Оценка последствий радиоактивного загрязнения наземных экосистем для биоты и населения



Скачать 78.18 Kb.
Дата25.04.2016
Размер78.18 Kb.

Оценка последствий радиоактивного загрязнения…

С.И. СПИРИДОНОВ, В.М. СОЛОМАТИН, Е.И. КАРПЕНКО

ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии, Обнинск, Калужская обл.
ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ ДЛЯ БИОТЫ И НАСЕЛЕНИЯ
Обоснована необходимость развития методов системной радиоэкологии, направленных на оценку радиационной устойчивости природных экосистем и радиоэкологических рисков. На конкретных примерах продемонстрировано применение различных подходов при анализе функционирования лесных биогеоценозов после острого облучения и изучении последствий радиоактивного загрязнения луговых экосистем для человека и биоты.
Комплексная оценка последствий радиоактивного загрязнения экосистем включает прогнозирование миграции радионуклидов, расчет дозовых нагрузок на биоту и человека, анализ развития природных объектов в условиях действия радиационного фактора. «Инструментами» прогнозирования являются миграционные и дозиметрические модели, а также модели функционирования экосистем при воздействии радиационного фактора, сопряженные с базами данных, содержащими радиоэкологическую информацию.

При выработке формализованных представлений о закономерностях поведения природных сообществ под воздействием радиационного фактора нельзя не учитывать следующие важные аспекты:



  • способность экосистемы в целом (и ее компонентов) к формированию комплекса ответных реакций на внешнее воздействие, направленных на поддержание ее структуры и функционирования;

  • неопределенность проявления негативных эффектов, обусловленная вариабельностью действующего фактора и чувствительности компонентов природной системы.

Первый аспект, связанный с развитием процессов поражения и восстановления, диктует необходимость изучения устойчивости экосистем и их компонентов к действию радиационного фактора. Решение этой задачи возможно на основе анализа экспериментальных данных, описывающих поведение рассматриваемого объекта в течение длительного времени. В случае отсутствия возможности “отслеживания” поведения природной системы посредством наблюдений и сбора эмпирической информации для оценки ее устойчивости используются динамические модели.

Неопределенность ответных реакций экосистемы и ее компонентов в ответ на техногенное воздействие обуславливает необходимость учета вероятностного аспекта при оценке и прогнозировании последствий этого воздействия. Количественными показателями, характеризующими вероятности негативных эффектов, являются радиоэкологические риски. Выбор метода оценки риска определяется, в первую очередь, степенью информационного обеспечения показателей, необходимых для расчета. К таким показателям относятся характеристика радиационного фактора (дозовая нагрузка) и критерий оценки риска, отражающий чувствительность объекта к действию этого фактора.



Исследование устойчивости лесных экосистем к радиационному воздействию. Для прогнозирования последствий острого облучения природных сообществ использованы имитационные модели, описывающие функционирование лесных экосистем (хвойный и смешанный лес), расположенных в регионе Южного Урала [1]. Модели включают наиболее значимые для описания процессов лучевого поражения и восстановления лесной экосистемы блоки – древесный, травянистый ярусы леса и всходы древесных растений.

Моделирование вторичных радиоэкологических эффектов основано на учете прямых и обратных связей между компонентами экосистемы. Оценка параметров, отражающих влияние ионизирующего излучения на компоненты лесной экосистемы, выполнена на основе данных, полученных в крупномасштабных экспериментах «Экос» по острому облучению леса [2].

Анализ устойчивости лесных экосистем к действию острого облучения проводился на основе концепции радиоэкологического сдвига [2]. С наиболее общих позиций можно выделить два типа радиоэкологических сдвигов – экосистемный и структурный. В первом случае происходит качественное изменение типа экосистемы в результате летального поражения наиболее радиочувствительных видов древесных растений. В результате структурного сдвига наблюдается смещение соотношения между конкурирующими видами древесных растений при сохранении всей совокупности пород, формирующих древесный ярус.

Естественное лесовозобновление возможно за счет вновь образующихся семян и семян, находившихся в почве до начала радиационного воздействия («банк семян»). Проведено два варианта прогностических расчетов. При выполнении первого варианта расчетов полагалось, что семена, находящиеся в почве, не прорастают ни при каких условиях в период после облучения. Второй сценарий реализован с учетом прорастания семян, попавших в почву в период, предшествующий радиационному воздействию на лесную экосистему. На рис. 1 представлены результаты прогнозирования динамики критерия P(D)/P, представляющего отношение продуктивности древесного яруса соснового леса после острого облучения с поглощенной дозой D к продуктивности контрольного насаждения.



А Б


Рис. 1. Динамика относительной продуктивности древесного яруса соснового леса после острого облучения без учета (а) и с учетом (б) процессов семенного возобновления за счет «банка семян» при поглощенной дозе: 1 – 5 Гр, 2 – 10 Гр, 3 – 15 Гр, 4 – 25 Гр, 5 – 50 Гр, 6 – 70 Гр, 7 – отсутствие облучения
Основные закономерности пострадиационной динамики соснового древостоя можно сформулировать следующим образом:

  • по истечении нескольких лет после облучения древесного яруса в дозах ниже летальных наблюдается устойчивая тенденция восстановления его продуктивности;

  • облучение соснового древостоя в летальных дозах может привести как к устойчивому, так и неустойчивому экосистемному сдвигу в зависимости от степени влияния экологических и радиационного факторов на всхожесть семян.

При моделировании функционирования смешанного (сосново-березового) древостоя начальные условия задавались согласно распределениям деревьев сосны и березы по диаметрам стволов на экспериментальном участке «Экос-2». Состав смешанного насаждения – 8С2Б (80 % сосны и 20 % березы). В качестве критерия рассматривалось отношение продуктивности березовой компоненты к суммарной продуктивности древесного яруса леса (Pb(D)/P(D)). Для всех уровней поглощенных доз характер динамики этого критерия является сходным – первоначальное увеличение этого показателя сменяется выходом на плато, что свидетельствует о формировании устойчивой структуры древесного яруса (рис. 2).

Таким образом, облучение смешанного сосново-березового леса в сублетальных для сосны дозах приводит к смещению соотношения между конкурирующими видами древесных растений с установлением равновесия в течение нескольких десятков лет. Выполненные расчеты позволяют сделать вывод о том, что конкурентное давление со стороны березовой компоненты смешанного насаждения приводит к снижению дозы острого облучения, приводящей к гибели сосновой компоненты древостоя.


Рис. 2. Динамика критерия, отражающего долю продуктивности березовой компоненты древесного яруса леса с начальным составом 8С2Б при поглощенной дозе: 1 – 10 Гр, 2 – 15 Гр, 3 – 25 Гр, 4 – 50 Гр


Оценка рисков радиоактивного загрязнения луговых экосистем Семипалатинского испытательного полигона (СИП). Ведение сельскохозяйственного производства на территории СИП в условиях радиоактивного загрязнения обусловливает необходимость анализа радиационных последствий для населения [3]. Перманентному воздействию ионизирующего излучения, формируемого долгоживущими радионуклидами, подвергаются компоненты лугопастбищных экосистем СИП. С целью сравнительной оценки радиационного воздействия на различные категории населения и ценозообразующую компоненту этих экосистем (травянистую растительность) рассчитаны дозовые нагрузки и радиоэкологические риски.

В качестве загрязненных территорий выбраны ареалы выпаса сельскохозяйственных животных в районах расположения технических площадок «Опытное поле» и «Балапан». В пределах этих ареалов расположены пастбища коллективных сельскохозяйственных предприятий, к которым относятся хозяйства «Чаганское» (зимовка «Атомное озеро») и «Акжарское» (зимовка «Тактайколь»). Для консервативной оценки выделены наиболее загрязненные секторы выпаса («Тактакойль – 1» и «Атомное озеро – 1»).

Для пастбищ четырех типов были идентифицированы распределения дозовых нагрузок на пастухов (критическую группу) и население, подвергающееся действию дополнительного облучения за счет употребления продукции, содержащей радионуклиды. Для этих территорий рассчитаны распределения дозовых нагрузок на луговую растительность. Параметризация дозиметрических моделей выполнена с использованием информации, предоставленной Национальным ядерным центром Республики Казахстан.

В качестве норматива для населения рассматривался допустимый уровень дополнительного облучения населения (1 мЗв в год) [4]. Поскольку в настоящее время отсутствуют законодательно утвержденные нормативы, ограничивающие действие ионизирующего излучения на биоту, при оценке рисков для луговой растительности использовали дозовые стандарты, приведенные в литературе [5, 6] – 400, 100 и 10 мкГр/ч.

На рис. 3 отражены радиоэкологические риски, представляющие собой вероятности превышения дозового норматива для различных групп населения и четырех типов пастбищ. Максимальные риски формируются в секторе выпаса «Атомное озеро – 1» для критической группы (пастухов), подвергающейся действию как внутреннего, так и внешнего облучения [7]. Риски для населения, не участвующего в выпасе сельскохозяйственных животных, расположены в диапазоне (7 · 10–4 – 0,11). Аналогичные показатели для луговой растительности, рассчитанные с использованием в качестве нормативов совокупности дозовых стандартов, являются незначительными. Даже при использовании самого жесткого критерия (10 мкГр/ч) значения нормативных рисков составляют 2,0 · 10–6 – 8,2 · 10–4.

Рис. 3. Нормативные радиоэкологические риски для населения и луговой растительности, формирующиеся в результате радиоактивного загрязнения различных территорий СИП


На основе проведенных расчетов установлено, что вероятность превышения дозового норматива (1 мЗв/год) при получении сельскохозяйственной продукции на наиболее загрязненном участке, прилегающем к «Атомному озеру», является существенной только для критической группы населения, участвующей в выпасе животных. Можно сделать вывод о предпочтительности использования вероятностных показателей для количественных радиоэкологических оценок. Сопоставление значений вероятностных рисков с индексами радиационного воздействия [8] на население и объекты окружающей среды демонстрирует нелинейность связи между этими показателями, что вполне объяснимо различной степенью детализации рассматриваемых подходов.

Сравнительная оценка последствий радиоактивного загрязнения территории СИП для человека и ценозообразующей компоненты луговых экосистем, выполненная с учетом неопределенности формирования дозовых нагрузок, подтверждает основное положение антропоцентрической концепции МКРЗ: «если радиационными стандартами защищен человек, то защищена от действия ионизирующих излучений и биота» [4].


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Спиридонов С.И., Фесенко С.В., Алексахин Р.М и др. // Радиобиология. 1989. Т. 29. Вып. 4. С. 544.

2. Спирин Д.А., Романов Г.Н., Федоров Е.А. и др. // Экология. 1988. № 4. С. 25.

3. Semiochkina N., Voigt G., Mukusheva M. et al. // Health Phys. 2004. V. 86. P. 187.

4. Алексахин Р.М., Фесенко С.В. // Радиационная биология. Радиоэкология. 2004. Т. 44. № 1. С. 93.

5. DOE Standard. A Graded Approach for Evaluation Radiation Doses to Aquatic and Terrestrial Biota. Washington: US Department of Energy, D.C. 20585, Project number ENVR-0011. US Department of Energy, 2000.

6. Bird G., Thompson P., MacDonald C. et al.// Supporting Document for the Priority Substances List Assessment of Release of Radionuclides from Nuclear Facilities (Impact on Non-Human Biota). – Ottawa: Canadian Nuclear Safety Commission, 2000.

7. Спиридонов C.И., Тетенькин В.Л., Мукушева М.К. и др. // Радиационная биология. Радиоэкология. 2008. Т. 48. №6. С. 705.

8. Фесенко С.В., Алексахин Р.М., Гераськин С.А. и др. // Радиационная биология. Радиоэкология. 2004. Т. 44. № 6. С. 618.






Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал