Поступление радионуклидов из почвы в растения и накопление их в урожае сельскохозяйственных культур в значительной мере зависит от биологических особенностей различных видов растений, что может быть обусловлено спецификой их минерального питания, характером распределения корневых систем, продолжительностью вегетационного периода. Приведенные в таблице 7 данные позволяют сопоставить степень радиоактивного загрязнения урожая различных сельскохозяйственных культур стронцием-90 и цезием-137 при поступлении их из почвы в растения. Достаточно отчетливо видно, что даже в пределах одной группы культур - зерновых злаков - различия в загрязнении зерна стронцием-90 могут достигать 50 раз (овес и кукуруза). По загрязнению цезием-137 эти различия значительно меньше. Самым высоким накоплением радионуклидов отличаются бобовые растения, в том числе и горох. В зерне кукурузы, проса, риса накапливаются минимальные количества стронция-90, однако по содержанию цезия-137 рис приближается к бобовым культурам. Надземные вегетативные органы загрязняются стронцием-90 примерно в 10 раз, а цезием -137 в 3-5 раз больше, чем зерно, плоды, клубни, корнеплоды. Очень высокими уровнями радиоактивного загрязнения отличаются кормовые травы [10,12,19].
4. Относительное накопление стронция-90 и цезия-137 в урожае сельскохозяйственных культур (относительно зерна озимой пшеницы, радиоактивное загрязнение которого принято равным единице)
| Культуры | Стронций-90 | Цезий-137 | ||
| в зерне, плодах, клубнях, корнеплодах, кочанах | в листьях, стеблях, ботве, соломе | в зерне, плодах, клубнях, корнеплодах, кочанах | в листьях, стеблях, ботве, соломе | |
| Озимая пшеница, рожь | 1 | 12 | 1 | 4 |
| Яровая пшеница | 3 | 28 | 2.6 | 15 |
| Яровой ячмень | 4.5 | 40 | 2 | 8 |
| Овес | 5.5 | 65 | 2 | 6 |
| Кукуруза на зерно | 0.1 | - | 1.9 | - |
| Гречиха | 5.9 | 160 | - | - |
| Просо | 0.5 | 40 | - | - |
| Рис | 0.7 | 35 | 9.1 | 30 |
| Горох | 6.5 | 70 | 11 | 28 |
| Картофель | 1.5 | 86 | 1.2 | 0.8 |
| Капуста | 2.2 | - | 2.4 | - |
| Свекла | 3.5 | 16 | 2.4 | - |
| Морковь | 2 | 13 | 2.7 | - |
| Огурцы | 1.2 | - | 2.7 | - |
| Кукуруза на силос | - | 6.5 | - | 5.9 |
| Клевер, люцерна (сено) | - | 100 | - | 45 |
| Тимофеевка | - | 30 | - | 30 |
Различия между сельскохозяйственными культурами по накоплению радиоактивных веществ в урожае могут быть использованы в условиях радиоактивного загрязнения территорий для снижения радиоактивного загрязнения получаемой продукции. Для этого необходимо подобрать для возделывания такие культуры и сорта, в урожай которых поступает минимальное количество радионуклидов [23,28].
Миграция радионуклидов по почвенному профилю, их биологическая доступность растениям в значительной мере определяются процессами взаимодействия их с почвой. К свойствам почвы, влияющим на поведение радионуклидов в почве и в системе почва-растение, относятся: кислотность почвы, величина емкости поглощения, количество и состав обменных катионов, содержание гумуса, минералогический состав почв.
С увеличением кислотности почвы уменьшается прочность связи поглощенных радионуклидов с почвенными частицами, и чем выше кислотность почвы, тем больше количество радионуклидов поступает в растения. Поэтому известкование кислых почв, нейтрализующее их кислотность, может в несколько раз снизить поступление радионуклидов в растения.
Из почв с большой емкостью поглощения, с высокой степенью насыщенности обменными катионами, с высоким содержанием гумуса радионуклиды поступают в растения в значительно меньших количествах, чем из почв с низкими значениями перечисленных показателей. Для радионуклидов стронция-90 и цезия-137 существенное значение имеет содержание в почве их химических аналогов кальция и калия, которые являются элементами питания растений. Поступление стронция-90 в растения обратно пропорционально содержанию обменного кальция в почве. Несколько менее четко эта закономерность проявляется для пары цезий-137 - калий. Внесение в загрязненные почвы минеральных удобрений, как правило, не оказывает существенного и однозначного влияния на период радионуклидов из почвы в растения. При внесении в почву обычно применяемых доз фосфорных и калийных удобрений поступление стронция-90 и цезия-137 в растения несколько снижается. Азотные удобрения либо не оказывают никакого влияния, либо незначительно увеличивают переход радионуклидов из почвы в растения [3,39,40].
Большое разнообразие почв является причиной значительных различий в поведении радионуклидов в почвах и накоплении их в растениях. Поэтому при возделывании сельскохозяйственных растений на разных почвах и в разных регионах может оказаться, что при одном и том же уровне радиоактивного загрязнения почв, величины радиоактивного загрязнения получаемого урожая могут различаться в десятки раз.
5. Среднее содержание стронция-90 (-109 Кu/кг) в урожае основных сельскохозяйственных культур на различных почвах при плотности загрязнения территории 1 Кu/км2
| Растения Почвы | Озимая пшеница и рожь | Яровая пшеница | Яровой ячмень | Овес | Картофель | Гречиха | Свекла столовая. |
| Дерново-подзолистые: | |||||||
| - песчаные | 2 | 5 | 8 | 9 | 4 | 8 | 10 |
| - супесчаные | 1 | 3 | 5 | 6 | 2.6 | 5 | 6 |
| - легко и среднесуглинистые | 0.6 | 2 | - | - | 1.7 | 3 | - |
| -тяжелосуглинистые | 0.3 | 1 | 1.5 | 1.4 | 0.8 | 1.5 | 1.6 |
| Серые лесные | 0.4 | 1.3 | 1.8 | 2.0 | 1.0 | 1.7 | 2 |
| Черноземы | 0.1 | 0.3 | 0.4 | 0.4 | 0.1 | 0.2 | 0.3 |
| Каштановые | 0.2 | 0.5 | 0.8 | 1 | 0.3 | 0.5 | 2 |
6. Среднее содержание цезия-137 (-109 Кu/кг) в урожае основных сельскохозяйственных культур на различных почвах при плотности загрязнения территории 1Кu/км2
| Растения Почвы | Озимая пшеница и рожь | Яровая пшеница | Яровой ячмень | Овес | Картофель | Гречиха | Свекла столовая. |
| Дерново-подзолистые: | |||||||
| - песчаные | 0.4 | 0.7 | 0.6 | 0.8 | 0.4 | 1 | 2 |
| - супесчаные | 0.2 | 0.5 | 0.4 | 0.4 | 0.2 | 0.5 | 1 |
| - легко и среднесуглинистые | 0.06 | 0.17 | 0.13 | 0.13 | 0.1 | 0.15 | 0.4 |
| -тяжелосуглинистые | 0.03 | 0.08 | 0.06 | 0.06 | 0.03 | 0.1 | 0.2 |
| Серые лесные | 0.02 | 0.06 | 0.05 | 0.05 | 0.08 | 0.07 | 0.15 |
| Черноземы | 0.01 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.05 | 0.04 | 0.07 |
| Каштановые | 0.02 | 0.06 | 0.05 | 0.05 | 0.08 | 0.07 | 0.15 |
Более того, даже на различных разновидностях одного и того же типа почв, накопление радионуклидов растениями также изменяется достаточно сильно. Например, содержание стронция-90 и цезия-137 в урожае пшеницы, выращенной на разных дерново-подзолистых почвах, варьирует в пределах пяти раз, а на черноземах - в пределах трех раз.
Характерно, что влияние почвенных условий на накопление радионуклидов, в урожае сказывается примерно одинаково для всех культур, но на поступление в растения цезия-137 свойства почв оказывают более сильное влияние, чем на поступление стронция-90. В условиях радиоактивного загрязнения территорий наиболее благоприятными, с точки зрения получения урожая пониженного радиоактивного загрязнения, будут почвы, обладающие сравнительно высоким плодородием, такие как серые лесные, каштановые, черноземы[26,28]
Исследования, проведенные на территории Белорусского полесья, где преобладают легкие песчаные почвы, загрязнение цезием-137 в результате радиационной аварии на Чернобыльской АЭС, показали, что поступление цезия-137 из почвы в растения не остается постоянным, а уменьшается с течением времени. Причиной снижения поступления радионуклида из почвы в растения может быть как постепенная миграция его в более глубокие горизонты почвенного профиля, так и протекающие в почве естественные физико-химические процессы включения цезия-137 в кристаллические и коллоидные почвенные структуры, из которых он становится недоступным для растений. Какую-то роль может играть и применение агротехнических мероприятий, направленных на снижение перехода радионуклидов из почвы в растения. Наибольшее снижение поступления цезия-137 из почвы в растения наблюдается в ближайшие периоды времени после радиоактивного загрязнения почвы. В последующие годы продолжается снижение поступления радионуклида в растения, но интенсивность этого снижения с каждым годом уменьшается[3,12,26,42,47]
Загрязнение сельскохозяйственных угодий радиоактивными веществами может быть фактором, усложняющим ведение сельскохозяйственного производства. Все способы и мероприятия, снижающие уровень загрязнения радиоактивными веществами растениеводческой продукции, основаны на закономерностях взаимодействия их с почвами, поступления в растения в зависимости от физико-химических свойств радионуклидов, агрохимических показателей, механического и минералогического состава почв, а также видовых и сортовых особенностей растений, условий их питания и других факторов.[2,11, 13, 14, 26, 28, 32, 33, 34, З7, 39]
Поэтому поиск новых методов и способов снижения содержания радионуклидов в продукции растениеводства является весьма актуальной современной проблемой.
2. Условия и методика проведения исследований
2.1 Характеристика условий исследований
Район местонахождения учебно-опытного поля характеризуется умеренно - континентальным климатом с теплым летом и умеренно -холодной зимой, устойчивым снежным покровом и хорошо выраженными сезонами.