Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные представления, классификация и типизация сельскохозяйственных ландшафтов, систем земледелия и их взаимосвязь с экологизацией земледелия
1.1. Общая характеристика природных и природно-антропогенных ландшафтов
1.2 Общая характеристика различных систем земледелия в Российской Федерации и их связь с защитными мероприятиями в условиях радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий 24
Глава 2. Закономерности миграции радионуклидов, защитные и реабилитационные мероприятия в плакорных агроландшафтах Полесской низменности и Среднерусской возвышенности в разные периоды после аварии на Чернобыльской АЭС 27
Радиоэкологическая характеристика территории Полесской низменности, защитные и реабилитационные мероприятия, проводимые на сельскохозяйственных угодьях в разные периоды после аварии на ЧАЭС Закономерности миграции 137Cs в плакорных агроландшафтов Полесской низменности в различные периоды после аварии на ЧАЭС
2.3.1. Основные закономерности миграции 137Cs в почвах и растениях плакорных агроландшафтов Полесской низменности в первый период после аварии на ЧАЭС (1986-1993 гг.) 39
2.3.1.1. Аэральное загрязнение почвенно-растительного покрова 39
2.3.1.2. Состояние и вертикальная миграция радионуклидов в почвах 41
2.3.1.3. Закономерности накопления 137Cs в урожае сельскохозяйственных культур 45
2.3.2. Закономерности миграции 137Cs в системе почва - растение плакорных агроландшафтов Полесской низменности в отдаленный период после аварии на ЧАЭС (2005-2007 гг.) 47
2.3.2.1. Состояние и распределение 137Cs по профилю почв 47
2.3.2.2. Накопление 137Cs в урожае сельскохозяйственных культур 49
2.3.2.3. Оптимизация размещения сельскохозяйственных культур по полям радиоактивно загрязненных угодий 52
2.3.3. Эффективность защитных и реабилитационных мероприятий по снижению накопления 137Cs сельскохозяйственными культурами в плакорных агроландшафтах Полесской низменности в разные периоды после аварии на ЧАЭС
2.3.3.1. Эффективность защитных и реабилитационных мероприятий в пахотных плакорных агроландшафтах 56
2.3.3.2. Эффективность защитных и реабилитационных мероприятий в кормовых целинных и пахотных плакорных агроландшафтах 61
2.4. Закономерности миграции радионуклидов, защитные и 89 89
реабилитационныемероприятия в плакорных агроландшафтах Среднерусской возвышенности в разные периоды после аварии на ЧАЭС
2.4.1. Почвенно-ландшафтная характеристика Среднерусской возвышенности
2.4.2. Радиоэкологическая характеристика территории Среднерусской возвышенности, защитные и реабилитационные мероприятия, проводимые на сельскохозяйственных угодьях в разные периоды после аварии на ЧАЭС 90
2.4.3. Закономерности миграции радионуклидов в почвах плакорных агроландшафтов Среднерусской возвышенности в период с 1988 по 2010 гг. 93
2.4.3.1. Вертикальная миграция и подвижность 137Cs в основных типах почв 94
2.4.4. Закономерности накопления радионуклидов в урожае сельскохозяйственных культур плакорных агроландшафтов Среднерусской возвышенности в зависимости от свойств и степени окультуренности почв, биологических особенностей растений в период с 1991 по 2010 гг.
2.4.4.1. Динамика накопления 137Cs в урожае сельскохозяйственных культур из разных типов почв 97
2.4.4.2. Динамика и основные закономерности накопления 137Cs в урожае сельскохозяйственных культур в зависимости от степени окультуренности почв 100
2.4.4.3. Накопление 137Cs в продукции растениеводства в зависимости от видовых и сортовых особенностей сельскохозяйственных культур 113
2.4.5. Реабилитационные мероприятия и оценка радиоэкологической эффективности применения минеральных удобрений и агромелиорантов 119
2.4.5.1. Оценка радиоэкологической эффективности применения минеральных удобрений или их отсутствие на накопление 137Cs в урожае сельскохозяйственных культур в условиях многолетнего полевого эксперимента 119
2.4.5.2. Агро- и радиоэкологическая оценка влияния степени интенсификации земледелия на накопление радионуклидов в урожае сельскохозяйственных культур 133
2.4.5.3. Влияние почвенных агромелиорантов на накопление 137Cs в урожае сельскохозяйственных культур 135
2.4.5.4. Защитные и реабилитационные мероприятия в природных и окультуренных кормовых плакорных агроландшафтах Среднерусской возвышенности в различные периоды после аварии на ЧАЭС 137
2.5. Заключение 142
Глава 3. Закономерности миграции радионуклидов, защитные и реабилитационные мероприятия в эрозионных агроландшафтах Среднерусской возвышенности и Полесской низменности в различные периоды после аварии на Чернобыльской АЭС 146
3.1. Методологические аспекты идентификации эрозионных агроландшафтов 146
3.2. Радиоэкологические аспекты миграции радионуклидов в эрозионных агроландшафтах 148
3.3. Закономерности миграции радионуклидов в эрозионных агроландшафтах Среднерусской возвышенности 150
3.3.1. Общая характеристика района проведения исследований 150
3.3.2. Методы проведения исследований 152
3.3.3. Агроэкологические условия как фактор, определяющий миграционные процессы 137Cs в эрозионных агроландшафтах 161
3.3.4. Закономерности горизонтальной и вертикальной миграции 137Cs в эрозионных агроландшафтах 165
3.3.4.1. Горизонтальная миграция 137Cs в эрозионных агроландшафтах 166
3.3.4.2. Вертикальная миграция 137Cs в эрозионных агроландшафтах 176
3.3.5. Закономерности накопления 137Cs в травостое эрозионных агроландшафтов 184
3.3.5.1. Накопление 137Cs в травостое целинных склоновых агроландшафтов 184
3.3.5.2. Накопление 137Cs сельскохозяйственными культурами в пахотных эрозионных агроландшафтах 193
3.4. Закономерности миграции 137Cs и распределение радионуклидов в эрозионных агроландшафтах Полесской низменности 195
3.4.1. Количественные параметры горизонтальной миграции радионуклидов в эрозионных агроландшафтах первый период после аварии на ЧАЭС 196
3.4.2. Количественные параметры горизонтальной миграции 137Cs в эрозионных агроландшафтах в отдаленный период после аварии на ЧАЭС 199
3.5. Разработка организационных, агротехнических и агрохимических мероприятий по снижению накопления 137Cs в урожае сельскохозяйственных культур в эрозионных агроландшафтах 206
3.5.1. Агропроизводственная и радиоэкологическая градация эрозионных агроландшафтов 206
3.5.2. Оценка долговременного влияния агротехнических и мелиоративных почвозащитных мероприятий по выполаживанию крутых склонов на миграцию и биологическую подвижность 137Cs 209
3.5.3. Оценка влияния агрохимических мероприятий на накопление 137Cs в травостое эрозионных агроландшафтов 215
3.6. Заключение 219
Глава 4. Закономерности миграции радионуклидов, радиационно -гигиенические аспекты использования оросительных вод и защитные мероприятия в ирригационных агроландшафтах 226
4.1. Общая характеристика и основные методологические аспекты идентификации ирригационных агроландшафтов 226
4.2. Актуальные проблемы и радиоэкологические аспекты использования радиоактивно загрязненных вод в ирригационных агроландшафтах 227
4.3. Закономерности миграции искусственных радионуклидов в системе оросительные воды - почва - растение в условиях орошения 231
4.3.1. Влияние способа полива и биологических особенностей растений на накопление искусственных радионуклидов в урожае сельскохозяйственных культур 231
4.3.2. Влияние режима орошения на накопление радионуклидов в урожае овощных культур 237
4.3.3. Закономерности закрепления радионуклидов на вегетативной массе овощных растений при поливе дождеванием 244
4.3.4. Динамика накопления радионуклидов в урожае многосборовых овощных культур 246
4.3.5. Влияние орошения на вертикальную миграцию и поступление радионуклидов из почвы в урожай овощных культур 250
4.3.6. Влияние химического состава поливной воды и фертигации на накопление радионуклидов в урожае сельскохозяйственных культур 254
4.3.6.1. Влияние химического состава поливной воды на накопление радионуклидов овощными культурами при орошении дождеванием 254
4.3.6.2. Влияние фертигации на накопление радионуклидов в урожае сельскохозяйственных культур 260
4.4. Радиационно-гигиеническая оценка использования вод, содержащих радионуклиды, в ирригационных агроландшафтах 262
4.5. Cистема защитных мероприятий по снижению накопления радионуклидов в сельскохозяйственной продукции в ирригационных агроландшафтах 273
4.6. Заключение 279
Глава 5. Закономерности миграции радионуклидов, защитные и реабилитационные мероприятия в переувлажненных агроландшафтах Полесской низменности в разные периоды после аварии на ЧАЭС 283
5.1. Общая характеристика и основные методологические аспекты идентификации переувлажненных агроландшафтов 283
5.2. Закономерности миграции 137Cs в почвах переувлажненных агроландшафтов в различные периоды после аварии на Чернобыльской АЭС 284
5.2.1. Состояние и вертикальная миграция радионуклидов в почвах переувлажненных агроландшафтов Полесской низменности в начальный период после аварии на ЧАЭС 284
5.2.2. Состояние и вертикальная миграция радионуклидов в почвах переувлажненных агроландшафтов Полесской низменности в отдаленный период после аварии на ЧАЭС 288
5.3. Накопление 137Cs в травостое переувлажненных агроландшафтов в зависимости от ботанического состава и типа торфяников 296
5.4. Эффективность реабилитационных агротехнических и агрохимических мероприятий по снижению накопления 137Cs в травостое переувлажненных агроландшафтов Полесской низменности 299
5.5. Заключение 304
Глава 6. Закономерности миграции радионуклидов, защитные и реабилитационные мероприятия в пойменных агроландшафтах Полесской низменности и Среднерусской возвышенности 307
6.1. Общая характеристика и основные методологические аспекты идентификации пойменных агроландшафтов 307
6.2. Особенности радиоактивного загрязнения и радиоэкологические аспекты поведения радионуклидов в пойменных агроландшафтах 309
6.3. Закономерности миграции 137Cs в пойменных агроландшафтах Полесской низменности и Среднерусской возвышенности в разные периоды после аварии на ЧАЭС 310
6.3.1. Вертикальная миграция радионуклидов в основных почвах пойменных агроландшафтов Полесской низменности в начальный период после аварии на ЧАЭС 310
6.3.2. Основные закономерности распределения 137Cs в типологических комплексах пойменных агроландшафтов Полесской низменности и Среднерусской возвышенности в разные периоды после аварии на ЧАЭС 311
6.4. Эффективность защитных мероприятий по снижению накопления 137Cs в травостое пойменных агроландшафтов Полесской низменности 324
6.5. Заключение 330
Глава 7. Методологические, радиоэкологические аспекты и подходы к оптимизации реабилитационных агрохимических мероприятий в агроландшафтах, подвергшихся радиоактивному загрязнению, с учетом уровней почвенного плодородия и требований сельскохозяйственных культур 333
7.1. Оптимизация применения калийных удобрений и обоснование минимально значимых параметров содержания подвижных форм калия в минеральных почвах агроландшафтов, подвергшихся радиоактивному загрязнению 334
7.2. Оптимизация применения фосфорных удобрений в радиоактивно загрязненных агроландшафтах 348
7.3. Оптимизация применения различных видов органических удобрений на почвах, подвергшихся радиоактивному загрязнению 351
7.4. Заключение 364
Глава 8. Научные основы радиоэкологии агроландшафтов и методологические подходы к организации ландшафтно-интегрированных систем защитных и реабилитационных мероприятий на загрязненных территориях 367
8.1. Научные основы радиоэкологии агроландшафтов 367
8.2. Классификация техногенно загрязненных агроландшафтов 371
8.3. Методологические основы разработки и организации ландшафтно-интегрированных систем защитных и реабилитационных мероприятий 376
8.3.1. Научные предпосылки и актуальные аспекты организации ландшафтно-интегрированных систем защитных и реабилитационных мероприятий на техногенно загрязненных территориях 376
8.3.2. Основные принципы и задачи формирования ландшафтно-интегрированных систем защитных и реабилитационных мероприятий 379
8.3.3. Методологические подходы к разработке систем показателей необходимых для типизации техногенно загрязненных агроландшафтов 381
8.3.4. Этапы организации и проектирования ландшафтно-интегрированных систем защитных и реабилитационных мероприятий 386
8.3.5. Обоснование, организация и оптимизация применения защитных и реабилитационных мероприятий в радиоактивно загрязненных агроландшафтах 397
8.4. Практическая реализация методологии типизации земель в радиоактивно загрязненных агроландшафтах Среднерусской возвышенности 401
8.4.1. Почвенно-климатическая, ландшафтная и радиоэкологическая характеристика землепользования района проведения исследований 401
8.4.2. Радиоэкологическая типизация плакорных агроландшафтов в зависимости от свойств почв и уровней радиоактивного загрязнения 410
8.4.3. Радиоэкологическая типизация эрозионных агроландшафтов в зависимости от свойств почв, геоморфологических факторов и уровней радиоактивного загрязнения 413
8.4.4. Агро- и радиоэкологическая типизация переувлажненных агроландшафтов 418
Заключение 420
Выводы 481
Литература 487
- Общая характеристика различных систем земледелия в Российской Федерации и их связь с защитными мероприятиями в условиях радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий
- Состояние и вертикальная миграция радионуклидов в почвах
- Радиоэкологическая характеристика территории Среднерусской возвышенности, защитные и реабилитационные мероприятия, проводимые на сельскохозяйственных угодьях в разные периоды после аварии на ЧАЭС
- Оптимизация применения фосфорных удобрений в радиоактивно загрязненных агроландшафтах
Общая характеристика различных систем земледелия в Российской Федерации и их связь с защитными мероприятиями в условиях радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий
Эффективность последействия комплекса мероприятий оценивалась в течение пяти лет (таблица 2.31). В 1-й год после проведения поверхностного улучшения лугов наблюдалось снижение поступления 137Cs в травостой в среднем в 1,5 раза, а при коренном – в 2,5-3,0 раза. В последующие годы эффективность действия мероприятий снижалась и через 2 года в вариантах с поверхностным улучшением не проявлялась, а при коренном улучшении составила 1,7-2,1 раза по сравнению с контролем. Таким образом, поверхностное улучшение лугов через 2 года практически не оказывает влияния на переход 137Cs в травостой. Эффективность коренного улучшения через пять лет после проведения мероприятия снижалась в 1,5 раза. Аналогичное снижение эффекта различных приемов перезалужения пастбищ было отмечено в модельных экспериментах Н. А. Корнеева с соавторами и С.К. Фирсаковой [147, 376, 377].
Для оценки эффективности мероприятий по снижению перехода 137Cs в травостой суходольных лугов в 1989 г. была проведена серия модельных полевых экспериментов, где было оценено накопление радионуклида в растительности в зависимости от способа обработки почвы и внесения набора агромелиорантов (таблица 2.32). Коренное улучшение на всех типах лугов являлось более эффективным, чем проведение поверхностного улучшения. Максимальная эффективность коренного улучшения наблюдается в вариантах с комбинированным внесением минеральных удобрений и агромелиорантов - кратность снижения КП 137Cs в травостой равна 3,8-5,3 раза.
Почвы Полесий являются кислыми и обеднены минеральными элементами, что предопределяет высокую эффективность применения мелиорантов. Известкование обуславливает уменьшение накопления 137Cs в травостое в среднем в 2 раза, применение цеолита практически не оказывало влияния, а внесение торфа приводило к снижению поступления радионуклида в среднем в 1,6 раза.
Применение минеральных удобрений неоднозначно влияло на содержание 137Cs в травостое. Внесение азота в оптимальной дозе не имело эффекта, а применение повышенных доз приводило к увеличению накопления в 1,2 раза. При дробном внесении азотных содержание радионуклида в травостое практически не отличалось от контроля. Наиболее эффективным было применение калийных и фосфорно-калийных удобрений - кратность снижения накопления 137Cs в травостой варьировала от 1,4 до 4,5. Было отмечено, что калийные удобрения следует применять единовременно в полной дозе, так как внесение дробных количеств калия менее значительно уменьшало переход радионуклида в растительность. Использование фосфорных удобрений имело эффект лишь в качестве компонента полного минерального удобрения. Таблица 2.32 - Кратность снижения коэффициентов перехода 137Cs в травостой суходольных гов из дерново-подзолистой супесчаной почвы, раз
Калужская область. Полевой опыт по оценке влияния различных вариантов обработки почвы (вспашка, дискование), а также применение мелиорантов (известь), навоза и минеральных удобрений на накопление 137Cs многолетними злаковыми травами (злаковая травосмесь – ежа сборная, овсяница луговая) был заложен на суходольном лугу в с-зе
"Милеевский" Хвастовичского района вблизи д. Ловатянка с дерново-среднеподзолистой супесчаной почвой в 1993 г. Почва характеризуется кислой реакцией почвенного раствора, слабой насыщенностью обменными основаниями, легким механическим составом, недостаточной обеспеченностью элементами минерального питания.
Наиболее эффективным было совместное применение всего комплекса агромелиорантов (внесение извести, навоза и минеральных удобрений) на фоне вспашки почвы – снижение КП 137Cs в травостой до 2,6 раза. Снижение перехода 137Cs в растения становится устойчивым при внесении извести в дозах 1,5-2 нормы, рассчитанной по гидролитической кислотности. Известкование приводит к снижению перехода 137Cs в травостой в 1,9 раза при различных способах обработки почвы (таблица 2.33). Применение агромелиоранта способствует снижению кислотности, увеличению содержания обменных катионов и емкости катионного обмена почв.
Брянская область. В загрязненных районах Брянской области в связи с сокращением площадей пахотных угодий ВНИИСХРАЭ была разработана технология создания культурных сенокосов и пастбищ на залежной пашне. При создании культурных кормовых угодий на бывшей пашне проводится комплекс агротехнических и агрохимических мероприятий с последующим высевом многолетних трав. Производственные работы по адресной реабилитации сельскохозяйственных территорий проводили в 2006-2010 гг. на базе 12 населенных пунктов 5 сельскохозяйственных предприятий в рамках «Программы совместной деятельности по преодолению последствий чернобыльской катастрофы в рамках Союзного государства на 2006-2010 годы» [24].
Одним из проблемных населенных пунктов является Веприн Клинцовского района Брянской области, население которого получает наиболее высокие дозы облучения, что обусловлено потреблением загрязненных местных пищевых продуктов, в частности, молока и даров леса. Содержание 137Cs в молоке превышало установленные нормативы до 16 раз. Главной причиной высоких уровней загрязнения молока является использование пастбищ и сенокосов на неокультуренных дерново-подзолистых почвах легкого механического состава, а также пойменных и торфяных почвах.
Для обеспечения производства нормативной продукции животноводства были созданы окультуренные кормовые угодья - пастбище 11 га (поле № 95) и сенокос 20 га (поле № 74). Под сенокос выбраны залежные пахотные угодья, а под пастбище - периодически затапливаемый участок поймы с торфяной почвой (рисунок 2.9).
На залежных пахотных угодьях была проведена вспашка на глубину 20-22 см, внесена известь из расчета 1 Нг, фосфоритная мука - 1 т/га, КCl физической массой 200 кг/га и азофоски 200 кг/га. Посев проводили травосмесью: тимофеевка 8,75 кг/га, ежи сборной 8,75 кг/га, клевера лугового 5 кг/га. Весной после залужения травосмесь подкармливалась азофоской из расчета N20P20K20. Проведение комплекса мероприятий позволило снизить содержание 137Cs в травостое в 2,1 раза по сравнению с залежными и 5,0 раза по сравнению с целинными участками (таблица 2.34).
Аналогичная схема реабилитационных мероприятий по созданию улучшенных сенокосов и пастбищ применялась и в других населенных пунктах Брянской области (н.п. Старый Вышков, Халеевичи, Рудня, Верещаки Новозыбковского района; н.п. Макаричи, Батуровка, Красногорского района; н.п. Староновицкая, Ширяевка – Гордеевского района). При этом агрохимические мероприятия включали весь комплекс работ по внесению магнийсодержащих известковых удобрений и повышенных доз фосфорно-калийных удобрений - N35P192K152. Эффективность применяемого комплекса агрохимических и агротехнических мероприятий зависела от свойств окультуриваемых почв и варьировала от 1,6 до 4,3 раза (таблица 2.35).
Организация окультуренных пастбищ и сенокосов для стада личных хозяйств в населенных пунктах позволила в среднем 1,5-2,0 раза снизить случаи превышения нормативов содержания 137Cs в молоке частных коров данных населенных пунктов.
Применение новых форм комплексных удобрений. В загрязненных после аварии на ЧАЭС регионах сложилось трудное положение с обеспеченностью удобрениями. Данная ситуация заставляет обратить внимание на вовлечение в производство фосфорных удобрений местных минеральных ресурсов. Проведение сравнительных агрохимической и радиоэкологической оценок применения фосфоритной муки Полпинского месторождения Брянской области и приготовленных на ее основе комплексных смешанных удобрений показало перспективность этого направления. Наиболее эффективным является применение комплексных удобрений пролонгированного действия Борофоска и Нитроборофоска, которые представляют собой продукт смешения и окатывания фосфмуки, КCl, борной кислоты, а при производстве нитроборофоски и аммиачной селитры. При применении этих удобрений исключается ряд технологических операций традиционных технологий: известкование и фосфоритование, внесение калийных удобрений, что является экономически более выгодным, чем раздельное внесение различных видов удобрений.
В результате применения Борофоски на суходольных угодьях в н.п. Старый Вышков, Увелье, Макаричи, Дубенецкий наблюдалось снижение накопления 137Cs в травостое в 1,6-2,4 раза (таблица 2.36). Таблица 2.34 - Динамика изменения КП 137Cs в травостой при создании сенокоса на залежных угодях СПК «Майский» Клинцовского района Брянской области, n 10 № Мероприятие Год исследований
Состояние и вертикальная миграция радионуклидов в почвах
Была составлена карта-схема пространственного распределения эрозионных ландшафтных комплексов с различной плотностью загрязнения и интенсивностью смыва почвы по территории юго-западных районов Брянской области, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на ЧАЭС (рисунок 3.21).
Составленные по данным материалам карты-схемы показали, что смыв почвы на исследуемой территории носит неравномерный характер. Слабый смыв, обычно в пределах до 2 т/га в год, наблюдается на почвах придолинно-террасового комплекса, включающего высокие речные террасы и террасы древних ледниковых потоков с уклонами до 1,5.
Почвы придолинно-склонового комплекса, занимающие более крутые (1,5-2,5) коренные берега рек и ложбин стока, в целом сильнее подвергаются эрозии по сравнению с почвами придолинно-террасового комплекса.
Наиболее значительная величина смыва с пахотных склонов (3-4 т/га в год) получена для почв правобережья р. Унеча (ландшафтный комплекс 36). Кроме того, территория в пределах Беседьско-Ипутьского предполесского ландшафтного комплекса 33 выделяется значительным смывом (2-4 т/га в год) почвы на правобережье р. Беседи и на правобережье р. Ипути, расчлененном притоками. В этом природном ландшафтном комплексе большие территории также заняты краевыми наклонными равнинами междуречий, сложенных среднемощными песками и супесями, которые подстилаются моренными суглинками. Почвы здесь дерново-слабо- и среднеподзолистые легкого механического состава и преимущественно распахиваемые.
В предполесских ландшафтных комплексах 34 и 35 отмечается незначительная почвенная эрозия со значениями не превышающими 1-2 т/га в год.
В Клинцовско-Новозыбковском предполесском ландшафтном комплексе (43) агроландшафты характеризуются умеренной эрозионной деятельностью. Смыв почвы находится в пределах 1-2, а в прибрежных речных зонах 2-4 т/га в год. В моренном ландшафтном комплексе вблизи г. Новозыбкова (29) на ограниченно небольшой территории распространены возвышенные и средневысотные, холмистые, холмисто-грядовые, волнистые, суглинистые и супесчаные комплексы с относительно интенсивной почвенной эрозией в 2-4 т/га. Здесь широко развиты склоновые поверхности, отличающиеся значительной смытостью почв, которые интенсивно распахиваются. Более значительный смыв почвы с пахотных склонов наблюдается в полесском ландшафтном комплексе 56, где для почв водораздельно-плакорно-грядовых комплексов крутизной до 3,50 в междуречье р. Ипути и Унечи отмечен максимальный смыв почв в 4-6 т/га в год. Остальная часть этого ландшафта характеризуется достаточно выровненным рельефом с минимальной эрозионной активностью. Необходимо отметить, что почвы в лесах, болотах, а также на задернованных поверхностях пойменно-террасовых комплексов, днищ древних ледниковых ложбин стока и ледниковых озер практически не подвергаются смыву ввиду малых уклонов поверхности.
Проведенные исследования показали также, что наибольшее количество эрозионных ландшафтных комплексов в юго-западных районах Брянской области имеют уровни радиоактивного загрязнения 137Cs в 5-15 и 15-40 Ки/км2 (рисунок 3.21). Максимальная плотность радиоактивного загрязнения свыше 40 Ки/км2 наблюдается в Красногорском районе (33 ландшафтный комплекс) и на отдельных массивах территорий Новозыбкого района (43, 34 ландшафтные комплексы). Наименьшему радиоактивному загрязнению подверглись ландшафтные эрозионные комплексы Климовского (23, 46) и частично Клинцовского районов (7, 19 ландшафтные комплексы).
В юго-западных районах Брянской области суммарное количество смываемого с твердым стоком 137Cs определяется, с одной стороны, плотностью радиоактивного загрязнения территории, а с другой - интенсивностью эрозионных процессов. Для составления карты–схемы пространственного распределения эрозионно-морфологических ландшафтных комплексов по интенсивности поверхностного смыва 137Cs с твердым стоком были проведены расчеты, в которых интенсивность выноса 137Cs определялась как произведение средней удельной активности 137Cs в пахотном горизонте мощностью 20 см и объемным весом почвы 1,25 г/см3 и средней интенсивности смыва (т/га) для определенного эрозионно-морфологического комплекса каждого природно-сельскохозяйственного ландшафта. При этом считалось, что удельная активность смываемой почвы и твердого стока одинаковы. Установлено, что наибольшая интенсивность выноса 137Cs с поверхностным твердым стоком отмечается в ландшафтных комплексах бассейна рек Ипути и Беседь (рисунок 3.22). Максимальными размерами темпов смыва 137Cs с почвой (40-60 МБк/га в год) характеризуются полесские водораздельно-плакорно-грядовые комплексы крутизной до 3,50 в междуречье р. Ипути и Унечи (56).
Темпы смыва 137Cs в 20-40 МБк/га в год зафиксированы в 33 предполесском ландшафте на склонах краевых наклонных равнин междуречья р. Беседь, плотность загрязнения 137Cs которых превышает 40 Ки/км2. Интенсивность смыва 137Cs в 10-20 МБк/га в год отмечена в многочисленных эрозионно-морфологических комплексах предполесских ландшафтов 34, 35, 43, а также в моренных ландшафтах 29 вблизи г. Новозыбков. В этих же ландшафтах наблюдается основное количество эрозионных комплексов с интенсивностью смыва 137Cs с почвой в 5-10 МБк/га в год. В остальных ландшафтных комплексах темпы смыва 137Cs с почвой составляют 1-5 МБк/га в год. Следует отметить, что средние темпы смыва 137Cs с почвой за счет эрозионных процессов в юго-западных районах Брянской области составляют 0,1-0,3% в год от плотности радиоактивного загрязнения угодий.
Радиоэкологическая характеристика территории Среднерусской возвышенности, защитные и реабилитационные мероприятия, проводимые на сельскохозяйственных угодьях в разные периоды после аварии на ЧАЭС
На основании уравнения И.О. Маклина и соотношения обменных форм 137Cs к насыщенности ЕКО калием была проведена группировка минимально значимых границ показателей оптимальных параметров содержания калия в минеральных почвах различного гранулометрического состава (таблица 7.2). Следует отметить, что расчетные показатели по своим средним значениям находятся в хорошем соответствии с данными ряда авторов, установившими относительные оптимальные уровни обеспеченности почв калием легкого и суглинистого механического состава (по Масловой), необходимые для получения высоких урожаев зерновых (озимая пшеница, овес, ячмень), пропашных (картофель) и многолетних бобовых и однолетних злаковых культур [52, 90].
В связи с этим следует полагать, что установленные оптимальные радиологические показатели содержания подвижных форм калия в почвах радиоактивно загрязненных угодий различного гранулометрического состава не будут сдерживать получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур за счет калийного питания растений.
Анализ результатов полевых исследований показывает, что для дерново-подзолистой песчаной почвы Брянской области, при значениях радиологических индексов 7,1 и 3,6 оптимальное содержание калия должно составлять не менее 16-18 и 14-16 мг/100 г почвы, соответственно. Вместе с тем наибольший уровень содержания обменного калия в этой почве не превышает 8,8 мг/100 г, что обусловило накопление 137Cs в зерне озимой ржи в обратной линейной зависимости от содержания обменного калия в почве (рисунок 7.3). При этом с увеличением степени насыщения ЕКО обменным калием наблюдалось снижение перехода 137Cs в зерно озимой ржи в 1,2-3,6 раза.
Накопление 137Cs в урожае зерновых культур из дерново-подзолистой почвы (А) и выщелоченного чернозема ( Б) при разном содержании обменного калия
На основании уравнений 1 и 2 были определены дозы удобрений (сверх выноса урожаем), которые в течение нескольких лет надо внести в дерново-подзолистую песчаную почву для достижения оптимального содержания калия в 16 мг/100 г. При минимальном и максимальном содержании К2О в 5,3 и 8,8 мг/100 г, среднем значении fК 0,6 и количестве удобрений в 40-60 кг/га для повышения содержания подвижного калия на 1 мг/100 г [275] требуемые дозы удобрений составили, соответственно, 800-1190 и 480-730 кг/га.
Следует отметить, что увеличение содержания в почве К обм. с 8 до 8,8 мг/100 г практически не изменяет содержание 137Cs обм., в то же время снижение накопления 137Cs в зерне озимой ржи составило почти 1,5 раза, что говорит о проявлении не всегда наблюдаемой в экспериментах тесной корреляционной взаимосвязи 137Cs обм. с размерами накопления этого радионуклида в урожае растений [92, 100, 111]. Выявленная особенность накопления 137Cs может быть обусловлена процессом оптимизации калийного питания, в результате которого в наибольшей степени проявляется специфическая особенность поглощающей системы растений, выражающаяся в избирательном поглощении из почвенного раствора элементов питания. При этом, несмотря на присутствие относительно достаточного количества химически близкого калию ионов 137Cs, происходит преимущественное поглощение макроэлемента.
В полевых экспериментах на выщелоченных черноземах содержание обменного калия изменялось в более широком диапазоне, чем на дерново-подзолистой почве, а индексы F варьировали от низких до высоких значений. При этом различия в накоплении 137Cs в зерне озимой пшеницы были менее выраженными и составили 1,5 раза (рисунок 7.3). Уменьшение размеров накопления 137Cs в зерне озимой пшеницы происходило в линейной зависимости от уровней содержания К обм. в почве до значений равных 1,5% ЕКО. Дальнейшее увеличение К обм. в почве изменяло содержание 137Cs обм. в почве и коэффициентов накопления радионуклида в зерне растений незначительно.
Таким образом, для выщелоченных среднесуглинистых черноземов минимальными уровнями содержания К обм. в почве, которые обуславливают незначительные изменения в переходе 137Cs из почвы в растения, являются значения близкие к оптимально расчетным и составляют 1,5% ЕКО или 25 мг К2О/100 г. На дерново-подзолистых песчаных почвах рассматриваемые уровни К обм. (5,3-8,8 мг/100 г) не обеспечивают стабилизации коэффициентов накопления 137Cs.
Следует полагать, что максимально высокие соотношения обменных форм калия к 137Cs (F 10) будут наблюдаться в первый период после попадания радионуклида в легкодоступной форме в почву с низким содержанием калия. С увеличением времени взаимодействия 137Cs с почвой происходит необменная фиксация радионуклида твердой фазой и снижение его доли в обменной форме [56, 380], что создает предпосылки для уменьшения соотношения 137Cs к калию и, соответственно, возрастает конкурентное влияние макроэлемента по отношению к радионуклиду при поступлении их в растения. В результате этих процессов, при всех прочих благоприятных факторах, уменьшается требуемое количество калия, которое необходимо внести в почву с целью оптимизации калийного режима почвы и наиболее эффективного снижения размеров накопления радионуклидов в урожае растений.
Полученные результаты были апробированы в условиях модельного вегетационного эксперимента, в котором изучалось влияние различных доз калийных удобрений на состояние 137Cs в дерново-подзолистой песчаной почве и его накопление в 14-дневных проростках ячменя (таблица 7.3). В качестве характеристики обеспеченности почв калием использовали значения калийных потенциалов, определяемых по двум разным методикам, и содержание обменных форм калия. Следует отметить, что калийный (изобарно-изотермический) потенциал представляет собой свободную энергию Гиббса реакции катионного обмена ионов К+, находящихся в почвенном растворе, на наиболее распространенные в почвах ионы Са2+ и Mg2+,
Оптимизация применения фосфорных удобрений в радиоактивно загрязненных агроландшафтах
В Тульском НИИСХ площадь эродированных земель составляет 3060 га или 47,5% от общей площади, из них слабосмытые почвы занимают площадь 1380 га или 21,4%, среднесмытые - 686 га или 10,6%, сильносмытые (овражно-балочные) – 994 га или 15,4%. Таким образом, почти половина площади территории института в той или иной степени подвержена процессам водной эрозии. Детальные исследования в эрозионных агроландшафтах позволило установить, что процессы горизонтального перераспределения радионуклидов внутри агроландшафтного комплекса определяются рядом факторов. Распределение плотностей загрязнения 137Cs по поверхности различных элементов склоновых ландшафтов зависит от формы, крутизны, длины и экспозиции склонов, а также микрорельефных особенностей. Минимальные значения этих показателей характерны для верхних частей водораздельных участков, максимальные – для зон накопления делювиальных отложений (в 1,3-2,0 раза выше по сравнению с водоразделом).
Среднее соотношение плотностей загрязнения 137Cs водораздельных участков, средних и нижних частей склонов, а также днищ балок составляет в большинстве случаев 1,0:(1,1-1,2):(1,3-2,0). При этом для большинства склонов наблюдалась следующая закономерность: плотность загрязнения 137Cs возрастает с увеличением расстояния от водораздела до нижней линии наибольшего уклона и, наоборот, уменьшается с приближением к верхней части склона. В пониженных элементах верхней и средней частей рельефа (западинах, местах выполаживания) в зоне их проявления происходит накопление смытой почвы и увеличение суммарной плотности загрязнения 137Cs– на 8 - 20 % по сравнению с водоразделом. Продольно-вогнутая форма склонов обуславливает водный сток по сходящим направлениям, что способствует максимальному накоплению делювиальных отложений в зонах их аккумуляции и, соответственно, возрастанию суммарной активности 137Cs на пути их продвижения. Наиболее подробно эти вопросы рассмотрены в главе 4.
Геоморфологические условия эрозионных агроландшафтов, оказывая существенное влияние на микроклиматические условия, интенсивность смыва почвы и дифференциацию агрохимических и агрофизическиых свойств почв, в значительной степени определяют и миграционные потоки 137Cs в системе почва - растение. Во всех случаях минимальное накопление 137Cs наблюдается в растениях, произрастающих на водораздельных участках, максимальное - в средней и нижней частях склонов. При этом параметры накопления 137Cs различаются в зависимости от формы, крутизны и экспозиции склона. На продольно-прямых чрезвычайно крутых склонах южной экспозиции аккумуляция 137Cs травостоем в средней и нижней микрозонах в 1,6-3,7 раза выше по сравнению с аналогичными участками на северном склоне. Вместе с тем на сильнопокатых склонах восточной и западной экспозиций значимых различий в накоплении 137Cs растениями в зависимости от их полярности не наблюдается. Наиболее подробно эти вопросы рассмотрены в главе 3.
Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что эрозионные агроландшафты существенно различаются по своим агроэкологическим и радиоэкологическим параметрам, что оказывает влияние не только на условия произрастания растений, но и на распределение радионуклидов в различных компонентах агроландшафтов и их накопление в урожае.
На основе всей полученной информации и результатов исследований была составлена карта-схема распределения почв кормовых эрозионных агроландшафтов Тульского НИИСХ по степени подвижности 137Cs в системе почва-растение (рисунок 8.12). Следует отметить, что отсутствие подробной морфометрической карты эрозионных агроландшафтов не позволяет более наглядно и подробно отобразить особенности аккумуляции 137Cs и распределения почв по степени биологической подвижности в межлощинных пространствах, включая небольшие по площади ареалы на склонах и днищах склонов. Вместе с тем видно, что наиболее критичными по степени подвижности радионуклидов в системе почва-растение являются почвы склонов теплых экспозиций (южные, юго-западные, юго-восточные), которые в наибольшей степени подвержены водной эрозии, а по своим агрохимическим показателям и обеспеченностью
415 влагой они значительно уступают почвам холодных экспозиций, что в комплексе создает условия для возрастания накопления 137Cs в травостое в 1,6-3,7 раза.
Таким образом, для более эффективного проведения как обычных, так и защитных агротехнических и агрохимических в радиоактивно загрязненных эрозионных агроландшафтах все поверхности склоновых агроландшафтов в зависимости от их геоморфологических, агро- и радиоэкологических параметров следует разбить на несколько радиоэкологических агропроизводственных групп (рисунок 8.13).
Первая группа (1). В о д о р а з д е л ь н ы е п л а т о и в е р х н и е п о л о г и е ч а с т и склонов всех экспозиций. Эти земли по своим параметрам н а и б о л е е а г р о - и р а д и о э к о л о г и ч е с к и о д н о р о д н ы , н е подвержены или слабо подвержены эрозии почв и имеют наиболее плодородные почвы и устойчивый водный режим. Как наиболее ровные и нерасчлененные эти площади наиболее удобны для интенсивного сельскохозяйственного использования. Все эти признаки определяют данную категорию площадей как объект применения обычного комплекса агроприемов как для повышения урожайности, так и защитных мероприятий для снижения накопления радионуклидов в сельскохозяйственных культурах.
Вторая группа (2). С р е д н и е ч а с т и с к л о н о в в с е х э к с п о з и ц и й . Умеренно подвержены эрозии почв и занимают среднее положение по плотности радиоактивного загрязнения, условиям водного режима, плодородия почв и пригодности для сельскохозяйственного использования. Умеренно нуждаются во всех мероприятиях по регулированию водного режима, повышения плодородия почв и необходимости первоочередного проведения защитных агрохимических и агрохимических мероприятий. Эту категорию площадей можно также разделить на две разности.
Средние части солнечных южных склонов. Значительно нуждаются в мероприятиях по регулированию поверхностного стока, повышению влагообеспеченности и плодородия почв, мало благоприятны для влаголюбивых культур. Эти площади характеризуются значительно более интенсивно протекающими эрозионными процессами и соответственно более высокими уровнями плотностей радиоактивного загрязнения и размерами накопления радионуклидов в урожае сельскохозяйственных культур. Данные склоны нуждаются в проведении специальных мероприятий, регулирующих накопление радионуклидов в урожае сельскохозяйственных культур и улучшающих питание растений и их обеспеченность влагой.
Средние части склонов теневых северных и промежуточных (восточных и западных) экспозиций с менее интенсивно протекающими эрозионными процессами более влагообеспечены по сравнению с южными склонами. Меньше нуждаются в мероприятиях по улучшению водного режима повышения плодородия почв, достаточно благоприятны для влаголюбивых культур. Характеризуются средними уровнями плотностей радиоактивного загрязнения и умеренными размерами накопления радионуклидов в растениях.
Сильно и значительно подвержены эрозии почв и имеют неустойчивый режим влагообеспеченности. По уклонам и расчлененности отвершками, ложбинами и размывами наименее удобны в хозяйстве для сельскохозяйственного использования. Остро нуждаются в регулировании поверхностного стока и повышении плодородия почв. За счет вторичного перераспределения радионуклидов в наибольшей степени подвергаются радиоактивному загрязнению. По характеру агро- и радиоэкологических условий и дальнейшему проведению различных мероприятий эта категория площадей должна быть разделена на две разности. за. Сюда следует отнести нижние части склонов солнечных и наветренных экспозиций (южной, юго-восточной, юго-западной). Они наиболее подвержены эрозии, засушливы и неблагоприятны для влаголюбивых культур. Особенно остро нуждаются в регулировании поверхностного стока, повышении плодородия почв и общем улучшении водного режима. Деградация плодородия почв этой категории склонов способствует повышению подвижности радионуклидов в системе почва- раствор и почва- растение и максимально возможному по сравнению с другими элементами рельефа накоплению радионуклидов в растениях.
