Дипломная работа: Использование активного ила в качестве удобрения сельскохозяйственных культур в условиях радиоактивного загрязнения территории

Приведенные в таблице 2 данные подтверждают положение о том, что чем больше времени проходит от выпадения радиоактивных осадков на посевы до уборки урожая, тем меньше радиоактивное загрязнение получаемой растениеводческой продукции[26].

2. Концентрация стронция-90 в урожае сельскохозяйственных культур при различных сроках нанесения на посевы радиоактивного раствора из расчета 1 Кu/км2

Из числа изучавшихся культур максимальное загрязнение хозяйственно ценных частей урожая отмечается у проса и гречихи. Значительно ниже концентрация стронция-90 в зерне пшеницы, ячменя и овса. Очень слабо загрязняется урожай картофеля и сахарной свеклы [3,4, 6, 12,36].

Почвенный путь радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных растений и их урожая

После прекращения радиоактивных выпадений загрязнение урожая сельскохозяйственных культур происходит главным образом в результате поступления радионуклидов в растения из загрязненной почвы. Источником радиоактивного загрязнения почвы, так же как и растительности, являются радиоактивные выпадения из атмосферы. В зависимости от продолжительности выпадений загрязнения почвы сельскохозяйственных угодий может быть одноразовым или длительным (как, например, при глобальных выпадениях, продолжающихся в течение нескольких лет). В первом случае почвенный путь поступления радионуклидов в растения будет главным источником радиоактивного загрязнения урожая уже в следующем вегетационном сезоне после выпадения радиоактивных осадков. Во втором случае первые 2-4 года будет преобладать аэральный путь радиоактивного загрязнения растений, а в последующие годы – почвенный [42,47].

Радиоактивные вещества, осевшие на поверхность почвы, вступают во взаимодействие с почвенными частицами, и почва, как основной компонент агроценоза, оказывает определяющее влияние на характер миграции радионуклидов по биологическим цепочкам. Известно, что почва является хорошим поглотителем для многих химических веществ, в том числе и для радионуклидов [5,4].

Поглощение радионуклидов происходит сразу же при контакте их с почвой. Разные почвы обладают неодинаковой способностью к поглощению радионуклидов, но в целом поглощается не менее 50%, а во многих случаях значительно больше. Так, при внесении в дерново-подзолистую супесчаную почву растворимых форм радионуклидов было поглощено 66% стронция-90, 98% цезия-137, 98% церия-144, 94% кобальта-60, 49% рутения-106. Еще сильнее радионуклиды поглощаются черноземной почвой: стронций-90 - 96%, цезий-137 — 100%, церий-144 - 100%, кобальт - 60-91%, рутений - 106-61%.

Поглощение и фиксация радионуклидов почвой затрудняет их усвоение корневой системой. Поэтому поступление радионуклидов из почвы в растения в десятки раз меньше, чем из водного раствора, т.е. почва представляет собой мощный барьер на пути миграции радионуклидов по пищевым цепочкам [3,39].

Биологическая избирательная способность растений к усвоению различных химических веществ и различия физико-химических свойств радионуклидов обуславливают неодинаковые размеры поступления отдельных радионуклидов из почвы в растения (таблица 3) [5].

3. Концентрация радионуклидов в урожае ячменя при плотности радиоактивного загрязнения почвы 1 Кu/км2 (почва – выщелоченный чернозем)

Из числа приведенных в таблице 3 радионуклидов цинк-65 поступает из почвы в растения в максимальных количествах, как в вегетативные органы, так и в зерно. По концентрации в соломе цинк-65 превосходит рутений-106 в 860 раз. Можно отметить, что в большинстве случаев накопление радионуклидов в вегетативных органах значительно выше, чем в зерне: для кобальта-60 и рутения-106 характерно обратное - преимущественное накопление их в зерне. Отсюда следует, что радионуклидный состав радиоактивного загрязнения почв далеко не безразличен для радиоактивного загрязнения урожая. Существенное значение имеет также длительность жизни радионуклидов, загрязняющих почву. Долгоживущие радионуклиды (такие как стронций-90 и цезий-137) создают длительно действующие источники их поступления в растения и, напротив, короткоживущие, как, например, йод-131 с периодом полураспада около 8 дней, представляет значительно меньшую опасность для загрязнения урожая корневым путем, поскольку за период от начала вегетации растений до уборки урожая он практически исчезает в результате радиоактивного распада [42].

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)

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

6. Среднее содержание цезия-137 (-109 Кu/кг) в урожае основных сельскохозяйственных культур на различных почвах при плотности загрязнения территории 1Кu/км2

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.

Переход среднесуточной температуры через +5°С приходится на 18 апреля и 13 октября, а продолжительность периода с температурой выше +5°С составляет 174 - 177 дней. Из приведенных данных видно, что теплом могут быть здесь обеспечены все сельскохозяйственные культуры. Переход среднесуточной температуры воздуха через +10°С приходится на 3 мая и 16 сентября, а продолжительность периода составляет 135-138 дней. Весенние заморозки на ровных открытых местах заканчиваются в среднем 6-10 мая, а осенние начинаются 24 - 27сентября. Продолжительность безморозного периода составляет 135 - 146 дней. Полное оттаивание почвы наблюдается 23 - 24 апреля. По влагообеспеченности район поля можно отнести к зоне достаточного увлажнения. Сумма осадков за период с температурой выше +10°С составляет 300 -320мм, испаряемость за тот же период 195 - 210мм.

По природно-географическому районированию Калужской области земельная площадь учебно-опытного поля относится к Угринско-Суходревскому району Смоленско-Московской провинции. Территория учебно-опытного поля делится ложбинами стока на несколько слабоприподнятых участков. Здесь сформировались дерново-подзолистые почвы супесчаные по механическому составу на водно-ледниковых отложениях, подстилаемых мореной. Грунтовые воды подходят ближе к поверхности в ложбинах стока, а так же здесь происходит застой дождевых и талых вод, в результате этого происходит процесс оглеения почв. Здесь сформировались дерново-подзолистые глеевые почвы. К ложбинам стока примыкают слабопониженные участки равнины, где сформировались дерново-среднеподзолистые слабоглееватые почвы. Более половины территории учебно-опытного поля занято лесами.

В геологическом строении территории учебно-опытного поля большая роль принадлежит четвертичным отложениям. Почвообразующие породы на данной территории представлены водно-ледниковыми отложениями, которые на различной глубине подстилаются мореной суглинистой. Водно-ледниковые отложения представлены рыхлыми, слоистыми песками. Эти породы крайне бедны зольными элементами. В механическом составе водно-ледниковых отложений преобладают фракции песка.

В химическом отношении водно-ледниковые отложения характеризуются невысокой суммой поглощенных оснований (3,8-5,2 мг-экв/100 г почвы), гидролитическая кислотность так же низкая (0,35-0,28 мг-зкв/100 г почвы). Степень насыщенности основаниями от 81,2 до 93,6 °/о. Реакция почвенной среды от сильнокислой до близкой к нейтральной (рН 4,5-6,4). Содержание фосфора в среднем 16,25 мг на 100 г почвы, калия 13,6 мг на 100 г почвы.

Подстилание водно-ледниковых отложений мореной оказывает существенное влияние на формирование почвенного профиля.

При подстилании водно-ледниковых отложений мореной резко меняется водный режим, так как морена является хорошим водоупором, задерживает влагу, которую при сильном иссушении верхних горизонтов могут использовать растения. Подстилание верхних супесчаных и песчаных горизонтов суглинистой мореной имеет свои и отрицательные свойства, так как в весеннее время, и во влажные годы морена держит верховодку, что сильно затрудняет своевременную вспашку и дальнейшую обработку почвы.

Почвенный покров учебно-опытного поля представлен дерново-подзолистыми почвами нормально увлажнения. По рельефу данные почвы приурочены к слабоповышенным водоразделам. Пахотный горизонт (Апах) имеет светло-серую окраску, часто с белосоватобурыми пятнами припашки нижнего горизонта и характеризуется комковатой структурой или бесструктурные. Мощность пахотного горизонта колеблется от 24 до 34 см.

Ниже замечают хорошо выраженный оподзоленный горизонт Аг, мощностью от 9 до 20 см с буровато-белесой окраской. Далее, как правило, переходный подзолистый горизонт А2В с белесой окраской. Иллювиальные горизонты В1 и В2 представлены бесструктурными песками буровато -белесого цвета. Данные химического состава почв учебно-опытного поля, на котором расположен экспериментальный севооборот, приведены в таблице

Химический состав дерново-среднеподзолистой песчаной почвы по генетическим горизонтам

Супесчаные почвы отличаются низким естественным плодородием, они сыпучи, легко водо - и воздухопроницаемы, маловлагоемки, имеют низкую поглотительную способность. Органические вещества в таких почвах хорошо разлагаются и минерализуются, а минеральные (нитратные формы) вымываются в нижележащие горизонты. Поэтому при внесении органических удобрений необходимо увеличивать нормы и запахивать на глубину 18-22см. Для ускоренного повышения плодородия данных почв необходимо применять целый комплекс агротехнических мероприятий.

Метеорологические условия вегетативного периода 2007 года

Из таблицы 8 можно заметить, что динамика осадков за вегетационный период 2007г. сильно отличается от средних многолетних. Осадков выпало только 67% от средней нормы. Меньше всего влаги наблюдалось в апреле, мае и августе. В первые месяцы осуществлялся полив с целью компенсировать нехватку почвенной влаги. Также в этой таблице представлена динамика изменения среднесуточной температуры. Как мы видим, она в целом соответствовала средним многолетним данным.

Страницы: 1, 2, 3