-40 |
2,4 |
12,4 |
648 |
63,8 |
46,9 |
|
|
40-60 |
3,4 |
12,4 |
890 |
63,0 |
56,3 |
|
|
60-80 |
2,4 |
13,7 |
739 |
45,9 |
51,1 |
|
|
80-100 |
2,2 |
12,9 |
551 |
69,9 |
62,9 |
Значительная часть радионуклидов находится в почве, как на поверхности, так и в нижних слоях, при этом их миграция во многом зависит от типа почвы, её гранулометрического состава, водно-физических и агрохимических свойств. Миграция искусственных радионуклидов в почвах протекает медленно и занимает десятки и сотни лет, однако перераспределение их по профилю почвы в большей степени происходит в результате сельскохозяйственной деятельности [1].
Удержание радионуклида происходит благодаря высокому содержанию в верхнем слое мелкодисперсных фракций, повышающих сорбционные свойства почвы. Переход по содержа- нию естественных радионуклидов не постепенный, их количество увеличивается с глубиной, так как происходит вынос радиоактивных элементов из почвообразующих пород грунтовыми водами и перенос их в нижние горизонты почвы.
Накопление радионуклидов сельскохозяйственными растениями во многом зависит от свойства почвы и биологической особенности растений [3].
В ходе исследования растительных проб, отобранных с реперных участков опытных полей, были получены данные о содержании радионуклидов в продукции растениеводства (табл.3).
Таблица 3
Содержание радионуклидов в продукции растениеводства с реперных участков опытных полей Омской области (2007–2015 гг.), Бк/кг почвы
|
Год исследования |
Культура |
Продукция |
137Cs |
90Sr |
|
СП «Лежанский» Горьковского района |
||||
|
2007 |
Овес |
Зерно |
5,1 |
1,5 |
|
Солома |
6,2 |
1,3 |
||
|
2008 |
Пшеница |
Зерно |
5,6 |
2,3 |
|
Солома |
6,5 |
2,7 |
||
|
2009 |
Овес |
Зерно |
7,1 |
2,4 |
|
Солома |
6,9 |
2,0 |
||
|
2010 |
Кукуруза |
Зерно |
- |
- |
|
Зеленая масса |
12,6 |
2,9 |
||
|
2011 |
Овес |
Зерно |
12,6 |
2,5 |
|
Солома |
12,0 |
2,4 |
||
|
2012 |
Овес |
Зерно |
11,4 |
2,3 |
|
Солома |
11,4 |
2,3 |
||
|
2013 |
Яровая пшеница |
Зерно |
11,8 |
2,2 |
|
Солома |
11,8 |
2,5 |
||
|
2014 |
Яровая пшеница |
Зерно |
11,7 |
2,2 |
|
Солома |
11,9 |
2,3 |
||
|
2015 |
Яровая пшеница |
Зерно |
11,8 |
2,3 |
|
Солома |
12,1 |
2,4 |
||
|
СПК «Пушкинский» Омского района |
||||
|
2007 |
Люцерна |
Сено |
8,1 |
1,6 |
|
Зеленая масса |
- |
- |
||
|
2008 |
Люцерна |
Сено |
- |
- |
|
Зеленая масса |
6,7 |
2,7 |
||
|
2009 |
Люцерна |
Сено |
- |
- |
|
Зеленая масса |
6,9 |
2,0 |
||
|
2010 |
Люцерна |
Сено |
12,6 |
2,4 |
|
Зеленая масса |
- |
- |
||
|
2011 |
Люцерна |
Сено |
- |
- |
|
Зеленая масса |
12,2 |
2,2 |
||
|
2012 |
Люцерна |
Сено |
- |
- |
|
Зеленая масса |
11,6 |
2,3 |
||
|
2013 |
Кукуруза |
Зерно |
- |
- |
|
Зеленая масса |
12,4 |
2,4 |
||
|
2014 |
Кукуруза |
Зерно |
- |
- |
|
Зеленая масса |
12,4 |
2,4 |
||
|
2015 |
Овес |
Зерно |
11,8 |
2,3 |
|
Солома |
14,9 |
2,3 |
||
|
КУ* грубые корма (сено, солома, зеленая масса) |
100 |
600 |
||
|
ПДК товарное зерно |
80 |
140 |
||
* – СанПин №13-7-2/216 от 1.12.94 «Контрольные уровни (КУ) содержания радионуклидов
134,137 Csи90Sr в кормах и кормовых добавках, импортируемых и произведённых в России».
Из полученных данных, в культурах, выращенных с реперных участков опытных полей в период 2007–2015 гг., изменялось содержание:
-
- радиоактивного стронция: 1) в СП «Лежан-ский» Горьковского района – от 1,3 до 2,9 Бк/кг; 2) в СПК «Пушкинский» Омского района – от 1,6 до 2,7 Бк/кг (ПДК на стронций -90 – от 50 до 140 Бк/кг);
-
- радиоактивного цезия: 1) в СП «Лежанский» Горьковского района от 5,1 до 12,6 Бк/кг; 2) в СПК «Пушкинский» Омского района – от 6,7 до 14,9 Бк/кг (ПДК на цезий-137 – от 80 до 320 Бк/кг).
Данные показали, что содержание искусст- венных радионуклидов в полученной сельскохозяйственной продукции не превысило контрольные уровни и ПДК, установленные на них. Используя полученные данные, определили коэффициент накопления искусственных радионуклидов в растениях (табл. 4).
Величина коэффициента накопления позволяет предположить, какое количество радионуклида присутствует в растениях, по его содержанию в почве. Значения коэффициентов накопления для одних и тех же почв изменяются во времени, это существенно влияет на точность, а иногда и на возможность выполнения прогнозных оценок [8].
Таблица 4
Коэффициенты накопления радионуклидов в продукции растениеводства реперных участков опытных полей Омской области (2007–2015 гг.)
|
Год исследования |
Культура |
Продукция |
Коэффициент накопления |
|
|
137 Cs |
90Sr |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
СП «Лежанский» Горьковского района |
||||
|
2007 |
Овес |
Зерно |
0,50 |
0,67 |
|
Солома |
0,60 |
0,58 |
||
|
2008 |
Пшеница |
Зерно |
0,47 |
1,15 |
|
Солома |
0,55 |
1,35 |
||
|
2009 |
Овес |
Зерно |
1,03 |
1,14 |
|
Солома |
1,00 |
0,95 |
||
|
2010 |
Кукуруза |
Зерно |
- |
- |
|
Зеленая масса |
1,03 |
0,85 |
||
|
2011 |
Овес |
Зерно |
1,02 |
1,00 |
|
Солома |
0,97 |
0,96 |
||
|
2012 |
Овес |
Зерно |
0,89 |
0,96 |
|
Солома |
0,89 |
0,96 |
||
|
2013 |
Яровая пшеница |
Зерно |
0,97 |
0,76 |
|
Солома |
0,97 |
0,86 |
||
|
2014 |
Яровая пшеница |
Зерно |
0,88 |
0,88 |
|
Солома |
0,89 |
0,92 |
||
|
2015 |
Яровая пшеница |
Зерно |
0,93 |
0,85 |
|
Солома |
0,95 |
0,89 |
||
|
СПК «Пушкинский» Омского района |
||||
|
2007 |
Люцерна |
Сено |
1,03 |
0,90 |
|
Зеленая масса |
- |
- |
||
|
2008 |
Люцерна |
Сено |
- |
- |
|
Зеленая масса |
0,61 |
1,13 |
||
|
2009 |
Люцерна |
Сено |
- |
- |
|
Зеленая масса |
0,91 |
0,83 |
||
|
2010 |
Люцерна |
Сено |
0,96 |
0,59 |
|
Зеленая масса |
- |
- |
||
|
2011 |
Люцерна |
Сено |
- |
- |
|
Зеленая масса |
0,93 |
0,54 |
||
Окончание табл. 4
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
2012 |
Люцерна |
Сено |
- |
- |
|
Зеленая масса |
0,89 |
0,77 |
||
|
2013 |
Кукуруза |
Зерно |
- |
- |
|
Зеленая масса |
1,01 |
1,04 |
||
|
2014 |
Кукуруза |
Зерно |
- |
- |
|
Зеленая масса |
0,95 |
1,04 |
||
|
2015 |
Овес |
Зерно |
0,91 |
0,82 |
|
Солома |
1,16 |
0,82 |
Коэффициент накопления стронция-90 сельскохозяйственными культурами, выращенными на реперных участках опытных полей в 2007– 2015 гг., изменяется в пределах:
-
- с реперного участка № 1 – от 0,58 до 1,15;
-
- с реперного участка № 2 – от 0,54 до 1,13;
и для цезия-137:
-
- с реперного участка № 1 – от 0,47 до 1,03;
-
- с реперного участка № 2 – от 0,61 до 1,03.
Исходя из градации накопления радионуклидов растениями, мы делаем вывод, что на данных опытных участках в определенные годы происходило слабое накопление 90Srи 137Cs (Кн от 1,0–10,0). Коэффициент накопления радионуклидов растениями показал, что аккумуляция радионуклидов или отсутствует, или происходит слабо. Следовательно, сельскохозяйственная продукция не является загрязнённой, и ее качество соответствует санитарно-гигиеническим нормам.
Заключение. Проведение многолетнего радиологического мониторинга почв постоянных реперных участков опытных полей лесостепной зоны Омской области дает возможность получить постоянные и объективные данные по их радиологическому состоянию. Полученные результаты после обследования пахотного горизонта реперных участков опытных полей свидетельствуют о благоприятной агроэкологической ситуации в отношении содержания радионуклидов. Отсутствие случаев превышения предельной концентрации и контрольных уровней радионуклидов, а также незначительной аккумуляции их в полученной сельскохозяйственной продукции свидетельствует об удовлетворительной радиационной обстановке.
Список литературы Радиологическое состояние земель сельскохозяйственного назначения и продукции растениеводства лесостепи Омской области
- Анненков Б.Н., Юдинцева Е.В. Основы сельскохозяйственной радиологии. -М.: Агропромиздат, 1991. -287 с.
- Красницкий В.М. Агрохимическая и эколо-гическая характеристика почв Западной Сибири. -Омск: Изд-во ОмГАУ, 2002. -144 с.
- Красницкий В.М. Радиологическая характе-ристика почв и растений Омской области//Вестник ОмГАУ. -2000. -№ 1. -С. 19-21.
- Красницкий В.М., Дубина Н.В. Радиологиче-ский мониторинг почвенного покрова степной и лесостепной зон Омской области//Мат-лы V съезда Всерос. общества почвоведов им. В.В. Докучаева. -Ростов-н/Д: ЗАО «Ростиз-дат», 2008. -С. 47.
- Методические указания по проведению ло-кального мониторинга на реперных и кон-трольных участках. -М.: ФГНУ «Росин-формагротех», 2006. -76 с.
- Методические указания по агрохимическо-му обследованию почв сельскохозяйствен-ных угодий и продукции растениеводства на содержание тяжелых металлов, оста-точных количеств пестицидов и радионук-лидов. -М.: ЦИНАО, 1982. -59 с.
- Мищенко Л.Н. Почвы Омской области и их сельскохозяйственное использование: учеб.пособие. -Омск: Изд-во ОмСХИ, 1991. -164 с.
- Пивоваров Ю.П. Радиационная экология: учеб.пособие. -М.: Академия, 2004. -240 с.
- Ряполов А.В., Шмидт А.Г., Красницкий В.М. Радиационная характеристика пахотных почв Омской области и система агрохими-ческих мероприятий по ее улучшению//Мат-лы Междунар. науч.-практ. конф., по-свящ. 125-летию со дня рождения К.П. Горшенина и 100-летию со дня рожде-ния Н.Д. Градобоева (24-25 сентября 2013 г.). -Омск, 2013. -104 с.
- Сахаров В.К. Радиоэкология. -М.: Изд-во МИФИ, 2010. -320 с.
- Шмидт А.Г., Матвейчик О.А., Красницкий В.М. Экологические проблемы АПК Омской области//Зеленая экономика: риски, выго-ды и перспективы с точки зрения устойчи-вого развития: мат-лы Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. III Манякинским чте-ниям. -Омск, 2014. -С. 419-426.
