Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Научные основы оценки, диагностики и прогнозирования радиоэкологического состояния территорий
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология
Автореферат диссертации по теме "Научные основы оценки, диагностики и прогнозирования радиоэкологического состояния территорий"
003467225
На правах рукописи
МАРКЕЛОВ ДанилаАндреевич
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ, ДИАГНОСТИКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИЙ
25.00.36 - Геоэкология
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соисканиеученой степени доктор а географических наук
2 3 АПР 2003
МОСКВА-2009
003467225
Работа выполнена в Центре эколого-географических разработок ГУП МосНПО «Радон», Москва, Россия
Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор
Ретеюм Алексей Юрьевич (Московский государственный университет инженерной экологии, Москва, Россия)
доктор географических наук, профессор Евсеев Александр Васильевич (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия)
доктор географических наук, профессор Новикова Нина Максимовна (Институт водных проблем РАН, Москва, Россия)
Ведущая организация: Российский химико-технологический
университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
Защита диссертации состоитсягода на заседании диссертационного совета Д 220.025.03 при Государственном университете по землеустройству.
Адрес: 105064 Москва, ул. Казакова, д. 15, Государственный университет по землеустройству. Телефон: (095) 261-71-13.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного университета по землеустройству.
Автореферат разослан_ 2009 года.
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат географических наук Т.А. Соколова
ВВЕДЕНИЕ
Экспериментальные исследования па загрязненных территориях показали, что радионуклиды разного происхождения, выброшенные в результате разных инцидентов: техногенных аварий, специальных экспериментов и др., и поступившие в ¡темные экосистемы, становятся частью биосферы, вовлекаются в биосферные процессы и подчиняются законам экологии (Источники и эффекты ионизирующего излучения. Отчет НКДАР ООН, 2000). Таким образом, методология оценки радиоэкологического состояния территории и слагающих ее природных и геотехнических систем определяется совокупностью методов, развиваемых в геоэкологии, географии, биогеоцс-нологии. Радиоэкологическое состояние природных и геотехнических систем - это функционирование (существование) природной или природио-антропогенной (геотехнической) системы в условиях воздействия радиационного фактора. Радиационный фактор характеризуется двумя показателями - дозой и активностью (числом распадов) радионуклидов, следовательно, радиотолерантность Как диапазон выносливости вида по отношению к радиационному фактору также характеризуется двумя показателями - дозой и активностью радионуклидов в объекте. Первый показатель доза -чаще всего используется при оценке радиочувствительности организма, критерием является смертность. Второй показатель - активность радионуклидов характеризует содержание радионуклидов в объекте. Для биосферы Земли, как среды обитания био-ты, установлен фоновый, оптимальный диапазон доз, обусловливающий пормальпое функционирование экосистем 4 - 500 мрад/г (Поликарпов, Егоров, 1986). Этот диапазон доз выделяется как зона радиационного благополучия.
Поэтому в природных фоновых условиях при оптимальном диапазоне доз, когда не встречается летальных значений (а это десятки u cotibi килорад), радиационный фактор целесообразно оценивать по показателю актшшостп радионуклидов в объекте.
Актуальность темы исследования определена необходимостью создания системы оценки, диагностики и прогнозирования радиоэкологического состояния территории для обеспечения рациональною природопользования, оценки качества природной среды, радиационной безопасности, радиационной защиты окружающей среды и населения.
Такая система не^бходи^федариишм атомной промышленности, деятельность которых регламептируетаг pitattj шрйативиых-документов (НРБ-99, ОСПОРБ-99 и др.). Однако эта нормы и правила не устанавливают допустимые концентрации радионуклидов в природных средах, которые являлись бы эталоном сравнения при радиационном контроле. Приводятся лишь ограничения по дозе облучения населения. Связано это с недостаточным количеством информации и сложностью её получения.
В Публикации 91 МКРЗ (iCRP..., 2003, Основные принципы..., 2004) показано, что для защшы биосферы уже недостаточно следовать устоявшемуся более полувека airrpono-центрическому принципу, согласно которому защита биосферы гарантирована и обеспечена защитой человека. Смене парадигмы радиационной защиты послужили накопленные данные в период после Чернобыльской аварии. Подчеркивая сложность биосферы и ограниченность имеющихся знаний, МКРЗ в Публикации 91 (ICRP..., 2003, Основные принципы..., 2004) считает целесообразным изучение референтных животных и растений с оценкой потенциальных доз от распределенных радионуклидов на территориях, особо подчеркивая необходимость изучения воздействий на уровне сообществ и экосистем. Выделение и изучение референтных животных и растений связано с особой проблемой - проблемой экстраполяции данных, таге как радиационные эффекты у биологических объектов неоднозначны, объекты сильно различаются по радиочувствительности, то есть проблемы становления новой системы радиационной защиты окружающей среды требуют и разработки новой методологии. Основой такой методологии могут стать методы и системы бпоиндикации, построенные на реакции биотических систем разных уровней на воздействие. Преимущество методов биоин-
дикации доказано широким использованием их для оценки нолей миграции вредных веществ, общей загрязненности территорий, экологического состояния, а также для прогноза развития сообществ.
Цель настоящего исследования - разработка концепции оценки, диагностики и прогнозирования радиоэкологического состояния территорий на основе взаимосвязанности природных процессов и ее реализация в геоинформационных системах.
Основные задачи:
1) Разработать принципы и критерии оценки радиоэкологического состояния территории на основе методов моделирования радшжолотического состояния в виде алгоритмов получения эмпирической и расчетной информации по единой унифицированной схеме. Разработать систему и создать модуль ГИС «Оценка геоэкологической, геодинамической, функциональной и радиобарьерной структуры территории».
2) Разработать принципы и критерии установления радиоэкологического стандарта территории как основы диагностики радиоэкологического состояния в виде типового радиоэкологического состояния и типовых уровней радиационных параметров на пробных площадях в соответствии с типичными ландшафтно-зоналышми условиями. Разработать систему и создать модуль ГИС «Радиоэкологический стандарт территории».
3) Разработать принципы и критерии прогнозирования радиоэкологического состояния территории на основе зональпой радиотолерангаости территории. Разработать систему и создать модуль ГИС
Методика. В основе сбора и обработки информации лежит применение современных технологий и методов. Применялась ГИС-технология, включающая следующие этапы: создание базы данных в программной среде СУБД Microsoft Access 97, обработку информации с применением оригинальных авторских программных разработок, цифрование карт-осиов средствами Arc/Info, Maplnfo, генерирование электронных карт и создание электронных атласов в программной среде SPANS GIS , SPANS MAP. Планирование экспериментов н выполнение полевых работ осуществлено с использованием ГИС технологий на основе реализации пяти основных географических принципов: репрезентативности в пространстве, репрезентативности во времени, достоверности, возможности экстраполяции, возможности повтора другими исследователями. Отбор проб и пробоподготовка осуществлялись по стандартизованным методикам, применяемым на ГУП МосНПО «Радон». Радиометрические и радиохимические анализы проведены в аттестованных лабораториях ГУП МосНПО «Радон» по аттестованным методикам.
Материалы. Для соблюдения зонального географического пршщина и концепции зональных биомов были выбраны следующие регионы исследования: Европейская территория России (профиль в зональном спектре хвойно-широко-листвениых лесов, широколиственных лесов, лесостепей, степей, южпых степей), Костромская область (экосистемы южной тайги и хвойно-широколиственных лесов), республика Карелия (экосистемы тайги), заповедник «Белогорье» (экосистемы широколиственных лесов, лесостепей, степей)., Нижегородская область (экосистемы южной тайги, хвойно-широколиственных лесов), Волгоградская область (экосистемы степей, полупустынь), Мурманская область (экосистемы тайги, лесотундры, тундры); Подтатралский район Карпатской горной страны в Словакии (экосистемы в ряду высотной поясности); уезд Сыпин провинции Гирин Китая (экосистемы степей). Все материалы по Европейской территории России и отдельным регионам, Словакии и Китаю собраны автором в составе экспедиций Центра эколого-географических разработок (ЦЭГР) ГУП МосНПО «Радон» в 1997-2007 гг.
Научная новизна и теоретическая значимость заключается в разработке нового научного направления - методологии радиоэкологической стандартизации территории на основе геоэкологической, геодинамической, функциональной и радиобарьерной структуры территории, позволяющей решать крупную народнохозяйственную задачу, а именно: осуществлять эколого-географическую регламентацию радиационного воздействия на биосферу и природные системы. Новизна состоит в совершенствовании методов исследования объек-
тов геоэкологии и подтверждена новыми знаниями о радиотолерантносгн 574 видов растений. Автором впервые собраны и приведены данные радиоэкологического состояния типичных фоновых экосистем в зональном спектре; определена п установлена зональная радиотолерантность биоиндикаторов; проведена оценка радиоэкологического состояния экосистем европейской территории России, Словакии, уезда Сышш Китая; созданы геоинформационные системы па районы исследоватш. Впервые создана база данных сопряженных параметров радиационного и геоэкологического состояния территорий. Впервые разработала п создана компьютерная система оценки геоэкологической, геодипамической, функциональной и радиобарьерной структуры территорий. Впервые разработана и создана система радиоэкологических стандартов территории, определяемых как типовое радиоэкологическое состояние и типовые уровш! радиационных параметров на пробных площадях в соответствии с типичными лавдщафтно-зоиалышми условиями. Впервые разработана и создана компьютерная система прогнозирования радиометртеских показателей без проведения пробоо гбора на основе выявления связей природных факторов с накопительной способностью растений.
Практическое значение работы заключается в разработке методических пршицшов оценки радиоэкологического состояния территории на основе зональной радиотолерангно-сти биоиндикаторов и создании модулей ГИС как инструментария оценки, диагностики и прогаозпроваши радиоэкологического состояния территории, позволяющего получать результаты без выполнения радиометрических измерений.
Результаты нсследовашм внедрены в практику природопользования при обращении с радиоактивными отходами в виде составных модулей баз данных и СУБД и использованы при разработке техполопш оперативного картографирования, техиолоши биомошггорннга радиоэкологического состояния, технологии радиоэкологической сертификации качества среды, технологии создания биогеоценошческих барьеров, раззиваемых в ЦЭГР ГУП Мос-НПО «Радон».
Результаты исследовашит в виде отдельных модулей ГИС внедрены в системы природопользования при обращении с радиоактивными отходами в спецкомбипатьг «Радон» на территории РФ: Волгоградский и Нижегородский.
Получены 35 заявок на выполнение работ по внедрению и созданию ГИС технологий от 9 ФГУП СК «Радон» на период 2008-2015 гг.
Результаты исследования использовались при выполнении проектов:
Программы Правительства Москвы за 1999- 2008 гг.: «Программы совершенствования средств и методов производства при обезвреживании РАО в ГУП МосНПО «Радон»:
Федеральной «Программы оказания ГУП МосНПО «Радой» научной, практической и технической помощи ФГУП спецкомбипатам «Радон» на 2006-2008 гг.»,
Федеральной целевой программы «Интеграция» (проект М0226) на географическом факультете МГУ им. М.В. Л омоносова в период 1997-1999 гг.
Методические разработки использованы в международном российско-китайском проекте по исследованию уезда Сышш и города Сытш в Китае, в практических занятиях студентов естественно-географического факультета Бурятского государственного университета.
На защиту выносятся положения:
1. Концептуальные основы взаимосвязанностн природных процессов с оценкой, диагностикой и прогнозированием радиоэкологического состояния территорий.
2. Методология моделирования радиоэкологического состояния на основе ГИС технологий с разработкой системы оценки геоэкологической, геодинамической, функциональной и радпобарьерпой структуры территории.
3. Методология радиоэкологической стандартизации территории как основа диагностики радиоэкологического состояния и эколого-географической регламентации радиационного воздействия на биосферу и природные системы с разработкой критериев радиоэкологического стандарта территории, технологического регламента, определяющего перечень и последовательность процедур и операций, составляющих технологию по оценке и созданию радиоэкологического стандарта территории.
4. Концепция прогнозирования радиоэкологического состояния территорий на основе главного постулата наук о Земле о взаимосвязанности и сопряженности природных процессов, реализуемого в виде систем биоиндикации оценки качества среды обитания по состоянию биоты в природных условиях.
Личный вклад автора. Автор разработал и выполнил все этапы работ: планирование эксперимента, выбор и заложение пробных площадей на основе оптимизационных моделей,
проведение полевых работ (в составе экспедиций Центра эколого-географических разработок ГУЛ МосНПО «Радон»),
проведение камеральных и лабораторных работ (биометрических, пробоподготовки, гербаризации),
создание базы данных в программной среде СУБД Microsoft Access, создание оригинальных программных средств,
обработку информации, цифрование карт-основ средствами Arc/Info, Mapinfo, генерирование электронных карт и создание электронного атласа в программной среде SPANS GIS, SPANS MAP.
Материалы собраны автором, лично автором проведена обработка информации и впервые созданы ГИС ЕТР, ГИС Подтатранского района Карпатской горной «раны, ГИС уезда Сыпин, ГИС города Сыпин, ГИС «Оценка геоэкологической, геодинамической, функциональной, радиобарьерной структуры территории», ГИС «Радиоэкологический стандарт территории», ГИС прогнозирования радиоэкологического состояния территории.
Апробация работы. Результаты работы доложены на региональных и международных симпозиумах: «Present and Historical Nature-Culture Interactions in Landscapes (Experiences for 3 rd Millenium)» (Прага, 1998), на международном российско-китайском семинаре (Чанчунь, Китай, 1997), в международной российско-китайской экспедиции (уезд и город Сыпин, Китай, 1999), на международном симпозиуме «Ядерные аварии..» (Москва, 2000), международном симпозиуме «Урал атомный, Урал промышленный» (Екатеринбург, 2000), Международном симпозиуме по биоиндикаторам (Сыктывкар, 2001), па международных симпозиумах «Инженерная экология» (Москва, 2003, 2004, 2005, 2007), на международном симпозиуме «ПРОБЛЕМЫ ЭКОИНФОРМАТИКИ» (Москва, 2006), на III Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элеменш-биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004), на II Международной конференции «Семипалатинский испытательный полигон. Радиационное наследие и проблемы нераспространения» (Курчатов, 2005), на V Международной биогеохимической школе «Актуальные проблемы геохимической экологии» (Семипалатинск, 2005), на IV международной научцо-пракшческой конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семипалатинск, 2006), на Международной научной конференции «Геохимия биосферы» (Москва, 2006), на XXIII International Cartographic Conference (Moscow, 2007), заседаниях Центра эколого-географических разработок ГУН МосНПО "Радон".
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 40 работ, в том числе: монографий - 2, карта - 1, статей в рецензируемых журналах - 4, статей в журналах Перечня ВАК - 8. Результаты работы вошли в 32 отчета по темам НИР ГУП МосНПО «Радон».
Структура и объём работы. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы, включающего 318 наименований. Объём работы составляет 368 страниц, включая 261 рисунок, 81 таблицу.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1 НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ КОНЦЕПЦИИ ОЦЕНКИ, ДИАГНОСТИКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИЙ
В главе приведен литературный обзор состояния проблемы. Проведено обоснование основополагающих положений концепции, таких как радиоэкологическое состояние, радиационный фактор, радиациогаиый фон, устойчивость к воздействию н ее оценка. Радионуклиды присутствуют во всех слоях географической оболочки Земли и вовлекаются в происходящие между ними процессы обмена веществом и эпергней. Радионуклиды, независимо от происхождения (естественные ми искусственные), включаются в миграционные потоки и в дальнейшем перемещаются в географической оболочке в соответствии с присущими ей закономерностями функционирования (Акименков, 1993). Почвенно-растительный покров является основной средой передвижения радионуклидов (Тюрюканова, 1987)
Технический прогресс постоянно приводит к перераспределению естественных ра-диоцуклндов в самой перхней части литосферы - выносу их из глубины на земную поверхность в более высоких концентрациях, чем это свойственно биосфере. Это вызывает локальное повышение радиационного фона и появление техногенных радиоактивных аномалий. Возникающее таким образом техногенное загрязнение окружающей среды влияет на биогеоценозы, а иногда и изменяет их.
Источниками загрязнения среды естественными радионуклидами могут быть самые различные типы производств: атомная н топливно-энергетическая отрасли; горнодобывающая и горноперерабатывающая промышленность; производство и использование стройматериалов; производство и использование фосфатных удобрешш; производство, связанное с поступлением рассолов нефтяных и газовых месторождений па земную поверхность; добыча и сжигание твердых горючих ископаемых; и др.
При этом влияние на окружающую среду оказывают не только действующие, но и остатки давио закрытых предприятий, так как аномалии тяжелых естественных радионуклидов практически вечны (Тит-дева, 2001).
Наиболее важной геохимической проблемой является миграция радионуклидов го мест захоронения отходов. Миграция из хвостохраннлшд твердых отходов происходит под воздействием ветра, осадков и растительности.
К иотшгрующей радиации относят излуче1шя разных типов. Общим для всех типов этого излучения является их способность при прохождении через вещество в актах дискретной передачи энергии ионизировать и возбуждать атомы и молекулы. Ионизирующие излучения вызывают ряд радиационных эффектов у живых организмов и их сообществ.
В повышенных дозах ионизирующая радиация является чуждым для организма фактором, и нет основания полагать, что по отношению к нему в ходе эволюции могли сформироваться какие-либо специальные приспособительные реакции (Гродзинский, 1989).
Степень радиационного поражения организмов и сообществ зависит от ряда факторов: величины поглощенной дозы, вида излучателя, характера воздействия, видового состава и др. Выявлены четкие зависимости проявления эффектов от дозы радиации и характера условий, сопутствующих облучению. Как правило, при больших дозах ионизирующего облучения наблюдается гибель клеток и организмов. При облучении малыми дозами организм не погибает, что указывает на наличие способности живых клеток избегать отрицательных последствий облучения.
Низкие дозы ионизирующих излучении вызывают у растений: цитогенетическне эффекты, снижение и прекращение семенного и вегетативного воспроизводства, угнетение или
стимуляцию роста, сдвиг фенофаз во времени, морфологические изменения и др. При высоких дозах происходит гибель организмов.
В сообществах нарушается равновесие, происходит угнетение или гибель радиочувствительных: видов и разрастание радиорезистентных (Смирнов, Меланхолии, 1973).
Проблема устойчивости геосистем в ее современном понимании возникла в середине 60-х годов XX века и к настоящему времени является одной из наиболее сложных и актуальных проблем теоретической и прикладной географии и геоэкологии.
В природе не может быть «единой» универсальной устойчивости. Под устойчивостью понимается сохранение функционирования системы в неблагоприятных условиях. Специфические механизмы поддержания устойчивости, позволяющие адаптироваться к меняющимся условиям, связаны с внутренними структурными преобразованиями системы. Устойчивость зависит от имеющего комбинаторную природу разнообразия, которое, в свою очередь, определяется количеством сочетаний структурных элементов, которые можно трактовать как состояния системы (Артюхов, 1996).
Устойчивость рассматривается как допустимая, без риска разрушения, мера отклонения заданных свойств системы от нормы, вызванной некоторой мерой возмущающего воздействия. (Федоров, 1974).
Концепция устойчивости экосистем находится только в самом начале своего становления. Инвентаризация подходов и анализ основных положений, дают основание полагать, что под устойчивостью следует понимать способность систем сохранять основные черты пространственно-временной структуры и поддерживать режимы функционирования в пределах одного инварианта при определенных внешних воздействиях. Сохранение устойчивости природных систем означает поддержание параметров и структуры в тех диапазонах, в рамках которых она может считаться одной и той же классификационной единицей.
Количественная характеристика устойчивости лежит в оспове методологии прогноза, состояния и динамики сообществ.
Особенности устойчивости природных систем выявляются при изучении динамических состояний и восстановительных этапов, объединяемых в ряды стабилизации. В качестве критерия для определения степени устойчивости предлагается использовать время релаксации, необходимое для возвращения системы в состояние, близкое к исходному. Считается, что именно время является одним из важнейших показателей устойчивости природных систем.
При облучении фитоценозов их ответ обусловливается совокупностью реакций и проявляется явлениями, специфически интегрированными в конечные перестройки фитоценозов: изменениями вертикальной (ярусности) и горизонтальной (парцеллярноеги) структуры; доминирования, видового разнообразия и состава, присущих только ценотическому уровню биологической организации. Таким образом, изучение структурных преобразований в сообществах является необходимым элементом исследования радиобиологии надорганиз-менных систем ценотического уровня, или радиоэкологии.
В результате воздействия аварийных выбросов Чернобыльской АЭС па структуру лесных фитоценозов полное или частичное выпадение древесного яруса - наиболее заметное воздействие загрязнения на лес - привело к увеличению значимости нижних ярусов, росту составляющих видов, увеличения густоты и проективного покрытия. Уже через 3-5 лет после аварии в пораженных лесах сформировался выраженный ярус лиственного подроста. Показано (Меланхолии, 1997), что смена доминангов всех ярусов леса усилилась после аварии, особенно в сильно поврежденных лесах. В дальнейшем динамика доминирования постепенно снизилась.
Механизм и причины устойчивости биосферы в целом определяются взаимодействи-
ем биологических объектов, объединенных в единой иерархии уровней организации: «низшим» из них является оршшзменный уровень, затем следуют популяционно-видовой и це-нотический уровни, высшему уровню отвечают топологические системы. В соответствии с этой иерархией отмечается и соответствующий последовательный рост степени устойчивости: наиболее устойчивым (наименее радиочувствительным) является уровень топологических систем, наименее устойчивыми (и наиболее радиочувствительными) являются «элементарные» системы оргашзменного уровня (Поликарпов, 1997).
Обзор современных публикаций (Алексеев, 1983, Бейм и др., 1988, Кожова, Павлов, 1988, Красовский, 1973, Красовский и др.. 1982, Приемы прогнозирования,..,1985, Строганов, 1982, Строганов, 1976, Уждавин, 1980, Шварц, 1980, Экологическое прогнозирование, 1986) показал, что проблема оценки устойчивости живых организмов к воздействию, одинакова при изучении всех организмов, независимо от среды их обитания, водной или наземной, и ступени эволюционного развитая и характера воздействия. Устойчивость к токсикаптам не зависит от систематического положения вида. Очень сложно установить пороговую концентрацию токсиканта, не вызывающих необратимых изменений в природных экосистемах.
Методы определения отклика биоты иа воздействия, предусматривающие постановку экспериментов в лаборатории на особях тестовых видов, не могут решить такую задачу по следующим причинам: 1) в природе особи всех видов существуют в виде популяций, 2) реакции популяций на действие любых факторов пе специфичны, 3) жизнь каждой популяции характеризует изменчивость, определяемая поло-возрастной структурой, функциональными связями между особями, генетической структурой.
Экстраполяция результатов лабораторных опытов на сообщества и экосистемы затруднена тем, что реакции популяций на действие любых факторов среды не специфичны, на действие различных факторов популяция отвечает «одним и тем же комплектом реакций -общим адаптационным синдромом» (Кожова, Павлов, 1988). При воздействии стресса, климатических факторов, радиации, химических токсикантов и других общий адаптационный синдром проявляется в изменении направленности белкового обмена, окислительно-восстановительных реакций, содержания РНК и липидов в цитоплазме клеток надпочечников.
В природных условиях практически очень трудно отличить проявление общего адаптационного синдрома, вызванного воздействием токсикантов, от признаков общего адаптационного синдрома, вызванного естественными причинами (повышение плотности населения, изменение численности, сезонная перестройка физиологических функций; изменение поведения и т.д.).
В природных условиях существует комплекс воздействий, так называемое явление синергизма, то есть взаимное усиление воздействий от сочетаний факторов, что практически не достижимо в экспериментах.
Другой широко используемый путь оценки реакции популяции на воздействие - изучение численности, структуры и ее динамики в природной среде, не дает пока однозначных результатов по вычленению и идентификации конкретного воздействия.
Как указывают специалисты (Кожова, Павлов, 1988), выход из сложившейся ситуации состоит в разработке теории общей устойчивости популяций.
Дня расчета устойчивости предложено измерять (рассчитывать) следующие параметры: интенсивность размножения, амплитуду колебания численности, многолетнюю динамику, эффективную репродуктивную величину популяции, особенности пространственной структуры, внутрипопуляционные связи.
Зависимость устойчивости популяций от интенсивности размножения проявляется в связи с жизненными стратегиями особей. Виды с т-отбором (быстро размножающиеся с рез-
кими колебаниями численности и высокой смертностью) более устойчивы, чем виды с к-отбором (менее плодовитые с низкой смертностью и высокой продолжительностью жизни).
Измерение (расчет) всех популяционных характеристик с сопряженным учетом всех факторов среды, в том числе и техногенных, и построение сопряженных кривых в системе координат «доза-эффект», то есть создание моделей является оптимальным методом оценки устойчивости на современном этапе развития и состояния проблемы.
Основные фоновые биомы развиваются в определенном диапазоне доз внешнегодово-го облучения. В результате сочетания природных и антропогенных составляющих глобальные радиоактивные выпадения, инжектированные в стратосферу и накопленные к настоящему времени в биосфере, распределились таким образом, что максимум их аккумуляции приурочен к 20°-60° с.ш. Во всех существующих сегодня сценариях радиоактивного заражения вследствие ядерной войны именно эта полоса Северного полушария называется наиболее уязвимой по возможной прогнозируемой нагрузке.
Таким образом, проведенный обзор состояния проблемы позволил сформулировать основные положения предлагаемой концепции оценки, диагностики и прогнозирования радиоэкологического состояния территорий.
Радиоэкологическое состояние это функционирование (существование) природной или природнс-антропогенной (геотехнической) системы в условиях воздействия радиационного фактора на систему в целом и ее отдельные компоненты.
Радиационный фактор это радиационный фон на территории, в пределах которой существует и развивается природная или геотехническая система
Радиационный фон территории складывается из природного радиационного фона и радиоактивного загрязнения, обусловленного антропогенным фактором.
Радиоустойчивость биогеоценозов (экосистем) определяется нами как способность систем выдерживать радиационные нагрузки без нарушения типичной структуры и типичного функционирования в соответствии с ландшаф'гно-зональными условиями; задаваемыми регламентом критериев, таких как:
а) адресные показатели (координаты; названия региона, зоны, провинции, местности и
т.д.);
б) показатели ландшафтно-зональных условий (типы климата, водной миграции, почвы, растительности и др.);
в) показатели радиоактивного загрязнения (активность, доза);
г) показатели внутренней и пространственной структуры биогеоценозов (биоразнообразие, ярусность, мозаичность, экогенетические ряды и др.);
д) показатели функционирования биогеоценозов (продукция, биомасса, репродуктивные характеристики, жизненность, организационные критерии и др.);
е) показатели радиобарьерной функции биогеоценозов (содержание и запас радионуклидов в биогеогоризонтах).
Типичное ландшафтно-зональное состояние территории и слагающих ее природных и геотехнических систем составляет биосферный потенциал территории и определяет эколого-географическую регламентацию радиационного воздействия на биосферу в целом, и природные системы, в частности.
Глава 2 МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
Экспериментальные исследования на загрязненных территориях показали, что радионуклиды разного происхождения, выброшенные в результате разных инцидентов: техногенных аварий, специальных экспериментов и др., и поступившие в наземные экосистемы, ста-
ловятся частью биосферы, вовлекаются в биосферные процессы и подчиняются законам экологии. Поэтому методология оценки радиоэкологического состояния территории и слагающих ее природных и геотехнических систем определяется совокушюстыо методов, развиваемых в геоэкологии, географии, биогеоценологии.
Для оценки нагрузок па сообщества применяют различные методы, как прямые, например, измерение мощное™ экспозиционной дозы переносным радиомегром, или измерение поглощенных доз на местности термолюминесцентными дозиметрами, так и косвенные, например, выявление поступления и содержатся радионуклидов и других загрязнителей в компоненты экосистем, или посгроешге ореолов распределешы загрязнителей по территории. Наиболее информативными являются картографические методы, позволяющие наложить на одну и ту же территорию распределения различных показателей н определить распределение суммарной ншрузки.
Оценка экологического состояния осущссталяегея путем прямых измерений или каче-■ ственных описаний объекта в полевых условиях в режиме реального времени, путем постановки экспериментов в заданных условиях и путем обработки полученных результатов и собранной информации.
В настоящих исследованиях основным методическим принципом является сочетание всех названных приемов п их интеграция в единой геоинформационной системе.
Методы представляют собой совокупность алгоритмов, позволяющих ироводть автоматизированную обработку информации-' сортровку данных и упаковку их в памяти ЭВМ, разработку оптимизационных моделей для решения географических и экологических задач, понск и создание имитационных моделей.
Методы составляют основу создания автоматизированных информационных поисковых систем, одной го разновидностей которых являются ГИС. ГИС содержат блоки накопленной фундаментальной географической информации, и названными методами, укомплектованными в СУБД (системы управления Базой данных), способствуют разработке стратегии и тактики исследований, определению недостающих звеньев в информационных системах, выбору оптимальных путей поиска этих звеньев путем шаиироващм исследований, сбора информации и обновления Банка данных.
На основе ГИС осуществляются постановка и проведение полевых работ, лабораторных н натурных экспериментов, поиск и выбор оптимальных вариантов, имитационное моделирование, создание новых ГИС.
Проведение нолевых, экспериментальных наблюдений в натурных и лабораторных условиях осуществляется бногеографическнми, биогеоценологическими, геофизическими методами, а также методами биоинднкащш, экотокенкологии п биотесгироваипя .(Алехин, 1938, Воронов, 1973, Полевая геоботаника, 1972, Программа и методика..., 1974, Андерсон, 1985, Мэгарран, 1992, Раменский, 1929, 1938, Таскаева, Егорова, Вышивюш, 1981, Прилуц-ыш, Семяшкина, 1983, Соколов, Криволуцкий, Усачев, 1989, Крпволуцкий, 1983).
Выбор, модификация и разработка методов полевых и экспериментальных работ осуществляются на стадии планирования эксперимента на основе ГИС.
Соблюдение основных принципов обеспечено следующими методическими приёмами. Репрезентативность в пространстве: обеспечивается сочетанием методов ядер типичности с регулярной сеткой; оптимальным размером пробной площади, определяющей область выявления фитоценоза (для лесов 20x20 м, для степей, лугов, полупустынь 10x10 м). Репрезентативность во времени: достигается либо одновременными наблюдениями, либо «моментальным Ч">езом>>, то есть проведением исследований в короткий промежуток времени, либо сезонными или одноразовыми наблюдениями.
Достоверность: достигается статистически достоверными гювторностями наблюдений,
созданием унифицированной системы ввода информации, созданием типовых бланков описаний со стандартными шкалами.
Возможность экстраполяции: обеспечивается ландшафтно-зоналыюй привязкой к конкретному контуру карты с помощью GPS (Global Posiîioning System) методики, а также соблюдением трёх предыдущих принципов.
Возможность повторения: обеспечивается созданием ГИС и заложением пробных площадей в системе истинных географических координат с помощью GPS-системы.
Для сбора информации нами разработан модуль ГИС - система ввода, хранения и обработки информации «Геобот»., который содержит видеоэкранные формы, системы справочников, систему ввода и актуализации информации по геоботаническим описаниям, программное обеспечение обработки, систему представления и формирования выходной продукции и отчетных форм, руководство пользователя; предназначен для ввода, хранения и обработки информации.
Оценка экологического состояния методом биоиндикации типов режимов факторов основана на определении экологических ареалов, экологических свит и представляет механизм фитоивдикации режимов прямодействующих факторов, оценку комфортности экото-пов и удовлетворительности условий среды для каждого вида высших растений на основе вычисления коэффициентов (Цыганов, 1974, 1976,1983, Маркелов А.В., 1988, 2000. Марке-лов Д.А., 1999). Методика реализована в аппаратно-программном модуле базы данных «Радиоэкологическая безопасность» в среде Microsoft Access 97.
Вычисления проводятся на основании базы данных толерантности видов к 10 прямо-действующим факторам. База данных содержит информацию для 2000 видов высших растений по амплитудам толерантности видов к прямодейс-гвующим режимам факторов. Методика предоставляет возможность вычисления режимов факторов и соответствующих коэффициентов для экотопов по растительности в целом и по разным ярусам ценоза. Информация по растительности для экотопов хранится в базах данных.
Модели распределения радионуклидов по структурным компонентам фитоценозов -это основной метод оценки вовлечения радионуклидов в фитоценозы. Модели представляют собой блок-схемы компонентов с указанием путей миграции и количества депонированных радионуклидов.
Таким образом, методы моделирования радиоэкологического состояния представляют систему алгоритмов получения эмпирической и расчетной информации по единой унифицированной схеме.
/. Оценка радиационной нагрузки на экосистемы определяется как прямыми (инструментальными) так и косвенными методами (например, выявление поступления и содержания радионуклидов и других загрязнителей в компоненты экосистем, или построение ореолов распределения загрязнителей по территории).
2. Оценка экологического состояния осуществляется прямыми измерениями и описаниями объекта в полевых условиях в режиме реального времени, постановкой экспериментов в заданных условиях и обработкой полученных результатов и собранной информации. Основным методическим принципом является сочетание всех названных приемов и их интеграция в единой геоинформационной системе.
3. Оценка техногенных выбросов и сбросов осуществляется методами сравнения распределения радионуклидов в эталонных объектах природной среда с распределением в зонах расположения и влияния геотехнических систем - пунктов захоронения радиоактивных отходов (ПЗРО).
4. Оценка распределения, миграции и круговорота радионуклидов в природных средах осуществляется методами натурного и имитационного моделирования. Модели распределе-
ния радионуклидов по структурным компонентам фнтоценозов - это основной метод оценки вовлечения радионуклидов в фитоценозы.
5. Оценка реакции биоты на ион тирующие излучения включает следующие основные направления: оценку состояния фотосинтезируюшнх организмов: оценку биоразнообразия как генетического фонда планеты; оценку состояния сельскохозяйственных растений, животных и птиц, как источника питания человека. Для оценки воздействия ионизирующих излучений на фитокомпонент экосистем и ответных реакций растений и их сообществ используются следующие методы: радиометрические и радиохимические - для определения содержания радионуклидов в органах и тканях растений, в почве, воде, воздухе; морфометриче-ские - для выявления отклонения ростовых процессов от нормы и наличия терат; популяци-онного анализа -для выявления наличия и направленности изменений в структуре популяций растений; ценотического анализа - для выявления изменений в видовой и пространственной структуре фитоценозов; сукцессионных исследований - для выявления пространственной структуры и динамики флороценотических комплексов.
6. Установление «нормы реакции» в системе «радиационное воздействие — экологическое состояние - физикогеографические факторы» осуществляется методами, объединяемыми в следующие группы: 1) полевые экспериментальные методы (геоботанические, био-геоценотические, биометрические и др.) для определения параметров (структурно-функциональных особенностей) объекта исследований на контрольных и опытных участках; 2) методы ГИС-технологий, включающие создание блоков информации, характеризующих объекты и их состояние; 3) методы лабораторных экспериментальных исследований, направленные на определение качественных и количественных характеристик фитокомпонента в условиях радиационного воздействия (фитометрические, морфометрические, радиохимические и др.), анализ и интерпретацию полученных данных (статистические, информационные и т.д.).
Разработана система оценки геоэкологической структуры территории на основе сук-цессий в виде автономных модулей ГИС. Система оценки геоэкологической структуры территории представляет собой технологию, содержащую совокупность аппаратно-программных средств, методов и информации, организованных в строго определенной последовательности процедур и этапов, таких как:
- создание пространственного «портрета» территории на основе сопряженности материалов дистанционных съемок, картографической информации, натурного обследования территории;
- выявление основных показателей структурно-функциональной организации территории с использованием параметров ТРФ, топологической структуры региональной сукцес-сионной системы, биоразнообразия, эколого-ценотических комплексов видов;
- оценка биологического потенциала территории на основе бинарной биоиндикации процессов и явлений, расчетов экологической емкости, кислородопроизводительности и др.
Геоэкологическая структура территории может быть представлена любой классификацией существующих выделов на территории, адекватно представляющей и отражающей ее пространственный портрет или геотопологию.
В соответствии с геотопологической концепцией (Разумовский, 1981), размерность реального пространства, присущего топогеосистеме, определяется действующими физико-географическими закономерностями. Геотопология решает задачи разработки классификаций геосистем, изучения принципов интеграции элементарных однородных структур в структурно более сложные единицы, установления рубежей между граничащими друг с другом топогеосистемами. Характерной является и территориальная «ограниченность» природных систем, конечный размер занимаемого ими пространства: с наибольшей эффективно-
спло любая система функционирует в характерных для пространственно-временных пределах; характерный размер системы соответствует выполняемым ею функциям.
Главным объектом являются региональные топологические системы, физиономичным индикатором которых выступают растительные сообщества - фитоценозы, позволяющие характеризовать местообитание и гетеротрофные компоненты биоты, которые теснее всего связаны именно с местообитаниями. Фитоценоз как энергетический блок экосистемы является надежным индикатором исходного абиотического комплекса условий среды.
Наиболее разработанной и репрезентативной геотопологической классификацией является классификация сукцессионных систем (Разумовский, 1981, 1999)
Сукцессионная система - детерминированная гомеостатическая саморегулирующаяся система, способная восстанавливаться после любых нарушений в пределах всего своего ареала.
Сукцессионная система (СС), трактуется как многомерное векторизованное экологическое пространство и относится к топологическому уровню организации биологических систем, отражающего, в частности, переменные (динамические) состояния биоты в ее единстве. Ареал конкретной СС ограничивают естественно-исторические границы биоты. Динамически взаимосвязанные компоненты СС строго локализованы в пространстве и времени, что определяет их высокие индикационными свойствами.
Система предназначена для идентификации, диагностики, распознавания геоэкологической структуры территории по массивам стандартизованных радиоэкологических (геоботанических, лесотипологических и лесотаксационных) описаний.
Диагностика сукцессионных как переменных состояний экосистем основана на использовании критерия наличия или отсутствия видов-индикаторов - руководящих видов; диагностика парцелл -«ассоциаций» осуществляется по критерию господства видов травянистых растений.
Разработанный нами определитель впервые содержит количественные характеристики видов индикаторов и их соотношение. Первый этап включает пошаговую диагностику экогенетических комплексов (ЭК). Второй этап включает пошаговую диагностику демутаци-онных комплексов (ДК). Третий этап включает пошаговую диагностику парцелл. Блок-схема показана на рисунке 1.
Разработаны базы данных для оценки геодинамической и функциональной структуры территории (ГД и ФС), представленной выделами сукцессионной системы как региональной геотопологической системы.
Геодинамическая структура территории (реальной экосистемы) отражает соотношение парцелл, ДК и ЭК (как элементов структуры) региональной сукцессионной системы (бо-танико-географического района БГР.
Выделение парцелл, ДК и ЭК производится по методу руководящих видов конкретного БГР.
Каждый элемент геодинамической структуры характеризуется константными показателями характерного времени и возраста древостоя (в случае его наличия).
Запас фитомассы рассматривается как показатель функциональной структуры территории.
Запас фитомассы определяется раздельно для травяного яруса парцелл и древостоя. Для травяного яруса база данных по запасу фитомассы создана на основе эмпирических и опубликованных данных. Для древостоя база данных по запасу стволовой древесины создана по расчетным данным региональных таблиц хода роста, перерасчет из кубических метров в весовые единицы осуществляется с учетом плотности древесины каждой породы.
Система оценки ГД и ФС включает в себя следующие блоки.
БД-1 «Геодинамическая структура» содержит перечень ботаншсо-географических районов, парцелл, демутационных комплексов ДК, экогенетических комплексов ЭК, диагностические признаки в виде руководящих видов. БД включает характеристики каждого элемента ГД, последовательность, длительность, характерное время развития, возраст древостоя;
БД-2 «Функциональная структура экосистем» содержит перечень элементов геодинамической структуры, для каждого из которых рассчитаны показатели реального и максимального запаса фитомассы. Для Московского ботанихо-географшкского района разработаны сопряженные БД, включающие элементы геодинамической (последовательные стадии, возраст) и функциональной структуры (фитомасса).
БД-3 «Таблицы хода роста древесных пород» содержит следующие параметры древо-етоев: порода (вид), возраст, диаметр, высота, запас стволовой древесины.
Распознавание топологической структуры территории с использованием системы осуществляется путем последовательного выбора конкретного ботаянко-географического района (БГР) и руководящих видов.
По БД-1 осуществляется распознавание парцелл с установлением характерного времени парцелл травостоя - как элементов геодинамической структуры конкретной экосистемы.
По БД-2 определяется запас фитомассы парцелл травостоя - как элементов функциональной структуры.
По БД-1 осуществляется распознавание ЭК с определением характерного времени и возраста древостоя (при его наличии) - как элементов гсодпнамической структуры конкретной экосистемы.
По БД-2 осуществляется определение максимального запаса фитомассы ЭК - как элементов функциональной структуры.
По БД-3 (при наличии в описании древостоя) для каждой из древесных пород ио видовой принадлежности древесной породы, диаметру и высоте осуществляется определение возраста древостоя - как элемента геодинамической структуры.
По БД-3 с учетом возраста древостоев осуществляется расчет реального запаса стволовой древесины реальной экосистемы - как элемента функциональной структуры.
Система оценки ГД и ФС стала базисом для разработки система оценки радиобарьерной функции терригории.Теорешческим и практическим обоснованием формирования концепции биобарьерной функции биогеоценозов являются следующие положения.
Геотехнические системы как совокупность полигонов с радиоактивными отходами, химических и нефтехимических предприятий, газовых хранилищ с окружающими экосистемами в процессе своей работы формируют техногенные геохимические аномалии, рост и развитие которых происходит на фоне природных процессов и явлений, и представляют собой биогеоценотический барьер, где термин биогеоценогическпй отражает функционирование или метаболизм (круговорот веществ) системы, включающий биогеохимическую миграцию веществ, вовлечение их в трофические цепи, трансформацию и накопление.
Алгоритм распознавания геоэкологгдосной структуры территории
Мысриы/ш л «сто1 имоа юго
АДС
ДздифяфиШЯМГ. шнуровка, Ил_'1Гтиф»1*В1в« кмлдои, сдуй* мо ВД
Гсшкышхмчижм сима: свдхыие сети, ротр^У»тка Ции» кд ос^идошюшс гдавсопоп*-чосмого амсаим* отбор цюй
Вши
1оа>мтаП(чодоо —^ сисаий в Ш1у дааъа
БД
1. Контурная есть А<ГС
2. Дринфраесшые прюнжи кошурсв
3. Геоэкааол неаа к описания
4. Цифровая карта-основа рельефа
5. ЦКОрастмпшыюго покрова
6. Список видов (22000)
7. Типы режимов факторов ( ТРФ )
7.1.11капа топероншосги 2130 видов растений
-ДМ
-ДПК-2
-ГЭО-З
-ЦКОРОЫ
-Щ<ЗЭРП-5
(1ШВР) к термореэкиму IX. ШГВР к контшападыюст 73. ШГВР к штакноегм тмшв
7.4. ШШР к мпрлзжягги ктмвггй
7.5. ШГВР к увлиженивл пув
7.6. ШГВР к солевому режиму пкв
7.7. ШГВР к кис/'ютносги пенв
7.8. ШГВР к богатству почв азотом
7.9. ШГВР к лерезченноегью увлажнен! %я
почв
7.10. ШТВР к рюишу згпснския
8. Огфефдоггсгсь сукшссиинных систем
9. Орсдслигелъ ф»поквссы
10. Содержание радеомукдоддо
11. Радкаэ кплсгнчесюя емкость
-Тп>7 -Кп-8 -Ош-9
-а-\о -ш-п
- Тг-12 -N1-14
Л1-15
- !_с-|6
- ОС-17
- ФМ-18 -РН-19 -РЭБ-20
ОДОЭДКМ КОШ»» Згпрос к ДГ1К-2
Ндотфарф^см форм* а м Запрос к 1ДКСРФ4
Г^иакьвкм к м№кмбц|шаим Запрос к Г3>3 ^^^
ВИОГМСМ ахоцзшщн ашгос *:1>Х)И1-5
Увюьвздм 'ысмагсфиы; ьх:тгура Заг^юс к С&<«
Бюрииюыбргмг (и, р, у) а»г<юскТРФГГт-7. ..,Ь>16)
Тшыио Юрдоавдем фаасров ЗапроскТГО>(Тт«7. ..,1х>16)
Кс»>форгс»1ы. УУСдпв ш«ам» '1и1*эск(Х,-17 _
Пзатфасшия энихлстнчжклх фш
ЗафискФМ-18
Оцххдглс! тс ф»пом»сси ЗЯфоск Р)Н9
Оиргд- содц'итм*
Зарсс к РЭ020
Огрел, ралкэчсолопмгскса олвхгт (!>Щ1аяауоваиыа заносы к ЦД^
СУЩ Рааюкша««
ГОХЭКЫЮГИЧССЮЙ -структуры в шоэ спсиишплых згуфосш
СУЬД СЪадивк юрт, ылаисиис ратстов
Картье Гаэ&ямичхкгы | Екоронюбрздис Л
-»{ С^мессиавкш систо.й1
Сох радшнукдид» | Радиогждтргичхьгпд емв^ь
Ьк'чгг:
бнлииисиопмдок барьеры, усютшал» территории первд &погвдюго с)шхпювш(« ЮО и тл
Рисунок 1 - Блок-схема
. Обзор современных публикаций и анализ сосгояши проблемы позволил сформулировать концепцию биобарьерной способности биогеоценозов как биосферной функции экосистем по удержанию, накоплению, перемещению радионуклидов и других веществ по их компонентам (биогеогоризонтам). Поэтому разработка моделей по оценке содержания и запаса радионуклидов-в структурных частях сообщества является приоритетной задачей управления природопользования.
Построение моделей целесообразно на основе структурной дифференциации территории по пространственной мозаике составляющих ее физиономйчных выделов. Нами построена модель оценки бнобарьерной функции па основе геоэколопиеской, гсотопологиче-ской, геодгаммической и функциональной структуры территории.
Система содержит БД параметров биобарьеров на основе характеристик геодинамической и функциональной структуры территории с учетом барьерной функции. " БД содержит 4 крупных блока, включающие их характеристики и параметры:
- структура сукцессионной системы (ботанико-географический район; руководящие виды; парцеллы; демутационпые комплексы (ДК); экогенетические комплексы (ЭК); породный состав древостоя; формула древостоя; ''
- геодинамическая структура территории (соотношение ЭК; характерное бремя парцелл; характерное время ЭК; возраст древостоя; характерное время древостоя); '
- функциональная структура (запас фитомассы травостоя; максимальней запас фи-томассы ЭК; диаметр древостоя; высота древостоя; возраст древостоя; запас фитомассы древостоя); -...■■■ ' ■
- биобарьеры: '1) перечень (почва, подстилка, грибы, мохово-лишайниковый ярус, травяно-кустарничковый ярус, древостой, биота (в целом), экосистема (в целом); 2) типовая структура распределения: радионуклидов по биобарьерам в С-экосистеме - хвойно-широколиственном лесу климакса (С); 3) типовая структура распределения радионуклидов по биобарьерам в Не-экосистеме - ольшанике евтрофной гидросерии (Не).
Система моделирования биобарьеров на основе геодинамической и функциональной структуры территории включает регламент критериев характеристик геодинамической и функциональной структуры территории с учетом барьерной функции, БД параметров биобарьеров, БД моделей биобарьеров. Блок-схема системы представлена на рисунке 2.
Проведена апробация и верификация системы оценки ГД и ФС территории тестовых полигонов, относящихся к 5-м основным боташшо-географ1гческим районам:
- Московскому (промплощадка, ручей, СЗЗ (контуры), СЗЗ (точки) НПК (Московская область, ГУЛ МоеНПО «Радон» Сергиево-Посадский ГОРО);. Заказник «Когшинский лес» (Московская область); природный комплекс г. Москвы (г. Москва); национальный парк «Лосиный Остров» (г. Москва); ЛОД МСХА (г. Москва) Нижегородская область, КЗ, СЗЗ, ЗН (Нижегородская область, ФГУП Нижегородски СК «Радон»);
- Ветлужскому (Нижегородская область, КЗ, СЗЗ, ЗН (Нижегородская область, ФГУП Нижегородский СК «Радон»);
- Тульскому (госзаповедник «Белогорье»,Волгоградская область);
- Волгоградскому (Волгоградская область КЗ, СЗЗ, ЗН (Волгмрадская область, ФГУП Волгоградский СК «Радон»);
- Лапландскому (Мурманская область КЗ, СЗЗ, ЗН (Мурманская область, ФГУП Мурманский СК «Радон»),
Созданы новые проекты геоэкологической, геотопологической, геодинамической, функциональной и радибиобарьерной структуры 18 тестовых полигонов, содержащие следующие параметрические характеристики: 1) геоэкологическая и геотопологическая структура: ботанико-географические районы; экогенетические комплексы (ЭК), демутационпые
комплексы (ДК), парцеллы; количественные критерии выделения (шкалы, обилие, руководящие виды); процентное соотношение ЭК; численное соотношение ЭК; радиометрия; 2) геодинамическая структура: ботанико-географические районы; ЭК, ДК, парцеллы; характерное время ЭК, характерное время ДК; характерное время парцеллы; возраст (древостоя); 3) функциональная структура: запас фитомассы, максимальный запас фитомассы, возраст древостоя, запас фитомассы древостоя, 4) радиобиобарьерная структура: содержание и запас радионуклидов в почве, подстилке, траве, древосте, биоте, экосистеме в целом. Видеоэкранные формы результирующей информации показаны на рисунках 3-5.
Апробация и верификация системы на тестовых полигонах подтвердили достоверность вложенной информации и надежность разработанных алгоритмов биоиндикации и биомониторинга текущего состояния территории со всеми слагающими ее экосистемами.
Система впервые позволила установить тип метаболизма каждой экосистемы с количественными данными каждой параметрической характеристики, что является основой для рационального природопользования и обеспечения радиоэкологической безопасности окружающей среды и населения.
Система позволяет определять все параметрические характеристики геоэкологической, геотопологической, геодинамической, функциональной и радиоэкологической структуры любой наземной территории со слагающими ее экосистемами без выполнения специальных измерений, а только на основе визуального комплексного геоэкологического (геоботанического) описания пробной площади.
Биобарьеры с накопленными радионуклидами, смоделированные на основе геодинамической и функциональной структуры территории в сфере воздействия ПЗРО, представляют эксплуатационный ресурс территории, от надежности функционирования которого зависит длительность безопасной работы предприятий по обращению с РАО.
Биобарьеры с накопленными радионуклидами, смоделированные на основе геодинамической и функциональной структуры территории города или природного ландшафта, представляют потенциал или ресурс территории, от надежности функционирования которого зависит безопасность окружающей среды и населения.
Разработаны модули ГИС технологии для оценки радиоэкологического состояния территории: геоэкологической, геодинамической, функциональной, радиобиобарьерной структуры территории.
Реализована интеграция системы в единую ГИС по принципу модульности и автономности. Принципы совместимости включают следующие позиции: 1) формирование модулей на единой (совместимой) аппаратно-программной основе, 2) сбор, ввод, хранение и обработка информации по формализованным и унифицированным регламентам критериев. Каждый модуль содержит проекты базы данных, системы запросов, сопряжен с системой ввода, хранения и обработки информации.
Система создана впервые и не имеет аналогов в мире.
Материалы дистанционного зондирования
Дешифрирование . ко нту ров ка, создание БД
Геоэ кол огиче с каа съемка
Ввод геоэкологических описания в БД
1. БД
2. ДЕШИФРОВОЧНЫЕ ПРИЗНАКИ КОНТУРОВ
3. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОПИСАНИЯ ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ СУКЦЕССИОННЫХ СИСТЕМ (SUCCES)
Ботаннко-географическнн район БГР
Руководящие виды ' PB
Парцеллы П
Экогенетические комплексы ЭК
Характерное время Тх
Запас фитомассы травостоя, т/га а.с.м. Мт Максимальная фитомасса ЭК Ммалс
- Древостой: Др Порода Spa,
- Диаметр D
- Высота H Возраст Взр Запас стволовой древесины, т/га а.с.м Мдр
РАДИОМЕТРИЯ: Рм
- Биобарьеры (по содержанию радионуклидов) Бб
Создание БД, ЦХО и атрибутов
СУБД, распознавание геоэкологической структуры в виде специальных запросов
Запрос к СС (БГР; PB)
Идентификация БГР; PB
Запрос к СС (П)
Идентификация ТТ
Запрос к СС (Тх; Мт)
Идентификация Тх; Мг
Запрос к СС (ЭК)
Идентификация ЭК
Запрос к СС (Ммах)
Идентификация Ммах Запрос к СС (Др; Брд; D, Н; Взр)
Идентификация Др; Spd; D; H; Вз{ Запрос к СС (Др; Мдр)
Идентификация Мдр
Запрос к Рм
Идентификация Бб
СУБД, создание карт, выполнение расчетов
Ботаки ко- геогра-фическнй р-н, руководящие ВИДЫ
Парцелла
XapairrepHoe время сукц. стадии, запас фитомассы траво-CTOÎ
Эхо ге нетически й комплекс (ЭК)
Максимальная фитомасса ЭК
Древостой: порода, диаметр; высота; возраст
Запас стволовой древесины
Запас радио нуклидов в биооарьерах
Рисунок 2 - Блок-схема системы оценки геодинамической, функциональной, радиобарьерной структуры территории
Ботанико<г«ографич«ски* координаты по проокту "Мо«Ю1а200г"
Контур Эшенетичаский комллек Демугационный гомплегс Парцелла
1
НЕ Не 12 Не 12 е.
НЕ 1
4 НЕ Не 11 He.11';.
5 НЕ He.11 Не 11 е. )
Г ______ 1—.......................-..... ^^^......■.........- •г
шттттшштшсш
Ассоциация:
лвая с. тополей, березой дотки вейниювая
Таблица расчет* ботаним-тввграфичвсю«« координаты п« проекту "М»ек»а2002"
ек ок РАРТНЕЦА_. БРАУНБЛА* ФОРМУЛА1 ио иг ЫА&'Ж Яи МАЗКАМ 5БР
не не. н Не.11 с. 3 867 Сэ1еой0о(оп |и1еит Нийэ. Зеленчук желтый Травз
с с С с 1 366 Са1ата13гоз«5 агитНпасеа Р! аейккх лесной, или тростник Трава;
Е е.з. Е 3 0. 2 2103 Ую1а т1гааШ5 !_. Фи ала уди витепьн ая Трава ;>
не Не.И Не 11.(1. . 2 241 Авагит еигораеит и Копытень европейский Трава:
С с с* 300 1603 Оиегсиг гойиг1. Дуб иерешчатый Дерев»
Е Е.Э. Е.3 0. 2.00 1967 ТШаеогЬаигпт.. Пипа мелколистная, или сем
С с Су 010 1406 Р1сеа аЫегКэгб! Ель обыкновенная, европейс Дерев«
С с С1 0.10 Н06 Рюеа а01ез Кагй Ель обыкновенная, европейе Дерен
с с С.е. 010 1406 Ркеа аЫев Ель обыкновенная, европейс Дерев* _
1' " ' - >г
Процентно* соотношение иогенетичеии* коиппмсо) 9 контуре {трава * дер с* о)
С НЕ НО О А нм X
•1 2383 47.20 047 28.04 ООО ООО 047 0.00 100.00
I 4 ... ... ---- ....
Численны! соотношения )«ог»нетичест юмописо! * контур« (трт * демю)
С НЕ НО Е □ НМ X вимъ |±,
■1 2 55 5.05 0.05 3 00 0.00 0.00 0.05 0.00 1070 _
|< и".: Г" ....
КОНТУР ИМЯ АНА НАЗВАЛИ АНАЛИЗНОМЕ Р_П кодЬ
3 А_сух М ПЭЧВ« 662.55999 9999 2203—
Се 137 Почм 25.100001 6999 220Э
3 к_«о Почва 390.0000(1 9999 2203
3 •р> 232 Почва 29 299399 9999 2203
3 и 239 Почва 39.2000011 9990 2203
3 А СУ* Ы Подстилк; 19 030001 9999 2203
1 т Пп*я 1ППГП11 «ОСП
Дункцнональнэя структура } Просмотр EXCEL файла [ Выход |
Рисунок 3 - Видеоэкранная форма геоэкологической структуры территории
Геодинамическая структура
**СЧ«1
(Ж
Томка ЭК Парцелла Хар.время Эк.лет Хер.время парцелль Возраст древостоя. *
б НЕ Не.11.е. 200 20 60.00
6 С С.с. 1000 10 60.00
7 НЕ Не.11.Г. 200 20 60.00
| | ° ис и«« ->лл сг»пл -г
пш Й
Функциональная структура
Точка Запас фитомассы(трава)л Макс.запас фитомассы(траба)т Возраст древостоя лет Запас фнтоиассыСдерево)т^< л
5 20.00 400.00 80.00 57.96 —
6 10.00 400.00 80.00 193.20
7 20.00 400.00 60.00 48.60
I 1 * «пллл СП пл 10-» лг
^Распределение С5_1Э7 по компонентам экосистемы Климакс (С), хвойношироколиственный лес). Бк/кг
Точка Помва 1 Почв.гор Г1очв.го£ ПОДСТИЛ! бмота Древ.яру трав.кур Мхи Грибы Эко си 1
6 15.800 13467 2.333 45.867 5.000 3.067 0.067 0.067 1.800 66.667 _
10 33.100 28.212 4.866 96.088 10.475 6424 0.140 0.140 3.771 139662
и 4.700 4.006 0 694 13.644 1.487 0.912 0.020 0.020 0.535 19.831
1 ........." ЧТЛЛГ. «« м пм г •> <т< ПГ.76 ПП7С 1Л,Л -
•I
ЗУЕЕ
_Г
Рисунок 4 - Видеоэкранная форма геодинамической, функциональной и радиобарьерной структуры территории
f еод-naif чесная ' функциснаг,»«*« ctpynryjia гeptmc
Геодина^ческэя структура Парцелла Хвр.вреняЗмшт
Точка
Хар-ореня пврцелт
Возраст древостоя.
Функциональная структура
Запас фитонасоу{т| Мале.запас фцтомпссы( Возраст древостоя.
_Ж00_«00 00 _3000
Точка
Запас фтомвссы(дер|
¡Распределение Cs J3? по компонентам экосистемы t ЕвтроАная пцоосеоия {Hei, впьшзнник 1. БШ
Точка Почва i Почв.го; Почв.гр^ Подстип» Бнота бДрвв.ярц
1 3 000 1 ITA 1 268 2.784 4.526] 1.330
трав.кус
0.1 Т5
10.392
Параметры биобарьера (запас Cs_l3? МБюТа)
Точка
Почва
Подстилка
294000
25.2000
23.3314
Рисунок 5 - Видеоэкранная форма параметров биобарьеров
Глава 3 МЕТОДОЛОГИЯ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СТАНДАРТИЗАЦИИ ТЕРРИТОРИИ КАК ОСНОВА ДИАГНОСТИКИ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
Определения
Диагностика экологического состояния объекта или территории направлена на установление отклонения от «нормы». Под «нормой» понимается типичное состояние, характеризующее структуру, организацию и функционирование экосистем. Поэтому основой любой диагностики является наличие базы данных эталонов, норм или стандартов.
Стандарт экологический рамочный - диапазон значений переменных (параметров), соответствующий представлению о критических состояниях рассматриваемого явления (компонента окружающей среды) в целом для всей области его существования (Бударков, Зенкин, Киршин, 1998, с. 207).
Стандарт экологический региональный - (лат. regio- область) - диапазон допустимых состояний природной среды, учитывающий конкретные условия региона (там же).
Стандартизация - обоснование интервала допустимых значений конкретных переменных и эталонов (там же).
Радиоэкологический стандарт- типовое радиоэкологическое состояние и типовые уровни радиационных параметров на пробных площадях в соответствии с типичными ландшафт-но-зонапьными условиями. Основу моделирования составляют концепции и модели, разработанные в ЦЭГР при участии автора (Маркелов, Минеева, Крючкова и др. 1998, Маркелов, Минеева, Петров и др.. 1998, Маркелов и др., 1999, Соболев, Маркелов и др., 2000, Соболев, Маркелов, Минеева и др., 1999, Соболев, Минеева, Маркелов и др., 2001, Соболев, Минеева, Маркелов и др., 1999).
Технологический регламент
Технологический регламент как элемент технологии определяет набор и последовательность процедур и операций, необходимых для создания выходной продукции. Нами разработан регламент критериев радиоэкологического стандарта территории, который в общем виде определяет набор параметров, характеризующих местоположение, состав, строение и функционирование территории как совокупности экосистем.
Регламент критериев, характеризующих радиоэкологический стандарт территории, определяет перечень и последовательность процедур и операций, составляющих технологию но оценке и созданию радиоэкологического стандарта территории, то есть технологический регламент.
Модули ГИС
Алгоритмы, модели, модули включены в программное обеспечение автоматизированных рабочих мест (АРМ) из аппаратно-программных комплексов.
Комплекс содержит следующие составные части: 1) территориальный объект - геотехнический (предприятие с зонами отчуждения), природно-территориальный (ландшафт) или урбанизированный (город) комплекс, 2) ГИС: аппаратные средства, программное обеспечение, базы данных (графические и атрибутивные), сценарии приняли решений. Аппаратные средства представляют собой серверы, рабочие станщш, ОРв-приемники, периферийные устройства (сканеры, плоттеры, дигитайзеры, принтеры и др.), объединенные для ввода, сбора, хранения, обработки, вывода информации.
Программное обеспечение представляет собой совокупность различных штатных и оригинальных программ и модулей, направленных на решение конкретных задач: поддержку и ведение ГИС. Базы данных включают различные блоки информации, представленные в графическом и атрибутивном вариантах Исследования для создания базы данных включают следующие основные направления: а) наземные полевые съемки (геоботаническую индикационную; комплексную ландшафтную; зоогеографическ)то индикационную; почвенно-географическую индикационную; геохимическую; радиоэкологическую индикационную; ав-тогамма-сьемку; пешеходную гамма-съемку, б) дистанционные работы (аэрогаммасъемку; спектрозональную съемку; тепловую съемку и др.), в) лабораторные исследования и выполнение анализов (химических; радиохимических; радиометрических; гамма-спектрометрических и других). Системы позволяют создавать следующую научно-техническую продукцию: базу данных для: природопользования, мониторинга, нормирования воздействия и стандартизации качества природной среды; карты классификаций экосистем и их компонентов, включая гидросферу, атмосферу, литосферу, растительность и животный мир; карты состояния экосистем и их вышеназванных компонентов в определенный период времени; карты классификаций антропогенных и техногенных воздействий на экосистемы; карты классификаций откликов экосистем и их компонентов на различное воздействие; карты эталонов содержания макро- и микроэлементов, радионуклидов и тяжелых металлов в экосистемах и их компонентах; карты радиационных, техногенных и других аномалий различного генезиса; нормативы содержания макро- и микроэлементов, радионуклидов и тяжелых металлов в экосистемах и их компонентах; карты глобальных и локальных поступлений радионуклидов и их неизотопных носителей в водные и наземные экосистемы аэраль-ным и водным путем; карты полей миграции радионуклидов и их неизотошшх носителей в наземных и водных экосистемах; системы прогнозирования поведения радионуклидов и их неизотопных носителей в экосистема; системы определения радиационной нагрузки на население и различные критические группы по профессиональным, социальным, этническим и другим показателям; системы оптимизации сети мониторинга и контроля окружающей среды; системы выделения тестовых участков территории для организации крупномасштабного
мониторинга; карты оптимальной сети поисково-разведочных маршрутов наземных и дистанционных исследований; базы данных для создания управленческих моделей.
АРМ предназначены для внедрения в систему природопользования с целью обеспечения экологической безопасности населения и хозяйственных объектов. Разработанные технологии и базы дапных мот использоваться для решения задач охраны окружающей среды и обеспечения радиоэкологической безопасности в населенных пунктах, на территориях разного ранга, на радиацимшо опасных объемах, обеспечивая монитор1ШГ, радиационный контроль, эколого-географнческое регулирование природопользования, в том числе оздоровление среды, локализацию загрязнений и реабилитацию загрязненных территорий.
В ЦЭГР ГУЛ МосНПО «Радон» при участии автора разработаны следующие специализированные АРМ:
- «ГеоБот»: содержит видеоэкраниые формы, системы справочников, систему ввода и актуализации информации по геоботаническим описаниям, программное обеспечение обработки, систему представления и формирования выходной продукции и отчетпых форм, руководство пользователя; предназначен для ввода, хранения и обработки информации;
- «ОптиМон»: содержит экранные формы ввода и обработки информации, алгоритмы анализа информационных связей и выбора ограннчешш, руководство пользователя; предназначен дня решения задач оптимизации исследований в пространстве и времени;
- «ОРЗ»: содержит набор видеоэкранных форм, базы данных, алгоритмы расчетов, системы справочников, диалоговых интерфейсов, форм выходной отчетности, руководство пользователя; предназначен для оценки опасности радиационного и радиоактивного загрязнения окружающей среды с использованием нормативно-руководящих документов, необходимых для решения задач анализа, мониторинга, принятия решений и прогноза;
- «ИнфАн»: содержит набор видеоэкранных форм, алгоритмы расчетов, системы диалоговых интерфейсов, форм выходной отчетности, руководство пользователя; позволяет выявить статистические взаимозависимости геоботанических явлений в терминах теории вероятностей и теории информации на базе материалов, собранных в ходе полевой съемки и представленных в виде таблиц данных и наборов справочников;
- «Типы режимов факторов ТРФ»: содержит набор видеоэкранных форм, базы данных, алгоритмы расчетов, системы справочшнсов, форм выходной отчетности, руководство пользователя; позволяет по числу и обилию видов растений установить типы режимов 10 прямодействующих факторов, таких как терморежим климата, влажность климата, морозность климата, континентальность климата, солевой режим почвы, увлажненность почвы, богатство ночвы азотом, кислотность почвы, переменность увлажнения почвы, режим освещенности затенения, осуществлять расчет экологических свит, коэффициентов комфортности - определять качество среды по 96 параметрам; осуществлять расчет коэффициентов удовлетворительности условий среды для каждого из 2300 видов растений и определять потенциальную флору, которую можно использовать для формирования биофильтров и биобарьеров;
- «Прогноз содержания радионуклидов почве и растениях по числу и обилию видов растений»: содержит набор видеоэкранных форм, базы данных, алгоритмы расчетов, системы справочшнсов, руководство пользователя; система функционирует в режиме реального времени, позволяет выбирать для контролируемой территории ландшафтно-зональшлй эталон по геоэкологическим и радиоэкологическим параметрам, позволяет прогнозировать геоэкологическое и радиоэкологическое состояние тестовой территории; построена на основе биоиндикация радиоэкологического состояния на основе зональной радиотолерангности биоиндикаторов;
- «Натурное моделирование сорбционно-миграционной способности территории с использованием искусственных трассеров»: содержит алгоритмы оптимизации сети контроля, расчетов волны добегания, создания баз данных и генерирования электронных карт потоков и полей массопереноса; позволяет установить сорбционно-миграционную способность территории, скорость и ореолы массопереноса поверхностным стоком; скорость и ореолы массопереноса подземным стоком; создавать электронные карты и атласы характеристик сорб-ционно-миграционной способности территории;
- «Распознавание геоэкологической структуры территории по состояниям сукцесси-онной системы Success»: содержит набор видеоэкранных форм, базы данных, алгоритмы расчетов, системы справочников, руководство пользователя; позволяет выявить геоэкологическую структуру территории по определительным признакам стадий сукцессий растительного покрова, установить геотопологическую структуру с оценкой сорбционно-миграционной способности территории;
- Новая мобильная ГИС технология МТ1-НБ на базе аппаратно-программных комплексов «ноутбук - GPS приемник - специализированное программное обеспечение»: содержит специализированные цифровые карты основы и БД для обследованных территорий в виде автономных модулей; технология позволяет осуществлять оперативное картографирование для цели радиоэкологической безопасности с использованием транспортных средств на больших территориях, вдоль автомагистралей и других транспортных сетей;
- Новая мобильная ГИС технология МТ2-КПК на базе аппаратно-программных комплексов «карманный персональный компьютер (КПК) со встроенным GPS-приемником -операционная система Win_Mobile_2003 - специализированное программное обеспечение ArcPad»: содержит специализированные цифровые карты основы и БД для обследованных территорий в виде автономных модулей; технология позволяет выполнять работы в труднодоступных местах при пешеходных радиоэкологических съемках;
- «Радиационный контроль окружающей среды НПК: система ввода, хранения и обработки информации»: содержит набор видеоэкранных форм, системы справочников объектов, параметров контроля, карты и космоснимки, базы данных установок и настроек модуля; предназначен для ввода, хранения и обработки специализированной информации по радиационному контролю окружающей среды;
- «Модели расчета запаса 137Cs в биобарьерах»»: содержит набор видеоэкранных форм, базы данных, алгоритмы расчетов, системы справочников, руководство пользователя; позволяет по реально измеренному содержанию радионуклида в почве рассчитать содержание и запас в веществе компонентов экосистем как фитофильтрах и биобарьерах с учетом биомассы, гсотопологии;
- «Модели расчета доз на биоту»: содержит набор видеоэкранных форм, базы данных, алгоритмы расчетов, системы справочников, руководство пользователя; разработаны сценарии наиболее консервативной (опасной) модели; позволяет рассчитать реальные радиационные параметры дозовых нагрузок на биотические компоненты по реально измеренному содержанию радионуклидов в почве, содержит максимально допустимые значения, рассчитанные, исходя из норматива на население 1 м3в/год.
Разработанные и созданные модули, организованные в виде АРМ, позволили разработать и создать новые системы «ГИС Радиоэкологический стандарт территории»:
- «ГИС Радиоэкологический стандарт территории Москвы»: содержит цифровые карты основы ЦКО; атрибутивную информацию, позиционированную в географических координатах, по экогенегическим фазам растительного покрова, геоэкологическим описаниям природных систем, в том числе типам режимов факторов, содержанию радионуклидов в объектах окружающей среды, по поглощенным дозам в воздухе от ЕРН в почве природных сис-
тем, сорбционно-миграционной способности природных систем, о полях миграции |37Сз, электронный атлас природных и радиационных параметров, характеризующих современное состояние природного комплекса Москвы; модуль предназначен в качестве эталона в системе радиоэкологического мониторинга;
- «ГИС Радиоэкологический стандарт территории Нижегородской области»: содержит цифровые карты основы; атрибутивную информацию, позиционированную в географических координатах, по экогенегическим фазам растительного покрова, геоэкологическим описаниям природных систем, в том числе типам режимов факторов, по реальному и предельно допустимому содержанию радионуклидов в объектах окружающей среды, по поглощенным дозам в воздухе от ЕРН в почве, по реальным и предельно допустимым дозам на биоту, по запасу '"Сэ в биобарьерах; электронный атлас природных и радиационных параметров, характеризующих современное состояние природного комплекса региона; модуль предназначен в качестве эталона в системе радиоэкологического мониторинга;
- «ГИС Радиоэкологический стандарт территории ФГУП Нижегородского СК «Радон» содержит систему ввода и корректировки данных радиационного контроля; цифровые карты основы; атрибутивную информацию, позиционированную в географических координатах, по экогенетическим фазам растительного покрова, геоэкологическим описаниям геосистем, в том числе типам режимов факторов, по реальному и предельно допустимому содержанию радионуклидов в объектах окружающей среды, по поглощенным дозам в воздухе от ЕРН в почве, по реальным и предельно допустимым дозам на биоту, по запасу '"Се в биобарьерах; модуль предназначен в качестве эталона в системе радиоэкологического мониторинга, а также для ввода, хранения и обработки специализированной информации по радиационному контролю ПЗРО;
- «ГИС Радиоэкологический стандарт территории Волгоградской области» содержит атрибутивную информацию, позиционированную в географических координатах, по экогенетическим фазам растительного покрова, геоэкологическим описаниям природных систем, в том числе типам режимов факторов, по реальному и предельно допустимому содержанию радионуклидов в объектах окружающей среды, по поглощенным дозам в воздухе от ЕРН в почве, по реальным и предельно допустимым дозам на биоту, по запасу '"Сб в биобарьерах; электронный атлас природных и радиационных параметров, характеризующих современное состояние природного комплекса региона; модуль предназначен в качестве эталона в системе радиоэкологического мониторинга;
- «ГИС Радиоэкологический стандарт территории ФГУП Волгоградского СК «Радон» содержит систему ввода и корректировки данных радиационного контроля; цифровые карты основы; атрибутивную информацию, позиционированную в географических координатах, по экогенетическим фазам растительного покрова, геоэкологическим описаниям геосистем, в том числе типам режимов факторов, по реальному и предельно допустимому содержанию радионуклидов в объектах окружающей среды, по поглощенным дозам в воздухе от ЕРН в почве, по реальным и предельно допустимым дозам на биоту, по запасу '"Се в биобарьерах; модуль предназначен в качестве эталона в системе радиоэкологического мониторинга а также для ввода, хранения и обработки специализированной информации по радиационному контролю ПЗРО.
Приведем описания некоторых технологических модулей.
Модуль «Модели расчета доз на биоту»
В модели использованы разработки и принципы, обоснованные в документах МКРЗ, НКДАР ООН, а также в научных публикациях (Радиационная безопасность..., 1994, Источники и эффекты ионизирующего излучения..., 2002, Казаков, Линге, 2004, Уикер, 1985, Щеглов А.И.)
1) Основные постулаты:
Принцип: «если защищен человек - защищена окружающая среды» (Публикация 60 МКРЗ) дополнен следующими позициями:
- необходимо выделение «критической группы населения»,
- рассматривать не реальные ситуации формирования доз для критических групп, но наихудшие (консервативные) сценарии облучаемосга населения,
- понимать под критической группой виртуальную группу, ведущую образ жизни, следствием которого являются максимально возможные дозы облучения.
- рассматривать виртуальные наиболее консервативные сценарии облучаемости критической группы населения.
2) Тогда, если для виртуальной экосистемы, в которой реализуются наихудшие варианты рассеяния и накопления радиоактивных веществ, доказана радиационная безопасность наиболее уязвимых ее компонентов, то при выполнении вышеназванных условий принятые антропоцентрические подходы удовлетворяют и экологическим принципам радиационной безопасности окружающей среды. Введенные дополнения обеспечивают радиационную защиту по принципу консервативности а также принципов ш области обращения с РАО: охрана будущих поколений, невозложение чрезмерного груза на будущие поколения, введенных МАГАТЭ в1996 г.
3) В качестве меры сравнения радиационного воздействия на человека и компоненты экосистем используют критерий - индекс радиационной опасности (ИРО) - отношение реально получаемой дозы к ее предельному значению. Для человека предел дозы ПД составляет! мЗв/год. Для природных экосистем - максимальная величина дозы, при которой отсутствуют какие-либо радиационные эффекты для этою вида природных организмов.
4) При нормировании воздействия ионизирующего излучения на человека за счет присутствия радиоактивных веществ в объектах окружающей среды для критической группы населения значение ИРО = 1. Далее необходимо определить область значений ИРО для всех биообъектов (ИРОв)
5) Если ИРОб < 1, то гигиенический норматив обеспечивает радиационную безопасность биоты.
6) Если ИРОб> 1, то гигиенический норматив не обеспечивает радиационную защиту окружающей среды.
7) В модели рассчитаны максимально допустимые пределы радиационных параметров по наиболее консервативным сценариям. Алгоритм расчетов показан формулами 1-6. Результаты расчетов приведены в таблице 1.
/>=2>АМ) + Ъ(">К,ьт)+1.{аЛГ)(1) г I г ] /
£>=2>[КГ + Л',вш + К,™ ] (2)
' ./
о< [КГ + КГ + КГГ ]2>/ + кг + Ккт (3)
] г' }
а [КГ + КГ +КГГ +££*/] =ПД (4)
адоя = ПЩ[КГ + КГ +Кктг (5)
У
аш<Щ1[КГ + КГ+КГГ}= атах (6)
8) Приведемте данные являются пределами радиационных нагрузок для биоты от рассеянных радионуклидов в окружающей среде.
9) Осуществляется расчет индекса радиационной опасности (ИРО) путем сравнения реальных радиационных параметров с предельно допустимыми для объектов окружающей среды.
Таблица 1 - Параметры модели оценки доз на бшлу (ПД на человека 1 мЗв/год)
Параметр Обозначение Размер-кость Численное значение 157Сз Численное значение Численное значение 2иРи
Коэффициенты перехода КГ + А'1 вт + К нЗв/(Бк/м 2> 55+97+0,53= 152,53 53+0+4,2= 57,2 180+0+5790= 6,0-10"5
Средняя энергия ^-частиц Е", МэВ/расп ад 0,18 0,196-*°8г 0,935-°"У
Энергия а-частиц Е а МэВ/расп ад - - 5,15
Средняя энергия р и у-излучения гге? Ь Р, МэВ/расп ад 0.84 - -
Средняя длина пробега частиц в биологической ткани СЕор=1 МэВ) и м 4,4 -Ю"1 4,4 -10°
Длина пробега /2 -частиц в воздухе (Вср =1 МэВ) ь м - 4,07 -
Длина пробега а-частиц в биологической ткани (Е„ =5,0 МэВ) и м 3,67- 105
Длина пробега а -частиц в воздухе (Е„ =5,0 МэВ) 1. м - - 3,29-10"г
Коэффициент перехода из почвы в грибы *» м'/кг 0,1 1 -Ю" 1-10'5
Дозовый коэффициент е™ нас Зв/Бк 1,3-10'8 8,0 -10-8 - 2,0- 10-8 -Иу 4,2 • 10"'
Дозовый коэффициент е1И»Д нос Зв/Бк 5,0- 10"5
Максимально допустимое содержание в почве Бк/м1 6,56 •101 17,5 -103 1,7-102
Максимально допустимое содержание в грибах &ггивсгри& Бк/кг 6,56-Ю2 1,75 16,6
Доза в тканеоквивалентком слое над почвой Гц мГр/год 6,8 (Р,=0,5 Е4"/ ¿бРтгхяп) 10,0 60,1
Доза в почве Р&ПЧ мГр/год 20,4 30,0 4,3
Доза в воздухе Ррвезд мГр/год 0,058 9,0 55,6
Доза в грибах РВы мГр/год 2,8 10,0 4,4
Доза на червей за счет накопления ими радионуклида из почвы Р/¡чер* мГр/год 14,7 50,9 2,2
Доза для высших млекопитающих Рфмпек мЗа'год мГр/год 11 15,7 26,1 37,3 27,1(0,98 через дыхание, 26,1 через пищу) 38,7
* - Для равновесного состояния ""Зг-^У
Модель 1: Коэффициент перехода от удельной активности радионуклида в почве к поверхностной активности (плотность почвы 1,2-103 кг/м3, глубина слоя 3 см - 1,2-103 кг/м3 х 0,03 м^м2) =0,03 6- 103кг/м2.
Модель 2: Коэффициент перехода от удельной активности радионуклида в почве к поверхностной активности (плотность почвы 1,4-103 кг/м3, глубина слоя 10 см - 1,4-10 кг/м3 х0,1 м3/м2)= 0,14-Ю3 кг/м2
Разработаны сценарии наиболее консервативной (опасной) модели; позволяет рассчитать реальные радиационные параметры дозовых нагрузок на биотические компоненты по реально измеренному содержанию радионуклидов в почве, содержит максимально допустимые значения, рассчитанные, исходя из норматива на население 1 мЗв/год.
ГИС технологии, разработанные в ЦЭГР в виде стационарных и мобильных технологий оперативного картографирования, технологий биомониторинга на основе биотестирования и биоиндикации, технологий создания биобарьеров, позволяют реализовывать практически все операции, связанные с природопользованием при обращении с РАО, а также решать задачи обеспечения радиоэкологической безопасности на природных и урбанизированных территориях, объектах любого хозяйственного назначения, внедренных в природные ландшафты и формирующих геотехнические системы.
Разработанные ГИС «Радиоэкологический стандарт», содержащие базы данных о состоянии территорий в соответствии с типичными ландшафтно-зональными условиями, представляют научно-обоснованный методический инструмент выявления природных и техногенных радиоэкологических аномалий. ГИС «Радиоэкологический стандарт» это новый способ оценки по интегральным показателям, представляющий новую парадигму аналитического контроля окружающей среды, высказанную академиком РАН Ю.А. Золотовым (2006): интегральные показатели можно определять любыми аналитическими методами и средствами, они могут быть безразмерными, но выстроенными на хорошо отградуированной шкале, и по разным принципам по типу «электронного носа» или «электронного языка». Видеоэкранные формы модуля представлены на рисунках 6, 7.
Рисунок 6 - Радиоэкологический стандарт т. 52: позиционирование, видеопортрет, радиометрия, геотопология
Рисунок 7- Радиоэкологический стандарт т. 52: позиционирование, видеопортрет, радиометрия, типы режимов факторов
Информация о состоянии природных, урбанизированных и геотехнических систем, представленная в разработанных ГИС, составляет основу и механизм оценки биосферных функций фоновых и эксплуатируемых объектов и территорий для разработки мероприятий по сохранению их биопотенциала.
Полученные результаты в виде разработанных ГИС технологий представляют реальный механизм обеспечения радиоэкологической безопасности, так как позволяют контролировать природопользование при обращении с РАО, прогнозировать воздействие на экосистемы, локализовать загрязнения, реабилитировать и оздоровлять территории.
Глава 4 МЕТОДОЛОГИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИЙ
Прогнозирование как научный феномен основано на базе знаний и устоявшихся взаимосвязях процессов и явлений. Накопленный сегодня научный опыт позволяет прогнозировать движение воздушных масс, смены растительного покрова, поведение биоты в тех или иных условиях, а также запасы природных ресурсов. Однако, прогнозировать содержание элементов, в том числе радиоактивных, в почве и растениях еще никто не пытался.
Нами разработана концепция прогнозирования радиоэкологического состояния территорий на основе главного постулата наук о Земле: о взаимосвязанности и сопряженности природных процессов.
Концепция базируется на фундаментальных знаниях:
- о количественном элементном составе живого вещества биосферы Ковальский, 1974, Покаржевский, 1985, Глазовский, 1987, Перельман, 1961, Алексахин, Нарышкин, 1977);
- о пределах радио- и хемочувствительносги (Криволуцкий, 1983, Соколов и др., 1989, Никаноров и др., 1985, Катков, 1985, Поликарпов, Егоров, 1986);
- о приемах оценки состояния окружающей среды в виде систем биоивдикации, биомониторинга, биотестирования, как систем оценки качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях (Бударков и др., 1998, Цыганов, 1983),
- о толерантности биоиндикаторов как ключевом понятии в биоивдикации (Ботаническая география...,1986, Одум, 1975, Цыганов, 1983).
Толерантность (от лат. tohrantia - терпение) в экологии и радиоэкологии трактуется как способность видов существовать в определенных условиях, либо как способность организмов выносить отклонения экологических факторов от оптимального уровня (Быков, 1978, Бударков и др., 1998).
Отсюда встает задача констатации диапазона условий (факторов; параметров среды), при котором могут существовать биологические объекты данного типа.
Разработка теоретических и методических основ концепции толерантности вообще и рздиотолерантности, в частности, связана с решением следующих основных вопросов:
- определением понятия «толерантность»;
- соотношением толерантности с понятиями «устойчивости», «чувствительности», «стабильности», «резистентности», «долговечности», с одной стороны; «возраста», «состояния», «динамики» и т.п., с другой.
Радиотолерантность сообществ регламентируется радиационным фактором (дозой и активностью радионуклидов). Показателями экстремальных значений радиационного фактора являются минимальные и максимальные фоновые значения дозы и активности, при которых наблюдаются нормальные структура и функционирование организмов и их сообществ. Критерием радиотолераптности организмов и их сообществ является наличие нормального типа структуры и функционирования в соответствии с ландшафтно-зональными условиям, определяемого как норма реакции сообщества.
Методы оценки радиотолерантности сопряжены с оценками биоразнообразия, типов режимов факторов, структуры и функционирования лесных сообществ, интегрированных в понятии радиоэкологической емкости - характеристики, отражающей максимально возможное поглощение сообществом радиоактивных веществ (численно выражается предельным количеством радионуклидов, поступивших в экосистему, выше которого наблюдается распад экосистемы).
Оценка радиотолерантиости производится с учетом радиоэкологической емкости сообществ: в общем случае, чем выше радиоэкологическая емкость, тем шире радиотолерант-ноегь.
Региональные пределы толерантности функционирования биогеоценотических барьеров отражают диапазон их существования в многомерном экологическом пространстве. Пределы толерантности определяются крайними (граничными) значениями условий существования биобъектов.
Регламент критериев установления региональных пределов толерантности включает:
- координаты экосистемы;
- характеристик ареала экосистемы;
- параметры экотопа;
- параметры сезонной динамики био- и абиотических факторов с учетом метеорологической и климатической обстановки;
- характеристики токсикантов;
- характеристики антропогенных воздействия (уровень, интенсивность и др.).
В лесной зоне радиотолерантность определяется по развитию и представленности коренных ассоциаций с эдификаторами одной жизненной формы:
- для зоны темнохвойных лесов - видов елн, пихты или темнохвойных сосен;
- для зоны летнезеленых лесов - лнстопадаак видов дуба.
Для растительных провинций радиотолерантность определяется по развитию и пред-ставлешюстн коренных ассоциаций с конкретными эдифнкаторами:
- для Северотаежной провинции зоны темнохвойных лесов - Picea abies (Picea fen-nica. Picea obovata);
- для Цешрально-таежнон провинции зот.1 темнохвойных лесов-Abies sibirica;
- для Хангайской провинции зоны темнохвойных лесов - Pinus sibirica,
- для Анадырской провинции зоны темнохвойных лесов - Picea ajanensis;
- для Восточноевропейской провинции зоил летнезеленых лесов - Quercux robur;
- для Маньчжурской провинции зоны летнезеленых лесов - Queráis mongolica.
На ландшафтно-региональном уровне (ботанико-географический район) радиотолерантность определяется по критериям развития и прсдставлсшюстн регпональиой сукцесси-онной системы.
Установление региональных пределов и разработку шкал толерантности функционирования бпогеоцеиотаческих барьеров в ландшафтио-зональпом спектре является основой их территориального зонирования и использовапия в конкретном регионе, ландшафте, природной зоне; эффективности и надежности использования в конкретных условиях.
Разработанная нами концепция прогнозирования содержшшя радионуклидов в расте-1П1ях и почве построена на следующих теоретических положешмх.
1. Установление радиотолерантности видов и их сообществ является той информационной базой, на основе которой строится диагностика радиоэкологического состояния территорий и объектов. Радиоэкологическое состояние - это характеристика радиоактивности среды обитания пли радиационного фактора.
2. Радиоактивность или радиационный фактор характеризуется двумя показателями — дозой и активностью (числом распадов) радионуклидов, следовательно, раднотолераитность как диапазон выносливости вида по отношению к радиационному фактору также характеризуется двумя показателями - дозой и активностью радионуклидов в объекте. Первый показатель доза - чаще всего используется при оценке радиочувствительности организма, критерием является смертность. Используется показатель - летальная доза (ЛД), при которой погибает либо 100 (ЛДюо), либо 50 (ЛД50), либо 30(ЛД3о) процентов особей. Второй показатель -активность радионуклидов характеризует содержание радионуклидов в объекте. Отношение активности в объекте к активности в субстрате или пище является показателем или коэффициентом накопления.
3. Для биосферы Земли, как среды обитания бдаты, установлен фоновый, оптимальный диапазон доз, обусловливающий нормальное функционирование экосистем 4 - 500 мрад/г (Поликарпов, Егоров, 1986). Этот диапазон доз выделяется как зона радиационного благополучия. То есть в природных фоновых условиях при оптимальном диапазоне доз, когда не встречается летальных значений (а это десятки и сотни юшорад), радиационный фактор целесообразно оценивать но показателю активности радионуклидов в объекте. Показатели активности являются базовыми при расчетах дозовых значений. Показатель активности радионуклидов, отражающий содержание или накопление их в тканях организмов п компонентах сообществ является специфическим индикационным признаком при индикации радиоэкологического состояния среды на фоновом уровне. Неспецифическими признаками будут любые проявления аномалий роста, развития и функционирования клеток, тканей, органов, организма в целом, нарушения структуры и функционирования сообществ и т.д.
Таким образом, показатель активности радионуклидов в биотических объектах на фоновом уровпе, отражающий содержание илн накопление, характеризуют реакцию биообъек-
та к радиационному фактору, диапазон значений которой обозначает фоновую (зональную) радиотолерантность.
Содержание или накопление радионуклидов в биообъектах обусловливается биогеохимической обстановкой территории обитания или факторами среды. То есть сопряженный анализ содержания или накопления радионуклидов в биообъектах с факторами среды, характеризующими экосистемы зональных биомов, позволил установить пределы зональной радиотолерантности видов биоиндикаторов по отношению к радионуклидам и тем самым создать информационно-методическую базу для системы биоиндикации радиоэкологического состояния территории.
Для этого необходимо было решить следующие ключевые задачи: 1) собрать данные, репрезентативно и достоверно отражающие типичные зональные условия, 2) привести собранные данные в единое информационное пространство, к единой сравнимой шкале показателей, 3) выбрать показатели, которые позволяют однотипно сравнивать и характеризовать разные объекты.
Первая задача решена в результате оптимизации сети заложения пробных площадей и обследования плакорных экосистем зональных биомов.
Вторая задача решена путем унификации данных по характеристике условий по факторам среды, их биоиндикацией по толерантности биоиндикаторов и установлением типов режимов 10 прямодействующих факторов на каждой пробной площади.
Третья задача выбора сравнимого показателя решена путем расчета для каждого вида параметра - дельты - отклонения от оптимума по каждому фактору среды. Каждый вид имеет свое значение оптимума (медиану) на шкале толерантности, для каждой пробной площади рассчитан тип режима фактора и отклонение его от оптимума для каждого вида, то есть, определена дельта или отклонение от оптимума. В дальнейших расчетах участвует в качестве фактора - дельта, а в качестве явления - показатели активности радионуклидов и коэффициенты их накопления в растениях и почве.
Выявление зональной радиотолерантности биоиндикаторов осуществляется путем анализа закономерностей накопительной способности биоиндикаторов с выделением радиотолерантных экоморф (позиционирование видов на шкале радиотолерантности).
Радиотолерантность как диапазон выносливости вида при радиационном воздействии определяется двумя показателями радиоактивности - дозой и активностью радионуклидов в объекте.
Первый показатель доза - чаще всего используется при оценке радиочувствительности организма, критерием является смертность. Используется показатель - летальная доза (ЛД), при которой погибает либо 100 (ЛДюо), либо 50 (ЛД50), либо 30(ЛДзо) процентов особей.
Второй показатель - активность радионуклидов характеризует содержание радионуклидов в объекте. Отношение активности в объекте к активности в субстрате или пище является показателем или коэффициентом накопления.
Мы использовали показатель активности радионуклидов в биоиндикаторах в качестве показателя радиотолерантности: минимум - минимально измеренная активность (как правило, это значение чувствительности прибора), максимум - реально измеренное наибольшее значение активности или реально рассчитанное наибольшее значение коэффициента накопления. Критерием радиотолерантности является нормальное состояние объекта, выявленное в типичном плакорном местообитании, отражающем зональные условия.
Алгоритм оценки радиотолерантности биоиндикаторов разработан на основе базы данных, собранных в европейской территории России в 116 пробных площадях, составляющих единый профиль по градиенту природных факторов.
Прямодействующие факторы, определяющие экологическую нишу вида растений, можно разделить на две группы: одну группу представляют факторы зональные (терморежим, кон-тинентальность, влажность и морозность климата), вторую группу представляют ценоэдафи-ческие факторы (увлажнение почв, солевой режим почв, кислотность почв, богатство почв азотом, переменность увлажнения почв, режим затенения-освещения). Эти факторы обусловливают и накопительную способность растений по отношению к радионуклидам. Первая группа факторов определяет продолжительность вегетационного периода и интенсивность метаболизма, а вторая группа факторов - интенсивность метаболизма и доступность элементов питания. Априорные тенденции зависимостей показаны в таблице 2.
Нами проанализированы пределы толерантности 574 видов по отношению к 10 пря-модействующим факторам. Эта информация является нормативной для решения ряда прикладных задач. Для каждой географической точки профиля определены экологические свиты видов, типы режимов факторов, а также комфортопы, то есть, определена комфортность окружающей среды по каждому конкретному фактору для фитоценозов.
Алгоритм представляет следующую схему анализа: 1) установление биоразнообразия, 2) определение экологических ареалов и выявление свит, 3) расчет связи радиационных показателей биоиндикаторов с их толерантностью по отношению к 10 прямодействующим факторам, 4) расчет связи радиационных показателей биоиндикаторов с экологическими свитами, 5) создание каталога радиотолерантных биоиндикаторов.
В качестве радиационных показателей использованы следующие: содержание Za по эталону 238+239 рц (А Бк/кг); коэффициент накопления £а по эталону 238+239 рц (Кн); содержание 1(3 по эталону 9 У+908г(А Бк/кг); коэффициент накопления по эталону 90У+908г (Кн); содержание 908т (А Бк/кг); коэффициент накопления 908т (Кн); содержание 40К (А Бк/кг); коэффициент накопления 40К (Кн).
Анализ реальных связей и тенденций проведен методом информационно-логического анализа. В качестве явления рассмотрены максимальные содержания (абсолютные значения) и максимальные коэффициенты накопления (отношение содержания в растении к содержанию в почве) радионуклидов по показателям 2а, Хр, 903г, 40К. В качестве факторов рассмотрены отклонения от оптимума по каждому фактору и для каждого вида растений (всего 49 видов). Рассчитано и проанализировано более 4000 матриц отношений.
Выделены виды, которые всегда содержат большое количество радионуклидов, и виды, которые всегда содержат низкое количество радионуклидов. Поэтому для системы биоиндикации в первую очередь необходимо установить факторную обусловленность накопительной способности биоиндикаторов.
Как показывает анализ связей, накопительная способность вида определяется его толерантностью к 10 прямодействующим факторам, характер зависимости носит специфический характер для каждого вида. Составлены матрицы отношений и определены значимые диапазоны, характеризующие радиотолерантность биоиндикаторов (таблица 3).
Анализ связи радиотолерантности биоиндикаторов с их экологическими свитами отражает зависимость накопительной способности биоиндикаторов от условий среды и, по сути, дает возможность установить диапазоны или пределы радиотолерантносги сообществ видов, то есть перейти иа другой более высокий иерархический уровень организации биоты.
Собранная информация и проведенный анализ позволили впервые установить на фоновом типично ландшафтно-зональном уровне радиотолераитность видов растений и их экологических свит, тем самым создать нормативно-базовую информацию в виде каталогов биоиндикаторов для решения разнообразных задач природопользования.
Выявленные связи накопительной способности растений по отношению к радионуклидам с факторами среды дают основание прогнозировать содержание радионуклидов на территориях по толерантности видов растений.
Каталоги биоиндикаторов с конкретными значениями радиационных показателей и сопряженных характеристик факторов среды составили фундаментальную базу данных, не имеющих аналогов в мировой практике.
Моделирование лесных сообществ как биобарьеров (Соболев и др.. 2000, Маркелов A.B., 1988, 2000, Маркелов Д.А., 1999) на основе их радиотолерантности проведено с использованием регламента критериев, включающего типологическую принадлежность сообщества (тип, формация и т.д.); топологическую принадлежность данного типа сообществ (положение в структуре региональной сукцессйонной системы); возраст конкретного насаждения.
Показано, что радиотолерантность лесных насаждений определяется возрастом (рост значений от молодняков к спелым насаждениям, с последующим падением на стадии перестойных насаждений) и положением в ряду сукцессйонной динамики (рост значений от пионерных к коренньм сообществам с последующим падением на стадии климакса); радиотолерантность биобарьеров снижается в ряду сукцессионных смен эдификаторов «ольха-осина-береза-ель» и определяется типолого-возрасгной структурой конкретного насаждения; диапазон радиотолерантносги с учетом возрастной структуры древостоя может различаться в 1,5 - 3 раза.
Структура каталога радиотолерантньк лесных сообществ отражает уровни их организации: топологический; ценотический, популяционно-видовой,организменный..
Регламент критериев структуризации радиотолерантных лесных сообществ топологического уровня включает показатели идентификации сообществ к природной зоне; провинции; округу; району (сукцессйонной системе); экогенетическому комплексу; демутационно-му комплексу; парцелле.Регламент критериев установления лесных сообществ ценотическо-го уровня включает показатели положения сообществ в иерархии типов растительности (лесной); формаций; ассоциаций; ярусной (вертикальной) структуры; горизонтальной (парцеллярной) структуры; синузиальной структуры; ценотипов (эдификатор, ассектатор).
Для организменного уровня регламент критериев подразумевает, использование параметров абсолютного возраста особи, пол, биометрические (размерные) характеристики.
Критерием зональной радиотолерантности установлено нормальное состояние объекта, вьивленное в типичном плакорном местообитании, отражающем зональные условия. Показателями радиотолерантности установлены: 1) диапазон значений содержания или накопления радионуклидов в биоиндикаторах от минимума до максимума, 2) положение диапазона на общей шкапе значений (содержания или накопления радионуклидов).1 Минимум - минимально измеренная активность, или реально рассчитанное наименьшее значение коэффициента накопления; максимум - реально измеренное наибольшее значение активности или реально рассчитанное наибольшее значение коэффициента накопления.
Для популяционно-видового уровня регламент критериев отражает таксономический ранг и внутрипопуляционные характеристики сообществ: отдел, класс, порядок, семейство, род, вид; элемент половозрастной структуры (пол, возрастной спектр - класс возраста и т.д.), тип стратегии.
Анализ зональной радиотолерантносги видов проведен методом ординации диапазона содержания или накопления радионуклидов в растениях каждого вида (или их частях: листьях, ветках) на общей шкале. Покажем решение задачи на примере.
Таблица 2 - Оценка влияния прямодействующих факторов на накопительную способность биоиндикаторов (Кн)
№ Группа факторов Факторы Тенденции Обусловленные процессы
1 Зональные Терморежим климата {Тш} 1) - продолжительность вегетационного периода, 2) - интенсивность метаболизма
2 Континентальность климата {Кп} £
3 Влажность климата {От}
4 Морозность климата {О} о 1 —- шкала фактороа
5 Ценоэдафические Увлажнение почв {Ш} шил* факторов 1) - интенсивность метаболизма, 2) -доступность элементов питания
6 Обобщённый солевой режим почв {Тг}
7 Кислотность почв {11с} шкала факторов
8 Богатство почв азотом {N1} шкала фактороа
9 Переменность увлажнения почв {£Н} £
10 Режим затенения {1х} шипа факторов
Таблица 3 - Характер связи максимального содержания (А) и накопления(Кн)радионуклидов в биоиндикаторах с их толерантностью к 10 факторам* • : _
№ / Фактор " • Оптимум ви- Ер %
да • А Кн А Кн А . Кн
1 Терморежим климата {Тт} ■ >9 - - 3 - - -
7-9 ' - ' - ' 1 - - : -
Континентальность климата 9-12 3. 3 3 3 - 3
2 {Кп} ....... ; 7-9 1 1 1 1 - -
8-9 .1 1 1 . 1 - -
3 Влажность климата (От) 6-7 3 3- 3 3 - -
7-8" 3 -• • ? - - -
4 Морозность климата {СО} 6-7 1 - - - ,
Увлажнение почв {Ш} 10-14 1 - - 1 - -
5 5,5-10 3- - 3 - -
4,5-11 3 - . - - - . -
8-10 " '-, . 3 3 - -
Обобщённый солевой режим почв {Тг}} 6-8 1 - - - - -
6 4,5-7 1 1 - -
Кислотность пота {Яс} 9-11 - - 3 - 3 3
7 6-7 - - 1 - 1 1
6-8,5 - - 1 - - -
8 Богатство почв азотом {№} 3-6 - - 3 - -
9 Переменность увлажнения почв {Ш} 8-9 3 - - 1 - 3
<8 1 - - 3 - 1
10 Режим затенения (Ьс1 -
* Характер связи: 1 - максимум накопления в оптимуме, 3 - максимум накопления при мак-
симуме отклонения от оптимума.
Диапазон общей шкалы по содержанию в биоиндикаторах ЕР по эталону 90У+,0Зг (А Бк/кг) составляет 50-4500 Бк/кг. Весь диапазон разбит на 45 градаций с интервалом в 100 Бк/кг, объединенных в 5 групп градаций с интервалом 900 Бк/кг. Рассмотрены виды, встреченные не менее чем на 5-ш точках. Позиционирование вида на шкапе характеризуется шириной диапазона и его положением от начала шкалы (таблица 4).
В результате анализа выделены: 1) по положению от начала шкалы: виды ориготоп-ные (ориго-начало, топос- местоуыпшю лежит в первой группе градаций (< 900 Бк/кг), эутопные (эу-хорошо, типично) - начало лежит во второй группе градаций (900-1800 Бк/кг), гемитопные (ге.и« - полу}- начало лежит в третьей группе градаций (1800-2700 Бк/кг), муль-титопные (мулыпи - много) - начало лежит в четвертой группе градаций (>2700 Бк/кг), 2) по ширине диапазона: виды стенотгашые (степо-узкий) - диапазон составляет менее 20% шкалы, субмезотопные (суб-промежуточпый, мезо-средний) диапазон составляет 20-40 % шкалы, мезотопные диапазон составляет 40-60 % шкалы, субэвритонные (суб- промежуточный, эври - широкий) диапазон составляет 60-80% шкалы, эвригошше диапазон составляет более 80% шкалы. С учетом характеристик по обоим показателям и реальной их встречаемости выделено 12 радиотолерангных экоморф: мультистенотопяая - (1 биоиндикатор), ге-мистеиотопная - (1), эустенотопиая - (4), оригосгенотопная -(115), гемисубмезотопная - (4),
эусубмезотопная - (9), оригосубмезотопая - (43), эумезотопная - (3), оригомезотопная -(6), эусубэвритопная -(2), оригосубэвритопная -(б), оригоэвритопная - (5).
В название экоморф добавляется обозначение показателя радиоактивности, например оригомезотопная по Ер, оригомезотопная по ^г и т.д.
Для оценки информативности выявленных диапазонов зональной радиотолерантности биоиндикаторов рассчитан коэффициент агрегированное™ данных - Ка,р\ Кагр" Число градаций диапазона/Число встреч,
Диапазоны радиотолерантности, выявленные в результате анализа, составили информационную базу данных для разработки системы биоиндикации радиоэкологического состояния территории. Здесь необходимо еще раз подчеркнуть, что все рассматриваемые в работе параметры зональной радиотолерантности относятся к плакорным экотопам биомов при фоновых значениях радиационного фактора. В условиях радиоактивного загрязнения содержание радионуклидов в растениях и, соответственно, общая толерантность видов растений по отношению к накоплению радионуклидов будут значительно превышать те уровни, которые выявлены в данной работе.
Дальнейшая процедура по созданию системы включала определение экологических ареалов и выявление свит или расчет типов режимов факторов (ТРФ). Для каждой пробной площади профиля (рис.1) определены экологические свиты видов, типы режимов факторов, а также комфортопы, то есть, определена комфортность окружающей среды по каждому конкретному фактору для фитоценозов. Комфортопы отображают степень отклонения от оптимума (100%).
Созданные в результате анализа таблицы ТРФ содержат информацию о конкретных условиях среды и комфортности для каждого вида растений. Далее дня каждого вида проведен расчет дельты - отклонения от оптимума по отношению к 10 прямодействующим факторам. Для дельты по каждому фактору установлены: единый шаг (ширина градации) и разное число градаций дельты в зависимости от общего реального диапазона характеристик фактора.
Расчет связи радиационных показателей биоиндикаторов с дельтой по отношению к 10 прямодействующим факторам составил основу системы прогноза. Прямодействуюшие факторы, определяющие экологическую нишу вида растений, можно разделить на две группы: одну группу представляют факторы зональные (терморежим, континентальностъ, влажность и морозность климата), вторую группу представляют ценоэдафические факторы (увлажнение почв, солевой режим почв, кислотность почв, богатство почв азотом, переменность увлажнения почв, режим затенения-освещения). Эти факторы обусловливают и накопительную способность растений по отношению к радионуклидам. Первая группа факторов определяет продолжительность вегетационного периода и интенсивность метаболизма, а вторая группа факторов - интенсивность метаболизма и доступность элементов питания.
Анализ реальных связей и тенденций проведен методом информационно-логического анализа. В качестве явления рассмотрены содержания (абсолютные значения) и коэффициенты накопления (отношение содержания в растении к содержанию в почве) радионуклидов по показателям £а, ХР, '"Бг, 40К. В качестве факторов рассмотрены дельты (отклонения от оптимума) по каждому фактору и для каждого вида растений (всего 49 видов). Рассчитано и проанализировано около 4000 матриц отношений.
Анализ связи радиационных показателей биоиндикаторов с их экологическими свитами по каждому фактору среды отражает зависимость накопительной способности биоиндикаторов от условий среды и, по сути, дает возможность установить диапазоны или преде-
яы радиотолерангности сообществ видов, то есть перейти на другой более высокий иерархический уровень организации биоты.
Собранная информация и проведенный анализ позволили впервые установить на фоновом типично лаидщафтно-зональном уровне радиотолерантностъ видов растений и их экологических свит, тем самым создать нормативно-базовую информацию в виде каталогов биоиндикаторов для решения разнообразных задач природопользования.
Выявленные связи накопительной способности растений по отношению к радионуклидам с факторами среды дают основание прогнозировать содержание радионуклидов па территориях по толерантности ввдов растений. Каталоги биоиндикаторов с конкретными значениями радиационных показателей и сопряженных характеристик факторов среды составили фундаментальную базу данных.
Создание системы осуществлено путем создания блоков базы данных (таблиц информации) и СУБД (методов расчетов и анализа). Региональный охват системы отражен на рисунке 8, блок-схема системы показана на рисунке 9.
Система представляет собой аппаратно-программный комплекс, содержит базы данных о толерантности 2000 видов растений к 10 прямодействующим факторам среды, о состоянии более 116 объектов в диапазонах природных факторов в интервале широт 44° и 57° с.ш.; функционирует в режиме реального времени; позволяет осуществлять диагностику на любой территории в пределах лесной и степной зон; позволяет прогнозировать содержания радионуклидов в почве и растениях без отбора проб и выполнения измерений - только на основе визуального определения числа и обилия видов растений.
Полученные результаты предоставляют следующие возможности, алгоритм и после-дователькостыгроцедур отражены на рисунках 10 -11;
1) дм радиационного и химического контроля осуществлять выбор эталонной территории или ландшафтао-зонального аналога с типовыми уровнями содержания радионуклидов (рисунок 10),
2) для радиационного и химического контроля осуществлять прогноз содержания радионуклидов в почве и растениях без отбора проб и выполнения измерений (рисунок 11).
Система верифицирована в лесной зоне на тестовых территориях Клинско-Дмитровской гряды. Костромской области, Нижегородской области, Карелии, в степной зоне Волгоградской области, в ландшафтах Бедогорья, в урбосистеме - ландшафтах Москвы. Проверка показала, что система предоставляет возможность однозначного прогноза (индикации) содержания радионуклидов в почве и растениях
Система открыта для пополнения и обновления базы данных, что делает перспективным ее использование и для диагностики радиоактивно загрязненных земель, выведенных из хозяйственного использования. Такие территории представляют собой «радиационные заповедники» (Криволуцкий, 1999), на которых развиваются естественные природные процессы динамики экосистем с участием радионуклидов, такие земли становятся источником дополнительного переоблучения биоты и человека, требуют постоянного мониторинга н разработки мер по снижению опасности.
Разработанная нами система прогноза содержания радионуклидов в растениях и почве на основе экологической составляющей, а именно"- зональной радиотолерантности биоиндикаторов, то есть типичной ландшафтно-зональной, является надежным инструментом мониторинга и рационального природопользования.
Полевые работы
Составление геоэкологических описаний. Отбор образцов для последующего радио мет-
1 вариант функционирования системы
2 вариант функционирования системы (пунктиром покаишы не обязательные этапы)
Получении информации из таблиц
Рисунок 9 - Блок-схема функционирования системы биоиндикации радиоэкологического состояния территории
На основе географических координат осуществляется запрос в БД.
ВВОД ГЕОГРА ФИ ЧЕСКИХ КООРДИНА Т
Широта: Долгота:
Осуществить запрос
Выдаётся информация по геоэкологическому и радиоэкологическому состоянию ландшафтно-зональных эталонов для контролируемой территории
ГЕОБОТАНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ
Рисунок ] 0 - Выбор лавдшафтно-зонального эталона территории 41
Рисунок 11 - Прогноз содержания радионуклидов в растениях и почве
Таблица 4 - Позиционирование видов на шкале зональной радиотолерантности
по эталону 90V+90Sr от 0 до 4500 Бк/кг - (1 градация - 100 Б к/кг) 19|20|21 |22|23|24|25|2б|27128)29)30|31 |32|3313413513б137|38139|40|4 1
Шкапа содержание в биоиндикаторах
Виды
91 Медуница темная
Гравилат речной
.атьма тюрингенская
71 Морковь дикая
|Кипрей четырехгранный
[Вейник наземный
61 [Молочай лозный
костер береговой
Полынь австрийская (Чистотелбольшой
'иалка удивительная
¡вездчатка жестколистная
[Купырь лесной
!елен*
желтый
[Купена многоцветковая
62 Щитовник мужской
>сока волосистая
'равилат городской
[Подмаренник настоящий
1андыш обыкновенный
[сменник душистый
>озия лолыннолистная
i олынь горькая
Пырей промежуточный
[рагжва двудомная
Копытень европейский
74 (Молокан дикий
ерескен обыкновенный
Прутняк простертый
.елерия тонкая
'ныть обыкновенная
[олынь обыкновенная
ысячелистник обыкн.
'всяница валисская
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате исследования выполнена цель и решены задачи работы, а именно, разработана концепция оценки, диагностики и прогнозирования радиоэкологического состояния территорий на основе взаимосвязанности природных процессов и осуществлена ее реализация в геоинформационных системах.
1. Взаимосвязанность природных процессов составляет основу концепции оценки, диагностики и прогнозирования радиоэкологического состояния территорий, основные положения которой состоят в следующем:
- радиоэкологическое состояние это функционирование (существование) природной или природно-антропогенной (геотехнической) системы в условиях воздействия радиационного фактора на систему в целом и ее отдельные компоненты;
- радиационный фактор это радиационный фон на территории, в пределах которой существует и развивается природная или геотехническая система;
- радиационный фон территории складывается из природного радиационного фона и радиактивного загрязнения, обусловленного антропогенным фактором;
- радиоустойчивость биогеоценозов (экосистем) определяется нами как способное» систем выдерживать радиационные нагрузки без нарушения типичной структуры и типичного функционирования в соответствии с ландшафтно-зональными условиями; задаваемыми регламентом критериев, таких как: а) адресные показатели (координаты; названия региона, зоны, провинции, местности и т.д.); б) показатели ландшафгао-зональных условий (типы климата, водной миграции, почвы, растительности и др.); в) показатели радиоактивного загрязнения (активность, доза); г) показатели внутренней и пространственной структуры биогеоценозов (биоразнообразие, ярусность, мозаичиостъ, экогенетические ряда и др.); д) показатели функционирования биогеоценозов (продукция, биомасса, репродуктивные характеристики, жизненность, организационные критерии и др.); е) показатели радиобарьерной функции биогеоценозов (содержание и запас радионуклидов в биогеогоргоонтах);
- типичное ландшафтно-зональное состояние территории и слагающих ее природных и геотехнических систем составляет биосферный потенциал территории и определяет эколо-го-географическую регламентацию радиационного воздействия на биосферу в целом, и природные системы, в частности.
2. Концепция оценки, диагностики и прогнозирования радиоэкологического состояния территорий, разработанная на основе взаимосвязанности природных процессов, реализована в геоинформационных системах с использованием методов моделирования радиоэкологического состояния в виде алгоритмов получения эмпирической и расчетной информации по единой унифицированной схеме и представлена системой оценки геоэкологической, геодинамической, функциональной и радиобарьерной структуры территории в виде автономных модулей ГИС как совокупности аппаратно-программных средств, методов и информации, организованных в строго определенной последовательности процедур и этапов, таких как:
- распознавание геотополопиеской структуры территории по определителю сукцес-сионной системы путем выбора конкретного ботанико-географического района (БГР) и руководящих видов;
- распознавание парцелл с установлением характерного времени парцелл травостоя -как элементов геодинамической структуры конкретной экосистемы;
- определение возраста древостоя (при наличии в описании древостоя) для каждой из древесных пород по видовой принадлежности древесной породы, диаметру и высоте - как элемента геодинамической структуры;
- распознавание ЭК с определением характерного времени и возраста древостоя (при его наличии) - как элементов геодинамической структуры конкретной экосистемы;
- определение запаса фншмассы парцелл травостоя - как элементов функциональной структуры;
- определение максимального запаса фитомассы ЭК - как элементов функциональной структуры;
- осуществление расчета реального запаса стволовой древесины реальной экосистемы с учетом возраста древостоев - как элемента функциональной структуры;
- осуществление расчета содержания и запаса радионуклидов в биогеогоризонгах экосистемы - как элемента радаобарьерной структуры территории.
3. Типичное ландщафтно-зональное состояние территории и слагающих ее природных и геотехнических систем составляет биосферный потенциал территории и определяет эколо-го-географическую регламентацию радиационного воздействия па биосферу и природные системы, реализованную в виде модулей ГИС «Радиоэкологический стандарт территории». Разработан регламент критериев радиоэкологического стандарта территории, который в общем виде определяет набор параметров, характеризующих местоположение, состав, строение и функционирование территории как совокупности экосистем и содержит следующие позиции: позиционирование, видеопортрет, геоэкологическое описание, типы режимов факторов, геотонологическую структуру, радиационные характеристики, биобарьеры, дозы на биоту, индекс радиационной опасности. Разработан технологический регламент, определяющий перечень и последовательность процедур и операций, составляющих технологию по оценке и созданию радиоэкологического стандарта территории и содержит следующие процедуры: создание цифровых карт основ, создание атрибутивных баз данных, оптимизация сети обследования путем наложения серии карт, создание крупномасштабных ЦКО территории ПЗРО, создание атрибутивных баз данных, проведение полевых работ, выполнение про-боподготовки, выполнение измерений, ввод информации в БД, выполнение расчетов и вычислений, разработка БД и ГИС, разработка радиоэкологического стандарта территории. Созданные модули ГИС «Радиоэкологический стандарт территории» содержат информацию о типичном радиоэкологическом состоянии территории в соответствии с ландшафтпо-зональными условиями и представляют собой фундаментальную основу экологического нормирования природопользования.
4. Разработана концепция прогнозирования радиоэкологического состояния территорий на основе главного постулата наук о Земле: о взаимосвязапности я сопряженности природных процессов.
Концепция базируется на фундаментальных знаниях:
- о количественном элементном составе живого вещества биосферы Ковальский, 1974, Покаржевский, 1985, Глазовский, 1987, Перельман, 1961, Алексахин, Нарышкин, 1977);
- о пределах радио- и хемочувствигелыюсти (Криволуцкий, 1983, Соколов и др., 1989, Никаноров идр., 1985, Катков, 1985, Поликарпов, Егоров, 1986);
- о приемах оценки состояния окружающей среды в виде систем биош шикании, биомониторинга, биотестирования, как систем оценки качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях (Бударков и др., 1998, Цыганов, 1983),
- о толерантности биоиндикаторов как ключевом понятии в биоиндикации (Ботаническая география... ,1986, Одум, 1975, Цыганов, 1983).
Критерием зональной радиотолеранпюсти установлено нормальное состояние объекта, выявленное в типичном плакорном местообитании, отражающем зональные условия. Показателями радиотолерантности установлены: 1) диапазон значений содержания или накопления радионуклидов в биоиндикаторах от минимума до максимума, 2) положение диапазона на общей шкале значений (содержания или накопления радионуклидов). Минимум - минимально измеренная активность, или реально рассчитанное наименьшее значение коэффициента накопления; максимум - реально измеренное наибольшее значение активности или реально рассчитанное наибольшее значение коэффициента накопления. На основе расчета и анализа более 4000 матриц связей радиационных показателей биоиндикаторов с их экологическими свитами по каждому фактору среды установлена зависимость накопительной способности биоиндикаторов от условий среды, установлены диапазоны шш пределы радиото-лерантпости видов. Собранная информация и проведенный анализ позволили впервые установить на фоновом типично ландшафтно-зональном уровне радиотолерантность видов растений и их экологических свит, тем самым создать нормативно-базовую информацию в виде каталогов биоиндикаторов для решения разнообразных задач природопользования. Каталоги биоиндикаторов с конкретными значениями радиационных показателей и сопряженных характеристик факторов среды составили фундаментальную базу дапных.
Система представляет собой аппаратно-программный комплекс, содержит базы данных о толерантности 2300 видов растений к 10 прямодействующим факторам среды, о состоянии более 116 объектов в диапазонах природных факторов в интервале широт 44° и 57° с.ш.; функционирует в режиме реального времени; позволяет осуществлять диагностику на любой территории в пределах лесной и степной зон; позволяет прогнозировать содержания радионуклидов в почве и растениях без отбора проб и выполнения измерений - только на основе визуального определения числа и обилия видов растений.
5. Результаты исследования внедрены в практику природопользования при обращении с радиоактивными отходами в виде составных модулей баз данных и СУБД и использованы при разработке технологии оперативного картографирования, технологии биомопито-ptrara радиоэкологического состояши, технологии радиоэкологической сертификации качества среды, технологии создания биогеоцепотических барьеров, развиваемых в ЦЭГР ГУЛ МосНПО «Радон». Результаты исследований в виде отдельных модулей Г'ИС внедрены в системы природопользования при обращеши с РАО в сиецкомбинаты «Радон» на территории РФ. Получены 35 заявок на выполнение работ по внедрению и созданию ГИС технологий от 9 ФГУГ1СК «Радон» на период 2008-2015 гг.
6. Результаты исследоваши использовались при выполнении проектов «Программы совершенствования средств и методов производства при обезвреживании РАО за 1999- 2008 в ГУП МосНПО «Радой»; «Программы оказания ГУП МосНПО «Радон» научной, практической и технической помощи ФГУП спецкомбинатам «Радон» на 2006-2008 гг», Федеральной целевой программы «Интеграция» (проект М0226) ца географическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова в период 1997-1999 гг.; методические разработки использованы в международном российско-китайском проекте по исследованию уезда Сыпин и города Сышш в Китае, в практических занятиях студентов естественно-географического факультета Бурятского государственного университета.
Основные опубликованные работы:
Картографические издания
J Россия. Карта районирования территории России по степени экстремальности развили эколого-геоморфологических ситуаций [Карты]: [Тематическая карта] / картографические работы, дизайн и подготовка к изданию Институт географин РАН в 2005 г., авторский макет ООО «ДИ ЭМ БИ» в 2006 г., картографическая основа Роскартография в 2003 ; соавторы: A.B. Козлова, Г.П. Локшин, И.В. Чеиюкова, Э.А. Лихачева, Д.А. Тимофеев, A.B. Кош-карев, Д.А. Маркслов, К.В. Горецкий - 1: 9 ООО ООО, 90 км в 1 см - М: ООО «ДиЭмБи», 2006.-Hal листе.
Статьи в журналах перечня ВАК (науки о земле)
2 Markelov D.A. Zinc Accumulation by the Slime Mold Fuligo séptica (L.) Wiggers in the Former Soviet Union [Текст] / Zhulidov D.A., Robarts R.D., Zhulidov A.V., Markelov D.A., etc. // Journal Environmental Quality - 2002. -№31 -C. 1038-1042.
3 Маркелов Д.А. Система радиоэкологических стандартов зональных биомов как основа рационального природопользования [Текст] / Д.А. Маркелов // Проблемы региональной экологии. - 2008. - .№ 2. - С. 144-149.
4 Маркелов Д.А. Модуль ГИС «Эколого-географический, радиационный, химический стандарт природного комплекса Москвы - основа регулирования антропогенного загрязнения [Текст] / Д.А. Маркелов // Проблемы региональной экологии. - 2008. - .№ 3. - С. 190194.
5 Маркелов Д.А. ГИС технология прогнозирования радиоактивности растений и почвы [Текст] / Д.А. Маркелов // Проблемы региональной экологии. - 2008. - 4. - С. 113-120.
6 Маркелов Д.А. Экотехнология распознавания экологического ареала территории на основе биоиндикации типов режимов факторов [Текст] / Д.А. Маркелов // Проблемы региональной экологии. - 2008. - .№ 4. - С. 168-171.
7 Маркелов Д.А. Методика оценки экологического состояния территории [Текст] / Д.А. Маркелов, O.E. Полынова // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2008. - №2. - С. 106-111.
8 Маркелов Д.А. Проекты биомопигоринга для диагностики радиоэкологического состояния объектов и территории [Текст] / Д.А. Маркелов, O.E. Полынова // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2008. - №2. - С. 112-123.
9 Маркелов Д.А. Разработка концепции радаотолератности лесных сообществ как биобарьеров при радиационном воздействии [Текст] / Д.А. Маркелов // Экология урбанизированных территорий. -2008. - .№ 3. - С. 12-23.
Статьи в рецензируемых журналах:
10 Маркелов Д.А. Методика оценки радиоэкологического состояния территория на основе зональной радиотолерантносги биоиндикаторов [Текст] / Д.А. Маркелов // Аридные экосистемы. -2004. - .№ 22-23. - С. 145-153.
11 Маркелов Д.А. Оценка экологического состояния земель (почвы) по биосферным функциям [Текст] / Д.А. Маркелов, М.А. Григорьева // Веспшк Бурятского университета. Сер. 3, География, Геология - 2006. - №6. - С. 201-211.
12 Маркелов Д.А. Экопомика природопользования с учетом биосферного потенциала земель [Текст] / Д.А. Маркелов, М.А. Григорьева // Веспшк Бурятского университета. Сер. 3, География, Геология - 2006. -№7. - С. 162-171.
13 Маркелов Д.А. Устойчивость и барьерная функция санитарно-защигаой зоны пункта обезвреживания РАО по данным, полученных с помощью геоинформациоштых технологий [Текст] / Д.А. Маркелов, A.B. Маркелов, Н.Я. Минеева, С.А. Дмшриев, А.И. Соболев и др. // Медицина труда и промышленная экология. - 2006. - .№ 2. - С. 42-48. (журнал Перечня ВАК по медицине)
Монографии
14 Маркелов Д.А. Зональные особенности биоразнообразия и радиоэкологического состояния растительных сообществ [Текст] / Д.А. Маркелов - М.: Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 1999. - 58 с.
15 Маркелов Д.А. Радиоэкологическое состояние территорий (оценка, диагностика, прогнозирование) [Текст] / Д.А. Маркелов - М.: ИАЦ «Энергия», 2008. - 146 с.
Статьи, доклады и тезисы в трудах и материалах симпозиумов
16 Маркелов Д.А. Прогнозирование содержания радионуклидов в почве и растениях на основе зональной радиотолерантности биоиндикаторов / Семипалаттшский испытательный полигон. Радиационное наследие и проблемы нераспространения: Материалы II Международной конференции. - Институт радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК. 6-8 сентября 2005 г. - Том 1. - Курчатов: 2005,- С. 146-157.
17 Маркелов Д.А. Радиоэкологическое нормпровшше природопользования / Минеева Н.Я., А.В. Маркелов, Маркелов Д.А. и др. / Семипалатинский испытательный полнгон. Радиационное наследие и проблемы нераспространения: Материалы II Международной конференции. Институт радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК. 6-8 сентября 2005 г.Том 1. - Курчатов: 2005. - С. 122-145.
18 Маркелов Д.А. Разработка и моделироватте систем биодоочисгки и реабилитации территорий/ Минеева Н.Я., А.В. Маркелов, Маркелов Д.А. и др./ Семипалатинский испытательный полигон. Радиационное наследие и проблемы нераспространения: Материалы И Международной конференции. Институт радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК. 68 сентября 2005 г. - Том 1,- Курчатов: 2005,- С. 205-215.
19 Маркелов Д.А. Разработка структуры ГИС «Радиоэкологическое состояние эталонов природы - особо охраняемых природных территорий (ООПТ) Москвы и Московского региона»/ С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, ... Д.А. Маркелов и др. // Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных центров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2004 г. - М.: «ГООв», 2006. -Вып.12.-С. 63-71.
20 Маркелов Д.А. Разработка и создание базы данных радиоэкологических параметров для сертификации качества среды при обращении с радиоактивными отходами/ С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, ... Д.А. Маркелов и др // Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами паучно-промышленных центров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2004 г. - М.: «НИХ}», 2006. - Вьт.12. -С. 78-84.
21 Маркелов Д.А. Создание базы данных биогеоценотнческих барьеров для целей природопользования при обращении с радиоактивными отходами Москвы и Московского региона / С.А. Дмитриев, А.И. Соболев..., Д.А. Маркелов и др. // Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных центров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2004 г. - М.: «ГООв», 2006. -Вып. 12.-С. 85-90.
22 Маркелов Д.А. Система прогнозирования радиоактивности почвы и растеши! /Экологические проблемы регионального мониторинга окружающей среды. Сборник научных трудов Московского регионального отделения Российской академии естественных наук (РАЕН) по экологическому мониторингу окружающей среды. - М: Изд. Российской академии естественных наук, 2006. - С.35-48.
23 Маркелов Д.А. Геоинформационные технологии обеспечения радиоэкологической безопасности на основе биоиндикации./ А.В. Маркелов, Н.Я. Минеева, Д.А. Маркелов и др. /Экологические проблемы регионального мониторинга окружающей среды. Сборник научных трудов Московского регионального отделения Российской академии естественных наук (РАЕН) по экологическому мониторингу окружающей среды. - М: Йзд. Российской академии естественных наук, 2006- С.25-34
24 Маркелов Д.А. Биодиагностика радиоэкологического состояния природного комплекса Москвы на основе геоинформационных технологий /Н. Я. Минеева, А.В. Маркелов,
... Д.Л. Маркелов и др./ Экологические проблемы регионального мониторинга окружающей среды. Сборник научных трудов Московского регионального отделения Российской академии естественных наук (РАЕН) по экологическому мониторингу окружающей среды. -М: Нзд. Российской академии естественных наук, 2006- С.89-94.
25 Маркелов Д.А. Обучающая программа «Оценка экологического состоя]пи территории» / Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Материалы [V международной научно-практической конференции. Семипалатинский государственный педагогический институг, 19-21 октября 2006 г. - Т. 2. - Семипалатинск, 2006. - С. 587-591.
26 Маркелов Д.А. Оценка барьерной функции биогеоценотическнх барьеров для ПЗРО России/ A.B. Маркелов1, Н.Я. Минеева1, С.А. Дмитриев1, А.И. Соболев1, Д.А. Маркелов1, и др./ Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Материалы IV международной научио-пракгической конференции. Семипалатинский государственный педагогический институт, 19-21 октября 2006 г. - Т. 2. - Семипалатинск, 2006 - С. 374-382.
27 Маркелов Д.А. Сертификация качества среды промышленных площадок предприятий по биосферному потенциалу / Н.Я. Минеева, A.B. Маркелов, С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, Д.А. Маркелов, и др. / Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Материалы IV международной научно-практической конференции. Семипалатинский государственный педагогический институт, 19-21 октября 2006 г. - Т. 2. - Семипалатинск, 2006- С. 72-79.
28 Маркелоз Д.А. Создание банка методов оценки токсичности почв / A.B. Маркелов, Н.Я. Минеева, С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, Д.А. Маркелов, и др./ Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Материалы IV международной научно-практической конференции. Семипалатинский государственный педагогический институт, 19-21 октября 2006 г. - Т. 2. - Семипалатинск, 2006- С. 501-511.
29 Маркелов Д.А. Разработка системы эколого-географичеекпх, радиационных, биогеохимических стандартов геосистем СИЯЛ как основы устойчивого развития региона и прогноза его биосферного функционирования / Папин М.С. ,Н.Я. Минеева, ... Д.А. Маркелов и др.,Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Материалы IV международной научно-практической конференции. Семипалатинский государственный педагогический институт, 19-21 октября 2006 г. - Т. 2: - Семшталатипск, 2006- С. 245-251.
30 Маркелов Д.А. Методика оценки геоэкологической сгруетуры территории как арены миграции и аккумуляции тяжелых металлов и радионуклидов на примере г. Астаны / O.E. Полынова, Д.А. Маркелов, и др./Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Материалы IV международной научно-практической конференции. Семипалатинский государственный педагогический институт, 19-21 октября 2006 г. - Т. 2. - Семипалатинск, 2006 - С.368-372.
31 Маркелов Д.А. Модуль «Эколого-географический, радиационный, химический стандарт европейской территории Российской Федерации - основа прогноза и предотвращения антропогенного загрязнет« окружающей среды» / Геохимия биосферы: Доклады Международной научной конференции. Москва, 15-18 ноября 2006 г. Смоленск: Ойкумена, 2006. --С. 223.
32 Маркелов Д.А. ГИС технологии радиоэкологической безопасности: аппаратно-программные средства и геоинформационное обеспечение / A.B. Маркелов, Д.А. Маркелов и др./ Геохимия биосферы: Доклады Международной научной конференции. Москва, 15-18 ноября 2006 г. Смоленск: Ойкумена, 2006- С. 221-223
33 Маркелов Д.А. Технология создания геоинформационной системы для целей рационального природопользования (города, района, региона) на основе интеграции новейших аппаратно-программных средств ГИС и глобальной спутниковой навигационной системы / A.B. Маркелов, Д.А. Маркелов и др./Материалы VH Международного симпозиума «Проблемы экоипформатики» (5-7 декабря 2006г. Москва, Россия). - М., 2006- С.219-223.
34 Маркелов Д.А. Модуль ГИС «Распознавание геодинамической структуры экосистем» /Н.Я. Минеева, A.B. Маркелов, Д.А. Маркелов и др./ Материалы VII Международного симпозиума «Проблемы экоипформатики» (5 - 7 декабря 2006г. Москва, Россия). -М„ 2006е-С. 99-103.
35 Маркелов Д.А. Разработка структуры многофункциональной ГИС «Радиоэкологическая безопасность территорий РФ /А.И. Соболёв, С.А. Дмитриев, ... Д.А. Маркелов и др. // Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных центров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2005 г. -М.: «IBDG», 2007. - Вып.13. - с. 58-66.
36 Маркелов Д.А. Разработка биомонигориига природопользования при обращении с радиоактивными отходами /С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, ... Д.А. Маркелов и др.// Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных петров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2005 г. - М.: «IBDG», 2007. - Вып.13- с.67-73
37 Маркелов Д.А. Разработка структуры радиоэкологического сертификата качества среды при обращении с РАО /А.И. Соболев, С.А. Дмитриев ... Д.А. Маркелов и др.// Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных центров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2005 г. - М.: «IBDG», 2007. - Вып.13 - с.74-83.
38 Маркелов Д.А. Оценка барьерной функции сообществ как биогеоценотнчеекнх барьеров /А.И. Соболев, С.А. Дмитриев ... Д.А. Маркелов и др. // Охрана окружающей среды н обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных; центров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2005 г. - М.: «IBDG», 2007. -Вьш. 133- с.84-92.
39 Маркелов Д.А. ГИС технологии радиоэкологической безопасности терриго-рий/А.В. Маркелов, Н.Я. Минеева, Д.А. Маркелов и др. / Геоэкологические проблемы современности: межвуз. сб. науч. тр. - вьш. 9. - Владимир: ВШУ - 2007-с. 172 -180.
40 Маркелов Д.А. Методология радиоэкологической стандартизации территории. /A.B. Маркелов, Н.Я. Минеева, Д.А. Маркелов и др./ Геоэкологические проблемы современности: межвуз. сб. науч. тр. - вып. 9. - Владимир: ВГПУ - 2007- с.181 -194.
Маркелов Д.А.
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ, ДИАГНОСТИКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИЙ
Компьютерная верстка автора
Подписано в печать 116.03.2009 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Офсетная печать.
Издательско-аналитический центр «Энергия» 107996, г. Москва, ул. Гиляровского, д. 31, стр. 1 Тел. (495) 411-5338,681-5300,681-2998 Е-таН: iaz-energy@yandex.ru Интернет-магазин: WWW.energybOOk.ru
Отпечатано в ИД «ЭНЕРГИЯ»
-
Маркелов, Данила Андреевич
-
доктора географических наук
-
Москва, 2009
-
ВАК 25.00.36
- Научные основы оценки, диагностики и прогнозирования радиоэкологического состояния территорий
- Оценка радиоэкологических рисков для населения и биоты на территории Семипалатинского испытательного полигона
- Управление природопользованием в субъектах Российской Федерации при воздействии радиоэкологического фактора
- Оценка радиоэкологической ситуации в южных районах Калужской области, пострадавших от аварии на ЧАЭС, и разработка комплекса мер по их реабилитации
- Биоиндикация радиоэкологического состояния зональных биомов
