Накопление 137Cs и нитратов различными сортами салата листового (Lactuca sativa L.)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Накопление ¹³⁷Cs и нитратов различными сортами салата листового (Lactuca sativa L.)

Т.М. ЛАЗАРЕВИЧ

Г.А. ЧЕРНУХА

Экспериментально установлены сортовые различия салата листового по признакам урожайности, накопления ¹³⁷Cs и нитратов в листьях на загрязненной ¹³⁷Cs дерново-подзолистой песчаной почве. Определены сорта, сочетающие в себе высокую урожайность и минимальное накопление ¹³⁷Cs, изучена сортовая специфичность накопления нитратов. Для каждого из исследуемых сортов рассчитана критическая плотность загрязнения почвы ¹³⁷Cs, выше которой данный сорт возделывать не рекомендуется. Отмечена зависимость накопления ¹³⁷Cs от урожайности и условий сезона выращивания.

We have experimentally established variety differences in Lactuca sativa L. according to the indicators of productivity and accumulation of ¹³⁷Cs and nitrates in leaves on sward-podzolic sandy soil contaminated by ¹³⁷Cs. We have selected varieties which combine high productivity and minimal accumulation of ¹³⁷Cs, and examined specific character of nitrates accumulation by varieties. For each of the studied varieties we have calculated the critical density of soil contamination by ¹³⁷Cs. If contamination is higher than the critical one, it is not recommended to grow the crop. We have also established the dependence of ¹³⁷Cs accumulation on the productivity and conditions of the growing season.

Проживание человека на территории радиоактивного загрязнения связано с определенным риском для здоровья. Использование систем сбалансированного питания - одна из мер, направленных на уменьшение дозовой нагрузки на организм. Важную роль в питании человека играют зеленные культуры, такие, как салат, петрушка, укроп, шпинат и другие. Они обеспечивают организм необходимыми витаминами и микроэлементами. Однако в условиях радиоактивного загрязнения выращивание зеленных культур весьма проблематично, так как они отличаются способностью к повышенному накоплению поллютантов [1, 2], в том числе радионуклидов [3] и нитратов [4 с. 85; 5 с. 257]. Ситуация усугубляется и тем, что зеленные овощи употребляются в основном в свежем виде. В результате человек подвергается комбинированному воздействию радионуклидов и нитратов, при котором их токсичность повышается в 2-8 раз [4 с. 67].

Анализ источников салат урожайность нитрат почва

Содержание радионуклидов в сельскохозяйственной продукции зависит как от плотности загрязнения, так и от типа, разновидности почв, их гранулометрического состава и агрохимических свойств, погодных условий, а также биологических особенностей возделываемых культур. Особенности минерального питания, тип и распределение корневой системы, разная продолжительность вегетационного периода и другие биологические особенности различных видов растений влияют на накопление радионуклидов. Содержание ¹³⁷Cs в расчете на сухое вещество отдельных культур может различаться до 180 раз, а накопление ⁹⁰Sr - до 30 раз при одинаковой плотности загрязнения почв. Существенные различия в накоплении радионуклидов отмечаются также между сортами (1,5-3 раза) [6; 7, с. 10].

Накопление нитратов не всегда связано только с внесением повышенных доз удобрений. В литературе описано более двадцати факторов, прямо или косвенно влияющих на содержание нитратов в растениях. Это прежде всего почвенно-климатические факторы, условия выращивания, освещенность, сроки посева и уборки, густота стояния, условия хранения, биологические особенности растений, сортовые различия и другие факторы [8; 9; 10; 4, с. 85-95; 5, с. 257-259]. При помощи агротехнических и агрохимических приемов можно в определенной мере регулировать содержание нитратов в овощах. При этом одним из наиболее экономически оправданных приемов для снижения накопления как нитратов, так и радионуклидов в сельскохозяйственных культурах является подбор сортов, характеризующихся минимальным их накоплением [5, с. 259; 7, с. 10]. Многими исследователями изучались сортовые различия сельскохозяйственных культур по накоплению нитратов и радионуклидов. Особое внимание уделялось сортам овощных культур - томата, капусты, свеклы, моркови и другим [11; 7, с. 30-31]. Однако комплексного изучения сортов зеленных культур по признакам накопления радионуклидов и нитратов в условиях радиоактивного загрязнения в Беларуси ранее не проводилось.

Методы исследования

Целью исследований было изучение особенностей накопления ¹³⁷Cs и нитратов различными сортами салата листового в условиях радиоактивного загрязнения.

Исследования проводились в течение трех сезонов вегетации (первый год - весной, второй - весной и осенью) в условиях Славгородского района Могилевской области.

Метеорологические условия первого весеннего вегетационного сезона характеризовались достаточным количеством тепла (среднесуточная температура +16,6°С), но малым количеством осадков (53,5 мм), второго - оптимальным количеством тепла и влаги (среднесуточная температура +12°С, количество осадков - 120,3 мм). Специфичность осеннего сезона заключалась в неравномерности распределения гидротермического фактора в течение сезона: отмечались ранние заморозки и небольшое количество осадков (среднесуточная температура +15,3°С, количество осадков - 68,4 мм). Таким образом, первый и третий сезоны вегетации характеризовались недостаточно благоприятными условиями для роста и развития растений салата, а второй - оптимальными условиями.

Почва опытного участка песчаная, ее плотность радиоактивного загрязнения ¹³⁷Cs составляла 487 кБк/м² (13,2 Ки/км²), рН = 5,0, содержание гумуса - 1,7%, P₂O₅ - 85 мг/кг почвы, K₂O - 138 мг/кг почвы. Изучались следующие сорта салата листового: Московский парниковый (стандарт), Бионда, Грюнетта, Дубовый лист коричневый, Одесский кучерявец. Схема посева -- пятистрочная лента 5x20 см, площадь делянки 1 м², повторность опыта четырехкратная. Удобрения вносились перед посевом в дозе N₆₀Р₈₀К₁₂₀. Уборка проводилась в фазе хозяйственной спелости.

В эксперименте учитывались урожайность биомассы растений, содержание в листьях сухого вещества, ¹³⁷Cs, нитратов. Определение содержания ¹³⁷Cs в пробах проводилось спектрометрическим методом, содержание нитратов - ионометрическим экспресс-методом. Для сравнительной оценки поступления радионуклидов из почвы в растения нами были рассчитаны коэффициенты накопления (Кн), которые показывают отношение содержания радионуклида в единице массы растения к содержанию радионуклида в единице массы почвы (Бк/кг:Бк/кг) и коэффициенты перехода (Кп), представляющие собой отношение содержания радионуклида в растительной массе к поверхностной активности почвы (Бк/кг:кБк/м²) [12, с. 100-101].

Основная часть

В результате исследований были отмечены существенные различия урожайности листьев между изучаемыми сортами салата листового (рис. 1). Так, в среднем по трем сезонам выращивания максимальную урожайность показали сорта салата Московский парниковый (2,26 кг/м²) и Бионда (2,23 кг/м²). Минимальная урожайность в среднем по трем сезонам отмечалась у сорта Дубовый лист коричневый и составила 1,41 кг/м².

Рис. 1. Урожайность листьев сортов салата листового, кг/м²

Урожайность салата различалась по сезонам, что было обусловлено различиями в погодных условиях. Так, максимальная урожайность салата была весной 2-го года исследований, когда метеоусловия были наиболее благоприятными. Весной 1-го года и осенью 2-го года она в среднем была на 1,04 кг/м² (35,5%) и на 1,69 кг/м² (57,7%) соответственно ниже.

В зависимости от условий сезона отмечалась сортовая специфичность по урожайности листьев салата. Так, сорт Московский парниковый (стандарт) в условиях неблагоприятных 1-го весеннего и осеннего сезонов вегетации показал максимальную урожайность (2,41 и 1,69 кг/м² соответственно), а при оптимальных погодных условиях 2-го весеннего сезона его урожайность была близка к среднему по сортам значению (2,67 кг/м²). У сорта Грюнетта в условиях 1-го весеннего сезона вегетации также отмечалась сравнительно высокая урожайность (2,20 кг/м²), при этом на второй год как в весенний, так и осенний сезоны вегетации урожайность данного сорта незначительно отличалась от среднего по сортам значения (2,85 и 1,20 кг/м² соответственно).

Сорт Дубовый лист коричневый отличался низкой урожайностью все три сезона.

Сорт Одесский кучерявец показал максимальную урожайность по сравнению с другими сортами весной 2-го года (3,62 кг/м²), а в условиях весны 1-го года и осени 2-го года данный сорт имел урожайность 1,77 и 1,00 кг/м² соответственно, что ниже средней по сортам.

Сорт салата Бионда отличался высокой урожайностью в условиях весны и осени 2-го года (3,21 и 1,6 кг/м² соответственно), но весной 1-го года имел среднюю урожайность (1,89 кг/м²).

Таким образом, наиболее стабильным по годам и наиболее урожайным был сорт Московский парниковый (стандарт). Сорта Бионда, Одесский кучерявец и Грюнетта были более отзывчивы к оптимальным условиям среды (2-й весенний сезон), но менее стабильны по продуктивности в неблагоприятных условиях (1-й весенний и осенний сезоны вегетации) по сравнению со стандартом. Сорт салата Дубовый лист коричневый в условиях проведенного эксперимента не проявил в полной мере потенциал своей продуктивности. Сортовые различия по урожайности салата листового составляли в среднем 1,6 раз, сезонные - до 3,6 раз.

Результаты исследований по изучению влияния сортовых особенностей салата листового на накопление ¹³⁷Cs приведены на рис. 2.

Рис. 2. Коэффициенты накопления ¹³⁷Cs у сортов салата листового

Минимальное накопление ¹³⁷Cs в листьях салата всех изучаемых сортов было весной 2-го года, т.е. при оптимальных погодных условиях и максимальной урожайности. Среднее значение коэффициента накопления по сортам при этом было более чем в два раза ниже, чем в другие сезоны. В неблагоприятных условиях осеннего вегетационного сезона среднее значение по сортам коэффициента накопления ¹³⁷Cs в листьях салата было максимальным и составило 1,83. В условиях весны 1-го года среднее значение коэффициента накопления по сортам было незначительно выше среднего по сезонам, урожайность также была средней.

Таким образом, результаты наших исследований подтверждают зависимость накопления ¹³⁷Cs от продуктивности растений - так называемый «эффект биологического разбавления», т.е. эффект снижения накопления радионуклидов на единицу массы с повышением продуктивности растений [12 с. 106]. В условиях проведенного эксперимента в целом по трем сезонам коэффициент корреляции между урожайностью листьев салата и Кн составил -0,62 (при его критическом значении на 5%-ном уровне значимости - 0,25).

Однако у разных сортов салата данная закономерность проявилась в разной степени. Так, у сорта салата Московский парниковый (стандарт) в условиях 1-го весеннего сезона вегетации значение коэффициента накопления ¹³⁷Cs было ниже среднего по сортам (1,27), при этом он показал максимальную среди изучаемых сортов урожайность. В условиях весны 2-го года значение коэффициента накопления у данного сорта было минимальным по сравнению с остальными сортами, но урожайность при этом была на 0,26 кг/м² ниже средней по сортам. Максимальное значение коэффициента накопления ¹³⁷Cs (2,09) у этого сорта было в условиях осеннего вегетационного сезона, хотя урожайность при этом была максимальной (1,69 кг/м²) среди исследуемых сортов, т.е. по признаку накопления ¹³⁷Cs сорт Московский парниковый был менее стабилен по сезонам (различия между максимальным и минимальным значениями Кн составляли 6,3 раза), чем по урожайности (1,67 раза).

Сорт Бионда имел самые низкие значения коэффициентов накопления ¹³⁷Cs во все три сезона по сравнению с другими изучаемыми сортами: 0,9; 0,35 и 1,39 соответственно. При этом урожайность у данного сорта весной 1-го года была средней, а весной и осенью 2-го года - высокой по сравнению с остальными сортами салата.

Сорт Грюнетта отличался высоким накоплением ¹³⁷Cs все три сезона исследований. Максимальное значение коэффициента накопления радионуклида в растениях было в условиях осеннего вегетационного сезона при низкой урожайности. В условиях весенних вегетационных сезонов значения Кп были существенно ниже - соответственно 1,64 и 0,72, а урожайность была значительно выше. Эффект биологического разбавления в максимальной степени проявился именно в этом сорте.

Сорт Дубовый лист коричневый имел максимальные коэффициенты накопления ¹³⁷Cs в условиях весны 1-го (1,8) и весны 2-го года (0,86) при низкой урожайности. Значение Кп в условиях осени у данного сорта было ниже среднего по сортам и составило 1,74 при минимальной среди сортов урожайности.

Накопление ¹³⁷Cs в листьях сорта Одесский кучерявец в наименьшей степени зависело от урожайности, чем у других сортов.

Таким образом, установлено, что изучаемые сорта салата листового существенно различались между собой по накоплению ¹³⁷Cs. Минимальным накоплением радионуклида отличался сорт Бионда. Максимальное накопление ¹³⁷Cs в среднем по сезонам было у сортов Грюнетта и Дубовый лист коричневый. Сортовые различия в первый сезон вегетации достигали 2-х раз, 2-й и 3-й - 2,6 и 1,7 раз соответственно, что в среднем составляет 2,1 раза. Сезонные различия по накоплению ¹³⁷Cs салатом составляли 2,3-3,0 раза.

Согласно Республиканским допустимым уровням (РДУ-99) предельно допустимое содержание ¹³⁷Cs в овощной продукции, в том числе листьях салата листового, составляет 100 Бк/кг. Как видно из таблицы 1, этот показатель в среднем по сезонам превышал установленный предел у всех исследуемых сортов (101-182 Бк/кг). Следовательно, производство нормативно чистой продукции салата на легких, малообеспеченных калием и фосфором почвах в условиях радиоактивного загрязнения является проблематичным.

Таблица 1. Показатели перехода ¹³⁷Cs из почвы в листья салата

Нами также определены значения коэффициентов перехода ¹³⁷Cs из почвы в листья салата, с помощью которых проведен прогнозный расчет критической плотности загрязнения почвы ¹³⁷Cs, выше которой возделывание салата не рекомендуется (табл.1). Салат, выращенный на почвах с плотностью загрязнения ¹³⁷Cs ниже критических уровней, будет нормативно чистым, т.е. содержание ¹³⁷Cs в нем не будет превышать предела, установленного РДУ-99.

Поскольку исследования проводились на легкой, малообеспеченной калием и фосфором, кислой дерново-подзолистой почве, отличающейся высокими переходами радионуклидов в растения, установленные нами значения коэффициентов перехода могут рассматриваться как максимальные для изучаемых сортов салата, так как на более связных и плодородных дерново-подзолистых почвах коэффициенты перехода ¹³⁷Cs из почвы в листья салата будут значительно ниже [12-15].

Расчеты показали, что наиболее жесткие ограничения по загрязнению почвы ¹³⁷Cs необходимо соблюдать при возделывании сортов салата Грюнетта - 175 кБк/м² (4,7 Ки/км²) и Московский парниковый - 200 кБк/м² (5,4 Ки/км²). Несколько меньше ограничения при выращивании сорта Дубовый лист коричневый - 238 кБк/м² (6,4 Ки/км²) и еще меньше сортов Одесский кучерявец - 270 кБк/м² (7,3 Ки/км²) и Бионда - до 303 кБк/м² (8,2 Ки/км²).

Результаты определения содержания нитратов в листьях салата приведены на рис.3. Установлено, что на содержание нитратов в листьях салата оказывали влияние не только сортовые особенности культуры, но и условия сезонов выращивания.

Рис. 3. Содержание нитратов в листьях сортов салата листового

Так, минимальным накоплением нитратов в среднем по сезонам характеризовался сорт салата Московский парниковый (211 мг/кг). Максимальное накопление нитратов в среднем по сезонам отмечалось в листьях сорта салата Грюнетта и составило 343 мг/кг, что в 1,6 раза выше по сравнению со стандартом. Сорта салата Бионда и Дубовый лист коричневый отличались повышенным накоплением нитратов, при этом содержание нитратов в листьях в среднем по сезонам было соответственно в 1,33 и 1,29 раза выше, чем у стандарта и составляло 282 и 272 мг/кг. Содержание нитратов в листьях сорта Одесский кучерявец было невысоким, лишь на 5,7% выше по сравнению со стандартом. Необходимо отметить, что в целом изучаемые сорта имели невысокое содержание нитратов в листьях, в среднем по сортам и по сезонам - 266 мг/кг, что в 7,5 раз ниже уровня ПДК для нитратов в зеленных культурах (2000 мг/кг).

Накопление нитратов у большинства исследуемых сортов салата различалось по сезонам, за исключением сорта Дубовый лист коричневый, который был стабилен по признаку накопления нитратов все три сезона исследований. Незначительные различия содержания нитратов в листьях по сезонам выращивания отмечались также у сорта Московский парниковый. Максимальная разница в накоплении нитратов по сезонам отмечалась у сорта Грюнетта, при этом содержание нитратов в листьях весной 1-го года исследований было в 2 раза ниже, чем весной 2-го года, и в 1,9 раза ниже по сравнению с осенью 2-го года. У сортов Одесский кучерявец и Бионда различия в накоплении нитратов по сезонам были менее существенными.

Статистически достоверной связи величины содержания нитратов в листьях салата с урожайностью и коэффициентом накопления листьями ¹³⁷Cs выявлено не было (r _факт. < r _крит.), хотя отмечалась определенная тенденция роста содержания нитратов с увеличением урожайности листьев.

В целом, комплексная оценка сортов салата позволила заключить следующее. Наименьшим накоплением ¹³⁷Cs характеризовался сорт салата Бионда, который также имел высокую урожайность. Вместе с тем содержание нитратов в листьях данного сорта было несколько повышенным. Также необходимо отметить сорт Московский парниковый как наиболее урожайный, с наименьшим накоплением нитратов и относительно небольшим накоплением ¹³⁷Cs. Сорт салата Одесский кучерявец характеризовался средним накоплением ¹³⁷Cs и низким накоплением нитратов по сравнению с другими исследуемыми сортами. Сорта Грюнета и Дубовый лист коричневый в среднем по сезонам были менее урожайными, имели высокие коэффициенты накопления ¹³⁷Cs и характеризовались повышенным содержанием нитратов в листьях по сравнению с другими исследуемыми сортами.

Заключение

1. Установлено, что на дерново-подзолистой песчаной почве сортовые различия салата листового по накоплению в листьях ¹³⁷Cs достигали 2,1 раза, по накоплению нитратов - 1,8 раз. При этом в большинстве случаев отмечался эффект биологического разбавления, т.е. наблюдалось снижение содержания ¹³⁷Cs в листьях салата с увеличением его урожайности.

2. Статистически достоверной зависимости содержания нитратов в листьях салата от урожайности и коэффициентов накопления ¹³⁷Cs не выявлено.

3. Наиболее предпочтительными среди исследуемых сортов для выращивания в условиях радиоактивного загрязнения на легких почвах с низким плодородием являются сорта салата Московский парниковый и Бионда.

4. Критическая плотность загрязнения почвы ¹³⁷Cs, выше которой возделывание салата не рекомендуется, находится в пределах 175-303 кБк/м² (4,7-8,2 Кu/км²) в зависимости от сорта.

Литература

1. Panayotova, M. Impact of sulphide non-ferrous ore mining and dressing activities on the environment / M. Panayotova // Journal of Environmental Science and Health. Part A, Environmental Science and Engineering and Toxic and Hazardous Substance Control. 1997, Vol. 32, № 8. P. 2213-2228.

2. Crews, H.M. Heavy metal uptake from contaminated soil by six varieties of lettuce (Lactuca sativa L.) / H.M. Crews, B.E. Davies // J. Agric. Sci. 1985. Vol. 105. P. 591-595.

3. Paasikalio, A. The transfer of cesium-137 and strontium-90 from soil to food crops after Chernobyl accident / A. Paasikalio, A. Rantavaara, J. Sippola // Science of the Total Environment. 1994. Vol. 155, №2. P. 109-124.

4. Радыяцыя, нiтраты i чалавек / М.I. Федзюковiч [i др.]. Мiнск, 1994. 120 с.: iл.

5. Аутко, А.А. Технологии возделывания овощных культур / А.А. Аутко. Минск, 2001. 271 с.

6. Сельскохозяйственная радиоэкология / Р.М. Алексахин [и др.]. М.: Экология, 1992. 400 с.

7. Правила ведения агропромышленного производства в условиях радиоактивного загрязнения земель Республики Беларусь на 2002-2005 гг. / Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь. Минск, 2002. 74 с.

8. Roorda van Eysinga, J.P.N.L. Effect of nitrogen nutrition and global radiation on yield and nitrate content of lettuce grown under glass / J.P.N.L. Roorda van Eysinga, M.Q. Meijs // Commun. in Soil Sci. Plant Anal. 1985. Vol. 16, №12. P. 1293-1300.

9. Jaervan, M. The dependence of nitrate content of vegetables on biological peculiarities and growth conditions / M. Jaervan // Journal of Agricultural Science. 1994. Vol. 5. №2. P. 149-169.

10. Переднев, В.П. Влияние удобрений на урожай и качество кочанного салата / В.П. Переднев, Н.Ю. Жабровская // Сб. науч. тр. / Белорусский НИИ овощеводства. Минск, 1996. Вып.9: Выращивание овощей. С. 116-123.

11. Красинская Л.Н. Накопление радионуклидов различными видами и сортами овощных культур / Л.Н. Красинская // Сельскохозяйственная деятельность в условиях радиоактивного загрязнения: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Горки, 29 июня-2 июля 1998 г. / БГСХА; редкол.: А.И. Горбылева [и др.]. Горки, 1998. С. 67-68.

12. Чернуха, Г.А. Радиационная безопасность: учеб. пособие / Г.А. Чернуха, Н.В. Лазаревич, Т.В. Лаломова. Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2005. 176 с.

13. Путятин, Ю.В. Минимизация поступления радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в растениеводческую продукцию / Ю.В. Путятин. Минск: Ин-т почвоведения и агрохимии, 2008. 268 с.

14. Общие закономерности загрязнения продукции растениеводства на территории, подвергшейся радиоактивному загрязнению / П.Ф. Бондарь [и др.] // Проблема с.-х.: сб. науч. тр./ Укр. науч.-исслед. ин-т с.-х. радиологии; под ред. Н.А. Лощилова. Киев, 1991. Вып. 1. С. 88-105.

15. Юдинцева, Е.В. Свойства почв и накопление ¹³⁷Cs в урожае растений / Е.В. Юдинцева, Л.И. Павленко, А.Г. Зюликова // Агрохимия. 1981. №8. С. 86-93.

Размещено на Allbest.ru