DE4447133A1

DE4447133A1 - Verfahren zum Anbau von landwirtschaftlichen Kulturen auf mit radionukliden kontaminierten Böden

Info

Publication number: DE4447133A1
Application number: DE19944447133
Authority: DE
Inventors: Ivan Vasil Evic Cernenok; Nikolaj Ivanovic Bochan; Vladimir Petrovic Kasceev; Yurij Michajlovic Sadura
Original assignee: BYELORUSSIAN COMMITTEE CHI
Current assignee: BYELORUSSIAN COMMITTEE CHI
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1994-12-29
Publication date: 1995-07-06
Also published as: RU94017629A; NL9402225A; RU2077831C1

Description

Die Erfindung betrifft die Landwirtschaft und insbesondere ein agrotechnisches Verfahren zur Bekämpfung der Aufnahme langlebiger Isotopen (⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs u. a.) in Pflanzen, das beim Anbau von landwirtschaftlichen Kulturen auf mit Radionukli den kontaminierten Böden, die landwirtschaftlich genutzt werden, angewandt werden kann.

Bekannt sind Verfahren zum Anbau von landwirtschaftlichen Kulturen auf mit Radionukliden kontaminierten Böden (s. SU-Urheberscheine Nr. 1 584 143, AOIB 79/02, 13/16, "Sposob vozdelyvanÿa sel′skochosjajstvennych kultur na pocvach, zagrjaznennych radionuklidami", 1988, veröff. 15.02.92, Bull. Nr. 6, und Nr. 1 591 201, AOIB 79/02, 13/16, "Sposob vozdelyvanÿa sel′skochozjajstvennych kultur na pocvach, zagrjaznennych radionuklidami", 1988, veröff. 15.02.92, Bull. Nr. 6). In der Republik Weißrußland ist die Einbringung von Phosphor- und Kalidüngern in den den Bedarf an diesen Nährstoffen übersteigenden Aufwandmengen allgemein üblich; dies gilt auch für die Kalkdüngung in Aufwandmengen bis zur doppelten hydrolytischen Azidität, da es mit zuneh mender Kalkmenge zu einer Verringerung der Akkumulierung von ⁹⁰Sr und in geringerem Maße auch von ¹³⁷Cs in den Pflanzen kommt. Die von den Pflanzen aus dem Boden aufgenommene Menge an ¹³⁷Cs errechnet sich aus der Summe der aufgenommenen basi schen Elemente (Calcium, Kalium u. a.) sowie aus der Menge des Austauschkaliums im Boden (siehe "Cernobyl′skaja kata strofa: Priciny i posledstvÿa, red. v. V.B. Nesterenko, Bd. 3, Minsk-Moskau-Kiew, Minsk, "Skaryna", 1992, 61 SS.). Bei diesem Verfahren kommt es jedoch nur zu einer einmaligen Verringerung. Es gilt somit, diese positive Nährstoffbilanz auch weiterhin aufrechtzuerhalten.

Die Eintragung von das Absorptionsvermögen des Bodens stei gernden und auf Cs- und Sr-Ionen selektiv wirkenden Sorben tien hat die erhoffte Wirkung nicht erzielen lassen. Zur Verringerung der Umweltbelastung durch Senkung der Radionu klidaufnahme durch die Pflanzen wird unter Berücksichtigung der Mächtigkeit der Humusschicht des Bodens einmal umge pflügt, wonach dann die darauffolgenden Arbeitsgänge durch geführt werden, ohne daß die einzelnen Bodenschichten bis in eine Tiefe miteinander vermischt werden, die von den biolo gischen Merkmalen der jeweiligen Kultur abhängt. Das Unter pflügen der oberen kontaminierten Bodenschicht bis in eine Tiefe, in die das Wurzelsystem der Pflanzen nicht reicht, ermöglicht eine Senkung der Radionuklidaufnahme durch die Pflanzenproduktion auf weniger als ein Zehntel. Das Unter pflügen bis in eine Tiefe von 40 bis 50 cm ist jedoch nur bei Böden mit einem mächtigen fruchtbaren Horizont möglich und kommt daher für Weißrußland mit seinen armen Böden nicht in Frage. Außerdem sind diese Verfahren produktionstechnisch ungünstig, da sie eine intensive Bodenbearbeitung im Zu sammenhang mit dem Radionuklidtransfer erforderlich machen, weshalb sie bisher keine breite praktische Anwendung gefun den haben.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren hinsichtlich des technischen Wesens kommt ein Verfahren zum Anbau von landwirtschaftli chen Kulturen auf mit Radionukliden kontaminierten Böden am nächsten, das eine Vorbehandlung des Saatguts bzw. eine Be arbeitung des Bodens mit Mineral-N-Dünger umfaßt und Pflü gen, Eggen, Hacken, Aussaat und Anwalzen, d. h. die traditio nellen Methoden der Bodennutzung entsprechend dem Handbuch "Rukovodstvo po vedenju sel′skogo chozjajstva v uslovÿach radioaktivnogo zagrjaznenÿa territorii Respubliki Belarus′, 1991-1992" vorsieht. Gemäß den Vorschriften und Empfehlungen nach ("Obespecenie radiacionnoj bezopasnosti i ziznedeja tel′nosti naselenÿa, prozivajuscego na zagrjaznennych radionuklidami territorÿach Respubliki Belarus′", Sbornik reglamentirujuscich i organisacionno-metodiceskich dokumen tov, red. v. V.N. Bul′jak, H. I, Minsk, 1991, S. 186) werden bei mit ¹³⁷Cs (1 bis 5 Ci/km²) und ⁹⁰Sr (unter 0,3 Ci/km²) kontaminierten Ackerböden sämtliche sowohl bei automorphen als auch bei meliorierten Böden üblichen Arten von Arbeiten uneingeschränkt, d. h. analog zu nichtkontaminierten Böden durchgeführt. Um jedoch bei einer Kontaminierung mit ¹³⁷Cs (5 bis 15 Ci/km²) und ⁹⁰Sr (0,3 bis 1 Ci/km²) zu einer für den Verbraucher gefahrlosen Pflanzenproduktion zu gelangen, sind neben den üblichen noch zusätzliche, auf die Verringerung des Aufwandes an manueller Arbeit sowie des Kontaktes mit dem kontaminierten Boden abzielende agrotechnische Maßnahmen erforderlich. Außerdem werden für den Anbau von Futterhack früchten und von Zuckerrübe Samen einkeimiger Sorten unter vollständiger Mechanisierung sämtlicher Anbauarbeiten ver wendet. Bei einer Kontaminierung mit ¹³⁷Cs (15 bis 40 Ci/km²) und ⁹⁰Sr (1 bis 3 Ci/km²) ist die Zahl der in Frage kommenden Kulturen eng begrenzt. Außer Buchweizen und Flachs dürfen keinerlei Hülsenfrüchtler, Kreuzblütler, Gemüsekulturen, mehrjährige Leguminosen usw. angebaut werden. Bei der Konta minierung mit ¹³⁷Cs von 15 bis 40 Ci/km² zielt die chemische Bodenverbesserung bzw. die Einbringung von mineralischem und organischem Dünger sowie von Mikrodünger auf die Optimierung der Mineralnahrung der Pflanzen ab und entspricht der Kon taminierung mit ¹³⁷Cs von 5 bis 15 Ci/km². Beim Anbau von landwirtschaftlichen Kulturen auf mit Radionukliden kon taminierten Böden ist die Ausbringung von Mineraldünger genau geregelt. Zur Verbesserung der Produktionsqualität (Nitrate, Protein, Stärke u. a.) wurden bei rayonierten Nutzpflanzensorten bei der Berechnung der N-Düngergaben Grenzwerte für ökologisch und toxikologisch unbedenkliche Gaben eingeführt. So beträgt z. B. die maximale Jahresgabe für Stickstoff bei Gerste 120 kg/ha, für Zuckerrübe 180 kg/ha (siehe "Obespecenie . . . ", ibidem). Die Vorbehandlung von Saatgut bei einer Kontaminierung bis zu 15 Ci/km² er folgt nach üblichen Verfahren, z. B. unter Verwendung von Beizmitteln.

Obwohl das genannte Verfahren bei der Pflanzenproduktion gute Ergebnisse erzielen läßt, weist es dennoch eine Reihe von Nachteilen auf:
Mit zunehmender Bodenkontaminierung kommt es zu einer Ein schränkung der in Frage kommenden Kulturen. Außerordentlich hoch sind außerdem die Aufwandmengen an Mineral-N-Dünger und schließlich ist das Verfahren aufgrund der Notwendigkeit, für die vollständige Mechanisierung sämtlicher Arbeiten spe zielle Mittel einsetzen zu müssen, was nicht immer möglich ist, produktionstechnisch ungünstig.

Aufgabe der Erfindung sind demnach die Bereitstellung eines Verfahrens zum Anbau von landwirtschaftlichen Kulturen auf mit Radionukliden kontaminierten Böden sowie die Erzielung einer Pflanzenproduktion, die den Strahlenschutzbestimmungen der Republik Weißrußland (RKU-90) genügt, die wiederum mit den entsprechenden Bestimmungen der EG-Länder übereinstim men.

Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Verfahren zum Anbau von landwirtschaftlichen Kulturen auf mit Radionu kliden kontaminierten Böden zuerst die Dichte der Bodenkon taminierung ermittelt wird, wonach das Saatgut vor der Aussaat sowie der Boden durch Zufuhr von 200 bis 400 g eines Bakterienpräparats (BP) pro Hektar Aufwandmenge an Samen und Einbringung von 20 bis 40 kg Mineral-N-Dünger pro ha Boden bei einer Dichte der Bodenkontaminierung von 1 bis 25 Ci/km² (bezogen auf ¹³⁷Cs) behandelt werden.

Zur Verbesserung der produktionstechnischen Eigenschaften des Anbauverfahrens sowie zur Verbesserung der Haltbarkeit der Nutzpflanzensamen wird das Saatgut durch Mischen der Samen mit einem BP und einem organischen Haftmittel bei einem Gewichtsverhältnis von BP : Haftmittel = 1 : 1, bezogen auf die Hektaraufwandmenge an Nutzpflanzensamen, während 15 bis 20 Minuten behandelt.

Die Vorteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß man auf diese Weise auf kontaminierten Böden zu einer ökologisch sauberen Pflanzenproduktion gelangt, wobei die Mineral-N-Dünger aufwandmenge herabgesetzt werden kann, die Pflanzen besser gedeihen, sich die Reifungszeiten verkürzen und der Ernteertrag gesteigert wird. Außerdem ermöglicht das Verfah ren eine Erweiterung des Anwendungsbereichs durch Steigerung der Zahl der mit zunehmender Bodenkontaminierung anbaubaren Kulturen und schließlich ist es aufgrund des Einsatzes traditioneller Bodennutzungstechniken produktionsgerechter.

Bevorzugte Bakterienpräparate (BP) enthalten Rhizotorfin, Flavobakterin, Rhizoagrin und Rhizotorfin.

Die Bakterienstämme wie schnellwachsendes Rhizobin werden in einer Menge von 24 Milliarden auf 1 Hektar-Portion genommen.

Kohlenwasserstoff: 8 bis 12%
Wachstumsstimulator: 0,5 bis 3%
Torfsubstrat: Rest.

Bei Flavobakterium:
Stamm Flavobakterium 20 bis 24 Milliarden auf 1 Hek tar-Portion

Bei Rhizoagrin:
Stamm Agrobakterium 18 bis 22 Milliarden auf 1 Hektar- Portion

Kohlenwasserstoff: 8 bis 12%
Wachstumsstabilisator: 0,5 bis 3%
Torfsubstrat: Rest.

Als organisches Haftmittel wird insbesondere 3 bis 5% Kasein eingesetzt.

Nachfolgend seien mehrere Ausführungsbeispiele angeführt.

Beispiel 1

Durchgeführt wurden saisonale Messungen der Bodenkontaminie rungsdichte. Diese betrug 1 bis 25 Ci/km² (¹³⁷Cs). Angelegt wurden Versuchsparzellen unter Einsatz von BP und bei Be handlung mit Mineral-N-Dünger sowie Kontrollparzellen, auf denen der Anbau von landwirtschaftlichen Kulturen nach der üblichen Technik erfolgte. Die erzielte Ernte wurde auf die Isotopenzusammensetzung (¹³⁷Cs, ⁴⁰K, ⁹⁰Sr) mit Hilfe eines brummarmen β-Aktivitätsmessers (vom Typ "Tesla-Automat") und eines Halbleiterdetektors vom Typ DGDK-63 B-3 unter Ver wendung eines Impulsanalysators vom Typ UHO-93 kontrolliert. Die verwendeten Kulturen waren Klee, Zuckerrübe und Gerste und die BP waren folgende: Bei Klee Rhizotorfin, bei Zuckerrübe Flavobakterin und bei Gerste Rhizoagrin. Die Hektaraufwandmenge an BP wurde in 2 bis 3 l Wasser oder Haftmittel verdünnt und dann mit der Hektaraufwandmenge an Samen vermischt. Die Behandlung der Samen erfolgte von Hand oder maschinell am Tag der Aussaat. Die Vorbehandlung des Bodens unter Einbringung von Mineral-N-Dünger in einer Menge von 20 bis 40 kg/ha Boden wurde ausgehend von der Feststel lung ermittelt, daß die Überschreitung der Obergrenze (40 kg/ha) zu einer Steigerung des Radionuklidgehalts in der Pflanzenmasse führt, ohne daß es zu einer Ertragssteigerung kommt. Andererseits führt eine Eintragung von weniger als 20 kg/ha Dünger zu einer Senkung des Ernteertrags. Die Parameter der Nuklidzusammensetzung in den ohne BP angebau ten Kulturen sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. In Tabelle 2 sind die Parameter der Nuklidzusammensetzung in den Kulturen zusammengefaßt, die auf denselben Feldern (Parzellen) unter Verwendung von BP angebaut wurden.

Tabelle 1

Parameter der Nuklidzusammensetzung in landwirt schaftlichen Kulturen ohne Anwendung von BP

Tabelle 2

Parameter der Nuklidzusammensetzung der landwirtschaft lichen Kulturen, die auf denselben Feldern (Parzellen) mit BP gezüchtet wurden

Die mit 200 bis 400 g pro Hektaraufwandmenge an Samen ge wählten BP-Aufwandmengen sind die optimalen Mengen. Die Einarbeitung von weniger als 200 g BP führt zu einer Verrin gerung des Ertrags, andererseits ist eine Eintragung von über 400 g BP unwirtschaftlich.

Die Vorbehandlung des Saatguts erfolgte durch Mischen der Samen mit einem BP und einem organischen Haftmittel bei einem Gewichtsverhältnis von BP : Haftmittel = 1 : 1, bezogen auf die Hektaraufwandmenge an Nutzpflanzensamen, während 15 bis 20 Minuten. Die Mischdauer hing von der Gleichmäßigkeit der Verteilung des BP sowie des Haftmittels auf der Ober fläche des Saatguts ab. Eine Dauer von weniger als 15 Minu ten ergab eine ungleichmäßige Haftung, andererseits ist ein länger als 20 Minuten dauerndes Mischen unwirtschaftlich.

Wie aus den Tabellen 1 und 2 hervorgeht, ergaben die Ergeb nisse der Isotopenzusammensetzung eine erhebliche Verringe rung an Radionukliden in der Biomasse, bei den mit BP behan delten Parzellen.

Beispiel 2

Die Ergebnisse der Versuche zur Ermittlung des Einflusses von BP auf das Vermögen des Klees, im Boden enthaltene Radionuklide zu akkumulieren, sind in Tabelle 3 zusammenge faßt.

Tabelle 3

Kleefeld

Kleefeld: Gesamtfläche 90 ha, pH 5,9, Kontaminierungsdichte 15 Ci/km². Der Klee wurde zur ausgesäten Gerste dazugesät. Es wurden zwei Parzellen vollgesät: Nr. 1 mit Klee ohne BP (Kontrolle) und Nr. 2 mit BP (Rhizotorfin). Das BP wurde, wie oben in Beispiel 1 beschrieben, angewandt. Die Vorberei tung des Bodens wurde ebenfalls in Beispiel 1 beschrieben. Von den Parzellen wurden Grünmasseproben von jeweils 1 m² bei fünf Wiederholungen entnommen. Der Klee von Parzelle Nr. 2 ergab eine große Masse pro m² und, was wesentlich ist, er kam auf dieser Parzelle zum Blühen. Die Reifungszeiten für die Pflanzenmasse verkürzten sich um 10 bis 14 Tage. Auf Parzelle Nr. 1 erzielte man eine geringere Grünmasse und der Klee blieb in der Ausbildung des Stengels zurück.

Beispiel 3

Kontrollergebnisse zur Nuklidzusammensetzung eines Versuchs feldes für Gemüsekulturen am Beispiel der Zuckerrübe sind in Tabelle 4 zusammengefaßt

Tabelle 4

Zuckerrübenfeld

Zuckerrübenfeld: pH 5,8; Fläche: Versuch Nr. 1-1,6 ha, Versuch Nr. 2 mit BP 1,5 ha. In den Boden wurde N-Mineral dünger, wie in Beispiele 1 (Parzelle 1 und 2) beschrieben, eingebracht. Außerdem wurde Parzelle Nr. 2 unter Anwendung von BP (Flavobakterin) unter Anwendung der in Beispiel 1 be schriebenen Technik angelegt. Die Proben zur Kontrolle der Nuklidzusammensetzung wurden von jeder Parzelle von einer Fläche von 0,5 m² bei fünf Wiederholungen entnommen. Die Rüben gediehen besser und übertrafen massemäßig die Rüben von der Parzelle, auf der kein BP mitausgesät wurde. Die Reifungszeiten verkürzten sich um 10 bis 15 Tage.

Beispiel 4

Der Radionuklidgehalt in der Pflanzenmasse der Gerste in Abhängigkeit von Art und Menge der eingetragenen Zusätze ist in Tabelle 5 angeführt.

Tabelle 5

Zuckerrübenfeld

Gerstenfeld: Gesamtfläche - 100 ha, pH 5,8, Lehmboden, Strahlungsintensität 168 bis 206·10^-4 C/kg·h.

Vor der Aussaat wurde N-Mineraldünger, wie in Beispiel 1 beschrieben, eingebracht. Die Vorbehandlung des Feldes und die Kontrolle der Parzelle erfolgten gleichzeitig unter denselben Bedingungen. Auf dem Feld wurden drei Produktions parzellen mit einer Fläche von jeweils 1,5 ha angelegt (Nr. 2 bis 4). Zu Vergleichszwecken wurde neben den Produktions parzellen auch eine Kontrollparzelle mit einer Fläche von 1,56 ha (Nr. 1) mit vollständigem Eintrag von Mineral-N-Dün ger (90 kg/ha Boden) angelegt. Die Aufwandmenge an Mineral- N-Dünger war bei der Parzelle Nr. 2 dieselbe wie bei Par zelle Nr. 1. Die Gerstensamen wurden mit BP (Rhizoagrin), wie in Beispiel 1 beschrieben, vorbehandelt. Bei Parzelle Nr. 3 wurde die Menge an Mineral-N-Dünger auf 4/10 verrin gert. Die Gerstensamen wurden mit BP, wie in Beispiel 1 be schrieben, vorbehandelt. Bei Parzelle Nr. 4 wurden die Samen lediglich mit BP behandelt, Mineraldünger wurde nicht einge tragen. Proben der Pflanzenmasse wurden von jeweils 1 m² sowohl auf dem Kontrollfeld als auch auf den Produktionsfel dern bei fünffacher Wiederholung entnommen. Vorgängig wurde pro m² zu entnehmender Proben der Boden dosimetrisch unter sucht und seine Kontaminierungsdichte ermittelt.

Tabelle 5 läßt eine erhebliche Senkung des Protonengehalts bei ¹³⁷Cs, ⁴⁰K und ⁹⁰Sr in der Biomasse bei den unter Verwen dung von BP besäten Parzellen erkennen. Der Einsatz dieser Technik des Anbaus von Nutzpflanzen ermöglicht demnach die Erzielung ökologisch sauberer landwirtschaftlicher Produk tion auf kontaminierten Böden. Dabei gedeihen die Pflanzen besser, verkürzen sich die Reifungszeiten und verringert sich die Aufnahme von Radionukliden aus dem Boden. Es ver ringert sich die Mineral-N-Düngeraufwandmenge um 60 bis 70%. Das Verfahren ist aufgrund des Einsatzes traditioneller Bodennutzungstechniken und der Steigerung der Zahl der bei zunehmender Bodenkontaminierung durch Radionuklide anbauba ren Kulturen produktionsgerechter.

Claims

1. Verfahren zum Anbau von landwirtschaftlichen Kulturen auf mit Radionukliden kontaminierten Böden, das die Voraussaat behandlung des Saatguts und des Bodens unter Einbringung von Mineral-N-Dünger umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß man zuerst die Kontaminierungsdichte des Bodens ermittelt, wonach man das Saatgut vor der Aussaat sowie den Boden durch Zufuhr von 200 bis 400 g eines Bakterienpräpa rats (BP) pro Hektar Aufwandmenge an Samen der anzubauenden Kulturen und Einbringung von 20 bis 40 kg Mineral-N-Dünger pro ha Boden bei einer Kontaminierung von 1 bis 25 Ci/km² (bezogen auf ¹³⁷Cs) behandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorbehandlung des Saatguts durch Mischen der Samen mit einem BP und einem organischen Haftmittel bei einem Gewichtsverhältnis von BP : Haftmittel = 1 : 1, bezogen auf die Hektaraufwandmenge an Samen der anzubauenden Kulturen, während 15 bis 20 Minuten behandelt.