doi: 10.15389/agrobiology.2019.4.832rus
УДК 633.2:581.1:54.027:631.4
БИОВЫНОС 137Cs ИЗ ПОЧВЫ МНОГОЛЕТНИМИ МЯТЛИКОВЫМИ ТРАВАМИ В СВЯЗИ С МИНЕРАЛЬНЫМ ПИТАНИЕМ И ДОСТУПНОСТЬЮ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ
С.М. ПАКШИНА1, В.Ф. ШАПОВАЛОВ1, С.Ф. ЧЕСАЛИН1,
Е.В. СМОЛЬСКИЙ1, В.Б. КОРЕНЕВ2
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.
S.M. Pakshina1, V.F. Shapovalov1, S.F. Chesalin1, E.V. Smolskiy1,
V.B. Korenev2
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 pHKCl = 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.
1ФГБОУ ВО Брянский государственный |
Поступила в |
