Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Использование древесины в строительном комплексе в зависимости от условий произрастания на радиоактивно-загрязненных территориях

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Мащенко, Татьяна Владимировна, Брянск

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Брянская государственная инженерно-технологическая академия

на правах рукописи Мащенко Татьяна Владимировна

Использование древесины в строительном комплексе в зависимости от условий произрастания на радиоактивно - загрязненных территориях

Специальность 03.00.16 - "Экология"

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Е.С.Мурахтанов

Брянск - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение......................................................................................4

Глава 1. Состояние вопроса и обоснование направления исследований....................................................................................11

1.1.Влияние плотности загрязнения почвы на удельную активность дре-

весины...........................................................................................12

1.2.Влияние различных факторов и некоторых особенностей деревьев на загрязненность древесины.......................................................13

1.3.Радиальное распределение цезия-137 по стволу и динамика накопления цезия -137 в древесине..............................................17

1 ^.Сопоставление пород по загрязненности древесины и возможности использования древесины с радиоактивно-загрязненных территорий................................................................................................25

1.5.Влияние облучения на механические свойства древесины........................................................................................................31

Глава 2. Программа, методика, объекты исследований и объем выполненных работ.....................................................................38

2.1.Описание района радиационного исследования............................38

2.2.Методика отбора' проб и подготовка их к измерению......................42

2.3.Измерение активности проб древесины гамма-спектрометрическим способом...................................................................................44

2.4.Определение механических свойств древесины, подвергшейся иони зирующему излучению............................................................46

2.5.Общие закономерности воздействия радиоактивного загрязнения на лесные экосистемы.....................................................................48

2.6.Краткая характеристика региона исследований. Состояние и тенден-

ции использования лесов Брянской области.............................52

2.7.Загрязнение лесов Брянской области радионуклидами ................61

2.8.Характеристика района проведения эксперимента по радиоактивному загрязнению и лесорастительным условиям.........................64

Глава 3. Использование древесины в строительном комплексе.........78

3.1.Использование основных древесных пород в строительстве.........78

3.2.Удельная активность деловой древесины и возможности

ее использования в строительстве............................................87

3.2.1.Зависимость удельной активности древесины от плотности загрязнения почвы...................................................................87

3.2.2. Соотношение между концентрацией цезия-137 в различных частях древесных растений в зависимости от плотности загрязнения почвы.........................................................................90

3.2.3. Концентрация цезия -137 в древесине в зависимости от пол ноты древостоя..........................................................................96

3.2.4. Содержание цезия -137 в различных древесных породах в за висимости от типов условий произрастания............................98

3.2.5. Концентрация цезия -137 в древесине в зависимости от возраста деревьев.........................................................................100

Глава 4. Влияние воздействия ионизирующего излучения на

физико-механические свойства древесины............................105

Заключение.........................................................................................118

. Список использованной литературы.......................................................121

Приложения..............................................................................................142

Введение

Авария на ЧАЭС привела к загрязнению радионуклидами значительной, части территории России и породила множество проблем. В первые годы после аварии основное внимание было уделено исследованиям, направленным на определение доз облучения населения загрязненных территорий, разработку и внедрение мероприятий по их снижению. В настоящее время эти вопросы достаточно хорошо исследованы и работы в этом направлении сводятся к проведению радиационного мониторинга на загрязненных территориях. В настоящее время на первый план выходит задача изучения воздействия радиоактивного загрязнения на всю экосистему в целом, динамики развития экологической ситуации в загрязненных районах. В частности, значительный интерес представляет вопрос о миграции радионуклидов в лесных экосистемах. Общеизвестно, что леса играют важнейшую роль в сохранении экологического равновесия и имеют огромное народно-хозяйственное значение. Жизнь значительной части населения непосредственно связана с лесом: без использования древесины человек не обходится. С давних пор человек познал и оценил достоинства древесины, которая удовлетворяла разнообразные его нужды — служила строительным и поделочным материалом, топливом. Сейчас разработано и широко используется множество искусственных конструкционных и технологических материалов, однако древесина не утратила своего значения. По разнообразию применения древесина занимает одно из первых мест среди известных человеку природных материалов.

Практически нет такой отрасли народного хозяйства, которая не потребляла бы древесину. Многообразное ее использование объясняется редкостным сочетанием в этом продукте живой природы многих ценных свойств. Древесина — прочный и одновременно легкий материал,

обладающий хорошими теплоизоляционными свойствами, способностью без разрушения поглощать работу при ударных нагрузках, гасить вибрации. Она легко обрабатывается режущими инструментами, склеивается, удерживает металлические и другие крепления. Древесина имеет прекрасные декоративные качества; ей присуща уникальная резонансная способность. Эти природные особенности древесины позволяют использовать ее для производства строительных деталей и конструкций, мебели и музыкальных инструментов, тары и спортивного инвентаря, в качестве шпал, крепи для угольной, сланцевой и горнорудной промышленности, а также для многих других целей.

Даже отработавшая древесина имеет преимущество перед другими материалами, легко поддаваясь биологическому разложению и не загрязняя окружающую среду.

Большой спрос на древесину с особой остротой ставит вопрос о рациональном использовании лесных богатств как о важной части общей природоохранительной стратегии.

Комплексная переработка всего заготавливаемого древесного сырья, включая низкокачественную и лиственную древесину, а также разнообразные отходы позволяет удовлетворить потребности народного хозяйства без увеличения объема лесозаготовок, сберечь лес на значительных площадях.

Важная роль древесины в народном хозяйстве, а также то, что многие древесные породы стали дефицитными, требует для правильного и рационального использования древесины более четкого и глубокого знания ее физико-механических свойств. Оно также необходимо для совершенствования существующих и разработки новых способов ее обработки и переработки, улучшения ее природных свойств и изыскания новых областей применения древесины.

Современный уровень развития энергетики не позволяет отказаться от эксплуатации АЭС, которые являются потенциальными загрязни-

телями биосферы. Следовательно, функционирование различных отраслей лесного хозяйства в условиях загрязнения среды радионуклидами неизбежно.

Однако радиоактивное загрязнение лесных экосистем создало такие усло,вия, при которых в течение многих лет невозможны обычное ведение лесного хозяйства и многоцелевое использование леса. Это обусловлено тем, что на отдельных участках лесного фонда количество выпавших радиоактивных веществ не вызывает прямого поражения растений и животных, но превышает допустимые нормы их содержания в продукции лесного хозяйства и основные дозовые пределы облучения людей. В таких лесах сейчас организуется особая долговременная система ведения лесного хозяйства, обеспечивающая условия труда и возможность получения продукции с содержанием радионуклидов, не превышающим установленные нормативы.

В загрязненных радионуклидами лесах юго-западных районов Брянской области широко произрастают и образуют лесные массивы следующие древесные растения: сосна обыкновенная - Pinus sylvetstris !_., ель обыкновенная или европейская - Picea Abies L.Karst, береза повислая - Betula pendula Roth., осина обыкновенная - Populus trémula L. Рядом исследователей достаточно подробно изучена реакция упомянутых растений на воздействие радиоактивных излучений с точки зрения изменения прироста, наличия мутационных изменений. Всесторонне исследован генеративный цикл этих растений: цветение, качество пыльцы, завязывание и развитие плодов, шишек, образование семян, их всхожесть, энергия прорастания, а также проростки и всходы. При этих исследованиях контролем служили те же растения в чистых от радионук-.. лидов районах Брянской области. В результате было установлено, что изученные древесные растения в юго-западных районах Брянской области растут без видимых отклонений от нормы (контроля).

Однако накопление радионуклидов древесиной основных лесооб-разующих пород, влияние радиоактивного загрязнения древесины на ее качества и основные физико-механические характеристики в народном хозяйстве, в частности, в строительстве, изучены, по нашему мнению, явно недостаточно. Поэтому поставленная нами проблема — актуальна.

Актуальность темы. Авария на Чернобыльской АЭС привела к загрязнению радионуклидами значительной части территории России и породила множество проблем. В первые годы после аварии основное внимание было уделено исследованиям, направленным на определение доз облучения населения загрязненных территорий, на разработку и внедрение мероприятий по их снижению. В настоящее время эти вопросы достаточно хорошо исследованы и работы в этом направлении сводятся к проведению радиоэкологического мониторинга на загрязненных территориях. На первый план выходит задача изучения воздействия радиоактивного загрязнения на всю экосистему в целом, динамики развития экологической ситуации в загрязненных районах. Значительный интерес представляет вопрос о миграции радионуклидов в лесных экосистемах. Общеизвестно, что леса играют важнейшую роль в сохранении экологического равновесия на планете и имеют огромное народно-хозяйственное значение. Жизнь значительной части населения .непосредственно связана с лесом. Без использования древесины человек не обходится. Практически нет такой отрасли народного хозяйства, которая не потребляла бы древесину.

В результате аварии на ЧАЭС радиоактивному воздействию подверглось более 3,5 млн. га леса (Сидоров, Пророков, 1996). Это создало условия, при которых в течение многих лет невозможно обычное ведение лесного хозяйства и многоцелевое лесопользование. В таких лесах необходима особая долговременная система ведения лесного хозяйства, обеспечивающая безопасные условия труда и возможность

получения продукции, загрязнение которой не превышает установленные нормативы.

Однако накопление радионуклидов в древесине основных лесооб-разующих пород, влияние загрязнения древесины на ее качество и основные физико-механические характеристики вообще и, в частности в строительстве, изучены недостаточно.

Работа выполнялась в соответствии с Федеральной комплексной научно-технической программой "Экологическая безопасность России", планом хоздоговорных НИР института экологии МИА "Региональные аспекты минимизации последствий аварии на ЧАЭС"(1993 -1995гг.) , научно-исследовательской работой кафедры радиационной экологии и жизнеобеспечения БГИТА "Организация комплексного лесопользования и ведения лесного хозяйства на радиоактивно-загрязненных территориях".

Цель и задачи исследования. Цель работы - выявить особенности загрязненной древесины и дать рекомендации по ее использованию в строительном комплексе в зависимости от условий произрастания на радиоактивно- загрязненных территориях (на примере Брянской области )

Для достижения этой цели предусмотрено решение следующих основных задач:

1. Определить удельную активность древесины с помощью . гамма-спектрометрического метода;

2. Оценить влияние плотности загрязнения почвы цезием - 137 на удельную активность древесины;

3. Проанализировать различные древесные породы по степени ■ радиоактивной загрязненности их древесины;

4. Оценить влияние условий произрастания на радиоактивность древесины;

5. Оценить влияние воздействия ионизирующего излучения на физико-механические свойства древесины для дальнейшего ее ис-

пользования в строительном комплексе.

Объект исследования .Объектом исследований являлся загрязненный радионуклидами Чернобыльского выброса лес на территории Брянской области.

Научная новизна работы. Научная новизна состоит в оценке влияния радиационных условий на качество древесины для использования ее в строительном комплексе в зависимости от условий произрастания. Дана оценка накоплению радионуклидов древесиной основных лесообразующих пород и влиянию ионизирующего излучения на основные физико-механические характеристики древесины .

Практическая значимость. В работе даны рекомендации по использованию в строительном комплексе древесины основных лесообразующих пород Брянской области, выросших в разных условиях произрастания радиоактивно - загрязненных территорий.

Обоснованность и достоверность выводов подтверждается большим объемом экспериментального материала, применением для определения активности радоинуклидов в почве и растительных материалах гамма-спектрометрического комплекса SBS-30 с полупроводниковым детектором фирмы ¿Green Star» г.Москва, использованием апробированных методик для обработки результатов исследований.

Личный вклад автора состоит в непосредственном проведение исследования на экспериментальных площадках , получении и анализе результатов работы, обосновании соответствующих выводов и рекомендаций.

Основные положения,вы носимые на защиту:

1. Накопление цезия -137 древесиной ( удельная активность ) зависит от плотности загрязнения почвы цезием -137.

2. Во всех четырех зонах радиоактивного загрязнения Брянской области древесина хвойных пород (ели и сосны) может быть использована в качестве сырья для стоительных конструкций и изделий.

3. Древесина лиственных пород (березы и осины )может быть использована в качестве сырья при заготовках на участках с плотностью загрязнения почвы цезием -137 до 40 Ки/км2.

4. В более влажных условиях произрастания выше накопление цезия -137 в древесине ели и березы .

5. Ионизирующее излучение не оказало существенного влияния на физико - механические свойства древесины.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, выводов, рекомендаций для производства, списка использованных источников, включающего 208 наименовании, в том числе 20 на иностранных языках. Диссертационная работа изложена на 159 страницах, включая 29 таблиц, 9 рисунков, 5 графиков и 4-х приложений.

Глава 1.Состояние вопроса и обоснование направления

исследований

Исследованием загрязнения биогеоценозов в течение ряда лет занимались сотрудники ВНИИ химизации лесного хозяйства, Института леса Академии наук Беларуси (г. Гомель), МГУ им. М. В. Ломоносова, Института экспериментальной ботаники (г. Минск), Института экологии МИА (г. Брянск) и других научных коллективов. В их работах отмечено, что цезий-137 распределен по компонентам лесного биогеоценозона неравномерно. Более 80% от его суммарного количества содержится в почве.

Древесина значительно чище других тканей и органов деревьев. Б. Г. Ушаков и др. (1992) располагают насаждения Брянской области различного породного состава в порядке снижения интенсивности миграции радионуклидов из подстилки в другие компоненты лесного ценоза так: лиственные -» смешанные с преобладанием лиственных -> смешанные с преобладанием хвойных -» хвойные. Это связано с более интенсивным круговоротом веществ в лесных экосистемах, сформировавшихся на основе листопадных видов древесных растений.

Так, по данным А. И. Писаренко с соавт. (1994), содержание цезия-137 в древесине в различных лесных формациях таково: смешанные с преобладанием хвойных — 0,5%; светлохвойных — 1,0%; мелколиственные — 3,0 % от плотности радиоактивного загрязнения цезия -137 в почве.

Изучение удельной радиоактивности древесины и коры ( по гамма - фону ) в средневозрастных насаждениях сосны, березы, ольхи и дуба с "плотностью загрязнения почвы цезием-37 от 3 до 960 Ки/км2 проведено И. Ф. Моисенко, В. С. Пискуновым и В. В. Савельевым в Институте экспериментальной ботаники.

1.1. Влиян