Распределение 137Cs и 40K в яровой пшенице (Triticum aestivum L. var. lutescens) при её выращивании на радиоактивно загрязнённых территориях Брянской области
Рубрика: Научные статьи
Статья в выпуске: 3 т.35, 2026 года.
Бесплатный доступ
Среди культурных растений пшеница, наряду с рожью, в наименьшей степени накапливает 137Cs в зерне и зелёной массе, поэтому её возделывание на радиоактивно загрязнённых территориях является радиологически обоснованной мерой снижения коллективной дозы населения. Особый интерес представляют яровые культуры за счёт их более короткого жизненного цикла и менее выраженного укоренения в сравнении с озимыми культурами. Целью настоящей работы является изучение параметров распределения 137Cs и 40K в мягкой яровой золотистой пшенице (Triticum aestivum L. var. lutescens) в условиях её выращивания на радиоактивно загрязнённых территориях на суглинистой почве дерновоподзолистого типа, не подвергавшейся интенсивным агромелиоративным мероприятиям. Проверялась гипотеза о наличии связи между глубиной почвенного профиля и интенсивностью перехода 137Cs и 40K в органы яровой пшеницы. Образцы были отобраны с пахотного участка, где плотность радиоактивного загрязнения 30см слоя почвы 137Cs составила 34244 кБк/м2. Агрохимический анализ почвы показал слабокислый уровень кислотности, умеренно высокое содержание органического вещества, подвижного калия и фосфора. Установлено, что цезий и калий распределяются в органах пшеницы в сходных пропорциях. Определены коэффициенты накопления и агрегированные коэффициенты перехода 137Cs и 40K из почвы в корни, стебли, соцветия и зерно пшеницы. Коэффициенты накопления сравнивались с данными МАГАТЭ по зерновым культурам для умеренного климата и по цезию близко соотносились с опубликованными данными. Коэффициенты накопления калия в стебли и побеги пшеницы МАГАТЭ (1,1; n=2) оказались существенно заниженными по сравнению с результатами настоящего исследования (4,411,37; n=5) при хорошей согласованности показателей перехода калия в зерно. Показано, что с увеличением глубины почвенного профиля агрегированные коэффициенты перехода 137Cs и 40K остаются стабильными, что отражает равномерное всасывание данных радионуклидов на различной глубине корнеобитаемого слоя. Влияние текстуры подпахотного горизонта и плужной подошвы на переход 137Cs и 40K не установлено. Корреляционный анализ Спирмена на малых выборках показал отрицательную корреляцию (rs=−0,9) между выборочными значениями удельной активности 137Cs и 40K в следующих цепях транслокации радионуклидов: 40K в почве – 137Cs в соцветиях; 40K в почве – 137Cs в зерне; 40K в соцветиях – 137Cs в зерне; 40K в зерне – 137Cs в зерне.
Короткий адрес: https://sciup.org/170213765
IDS: 170213765 | УДК: 614.876(470.333):581.5:539.163 | DOI: 10.21870/0131-3878-2026-35-3-103-114
Distribution of Cs-137 and K-40 in spring wheat (Triticum aestivum L. var. lutescens) grown on radioactively contaminated areas of the Bryansk region
Among cultivated crops, wheat along with rye accumulates 137Cs in grain and green biomass to the lowest extent; therefore, its cultivation in radioactively contaminated areas is a radiologically justified measure for reducing the population’s collective dose. Spring crops are of particular interest because of their shorter life cycle and less pronounced root development compared with winter crops. The aim of this study was to investigate the distribution parameters of 137Cs and 40K in soft spring golden wheat (Triticum aestivum L. var. Lutescens) grown on a radioactively contaminated sodpodzolic loam that had not been subjected to intensive ameliorative practices. The hypothesis was tested that the transfer of 137Cs and 40K to wheat organs is related to soil profile depth. Samples were collected from an arable field where the contamination density of 137Cs in the 0-30 cm soil layer was 342+-44 kBq/m2. Agrochemical analysis indicated slightly acidic pH and moderately high contents of organic matter, available potassium, and phosphorus. Cesium and potassium were found to be distributed among plant organs in similar proportions. Concentration ratios and aggregated transfer factors for the radionuclides were determined from soil to roots, stems, inflorescences, and grain. The concentration ratios were compared with IAEA data for cereal crops in temperate environments and, for cesium, were in close agreement with the published values. The IAEA concentration ratios for potassium in wheat stems and shoots (1.1; n=2) appeared to be substantially underestimated compared with the values obtained in the present study (4.41+-1.37; n=5), whereas good agreement was observed for potassium transfer to grain. It was shown that, with increasing soil profile depth, the aggregated transfer factors for 137Cs and 40K remain stable, reflecting uniform uptake of these radionuclides throughout the root zone. No effect of the texture of the subsoil horizon or the plough pan on the transfer of 137Cs and 40K was observed. Spearman’s rank correlation analysis based on small sample sizes revealed a negative correlation (rs=-0.9) between sample values of the activity concentrations of 137Cs and 40K along the following translocation pathways: 40K in soil – 137Cs in inflorescences; 40K in soil – 137Cs in grain; 40K in inflorescences – 137Cs in grain; and 40K in grain – 137Cs in grain.
Текст научной статьи Распределение 137Cs и 40K в яровой пшенице (Triticum aestivum L. var. lutescens) при её выращивании на радиоактивно загрязнённых территориях Брянской области
Меры по реабилитации территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС), включают в себя ориентацию сельского хозяйства на отрасли, обеспечивающие снижение эффективной коллективной дозы, получаемой населением при потреблении сельскохозяйственной продукции. Мясное животноводство и зерновое хозяйство являются радиологически обоснованными сельскохозяйственными отраслями, обеспечивающими низкий вынос техногенных радионуклидов с получаемой продукцией [1].
Среди культурных растений пшеница и рожь в наименьшей степени накапливают 137Cs в зерне и зелёной массе, а изучение параметров их выращивания имеет высокую практическую
значимость. Зерно преимущественно используется в пищу населением, в то время как солома (зелёная масса) применяется в качестве корма для сельскохозяйственных животных. Зерно используется в подсобном и сельском хозяйстве в качестве корма для птиц и животных – конечным потребителем данной продукции является человек.
В Брянской области приоритетным радиоактивным загрязнителем почвы является 137Cs. Параметры его перехода в продукты растениеводства могут меняться на разных этапах радиоактивного загрязнения под влиянием факторов радиоактивного распада, миграции радиоцезия, его геохимического связывания в почве и биогеохимических процессов [2]. Соответственно, сверка данных, полученных на ранних этапах радиоактивного загрязнения, с текущими данными имеет практическое значение.
Яровые сорта могут представлять более перспективную форму для выращивания на радиоактивно загрязнённых территориях в сравнении с озимыми за счёт более короткого жизненного цикла и менее глубокого укоренения. С другой стороны, менее углублённая корневая система, напротив, может способствовать более интенсивному переходу радиоцезия в надземную часть растений за счёт концентрирования радиоцезия, в основном, в верхних почвенных горизонтах.
Целью настоящей работы является изучение параметров распределения 137Cs и 40K в мягкой яровой золотистой пшенице ( Triticum aestivum L. var. lutescens ) в условиях её выращивания на радиоактивно загрязнённых территориях на суглинистой почве дерново-подзолистого типа, не подвергавшейся интенсивным агромелиоративным мероприятиям. Проверялась гипотеза о наличии связи между глубиной почвенного профиля и интенсивностью перехода 137Cs и 40K в органы яровой пшеницы. Полученные результаты могут применяться в прогнозах перехода цезия и калия в органы мягкой золотистой яровой пшеницы и служить основой для дальнейших исследований.
Материалы и методы
Исследование проводилось в 2024 г. в с. Верещаки Брянской области, расположенном в 185 км от 4-го аварийного энергоблока ЧАЭС. Населённый пункт относится к зоне проживания с правом на отселение, в пределах которой плотность загрязнения 137Cs в настоящее время составляет 5-15 Ки/км2 (185-555 кБк/м2). Отбор проб мягкой яровой золотистой пшеницы ( Triticum aestivum L. var. lutescens ) производился с частного подсобного хозяйства .
Пробы отбирались методом конверта в пяти точках в пределах площади 1 га пахотного участка в середине августа перед уборкой урожая в период восковой спелости при влажности зерна около 20%. Растения отбирались с корневой частью в цельном виде. Из каждой точки отбора пшеницы посредством концентрического пробоотборника отбирались пробы почвенных горизонтов 0-10, 10-20 и 20-30 см. Почва высушивалась в сушильном шкафу при температуре 105 °C до постоянной массы сухого остатка, затем просеивалась через сито для гомогенизации и удаления камней.
Пробы пшеницы очищались от почвы механически, промывались тёплой водой, затем высушивались в сушильном шкафу, после чего каждая цельная проба пшеницы разделялась на корневую часть, стебли и соцветия (колосья). Стебли и корни пшеницы измельчались до гомогенной массы посредством электрического измельчителя. Соцветия исследовались в исходном виде, после чего для дальнейшего гамма-спектрометрического исследования из них выделялось зерно методом ручного обмолота с последующим просеиванием и очищением зерна от примесей потоками воздуха.
Определение удельной активности 137Cs и 40K в пробах почвы и пшеницы для каждой точки отбора осуществлялось методом гамма-спектрометрии посредством спектрометра СКС-99 «Спутник» NaI(Tl) с пакетом программного обеспечения «Прогресс» с использованием сосуда Маринелли 500 см3, полностью заполненного готовыми пробами. Минимальная детектируемая активность (МДА) на счётный образец (плотность 1 г/см3), согласно техническим характеристикам гамма-спектрометра, составляла 3 Бк. Безразмерные коэффициенты накопления (КН) из гори- зонта почвы 0-10 см в органы пшеницы определялись по формуле (1):
КН =
^ растение Япочва
где ^растение - удельная активность 137 Cs и 40 K в органе пшеницы (Бк/кг); 4почва - удельная активность 137Cs и 40K в почвенном горизонте 0-10 см (Бк/кг).
Агрегированные коэффициенты перехода (КП) радионуклидов (м2/кг) из интегральных слоёв почвы в органы пшеницы рассчитывались по формуле (2):
КП =
^ растение
Р
где ^растение - удельная активность 137 Cs и 40 K в органе пшеницы (Бк/кг); Р - радиоактивный запас 137Cs и 40K в почвенном слое (Бк/м2), рассчитанный по формуле (3):
Р = Е 7=М ;х^хрр (3)
где Я , - удельная активность пробы (Бк/кг); ft , - глубина почвенного горизонта (м); р , - плотность сложения горизонта почвы (кг/м3), определяемая по формуле (4):
^ = ?Хкх10' (4)
где m - сухая масса пробы (г); 5 - площадь основания пробоотборника (см 2 ); ft , - глубина почвенного горизонта (см); 103 - коэффициент пересчёта (г/см3 ^ кг/м3).
Образцы почвы для агрохимического анализа в исходном виде высушивались при комнатной температуре. В табл. 1 представлены определяемые показатели и нормативная документация для их определения.
Таблица 1
Перечень показателей и нормативной документации для агрохимического анализа почвы
|
Определяемый показатель, единицы измерения |
Нормативная документация на методику выполнения измерений |
|
Подвижные соединения калия (K 2 O) по Кирсанову, мг/кг Обменный магний, ммоль/100 г Обменный кальций, ммоль/100 г Массовая доля серы, мг/кг Гранулометрический состав/зерновой состав, фракция менее 0,1 мм, % Гидролитическая кислотность, ммоль/100 г Массовая доля мышьяка (валовые формы), мг/кг Массовая доля цинка (валовые формы), мг/кг Массовая доля меди (валовые формы), мг/кг Массовая доля органического вещества, % Массовая доля никеля (валовые формы), мг/кг Подвижные соединения фосфора (P 2 O 5 ) по Кирсанову, мг/кг Массовая доля кадмия (валовые формы), мг/кг Массовая доля ртути, мг/кг Сумма поглощённых оснований, ммоль/100 г Хлорид-ионы, мг/кг Нитрат-ионы, мг/кг pH, солевая вытяжка, ед. pH Азот аммонийный, мг/кг Массовая доля свинца (валовые формы), мг/кг Массовая доля азота нитратного, мг/кг |
ГОСТ Р 54650 ГОСТ 26487, п. 2 ГОСТ 26487, п. 2 ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.37-2002 ГОСТ 12536, п. 4.2 ГОСТ 26212 М-МВИ 80-2008, п. 4 (ФР.1.31.2013.14150) М-МВИ 80-2008, п. 4 (ФР.1.31.2013.14150) М-МВИ 80-2008, п. 4 (ФР.1.31.2013.14150) ГОСТ 26213 М-МВИ 80-2008, п. 4 (ФР.1.31.2013.14150) ГОСТ Р 54650 М-МВИ 80-2008, п. 4 (ФР.1.31.2013.14150) М-МВИ 80-2008, п. 5 (ФР.1.31.2013.14150) ГОСТ 27821 ПНД Ф 16.1.8-98 ПНД Ф 16.1.8-98 ГОСТ 26483 ФР.1.31.2011.09210 М-МВИ 80-2008, п. 4 (ФР.1.31.2013.14150) ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.67-10 |
Агрохимический анализ почвы проводился в аккредитованной лаборатории ООО «Экологическая экспертиза» (ГК «Экостандарт») по официальному договору (№ МФ112024-14); использовалось следующее оборудование: спектрофотометры UNICO 2100, ПЭ-5400 УФ, «Квант.Z»; хроматограф жидкостной «Стайер» с кондуктометрическим детектором, рН-метр/милливольтметр портативный МАРК-901, сито лабораторное С 20/50 (сетка).
Статистический анализ включал применение описательных и непараметрических методов, реализованных в пакетах вычислительной статистики. Результаты представлены в виде среднего арифметического и стандартного отклонения. Критический уровень статистической значимости (p) принят равным 0,05.
Результаты и обсуждение
Результаты агрохимического анализа представлены в табл. 2. Морфологический и гранулометрический профиль почвы соответствует дерново-подзолистому суглинистому типу со слабокислым уровнем кислотности [3].
Результаты агрохимического анализа почвы
Таблица 2
|
Показатель |
Результаты |
Ед. измерения |
|
Гранулометрический состав/зерновой состав, фракция менее 0,1 мм |
46,4±0,1 |
% |
|
pH, солевая вытяжка |
5,5±0,1 |
pH |
|
Массовая доля органического вещества |
6,9±0,7 |
% |
|
Хлорид-ионы |
32±6 |
мг/кг |
|
Нитрат-ионы |
114±23 |
мг/кг |
|
Сумма поглощённых оснований |
11,5±1,7 |
ммоль/100 г |
|
Гидролитическая кислотность |
11,2±1,3 |
ммоль/100 г |
|
Азот (нитратный) |
12±3 |
мг/кг |
|
Азот (аммонийный) |
4,4±2,0 |
мг/кг |
|
Калий (подвижный, K 2 O) |
178±27 |
мг/кг |
|
Фосфор (подвижный, P 2 O 5 ) |
332±66 |
мг/кг |
|
Магний (обменный) |
0,77±0,08 |
ммоль/100 г |
|
Кальций (обменный) |
3,06±0,28 |
ммоль/100 г |
|
Сера (валовая) |
< 80 |
мг/кг |
|
Кадмий |
< 0,05 |
мг/кг |
|
Свинец |
3,5±1,0 |
мг/кг |
|
Никель |
2,9±0,9 |
мг/кг |
|
Цинк |
12±4,0 |
мг/кг |
|
Медь |
3,5±1,1 |
мг/кг |
|
Ртуть |
< 0,005 |
мг/кг |
|
Мышьяк |
0,55±0,17 |
мг/кг |
Содержание в почве органического вещества и подвижных соединений калия высокое, фосфора – очень высокое; содержание нитратного азота, обменного кальция и магния – низкое, аммонийного азота – очень низкое [4, 5]. Содержание тяжёлых и малых металлов, а также мышьяка и серы на уровне предела определения и не превышает санитарные нормы [6].
В табл. 3 представлены результаты измерения удельной активности 137Cs и 40K в почвенных горизонтах. Анализ выборочных значений по критерию Краскела-Уоллиса не выявил статистически значимых различий удельной активности 137Cs и 40K в почвенном профиле, что свидетельствует о равномерном вертикальном распределении данных радионуклидов в исследуемых почвенных горизонтах.
Удельная активность 137Cs и 40K в почвенных горизонтах, Бк/кг
|
Горизонт |
n |
137Cs |
40K |
|
0-10 см |
5 |
727±91 |
307±72 |
|
10-20 см |
5 |
721±97 |
273±44 |
|
20-30 см |
5 |
680±88 |
269±52 |
Таблица 3
В табл. 4 представлены результаты измерения удельной активности 137Cs и 40K в органах яровой пшеницы. Значения стандартных отклонений демонстрируют умеренную вариабельность удельной активности 137Cs и 40K в образцах пшеницы, отобранной с различных участков пашни.
Таблица 4
Удельная активность 137Cs и 40K в яровой пшенице (сухая масса), Бк/кг
|
Орган пшеницы |
n |
137Cs |
40K |
|
Корни (объединённые пробы) |
2 |
168 |
1320 |
|
Стебли (солома) |
5 |
72±24 |
1295±233 |
|
Соцветия (колосья) |
5 |
51±18 |
583±163 |
|
Зерно |
5 |
21±8 |
259±78 |
Известно, что при выращивании сельскохозяйственных культур на почвах с высоким содержанием подвижного калия происходит ингибирование перехода 137Cs из почвы в растения [7]. Дискриминация 137Cs также достигается известкованием почвы и другими агромелиоративными мероприятиями [8], что не выполнялось в данном подсобном хозяйстве.
Посредством корреляционного анализа Спирмена (двусторонний критерий) установлена отрицательная корреляция между удельной активностью 40K и 137Cs в цепи почва-соцветия, почва-зерно, соцветия-зерно и зерно-зерно (табл. 5). Несмотря на невысокую мощность непараметрического корреляционного анализа на малых выборках, воспроизводимость оценок подтверждает антагонизм 137Cs и 40K в цепях их транслокации.
Таблица 5 Результаты корреляционного анализа Спирмена, n=5 (точки отбора)
|
Сравниваемые параметры, удельная активность, Бк/кг |
rs |
p |
|
|
40K в горизонте почвы 0-10 см |
137Cs в соцветиях |
-0,9 |
0,037 |
|
40K в горизонте почвы 0-20 см |
137Cs в зерне |
-0,9 |
0,037 |
|
40K в горизонте почвы 0-30 см |
137Cs в соцветиях |
-0,9 |
0,037 |
|
40K в соцветиях |
137Cs в зерне |
-0,9 |
0,037 |
|
40K в зерне |
137Cs в зерне |
-0,9 |
0,037 |
Распространённость 40K в природной смеси изотопов практически постоянная и составляет около 0,0117%. Таким образом, удельная активность 40K в растениях коррелирует с концентрацией подвижного калия в растениях, а его удельная активность в почве коррелирует с концентрацией валового калия в почве, что подтверждается известными моделями прогнозирования перехода радиоцезия в растения, в которых учитывается удельная активность 40K, отражающая концентрацию валового калия [7].
Валовой калий в почве включает в себя подвижный калий, являющийся основной формой питания растений, резервный (труднообменный) калий, фиксированный в глинистых минералах типа 2:1, и необменный (связанный) калий, фиксированный в первичных минералах. Содержание в почве подвижного, резервного и необменного калия составляет 1-2%, 1-10% и 90-98% от валового калия соответственно [9]. Между формами калия в почве существует динамическое равновесие: недостаток подвижного калия восполняется из резервной формы, а избыток фиксируется в минералах за счёт ионообменных реакций [10].
На переход калия из связанного состояния в подвижное влияют биогеохимические процессы в ризосфере: корни растений, микроорганизмы и микоризные грибы выделяют органические кислоты и другие экзометаболиты, способствующие частичному разрушению калийсодержащих минералов с переходом высвобождающегося калия на обменные позиции [11, 12]. Цезий и калий, являясь щелочными металлами IA-группы, фиксируются в минералах по сходным механизмам [13]. В табл. 6 представлены КН из почвенного горизонта 0-10 см в органы пшеницы, определённые по формуле 1.
Таблица 6
Безразмерные коэффициенты накопления из почвенного горизонта 0-10 см в органы пшеницы
|
Орган пшеницы |
n |
137Cs |
40K |
|
Корни (объединённые пробы) |
2 |
0,24 |
4,47 |
|
Стебли (солома) |
5 |
0,10±0,04 |
4,41±1,37 |
|
Соцветия (колосья) |
5 |
0,08±0,03 |
1,90±0,28 |
|
Зерно |
5 |
0,03±0,02 |
0,85±0,20 |
Полученный КН 137Cs для зерна, произрастающего на подзолистых почвах, несколько выше среднего КН ( F v ) МАГАТЭ [14] для зерновых культур на подзолистых почвах (0,02; n=158), однако практически точно совпадает со средним значением для всех типов почв (0,029; n=470). Полученные КН 137Cs для стеблей и соцветий соотносятся со средним значением МАГАТЭ для стеблей и побегов зерновых культур, произрастающих на подзолистых почвах (0,11; n=36), но несколько ниже среднего значения для всех типов почв (0,15; n=130).
Полученный КН 40K для зерна практически совпадает с данными МАГАТЭ для всех типов почв (0,74; n=2), при этом полученные КН 40K для стеблей и соцветий существенно выше среднего значения МАГАТЭ для стеблей и побегов (1,1; n=2). Данные для сравнения значений КН цезия и калия в корневую систему, а также в соцветия (колосья) зерновых не представлены. Среди органов яровой пшеницы чётко прослеживается убывающий градиент накопления 137Cs и 40K при их транслокации от корней к зерну (рис. 1). Цезий и калий накапливаются в пшенице в сходных пропорциях.
100%
■ Зерно
■ Колосья (пустые)
■ Стебли
■ Корни
90%
^ 80% и о 70% о
| 60% го 50%
| 40%
5 30%
20%
10%
0%
Рис. 1. Распределение 137Cs и 40K в органах яровой пшеницы, %.
Плотность сложения почвенных горизонтов 0-10, 10-20 и 20-30 см, определённая по формуле 4, составила 1,53, 1,56 и 1,74 г/см3 соответственно. В горизонте 20-30 см наблюдается уплотнение почвы, вероятно, связанное с текстурной дифференциацией профиля, и на пахотных участках – с формированием плужной подошвы при классическом отвальном методе вспашки на одинаковую глубину. Радиоактивный запас 137Cs и 40K в интегральных почвенных слоях, определённый по формуле 3, представлен в табл. 7. В табл. 8 представлены КП в пшеницу 137Cs и 40K из интегральных слоёв почвы, определённые по формуле 2.
Таблица 7
Средняя плотность загрязнения почвы (радиоактивный запас) 137Cs и 40K в интегральных слоях, кБк/м2
|
Слой почвы |
n |
137Cs |
40K |
|
0-10 см |
5 |
112±14 |
47±11 |
|
0-20 см |
5 |
224±29 |
90±11 |
|
0-30 см |
5 |
342±44 |
137±19 |
Таблица 8
Агрегированные коэффициенты перехода 137Cs и 40K из почвы в органы пшеницы (сухая масса), м2/кг х 10-3
|
Орган пшеницы |
n |
Слой почвы |
137Cs |
40K |
|
Корни (объединённые |
2 |
0-10 см |
1,51 |
28,1 |
|
2 |
0-20 см |
0,75 |
14,7 |
|
|
пробы) |
2 |
0-30 см |
0,49 |
9,7 |
|
5 |
0-10 см |
0,64±0,21 |
28,8±8,9 |
|
|
Стебли (солома) |
5 |
0-20 см |
0,32±0,10 |
14,5±2,6 |
|
5 |
0-30 см |
0,21±0,07 |
9,5±1,5 |
|
|
5 |
0-10 см |
0,46±0,18 |
12,4±1,8 |
|
|
Соцветия (колосья) |
5 |
0-20 см |
0,23±0,09 |
6,5±1,4 |
|
5 |
0-30 см |
0,15±0,06 |
4,3±1,0 |
|
|
5 |
0-10 см |
0,18±0,07 |
5,5±1,3 |
|
|
Зерно |
5 |
0-20 см |
0,09±0,03 |
2,9±0,7 |
|
5 |
0-30 см |
0,06±0,02 |
1,9±0,5 |
При нормировании КП к одинаковой глубине (10 см) можно видеть, в каком горизонте происходит более интенсивное всасывание радионуклидов, чтобы определить, подвержена ли снижению подвижность 137Cs и 40K в глубоких слоях почвы за счёт их связывания почвенными минералами (рис. 2). Также актуальным является вопрос, ограничивает ли плужная подошва, затрудняющая проникновение в подпахотный горизонт корней и воды, вынос радионуклидов из глубо- ких горизонтов почвы.
Глубина почвенного горизонта, см (интегральный слой)
Рис. 2. Относительное изменение КП с глубиной в надземную часть пшеницы (стебли + соцветия), %.
Полученные результаты показывают, что корневое всасывание 137Cs и 40K является практически одинаковым на всей глубине почвенного профиля (0-30 см). Для обоих радионуклидов с увеличением глубины почвенного профиля вариация значений КП не превышает 2%.
Заключение
Проведено исследование распределения 137Cs и 40K в мягкой яровой золотистой пшенице ( Triticum aestivum L. var. lutescens ) в полевых условиях в период отдалённых последствий радиоактивного загрязнения после аварии на ЧАЭС. Определены основные агрохимические показатели почвы, а также плотность поверхностного радиоактивного загрязнения почвы в пахотном и подпахотном горизонтах.
Получены КН и агрегированные КП 137Cs и 40K из почвенных горизонтов в органы яровой пшеницы для слабокислой суглинистой дерново-подзолистой почвы с умеренно высоким содержанием органического вещества, подвижного калия и фосфора. Проведено сравнение полученных значений с данными МАГАТЭ для умеренного климата. При близких средних значениях по цезию констатируется существенная недооценка данных МАГАТЭ по переходу калия в стебли и побеги пшеницы, при этом данные по переходу калия в зерно хорошо соотносятся. Выявлена умеренная горизонтальная вариабельность КП 137Cs и 40K, не превышающая 30%, на однородных по данным радионуклидам участках пашни.
Установлено, что с увеличением глубины интегрального почвенного слоя до 30 см нормированные на одинаковую глубину КП 137Cs и 40K остаются стабильными (вариация значений не превышает 2%), что отражает равномерное всасывание данных радионуклидов (градиент биодоступности) на различной глубине корнеобитаемого слоя. Влияние текстуры подпахотного горизонта и плужной подошвы на переход 137Cs и 40K не наблюдается.
Корреляционный анализ Спирмена на малых выборках показал отрицательную корреляцию (rs=-0,9) между выборочными значениями удельной активности 137Cs и 40K в следующих цепях транслокации радионуклидов: 40K в почве – 137Cs в соцветиях; 40K в почве – 137Cs в зерне; 40K в соцветиях – 137Cs в зерне; 40K в зерне – 137Cs в зерне. Это отражает не только антагонизм между подвижным калием и цезием при их переходе из почвы в пшеницу, но также может демонстрировать антагонизм этих радионуклидов при их переходе из вегетативных органов пшеницы в генеративные.
Основным ограничением настоящего исследования является низкая разрешающая способность используемого гамма-спектрометра (МДА 137Cs=3 Бк) и, связанная с этим, погрешность измерений на сухую массу готовой пробы. Однако высокая удельная активность 137Cs в почве и органах пшеницы компенсирует данное ограничение. Другим важным ограничением является неопределённость сорта пшеницы, однако оно частично компенсируется таксономической идентификацией с точностью до разновидности (вариетета). Небольшой размер выборки слоёв почвы и органов пшеницы в отдельности (n=5) является существенным ограничением, связанным с трудоёмкостью пробоподготовки. Масса корневой системы, выделенная с каждой точки отбора проб, была недостаточной для индивидуальных измерений. Объединённые пробы корней со всех участков (n=2) хотя и показывают удельную активность 137Cs и 40K в корневой системе пшеницы, но размер выборки является недостаточным для качественного исследования данного звена в цепи перехода радионуклидов. Перечисленные ограничения должны быть приняты во внимание в дальнейших исследованиях, особенно для реализации корреляционного анализа с удовлетворительной статистической мощностью.
Выражаю глубокую признательность сотрудникам лаборатории генетических основ идентификации растений Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН: Александре Юрьевне Драгович (зав. лабораторией, д.б.н.) и Андрею Анатольевичу Поморцеву (в.н.с, д.б.н.) за помощь в таксономической идентификации исследуемой пшеницы.
