1.3. Влияние кислотности почв на поступление радионуклидов в растительность

Установлена отрицательная зависимость между содержанием обменного кальция, уровнем кислотности почвенного раствора и поступлением в растения стронция-90. Чем больше в почве обменного кальция и чем меньше кислотность почвенного раствора, тем меньше коэффициенты перехода стронция-90 в растения. Эта закономерность проявляется и при поступлении цезия-137 в растения, но связь менее сильная.[18] Для многолетних бобовых злаковых трав, кукурузы и картофеля коэффициенты корреляции находятся в пределах от -0,52 до -0,93. Особенно тесная связь исследуемых параметров наблюдается на дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почвах, а также на аллювиальных песчаных и слоистых почвах. С поступлением ¹³⁷Сs эта связь также проявляется, но слабее. Для торфяно-болотных почв характерна та же закономерность, что и для дерново-подзолистых [1].

Таблица 1.3.1 - Влияние кислотности почв на содержание цезия-137 в кормах.

Культуры	Продукция	Влажность	рН KCl
			3,9-4,3	4,3-4,7	Более 4,7
Травы естественных сенокосов	сено	16	20,0	16,5	14,4
	сенаж	55	10,7	8,8	7,7
	силос	75	6,0	4,9	4,3
	зеленая масса	82	4,3	3,5	3,1
Многолетние злаковые травы	сено	16	16,4	14,6	11,0
	сенаж	55	8,7	7,8	5,9
	силос	75	4,9	4,3	3,3
	зеленая масса	82	3,5	3,1	2,4

Содержание ⁹⁰Sr в урожае многолетних злаковых трав на торфяно-болотной почве в зависимости от уровня кислотности при плотности загрязнения 37 кБк/м2, КП позволяющего существенно уменьшить поступление ⁹⁰Sr в растения за счет антагонизма катионов, что способствует частичному переводу радионуклидов в необменное состояние. Однако, как видно из данных таблицы 3 и рис. 1, более информативным является содержание в почвах обменного кальция, чем показатель их обменной кислотности. Коэффициенты перехода радионуклидов из супесчаных почв снижаются в 1,7–2,0 раза по мере повышения содержания обменного кальция с 550 до 2000 мг СаО на кг почвы [9].

Рис. 1.3.1 - Влияние плодородия дерново-подзолистых супесчаных почв на поступление радионуклидов в многолетние злаковые травы, Бк/кг (1989–1993 гг.)

Таблица 1.3.2 - Влияние кислотности почвы на Кп ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в многолетних злаковых травах

Радионуклиды	рН KCl
	4,6-5,0	5,1-5,5	5,6-6,0	6,1-6,5	6,6-7,0	7,1-7,8
	СаО, мг/кг почвы
	550	740	1044	1680	2008	1984
137Cs	5,7±0,2	5,3±0,2	5,3±0,1	3,7±0,3	2,9±0,3	3,0±0,2
90Sr	12,4±0,4	12,0±0,3	8,0±1,7	7,2±0,8	7,2±0,3	7,0±0,1

По мере повышения содержания обменного кальция с 550 до 2000 мг СаО на кг почвы Кп ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr снижается в 1,5–2 раза. Изменение кислотности почвенного раствора от кислого интервала (рН = 4,5–5,0) к нейтральному (рН = 6,5–7,0) снижает переход стронция-90 в растения в 2-3 раза [26].

Дальнейшее насыщение почвы свободными карбонатами кальция сдвигает реакцию в щелочной диапазон, однако это уже не сопровождается уменьшением поступления радионуклидов в растения.

На карбонатных почвах коэффициент накопления стронция-90 снижается до 3-х раз, потому что происходит необменная фиксация ⁹⁰Sr с образованием карбонатных солей. На этих почвах Кп ¹³⁷Cs увеличивается до 4-х раз, т.к. здесь ¹³⁷Cs связывается водорастворимыми органическими соединениями, которые легко его освобождают в виде доступных ионов. Установлено, что чем больше насыщенность почвы обменными основаниями, тем меньше коэффициент перехода ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в растения [18].

Торфяно-болотные почвы бедны по содержанию калия, кальция и магния. Как правило, это кислые почвы, поэтому Кп ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr на этих почвах в 5–20 раз больше, чем на дерново-подзолистых [14].

Оптимальные показатели кислотности (рН) колеблются в значительных пределах и зависят от типа и гранулометрического состава почвы, обеспеченности ее гумусом и набора культур в севооборотах. На основании исследований, проведенных в республике, определены оптимальные параметры реакции почв (рН в КCl) в зависимости от гранулометрического состава, которые на дерново-подзолистых почвах составляют:

- глинистые и суглинистые 6,0-6,7

- супесчаные 5,8-6,2

- песчаные 5,6-5,8

На торфяно-болотных и минеральных почвах сенокосов и пастбищ оптимальные параметры составляют соответственно 5,0-5,3 и 5,8-6,2 [7].

Установлено, что минимум накопления радионуклидов в урожае различных культур чаще всего соответствует оптимальному уровню реакции почвенной среды и степени насыщенности почв основаниями, которые достаточны и необходимы для обеспечения максимально возможного урожая соответствующих культур. Это позволяет использовать величину pH KCl (которая систематически определяется агрохимической службой на каждом рабочем участке поля) в качестве интегрального показателя насыщенности почв основаниями при прогнозе доступности растениям радионуклидов, особенно ⁹⁰Sr.

Известкование является одним из наиболее важных приемов повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий. При внесении в кислую почву извести в почвенном растворе резко уменьшается концентрация водорастворимых ионов, увеличивается содержание подвижного кальция и магния, что влияет на доступность радионуклидов растениям, особенно ⁹⁰Sr.

Эффект снижения поступления радионуклидов в урожай от известкования в дозах, рассчитанных для нейтрализации полной гидролитической кислотности, в сочетании с удобрениями колеблется в больших пределах. Это зависит от многих факторов, а именно: гранулометрического состава, степени кислотности почв, обеспеченности их гумусом, элементами минерального питания и других свойств, а также биологических особенностей возделываемых культур [19].

Известкование кислых почв направлено не только на ограничение поступления радионуклидов в растениеводческую продукцию, но и повышение плодородия почв, а также урожая. Действие извести более заметно в длительных стационарных полевых опытах на кислых дерново-подзолистых почвах. Таким примером может быть стационар Гомельской опытной станции, заложенный в 1986 году на среднекислой, бедной питательными веществами и гумусом дерново-подзолистой рыхлосупесчаной почве с плотностью загрязнения ¹³⁷Cs - 296 кБк/м².[8] Известкование в дозах из расчета нейтрализации полной гидролитической кислотности на фоне N₉₀P₉₀K₉₀ снизило содержание ¹³⁷Cs в зерне и соломе озимой ржи в 2 раза. Повышение дозы извести до уровня 1,5 гидролитической кислотности (6,5 т/га), равно как и повторное известкование в 1992 году из расчета нейтрализации полной гидролитической кислотности, способствовало некоторому снижению накопления ¹³⁷Cs только в соломе. Эти данные согласуются с результатами исследований Бондаря П.Ф., Лощилова Н.А., Дутова А.И., показавших, что дополнительное внесение мелиорантов с целью снижения поступления ¹³⁷Cs в урожай на произвесткованных почвах является малоэффективным агротехническим приемом [10].

Обобщение большого количества экспериментальных данных позволило сделать вывод, что минимальное накопление радионуклидов в растениеводческой продукции при прочих равных условиях возделывания сельскохозяйственных культур отмечено при оптимальной реакции почвенной среды. В этой связи основной целью известкования на землях, подвергшихся радиоактивному загрязнению, является нейтрализация кислотности почвы и насыщение ее поглощающего комплекса кальцием и магнием.

Основная потребность в известковых удобрениях определяется в соответствии с «Инструкцией определения дополнительной потребности материально-технических ресурсов для сельского хозяйства в зоне радиоактивного загрязнения» [12]. На минеральные земли с плотностью загрязнения ¹³⁷Cs 5,0 и более Ки/км² (185 кБк/м²) и ⁹⁰Sr 0,3 и более Ки/км² (11 кБк/м²) и на торфяные почвы с плотностью загрязнения ¹³⁷Cs более 1,0 Ки/км² (37 кБк/м²) и ⁹⁰Sr более 0,15 Ки/км² (5,5 кБк/м²) предусматривается дополнительное внесение извести с целью ускоренного доведения реакции почв до оптимальных значений. На дерново-подзолистые супесчаные почвы с рН 5,6-6,0 и плотностью загрязнения ¹³⁷Cs 1-5 Ки/км² (37-185 кБк/м²) дополнительное выделение извести предусматривается для поддержания кислотности в оптимальном диапазоне рН. Все почвы I-II групп кислотности подлежат первоочередному известкованию в связи с высоким переходом радионуклидов в растения.

Таким образом, внесение извести является традиционным эффективным способом снижения поступления радионуклидов ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs из почвы в растения. При этом в почвенном растворе резко уменьшается концентрация водорастворимых ионов, увеличивается содержание подвижного кальция и магния, что снижает доступность радионуклидов растениям, особенно ⁹⁰Sr [23].