Наука: Контрмеры в сельськом хозяйстве

Загрязнение сельскохозяйственных угодий радионуклидами (за зоной отчуждения это преимущественно 137Cs) обусловило разработку целого комплекса мероприятий позволяющих получать экологически-безопасную продукцию на данных территориях. Одной из главных задач радиоэкологии в пост чернобыльский период было исследование эффективности методов уменьшения загрязнения продукции растениеводства, поскольку данная отрасль сельскохозяйственного производства является определяющим звеном в загрязнении продуктов питания и поступлению радионуклидов в организм человека.

В структуре доз облучения доля внутреннего облучения населения (облучение обуславливается радионуклидами, содержащимися в продуктах питания), которое проживает на загрязненных территориях, может составлять 75-95 %, а в некоторых районах – до 98%. Такие обстоятельства определили необходимость разработки и внедрения специальных защитных мероприятий (контрмер), которые снижают поступление радионуклидов из загрязненной почвы в растения
В период с 1991 по 2002 год на территории Чернобыльской зоны отчуждения был проведен целый ряд полевых исследований, которые позволили разработать комплексную систему мероприятий по предотвращению интенсивного загрязнения урожая радионуклидами. То есть речь идет о целой технологии ведения сельского хозяйства в определенных радиоэкологических условиях. При этом комплекс контрмер, является главным компонентом этой технологии, основные составляющие данного комплекса применяются в кормопроизводстве и растениеводстве.
Кормопроизводство является одним из главных звеньев в загрязнении продуктов животноводства (молоко, мясо и др.). Наиболее эффективными методами снижения уровней загрязнения кормов являются повышение урожайности травостоев, что достигается поверхностным и коренным улучшением кормовых угодий.

Поверхностное улучшение угодий

Под поверхностным лучшением угодий понимают комплекс работ, включающие внесение удобрений и подсев кормовых трав на существующих сенокосах и пастбищах. Известно, что видовые особенности растений, такие как разные интенсивности роста и размещении в корневой системы в почве, а также соотношение зольных элементов в составе растения обуславливают разные величины накопления 137Cs в биомассе. Например отличия в накоплении цезия в биомассе злаков составляет от 3 до 6, а в биомассе бобовых от 1 до 2.
Применение удобрений в зависимости от почвенных условий, позволяет уменьшить содержание 137Cs в биомассе травостоя в 4 раза, а 90Sr до 2,5 раз по сравнению с не удобренными участками. Изменяя, таким образом соотношение элементов питания в минеральных удобрениях, а также подбирая соответствующий видовой состав травосмеси из растений, которые имеют низкие значения накопления радионуклидов, возможно уменьшить уровни загрязнения кормов в 3-4 раза.

Коренное улучшение угодий

Наиболее эффективным мероприятием, которое позволяет существенно уменьшить загрязнение кормов, является коренное улучшение угодий. Обобщая можно сказать, что коренное улучшение, это целый комплекс мероприятий, который включает гидротехнические (осушение, орошение), культур техническое (расчистка территории от кустов, первичное возделывание почвы) и агротехнические мероприятия (внесение извести и удобрений, посев травосмесей).
Исследуя эти мероприятия на территории Чернобыльской зоны отчуждения была определена эффективность этих мероприятий, а также было установлено время действия этих мероприятий. Например, перезалужение (создание культурного пастбища) на минеральных почвах имеет длительность последействия до 7 лет, в то время как эффект таких контрмер на торфяных почвах наблюдается на протяжении 10 лет. Более детальные данные по эффективности каждого вида контрмер представлены в таблице.

Контрмера Уменьшение загрязнения растительной массы, разы
137Cs 90Sr
Глубокая вспашка (50-60 см) до 10 раз
Лущение и вспашка с предплужником и запахиванием верхнего слоя почвы до 10 раз
Удаление верхнего слоя почвы (загрязненного радионуклидами) Вместе с 5-10 см слоем почвы удаляется 95% радионуклидов
Удаление дернины из поверхности почвы Вместе с 2-4 см верхнего слоя удаляется вся активность
Подбор сортов с наиболее низкими уровнями накопления радионуклидов до 4-5 раз
Подбор альтернативных, но подобных по видовому составу культур, имеющие более низкие уровни загрязнения до 3 раз
Выращивание продовольственных культур, загрязнение которых при переработке существенно знижается (сахарная свекла, рапс и др.) до 10 раз
Подбор культрур с относительно низкими уровнями накопления радионуклидов до 8 раз
Замена растениеводства на животноводство (перепрофилирование) от 10 до 100 раз
Известкование кислых почв до 3 раз до 10 раз (в среднем в 2-3 раза)
Внесение сапропеля до 6 раз до 5 раз
Внесение калийных удобрений (на почвах с низким содержанием доступного калия) до 5 раз -
Внесение навоза КРС - до 5 раз
Внесение растворимых фосфатных удобрений - до 10 раз

Сегодня (2007 год) территория Чернобыльской зоны не используется для сельскохозяйственного производства, вместе с этим в предыдущие годы проводились исследования с целью экспериментального освоения небольших участков территорий. Такие исследования имели уникальное научно-практическое значение, как в смысле наработки знаний по ликвидации последствий радиационных аварий, так и для получения практического опыта для возможной реабилитации участков 30-ти километровой зоны отчуждения.
Успешность (эффективность) применение контрмер и дальнейшее развитие радиоэкологической ситуации на загрязненных территориях определяется правильным выбором способа обработки почвы.
Время аварийного выброса 1986 года совпал во времени с окончанием весенних полевых работ, когда поверхность пашни была относительно ровной и занята культурными растениями. В следующие годы (и до сих пор) благодаря процессам природного развития (трансформации) экосистем, растительные сообщества сформировавшиеся на бывших полях образовала плотную дернину. Образование дернины в комплексе с другими факторами способствует существенному замедлению вертикальной миграции радионуклидов по почвенному профилю.
Через более чем 20 лет после аварии, основная часть радионуклидов находится в верхнем (0-15 см) слое почвы. Применение, в таких условиях, первоочередных контрмер будет способствовать их наибольшей эффективности, при этом существует несколько вариантов применения оптимальных контрмер.
1. Консервация почвы (залужение, мульчирование, посадка лесов и др.). Мероприятие обеспечивает уменьшение миграционной способности радионуклидов и консервирования почвы до тех пор, когда будет техническая возможность дезактивации. Такое мероприятие может происходить и природным путем, без вмешательства человека. Такие процессы наблюдаются на данный момент на территории зоны отчуждения;
2. Дезактивация (удаление верхнего загрязненного слоя почвы или дернины). Является одной из наиболее эффективных контрмер. Мероприятие дает возможность кардинальным образом решить проблему радиоактивного загрязнения почвы. Дезактивация не приобрела широкого применения, поскольку является чрезвычайно затратной и трудоемкой;
3. Обыкновенная или мелиоративная вспашка (уменьшает концентрацию радионуклидов в корнеобитаемом слое почвы, что достигается перемешиванием «чистыми» слоями почвы или глубокое запахивание верхних, «грязных» слоев почвы на глубину до 70 см). Вспашка является наиболее распространенной первоочередной защитной мерой. Она является достаточно эффективной, дешевой и не требует специального оборудования. Основным недостатком такого мероприятия является интенсификация миграции радионуклидов в нижние слои почвы, что, соответственно, ускоряет миграцию радионуклидов в грунтовые воды (при высоком залегании грунтовые вод) и существенно снижает продуктивность почв. Такое свойство ограничивает их применение на почвах с легким механическим составом;
4. Поверхностная (0-5 см) обработка почвы с одновременным внесением сорбентов. Теоретической основой для применения этого мероприятия являлось предположение о том, что внесение высокоактивного (высокоэффективного) сорбента в слой основной локализации радионуклидного загрязнения даст возможность существенно повысить эффективность сорбции радионуклидов. Установлено, что эффективность внесения сорбента (сапропеля) позволяет снизить накопление 137Cs растений в 5-6 раз.
Особенное место среди контрмер занимают мероприятия по внесению в почву сорбентов способных к необменной сорбции водорастворимых радионуклидов. Это значительно снижает биологическую доступность (накопление в растениях) радионуклидов.
Практически все применяемые сорбенты являются почвенными мелиорантами пролонгированного (длительного) действия, что повышают плодородие почв и, соответственно, повышает урожайность сельскохозяйственных культур. В этой связи сорбенты имеют наибольшую экономическую эффективность, но они относительно медленно окупаются.
Сравнивая литературные данные о результатах исследований эффективности сорбентов в зонах с разными типами радионуклидного загрязнения (конденсационный и топливный) установлено, что в участках зоны отчуждения с топливной формой радионуклидного загрязнения эффективность действия сорбентов снижается. Основной причиной снижения эффективности заключается в том, что существует сложность равномерного перемешивания сорбента во всем объеме корнесодержащего слоя.
Сорбентами, исследования которых проводилось в зоне отчуждения является цеолит, бентонит и вермикулит. Необходимо добавить, что разведенные запасы этого сырья в Украине составляет 500, 116 и 18 миллионов тон соответственно, что обеспечивает перспективность их использования в сельском хозяйстве.
Изучение разных вариантов применения сорбентов для снижения уровней загрязнения растений радионуклидами показало, что максимальная эффективность действия сорбентов достигается при условии их внесения в почвы одновременно с внесением органических удобрений. Такой эффект объясняется тем, что внесение большого количества органических удобрений на фоне минеральных сорбентов, которые улучшают почвенные условия, приводит к вспышке численности почвенных микроорганизмов, как существовавших в почвах, так и тех, которые были привнесены с навозом (органическими удобрениями).
При активном размножении в органическом субстрате, микроорганизмы накапливают в своей биомассе значительное количество биологически доступного 137Cs, что приводит к изоляции биологически доступной формы нуклида от корневых систем растений.
Достаточно эффективным и дешевым мероприятием является внесение с минеральными удобрениями микроэлементов. Они способствуют снижению концентрации радионуклидов в растениях и повышают их урожайность. Теоретическое обоснование внесение микроэлементов с целью снижения миграции радионуклидов в растения, заключается в том, что катионы микроэлементов выступают как антагонисты к катионам 137Cs и 90Sr при корневом питании растений, что приводит к уменьшению их накопления в биомассе растений.
При внесении микроэлементов возможно достичь 2-3 разового снижение 137Cs и 90Sr в растения.

Литературные источники:

Архипов Н.П., Архипов А.Н., Городецкий Д.В., Паскевич С.А., Л.С.ЛогиноваСнижение накопления Cs-137 растениями при внесении в почву минеральных сорбентов в условиях конденсационно-топливного радиоактивного загрязненияIII Съезд по радиационным исследованиям, Россия, г.Москва, 15-17 10.97 –с.429-430.
Архіпов А.М., Архіпов М.П., Мелешин А.Ю., Городецький Д.В., Паскевич С.А.Розробка стратегії реабілітації радіаційно забруднених земель південного сектора зони відчуженняНауково-практична конференція. “Наука.Чорнобиль-96”. УРУЦ. Зб. тез. Київ, 11-12 лютого 1997. – С.66-67.
Руководство по применению контрмер в с.-х. в случае аварийного выброса радионуклидов в окружающую среду, МАГАТЭ, Вена, 1994.
Пристер Б.С. Сельскохозяйственные аспекты Чернобыльской катастрофы//Проблемы с.-х. радиологии, вып.4, К., 1996, с.3-9.
Рекомендацiї по веденню сiльського господарства в умовах радiоактивного забруднення територiї України в результатi аварiї на Чорно-бильськiй АЕС на перiод 1996-1998 рр.- Київ, МСГПУ, 1996, с.56.
Анненков Б.Н., Юдинцева Е.В. Основы сельскохозяйственной радиологии.-М.:Агропромиздат, 1991.- 287 с.
Алексахин Р.М., Поваляев А.П., Соколов В.А. и др. Радиационные аварии и агропромышленное

  •