БИОВЫНОС ¹³⁷Cs ИЗ ПОЧВЫ МНОГОЛЕТНИМИ МЯТЛИКОВЫМИ ТРАВАМИ В СВЯЗИ С МИНЕРАЛЬНЫМ ПИТАНИЕМ И ДОСТУПНОСТЬЮ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ

Расширение зон антропогенных нарушений агроландшафта и загрязнение почв создают серьезную экологическую угрозу. К наиболее опасным поллютантам относят радионуклиды с большим периодом полураспада, попадающие в почву при антропогенных катастрофах. В мировой литературе накоплены обширные данные о влиянии мелиорантов, органических и минеральных удобрений на урожайность и биовынос ¹³⁷Cs из почвы сельскохозяйственными культурами. В настоящем исследовании нами впервые представлены данные о влиянии природных и антропогенных факторов на миграцию ¹³⁷Cs в системе почва—растения на примере разных видов семейства мятликовых кормового назначения в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС в зависимости от режимов минерального питания. В условиях радиоактивного загрязнения юго-запада Брянской области в период с 2009 по 2011 годы мы исследовали биологический вынос ¹³⁷Cs из почвы растениями при разной дозе полного минерального удобрения. Почва опытного участка аллювиальная луговая песчаная, агрохимическая характеристика: рНКСl 5,2-5,6, гумус — 3,08-3,33 %, подвижный фосфор — 620-840 мг/кг, обменный калий — 133-180 мг/кг. Плотность загрязнения почвы ¹³⁷Cs 493-872 кБк/м². Исследования проводили на одновидовых посевах многолетних мятликовых трав Dactylis glomerata L., Festuca pratensis Huds. и Phalaroides arundinacea L. Схема опыта включала следующие варианты: контроль без удобрения, N₉₀Р₆₀K₉₀, N₉₀Р₆₀K₁₂₀; N₉₀Р₆₀K₁₅₀, N₁₂₀Р₆₀K₁₂₀, N₁₂₀Р₆₀K₁₅₀ и N₁₂₀Р₆₀K₁₈₀ (применяли аммиачную селитру, простой гранулированный суперфосфат, хлористый калий). Удобрения вносили ежегодно: азотные и калийные — в два приема, половина расчетной дозы под 1-й укос, вторая половина под 2-й укос, фосфорные — полной дозой под 1-й укос. Период вегетации культур в 2010 году характеризовался повышенным радиационным балансом по сравнению с другими годами. Оптимальные для роста и развития культур фитоклиматические условия от 1-го укоса до 2-го сложились в 2011 году. Период вегетации от 1-го укоса до 2-го отличался от такового до 1-го укоса повышенным радиационным балансом и, соответственно, повышенной испаряемостью. Дефицит почвенной влаги от возобновления вегетации до 1-го укоса не повлиял на водный режим посевов трав из-за близкого стояния грунтовых вод после периодического затопления поймы. Для обоснования обратно пропорциональной зависимости удельной активности ¹³⁷Cs фитомассы от урожайности определили транспирационный коэффициент, относительную транспирацию, кратность снижения удельной активности ¹³⁷Cs в фитомассе трав, оценили процесс биовыноса. Было показано, что интенсивность выноса ¹³⁷Cs из почвы посевами трав зависит от дозы полного минерального удобрения. Наименьшей интенсивностью биовыноса ¹³⁷Cs характеризуется Dactylis glomerata L., наибольшей — Phalaroides arundinacea L. Основным фактором, регулирующим биовынос ¹³⁷Cs из почвы, служит относительная транспирация, определяющая биодоступность почвенной влаги для корневой системы растений и число Пекле (Pe, соотношение диффузии и конвекции в потоке влаги). При оценке зависимости числа Ре от относительной транспирации коэффициент корреляции (r) у трех изученных видов мятликовых трав составил 0,8-0,9. Выведено уравнение биовыноса ¹³⁷Cs из почвы фитомассой многолетних мятликовых трав при применении минеральных удобрений, которое отражает закономерное изменение удельной активности ¹³⁷Cs фитомассы под действием вносимых удобрений и справедливо для исследуемых видов мятликовых трав.

Ключевые слова: аллювиальная луговая песчаная почва, ¹³⁷Cs, многолетние мятликовые травы, биологический вынос, интенсивность выноса, транспирация, относительная транспирация, NPK удобрения.

Естественные кормовые угодья, которые служат одним из главных источников грубых и сочных кормов для животноводства, также играют многофункциональную роль в формировании устойчивого агроландшафта. Поэтому изучение механизмов повышения их продуктивности и восстановления после антропогенного нарушения вызывает большой интерес (1-5). В условиях радиоактивного загрязнения, наряду с повышением продуктивности сенокосов и пастбищ, важным становится получение кормов, соответствующих нормативу по допустимому содержанию радионуклидов (6-9).

В литературе накоплен большой объем данных о влиянии мелиорантов, органических и минеральных удобрений на урожайность и биовынос из почвы ¹³⁷Cs сельскохозяйственными культурами (10-13). Экспериментально доказано, что калийные удобрения снижают удельную активность ¹³⁷Cs продукции растениеводства (14-18). Внесение калийных удобрений стало основным агрохимическим приемом в условиях радиоактивного загрязнения почв. При исследовании разных доз N, P и K в составе полного минерального удобрения обнаружено, что переход ¹³⁷Cs из почвы в продукцию растениеводства зависит не только от дозы калия, но и от соотношения доз калия и азота, а также количества азота в составе полного минерального удобрения (19-21).

Нами впервые в отдаленный период после аварии на Чернобыльской АЭС исследована роль природных и антропогенных факторов на процесс миграции ¹³⁷Cs в системе почва—растения (на примере разных видов Poaceae кормового назначения) и предложен механизм, регулирующий биовынос ¹³⁷Cs из почвы через относительную транспирацию, определяющую доступность почвенной влаги для растений.

Цель работы заключалась в изучении влияния разных доз полного минерального удобрения на доступность почвенной влаги для корневой системы и интенсивность процесса биовыноса ¹³⁷Cs из почвы одновидовыми посевами многолетних мятликовых трав.

Методика. Исследования проводили в юго-западной части Брянской области на луговом участке центральной поймы реки Ипуть. Почва опытного участка аллювиальная луговая маломощная среднегумусная, песчаная на супесчаном аллювии со следующим разделением профиля на генетические горизонты: Ад (0-4 см), А1 (4-18 см); В1 (18-40 см); Вg (40-60 см), Сg (60-90 см). Агрохимическая характеристика почвы: рН_КСl 5,2-5,6, гидролитическая кислотность — 2,6-2,8 мг-экв/100 г почвы, сумма поглощенных оснований — 11,3-13,1 мг-экв/100 г почвы, емкость катионного обмена — 12,9-15,9 мг-экв/100 г почвы, насыщенность основаниями 81-82 %; содержание гумуса — 3,08-3,33 % (по Тюрину), подвижного фосфора — 620-840 мг/кг, обменного калия — 133-180 мг/кг (по Кирсанову). Плотность загрязнения опытного участка ¹³⁷Cs в период проведения работ составляла 493-872 кБк/м².

Интенсивность биовыноса ¹³⁷Cs из почвы при разных дозах полного минерального удобрения изучали на одновидовых посевах многолетних мятликовых трав. По фону двухъярусной вспашки высевали ежу сборную (Dactylis glomerata l., сорт ВИК 61), овсяницу луговую (Festuca pratensis Huds., сорт Дединовска) и двукисточник тростниковидный (Phalaroides arundinacea L., сорт Припятский); нормы высева всех семян — 15 кг/га. Схема опыта: I вариант — контроль без удобрений, II — N₉₀Р₆₀К₉₀, III — N₉₀Р₆₀К₁₂₀, IV — N₉₀Р₆₀К₁₅₀, V — N₁₂₀Р₆₀К₁₂₀, VI — N₁₂₀Р₆₀К₁₅₀, VII — N₁₂₀Р₆₀К₁₈₀. Применяли аммиачную селитру, простой гранулированный суперфосфат, хлористый калий. Удобрения вносили ежегодно: азотные и калийные в два приема (половина расчетной дозы под 1-й укос, вторая половина — под 2-й укос), фосфорные — полной дозой в один прием под 1-й укос. Площадь посевной делянки составляла 63 м², уборочной — 24 м², повторность опыта 3-кратная.

Урожайность трав учитывали методом сплошной поделяночной уборки и отбора пробного снопа. В год проводили два укоса (1-й укос — с 1 по 10 июня, 2-й — с 23 августа по 1 сентября).

Величину транспирации определяли по формуле Х. Пенмана (22), испаряемость — по М.И. Будыко (23). Транспирационный коэффициент вычисляли как Кт = Σ_вЕ_т/Y [1], где Σ_вЕ_т — суммарная транспирация за период вегетации, мм; Y — урожайность воздушно-сухой фитомассы трав, т/га. Относительную транспирацию рассчитывали по формуле: α = Σ_вЕ_т/Σ_вЕ₀ [2], где Σ_вЕ_т и Σ_вЕ₀ — соответственно суммарная транспирация и испаряемость за период вегетации.

Удельную активность ¹³⁷Cs в исследуемых растительных образцах определяли на универсальном спектрометрическом комплексе Гамма Плюс (НПП «Доза», Россия), установленная ошибка измерений не более 10 %.

Расчет среднесуточных значений коротковолновой части радиационного баланса проводился по данным срочных наблюдений по методу трапеций (24). Для вычисления среднесуточных значений суммарного радиационного баланса использовались эмпирические коэффициенты (25, 26). Среднесуточные значения фотосинтетически активной радиации (ФАР) рассчитывали в соответствии с описанием (27).

Полученные данные подвергали дисперсионному анализу c использованием программного обеспечения Excel 7.0 и Statistic 7.0 («StatSoft, Inc.», США). Представлены средние (M). Достоверность различий с контролем и между вариантами оценивали по наименьшей существенной разности (НСР₀₅). Различия считали статистически значимыми при выходе за границы НСР.

Результаты. В таблице 1 приведены фитоклиматические и метеорологические показатели за время проведения опытов. Сезон вегетации 2010 года по сравнению с другими годами характеризовался повышенным радиационным балансом. Оптимальные для роста и развития культур фитоклиматические условия от 1-го до 2-го укоса сложились в 2011 году. Период от 1-го укоса до 2-го отличался от такового до 1-го укоса повышенным радиационным балансом и, соответственно, большей испаряемостью.

Дефицит почвенной влаги в период от возобновления вегетации до 1-го укоса не повлиял на водный режим посевов трав из-за близкого стояния грунтовых вод после периодического затопления поймы. В период от 1-го до 2-го укоса особенно большой дефицит влаги наблюдался в 2010, минимальный — в 2011 году. Снижение уровня грунтовых вод и дефицит почвенной влаги сказались на водном режиме посевов и, как оказалось, на продуктивности мятликовых трав в период до 2-го укоса.

Транспирационный коэффициент равен транспирационному расходу влаги на формирование 1 т сена мятликовых трав. Как следует из таблицы 2, до 1-го укоса при достатке почвенной влаги значения Кт определялись фитоклиматическими условиями возделывания и не зависели от видовых особенностей культур. Видовые особенности проявились при недостатке почвенной влаги в 2010 году, вызванном понижением уровня грунтовых вод, повышением радиационного баланса, испаряемости и температуры воздуха в период вегетации от 1-го до 2-го укоса. В этих условиях только двукисточник тростниковидный снижал поглощение ФАР и расход воды на формирование урожая.

На опытном участке наблюдалась изначальная неравномерность загрязнения ¹³⁷Cs. На делянках, занятых ежой сборной, овсяницей луговой, двукисточником тростниковидным, плотность загрязнения ¹³⁷Cs пахотного горизонта почвы варьировала в пределах соответственно 725-837, 615-671 и 493-631 кБк/м². Такие значения плотности поверхностного загрязнения ¹³⁷Cs характеризуются как высокие (28).

Наибольшую урожайность сена мятликовых трав во всех вариантах опыта в 1-й укос получили в 2010 году при значении ФАР 268 МДж/м² и Кт = 500. В период от 1-го до 2-го укоса наибольшую урожайность культур во всех вариантах отмечали в 2011 году при значении ФАР 336 МДж/м² и Кт = 442. Во всех вариантах в 1-й и 2-й укосы урожайность сена возрастала при увеличении дозы минерального удобрения от 150 до 210 кг д.в. на 1 га. В таблице 5 приведена удельная активность ¹³⁷Cs полученной в опыте воздушно-сухой фитомассы мятликовых трав. Как следует из данных таблиц 4 и 5, между урожайностью и удельной активностью ¹³⁷Cs сена проявилась обратно пропорциональная зависимость: рост урожайности культуры с повышением доз минеральных удобрений приводил к уменьшению удельной активности ¹³⁷Cs в фитомассе.

Расчет коэффициентов накопления ¹³⁷Cs в воздушно-сухой массе мятликовых трав по вариантам опыта (табл. 6 ) позволил установить обратно пропорциональную зависимость между этими коэффициентами и урожайностью, а также дозами минеральных удобрений. Для раскрытия механизма проявления такой зависимости мы рассчитали значения относительной транспирации (Σ_вЕ_т/Σ_вЕ₀) по вариантам опыта в 1-й и 2-й укосы в разные годы. Относительная транспирация используется для определения степени водообеспеченности посевов, срока поливов культур. Эта величина характеризует доступность почвенной влаги корневой системе растения. Минеральные удобрения повышают транспирацию посевов (29, 30) и, соответственно, значение Σ_вЕ_т/Σ_вЕ₀. При оптимальных условиях водного режима величина относительной транспирации культур — 0,70-0,85 (31).

В период вегетации до 1-го укоса, величина относительной транспирации во всех вариантах превышала 1,0 (табл. 7). Эти данные указывают на то, что посевы испытывали избыток влаги, вызванный близким залеганием грунтовых вод после затопления поймы в апреле. От 1-го до 2-го укоса этот показатель превысил 1,0 только в 2011 году. В 2009 и 2010 годах при большом дефиците влаги, равном 76-80 мм, относительная транспирация не достигала оптимального значения ни в одном варианте посевов. Оптимальными для роста и развития культур метеорологическими и фитоклиматическими условиями характеризовался 2011 год, когда посевы развивались при достатке почвенной влаги.

Результаты расчетов (см. табл. 7) показывают, что с повышением дозы полного минерального удобрения возрастает величина относительной транспирации при недостатке и избытке почвенной влаги. Электролиты, входящие в состав минеральных удобрений, вызывая сжатие двойных электрических слоев на стенках капилляров почвы, уменьшают долю адсорбированных ионов ¹³⁷Cs в потоке раствора к корневой системе растения (24). Увеличение дозы минерального удобрения повышает доступность почвенной влаги для корней растения, уменьшает число Ре и приводит к уменьшению удельной активности ¹³⁷Cs в фитомассе трав. Относительная транспирация, определяющая биодоступность почвенной влаги и число Ре при разном уровне минерального питания, — одна из основных причин проявления обратно пропорциональной зависимости между удельной активностью ¹³⁷Cs и урожайностью фитомассы у мятликовых трав.

Данные по удельной активности ¹³⁷Cs в фитомассе мятликовых трав (см. табл. 5) отражают связь между удельной активностью в контроле и при применении разных доз минеральных удобрений. Эта связь описывается следующей формулой: A_i = A_k × exp(-λΣbE_т) [3], где A_i и А_k— удельная активность ¹³⁷Cs в фитомассе соответственно в варианте i и в контроле, Бк/кг; ΣbE_т — транспирация в период вегетации, мм; λ — относительная интенсивность биовыноса (постоянная величина для определенных условий; чем больше значение λ, тем меньше удельная активность фитомассы в варианте i по сравнению с контролем). При увеличении дозы полного минерального удобрений выше 195 кг д.в. на 1 га разность в значениях λ равна 0 или очень мала. Эти данные подтверждают экспоненциальную зависимость удельной активности фитомассы трав в варианте i от транспирации и адекватность формулы [3] реальному процессу биовыноса.

Следует отметить, что при равных условиях возделывания в каждом из шести опытных вариантов в 1-й и 2-й укосы отмечали изменения в интенсивности биовыноса ¹³⁷Cs культурами в зависимости от вида, о чем сообщают другие авторы (5, 32-35). В нашем эксперименте наименьшей интенсивностью биовыноса ¹³⁷Cs из почвы характеризуется ежа сборная, наибольшей — двукисточник тростниковидный.

Следовательно, формулу [3] можно использовать для сравнительной оценки  биовыноса ¹³⁷Cs из почвы разными видами мятликовых трав при применении минеральных удобрений.

Таким образом, анализ результатов полевых экспериментов, проведенных на одновидовых посевах мятликовых кормовых трав, позволил выявить следующие особенности процесса биовыноса ¹³⁷Cs из почвы. Транспирационный коэффициент исследуемых видов трав при достаточной влагообеспеченности не зависит от дозы и вида удобрений, но при недостатке влаги зависит от радиационного баланса и вида растения. Одной из основных причин обратно пропорциональной зависимости между удельной активностью ¹³⁷Cs и урожайностью фитомассы трав служит увеличение относительной транспирации при повышении дозы полного минерального удобрения и уменьшении доли адсорбированных ионов ¹³⁷Cs в потоке почвенной влаги к корневой системе, вызванном сжатием двойных электрических слоев на стенках пор и уменьшением числа Ре при усилении конвекции в потоке. Нами выведено уравнение биовыноса ¹³⁷Cs из почвы фитомассой многолетних мятликовых трав при применении минеральных удобрений, которое выражает закономерность изменения удельной активности ¹³⁷Cs фитомассы под действием вносимых удобрений и справедливо для исследованных видов мятликовых трав. Выявлено, что интенсивность биовыноса ¹³⁷Cs из почвы до 1-го укоса отличается от таковой в период от 1-го до 2-го укоса, который характеризуется значительно большим снижением биовыноса ¹³⁷Cs посевами трав, обусловленным низкой относительной транспирацией и малой биодоступностью влаги, что сопровождается уменьшением интенсивности конвективного потока влаги к корневой системе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Losvik M.H. Phytosociology and ecology of old hay meadows in Hordaland, western Norway in relation to management. Vegetatio, 1988, 78: 157-187 (doi: 10.1007/BF00033425).
2. Wallin L., Svensson B.M. Reinforced traditional management is needed to save a declining meadow species. A demographic analysis. Folia Geobotanica, 2012, 47: 231-247 (doi: 10.1007/s12224-012-9123-3).
3. Vogl C.R., Vogl-Lukasser B., Walkenhorst M. Local knowledge held by farmers in Eastern Tyrol (Austria) about the use of plants to maintain and improve animal health and welfare. Journal of Ethnobiology and Ethnomedicine, 2016, 12(1): 40 (doi: 10.1186/s13002-016-0104-0).
4. Zhu Y.G., Shaw G. Soil contamination with radionuclides and potential remediation. Chemosphere, 2000, 41(1-2): 121-128 (doi: 10.1016/S0045-6535(99)00398-7).
5. Uchida S., Tagami K. Comparison of radiocesium concentration changes in leguminous and non-leguminous herbaceous plants observed after the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident. Journal of Environmental Radioactivity, 2018, 186: 3-8 (doi: 10.1016/j.jenvrad.2017.08.016).
6. Alexakhin R., Geras’kin S. 25 years after the accident at the Chernobyl nuclear power plant: radioecologycal lessons. Radioprotection, 2011, 46: 595-600 (doi: 10.1051/radiopro/20116516s).
7. Fesenko S., Jacob P., Ulanovsky A., Chupov A., Bogdevich I., Sanzharova N., Kashparov V., Panov A., Zhuchenko Yu. Justification strategies in the long term after the Chernobyl accident. Journal of Environmental Radioactivity, 2013, 119: 39-47 (doi: 10.1016/j.jenvrad.2010.08.012).
8. Prosyannikov E.V., Silaev A.L., Koshelev I.A. Specific ecological features of 137Cs behavior in river floodplains. Russian Journal of Ecology, 2000, 31(2): 132-135 (doi: 10.1007/BF02828370).
9. Penrose B., Beresford N.A., Crout N.M.J., Lovatt J.A., Thomson R., Broadley M.R. Forage grasses with lower uptake of caesium and strontium could provide ‘safer’ crops for radiologically contaminated areas. PLoS ONE, 2017, 12(5): e0176040 (doi: 10.1371/journal.pone.0176040).
10. Jacob P., Ulanovsky A., Fesenko S., Bogdevitch I., Kashparov V., Lazarev N., Zhurba M., Sanzharova N., Isamov N., Panov A., Grebenshikova N., Zhuchenko Y. Rural areas affected by Chernobyl accident: Radiation exposure and remediation strategies. The Science of the Total Environment, 2009, 408(1): 14-25 (doi: 10.1016/j.scitotenv.2009.09.006).
11. Сычев В.Г., Лунёв В.И., Орлов П.М., Белоус Н.М. Чернобыль: радиационный мониторинг сельскохозяйственных угодий и агрохимические аспекты снижения последствий радиоактивного загрязнения почв (к 30-летию техногенной аварии на Чернобыльской АЭС). М., 2016.
12. Подоляк А.Г., Тимофеев С.Ф., Гребенщикова Н.В. Рекомендации по использованию загрязненных радионуклидами пойменных земель Белорусского Полесья. Гомель, 2001.
13. Hirayama T., Takeuchi M. Keitoku S. Relationship between radiocesium concentrations of soybean (Glycine max (L.) Merr.) seeds and shoots at early growth stages. Soil Science and Plant Nutrition, 2015, 61(1): 152-155 (doi: 10.1080/00380768.2014.976534).
14. Tsukada H., Hasegawa H., Hisamatsu S., Yamasaki S. Transfer of 137Cs and stable Cs from paddy soil to polished rice in Aomori, Japan. J. Environ. Radioact., 2002, 59: 351-363 (doi: 10.1016/S0265-931X(01)00083-2).
15. Сычев В.Г., Белоус Н.М., Смольский Е.В. Влияние калийных удобрений на содержание цезия-137 в зеленой массе природных кормовых угодий при поверхностном улучшении. Плодородие, 2012, 1: 2-4.
16. Коренев В.Б., Воробьева Л.А., Белоус И.Н. Урожайность кормовых и зерновых культур, и накопление 137Сs в зависимости от внесения возрастающих доз калийных удобрений. Вестник Брянской ГСХА, 2013, 5: 3-6.
17. Белоус Н.М., Смольский Е.В., Чесалин С.Ф., Шаповалов В.Ф. Роль минерального калия в снижении поступления 137Cs в кормовые травы и повышении их урожайности на радиоактивно загрязненных угодьях. Сельскохозяйственная биология, 2016, 51(4): 543-552 (doi: 10.15389/agrobiology.2016.4.543rus).
18. Kang D.J., Tazoe H., Ishii Y., Isobe K., Higo M., Yamada M. Effect of fertilizer with low levels of potassium on radiocesium-137 decontamination. J. Crop Sci. Biotechnol., 2018, 21(2): 113-119 (doi: 10.1007/s12892-018-0054-0).
19. Белоус И.Н., Кротова Е.А., Смольский Е.В. Эффективность агрохимических приемов при поверхностном улучшении естественных кормовых угодий, загрязненных 137Cs. Агрохимия, 2012, 8: 18-24.
20. Подоляк А.Г., Богдевич И.М., Агеец В.Ю., Тимофеев С.Ф. Радиологическая оценка защитных мероприятий применяемых в агропромышленном комплексе Республики Беларусь в 2000-2005 гг. Радиационная биология. Радиоэкология, 2007, 47(3): 356-370.
21. Харкевич Л.П., Белоус И.Н., Анишина Ю.А. Реабилитации радиоактивно загрязненных сенокосов и пастбищ. Брянск, 2011.
22. Пенман Х. Круговорот воды. Биосфера. М., 1972.
23. Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности. Л., 1956.
24. Руководство гидрометеорологическим станциям по актинометрическим наблюдениям. Л., 1973.
25. Абакумова Г.М., Горбаренко Е.В., Незваль Е.И., Шиловцева О.А. Климатические ресурсы солнечной энергии Московского региона. М., 2012.
26. Пивоварова З.И. Радиационная характеристика климата СССР. Л., 1977.
27. Молдау Х., Росс Ю., Тооминг Х., Ундла Н. Географическое распределение фотосинтетически активной радиации (ФАР) на территории Европейской части СССР. М., 1963: 149-158.
28. Takeyasu M., Nakano M., Fujita H., Nakada A., Watanabe H., Sumiya S., Furuta S. Results of environmental radiation monitoring at the Nuclear Fuel Cycle Engineering Laboratories, JAEA, following the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident. Journal of Nuclear Science and Technology, 2012, 49(3): 281-286 (doi: 10.1080/00223131.2012.660014).
29. Cramer M.D., Hoffmann V., Verboom G.A. Nutrient availability moderates transpiration in Ehrharta calycina. New Phytologist, 2008, 179: 1048-1057 (doi: 10.1111/j.1469-8137.2008.02510.x).
30. Matimati I., Verboom G.A., Cramer M.D. Nitrogen regulation of transpiration controls mass-flow acquisition of nutrients. J. Exp. Bot., 2014, 65(1): 159-168 (doi: 10.1093/jxb/ert367).
31. Генкель П.А. Физиология растений. М., 1975.
32. Fuhrmann M., Lasat M.M., Ebbs S.D., Kochian L.V., Cornish J. Uptake of cesium-137 and strontium-90 from contaminated soil by three plant species; application to phytoremediation. J. Environ. Qual., 2002, 31(3): 904-909.
33. Fuhrmann M., Lasat M., Ebbs S., Cornish J., Kochian L.Uptake and release of cesium-137 by five plant species as influenced by soil amendments in field experiments. J. Environ. Qual., 2003, 32(6): 2272-2279.
34. Fesenko S.V., Balonov M.I., Voigt G., Alexakhin R.M., Sanzharova N.I., Panov A.V., Bogdevitch I.M., Howard B.J., Kashparov V.A., Zhuchenko Y.M. An extended critical review of twenty years of countermeasures used in agriculture after the Chernobyl accident. The Science of the Total Environment, 2007, 383(1-3): 1-24 (doi: 10.1016/j.scitotenv.2007.05.011).
35. Alexakhin R.M., Sanzharova N.I., Spiridonov S.I., Panov A.V., Fesenko S.V. Chernobyl radionuclide distribution, migration, and environmental and agricultural impacts. Health Physics, 2007, 93(5): 418-426 (doi: 10.1097/01.HP.0000285093.63814.b7).

ORCID:
Pakshina S.M. orcid.org/0000-0002-4911-4653
Smolskiy E.V. orcid.org/0000-0002-7534-5893
Shapovalov V.F. orcid.org/0000-0003-2050-7768
Korenev V.B. orcid.org/0000-0003-1272-6469
Chesalin S.F. orcid.org/0000-0001-5668-2301

The expansion of zones of anthropogenically affected agricultural lands and soil pollution pose a serious environmental threat. Radionuclides with long half-lives of fallout from the anthropogenic nuclear disasters are among the most dangerous pollutants. At present, the world scientific literature has accumulated extensive data on the effect of ameliorants, organic and mineral fertilizers on the yield and biological removal of ¹³⁷Cs from the soil by crops. This paper is our first report on the influence of natural and anthropogenic factors on ¹³⁷Cs migration from the contaminated soil to bluegrass forage plants many years following the Chernobyl accident (South-West of the Bryansk region, 2009-2011). Our subjective was to study ¹³⁷Cs removal from the soil depending on plant species and doses of full fertilizers. The soil of the site was alluvial meadow sandy, with pH_KCl = 5.2-5.6, 3.08-3.33 % humus, 620-840 mg/kg mobile phosphorus, 133-180 mg/kg exchangeable potassium, and ¹³⁷Cs contamination of 493-872 kBq/m². Effects of N₉₀P₆₀K₉₀, N₉₀P₆₀K₁₂₀, N₉₀P₆₀K₁₅₀, N₁₂₀P₆₀K₁₂₀, N₁₂₀P₆₀K₁₅₀, and N₁₂₀P₆₀K₈₀ used as ammonium nitrate, granulated superphosphate, and potassium chloride on monospecies crops of perennial bluegrasses Dactylis glomerata L., Festuca pratensis Huds.,and Phalaroides arundinacea L. were compared. Fertilizers were used annually, with N and K applied in equal amounts at the first and second mowing and P full dose applied at the first mowing and P full dose applied at the first mowing. The period of vegetation in 2010 was characterized by increased radiation balance. In 2011, bioclimatic conditions were optimal for plant growth and development. The period between the first and the second mowing differed from that before the first mowing in the increased radiation balance and evaporability. The deficiency of soil moisture during the time from beginning of plant growth to the first mowing did not affect water supply of plants because of close groundwater after periodic flooding of the plain. We determined transpiration, transpiration coefficient, a relative transpiration, the rate of decrease in ¹³⁷Cs specific activity of the biomass, intensity of ¹³⁷Cs removal from the soil to justify an inverse relationship of ¹³⁷Cs specific activity in the biomass from a dose of full mineral fertilizer. It has been shown that the intensity of ¹³⁷Cs bio-removal depends on a dose of full mineral fertilizer. The intensity of ¹³⁷Cs removal is the smallest in Dactylis glomerata and the greatest in Phalaroides arundinacea. The main mechanism of biological removing ¹³⁷Cs from the soil is relative transpiration which determines the availability of soil moisture for plant roots and Pe value reflecting the ratio of diffusion and convection in the moisture flow. The relationship between Pe and relative transpiration in the three studied bluegrass species is high (r = 0.8-0.9). We propose the equation of ¹³⁷Cs bio-removal by perennial bluegrass with the use of mineral fertilizers, which expresses essential pattern of ¹³⁷Cs activity in the biomass as influenced by the fertilizers and is fair for the studied species of bluegrass herbs.

Keywords: alluvial meadow sandy soil, ¹³⁷Cs, removal rate, perennial bluegrass herbs, transpiration, relative transpiration, NPK fertilizers.