Основы экологии

В первую очередь эта закономерность объясняется более благоприятными, перечисленными выше, свойствами черноземных почв.

Существует обратная зависимость накопления Sr-90 в растениях от емкости поглощения почв и содержания обменного кальция. С увеличением содержания обменного кальция и величины емкости поглощения доступность ⁹⁰Sr растениями снижается.

Поступление ¹³⁷Cs из почвы в растения определяется суммой поглощенных оснований и количеством обменного калия в почве. На почвах с низкой суммой поглощенных оснований и относительно небольшим количеством обменного калия происходит более интенсивное поглощение ¹³⁷Cs растениями, чем на почвах, имеющих более высокие эти показатели.

Применительно к проблеме загрязнения почвенно-растительного покрова Сs-137 решающее значение имеет сходство в поведении этого радионуклида и его основного неизотопного носителя - калия. Калий и цезий - щелочные металлы, относящиеся к 1 группе элементов таблицы Д.И. Менделеева.

Калий находится в почве в макроколичествах, в то время как Cs-137 в ультрамикроконцентрациях. Вследствие этого в почвенном растворе происходит сильное разбавление микроколичеств ¹³⁷Cs ионами К⁺, и при поглощении их корневыми системами растений отмечается конкуренция за места сорбции на поверхности корней, поэтому при поступлении данных элементов из почв или растворов в растения наблюдается «антагонизм» ионов Cs и К.

Кроме того, причиной дискриминации ¹³⁷Сs относительно К при переходе из почвы в растения является более сильная сорбция твердой фазы почвы ¹³⁷Сs по сравнению с К.

На кислых почвах радионуклиды поступают в растения в значительно больших количествах (например, Сs-137 в 2-3 раза больше), чем из слабокислых, нейтральных мили слабощелочных. Ликвидация избыточной кислотности, как правило, уменьшает размеры перехода радионуклидов в растения.

Важное влияние на миграцию радионуклидов в почве и поглощение их растениями оказывает органическое вещество. Для большинства радионуклидов увеличение содержания гумуса в почве является фактором, снижающим их переход в растения.

Поведение радионуклидов связано с органическим веществом почв специфичес4кой природы - гуминовыми и фульвокислотами. Способность гуминовых кислот адсорбировать ионы, а также образовывать прочные сложные комплексы с радионуклидами оказывает влияние на сорбцию их в почве и поступление в растения.

Поступление радиоактивных элементов в растения в значительной степени зависит от гранулометрического состава почв. С увеличением дисперсности почвенных частиц поступление радионуклидов в растения снижается. Это обусловлено тем, что мелкие фракции почв характеризуются повышенной емкостью поглощения вследствие большой удельной поверхности, изменения состава обменных катионов и количества органического вещества.

Поэтому на почвах тяжелого гранулометрического состава происходит меньшее накопление радионуклидов в растениях, чем на легких почвах.

Например, из дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы радионуклидов поступает в растения в 2-3 раза меньше, чем из дерново-подзолистой среднесуглинистой.

Поступление ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в растения обуславливается также минералогическим составом почв. Минералы монтмориллонитовой группы (асканит, гумбрин), а также слюды и гидрослюды (биотит, флогопит, вермикулит), обладая способностью к эндомицеллярному необменному поглощению радионуклидов, значительно снижают их поступление в растения.

Резкое снижение доступности 137Сs растениям под влиянием флогопита и гидрофлогопита обусловлено, очевидно, не только более прочным закреплением его в кристаллической решетке, но и повышенным содержанием подвижного калия в этих слюдах.

Минералогический состав почв, как и гранулометрический, в системе почва-растение сильнее влияет на подвижность ¹³⁷Cs, чем ⁹⁰Sr, что связано с более выраженной способностью к необменной фиксации ¹³⁷Сs некоторыми глинистыми минералами.

Еще большее влияние на накопление радионуклидов в сельскохозяйственной продукции оказывает режим увлажнения почв. Установлено, что переход радиоцезия в многолетние травы повышается в 10-27 раз на дерново-глеевых и дерново-подзолисто-глеевых почвах по сравнению с автоморфными и временно-избыточно увлажняемыми разновидностями этих почв. Исследованиями БелМИИ мелиорации и луговодства установлено, что минимальное накопление цезия-137 в многолетних травах обеспечивается при поддержании уровня грунтовых вод на глубине 90-120 см от поверхности осушенных торфяных и торфяно-глеевых почв.

Установленные в исследованиях закономерности подтверждены практикой. На переувлажненных песчаных и торфяных почвах, например в Наровлянском и Лельчицком районах Гомельской области, Сталинском и Лунинецком районах Брестской области, высокая степень загрязнения травяных кормов и молока наблюдается даже при относительно низких плотностях загрязнения цезием-137 (2-5 Ки/км²) и стронцием-90 (0,3-1,0 Ки/км²). В то же время на окультуренных участках дерново-подзолистых суглинистых почв продукция с допустимым содержанием радионуклидов может быть получено при плотности загрязнения цезием-137 до 20-30 Ки/км².

Поведение стронция-90 и цезия-137 в системе 'почва-растение' имеет ряд отличительных особенностей. Поступление стронция-90 из почв в растения практически в 10 раз выше, чем цезия-137 при одинаковой плотности загрязнения земель.

Очевидно, что плотность загрязнения почв сельскохозяйственных угодий радионуклидами не может однозначно отражать уровень загрязнения выращиваемой сельскохозяйственной продукции и в настоящее время для разработки эффективных защитных мероприятий необходим учет основных свойств почв каждого поля.

Особенности минерального питания, разная продолжительность вегетационного периода и другие биологические особенности различных видов растений влияют на накопление радионуклидов. Содержание цезия-137 в расчете на сухое вещество отдельных культур может различаться до 180 раз, а накопление стронция-90 - до 30 раз при одинаковой плотности загрязнения почв. Сортовые различия в накоплении радионуклидов значительно меньше (до 1,5-3,0 раз), но их также необходимо учитывать при подборе культур.

На основании обобщения экспериментального материала последних лет уточнены коэффициенты перехода радионуклидов цезия-137 и стронция-90 из почвы в основную и побочную продукцию сельскохозяйственных культур на различных почвах (из расчета на плотность загрязнения 1 Ки/км²), необходимые для прогноза уровней загрязнения сельскохозяйственной продукции

6.3 Общие принципы организации сельскохозяйственного производства в условиях радиоактивного загрязнения

В возникших условиях одной из самых острых в республике проблем встает возможность ведения с.-х. производства на загрязненных территориях, обеспечивая при этом получение продукции с содержанием радионуклидов в безопасных для здоровья количествах.

Влиять на снижение содержания радионуклидов в продуктах питания можно на трех этапах:

1 - почва-растения

2 - корм-животное

3 - доработка и переработка с.-х. сырья.

Ключевым в трофической цепи является звено почва-растение. Связав радионуклиды в почве, мы прерываем их движение по всей цепи.

Контрмеры, применяемые на данном этапе, являются наиболее рациональными и оправданными.

Для получения сельскохозяйственной продукции с допустимым содержанием радионуклидов и обеспечения радиационной безопасности работающих разработаны организационные, агротехнические, агрохимические, технологические и санитарно-гигиенические мероприятия.

Организационные мероприятия предусматривают:

-инвентаризацию угодий по плотности загрязнения радионуклидами и составление карт;

-прогноз содержания радионуклидов в урожае и продукции животноводства;

-инвентаризацию угодий в соответствии с результатами прогноза и определение площадей, где возможно выращивание культур для различного использования:

а) на продовольственные цели;

б) для производства кормов;

в) для получения семенного материала;

г) на техническую переработку;

-исключение угодий из хозяйственного использования или перевод выведенных из землепользования в хозяйственное использование;

-изменение структуры посевных площадей и севооборотов;

-переспециализацию отраслей животноводства;

-организацию радиационного контроля продукции;

-оценку эффективности мероприятий и уровня загрязнения урожая после их проведения.

Агротехнические приемы предусматривают:

-увеличение доли площадей под культуры с низким уровнем накопления радионуклидов;

-коренное и поверхностное улучшение сенокосов и пастбищ, включающее культуртехнические мероприятия, посев травосмесей с минимальным накоплением радионуклидов, фрезерование и глубокую вспашку с оборотом пласта верхнего слоя на естественных кормовых угодьях, гидромелиорацию (осушение и оптимизацию водного режима, предотвращение вторичного загрязнения почв за счет комплекса противоэрозионных мероприятий;

- применение средств защиты растений.

Агрохимические мероприятия предусматривают оптимизацию физико-химических свойств почв посредством:

-известкования кислых почв;

-внесения органических удобрений;

-внесения повышенных доз фосфорных и калийных удобрений;

-оптимизации азотного питания растений на основе почвенно-растительной диагностики;

-внесения микроудобрений.

Технологические приемы включают:

-промывку и первичную очистку убранной плодоовощной и технической продукции;

-переработку полученной продукции с целью снижения в ней концентрации радионуклидов;

-специальную систему кормления животных с применением сорбирующих препаратов.

6.4 Прогноз загрязнения растениеводческой продукции

Прогноз загрязнения растениеводческой продукции позволяет заблаговременно планировать набор культур для возделывания на загрязненных радионуклидами угодьях, их размещение по полям севооборотов и отдельным участкам с учетом плотности загрязнения почв и возможности использования получаемой продукции (продовольственные цели, фураж, промышленная переработка и др.).

Для прогноза используются значения коэффициентов перехода радионуклидов из почвы в урожай из расчета на 1 Ки/км², которые дифференцированы в зависимости от типа и гранулометрического состава почв, содержания обменного калия и реакции почвенной среды, а также результаты агрохимического и радиологического обследования почв, представленные в виде агрохимических паспортов полей и совмещенных картограмм загрязнения почв цезием-137 и стронцием-90 в границах хозяйств с принятыми градациями (табл. 2).

Таблица 1 градации по степени загрязненности почв радионуклидами

Степень загрязнения	Цезий-137	Стронций-90
	Запас в пахотном (гумусовом) слое, Ки/км2	Обозначение на картограммах, окраска	Запас в пахотном (гумусовом) слое, Ки/км2	Вид штриховки
1	менее 1,0	не окрашивать	менее 0,15	не штрихуется
2	1,0 - 4,9	голубой	0,15 - 0,30	11111111И
3	5,0 - 9,9	синий	0,31 - 0,50	////////
4	10,0- 14,9	зеленый	0,51 - 1,00	\\\\\\\\
5	15,0-29,9	желтый	1,01 - 2,00	хххххххх
6	30,0 - 39,9	оранжевый	2,01 - 2,99	+++++++
7	40 и более	красный	3 и более	+\+\+\+

Радиологическое обследование сельскохозяйственных угодий проводится в соответствии с " Дополнениями к методике крупномасштабного агрохимического и радиологического исследования почв сельскохозяйственных угодий Республики Беларусь" (Минск, 1995).

Исследования, проведенные за период 1992-1996 гг., показали, что поведение радионуклидов в системе почва-растение продолжало изменяться. Установлено дальнейшее снижение подвижности цезия-137 вследствие перехода его в необменно-поглощенное состояние и увеличение подвижности стронция-90, что обусловило соответствующие изменения биологической доступности радионуклидов. По сравнению с 1991 г. доступность цезия-137 растениям снизилась в среднем в 1,5 раза, тогда как стронция-90, наоборот, повысилась на 5-25%. В связи с этим были уточнены коэффициентов перехода радионуклидов цезия и стронция из почв в сельскохозяйственные культуры.

Пример расчета прогнозируемого уровня загрязнения растениеводческой продукции.

В настоящее время в практике применяется две единицы радиоактивности - беккерель (Бк) и кюри (Ки), 1 Ки=3,7·10¹⁰ Бк или 1 нКи (1·10^-9 Ки)= 37 Бк.

Для прогноза уровня загрязнения конкретной культуры радионуклидами цезия или стронция необходимо коэффициенты перехода, рассчитанные для плотности загрязнения почв 1 Ки/км², умножить на величину плотности загрязнения почвы. Полученный результат будет соответствовать уровню загрязнения растениеводческой продукции, выращенной на конкретном поле без проведения дополнительных защитных мероприятий, направленных на снижение перехода радионуклидов из почвы в растения. Например, необходимо определить уровень радиоактивной загрязненности сена многолетних злаковых трав цезием-137 на дерново-подзолистых супесчаных почвах. Плотность загрязнения почвы по цезию-137 равна 10 Ки/км² при содержании обменного калия 150 мг/кг почвы. По справочной таблице находим значение коэффициента пропорциональности (удельная радиоактивность 1 кг продукции при плотности загрязнения почв 1 Ки/км² ), который равен 0,80 нКи/кг, умножаем на 10 Ки/км² и на коэффициент 37 (для перевода нКи в Бк). Таким образом, прогнозируемое загрязнение сена цезием-137 составит: 0,8 · 10 · 37 = 296 Бк/кг. Сопоставляя полученную величину с нормативной, определяем возможность использования сена. В данном случае сено может без ограничения скармливаться дойному стаду для получения цельного молока. Аналогичным образом делаются расчеты для прогноза содержания стронция-90 в сельскохозяйственных культурах. При этом учитывается уровень кислотности почвы.

6.5 Подбор культур

Многолетние травы сенокосов и пастбищ отличаются наибольшей способностью аккумулировать цезий-137 и стронций-90. Осоково-злаковые и, особенно, осоковые ценозы, приуроченные к постоянно переувлажненным, пониженным элементам рельефа, накапливают цезия-137 в 5-100 раз больше, чем злаковые ценозы из ежи сборной и мятлика лугового. Различия в накоплении стронция-90 также существенны, по степени уменьшения поступления радионуклида они располагаются в следующем порядке: разнотравье, осоки, ежа сборная, мятлик.

Среди многолетних злаковых трав по накоплению цезия-137 установлен следующий убывающий ряд: костер безостый, тимофеевка, ежа сборная, овсяница, мятлик луговой, райграс пастбищный. Накопление цезия-137 на единицу сухого вещества однолетних полевых культур уменьшается в следующем порядке: зерно люпина, зеленая масса пелюшки, редьки масличной и рапса, зерно гороха и вики, семена рапса, зеленая масса гороха, вики, ботва свеклы, солома ячменя, овса, озимой ржи и тритикале, озимой пшеницы, зерно кукурузы, овса, озимой ржи, тритикале, озимой пшеницы.

Убывающий ряд культур по накоплению стронция-90 существенно отличается от такового по цезию-137: клевер, горох, рапс, люпин, однолетние бобово-злаковые смеси, разнотравье суходольных сенокосов и пастбищ, многолетние злаковые травы, солома ячменя, солома овса, зеленая масса кукурузы и озимой ржи, свекла кормовая, зерно ячменя, овса, озимой ржи, картофель.

Отмечены различия в накоплении радионуклидов, связанные с сортовыми особенностями культур. Сорта интенсивного типа, потребляющие значительные количества питательных веществ, отличаются повышенным накоплением радионуклидов (сорта ячменя Березинский, Роланд, Селянин, Верос, картофель Орбита). Подбор сортов с минимальным накоплением радионуклидов не требует значительных затрат и может быть особенно эффективным в овощеводстве и при возделывании столового картофеля на почвах, загрязненных стронцием-90. Минимальное загрязнение клубней стронцием-90 наблюдается при возделывании ранних и среднеспелых сортов картофеля Аксамит, Альтаир, Сантэ и Синтез. По отношению к цезию-137 эти различия несущественны.

В связи с проведенным комплексом агротехнических и агрохимических защитных мер и естественными процессами уменьшения подвижности радиоцезия в почве, объемы загрязненных сверх допустимых уровней зерна, картофеля и кормовых корнеплодов, начиная с 1988 года, быстро снижались. С 1993 года в колхозах и совхозах республики практически не производилось зерно, картофель и корнеплоды, загрязненные цезием-137 сверх допустимых уровней.

В связи с введением новых допустимых уровней (РДУ-96) гарантированное производство зерновых культур и картофеля на продовольственные цели становится возможным при плотности загрязнения пахотных угодий цезием-137 до 15 Ки/км². Для целенаправленного, планомерного ведения сельскохозяйственного производство в зоне 15-40 Ки/км² необходим прогноз возможности производства различных видов продукции растениеводство и животноводства с учетом гранулометрического состава и агрохимических свойств каждого поля. Возделывание на продовольственные цели озимой пшеницы, ржи, ячменя, картофеля и некоторых овощных культур (огурцы, кабачки, томаты) на землях с плотностью загрязнения цезием-137 15-40 Ки/км² возможно только на хорошо окультуренных дерново-подзолистых суглинистых и супесчаных почвах (при отсутствии загрязнения почв стронцием-90). На окультуренных песчаных почвах возделывание этих же культур возможно при плотности загрязнения почв менее 30 Ки/км². Необходимо строго учитывать уровень загрязнения почвы при возделывании столовых корнеплодов - свеклы и моркови, особенно на песчаных почвах, поскольку имеется вероятность получения урожая с превышением допустимых уровней содержания цезия-137. При размещении столовых корнеплодов на легких почвах необходим прогноз возможного накопления радиоцезия урожаем.

При плотности загрязнения почв стронцием-90 1-3 Ки/км² практически невозможно возделывание столового картофеля и зерновых культур на продовольственные цели. Зерновые культуры могут использоваться на фураж, преимущественно для мясного откорма и производства молока-сырья для переработки на масло. Сенокосы и пастбища можно использовать для дойного стада ограниченно, в основном, для производства молока-сырья. На окультуренных пахотных почвах и улучшенных луговых угодьях мясное скотоводство здесь можно вести с минимальными ограничениями на заключительной стадии откорма. Зеленые и грубые корма, получаемые но торфяно-болотных почвах, а также на естественных пастбищах и сенокосах, пригодны только для начальной стадии откорма животных.

Сокращение посевов клевера с заменой их на злаковые травостои обосновано только на почвах, загрязненных стронцием-90 с плотностью более 0,3 Ки/км², где зеленая масса и сено клевера непригодны для скармливания дойному стаду, так как клевер накапливает радионуклиды стронция в среднем в 2,5 раза больше, чем злаковые травы. На дерново-подзолистых почвах, загрязненных преимущественно цезием-137, посевы клевера предпочтительны, так как он накапливает радиоцезий в среднем на 30 % меньше, чем многолетние злаковые травы. На дерново-подзолистых почвах с плотностью загрязнения цезием-137 5-15 Ки/км² и стронцием-90 - 0,3-0,5 Ки/км² более пригодны клеверо-злаковые травосмеси, которые обеспечивают кормовой рацион белком при минимальных дозах азотных удобрений, а на плодородных почвах - и без минерального азота. Полное исключение бобового компонента из травосмесей требует повышенных доз азота, что усиливает загрязнение растений радиоцезием. На загрязненных торфяно-болотных почвах целесообразны только злаковые травосмеси, так как клевер накапливает здесь примерно в два раза больше радионуклидов цезия и стронция, чем многолетние злаковые травы.

Особого внимания заслуживают посевы кукурузы, высокие урожаи зеленой массы которой можно получать как при чередовании ее с другими культурами в севообороте, ток и в бессменных посевах в течение двух-трех лет. Расширение посевов кукурузы на зерно в южных районах республики позволяет пополнить кормовой баланс, поскольку на дерново-подзолистых почвах легкого гранулометрического состава невозможно возделывание многолетних бобовых трав. Кроме того, зерно кукурузы меньше накапливает радионуклиды.

Главными условиями при подборе культур является пригодность почв по гранулометрическому составу и режиму увлажнения, степени окультуренности и плотности радиоактивного загрязнения. Необходимо также учитывать и общебиологические требования растений к предшественникам, поскольку важнейшим элементом системы земледелия на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению, является севооборот.

Это указывает на необходимость разработки планов размещения сельскохозяйственных культур по полям севооборотов с учетом всех свойств и особенностей каждого поля, используя последние материалы радиологического и агрохимического обследования почв и уточненные коэффициенты перехода радионуклидов из почвы в растения и далее в продукцию животноводства.

6.6 Обработка почв

Система обработки почв в зоне радиоактивного загрязнения направлена на снижение накопления радионуклидов в урожае, уменьшение эрозионных процессов и снижение времени воздействия излучения на работающих в поле.

Глубокая мелиоративная вспашка, которая в наибольшей степени снижает поступление радионуклидов в растения (до 5-10 раз), возможна на почвах с мощным гумусовым (торфяным) слоем и в условиях Беларуси имеет ограниченное применение. Выполняют ее плантажными, болотными или специальными одноярусными плугами с предплужниками (ПБН-3-50А, ПНУ-4-40), а также ярусными (ПСН-4-40, ПНЯ-4-42). На минеральных почвах верхний слой 8-10 см укладывается прослойкой по дну борозды глубиной 27-40 см, а чистый от радионуклидов слой перемещается поверх его без оборота (ПСН-4-40) или с оборотом (ПНУ-4-40, ПНЯ-4-42). По пласту многолетних трав для проведения такой вспашки необходима предварительная разделка дернины, лучше всего фрезерование (ФН-1,8) но глубину слоя загрязнения.

Схема такой вспашки может быть использована на вновь осваиваемых землях и на глубоко залежных торфяниках с выполненной на них после аварии неглубокой обработкой, т.е. когда радионуклиды распределены в слое 0-25 см. Но при этом должна быть увеличено до 50-60 см общая глубина вспашки (ПТН-0,9). Глубокая специальная вспашка - мероприятие разовое и последующие обработки проводятся таким образом, чтобы их глубина была меньше глубины расположения заделанного загрязненного слоя.

Традиционная отвальная система обработки почвы совершенствуется в направлении максимально возможного совмещения операций основной и дополнительных обработок, а также применения новых высокопроизводительных машин, таких как лущильники ЛАГ-10 (15), бороны БДТ-7 (10), культиваторы чизельные КЧН (КЧП)-5,4, комбинированные агрегаты финишной обработки АКШ-7,2 (3,6). Преимущественное ее использование - на землях со средне- и тяжелосуглинистыми почвами.

Эродированные и эрозионноопасные склоны, а также уплотненные и временно избыточно увлажненные участки следует обрабатывать безотвально с периодическим рыхлением и щелеванием орудиями РЩ-3,5, РУ-45-1, АКР-4,5 (2.5). Для проведения щелевания зяби можно использовать чизельные плуги ПЧ-4,5 (2,5), ПЧК-4,5 (2,5).

На легких песчаных и супесчаных почвах с уровнем загрязнения менее 15 Ки/км² по цезию-137 и менее 1 Ки/км² по стронцию-90 целесообразна система минимальной обработки. Вспашка необходима только на задернованных агрофонах, а также под пропашные культуры (картофель, корнеплоды) при внесении высоких доз органических удобрений. При этом пахотный агрегат должен быть комбинированным, с более совершенными рабочими органами по качеству крашения пласта и заделки верхнего слоя. Для этого рекомендуются плуги типа ПЛН, оборудованные корпусами с полувинтовыми отвалами, выпуск которых освоен в Республике Беларусь. Высокое качество обработки почв достигается при использовании комбинированных пахотных агрегатов на базе камнезащитных плугов (ПКГ, ППП), оборудованных унифицированными корпусами ПГЦ-71,000:

- с полувинтовыми отвалами - для обработки стерневых агрофонов;

- с винтовыми отвалами - для обработки задернованных почв.

В качестве орудий дополнительной (в т.ч. и финишной) обработки почвы могут использоваться специализированные машины ППР-2,3, ПВР-3,5 (2,7; 2,3) или общего назначения - кольчато-шпоровые катки типа ККШ, зубовые бороны. Составляются комбинированные пахотные агрегаты при помощи унифицированного приспособления ППМ-7. Под другие культуры севооборота (зерновые, однолетние травы и др.) рекомендуется применение неглубокой (на 10-14 см) обработки чизельными культиваторами с последующим применением предпосевной обработки. Лучшим вариантом является выполнение обработки за один, максимум два прохода комбинированными почвозащитными агрегатами АЧУ-2,8, АКП-3,9Б.

При высокой плотности загрязнения радионуклидами (15-40 Ки/км² по цезию-137 и 1-3 Ки/км² по стронцию-90) рекомендуется комбинированная система обработки почвы. Она включает чередование минимальных обработок с ярусной отвальной вспашкой 1-2 раза в севообороте при одновременной заделке в подпахотные слои больших доз органических удобрений и сидератов. Глубина ярусной вспашки не превышает мощности пахотного горизонта. Одновременно выполняется предпосевная обработка. Для этой цели разработан комбинированный агрегат АКЯ-4-42.

Посев зерновых, зернобобовых и крестоцветных культур должен быть особо качественным, на строго заданную глубину с равномерным распределением по площади питания. При этом локальное внесение минеральных удобрений является предпочтительным. Повышение эффективности и уменьшение потерь удобрений обеспечивается при закладке их на глубину 5-9 см с боковой ориентацией относительно рядков семян в пределах 3-4 см. Для этих целей используют комбинированную сеялку СЛЗ-3,6 с 2-х дисковыми сошниками разных диаметров. На плодородных почвах с высоким уровнем минерального питания по фону отвальной обработки можно использовать высокопроизводительные зерновые сеялки СПУ-6, С-6, а также СПТ-7,2 для посева трав в чистом виде или под покров.

Коренное улучшение является наиболее эффективным способом снижения поступления радионуклидов из почвы в луговые травы малопродуктивных естественных кормовых угодий. Первичную обработку дернины осуществляют тяжелыми дисками в два-три следа. Слабозадерненные луга пашут обычными плугами на глубину 18-20 см, а сильнозадерненные и луга на торфяно-болотных почвах - кустарниково-болотным плугом на глубину 30-35 см, а при мощном торфяном слое - до 40-45 см.

На сенокосах и пастбищах, где после катастрофы было проведено перезолужение с запахиванием дернины на дно борозды, при повторном перезолужении вспашка недопустима. Следует проводить поверхностное фрезерование и прикатывание с посевом агрегатом АПР-2.6, или обновлять травостой путем подсева трав в дернину фрезерной сеялкой МД-3.6. На переувлажненных почвах тяжелого гранулометрического состава перед применением посевных машин необходимо предварительно разделать дернину чизельными орудиями и провести фрезерование. На перезалуженных участках высокоплодородных почв возможно сохранять длительный период (5-6 лет) высокую продуктивность травостоя, а также менять его ботанический состав путем подсева сеялкой МД-3,6 во фрезерованные бороздки многокомпонентных смесей трав, при норме высева семян 50% от полной. Для оптимизации агрофизических условий в корнеобитаемом слое и улучшения режима питания растений на сенокосах и пастбищах рекомендуется не реже одного раза в пять лет проводить подпокровное рыхление. Минимальное нарушение целостности дернины и выравненности поверхности достигается плугами-рыхлителями типа "ПАРАПЛАУ" (ПРПВ-5-50). Коренное и поверхностное улучшение луговых угодий -эффективная мера, позволяющая не менее чем вдвое уменьшить поступление радионуклидов в травы.

Предложенная система обработки почв и применение высокопроизводительных комбинированных агрегатов позволяет снизить на 30-40 % внешние дозовые нагрузки на механизаторов, трудозатраты до 50% и расход горюче-смазочных материалов на 30-35 %.

6.7 Применение удобрений

Одним из наиболее эффективных способов снижения уровня загрязнения с.-х. культур является применение в научно обоснованных нормах минеральных (макро- и микро -), известковых, органических удобрений.

Снижение уровня загрязнения урожая от применения удобрений объясняется, прежде всего:

а) созданием оптимальных свойств почв, повышением плодородия и, как результат, увеличением урожая и тем самым «разбавлением» радионуклидов в массе урожая;

б) переводом радионуклидов в менее подвижное состояние (химическое поглощение);

в) насыщением почвенно-поглощающего комплекса химическими аналогами - кальцием и калием.

Так, фосфорные удобрения способствуют закреплению микроколичеств стронция-90 за счет осаждения его с вносимыми фосфатами, калийные - повышают содержание калия в почвенном растворе, известковые - кальция, органические - как уже отмечалось, образуют прочные сложные комплексы с радионуклидами.

Система удобрений должна быть направлена на обеспечение стабильного урожая сельскохозяйственных культур и на снижение накопления радионуклидов в продукции. В первую очередь необходимо задействовать все источники обогащения почв органическим веществом - навоз, солому, зеленые удобрения, а при небольшом радиусе перевозок (до 30-40 км) и торф. Внесение органических удобрений должно обеспечить бездефицитный баланс гумуса в почве, а на бедных песчаных и супесчаных почвах - положительный баланс, снизить напряженность дефицита фосфора и калия в почве. Применение органических удобрений уменьшает переход радионуклидов из почвы в растения на 15-30 %, одновременно повышает урожай сельскохозяйственных культур. В связи с незначительным использованием торфа в качестве удобрения уменьшилась опасность вторичного загрязнения почв радионуклидами. Содержание их в навозе за последние годы существенно снизилось. Поэтому рекомендуются те же дозы навоза и компостов под сельскохозяйственные культуры, что и на незагрязненных радионуклидами почвах.

Применение кремнеземистых и карбонатных сапропелей в дозах 60-80 т/га (под пропашные культуры) приводит к уменьшению накопления цезия-137 в урожае до 30-40 % и в меньшей мере - стронция-90. Однако затраты на добычу и транспортировку сапропелей не окупаются прибавкой урожая даже при минимальном радиусе перевозок (до 1-5 км). По прибавке урожая 1 тонна сапропеля примерно равноценна 0,6 тонны навоза. Внесение карбонатного сапропеля исключает необходимость известкования кислых почв. Однако экономически более эффективно известкование почв доломитовой мукой.

Важным приемом, ограничивающим поступление радиоцезия из почвы в растения, является применение калийных удобрений, что обусловлено как антагонизмом катионов цезия и калия в почвенном растворе, так и значительной прибавкой урожая сельскохозяйственных культур, особенно на бедных калием дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почвах. По мере повышения плотности загрязнения почв радионуклидами потребность в дополнительных дозах калия увеличивается.

Установлено значительное влияние калийных удобрений и на уменьшение накопления стронция-90 в растениях. Особенно эффективны повышенные дозы калийных удобрений под многолетние травы, корнеплоды и картофель. Так, в опытах на супесчаных почвах совхоза "Ветковский" с плотностью загрязнения стронцием-90 0,3-0,5 Ки/км² повышение дозы калия со 120 до 180 кг/га сопровождалось снижением накопления стронция-90 в клубнях различных сортов картофеля на 33-57 % при одновременном повышении урожая на 20-50 Ц./га.

Учитывая сравнительно невысокую стоимость калийных удобрений, рекомендованы максимальные дозы, которые еще обеспечивают прибавку урожая, дифференцированные в зависимости от типа почв и содержания в них обменного калия. Нормативы потребности в калийных удобрениях определены из расчета обеспечения полной потребности сельскохозяйственных культур для формирования планируемого урожая и повышения содержания калия в почве до оптимального уровня. Предусмотрен приоритет почв с высокой плотностью загрязнения радионуклидами, где повышение обеспеченности почв калием должно идти более быстрыми темпами. Для предотвращения избыточных доз калийных удобрений и ухудшения качества продукции введены ограничения. На почвах с избыточным содержанием обменного калия (более 300 мг/кг К₂О на минеральных и 1200 мг/кг на торфяно-болотных почвах) внесение калийных удобрений не предусматривается до очередного агрохимического обследования почв.

Действие фосфорных удобрений также положительно сказывается на уменьшении поступления радионуклидов из почвы в растительную продукцию, особенно на почвах с низким содержанием подвижных фосфатов. Известно также, что фосфорные удобрения способствуют закреплению микроколичеств стронция-90 за счет осаждения его вносимыми фосфатами. Учитывая острый дефицит фосфорных удобрений и их высокую стоимость, рекомендовано для ведения земледелия на загрязненной территории обеспечить минимум фосфорных удобрений, необходимый для сбалансированного питания сельскохозяйственных культур с учетом содержания подвижных фосфатов в почве. Предусмотрено постепенное повышение содержания фосфора до оптимального уровня с приоритетом по плотности загрязнения земель радионуклидами. На почвах с высоким содержанием подвижных фосфатов (более 250 мг Р₂О₅ на 1 кг почвы на минеральных и 1000 мг/кг на торфяно-болотных почвах) фосфорные удобрения не вносятся до очередного цикла агрохимического обследования.

Важная роль отводится регулированию азотного питания растений. При недостатке доступного азота в почве снижается урожай и концентрация радионуклидов в продукции несколько повышается. С другой стороны, повышенные дозы азотных удобрений усиливают накопление радионуклидов в растениях. Расчет доз азотных удобрений необходимо вести исходя из потребности растений на планируемый урожай. Чтобы избежать превышения оптимальных доз азотных удобрений на загрязненных землях рекомендуется проведение почвенной и растительной диагностики для подкормок озимых и яровых зерновых культур.

Предусмотрено также ограничение максимально допустимых доз азотных удобрений с учетом биологических особенностей культур.

Весьма эффективными в плане снижения загрязнения растениеводческой продукции радионуклидами и нитратами показали себя новые формы медленнодействующих карбамида и сульфата аммония с добавками гуматов и других биологически активных компонентов, выпускаемых Гродненским ПО "Азот" по совместным разработкам БелНИИ почвоведения и агрохимии, ИПИПРЭ АНБ и Технологического университета. Применение новых форм удобрений позволяет уменьшать загрязнение урожая цезием-137 на 20 %, стронцием-90 - на 12% при одновременном снижении накопления нитратов в картофеле, овощах и кормовых культурах на 15-30 % по сравнению с обычными формами азотных удобрений. Экономическая эффективность новых форм удобрений повышается в среднем на 25%.

На посевах многолетних злаковых трав эффективно применение бактериальных препаратов на основе ассоциативных штаммов азотфиксирующих бактерий, выпускаемых БелНИИПА, которое позволяет получать прибавку урожая, равноценную внесению на гектаре посева 30-60 кг азота минеральных удобрений и снизить загрязнение урожая цезием-137 на 20-30 %. Применяются бактериальные удобрения в виде торфяного препарата и жидкой культуры. Гектарная норма торфяного препарата - 1 кг, жидкого - 1 л. Применение бактериальных удобрений возможно как при предпосевной обработке семян, так и для обработки почвы в начальные фазы вегетации растений. Предпосевная обработка осуществляется путем перемешивания до равномерного распределения препарата на поверхности семян. Лучшие результаты дает обработка в день посева. Заблаговременная обработка бактериальными препаратами возможна в срок не более трех дней. Для обработки почвы эффективнее использовать жидкий препарат с разведением гектарной дозы водой в 100 и более раз. Затраты но биологические удобрения окупаются с рентабельностью не менее 200%.

Микроудобрения также вносят вклад в снижение поступления радионуклидов в сельскохозяйственные культуры, хотя механизм их действия изучен недостаточно. В опытах 1995-1996 гг. наиболее устойчивое снижение поступления радионуклидов цезия-137 и стронция-90 в сено тимофеевки луговой, в пределах 20-40%, наблюдалось при внесении меди и цинка (4,5 кг/га) в почву под залужение или при ежегодных некорневых подкормках. Применение микроэлементов базируется на избирательной отзывчивости сельскохозяйственных культур к отдельным элементам с учетом их недостаточного содержания в почве. Основной способ внесения микроудобрений, обеспечивающий наибольший экономический эффект и экологическую безопасность, - некорневые подкормки растений микроэлементов.

Наибольшее значение для озимых и яровых зерновых культур, многолетних злаковых трав имеет некорневая подкормка сульфатом меди в дозе 80-120 г/га в период конца кущения - начала трубкования зерновых, а также начала вегетации или после первого укоса многолетних трав. Применение меди необходимо только на дерново-подзолистых и торфяных почвах первой и второй групп обеспеченности (соответственно менее 3 и 9 мг Си/кг почвы). Некорневые подкормки микроэлементами технологически могут совмещаться с одновременным применением пестицидов или некорневой подкормкой азотом. На посевах кукурузы (в фазу 3-4 листа) и многолетних трав могут быть эффективны некорневые подкормки сульфатом цинка в дозах 100-250 г/га на почвах 1 и 2 групп обеспеченности (менее 5,0 мг/кг на минеральных и 15 мг/кг - на торфяно-болотных почвах). Посевы столовой, сахарной и кормовой свеклы в фазе 3-4 листьев отзывчивы на некорневую подкормку борной кислотой в дозе 150-200 г/га, при содержании подвижного бора менее 0,7 мг/кг на минеральных и 2,0 мг/кг - на торфяных почвах.

Внесение микроэлементов в почву целесообразно в форме хлористого калия с добавками меди и цинка только на почвах первой группы обеспеченности: меди менее 1,5, цинка - 3,0 мг/кг на минеральных и, соответственно, менее 5,0 и 9,0 мг/кг на торфяно-болотных.

Известкование кислых почв

Внесение извести является эффективным приемом снижения поступления цезия-137 и стронция-90 из почвы в растения. Установлено, что внесение извести в дозе, соответствующей полной гидролитической кислотности, снижает содержание радионуклидов в продукции растениеводства в 1,5-3 раза (иногда до 10 раз) в зависимости от типа почв и исходной степени кислотности. Минимальное накопление радионуклидов наблюдается при оптимальных показателях реакции почвенной среды (рН в КС1), которые для дерново-подзолистых почв в зависимости от гранулометрического состава 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.

Достижение этих параметров осуществляется известкованием нуждающихся почв. Дозы извести дифференцируются по типам почв, гранулометрическому составу, степени кислотности и плотности загрязнения почв цезием-137 и стронцием-90.

Основная потребность в известковых удобрениях определяется в соответствии с "Инструкцией по составлению проектно-сметной документации на известкование кислых почв" (Минск, 1988). На загрязненные цезием-137 5,0 и более Ки/км² и стронцием-90 0,3 и более Ки/км² минеральные земли предусматривается дополнительное внесение извести с целью ускоренного доведения реакции почв до оптимальных значений, а на торфяные почвы при плотности загрязнения цезием-137 более 1,0 Ки/км² и стронцием-90 более 0,15 Ки/км². Предусматривается дополнительное выделение извести на дерново-подзолистые супесчаные почвы с рН 5,6-6,0 и плотностью загрязнения цезием-137 1-5 Ки/км² для поддержания кислотности в оптимальном диапазоне рН. Все почвы 1-2 групп кислотности подлежат первоочередному известкованию в связи с высоким переходом радионуклидов в растения.

В случае, когда разовая доза превышает 8 т/га, известь вносится в два приема:

0,5 дозы под вспашку и 0,5 дозы под культивацию. Доза менее 8 т/га вносится единовременно под глубокую культивацию. На сенокосах и пастбищах известь вносится под предпосевную культивацию, при их перезалужении или коренном улучшении.

6.8 Основные требования радиационной безопасности, предъявляемые к сельскохозяйственной продукции

В целях уменьшения поступления радионуклидов в организм человека, снижения доз внутреннего облучения населения Минздравом периодически пересматриваются допустимые уровни содержания радионуклидов в продуктах питания. 17 июня 1996 года утверждены Республиканские допустимые уровни содержания радионуклидов цезия и стронция в пищевых продуктах и питьевой воде (РДУ-96). Они предусматривают снижение среднегодовой эффективной дозы внутреннего облучения за счет радионуклидов цезия и стронция до величины, не превышающей 1 мЗв. Нормирование проведено с учетом реально достигнутых уровней содержания цезия-137 и стронщя-90 в основных продуктах питания и потенциальной возможности обеспечения снижения накопления радионуклидов в сельскохозяйственной продукции. Введение РДУ-96 направлено на стимулирование работ по повышению плодородия почв и другим защитным мерам на землях с плотностью загрязнения цезием-137 1-40 Ки/км² и стронцием-90 0,15-3,0 Ки/км², где разрешена хозяйственная деятельность.

По сравнению с предшествующими РДУ-92 ужесточены требования к содержанию цезия-137 в хлебопродуктах, муке, крупяных изделиях, картофеле, корнеплодах, мясе свиней и птицы.

Для получения продуктов питания с содержанием радионуклидов в пределах требований РДУ-96 разработаны и утверждены Минсельхозпродом «Республиканские допустимые уровни содержания цезия-137 и стронция-90 в сельскохозяйственном сырье и кормах». В этих нормативах существенно уменьшено допустимое содержание цезия-137 в зернофураже (комбикормах):

- для дойного стада, свиней и птицы - с 370 до 200 Бк/кг;

- для производства молока-сырья и заключительного откорма КРС - с 888 до 600 Бк/кг.

Уменьшено допустимое содержание радиоцезия и в кормовых добавках (хвойная и травяная мука, дробина пивная, патока, жом, барда, мясокостная мука) - до 1000 Бк/кг. Нормативные требования по содержанию стронция-90 в различных кормах остались на прежнем уровне при минимальных корректировках (округлениях) в сторону уменьшения допустимых параметров.

Вся растениеводческая и животноводческая продукция, используемая для продовольственных целей, переработки и реализации на внутреннем рынке Республики Беларусь, должна соответствовать установленным требованиям.

7. Экологические проблемы современного сельского хозяйства

7.1 Экологически безопасное качество сельскохозяйственной деятельности

Загрязнение окружающей среды сельским хозяйством происходит в результате

1. интенсивного использования органических и минеральных удобрений

2. применения пестицидов

3. функционирования крупных животноводческих комплексов

4. эрозии почв

получение сельско-хозяйственой продукции высокого и экологически безопасного качества требует решение следующих задач:

· обследование территории на степень загрязнения

· подбор сортов и культур по их способности накапливать загрязняющие вещества

· совершенствование технологии возделывания, уборки хранения и переработки продукции, обеспечивающей снижение накопления поллютантов

· контроль за качеством продукции

ПОЛЛЮТАНТЫ == ТОКСИНЫ

Вещества, загрязняющие окружающую среду, отрицательно воздействующие на живые организмы и снижающие качество с-х продукции

Основные поллютанты

· тяжелые металлы

· пестициды

· нитраты

· радионуклеиды

Попадая в почву и на поверхность растений, они включаются в кругооборот веществ, передвигаются по пищевым цепям и в конечном итоге загрязняют продукты питания, делая их опасными для здоровья человека и сельскохозяйственных животных. В связи с этим возникает проблема экологически безопасного качества сельскохозяйственной продукции.

Качество с-х продукции оценивается по следующим критериям:

1. биологическое качество - содержание органических (белки, жиры, углеводы и витамины) и минеральных веществ, энергетической ценности пищи

2. технологическое качество--определяется целеноправленным использованием проукции (хлебопекарные качества, содержание крахмала в картофеле)

3. экологически чистая продукция - произведенная на основе биологического земледелия, полноценная по содержанию веществ, не содержащая поллютантов выше ПДК

4. экологически безопасная продукция - продукция выращенная при традиционной технологии и безопасная для питания человека и как корм для скота

7.2 Азотные удобрения и проблема нитратов

1.Нитратные формы азота почвой не поглощаются, поэтому они легко могут вымываться атмосферными осадками и поливными водами, некоторое количество питательных веществ, особенно азота в виде нитратов, хлоридов и сульфатов, может проникнуть в грунтовые воды и реки. Следствием этого является превышение норм содержания этих веществ в воде колодцев, родников, что может быть вредным для людей и животных, а также ведет к нежелательному изменению гидробиоценозов и наносит ущерб рыбному хозяйству. Миграция питательных веществ из почв в грунтовые воды в разных почвенно-климатических условиях проходит неодинаково. Кроме этого, она зависит от видов, форм, доз и сроков применяемых удобрений.

В почвах Беларуси с промывным водным режимом нитраты обнаруживаются до глубины 10 м и более и смыкаются с грунтовыми водами. Это свидетельствует о периодической глубокой миграции нитратов и включении их в биохимический круговорот, начальными звеньями которого являются почва, материнская порода, грунтовые воды.

Такая миграция нитратов может наблюдаться во влажные годы, когда для почв характерен промывной водный режим. Именно в эти годы возникает опасность нитратного загрязнения окружающей среды при внесении больших доз азотных удобрений под зиму.

2.Растения имеют свойство накапливать в своих организмах нитраты, содержащиеся в почве в избыточных количествах. Урожайность растений растет, но продукция оказывается отравленной. Особенно интенсивно аккумулируют нитраты овощные культуры, арбузы и дыни.

В Белоруссии приняты ПДК нитратов растительного происхождения

Допустимая суточная доза (ДСД) для человека составляет 5 мг на 1 кг веса.

Сами нитраты не оказывают токсичного действия, но под влиянием некоторых кишечных бактерий они могут переходить в нитриты, обладающие значительной токсичностью. Нитриты, соединяясь с гемоглобином крови, переводят его в метгемоглобин, который препятствует переносу кислорода по кровеносной системе. Развивается заболевание - метгемоглобинемия, особенно опасное для детей. Симптомы заболевания: полуобморочное состояние, рвота, диарея.

Изыскиваются новые пути уменьшения потерь питательных веществ и ограничения загрязнения ими окружающей среды.

Мероприятия по снижению нитратов в почве и сх продукции

1. оптимизация применения азотных удобрений

· рекомендуются медленнодействующие азотные удобрения и ингибиторы нитрификации

· капсулирование тонкозернистых удобрений оболочками серы, пластиков

2. сбалансированной NPK

· применение новых, высококонцентрированных, комплексных минеральных удобрений. Для них характерно то, что они лишены балластных веществ (хлориды, сульфаты) или содержат их незначительное количество.

3. создание оптимальных условий для выращивания сх культур

4. хранение при пониженных температурах овощей

5. переработка (соление,квашение)

При правильной организации и контроле применения минеральные удобрения не опасны для окружающей среды, здоровья человека и животных.

Оптимальные научно-обоснованные дозы увеличивают урожайность растений и повышают количество продукции.

7.3 Проблема тяжелых металлов

К тяжелым металлам (ТМ) относят более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных единиц массы (а. е. м.).

Это Pb, Zn, Cd, Hg, Cu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co и др. Сложившееся понятие «тяжелые металлы» не является строгим, т.к. к ТМ часто относят элементы-неметаллы, например As, Se, а иногда даже F, Be и другие элементы, атомная масса которых меньше 50 а.е.м.

Среди ТМ много микроэлементов, биологически важных для живых организмов. Они являются необходимыми и незаменимыми компонентами биокатализаторов и биорегуляторов важнейших физиологических процессов. Однако избыточное содержание ТМ в различных объектах биосферы оказывает угнетающее и даже токсическое действие на живые организмы.

Классы загрязняющих веществ по степени их опасности(ГОСТ 17.4.1.02-83)

I высоко опасные Hg, Cd, Pb, Zn, As, Se, F

II умеренно опасные Cu, Co, Ni, Mo, Cr, B, Sb

III мало опасные V, W, Mn, Ba

Источники поступления ТМ в почву делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозионные процессы, вулканическая деятельность) техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, влияние автотранспорта, сельского хозяйства и т.д.)

Сельско-хозяйственные земли, помимо загрязнения через атмосферу, загрязняются ТМ еще и специфически, при применении пестицидов, минеральных и органических удобрений, известковании, использовании сточных вод.

В последнее время, особое внимание ученые уделяют городским почвам. Последние испытывают значительный техногенный пресс, составной частью которого является загрязнение ТМ.

На поверхность почвы ТМ поступают в различных формах. Это оксиды и различные соли металлов, как растворимые, так и практически нерастворимые в воде (сульфиды, сульфаты, арсениты и др.). В составе выбросов предприятий по переработке руды и предприятий цветной металлургии -- основного источника загрязнения окружающей среды ТМ -- основная масса металлов (70-90 %) находится в форме оксидов.

Попадая на поверхность почв, ТМ могут либо накапливаться, либо рассеиваться в зависимости от характера геохимических барьеров, свойственных данной территории.

Извержение вулканов, ветровая эрозия.

Добыча и переработка мышьяксодержащих руд и минералов, пирометаллургия и получение серной кислоты, суперфосфата; сжигание каменного угля, нефти, торфа, сланцев; синпользование мышьяксодержащих ядохимикатов, препаратов, антисептиков.

Большая часть ТМ, поступивших на поверхность почвы, закрепляется в верхних гумусовых горизонтах. ТМ сорбируются на поверхности почвенных частиц, связываются с органическим веществом почвы, в частности в виде элементно-органических соединений, аккумулируются в гидроксидах железа, входят в состав кристаллических решеток глинистых минералов, дают собственные минералы в результате изоморфного замещения, находятся в растворимом состоянии в почвенной влаге и газообразном состоянии в почвенном воздухе, являются составной частью почвенной биоты.