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

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.

коэффициенты накопления cs у сортов салата листового

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

Сорта салата	Содержание 137Cs в листьях, Бк/кг	Кп, Бк/кг:кБк/м2	Критическая плотность загрязнения почвы 137Cs, выше которой возделывание салата не рекомендуется, кБк/м2 (Ки/км2)
Среднее	Максимальное	Среднее	Максимальное
Московский парниковый (стандарт)	142	239	0,29	0,50	200 (5,4)
Бионда	101	159	0,21	0,33	303 (8,2)
Грюнетта	182	270	0,38	0,57	175 (4,7)
Дубовый лист коричневый	169	210	0,35	0,42	238 (6,4)
Одесский кучерявец	142	178	0,30	0,37	270 (7,3)

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.

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

Похожие статьи