Цеолит — природный мелиорант естественного суходольного луга, загрязнённого цезием-137

УДК 502.132

Цеолит — природный мелиорант естественного суходольного луга, загрязнённого цезием-137

Романенко А. А.¹, доктор биологических наук

Мирзоев Э. Б., ² доктор биологических наук

Исамов Н. Н.,² кандидат биологических наук

¹ФГБОУ ВО «Елецкий государственный университет им. И. А. Бунина», кафедра БЖД и основ медицинских знаний

399770, Россия, Липецкая обл., г. Елец, ул. Коммунаров, д. 28

E-mail: alrom60@yandex.ru

²ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии»

249032, Россия, Калужская обл., г. Обнинск, Киевское ш., 109 км

E-mail: mirzoev.ed@yandex.ru

Исследовательская работа выполнена в Новозыбковском районе Брянской области на естественном суходольном лугу, подвергшемся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Загрязнение территории радиоактивными веществами, возникшее в результате чернобыльской катастрофы, создало целый ряд проблем для ведения сельскохозяйственного производства. Одной из них является проблема использования естественных луговых экосистем, загрязнённых цезием-137, в качестве сенокосов и пастбищ. Травостой естественных лугов накапливает радионуклида больше, чем травостой, выращенный на обработанной сельхозорудиями почве. В этой связи поиск доступных, эффективных и экономически выгодных мер, позволяющих получать на естественных лугах продукцию, соответствующую нормативным показателям, имеет важное значение. Целью исследовательской работы было изучение влияния цеолита Хотынецкого месторождения на переход радионуклида из почвы в растение на естественном суходольном лугу. Для этого в августе на поверхность почвы опытных делянок вносили цеолит в объёме 0,5 и 1% от массы пахотного слоя. Через год отбирали сопряжённые пробы почвы и растений. После подготовки в них определяли концентрацию цезия-137, а также агрохимические, физико-химические показатели почвы и урожайность. В ходе выполнения исследовательской работы было установлено, что использование цеолита в качестве мелиоранта луга не оказало достоверного влияния на снижение радионуклида в травостое (сене) и на увеличение Hr, S, EKO, V, калия и фосфора. Однако достоверно увеличился показатель рН. Внесение цеолита на опытные делянки в количестве 0,5 и 1% от массы пахотного слоя почвы оказало выраженное положительное влияние на урожайность сена.

Ключевые слова: суходольный луг, радионуклид, цезий-137, травостой, почва, мелиорант, цеолит, физико-химические и агрохимические показатели, урожайность.

В условиях радиоактивного загрязнения луговые биогеоценозы становятся критическими объектами в радиационно-экологическом отношении. Это обусловлено высоким уровнем накопления радионуклидов в травостое естественных угодий по сравнению с травостоем, выращенном на пашне. Известные мероприятия, например вспашка почвы на различную глубину с последующим залужением, не всегда могут быть выполнены. В результате возникает необходимость поиска экологически безопасных и экономически выгодных технологий, позволяющих на этих территориях получать продукцию, соответствующую нормативным значениям. Внесение природных цеолитов в почву является одним из способов решения этой проблемы. Цеолиты имеют высокую сорбционную ёмкость, катионообменные свойства и влагоудерживающую способность, а также содержат ряд макро- и микроэлементов, необходимых растениям (Биккинина и др., 2019; Васильянова, Лазарева, 2016). В целом цеолиты могут использоваться для улучшения физико-химических и агрохимических свойств почвы, а также для производства экологически безопасной продукции в условиях радиоактивного загрязнения территории.

Целью нашей работы было изучение влияния цеолита Хотынецкого месторождения на миграцию цезия-137 в системе «почва – растение» при внесении его на поверхность естественного суходольного луга.

Методика исследований. Исследовательская работа была выполнена в Новозыбковском районе Брянской области на естественном суходольном лугу, подвергшемся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС.

Опыты проводились на делянках размером 3×4 м, в трёхкратной повторности.

Схема опыта

На поверхность опытных делянок цеолит вносили после скашивания травостоя в августе, а через год отбирали сопряжённые пробы почвы и травостоя.

Минеральный состав Хотынецкого цеолита представлен на рис. 1 (Бруяко и др., 2017).

Рис. 1. Минеральный состав цеолита Хотынецкого месторождения, %

Химический состав природных цеолитов Хотынецкого месторождения представлен на рис. 2 (Бруяко и др., 2017).

Рис. 2. Химический состав цеолитов Хотынецкого месторождения, %

Затем с помощью спектрометрического комплекса «Прогресс» в пробах определяли удельную активность цезия-137. Коэффициент накопления (КН) рассчитывали по формуле:

КН = УАур / УАп,

где КН — коэффициент накопления; УАур — удельная активность сена, Бк/кг; УАп — удельная активность почвы, Бк/кг.

Показатели почвы, урожайность сена, его химический состав и питательную ценность определяли по общепринятым методикам.

Данные, полученные в ходе выполнения исследовательской работы, были подвергнуты статистической обработке с помощью компьютерной программы STRAZ.

Результаты исследований. Накопление радионуклидов в растениях зависит от целого ряда факторов, среди которых сорбционная ёмкость почвы является основным. В исследовательской работе внесение цеолита на поверхность опытных делянок предполагало, что со временем цеолит под действием атмосферных осадков переместится в почву, где и произойдёт его взаимодействие с ионами цезия-137, в результате доступность радионуклидов растениям уменьшится. Данные о влиянии цеолита на переход цезия-137 из почвы в травостой (сено) приведены на рис. 3.

Рис. 3. Влияние цеолита на содержание цезия-137 в сене, Бк/кг

Из рисунка следует, что содержание цезия-137 в сене, полученном на делянках с внесением цеолита, по сравнению с контролем имеет тенденцию к снижению (Кондрашова и др., 2016; Мерзлова и др., 2018). В частности, содержание цезия-137 в сене на делянках, где вносился цеолит в количестве 1%, уменьшилось на 7%. На делянках с внесением 0,5% цеолита — на 12%.

Незначительное снижение накопления цезия-137 в травостое (сене), где вносился цеолит, по-видимому, можно объяснить низким его проникновением в почву и типом луга с его особенностями (содержанием гумуса, минералогическим составом почвы и др.).

Исследование показало, что внесение цеолита на поверхность естественного суходольного луга оказало положительное влияние на физико-химические показатели почвы (рис. 4).

Рис. 4. Влияние цеолита на физико-химические показатели почвы

В частности, цеолит в количестве 1% увеличил показатели Hr, S, EKO и V в 1,18, 1,70, 1,48 и 1,14 раза соответственно. Цеолит в количестве 0,5% увеличил эти показатели в 1,18, 1,20, 1,19 и 1,00 раза соответственно (Арефьев, Кузин, 2018; Куликова и др., 2018).

Улучшение физико-химических показателей почвы можно объяснить свойствами самих цеолитов (высокой сорбционной ёмкостью, катионообменными свойствами), а также их количеством, проникшим в почву.

В ходе исследования установлено, что применение цеолита в качестве мелиоранта луга со временем оказало положительное влияние на агрохимические показатели почвы (Куликова и др. 2018; Ряховская и др., 2015).

Данные о влиянии цеолита на агрохимические показатели приведены на рис. 5.

Рис. 5. Влияние цеолита на агрохимические показатели почвы

Из данных, приведённых на рис. 5, следует, что применение цеолита на опытных делянках достоверно увеличило рН по сравнению с контролем. При этом внесение цеолита в количестве 0,5% от массы пахотного слоя увеличило рН на 5%, а внесение в количестве 1% — на 12%. Внесение 0,5 и 1% цеолита не оказало достоверного влияния на увеличение содержания калия, фосфора и гумуса.

Данные о влиянии различных доз цеолита на урожайность приведены на рис. 6.

Рис. 6. Влияние цеолита на урожайность сена

Из рисунка следует, что внесение цеолита на опытные делянки в количестве 0,5 и 1% от массы пахотного слоя почвы показало выраженную положительную тенденцию увеличения урожайности сена по сравнению с контролем на 30 и 28% соответственно (Гаплаев, 2015; Варламова и др.,2017).

Заключение. Таким образом, в ходе выполнения исследований было установлено, что использование цеолита в качестве мелиоранта естественного суходольного луга достоверно увеличило показатель рН. Данные о снижении радионуклида в травостое (сене) и увеличении Hr, S, EKO, V, калия, фосфора, а также урожайности сена являются недостоверными. Однако для всех этих показателей имеет место положительная тенденция.

Литература

1. Арефьев А. Н. Эффективность использования осадков сточных вод и цеолита на лугово-чернозёмной почве лесостепного Поволжья / А. Н. Арефьев, Е. Н. Кузин // Сурский вестник. — 2018. — № 1 (1). — С.3–6.
2. Перспективы использования цеолитов в растениеводстве / Л. М.-Х. Биккинина, И. А. Яппаров, М. М. Идьясов, Р. Р. Газизов, И. М. Суханова, Н. Л. Шаронова // Агрофорум. — 2019. — № 2. — С.58–59.
3. Бруяко М. Г. Плазмомодифицированные сорбенты на основе цеолитсодержащих горных пород Хотынецкого месторождения / М. Г. Бруяко, Л. С. Григорьева, А. И. Григорьева // Строительство: наука и образование. — 2017. — Т. 7. — Вып. 4 (25). — С.38–43.
4. Варламова Л. Д. Оценка эффективности кремнийсодержащих минералов при внесении под полевые культуры / Л. Д. Варламова, А. В. Бахарева, В. В. Сергеев // Агрохимический вестник. — 2017. — № 2. — С.21–24.
5. Васильянова Л. С. Цеолиты в экологии / Л. С. Васильянова, Е. А. Лазарева // Новости науки Казахстана. — 2016. — № 1. — С.61–85.
6. Гаплаев М. Ш. Эффективность органических удобрений и цеолитов при выращивании свёклы столовой (Beta vulgaris) / М. Ш. Гаплаев // Проблемы агрохимии и экологии. — 2015. — № 1. — С.37–41.
7. Сорбционные характеристики апатита и вермикулита по отношению к радионуклидам цезия и стронция / А. А. Кондрашова, Н. Д. Андрющенко, Е. В. Захарова, Е. А. Тюпина // Успехи в химии и химической технологии. — 2016. — Т. 30. — № 6 (175). — С.56–58.
8. Куликова А. Х. Оценка изменения актуальной и обменной кислотности дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при применении цеолита Хотынецкого месторождения / А. Х. Куликова, А. В. Козлов, И. П. Уромова // Самарский научный вестник. — 2018. — Т. 7. — № 2 (23). — С.77–81.
9. Мерзлова О. А. Влияние цеолитсодержащего мелиоранта трепела на биологическую доступность радионуклидов растениям / О. А. Мерзлова, Т. П. Шапшеева, Т. Н. Агеева // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. — 2018. — № 1. — С.45–49.
10. Ряховская Н. И. Агрохимические свойства почвы и урожайность культур в трёхпольном севообороте при внесении цеолита / Н. И. Ряховская, В. В. Гайнатулина, М. А. Макарова // Плодородие. — 2015. — № 3 (84). — С.11–14.

Zeolite — natural ameliorant for dry meadow polluted by caesium-137

Romanenko A. A.¹, Dr. Biol. Sc.

Mirzoev E. B.,² Dr. Biol. Sc.

Isamov N. N.,² PhD Biol. Sc.

¹Yelets State University n. a. I. A. Bunin, department of Emergency Risk Management and Basic Medical Training

399770, Russia, the Lipetsk region, Yelets, Kommunarov str., 28

E-mail: alrom60@yandex.ru

²The All-Russian Research Institute of Radiology and Agroecology

249032, Russia, the Kaluga region, Obninsk, Kievskoe sh., 109 km

E-mail: mirzoev.ed@yandex.ru

The investigation took place in the Bryansk region. The territory of natural dry meadow was contaminated there due to the Chernobyl disaster. Radioactive contamination significantly impacts agriculture in the area. Caesium-137 presented in soil hinders hay and green forage production. Natural plant ecosystems accumulate more radionuclide than the ones grown on farm fields. Therefore, those methods are of the highest interest that allow production of healthy forage in that area. The aim of the research was to analyze the effect of the zeolite from the Khotynetskiy district on the radionuclide movement from soil to plants. In August the zeolite (0.5 and 1% of soil mass) was applied in soil. One year later soil and plant samples were tested for caesium-137 as well as agrochemical, physical, chemical properties and productivity. As a result, the zeolite had no significant impact on the accumulation of caesium-137 in hay as well as Hr, S, EKO, V, K or P. In contrast, рН grew significantly and hay yield increased.

Keywords: dry meadow, radionuclide, caesium-137, plant ecosystem, soil, ameliorant, zeolite, physical, chemical, agrochemical properties, productivity.

References

1. Arefev A. N. Effektivnost ispolzovaniya osadkov stochnykh vod i tseolita na lugovo-chernozemnoy pochve lesostepnogo Povolzhya / A. N. Arefev, E. N. Kuzin // Surskiy vestnik. — 2018. — No. 1 (1). — P.3–6.

2. Perspektivy ispolzovaniya tseolitov v rastenievodstve / L. M.-Kh. Bikkinina, I. A. Yapparov, M. M. Idyasov, R. R. Gazizov, I. M. Sukhanova, N. L. Sharonova // Agroforum. — 2019. — No. 2. — P.58–59.

3. Bruyako M. G. Plazmomodifitsirovannye sorbenty na osnove tseolitsoderzhashchikh gornykh porod Khotynetskogo mestorozhdeniya / M. G. Bruyako, L. S. Grigoreva, A. I. Grigoreva // Stroitelstvo: nauka i obrazovanie. — 2017. — Vol. 7. — Is. 4 (25). — P.38–43.

4. Varlamova L. D. Otsenka effektivnosti kremniysoderzhashchikh mineralov pri vnesenii pod polevye kultury / L. D. Varlamova, A. V. Bakhareva, V. V. Sergeev // Agrokhimicheskiy vestnik. — 2017. — No. 2. — P.21–24.

5. Vasilyanova L. S. Tseolity v ekologii / L. S. Vasilyanova, E. A. Lazareva // Novosti nauki Kazakhstana. — 2016. — No. 1. — P.61–85.

6. Gaplaev M. Sh. Effektivnost organicheskikh udobreniy i tseolitov pri vyrashchivanii svekly stolovoy (Beta vulgaris) / M. Sh. Gaplaev // Problemy agrokhimii i ekologii. — 2015. — No. 1. — P.37–41.

7. Sorbtsionnye kharakteristiki apatita i vermikulita po otnosheniyu k radionuklidam tseziya i strontsiya / A. A. Kondrashova, N. D. Andryushchenko, E. V. Zakharova, E. A. Tyupina // Uspekhi v khimii i khimicheskoy tekhnologii. — 2016. — Vol. 30. — No. 6 (175). — P.56–58.

8. Kulikova A. Kh. Otsenka izmeneniya aktualnoy i obmennoy kislotnosti dernovo-podzolistoy legkosuglinistoy pochvy pri primenenii tseolita Khotynetskogo mestorozhdeniya / A. Kh. Kulikova, A. V. Kozlov, I. P. Uromova // Samarskiy nauchnyy vestnik. — 2018. — Vol. 7. — No. 2 (23). — P.77–81.

9. Merzlova O. A. Vliyanie tseolitsoderzhashchego melioranta trepela na biologicheskuyu dostupnost radionuklidov rasteniyam / O. A. Merzlova, T. P. Shapsheeva, T. N. Ageeva // Vestnik Belorusskoy gosudarstvennoy selskokhozyaystvennoy akademii. — 2018. — No. 1. — P.45–49.

10. Ryakhovskaya N. I. Agrokhimicheskie svoystva pochvy i urozhaynost kultur v trekhpolnom sevooborote pri vnesenii tseolita / N. I. Ryakhovskaya, V. V. Gaynatulina, M. A. Makarova // Plodorodie. — 2015. — No. 3 (84). — P.11–14.