Контрзаходи в сільському господарстві після аварії на ЧАЕС

Значне забруднення сільськогосподарських угідь радіонуклідами (за зоною відчуження це переважно 137Cs) обумовило розробку цілого комплексу заходів, які б дозволили отримувати екологічно-безпечну продукцію. Тому одним з головних завдань радіоекології в пост чорнобильський період було дослідження ефективності методів зменшення забруднення продукції рослинництва, оскільки ця галузь сільськогосподарського виробництва є визначальною ланкою в забруднені продуктів харчування людини.
   В структурі доз опромінення частка внутрішнього опромінення населення (тобто опромінення спричинюється радіонуклідами, що містяться в продуктах харчування), що мешкає на забруднених територіях, може складати 75-95 %, а в деяких районах – до 98%. Такі обставини визначили необхідність розробки та впровадження спеціальних захисних заходів (контрзаходів), які знижують надходження радіонуклідів з забрудненого ґрунту до рослин.
   В період з 1991 по 2002 рік на території Чорнобильської зони відчуження було проведено цілий ряд польових досліджень, які дозволити розробити комплексну систему заходів по запобіганню виносу радіонуклідів з врожаєм. Тобто мова йде про цілу технологію ведення сільського господарства в певних радіоекологічних умовах. При цьому комплекс контрзаходів відіграє основну роль цієї технології, а основні складові комплексу застосовуються в кормовиробництві та рослинництві.   Кормовиробництво є головною ланкою в забрудненні продуктів скотарства (молоко, м’ясо та ін.). Найбільш ефективними методами зменшення радіонуклідного забруднення кормів є підвищення продуктивності травостанів, що досягається поверхневим та докорінним поліпшенням кормових угідь.

   Поверхневе поліпшення угідь

   Під поверхневим поліпшенням угідь розуміють комплекс робіт, який включає внесення добрив та підсів кормових трав на існуючих сінокосах та пасовищах. Відомо, що видові особливості рослин, які полягають в інтенсивності росту, розміщенні в ґрунті кореневої системи та співвідношенням зольних елементів в хімічному складі рослини призводять до різного накопичення 137Cs в біомасі. Так відміни в біомасі злаків складають від 3 до 6, а у біомасі бобових від 1 до 2.
   Застосування добрив в залежності від ґрунтових умов, дозволяє зменшити вміст 137Cs в травостанах в 4 рази, а 90Sr до 2,5 раз в порівнянні з неудобреними ділянками. Змінюючи, таким чином, дозування та співвідношення елементів живлення в мінеральних добривах, а також підбираючи відповідний видовий склад травосумішей із рослин, що мають низькі значення накопичення радіонуклідів, можливо зменшити рівні забруднення кормів в 3-4 рази.

   Докорінне поліпшення угідь

   Найбільш ефективним заходом, що дозволяє суттєво зменшити забруднення кормів, є докорінне поліпшення угідь. Узагальнюючи можна сказати, що докорінне поліпшення, це цілий комплекс заходів, який включає гідротехнічні (осушення, зрошення), культуртехнічні (розчищення території від кущів, первинний обробіток ґрунту) та агротехнічні заходи (внесення вапна та добрив, посів травосумішей).
   Досліджуючи ці заходи на території Чорнобильської зони відчуження комплексно було встановлено ефективність цих заходів, а також визначено тривалість їх дії. Наприклад, перезалуження (створення культурного пасовища) на мінеральних ґрунтах має тривалість післядії до 7 років, в той час як ефект таких контрзаходів на торф’яних ґрунтах спостерігається впродовж 10 років. Більш детальні дані щодо ефективності кожного з заходів представлено в таблиці.

Контрзахід Зменшення забруднення рослинної сировини, рази
137Cs 90Sr
Глибока оранка (50-60 см) до 10 разів
Лущіння та оранка з передплужником з заорювання верхнього шару ґрунту до 10 разів
Видалення верхнього шару ґрунту (забрудненого радіонуклідами) Разом з 5-10 см шаром ґрунту видаляється 95% радіонуклідів
Видалення дернини з поверхні ґрунту Разом з 2-4 см верхнього шару видаляється вся активність
Підбір сортів з найбільш низькими рівнями радіонуклідного забруднення до 4-5 разів
Підбір альтернативних, але подібних за видом складом культур, які мають більш низькі рівні забруднення до 3 разів
Вирощування продовольчих культур, забруднення яких при переробці суттєво знижається (цукровий буряк, рапс та ін.) до 10 разів
Підбір культу з відносно низькими рівнями накопичення радіонуклідів до 8 разів
Заміна рослинництва на тваринництво (перепрофілювання) от 10 до 100 разів
Вапнування кислих грунтів до 3 разів до 10 разів (в середньому в 2-3 рази)
Внесення сапропелю до 6 разів до 5 разів
Внесення калійних добрив (на грунтах з низьким вмістом доступного калію) до 5 разів -
Внесення гною ВРХ - до 5 разів
Внесення розчинних фосфатних добрив - до 10 разів

   На даний час (2007 рік) територія Чорнобильської зони не використовується для сільськогосподарського виробництва, але незважаючи на це в попередні роки проводились дослідження які ставили за мету експериментальне освоєння невеликих ділянок територій. Такі дослідження мали унікальне науково-практичне значення, як в сенсі розвитку та набуття знань щодо ліквідації подібних аварій, так і для отримання певного досвіду для можливої реабілітації ділянок 30-ти кілометрової зони відчуження.
   Успішність (ефективність) застосування контрзаходів та подальший розвиток радіоекологічної ситуації на забруднених територіях визначається вірним вибором способу обробітки ґрунту.
   Момент аварійного викиду 1986 року співпав у часі з закінченням весняних польових робіт, коли поверхня ріллі була відносно вирівняною та зайнята культурними рослинами. В наступні роки (й до сьогодні) завдяки процесам природного розвитку екосистем на цих територіях, рослинність на колишніх полях утворила щільну дернину. Утворення дернини в комплексі з іншими факторами сприяло суттєвому уповільненню вертикальної міграції радіонуклідів у ґрунтовому профілі.
   Через більш ніж 20 років після аварії, основна частина радіонуклідів знаходиться в верхньому (0-15 см) шарі ґрунту. Застосування першочергових контрзаходів за таких умов сприяє їх найбільшій ефективності. Розміщення радіонуклідів у верхньому шарі ґрунту передбачає декілька варіантів проведення першочергових контрзаходів.

   1. Консервування ґрунту (залуження, мульчування, висадження лісів та ін.).Захід сприяє зменшенню міграційної здатності радіонуклідів та консервації ґрунту до тих пір, коли буде технічна можливість дезактивації. Такий захід може відбуватись і природнім шляхом, без втручання людини. Такі процеси зараз спостерігаються на території зони відчуження;   Практично усі сорбенти, які застосовуються є ґрунтовими меліорантами пролонгованої (тривалої) дії, що підвищують родючість ґрунтів та, відповідно, врожайність сільськогосподарських культур. В зв’язку з цим сорбенти мають найбільшу економічну ефективність та відносно повільно окуповуються.

   2. Дезактивація (видалення верхнього забрудненого шару ґрунту або дернини).Один з найбільш ефективних контрзаходів, який дає змогу кардинальним чином вирішити проблему радіоактивного забруднення ґрунту. Захід не набув широкого застосування, оскільки є надзвичайно затратним та трудомістким;

   3. Звичайна або меліоративна оранка (зменшує концентрацію радіонуклідів, що досягається розведенням «чистими» шарами ґрунту або їх глибоке заорювання забрудненого шару на глибину до 70 см). Така оранка є найбільш розповсюдженим першочерговим захисним заходом. Він є досить ефективним, дешевим та не вимагає спеціального обладнання. Одним з головних недоліків такого заходу є наявність ризику швидкої міграції радіонуклідів в нижні шари ґрунту, що, відповідно, пришвидшує міграцію радіонуклідів в ґрунтові води (при високому заляганні ґрунтових вод) та суттєво знижує продуктивність ґрунтів. Останнє обмежує їх застосування на ґрунтах з легким механічним складом;

   4. Поверхнева (0-5 см) обробка ґрунту з одночасним внесенням сорбентів.Теоретичною основою розробки цього заходу було припущення, що внесення високоактивного сорбенту в шар основної локалізації радіонуклідного забруднення дасть змогу суттєво підвищити ефективність сорбції радіонуклідів. Так ефективність внесення сорбенту (сапропелю) дозволяє зменшити забруднення рослин 137Cs в 5-6 разів.

   Особливе місце серед контрзаходів займають заходи по внесенню в ґрунт сорбентів, які здатні до необмінної сорбції водорозчинних радіонуклідів. Це значно знижує біологічну доступність (накопичення в рослинах) радіонуклідів.

   Порівнюючи літературні дані щодо результатів досліджень ефективності сорбентів в зонах з різними типами радіонуклідного забруднення (конденсаційний та паливний) встановлено, що в ділянках зони відчуження з паливною формою радіонуклідного забруднення ефективність дії сорбентів знижується. Основною причиною зниження ефективності полягає в тому, що існує складність рівномірного перемішування сорбенту в усьому об’ємі кореневмісного шару.

   Найбільш розповсюдженими сорбентами, які досліджувались в зоні відчуження є цеоліт, бентоніт та вермикуліт. Потрібно додати, що відомі запаси цих матеріалів в Україні становить 500, 116 та 18 мільйонів тон відповідно, що засвідчує перспективність їх використання в сільському господарстві.

   Вивчення різних варіантів застосування сорбентів з ціллю зниження рівнів переходу радіонуклідів в культурні рослини показало, що максимальна ефективність дії сорбентів досягається при умові їх внесення в ґрунт одночасно з внесенням органічних добрив. Такий ефект пояснюється тим, що внесення великої кількості органічних добрив на фоні мінеральних сорбентів, які поліпшують ґрунтові умови, призводить до спалаху чисельності ґрунтових мікроорганізмів, як тих, що існували в ґрунті, так і тих, які було привнесені з гноєм (органічними добривами).

   При активному розмножені в органічному субстраті мікроорганізми накопичують у своїй біомасі значну кількість біологічно доступного 137Cs, що, вірогідно, призводить до ізоляції біологічно доступних форму нукліду для кореневих систем рослин.

   Досить ефективним та дешевим заходом є внесення з мінеральними добривами мікроелементів. Вони сприяють зниженню концентрації радіонуклідів в рослинах та підвищують їх врожайність. Теоретичне обґрунтування внесення мікроелементів з ціллю зниження міграції радіонуклідів в рослини, полягає в тому, що катіони мікроелементів виступають як антагоністи до катіонів 137Cs та 90Sr при кореневому живленні рослин, що призводить до зменшенню їх накопичення в біомасі рослин.

   При внесені мікроелементів можливо досягти 2-3 разове зниження 137Cs та 90Sr в рослини.

   Літературні джерела:

  1.  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.
  2.  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.
  3.  Руководство по применению контрмер в с.-х. в случае аварийного выброса радионуклидов в окружающую среду, МАГАТЭ, Вена, 1994.
  4. Пристер Б.С. Сельскохозяйственные аспекты Чернобыльской катастрофы//Проблемы с.-х. радиологии, вып.4, К., 1996, с.3-9.
  5. 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.
  6. Анненков Б.Н., Юдинцева Е.В. Основы сельскохозяйственной радиологии.-М.:Агропромиздат, 1991.- 287 с.
  7.  Алексахин Р.М., Поваляев А.П., Соколов В.А. и др. Радиационные аварии и агропромышленное производство //Сельскохозяйственная радиоэкология.-М.:Экология, 1991.- С.316-365.
  •