После распада короткоживущих радионуклидов в 1987 г. экспозиционная доза излучения в месте расположения опытного участка составляла на высоте 1 м над поверхностью почвы 70—80 мкР/ч, на поверхности почвы — 80—100 мкР/ч, плотность радиоактивного загрязнения в слое почвы 0—5 см составляла 4—4,5 Ки/км2. Таким образом, представлялась возможность исследовать динамику миграции радионуклидов в сеянце луговые травы на ненарушенной почве.
Опыты закладывались по следующим схемам.
Опыт 1. Одновидовые посевы и парные травосмеси на двух фонах минерального питания: 1) люцерна синегибридная, 2) ежа сборная, 3) кострец безостый, 4) тимофеевка луговая, 5) люцерна+ежа, 6) люцерна+кострец, 7) люцерна+тимофеевка.
Опыт 2. Одновидовые посевы бобовых трав на фоне Р90К120: клевер луговой, клевер розовый, клевер ползучий, клевер горный, люцерна синегибридная, люцерна серповидная, ляд-венец рогатый, астрагал солодколистный, эспарцет песчаный.
Повторность опыта трехкратная. Площадь опытных делянок 15 и2. Почвенные и растительные образцы отбирались перед укосами. Радиоэкологический мониторинг осуществляли в течение вегетационных сезонов 1986—1988 гг.
Учитывая поверхностный характер загрязнения радионуклидами и слабую вертикальную миграцию их на автоморфных дерново-подзолистых почвах, в 1989 г. исследовали влияние перепашки почвы под многолетними травами на характер накопления радионуклидов в органах вновь высеянных растений. Для этого в конце вегетационного периода 1988 г. дернина опытного участка была распахана, а весной 1989 г. после дискования и культивации высеяны клеверо-ежовая и люцерно-ежовая травосмеси. Фон минерального питания — предпосевное внесение полной дозы N12oP9oKi2o, а затем поукосно — фосфорно-калийных удобрений (PSoKi2c). Контролем служили нераспаханные участки со старовозрастным травостоем.
Установлено, что суммарная радиоактивность почвы опытных участков в слое 0—5 см последовательно снижалась с мая до сентября 1986 г. в диапазоне 10~7—10~~8 Ки/кг, достигнув относительно стабильного уровня в мае 1987 г. Удельная гамма-активность почвы (еще не нарушенной) начиная с этого времени соответствовала плотности загрязнения 2,6—3,0 Ки/км2 (опыт 1) и 2,1—2,3 Ки/км2 (опыт 2). Сравнение кривых динамики радиоактивности почвы и сеяных трав показывает, что более резкое снижение уровня радиоактивного загрязнения растений по сравнению с почвой за вегетационный период 1986 г. обусловлено не только распадом короткоживущих радионуклидов, но и в значительной степени ослаблением поверхностного загрязнения листьев трав радиоактивными выпадениями. По уровню этого загрязнения в мае 1986 г., довольно четко выделяется группа клеверов (клевер луговой, ползучий и розовый), а также лядвенец рогатый, что связано с опушенностью листовой поверхности этих трав.
Поверхностное загрязнение люцерны посевной, люцерны серповидной, астрагала и эспарцета было существенно ниже, чем клеверов и лядвенца. Различия сохранились в основном и у растений 2-го укоса (июль 1986 г.) у клевера лугового и розового удельная радиоактивность надземной фитомассы почти на порядок превышала показатели других видов, а в 3-м укосе (сентябрь 1986 г.) максимальная величина радиоактивности отмечена у сильно опушенного клевера горного. В отличие от бобовых трав у многолетних злаков (ежи сборной, костреца безостого, тимофеевки луговой) растения 3-го укоса в 1986 г. отличались уже на порядок меньшими показателями.
Известно, что видовые и сортовые различия в накоплении основных дозообразующих радионуклидов (l37Cs и 90Sr) кормовыми растениями являются теоретической основой для разработки целенаправленного подбора сельскохозяйственных растений как способа фитомелиорации почв, загрязненных радиоизотопами, и средства для уменьшения содержания радионуклидов в продукции. Но дезактивирующий эффект выноса радиоизотопов с надземной массой растений, обладающих высокой накопительной способностью, значительно уступает по степени очищения почвы эффекту за счет естественного радиоактивного распада. Поэтому подбор культур для севооборотов и агротехнических приемов их рационального возделывания в загрязненных зонах остается в настоящее время одним из реальных способов получения относительно «чистой» кормовой продукции. По данным С. К- Фирсаковой (1974), накопление 90Sr сеяными многолетними злаками после механической обработки и перезалужения дерново-подзолистой почвы снизилось в 5—16 раз, а торфяной почвы — в 14—31 раз по сравнению с естественными лугами.
Основной агротехнический прием, ограничивающий поступление цезия-134 и цезия-137 из почвы в растение,— применение калийных удобрений — связан с антагонистическим характером отношения цезия и калия в почвенном растворе и эффектом «разбавления» в надземной массе растений. Это нашло подтверждение и в исследованиях белорусских ученых (Шугля, Агеец, 1990). Калийные удобрения в комплексе с другими удобрениями снижают поступление цезия-137 в сельскохозяйственные растения в 2—20 раз. Нейтрализация кислотности почвенного раствора известкованием уменьшает накопление цезия-137 в урожае в 2—4 раза, а на легких по гранулометрическому составу почвах увеличение дозы фосфорных и калийных удобрений на фоне известкования снижает накопление изотопа цезия в растениях до 4—5 раз.
К сожалению, роль азотных удобрений в миграции основных дозообразователей из почвы в хозяйственно ценную часть кормовых травянистых растений освещена весьма противоречиво. Многие исследования свидетельствуют об усилении под влиянием минерального азота процесса миграции радиоактивного цезия в надземные органы кормовых растений, особенно на высокоплодородных почвах. Так, при внесении азота в аммонийной форме на черноземе концентрация цезия-137 в горохе возрастала на 18—52%, а на дерново-подзолистой почве — на 72— 83%. В то же время азот, внесенный в виде нитратов, практически не влиял на накопление радиоактивного цезия в урожае. Также противоречивы сведения о значении минерального азота в пострадиационном восстановлении структур растительной клетки. В настоящее время считается целесообразным на почвах, загрязненных цезием-137 и стронцием-90, применять азотные удобрения в составе полной минеральной подкормки со значительным преобладанием калия и фосфора (Алексахин и др., 1991). Внесение азотных удобрений рекомендуется проводить в таких дозах, которые обеспечивают наиболее высокие прибавки урожая в данных почвенных условиях. [1]
Учитывая нерешенность проблемы растительного белка в Беларуси (дефицит переваримого протеина составляет в среднем 20—25%, в связи с чем себестоимость кормовой продукции возрастает в 1,5 раза, а расход кормов — в 1,3—1,4 раза), весьма актуально изучение роли азотных удобрений в миграции радионуклидов в сеяные травы и регуляции этого процесса агрофитоценотическими приемами.
Исследования влияния структуры посева и азотных удобрений на аккумуляцию радиоизотопов цезия, стронция и плутония в надземной фитомассе люцерны и злаковых трав в монокультуре и смешанных посевах выявили ряд особенностей этого процесса, обусловленных как фитоценотическими факторами, так и воздействием минерального азота, вносимого в почву в виде калийной селитры.
Влияние совместного произрастания на аккумуляцию цезия-137 в надземных органах люцерны и злаков определялось видовым составом травостоя: в люцерно-ежовой и люцерно-кострецовой травосмесях в обоих компонентах поступление цезия увеличивается (у люцерны на 30—78, у ежи на 15, у костреца на 16%) относительно их монокультур. В люцерно-тимо-феечком травостое никаких изменений не отмечено. Внесение азотных удобрений стимулировало поступление l37Cs в растения люцерны, ежи и костреца в монокультурах, где содержание изотопа возросло соответственно на 54, 36 и 16% по сравнению с без азотным фоном. В люцерно-кострецовой смеси показатели накопления цезия, наоборот, снизились: у люцерны на 71, у костреца на 21%. Тот же эффект наблюдался у ежи в смеси с люцерной — внесение минерального азота сократило миграцию 137Cs на 22% по сравнению с фосфорно-калийным фоном. Таким образом, наименее интенсивная миграция 137Cs и отсутствие стимулирующего влияния на нее азотных удобрений наблюдались у компонентов люцерно-тимофеечной смеси и в монокультуре тимофеевки.
Существенное снижение (до 2—7 раз) аккумуляции Sr при внесении минерального азота в почву отмечено в монокультурах люцерны и костреца, а также у компонентов люцерно-кострецовой и люцерно-тимофеечной травосмесей.
В люцерно-ежовой смеси азотные удобрения в 2,0—2,5 раза усилили поступление 90Sr в надземную массу как бобового компонента, так и злака.
Как известно, уменьшение загрязнения продуктами радиоактивного деления продукции растениеводства с помощью внесения мелиорантов достигается через такие основные механизмы, как увеличение урожая и тем самым «разбавление» содержания радионуклидов на единицу веса урожая; повышение концентрации кальция и калия в почвенном растворе; закрепление микроколичеств радиоизотопов в почве путем внесения соответствующих соединений. И если полученные нами результаты по изменению степени аккумуляции 137Cs и 90Sr в сеяных травах под воздействием их совместного произрастания и внесения азотных удобрений можно рассматривать как проявление этих механизмов через физиолого-биохимические взаимодействия растений в агроценозах и их влияние на почвенную среду, то исследование миграции плутония в системе почва—растение предполагает разработку подходов, затрагивающих как почвенную химию, так и механизмы действия биотических и агрохимических факторов на его поступление в корни и аккумуляцию в надземных органах. Существует зависимость перехода плутония в раствор при снижении его сорбции почвенными частицами от интервала значений рН, механического состава и водно-воздушного режима почвы.