Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы по вопросам технологии адаптивной мелиорации агроландшафтов, загрязненных радиоактивными веществами и выбор направлений исследований 16
1.1. Агроландшафтный мониторинг основных почв Республики Беларусь и Могилевской области 17
1.2. Технологические основы создания культурных агроландшаф-тов, в которых гармонизированы деятельность человека и состояние природы, при радиоактивном загрязнении 45
1.3. Краткие выводы 69
Глава 2. Объекты, условия и методика исследований 70
2.1. Приборы и методы радиологического мониторинга 74
2.2. Краткие выводы 75
Глава 3. Процессы миграции и перехода радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию на загрязненных агроландшафтов 76
3.1. Экологические оценки почвенного покрова с учетом радиоактивного загрязнения 76
3.2. Предпосылки радиоактивного загрязнения подземных и поверхностных вод 76
3.3. Мелиоративная и радиационная обстановка на территории Могилевской области после аварии на ЧАЭС: последствия и проблемы 80
3.4. Контурно-мелиоративная система и ландшафтно-эрозионное районирование загрязненных радиоактивными веществами территорий 92
3.5. Мелиорация агроландшафтов в условиях радиоактивного загрязнения 98
3.6. Краткие выводы 107
Глава 4. Технологические основы адаптивной мелиорации агроландшафтов, загрязненных радио активными веществами 109
4.1. Адаптивная мелиорация органогенных и минеральных почв, загрязненных радионуклидами 109
4.2. Осушение западин и понижений, как источников высокой плотности радиоактивного загрязнения, методом инверсии литологических пластов 122
4.3. Определение расчетных расстояний между траншеями-поглотителями 125
4.4. Экспериментальные проверки метода на загрязненных радионуклидами почвах 127
4.5. Краткие выводы 130
Глава 5. Трансформация мелкозалежных торфяников, подстилаемых плохофильтрующими прослоями, в квазиминеральные почвы при наличии радио нуклидов 133
5.1. Особенности мелкозалежных торфяников 133
5.2. Структурная мелиорация торфяных почв, подстилаемых илистыми и сапропелевыми прослоями, технология и средства механизации 135
5.3. Специальная глубокая вспашка 150
5.4. Фильтрационные расчеты регулирующей и осушительной мелиоративной сети на трансформированных загрязненных радионуклидами торфяниках 156
5.5. Краткие выводы 159
Глава 6. Влияние комплекса мелиоративных технологий на процесс перехода радионуклидов в фитоценозы и уменьшение облучения населения 162
6.1. Мелиорация земель в условиях антропогенной радионуклидной аномалии 162
6.2. Возвращение мелиорированных земель в сельскохозяйственное производство - основная задача эффективности использования этих угодий 164
6.3. Особенности использования заливного луга в условиях радиоактивного загрязнения 166
6.4. Классификация лугов по их использованию при производстве молока с уровнем загрязнения ниже ВДУ 171
6.5. Пути снижения поступления радионуклидов в трофической цепи почва-корм-молоко отражающее мясо-молочную компо-центу фактического рациона человека на загрязненной территории Могилевской области 174
6.6. Сравнительный анализ источников формирования индиви дуальных доз облучения населения на лугах различных типов с учетом проведения защитных мероприятий 178
6.7. Особенности производства картофеля — характеризующего остальную часть эффективного рациона питания человека на радиоактивно загрязненных землях Могилевской области 179
6.8. Реабилитация и возобновление сельскохозяйственного производства на загрязненных радионуклидами территориях Могилевской области 188
6.9. Реализация результатов исследований и их экономическая эффективность 217
6.10. Краткие выводы 218
Заключение 222
Список использованных литературных источников 225
Приложения 251
- Технологические основы создания культурных агроландшаф-тов, в которых гармонизированы деятельность человека и состояние природы, при радиоактивном загрязнении
- Предпосылки радиоактивного загрязнения подземных и поверхностных вод
- Осушение западин и понижений, как источников высокой плотности радиоактивного загрязнения, методом инверсии литологических пластов
- Структурная мелиорация торфяных почв, подстилаемых илистыми и сапропелевыми прослоями, технология и средства механизации
Введение к работе
Географическое положение Республики Беларусь в центре Европы приводило к тому, что на протяжении многих веков она страдала практически от всех войн в этом регионе. Но беда, обрушившаяся на республику в апреле 1986 года, оказалась необычайной - не было завоевателей, не было боев, но значительная часть территории оказалась отторгнутой, ибо на ней еще сотни лет невозможно будет жить людям.
Она повлияла на судьбы миллионов людей и оказалась губительной для окружающей среды. Эта авария - самая крупная и тяжелая катастрофа в мире за весь период использования атомной энергетики. Территории, подвергшиеся воздействию Чернобыльской катастрофы, являются зоной национального бедствия. Поэтому с самого начала и по сию пору отечественные ученые и специалисты, и зарубежные коллеги ни на один день не прекращают работу по анализу причин, последствий Чернобыльской катастрофы и поиску решений по их преодолению.
Исходя из неотложных задач по восстановлению среды обитания и безопасного проживания человека, требуется соединение международных усилий деловых людей и ученых — представителей различных областей знаний: биотехнологии, физической химии, биологии, биофизики, медицины, математики и системного анализа, мелиорации.
Такой междисциплинарный подход является гарантией быстрого продвижения проблем экологии и позволяет находить новые пути и их решения, прежде всего Чернобыльской проблемы.
Основной задачей долговременной комплексной программы развития сельского хозяйства является обеспечение дальнейшего роста сельскохозяйственного производства, всемерное повышение эффективности земледелия и животноводства для более полного удовлетворения потребностей населения в качественных продуктах питания и промышленности в сырье. Решить эту задачу можно только путем всесторонней интенсификации сельского хозяйства, т.е. комплексной механизации, химизации и широкой мелиорации земель, концентрации и специализации сельскохозяйственного производства, проводимых на базе научно-технического прогресса и перевода сельского хозяйства на индустриальную основу.
Жизнь ставит вопрос о том, что территории, которые в результате промышленного воздействия и радиоактивного загрязнения оказываются потерянными для населения, для человека, нужно восстанавливать. Крайняя
8 точка зрения, оставьте природу самой себе, и она за счет внутренних ресурсов восстановится. Но есть такие моменты, где мы уже перешли за известный порог, и природа сама на этом месте уже никогда не восстановится.
Задача очень сложная, но поставить ее необходимо, и лучше — раньше, вернее, сразу. А решать - «всем миром».
В системе мероприятий по обеспечению подъема сельского хозяйства, мелиорации земель в Республике Беларусь отводится одно из центральных мест, болотные и заболоченные земли занимают 36,3% всей территории.
Интенсификация сельскохозяйственного производства на современном этапе развития мелиоративной науки в условиях загрязнения радионуклидами ставит перед исследователями все более сложные задачи по разработке и обоснованию ресурсосберегающих, экологически сбалансированных (безопасных) режимов и технологий мелиорации, отвечающих объективному требованию производства «чистых» кормов, а на их основе продуктов питания с допустимыми уровнями содержания радионуклидов. По заключению академика С.Г. Скоропанова [244, 245] в Беларуси каждая почвенная единица представляет собой самостоятельную экономическую систему и высокий технико-экологический и социально-экономический эффект мелиорации — может быть достигнут лишь при глубоко дифференцированном учете всего многообразия почвенного покрова, достигающего в условиях Республики Беларусь максимальной выраженности. Произошедшая Чернобыльская катастрофа вызвала необходимость внести коррективы в мелиорацию почв подвергнутых радиационному загрязнению. «Чистых» в широком экологическом смысле районов на территории Беларуси практически не осталось. В любом мало-мальски промышленном центре, как правило, есть свой маленький Чернобыль - завод или фабрика с отходами производства и слабо налаженной системой очистки. В 1995 году эти «маленькие» Чернобыли, по данным Министерства природных ресурсов и окружающей среды, только в атмосферу выбросили более 2 млн. тонн токсичных веществ.
Предложенная диссертация в которую вошли результаты исследований автора, содержит пути решения указанных выше проблем.
Автор выражает признательность и благодарность М.М. Северневу,
О.Г. Скоропанову), [Г.И. Афанасику|, А.А. Зеленовскому, В.Т. Климкову и
Г.И. Подлужному, за оказание всесторонней помощи и моральную поддержку в доведении работы до логического окончания.
Общая характеристика работы
Актуальность. Интенсивное загрязнение сельскохозяйственных угодий на большой территории после аварии на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС привело к тому, что решение радиоэкологических проблем в сельском хозяйстве стало одним из ведущих звеньев в комплексе мероприятий по ослаблению последствий этой аварии. Основной задачей в этих условиях является ограничение миграции выпавших радионуклидов и снижение интенсивности включения их в биологический круговорот, особенно на мелиорированных землях.
По состоянию на 1.01.2001 г. в республике сельскохозяйственное производство ведется на 1351,2 тыс. га земель, загрязненных цезием — 137 (Cs137) с плотностью более 1 Ки/км . Угодья с плотностью загрязнения 1-^-5 Ки/км занимают 933,7 тыс. га , 5-45 Ки/км2 - 354,1 тыс. га , 15^40 Ки/км2 - 61,5 тыс. га. Из этих земель 555,1 тыс. га загрязнено стронцием — 90 (Sr90) с плотностью более 0,15 Ки/км . Особую сложность представляет производство нормативно чистой продукции на землях с содержанием Cs137 с плотностью 5-Н-О Ки/км2, площадь которых составляет 415,6 тыс. га, из них 35,7 тыс. га загрязнены и Sr90 с плотно-стью 1-КЗ Ки/км . Основные массивы загрязненных пахотных земель и луговых угодий сосредоточены в Гомельской (58 %) и Могилевской (27%) областях. В Республике Беларусь сделано немало для защиты населения от последствий радиационного загрязнения.
Положение осложняется тем, что пострадавшие районы находятся в зоне избыточного увлажнения и поэтому даже при полной консервации этих земель только за счет естественных осадков и поверхностного стока происходит расширение локальных зон загрязнения и миграции радионуклидов, что подтверждается 17-летней практикой наблюдений как Госкомгидрометом и Минсельхозпродом РБ, так и самого диссертанта.
В связи с этим целесообразна, социологически, экономически и экологически оправдана, адаптивная реабилитация загрязненных земель, А в этом плане наиболее действенным средством является мелиорация загрязненных территорий, направленная на локализацию процессов миграции радиоактивных веществ, что не только улучшит радиоэкологическую ситуацию в регионе, но и снизит поступление радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию. В этой связи разработка новых технологий мелиорации, предназначенных для специфических условий земель, загрязненных радиоактивными веществами, является актуальной и имеет большое практическое значение. Рассмотрению вышеназванных вопросов посвящено данное исследование.
Связь работы с крупными программами, темами. Исследовательская работа проводилась в соответствии с общесоюзными и республиканскими про-^ граммами 0.52,178 (1971-1979 гг.); 0.52.02.09 (1976-1980 гг.); 0.34.02.02 (1981-1990 гг.); 3.1.4 (1991-1993 гг.); 14.08.01 (2000-2005 гг.) в научно-производственном республиканском унитарном предприятии «БелНИИ мелиорации и луговодства» (№№ гос. регистрации 19941610, 20015364» 2002431), а также _ в рамках плана мероприятий отделов, управлений райисполкома, районных организаций по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС на территории Краснопольского района (1986-1990 гг.), утвержденным штабом Гражданской обороны Могилевской области; согласно постановлению ЦК КПБ и СМ БССР № 20 от 19 января 1990 года «О мерах по обеспечению выполнения заданий государственной программы по ликвидации в Белорусской ССР последствий ОТаварии на Чернобыльской АЭС, установленных на 1990 год».
Ряд исследований, результаты которых обобщены в диссертационной работе, выполнены автором в период с 1995 по 2002 гг. в Республиканском унитарном предприятии «Могилевская областная сельскохозяйственная опытная станция» в соответствии с планами госдоговорных работ с Могилевским областным комитетом по сельскому хозяйству и продовольствию (№№ гос. регистрации 1993407, 1996910,1996911).
Цель и задачи .исследования. Цель диссертации сводилась к разработке новых адаптивных технологий и технических решений мелиорации территорий, загрязненных радиоактивными веществами для получения экологически чистой продукции растениеводства и животноводства, снижения миграции загрязнителей и сокращения локальных зон загрязнения.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
ІУ 1. Оценить параметры самоочищения корнеобитаемого слоя почв различ-
ных типов.
2. Изучить влияние типа луговой экосистемы и свойств почв на величину
коэффициентов перехода (КП) Cs 7 и Sr90 в травостой естественных лугов и оце
нить динамику снижения КП с течением времени.
3. Разработать адаптивные технологии мелиорации земель, обес
печивающие снижение КП радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию.
Выполнить типизацию почвенно-гидрологических условий загрязненных территорий, обеспечивающую эффективность предлагаемых мелиоративных технологий.
Провести анализ наиболее рациональных вариантов применения защитных мероприятий, обеспечивающих снижение как индивидуальных доз облуче-
ния проживающих в регионах жителей, так и радиационной нагрузки на населе-|А ниев целом.
Гипотеза. Предполагалось, что в результате естественного распада и возможной миграции за пределы корнеобитаемого слоя почвы с последующей консервацией долгоживущих радионуклидов Cs137 и Sr90 в Могилевской области, уровень радиоактивности сельскохозяйственной продукции и возможной жизнедеятельности населения будут в пределах допустимых требований. В Могилев-ской области, как и во всей Беларуси, отсутствовал опыт ведения сельскохозяйственного производства в условиях повышенного радиоактивного-загрязнения агроландшафтов. Допускалась возможность разработки мероприятий адаптивной мелиорации ан-^тропогенной радионуклидной аномалии, направленной на снижение поступления Cs и Sr в сельскохозяйственную продукцию и обеспечение жизнедеятельности на загрязненных территориях.
Методология и методы проведения исследований. Методологическую основу исследований составляют теория и практика проектирования, строительства и эксплуатации мелиоративных систем. Теоретические исследования сочетались с одновременной постановкой и проведением производственных опытов по изучению миграции радиоактивных веществ в почве и возможности их перехода в сельскохозяйственную продукцию в зависимости то проводимых мелиоративных мероприятий. Исследования проведены в 1986 — 2003 годах. В исследованиях использовались общепринятые современные методики, в том числе по математическому моделированию и системному анализу.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. l.Ha основе изучения плотности загрязнения почв агроландшафтов радио-Uj нуклидами в различных условиях сельскохозяйственного использования земель выявлены новые закономерности миграции Cs137 и Sr90 и перехода загрязняющих веществ в сельскохозяйственную продукцию.
2.Впервые предложен с учетом установленных закономерностей комплекс мелиоративных и агротехнических технологий по реабилитации загрязненных радиоактивными веществами территорий, включающий почво- и водозащитные мероприятия, основанные на снижении эрозионной опасности и смыва почв, а также регулировании водного режима.
З.Разработана новая классификационная оценка луговых ценозов по воз-
л 137 л 90
можности их использования на загрязненных Cs и Sr территориях, а также система показателей эффективности применяемых технологий, включающая коэффициент перехода радионуклидов из почв в растительность и индивидуальную дозу облучения.
4.Впервые выполнен сравнительный анализ внешнего и внутреннего облучения ^населения за счет потребления загрязненного Cs и Sr молока и картофеля в ^Могилевской области, позволяющих оценить формирование индивидуальных доз облучения.
На защиту выносятся:
/. Закономерности миграции радионуклидов в почвах автоморфных и гидроморфных режимов увлажнения и перехода Cs и Sr в сельскохозяйственную продукцию. Указанные закономерности характеризуются следующими положениями: высокая миграция загрязнений наблюдается на почвах, подверженных избыточному увлажнению, превышение этого показателя по сравнению с почвами автоморфного режима увлажнения достигает 2000 — 3000%;
О*
максимальное количество Cs137 и Sr9C выносится с илистыми частицами
почвогрунтов размером 0,001 -*- 0,01 мм;
вертикальное распределение Cs и Sr по профилю зависит от типа почв
и их гранулометрического состава. Для минеральных избыточно увлажненных почв ненарушенной структуры глубина залегания радионуклидов составляет 2 +- 10 см., для торфяно - болотных она достигает 10 *-35 см.;
меньшим уровнем накопления радионуклидов характеризуется расти-
тельность суходольных лугов. По сравнению с растительностью на почвах автоморфного и гидроморфного режимов увлажнения, коэффициенты перехода Csli7 и Sr90 из почв увеличиваются в 20 ^- 30 раз.
2, Система адаптивных мелиоративных технологий по реабилитации за
грязненных радиоактивными веществами территорий, включающая:
осушение западин и понижений траншеями-поглотителями;
, трансформацию мелкозалежных торфяников в квазиминеральную почву
W путем проведения глубокой мелиоративной обработки с применением
плугов новой конструкции;
локальную инверсию литологических слоев с разрушением слабофильт-
рующих сапропелевых и илистых прослоек на землях с повышенной плотностью загрязнения.
3, Комплекс адаптивных агромелиоративных мероприятий на луговых це
нозах, состоящий из фрезерования, внесения извести и повышенных доз фос-
форно-калийных удобрений, который обеспечивает снижение накопления радио
активных веществ в луговой растительности.
Практическая ценность и достоверность полученных результатов. Практическая ценность исследований заключается в разработке новых адаптивных мелиоративных технологий с полнотой, обеспечивающей их применение в ^практике проектирования и строительства мелиоративных объектов для загряз-
пенных радиоактивными веществами земель без дополнительной апробации Лтредложенных решений.. Достоверность результатов обеспечена комплексным ^подходом к решаемой проблеме, использованием современных фундаментальных теоретических положений адаптивной мелиорации, современных приборов и оборудования, применением математических методов обработки опытных данных, широкой производственной проверкой технологических разработок.
Личный вклад соискателя. Состоит в разработке концептуальных и методических основ постановки и выполнения исследований, в проведении и анализе экспериментов и полевых опытов. Автором выполнены:
аналитическая оценка литературных, фондовых, научно — методических
материалов по теме исследования;
^ «теоретические и натурные исследования процессов миграции и перехода
радионуклидов в растения для различных экосистем Бельшичского, Могил евского, Черни ко вс ко го, Костюковичского и Краснопольского районов Могилевской области; разработка технологий реабилитации земель, загрязненных радионуклидами, с целью обеспечения допустимых условий жизнедеятельности в условиях радиоактивного загрязнения;
обработка результатов экспериментальных исследований агрохимическо-
го состава и плотности загрязнения почв и сельскохозяйственных растений; организация производственного внедрения.
Апробация результатов диссертации. Результаты исследований и основ
ные положения диссертационной работы докладывались на следующих респуб
ликанских симпозиумах, совещаниях, конференциях, семинарах;
., Республиканской научно-производственной конференции «Основные на-
Т правления получения экологически чистой продукции растениеводства» (Горки, 1992);
Научной сессии Академии аграрных наук Республики Беларусь «Проблемы теории и практики осушительной мелиорации» (Минск, 1996);
Международных конференциях «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве» (Минск, 1996, 1997);
Международной конференции «Сущность адаптивной интенсификации земледелия и ее роль в повышении эффективности аграрного производства » (Жодино, 1997);
Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы адаптивной интенсификации земледелия на рубеже столетий», посвященной 90-летию Гродненскому зональному НИИ сельского хозяйства (Щучин, 2000);
Международной научной конференции «Эколого-экономические принципы д эффективно го использования мелиоративных земель», посвященной 90-летию со V дня рождения академика Скоропанова Степана Гордеевича (Минск, 2000);
Общем собрании Академии аграрных наук Республики Беларусь «Аграрная наука на рубеже XXI века» (Минск, 2000);
Международной научно-практической конференции «Современные проблемы сельскохозяйственной мелиорации», посвященной 90-летию мелиоративной науки Республики Беларусь и 70-летию создания Белорусского НИИ мелиорации и луговодства (Минск, 2001);
Международном IV съезде по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) (Москва, 2001);
Международной научно-практической конференции «Инновационные разработки и продукция» (Могилев, 2001); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы технической эксплуатации и эффективного использования мелиоративных систем, водохозяйственных объектов и инженерного обустройства сельских территорий» (Горки, 2002);
Международной научной конференции (Костиковекие чтения) «Экологические проблемы мелиорации» (Москва, 2002);
Международной научно-практической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы мелиорации и водного хозяйства», посвященной 150-летию закладки первого гончарного дренажа на территории России, выполненного под руководством профессора Горы-Горецкого земледельческого института А.Н. Козловского (Горки, 2003);
Научно-производственных конференциях Белсельхозакадемии (Горки, 1980-2000);
Курсах повышения квалификации специалистов сельскохозяйственных и ^/мелиоративных организаций (Минск, Могилев, Горки, Смиловичи, Лида, Гомель, 1980-2000).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 монографии, 5 статей в научных журналах, 13 статей в сборниках научных трудов, 8 материалов научных конференций, 1 препринт, 2 рукописи работ. Общий объем публикации составляет 817 страниц, лично автору принадлежит 711 страниц.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, 6 глав, заключения, 11 приложений. Ее объем составляет 277 страниц текста, 50 рисунков, 77 таблиц. Список использованных источников включает 311 наименований, в том числе 23 иностранных, приложение на 26 страницах.
^
С*
*
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Технологические основы создания культурных агроландшаф-тов, в которых гармонизированы деятельность человека и состояние природы, при радиоактивном загрязнении
После Чернобыльской аварии около 70% радиоактивных веществ выпало на территории Беларуси. Наибольший ущерб нанесен аграрному сектору. Основное внимание по преодолению последствий направлено на загрязненные радионуклидами земли, где проживает население. Сельскохозяйственное производство ведется на 1,36 млн. га, загрязненных цезием — 137 с плотностью 1...40 Ки/км2, и почти 0,5 млн. га, загрязненных стронцием - 90 с плотностью 0,3 Ки/км 2. Отмечено значительное снижение доступности растениям цезия — 137 по мере фиксации его почвой, противоположное характерно для радиостронция, содержание легкодоступных форм которого повысилось, что обусловило увеличение перехода его из почвы в растения. Поэтому все усилия специалистов-аграрников должны быть направлены на внедрение мероприятий, разработанных и рекомендуемых учеными для снижения содержания радионуклидов в сельскохозяйственной продукции. Насколько опасны радионуклиды в продуктах питания, свидетельствуют данные ученых Украины, которые отмечают увеличение в 2,1...4,7 раза (по сравнению с 1985 г.) проявления злокачественных опухолей и других болезней у населения, проживающего в загрязненных радионуклидами районах Житомирской области и потребляющего продукты со значительным превышением норм по радиоцезию. Наиболее загрязнены радиоцезием в Украине продукты домашнего производства. Уровень загрязнения молоко варьирует в пределах от 2 до 712 Бк/л (допустимое значение — 74 Бк/л), а мяса и мясопродуктов - от 2 до 10000 Бк/кг (норма 740 Бк/кг). Некоторые пробы ягод показали превышение временных норм в 34, а грибов — в 170 раз. В овощах и фруктах содержание радиоцезия было выше в 1,8 раза по сравнению с РДУ — 96 [10, 32]. Сопоставление количества радиоцезия в продуктах питания доава-рийного периода с современными санитарно-гигиеническими нормами (РДУ-96) свидетельствует о существенном увеличении содержания радионуклида (от 160 раз в картофеле до 6007 в хлебопродуктах) [34]. Расчет среднесуточного уровня поступления Cs137 в организм человека показал, что в 1985 г. он составил около 1 Бк/сут, в 1995 г. - 22 Бк, или в 22 раза больше.
Возросло и содержание Sr в продуктах питания, что подтверждают исследования Республиканского научно-практического центра по экспертной оценке качества продуктов питания Министерства здравоохранения. Расчет среднесуточного поступления Sr90 в организм человека показал значительное превышение содержания радионуклида в рационе питания (в 2,3 раза) по сравнению с 1967-1969 гг. увеличение концентрации радиоцезия в продуктах питания жителей Гомельской области в настоящее время показано в табл. 1.4. Анализ данных и сопоставление содержания Cs в продуктах питания и РДУ-96 показывают, что наиболее загрязнены дары леса (количество радиоцезия в грибах выше нормы более чем в 210 раз, в дикорастущих ягодах -в 10.,.90 раз). В молоке содержание Cs137 превышает РДУ-96 более чем в 23 раза, в мясе диких животных - более чем в 35 раз. Потребление таких продуктов значительно повысит дозовую нагрузку для населения. В настоящее время установлено, что 70...90% дозовой нагрузки население получает за счет внутреннего облучения при потреблении местных продуктов питания, содержащих Cs137 выше допустимых уровней. Несмотря на ужесточение гигиенических норм по содержанию Cs 37 в некоторых продуктах питания (РДУ-96), проблема с потреблением продуктов выше норм по радиоцезию остается (табл. 1.5). Данные вышеприведенной таблицы показывают, что количество Cs137 варьировало по годам, и только в Могилевской области наметилось снижение проб с содержанием радиоцезия выше РДУ-96. В республике принято допустимое содержание Cs137 в молоке - 111 Бк/л (для взрослого населения) и 37 Бк/л - для детей (в Украине — 74 Бк/л). Молоко и молочные продукты - основные продукты питания в сельской местности и нетрудно предположить увеличение дозовой нагрузки для населения за счет этого продукта [10]. К настоящему времени установлено превышение годовой дозовой нагрузки у различных групп населения по накоплению Cs137 в Брестской, Гомельской и Могилевской областях по рациону фактического питания (годовая дозовая нагрузка для взрослого населения РБ - 1 мЗв/год, детей — 0,3 мЗв). Без чистых продуктов эту проблему не решить. Сопоставление принятых стандартов уровня дозовой нагрузки в республике (1 мЗ в/год) с национальными стандартами безопасности США (0,29 мЗв/год), Германии и Англии (по 0,3 мЗв/год) указывает на необходимость проведения защитных мероприятий [32, 33]. Поведение радионуклидов в почвах В пахотном горизонте почв сосредоточено до 80...90% общего количества радионуклидов. Здесь же размещена и основная масса корней сельскохозяйственных культур, способных поглощать наряду с элементами минерального питания и токсиканты [32, 34, 38, 41, 42].
Предпосылки радиоактивного загрязнения подземных и поверхностных вод
Территории подверженные радиоактивному загрязнению подразделяются по уровню плотности РЗ цезием-137 на следующие зоны [2, 51, 52, 95, 108,133,152,229,230]: - зона первоочередного отселения (40 Ки/км2 и выше); - зона последующего отселения (15-40 Ки/км2); - зона с правом на отселение (5-15 Ки/км ); - зона с периодическим радиационным контролем (1-5 Ки/км2). Анализ изменений характера загрязненности за послеаварийный период (1987-1991 гг.), проведенный нами, а также Госкомгидрометом и Минсельхозпродом РБ показывает, что положение в загрязненных районах не улучшается, а даже усугубляется. Если в 1988-1989 гг. на территории Могилеве кой области выделялись определенные, большей частью независимые пятна с различной степенью РЗ, то в настоящее время наблюдается относительно плавный переход из одной зоны в другую с дальнейшим расширением загрязненных территорий и вовлечение в них все большего количества населенных пунктов и проживающего в них населения [200, 201, 204,205,206,213]. Проведенные нами исследования показывают, что экологические проблемы природных поверхностных вод области практически могут решаться лишь в составе специальных проектно-исследовательских разработок в границах водосборных бассейнов рек, выполненных ранее для крупнейших рек республики, в т.ч. для Березины, Сожа и Днепра. Экологическая оценка основных рек области, гидрохимические характеристики которых формируются под влиянием источников загрязнения, расположенных на территории области и за ее пределами, выполнена с использованием индекса загрязненности вод (ИЗВ) по формуле [205, 206, 211, 213]: 6 где С - среднее значение концентраций загрязняющих веществ; ПДК - предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ; б - строго лимитируемое количество показателей, используемых для расчета: растворенный кислород, БПК5, азот аммонийный и нитритный, нефтепродукты, фенолы.
Загрязнение подземных вод имеет ограниченное распространение и характерно для речных долин и заболоченных массивов, а также на инфильт-рационных водозаборах, где поступление радионуклидов может происходить в результате питания подземных вод за счет поверхностных — в период половодий, паводков и вследствие захвата поверхностных вод эксплутационными скважинами [205, 206, 211, 213]. 3.3. Мелиоративная и радиационная обстановки на территории Могилевской области после аварии наЧАЭС: последствия и проблемы Распределение фонда переувлажненных земель Могилевской области и Краснопольского района приведено в табл. 3.3, 3.4. При загрязнении сельскохозяйственных угодий долгоживущими радионуклидами (Sr90, Cs137, Pu239, Ru106, Се144 и др.) в результате аварийных выбросов, замечено, что радионуклиды по территории распределены не равномерно, что ставит задачу проведения комплекса мелиоративных мероприятий в зависимости от уровня радиоактивного загрязнения [28, 29]. Потребление сельскохозяйственной продукции содержащей радиоактивные вещества, поступившие в окружающую человека среду после аварии ядерного реактора, является одним из основных источников дополнительного облучения населения по сравнению с доаварийным периодом (табл. 3.5) [45, 46]. На территории до 15 Ки/км на пахотных угодьях растениеводство велось без ограничений по принятым для данного почвенно-климатического региона технологиям возделывания сельскохозяйственных культур. Минеральные и органические удобрения вносились в дозах, обеспечивающих получение планируемых урожаев. На пойменных пастбищах и сенокосах проводилось поверхностное улучшение с внесением фосфорных и калийных удобрений и подсевом многолетних трав. Неокультуренные пастбища и сенокосные угодья суходолов подлежали коренному улучшению с внесением повышенных в 1,5 раза доз минеральных и органических удобрений.
Осушение западин и понижений, как источников высокой плотности радиоактивного загрязнения, методом инверсии литологических пластов
Как было показано выше наиболее неблагоприятные с точки зрения радиологического загрязнения являются западины и понижения рельефа, сформированные на слабофильтрующих покровных отложениях. Как правило, такие площади имеют развитый микрорельеф с довольно часто встречающимися замкнутыми западинами и вытянутыми понижениями различной конфигурации. Стекающие в западины талые и дождевые воды очень медленно проникают в нижние горизонты, в результате чего в понижениях часто происходят вымочки посевов, на всей площади задерживаются сроки проведения полевых работ, снижается урожайность полевых культур и, что особенно важно, накапливаются загрязняющие вещества в почве и растениях [195, 196, 200, 201, 204, 208, 211, 212, 213]. Учитывая особенности литологического строения многих осушаемых объектов и настоятельную необходимость улучшения радиологической и мелиоративной обстановки, предлагаем новый способ осушения западин, блюдец, приканальных, придамбовых и придорожных зон методом инверсии литологических пластов. Сущность метода заключается в следующем.
В пониженных местах, где покровные слабофильтрующие отложения (торф, суглинки, глины) небольшой мощности подстилаются хорошо фильтрующими грунтами (песками, легкими супесями), устраиваются сплошные или прерывистые траншеи-поглотители или скважины-поглотители путем раздельной разработки пластов с последующей засыпкой в обратном порядке и размещением слабопроницаемого грунта ниже границы их раздела (рис. 4.1-4.5) [195, 196,205, 213]. При относительно большой мощности плохо фильтрующих покровных отложений можно устраивать прерывистые траншеи-поглотители, полностью заполненные хорошо проницаемым грунтом (рис. 4.4). Данный способ осушения западин и переувлажненных понижений можно применять на фоне как горизонтального открытого и закрытого, так и вертикального дренажа. Можно получить достаточно хороший эффект и при отсутствии дренажа на автоморфных почвах с западинами и блюдцами при большой глубине грунтовых вод. почвах с западинами и блюдцами при большой глубине грунтовых вод. Технология устройства траншей-поглотителей определяется литологическим строением, мощностью пластов и проходимостью землеройных машин. Технология устройства траншей-поглотителей определяется литологическим строением, мощностью пластов и проходимостью землеройных машин. При суммарной мощности плохофильтрующих покровных отложений менее 0,8...0,9 м и достаточной прочности грунта наиболее приемлема технология с применением траншейных экскаваторов ЭТЦ-202А и бульдозеров [195, 196, 213]. Осушение западин методом локальной инверсии литологии пластов связано с необходимостью установления расчетных расстояний между поглощающей сетью. Задачу можно сформулировать следующим образом. Необходимо определить расстояние между траншея ми-поглотителям и при заданных литологическом строении, ширине траншеи, фильтрующей засыпки, водопроницаемости грунта Ki и засыпки К2 (при К2 Kj), а также высоте слоя затопления ho и требуемая времени отвода талых вод из западины. Время осушения западины t определяется допустимым сроком затопления выращиваемых сельскохозяйственных культур (1...3 сут. для зерновых и пропашных, 5...10 сут. для трав). Расчетная высота слоя затопления может быть определена по запасу воды в снегу к началу таяния. Фильтрационная схема задачи показана на рис.4.6 [195, 196, 205. 206. 213].
Структурная мелиорация торфяных почв, подстилаемых илистыми и сапропелевыми прослоями, технология и средства механизации
Практика земледелия показывает, что наилучшие условия выращивания полевых культур на торфяных почвах создаются при содержании в пахотном слое 50-70% минеральной части, включая естественную зольность. Достичь этого можно путем искусственного обогащения торфяных почв добавками минерального грунта (песка, глины, супеси, суглинка), то есть путем их структурной мелиорации. Известны два метода добавок минерального грунта: смешанный и насыпной. При смешанном методе минеральный грунт, внесенный на поверхность болота, при обработке перемешивается с торфом, при насыпном - обработку почвы распространяют только на покрывающий торфяную залежь минеральный слой в 10... 12 см. Большой интерес представляют результаты исследований и практического опыта лескования торфяников в странах Западной Европы с использованием подстилающего минерального грунта, что позволяет получить существенную экономию затрат средств и труда. Технологии окультуривания торфяных болот смешанным или насыпным методом в этом случае основаны на применении специальных машин и орудий. Анализ практического применения технологических методов структурной мелиорации мелкозалежных торфяников за рубежом показывает, что в последнее время наиболее широко внедряется технология запашки их, так называемая глубокая мелиоративная вспашка с помощью специальных плугов с отвально-лемешными рабочими органами.
Особенно эффективно использование этой технологии при окультуривании выработанных в процессе эксплуатации и маломощных торфяников, повышение плодородия которых связано с трансформацией их в почву с минеральным пахотным слоем, профиль которых обладал бы хорошими дренирующими свойствами, сохраняя достаточно высокую влагоемкость, захоронение верхнего 5-10 сантиметрового загрязненного радионуклидами слоя почвы. X. Кунтце считает, что если на современном уровне развития сельского хозяйства в ФРГ можно еще рекомендовать какие-либо меры по созданию культурной почвы, то прежде всего такие, в результате которых расширяются площади пашни и создается лучшая структура сельскохозяйственного производства. К таким мерам он и относит трансформацию торфяников в квазиминеральные почвы [2.9 9 3 00]. Сущность трансформации заключается в глубокой запашке мелкозалежного торфяника специальным одно- или двухлемешным плугом с оборотом пласта на 110-140 и образованием нового почвенного профиля в виде песчаного пахотного горизонта, содержащего небольшой процент органики, под которым залегают наклоненные под углом около 45 чередующиеся слои торфа с прослоями из песка (супеси). Примерная схема представлена на рис.5.1 [196].
Торф обладает ценными сорбционными свойствами, биологической активностью компонентов и большой аккумулирующей емкостью, а пески и супеси имеют хорошую водопроницаемость. Поэтому в результате трансфор- мации (глубокой запашки) образуется достаточно плодородный почвеный профиль с хорошими дренирующими свойствами и высокой вл аго емкостью. Одним из важных достоинств новой почвенной структуры является, по мнению X. Кунце то, что она дает возможность вследствие эффекта самодренирования отказаться от дорогостоящего трубчатого дренажа. В этом случае достаточно иметь отводные каналы, прокладываемые ниже глубины вспашки. Актуален этот прием при запашке загрязненных радионуклидами площадей. В целом, запашка органогенного слоя подстилаемых песком с трансформацией торфяных почв в квазиминеральные, как свидетельствуют изучения зарубежного опыта, а также полученный БелНИИМиВХ и ЦНИИМЭСХ экспериментальный материал дает возможность: - изолировать торфяную залежь от контакта с атмосферной и предохра нить ее тем самым от ветровой эрозии и быстрой минерализации; - смягчить экстремальность болотного климата, повысить несущую способность торфяника и улучшить условия для использования сельскохозяйственной техники при проведении полевых работ; - повысить коэффициент фильтрации почвы и тем самым улучшить вертикальное передвижение влаги. При этом атмосферные осадки значительно лучше и полнее поглощаются почвой; - использовать торфяник под любую сельскохозяйственную культуру без опасения быстрой сработки торфяной залежи. При этом продуктивность новой почвы выше на 10-20% (в среднем); - устранить опасность возникновения пожаров; - захоронить загрязненный радионуклидами слой почвы.
