Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Радиоэкологическая оценка лесных экосистем после ядерных аварий: методология, моделирование, прогноз

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Радиоэкологическая оценка лесных экосистем после ядерных аварий: методология, моделирование, прогноз"

7 Б ОД

НАЩрВДфНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ' ® ИНСТИТУТ ЛЕСА

УДК 630*181:632.118,3

ДВОРНИК Александр Михайлович

РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ ПОСЛЕ ЯДЕРНЫХ АВАРИЙ: МЕТОДОЛОГИЯ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, ПРОГНОЗ

Специальность - 06.03.03. - Лесоведение и лесоводство; лесные

пожары и борьба с ними

Специальность - 03.00.16. - Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Гомель - 1998

Работа выполнена в Институте Научный консультант:

Официальные оппоненты:

а HAH Беларуси

доктор сельскохозяйственных наук, академик HAH Беларуси и РАСХН, профессор Ипатьев В.А.

доктор сельскохозяйственных наук, академик РАСХН, профессор Писаренко А.И.

доктор биологических наук, профессор Самошкин E.H.;

доктор биологических наук, профессор Кутлахмедов Ю.А.;

Оппонирующая организация: Институт радиобиологии

HAH Беларуси

Защита состоится " 23 " декабря 1998г. в 14 часов на заседании совета по защите диссертаций Д.01.33.01. в Институте леса HAH Беларуси (246654, г.Гомель, ул. Пролетарская, 71, т.53-73-73).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЛ НАНБ. Отзывы просим присылать в 2-х экземплярах с заверенными подписями по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан " " ноября 1998г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, кандидат биологических наук ЦЦ&ШхР Машнина Т.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертаиии. Опыт изучения последствий испытания ядерного оружия и различных по масштабу ядерных аварий показывает, что лесные экосистемы могут являться одной из наиболее загрязненной радионуклидами частью биосферы, влияющей на жизнедеятельность человека.

Крупномасштабная Чернобыльская катастрофа вызвала радиоактивное загрязнение лесов многих стран, но в наибольшей степени пострадали Беларусь, Россия и Украина, территории которых отличаются относительно высокой лесистостью и большой плотностью населения. В первую очередь остро встала проблема реабилитации пострадавших территорий, для решения которой необходима реальная радиоэкологическая оценка подвергшихся радиоактивному загрязнению лесных экосистем. Эта оценка включает в себя целый спектр задач по разработке методологии исследований загрязненных лесных экосистем, изучению основных закономерностей и механизмов поведения радионуклидов в системе "почва - древесное растение", математическому моделированию и прогнозированию радиационной обстановки, определению структуры формирования и динамики доз облучения населения от леса и лесной продукции, оценке эффективности контрмер, направленных на снижение радиационного риска населения..

Известны работы академика Алексахина P.M., профессора Тихомирова Ф.А., профессора Прохорова В.М. и других авторов, в которых на примерах Кыштымской аварии, глобальных выпадений и модельных экспериментов были раскрыты основные закономерности миграции радионуклидов в лесных экосистемах. Однако, обширные загрязненные территории после чернобыльского выброса, для которых характерно многообразие лесорастительных условий и различие в физико-химических формах выпавших нуклидов, требуют особого методологического подхода к исследованиям поведения радионуклидов в этих природных экосистемах.

В настоящее время в мире разработано несколько прогнозных математических моделей локального и глобального характера, описывающих миграцию радионуклидов в лесных экосистемах, авторами которых являются W.Schell и I.Linkov, Тихомиров Ф.А. и Мамыхин С., G.Shaw, Алекса-хин P.M., Фесенко C.B. и Avila R. и др. Все эти модели для расчета прогнозов требуют многолетних натурных наблюдений, что ограничивает возможность их оперативного использования.

Для образовавшейся после Чернобыльского выброса огромной территории с различными вариациями состава и возраста лесных насаждений, гидрологических и почвенных условий, большим диапазоном уровня за-

грязнения и многообразия форм выпадения радионуклидов механический перенос модельных прогнозов практически некорректен.

Существенной особенностью радиоактивного загрязнения лесных экосистем является их большая значимость в формировании дозы облучения населения в течение длительного периода времени. Не случайно поэтому все категории работников лесного хозяйства отнесены к критической группе, получающей 2-3 кратное превышение дозы облучения по сравнению с другими категориями населения. Кроме того, в зависимости от местоположения региона вклад лесного компонента во внутреннюю дозу облучения к настоящему времени составляет 30 - 70% (Шевчук В.Е., 1996).

Таким образом, разработка методологии исследования лесных экосистем после крупномасштабных ядерных аварий с учетом специфики формирования радиационного режима в различных условиях произрастания и плотностей радиоактивного загрязнения, моделирование процессов миграции радионуклидов, прогнозирование их поведения и оценка влияния радиоактивных лесов на население является весьма актуальной проблемой, имеющей как теоретическое, так и практическое значение для получения достоверной научно обоснованной радиоэкологической оценки лесов и реабилитации загрязненных территорий. В итоге решение этой проблемы позволит создать эффективную систему защитных мероприятий и уменьшить степень радиационного риска населения.

Связь работы с крупными научными программами. Работа выполнялась в рамках проектов, входящих в состав государственных и международных научных программ: Государственной программы преодоления последствий катастрофы на ЧАЭС, утвержденной Госкомитетом РБ по науке и технологиям, 1991-1995гг., номер госрегистрации 19941830, и 1996-2000 гг. номера госрегистрации 19961071, 19973940, 19981938; научно-исследовательские работы Академии наук Беларуси по важнейшим проблемам естественных, технических и общественных наук, раздел 2.33.8. Проблемы леса, номер госрегистрации 19951417, 1992-1995 гг.; Государственной программы фундаментальных исследований Национальной академии наук Беларуси за 1996-2000гг. "Закономерности переноса естественных и техногенных радионуклидов в биосфере, формирование дозо-вых нагрузок, биологические эффекты хронического действия радиации и повышение радиоустойчивости организма", номер госрегистрации 19961685; Государственной программы "Разработать и внедрить новые системы интенсивного ведения лесного хозяйства, ресурсосберегающие технику и технологии, обеспечивающие выполнение лесами экологоэко-номических функций, уменьшение последствий аварии на Чернобыльской АЭС и рациональное использование лесосырьевых ресурсов", утвержденной Госкомитетом РБ по науке и технологиям, номер госрегистрации 19973221, 1997-1998 гг.; Государственной программы "Реабилитация за-

грязненных территорий. 4.3. Научное обоснование и разработка комплексных программ реабилитации административных районов на загрязненных территориях", утвержденной Госкомитетом РБ по науке и технологиям, номера госрегистрации 19974300, 19972240, 1996 - 1997 гг.; Международное сотрудничество Европейская комиссия, Беларусь, Российская Федерация, Украина Project ЕСР-5 "The behaviour of radionuclides in natural and semi-natural environments", Contract No.: COSU-CT-91-0005, 19911995гг.; Международное сотрудничество Европейская комиссия, Беларусь, Российская Федерация, Украина Project: INCO-COPERNICUS FORECO "Forest Ecosystems: Classification of Restoration Options, Considering Dose Reduction, Long-Term Ecological Quality and Economic Factors", Contract No.: ERB-IC15CT96-0202, номер госрегистрации 19973221, 1997-2000г.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является комплексная радиоэкологическая оценка лесных экосистем, загрязненных радионуклидами в результате крупномасштабных ядерных аварий.

Задачи исследования:

■ разработка методологии исследования лесных экосистем, загрязненных радионуклидами в результате ядерных аварий;

■ анализ радиоэкологических и лесоводственных факторов, существенно влияющих на процессы миграции радионуклидов в системе "почва - древесное растение"

■ разработка прогнозной математической модели миграции радионуклидов в основных типах леса Беларуси и расчет прогноза динамики содержания 137Cs в компонентах лесных биогеоценозов;

■ исследование и анализ закономерностей, разработка математических моделей формирования доз внутреннего и внешнего облучения населения от леса и его продукции и прогноз их динамики;

■ оценка радиоэкологической эффективности контрмер по снижению содержания радионуклидов в продукции лесного хозяйства.

Объект и предмет исследования. Объектом исследований являются лесные экосистемы Беларуси, загрязненные радионуклидами в результате аварии на Чернобыльской АЭС.

Гипотеза. Миграция радионуклидов в лесных экосистемах является результатом комплексного воздействия сложных физико-химических, биологических и физиологических процессов, направленность и интенсивность протекания которых определяется условиями произрастания, свойствами древесных растений и самих радионуклидов. При математическом моделировании миграционных процессов в лесных экосистемах предполагается, что радионуклиды включены в круговорот питательных элементов и на их перераспределение оказывают доминирующее воздействие следующие процессы и факторы: миграция в почве, биологическая доступность, строение корневых систем древесных растений, возрастная вариация коэффициентов перехода, интенсивность нарастания биомассы.

Параметры математических функций определяются по натурным измерениям и подтверждение рабочей гипотезы осуществляется путем сравнения расчетных и экспериментальных данных.

Методология и методы проведенного исследования. Методологической основой исследования является системный подход к изучению закономерностей поведения радионуклидов в лесных экосистемах. Согласно этому подходу закономерности и характеристики миграционных процессов устанавливаются на сети экспериментальных объектов, у которых существенно изменяется только один фактор влияния при достаточной схожести остальных факторов. Описание миграционных процессов и расчет прогнозов динамики содержания радионуклидов в лесной продукции и динамики доз облучения производится методами математического моделирования.

Научная новизна и значимость полученных результатов. Впервые разработана система комплексной радиоэкологической оценки лесных экосистем в условиях крупномасштабного радиоактивного загрязнения. Получены новые экспериментальные результаты, раскрывающие ряд закономерностей миграционных процессов радионуклидов в лесных экосистемах: установлена линейная зависимость концентрации шСз в древесине сосны от запаса радионуклида в почве, определено влияние степени водо-обеспеченности почвы на коэффициент перехода 137Сз в древесные растения и выявлены возрастные вариации древесных растений в интенсивности потребления шСз. Предложен новый метод прогнозирования динамики содержания радионуклидов в компонентах лесного фитоценоза, основанный на учете физиологических особенностей созревания древесных растений. На основе этого метода разработана оригинальная математическая модель поведения радионуклидов в лесных экосистемах, отличающаяся от ранее применявшихся прогнозных моделей ограниченным набором исходных данных, получаемых в течение одного вегетационного сезона. Впервые для Беларуси рассчитан долгосрочный прогноз поведения шСз в различных типах лесных насаждений.

Разработаны новые феноменологические модели оценки доз внешнего и внутреннего облучения населения от загрязненных радионуклидами лесов и их продукции. Предложен новый метод экспрессной оценки дозы внутреннего облучения населения от потребления пищевой продукции леса, зависящий от лесистости и уровня загрязнения и позволяющий рассчитывать дозы облучения на основе камерального обследования лесов, примыкающих к населенному пункту. Проведена модельная оценка радиоэкологической эффективности контрмер, направленных на снижение содержания радионуклидов в древесных растениях.

Практическая значимость полученных результатов. Полученные в диссертации результаты вносят крупный научный вклад в развитие радиоэкологии леса, связанный с оценкой, прогнозированием радиоэколо-

гической обстановки в загрязненных радионуклидами лесных экосистемах и обоснованием в них системы защитных мероприятий. Теоретические и экспериментальные результаты работы являются научно-методологической основой для разработки систем поддержки принятия оперативных решений для управления лесами в чрезвычайных ситуациях после ядерных авариях. Разработанные математические модели поведения радионуклидов в лесных экосистемах могут быть использованы при прогнозировании радиационной обстановки, оценке эффективности контрмер, направленных на снижение радиационного риска, и реабилитации загрязненных территорий. Предложенная информационно-аналитическая система является действенным инструментом для оперативной оценки уровней загрязнения радионуклидами продукции лесного хозяйства с использованием ограниченного набора исходной информации.

Результаты прогнозного моделирования и полученные экспериментальные данные использованы для разработки методологии реабилитации загрязненных территорий Гомельской и Могилевской областей Беларуси, а также при создании радиоэкологической модели МАГАТЭ FORM, в международных проектах и программах ЕСР-5, INCO-COPERMCUS, BIOMASS. Разработанная автором методология по радиоэкологическому исследованию лесных экосистем применена в международной модельно-ориентированной программе пробоотбора в чернобыльских лесах 1994 года (Schell W., 1996). Результаты исследований защищены 3 авторскими свидетельствами. Методы моделирования и прогнозы использованы в учебном процессе Брянской инженерно-технологической академии.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

♦ Методология исследования лесных экосистем, загрязненных радионуклидами в результате крупномасштабных ядерных аварий, включающая радиоэкологические и дозоформирующие аспекты и позволяющая провести оценку влияния леса на формирование и динамику радиационной обстановки региона;

♦ Анализ закономерностей и механизмов поведения 137Cs в системе "почва - древесные растения", определяющих доминирующие факторы влияния на поступление и перераспределение радионуклидов в лесных экосистемах;

♦ Теоретическое описание процессов поступления и накопления радионуклидов в древесном ярусе и метод прогнозирования, основанный на физиологических особенностях развития древесных растений;

♦ Система математических моделей миграции радионуклидов в лесных экосистемах и формирования дозы облучения населения от леса и его продукции, которая дают возможность научно обосновано прогнозировать перераспределение радионуклидов в компонентах лесного биогеоценоза и динамику дозовых нагрузок различных профессиональных групп населения;

♦ Долгосрочные прогнозы уровней загрязнения 137Cs компонентов лесного биогеоценоза и дозы внешнего облучения населения от леса и оценка доз внутреннего облучения от потребления пищевой продукции леса; результаты радиоэкологической оценки контрмер, направленных на снижение уровня загрязнения радионуклидами лесных фитоценозов, являющиеся научной основой планирования и проведения различных видов лесохо-зяйственных работ и системы защитных мероприятий при реабилитации загрязненных территорий.

Личный вклад соискателя. Работа выполнялась автором с 1992 по 1998 год в Институте леса HAH Беларуси. Представленные в диссертации научные результаты в большинстве своем получены лично автором, часть из них выполнены под его руководством в соавторстве.

Апробация результатов диссертаиии. Основные положения диссертации доложены на международных конференциях, симпозиумах и совещаниях, посвященных радиоэкологии естественных экосистем:

Сорбционные средства и методы защиты человека и животных, Гомель, 1992; Радиобиологический съезд, Киев,1993; Международная конференция по радиоэкологии торфяников, Санкт-Петербург, 1994; Рабочее совещание консультантов технического комитета МАГАТЭ "VAMP", Вена, Австрия, 1994; Международный симпозиум по радиоэкологии пресноводных источников и эстуарий, Лиссабон, Португалия, 1994; Международный симпозиум по медицинским аспектам радиоактивного воздействия на население, проживающее на загрязненной территории после аварии на Чернобыльской АЭС, Гомель, Беларусь, 1994; Белорусско-Японский симпозиум по ближайшим и долгосрочным последствиям чернобыльской катастрофы, Минск, Беларусь, 1994; Республиканская конференция: Научно-практические аспекты сохранения здоровья людей подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС, Могилев, 1994; Рабочее совещание консультантов технического комитета МАГАТЭ "Критерии очистки загрязненных территорий", Вена, Австрия, 1995; Международная симпозиум по влиянию радиоактивных выбросов на, Вена, Австрия, 1995; Международная конференция по управлению ядерными отходами и реабилитации окружающей среды, Берлин, 1995; Международное рабочее совещание: Экологический статус загрязненных территорий, Минск, Беларусь, 1995; Международная конференция по радиологическим последствиям Чернобыльской аварии, Минск, Беларусь, 1996; Международная конференция: Десять лет после.Чернобыльской катастрофы (научные аспекты проблемы), Минск, Беларусь, 1996; Международная конференция: Чернобыль-96. Итоги 10 лет работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС, Зеленый Мыс, Украина, 1996; Международная конференция по проблемам экологической защиты населения, Гомель, 1998; Международной конференция "Фундаментальные и прикладные аспекты радиобиологии: биологические эффекты малых доз и радио-

активное загрязнение среды (радиоэкологические и медико-биологические последствия катастрофы на ЧАЭС)", Минск, Беларусь, 1998.

Опубликованность результатов. По теме диссертации опубликовано 36 научных работ, в том числе 1 монография, 18 статей в научных журналах и сборниках, 14 тезисов конференций и 3 авторских свидетельства. Общее количество страниц опубликованных материалов составляет 337 страниц.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, шести глав, заключения, приложений. Работа состоит из 289 страниц машинописного текста, включает 39 рисунков, 75 таблиц, 19 приложений. Список использованных источников содержит 234 наименований.

РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЛЕСОВ : ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ

Испытания ядерного оружия, аварии и "внештатные" ситуации на предприятиях атомной энергетики значительно загрязняют окружающую среду, но авария на Чернобыльской АЭС (1986г.) явилась наиболее крупномасштабной ядерной катастрофой в истории человечества. В ближней и дальней зоне радиоактивного следа суммарная величина выпадений оценивается в 50МКи (Израэль Ю.А., 1987). В настоящее время радиационную обстановку загрязненных территорий определяют 238,239,240ри^ ПрИчем в зонаХ! удаленных от реактора, основной вклад дает изотоп цезия (Конопля Е.Ф., 1996).

Загрязненными радионуклидами землями с плотностью свыше 37 кБк/м2 оказались 46,5 тыс.км2 в Беларуси (23% территории), 28.5 тыс. км2 на Украине (4.8%) и 35.2 тыс. км2 в России (0.5%). Каждый четвертый гектар лесов Беларуси загрязнен радионуклидами (более 1,7 млн. га ) и особенно пострадали в этом отношении леса Гомельской (62,3 % лесного фонда) и Могилевской областей (42,8 %). Степень загрязнения лесного фонда неодинакова, что в значительной мере определяет характер хозяйственной деятельности на лесных предприятиях республики в пост Чернобыльский период.

Если задачи получения чистой продукции на сельскохозяйственных землях к настоящему времени достаточно успешно решаются, то для лесных - эти проблемы наоборот обостряются (Ипатьев В.А., 1994), что обусловлено:

• высоким уровнем загрязнения лесной продукции;

• ежегодными потерями древесных ресурсов, превышающими 2.0 млн. куб.м, а к 2015 году их количество возрастет еще в 1.6 раза;

• большими дозами облучения работников лесного хозяйства, превышающими в 2.5 и более раз этот показатель у сельского населения;

• значительным вкладом лесного компонента в дозу внутреннего облучения населения лесных районов при потреблении лесных пищевых продуктов (ягоды, грибы, мясо диких животных, использование лесных пастбищ, как кормовой базы для домашних животных).

Если моделирование динамики стронция и плутония, источником которых явились испытания ядерного оружия, в лесных экосистемах началось разрабатываться с середины 70-х годов( Olson, 1965, Jordan, 1973, 1976, Garten, 1978, Croom, 1980), то первые модели по круговороту 90Sr в лесных насаждениях, основанные на экспериментальных данных по Кыш-тымской аварии появились в начале 80-х годов (Прохоров В.М.,1972, Алексахин P.M., 1976). Чернобыльская авария дала новый импульс в развитии математических моделей, описывающих поведение радионуклидов в лесных экосистемах. Некоторые из этих моделей носят общий характер и претендуют на описание обобщенных характеристик поведения радионуклидов в лесных экосистемах. К наиболее известным из них можно отнести модель FORESTPATH (Schell W., Linkov I., 1996), модель RIFE (Shaw G., 1996), FORESTLAND (Fesenko S., Avila R., 1998), модель FORM (Shaw G., Frissel M.J.,1996), модель ECORAD (Mamykhin S., Tikhomirov F.A., 1995).

Анализ существующих моделей показал, что в настоящее время нет единого методологического подхода к описанию и прогнозированию миграции радионуклидов в лесных системах. Выработка такого единого методологического подхода требует долгой и кропотливой работы по согласованию модельных приближений, входных параметров и четкого понимания используемых физических, химических и биологических процессов путем модель-модель и модель-данные сравнений.

Лесные ценозы относятся к критическим экосистемам, аккумулирующим радиоактивные вещества и определяющим длительные нагрузки на человека, вследствие внешнего облучения и миграции радионуклиды по трофическим цепям (Ипатьев В.А., 1994, Щеглов А.И., 1997). Суммарная доза облучения от лесных экосистем складывается из двух компонентов -дозы внешнего облучения и дозы внутреннего облучения. Вклад первой из них в суммарную дозу колеблется в достаточно широких пределах и зависит от социальной ориентации группы населения, ее профессиональной принадлежности и возраста.

В восстановительный период после Чернобыльской аварии дозу внешнего облучения человека в основном обуславливает гамма-излучение радионуклидов 137Cs и 134Cs - более 95% (Балонов М.И., 1996).

Имеется всего лишь несколько моделей, которые рассчитывают дозы внешнего облучения от леса. К ним можно отнести модели Tikhomirov F.

(1992), Schell W.R., Linkov 1.(1995), Belli M., Shaw G. (1996), Frissel MJ. (1996), Савушкина И.А. (1995), причем авторы используют различные методы расчета, которые в недостаточной мере учитывают специфику лесо-растительных условий, изменение скорости миграции радионуклидов в почве в зависимости от ее типа и динамику перераспределения радионуклидов по компонентам лесных биогеоценозов.

. В отличие от первых лет после Чернобыльской аварии, когда доминировало поступление радионуклидов в организм человека с молоком и мясом, в настоящее время весьма значительным стал вклад в дозу внутреннего облучения от лесных продуктов питания (грибы, лесные ягоды и т.п.). Основной вклад в формирование дозы вносит l37Cs; вклад же 90Sr составляет 3-6%, причем для естественных экосистем он составляет менее 1%. Отношение дозы сельскохозяйственного компонента к лесному находится в пределах от 99% при низком уровне дозовых нагрузок до 25% -при максимальном. Как показали исследования последних лет вклад лесного компонента является существенным, а в некоторых случаях и доминирующим (Фирсакова С.К., Жученко Ю.М., 1998).

Реабилитация загрязненных лесных территорий т.е. возврат к безопасному лесопользованию в возможно кратчайший срок проходит в три этапа:

• определение радиационной обстановки на основе мониторинга загрязненных лесных территорий;

• изучение основополагающих закономерностей изменения радиационной обстановки и прогнозирование ее развития;

• разработка системы реабилитационных контрмер и определение ее эффективности.

Эти этапы определяют задачи радиоэкологической оценки лесных экосистем: разработать методологию исследования на основе комплексного подхода; выявить закономерности и механизмы поведения радионуклидов и влияние леса на формирование доз облучения населения; с использованием математических моделей, прогнозировать развитие радиационной обстановки; оценить систему защитных мероприятий.

К моменту начала наших исследований (1992г.) значительная часть этих задач не была решена, остальные - решались разрознено и бессистемно. Решению поставленных задач посвящена данная диссертация.

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД И МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Огромные площади лесов, загрязненные радиоактивными веществами, с большим многообразием лесорасгительных условий, многочисленное население, пользующееся "дарами леса", требуют системного подхода к исследованию лесных экосистем. Как известно, экспериментальные дан-

ные для исследований получают из радиологического обследования лесов и сети лесных стационаров долговременного наблюдения. Мониторинговая сеть стационаров должна обеспечивать репрезентативность данных, учет ландшафтных особенностей территории и структуры лесных насаждений региона, выявлять факторы, влияющие на направление и скорость миграции радионуклидов в лесных экосистемах, а также на формирование доз облучения населения.

Предлагаемая методология исследований базируется на анализе взаимосвязанных аспектов поставленной в диссертации проблемы: радиоэкологического и дозоформирующего и ориентируется на создание моделей, с помощью которых возможно прогнозирование радиационной обстановки в лесах.

С целью изучения миграционных процессов в лесных экосистемах выявлен ряд доминирующих факторов, определяющих процесс перераспределение радионуклидов между компонентами лесного биогеоценоза в течение длительного времени. К ним относятся плотность загрязнения почвы радионуклидами; формы их нахождения; тип леса и, следовательно, достаточно тесно связанный с ним определенный тип почвы; порода и возраст насаждения; степень водообеспеченности почвы.

На основе предложенного методологического подхода создана мониторинговая сеть из 25 лесных стационаров долговременного наблюдения, представленная хвойными и лиственными насаждениями различных типов, расположенными на различном расстоянии от аварийного реактора и при большом диапазоне уровней загрязнения. Для выявления факторов и анализа степени их влияния на интенсивность миграционных процессов, используя метод экологических рядов, из объектов исследования формировались выборки с таким расчетом, чтобы у них независимой переменной был только один фактор, а все остальные должны быть достаточно сходными для всех однотипных насаждений. Второй ряд выборок насаждений составляется с учетом двух факторов в качестве независимых переменных и т.д.

Для выявления механизмов миграции радионуклидов в лесных экосистемах, определения параметров основных процессов с высокой статистической достоверностью создан базовый экологический ряд из сосновых насаждений, произрастающих в относительно однотипных условиях и расположенных в ближней к реактору (6 объектов) и дальней зонах (4 объекта) при различных уровнях загрязнения от 700 до 18000 кБк/м2. В качестве исследуемых объектов были приняты наиболее характерные для условий Белорусского Полесья искусственные насаждения сосны обыкновенной, мшистого типа, 1-П бонитета, среднего возраста 35 лет, произрастающие на дерново-подзолистых песчаных почвах с уклоном не более 5%.

Для описания базовой моделью других типов лесных насаждений определялся характеризующий их набор модельных параметров. Для этого из объектов мониторинговой сети формировался экологический ряд, отражающий влияние различных факторов: порода, возраст, тип леса и почвы.

Такой подход, по нашему мнению, позволяет путем отдельных методических исследований распространять базовою модель практически на все типы леса Белорусского и Украинского Полесья и прилегающих к нему областей России без закладки дополнительных лесных пробных площадей.

Формирование дозы облучения населения от леса и его продукции является сложным и многогранным процессом, зависящим от большого числа факторов, влияющих на уровень облучения населения. На выявление структуры этого процесса и определяющих его факторов направлена предлагаемая методология, по обоснованию и подбору объектов исследования. Для оценки влияния леса на формирование дозы внешнего и внутреннего облучения населения и отдельных профессиональных групп был установлен ряд доминирующих факторов, которые определяют дозовые нагрузки. Определяющую роль в формировании длительных дозовых нагрузок внешнего облучения играет 137Сз.

Внешнюю дозу облучения определяют такие факторы, как уровень загрязнения, структура лесов, особенности миграционных процессов между компонентами лесного биогеоценоза и режим нахождения в лесу различных социальных групп населения.

На величину дозы внутреннего облучения основное влияние оказывают количество потребляемой лесной пищевой продукции ("лесной" рацион) и уровень загрязнения территории.

В качестве критериев формирования внутренней дозы облучения выбраны площадь и лесогаксационные характеристики продуктивных насаждений, в которых произрастают съедобные виды грибов и ягод. Урожайность, сбор и потребление грибов и ягод населением пропорционально наличию традиционных грибных и ягодных мест около населенного пункта.

Таким образом, процесс формирования доз облучения населения от леса и его продукции тесно связан с типологической, породной и возрастной структурой лесных насаждений и в значительной степени определяется как уровнями загрязнения радионуклидами компонентов лесного биогеоценоза, так и их динамикой.

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ МИГРАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

В соответствии с предлагаемыми методологическими принципами исследований лесных экосистем основные закономерности проанализированы на примере сосновых насаждений, наиболее характерных для загрязненных зон Беларуси и имеющих наибольшую статистическую представительность. Системный подход к выбору объектов и проведение регулярного пробоотбора почвенных и растительных образцов в течении нескольких лет на сети объектов исследования долговременного наблюдения позволил накопить достаточно большой массив экспериментальных данных по содержанию шСз в различных компонентах сосновых фитоценозов.

Учет влияния типа леса, породы деревьев, степени увлажнения и других факторов проводился в специально подобранных березовых, дубовых, осиновых и ольховых насаждениях с характерными для них лесорас-тительными условиями.

Полученные данные свидетельствуют о закономерном увеличении уровня загрязнения в компонентах сосновых насаждений в следующей последовательности: древесина, кора, побеги, хвоя, что является отражением физиологической активности различных вегетационных органов древесных растений. Соотношения между удельными активностями отдельных компонентов дерева в пределах стандартной ошибки ( 6 - 14%) остаются постоянными для однотипных насаждений при различном значении запаса 137Сз в почве, что позволяет оценивать удельную активность хвои, коры, побегов, введя для них соответствующий коэффициент по отношению к древесине.

Особый интерес представляют данные по динамике поведения 137Сз в компонентах дерева, позволяющие судить о тенденциях перераспределения шСб в древесном ярусе (табл. 1.).

Таблица 1.

Динамика соотношений коэффициентов перехода 137Сз в компоненты сосны (коэффициент перехода в древесину принят за единицу)

Годы Древесина Кора Хвоя текущего года Хвоя прошлых лет Побеги

1992 1 5.1 10.3 4.7 11.2

1993 1 4.7 13.0 4.8 8.5

1994 1 5.0 - 5.7 9.1

1995 1 2.4 7.9 2.9 -

1996 1 3.2 13.9 - 14.7

1997 1 2.8 13.2 - 13.4

В период с 1992 по 1997 годы из почвы в активные в вегетативном отношении органы сосны (хвоя текущего года и побеги) продолжает интенсивно поступать |37Сз. В 1996 году наблюдается максимум этого поступления и затем тенденция к его снижению Аналогичным образом ведет себя и коэффициент перехода шСб в древесину сосны, значения которого

тенсивно поступать 137Сз. В 1996 году наблюдается максимум этого поступления и затем тенденция к его снижению Аналогичным образом ведет себя и коэффициент перехода |37Сз в древесину сосны, значения которого составили в 1992 - 0.00243, 1993 - 0.00271, 1994 - 0.00279, 1995 - 0.00286, 1996 - 0.00306, 1997 - 0.00275 м2/кг.

Процесс стабилизации накопления 137Сб начался в 1993 году (10% от максимального) и будет продолжатся по нашим оценкам до 2000 года. Значения коэффициентов перехода 137Сз в активные вегетативные органы сосны имеют сильную корреляционную связь с показателями этого коэффициента в древесину. Аналогичные соотношения получены и для лиственных пород (табл.2.).

Таблица 2.

Соотношения уровней загрязнения компонентов деревьев различных по-

род

Порода Компоненты дерева

Древесина Кора Побеги Листья; хвоя текущего гола

Сосна 1 4.7 ±0.7 10.0 ± 1.0 12.9 ±0.8

Береза 1 3.8 ±0.2 10.7 ±0.9 9.8 ±0.8

■ Дуб 1 5.7 ±1.2 19.8 ±2.0 .....

Осина 1 6.0 ± 1.8 11.1 ± 1.8 13.5 ±-2.7

Ольха 1 5.3 ±1.2 6.0 ± 1.2

Таким образом, в различных древесных породах наблюдается единая тенденция загрязнения радионуклидами компонентов древесных растений, которая обусловлена их физиологическими особенностями, режимом питания и условиями произрастания.

Исследование возрастной зависимости интенсивности потребления 137Сз позволило установить 6-7 кратное снижение значений коэффициента перехода с увеличением возраста насаждения от молодняка к приспевающему (табл.3.). Причем это снижение характерно как для послеаварийных годичных слоев, так и для всего радиального среза дерева.

Можно констатировать, что интенсивность потребления питательных веществ с возрастом дерева закономерно снижается, что приводит к более низкому загрязнению 137Сз древесины спелых насаждений. С наибольшей интенсивностью происходит накопление 137Сз в молодых деревьях. Коэффициент перехода для деревьев лиственных пород также обнаруживает зависимость от возраста, что отражает физиологические особенности питания и развития дерева. Для сравнения проведем нормировку коэффициентов перехода 137Сз в деревья разного возраста на коэффициент перехода молодняков (рис. 1.).

Таблица 3.

Средние величины коэффициента перехода 137Сз (КП) в древесину сосны и содержание калия для каждого класса возраста деревьев

Возраст, лет, t КП (полный срез) м2/кг, 10"3 КП (послеаварийные годовые кольца) м2/кг, 10'3, Y Содержание калия, %

0-20 3.46 ±1.03 3.46 ± 1.05 0.245 ± 0.026

20-40 3.00 ± 0.48 3.53 ± 0.95 0.165 ± 0.005

40-60 1.42 ±0.35 2.48 ± 0.56 0.136 ± 0.008

60-80 0.46 ±0.10 0.59 ± 0.10 0.107 ± 0.006

Аппроксимация зависимости Y=0.429*lff3 *tU2 *ехр(- 0.073 *t)

Возраст деревьев, годы

Сосна Береза Ольха Осина Породы Дуб

Рис.1. Нормированные коэффициенты перехода 137Сб в деревья разного возраста

Радиальное распределение показывает, что наибольшая концентрация 137Сб имеет место в периферийных слоях ствола и снижается к центру с различной скоростью, зависящей от возраста дерева.

Установлено, что существенное различие (на порядок величины) скорости перемещения 137Сз вглубь профиля песчаных и торфяно-болотных почв. Выявленная закономерность, а также превалирование в последних подвижных форм 137Сз, доступных для древесных растений, и определяют более высокое содержание 137Сз в древесине и других частях сосны, произрастающей в условиях избыточного увлажнения.

Исследование влияния запаса радионуклидов в почве на их накопление древесными растениями проведено в сосновых фитоценозах, произрастающих в относительно однотипных лесорастительных условиях. Приведенные на рис.2, данные свидетельствуют о том, что в пределах запаса 137Сз от 700 до 18000 кБк/м2 выявлена линейная зависимость удельной активности древесины сосны в однотипных насаждениях от запаса радионуклида в почве. Следовательно, коэффициент перехода в древесину сосны при идентичных лесорастительных условиях не зависит от запаса радионуклида, и процессы транспорта |37Сз имеют одинаковый механизм, не

зависящий от количества радионуклидов в почве в указанных пределах запаса.

18

16 -

□ Эксприментальные данные

-у = 0,0029х - 0,54 ;

Ял2=0.94

2 Ю

I 8

0 2000 4000

Запас в почве, кБк/м2

6000

Рис.2. Зависимость удельной активности древесины сосны от запаса '"Сэ в почве

137, 137,

Исследования показали, что около 8% общего запаса 137Сэ содержится в опаде, 47% - в полуразложившейся подстилке, 40% - в верхнем 5-сантиметровом слое почвы; в нижележащих слоях находится около 5% Сэ. Анализ полученных данных показывает, что скорость миграции Сэ по вертикальному профилю отличается для почв различных типов леса. Наибольшие ее значения наблюдаются под ольховыми насаждениями с типичными условиями произрастания - А5. С минимальной скоростью 137Сз мигрирует вглубь почвы под сосновыми насаждениями, произрастающими в условиях А2. Скорость миграции в почвах березовых, дубовых и осиновых насаждений имеет достаточно близкие значения и занимает промежуточное положение между значениями этого параметра для ольховых и сосновых насаждений.

Одной из важнейших проблем для Белорусского Полесья является поведение радионуклидов в гидроморфных почвах, которые занимают около 30% его территории. Изучение миграции радионуклидов проведено в олиготрофных, мезотрофных и евтрофных болотах на территории Белорусского Полесья. Установлено, что скорость вертикальной миграции 137Сз в торфе значительно превышает этот показатель для минеральных почв; в ряду основных типов торфяно-болотных почв максимальная скорость миграции наблюдается в почве олиготрофного болота, минимальная - ев-трофного (рис.3). Таким образом, скорость миграции 137Сз в различных типах почв существенно зависит от степени их увлажнения.

Одним из наиболее важных параметров миграционного процесса, влияющего на поступление радионуклидов в древесные растения, является их биологическая доступность, которая зависит от подвижности радионуклидов и физиологических особенностей корневой системы. Выявлено, что соотношение различных форм нахождения 137Сз в зависимости от свойств почв существенно различаются: в автоморфных почвах процент-

ное содержание водорастворимой формы увеличивается с глубиной до 10см от 0.3 до 2.3 % и ионнообменной - от 2.5 до 11.0%.

Исследования на мезотрофных болотах показали на четко выраженную тенденцию к увеличению водорастворимой и ионнообменной формы

137Сз с глубиной торфа от 0.9 до 3.6% и от 8.8 до 20.2%,

1.0000

« 0.0100 -

0.0010

4 0.0001

5

со-

20 30 40 Глубина, см

-Автоморфные почвы —□— Олиготрофное - Мезотрофное -О- Евтрофное болото

ответственно.

Рис.3. Распределение 137Cs по вертикальному профилю авто-морфных и торфяно-болотных почв.

Следует отметить, что вследствие более высокой скорости вертикальной миграции 137Сз в торфяно-болотных почвах формируется радиа-ционно-активный корнеобитаемый слой почвы, что, очевидно, и обеспечивает существенное превышение интенсивности корневого поступления 137Сз в древесные растения по сравнению с автоморфными почвами.

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗ ДИНАМИКИ ПОВЕДЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

Математическая теория, положенная в основу моделирования, должна адекватно описывать изучаемые процессы, а модель должна базироваться на определенных допущениях, предпосылках и предположениях, которые не изменяют сути биологических процессов (Ляпунов A.A., 1981).

Нами разработана прогнозная математическая модель FORESTLIFE, позволяющая прогнозировать уровни концентрации радионуклидов в элементах лесного биогеоценоза для различных типов леса, загрязненного радионуклидами в результате ядерных аварий.

Основу модели FORESTLIFE (рис.4.) составляет новый, ранее неиспользуемый в моделировании и прогнозных оценках метод, рассматривающий дерево, как растущий организм с присущими ему физиологическими особенностями и изменяющий свои функции в процессе развития. К таким функциям можно отнести:

■ изменение интенсивности потребления питательных элементов с возрастом дерева;

I увеличение корневого поступления радионуклидов в дерево по мере их миграции по вертикальному профилю почвы с учетом строения системы питающих корней;

характер нарастания биомассы с возрастом дерева ; радиальное распределение концентрации 137Сз по стволу дерева к моменту измерений с учетом возраста дерева.

ДЕРЕВО

'КОРА Kl ПОБЕГИ к2 ХВОЯ текущего гола КЗ ХВОЯ прошлых лет

К4

ДРЕВЕСИНА

Накопление FAC(t)

Возрастная зависимость

Радиальное распределение

Нарастание биомассы

( ПОДЛЕСОК ]

Г

ПОДСТИЛКА

[ ОПАД ]-

Разложение

ПОЧВА

Корневое поступление FK(t) j

Корневая система . ™ _ Биодоступность FA J Миграция FM(t)

Рис.4. Структурная схема модели

FORESTLIFE.

Все модельные функции нормализованы на момент измерения. Удельная активность древесины может быть рассчитана по формуле:

A(t) = Z * FIF(t) * FD(t), где A(t) - удельная активность древесины, Бк/кг; Z - запас 137Cs на момент аварии (1986 год), Бк/м2; t - текущее время, годы; FD(t) - функция радиоактивного распада 137Cs; FTF(t) - функция биологического коэффициента перехода 137Cs из почвы в древесину, м2/кг.

Процессы перехода I37Cs из почвы в древесину и его аккумуляция в древесине описываются следующими функциями:

FTF(t) = FK(t) * FAC(t) где FK(t) - функция корневого поступления радионуклидов из почвы в древесину; FAC(t) - функция накопления 137Cs в древесине.

Функция РТР(0 определяется, как функция биологического коэффициента перехода |37Сз (м2/кг). Биологический коэффициент перехода отражает переход 137Сэ из почвы в древесину с учетом возраста дерева и описывает комбинированные физико-химические процессы поступления радионуклидов в древесное растение.

Результирующая функция почвенного блока модели - РК(г), есть функция корневого поступления радионуклидов из почвы в древесину.

РК(0 представлена как:

Ж(0 = Щх) * РА{х) * БЩ, х),

где л: - глубина вертикального профиля почвы, см.

Процессы миграции 137Сз в почве и поступление в древесное растение описываются следующими функциями: РМ(,¡¿с) - прогнозная функция миграции шСб в почве, рассчитанная на основе двухкомпонентной квазидиффузионной и конвективно-диффузионной моделей; РА(х) - нормализованная функция распределения биологически доступных форм 137Сз по вертикальному профилю почвы; РЯ(х) - функция нормированного распределения питающей корневой системы по вертикальному профилю почвы.

Результирующая функция блока растительности РАС(1) - функция накопления 137Сб в древесине, рассчитанная с учетом радиального распределения 137Сз по стволу РШ)(0, увеличения биомассы древесины с возрастом Р1В(0 и изменения физиологической активности потребления 137Сз РАО(1) по мере созревания древесины (изменение величины коэффициента перехода).

Исходными данными для модельных расчетов служат возраст, порода дерева и тип леса. Созданный метод, прогнозирования позволяет рассчитывать динамику перераспределения радионуклидов в различных типах лесных экосистем на основе сбора экспериментальных данных в течение одного вегетационного сезона с использованием специальной методики, описанной в этой работе. Это выгодно отличает модель РОКЕБТЫРЕ от камерных моделей, в которых основой прогноза служат экспериментальные данные нескольких лет наблюдения.

Для количественной оценки скорости миграционных процессов проведено описание полученных экспериментальных распределений 137Сз по почвенному профилю на объектах исследования с помощью двухкомпонентной квазидиффузионной и конвективно-диффузионной моделей, дающих наиболее достоверную картину миграции радионуклидов в почве. В результате аппроксимации получены численные значения коэффициентов миграции, диффузии и скорости конвекции, характеризующие скорость перемещения радионуклидов вглубь почвы (табл.4.и табл.5.).

На основе приведенных параметров обеих моделей миграции 137Сз в почвах различных типов лесов был рассчитан прогноз передвижения радионуклида по вертикальному профилю почвы на ближайший и отдаленные периоды времени.

Таблица 4.

Параметры двухкомпонеитной квазидиффузионной модели для описания распределения 137Сз в почвах различных типов лесов

Насаждение Вклад "медленной" миграции Коэффициент "медленной" миграции, см2/с*10"8 Вклад "быстрой" миграции Коэффициент" быстрой" миграции, см2/с*10'8

Сосна 0.83 ±0.01 0.11 ±0.01 0.13 ±0.05 13.1 ±0.80

Береза 0.77 ± 0.05 0.30 ±0.03 0.22 ±0.01 9.4 ± 0.2

Дуб 0.82 ± 0.07 0.23 ±0.03 0.15 ±0.01 7.6 ± 0.6

Осина 0.91 ±0.08 2.43 ± 0.30 0.07 ± 0.01 25.9 + 3.1

Ольха 0.90 ±0.21 5.47 ±0.21 0.12 ±0.01 72.2 ± 4.2

Таблица 5.

Параметры диффузионно-конвективной модели для описания распределения 137Сз в почвах различных типов лесов

Насаждение Коэффициент диффузии, см^/с*10"9 Скорость конвекции, см2/с* 10""

Сосна 0.85 ±0.11 0.17 ±0.03

Береза 1.36 ±0.12 0.33 ± 0.03

Дуб 1.46 ±0.12 0.37 ± 0.05

Осина 3.18 ±0.20 0.58 ± 0.04

Ольха 43.30 ±2.30 4.15 ±0.22

В рамках квазидиффузионной модели следует, что среднее смещение X радионуклида можно определить в виде:

' Х=2

где И - коэффициент диффузии, см2/с.

На расстояние, большее чем X , за время t проникает 42% общего количества ионов. Можно также оценить и скорость среднего смещения ионов цезия. Среднее смещение ионов 137Сз в разные годы после аварии на ЧАЭС и скорость среднего смещения приведены в табл.6.

Коэффициенты миграции и диффузии, а также скорость конвекции для торфяно-болотных почв до двух порядков выше этих показателей для минеральных почв и значительно варьируют по типам болот. Максимальные величины параметров миграции наблюдаются в почвах олиготрофных болот, минимальные - в евтрофных. Эти процессы, по нашему мнению, отражают различия торфяно-болотных почв в физико-химических свойствах, динамизме водного режима и интенсивности почвообразующего процесса.

Значения среднего смещения для торфяно-болотных почв составляют: через 7 лет после выпадения - 6.0 см; через 15 лет - 8.8 см; через 30 лет - 12.6 см; через 60 лет - 17.7 см.

Таблица 6.

Среднее смещение ионов 137Сз (см) и его скорость (см/год) в разные годы после аварии на ЧАЭС (числитель - смещение, знаменатель - скорость)

Насаждение Время после аварии, годы

7 10 15 30 45 60

Береза 2.5 3.0 3.7 5.3 6.4 7.4

0.36 0.30 0.25 0.18 0.14 0.12

Дуб 1.9 2.3 2.8 4.0 4.9 5.7

0.28 0.23 0.19 0.13 0.11 0.09

Осина 3.4 .4.0 4.9 7.0 8.5 9.8

0.48 0.40 0.33 0.23 0.19 0.16

Ольха 8.9 10.6 13.0 18.4 22.5 26.0

1.27 1.06 0.87 0.61 0.50 0.43

Сосна 2.2 2.7 3.3 4.6 5.7 6.6

0.32 0.27 0.22 0.15 0.13 0.11

Динамика поведения шСб в хвойных и лиственных насаждениях имеет схожий характер, при котором в результате корневого поступления концентрация '"Сб увеличивается и достигает максимума, затем происходит медленное очищение (рис.5). Понятие максимум концентрации имеет условное, теоретическое значение. Временной период, в течение которого концентрация радионуклида изменяется на 10% от теоретического максимума, колеблется в пределах 4-10 лет. Для реальных условий более правильно говорить о плато, которое свидетельствует о стабилизации процесса накопления. В этот период концентрация 137Сз осциллирует вокруг некоторого значения. Длина плато и величина осцилляций зависит от конкретных лесных экосистем и сезонных климатических условий, которые по-разному проявляются для разных лесных насаждений. Период полуочищения также различен.

Интенсивность поступления радионуклидов достигает теоретического максимума через 4-14 лет и затем начинает медленно уменьшаться. Период полууменьшения значения биологического коэффициента перехода от момента максимума оценивается в 24-27 лет. Величины максимума коэффициента перехода 137Сз изменяются от спелых сосновых насаждений к молоднякам в соотношении 1 : 15, то есть наибольшего загрязнения древесины следует ожидать в насаждениях молодого возраста.

В лиственных насаждениях максимальный коэффициент перехода наблюдается в 1996-2001 годах для разных древесных пород. В отличие от хвойных, для лиственных пород характерен достаточно длинный период полуснижения биологического коэффициента перехода - 45-50 лет с момента максимального значения. Это означает, что интенсивность поступления 137Сз в деревья лиственных пород снижается менее активно. Учет радиоактивного распада позволяет рассчитать эффективный коэффициент

перехода с периодом полуснижения около 18 лет с момента максимума или 28-32 года с момента аварии..

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040

Время, голы

Рис.5. Прогноз уровня загрязнения 137Cs древесины сосны разного возраста в зоне 40 Ки/км2 и республиканские РДУ на продукцию различного назначения

Одна из важнейших проблем моделирования - это проверка достоверности математической модели на основе сравнения расчетов с экспериментальными данными, которые получены прямыми измерениями.

Для сравнения были выбраны опубликованные результаты (Переволоцкий А.Н., 1995, данные Минлесхоза РБ, 1995, Tikhomirov F.A., 1993, Grebenkov А., 1996). Расчеты по модели проводились в соответствии с исходными данными этих экспериментальных наблюдений. Результаты сравнения представлены на рис.6, и демонстрируют хорошее согласие расчетных и экспериментальных данных.

Процессы накопления радионуклидов в лесных экосистемах предсказываются рядом используемых в настоящее время моделей:

• FORESTPATH модель (Schell W.R., Linkov I., 1995) предсказывает наличие максимума концентрации l37Cs в древесине хвойных пород через 15 лет после аварии;

• RIFE модель (Shaw G, 1996) предсказывает максимум концентрации 137Cs в древесине через 12,5 лет после аварии;

• прогнозы российских ученых (Тихомиров Ф.А., Марадудин И.И.,1990) предсказывают, что максимальную загрязненность древесины следует ожидать через 10-12 лет после аварии.

ь 0,0035 0,0030 « 0,0025

I 0,0020

| 0,0015

Ё 0,0010

| 0,0005

4 о.оооо ■е-

-Модель □ Переволоцкий А.Н.Д995 — — Модель

А Гребеньков А.Ж. 1993 ---Модель О Минлесхоз РБ, 1995

♦ Тихомиров Ф.А,1992

Рис.6. Сравнение модельных расчетов с экспериментальными данными

Таким образом, результаты прогнозов модели удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными других независимых лабораторий и прогнозами других моделей. Предложенная модель имеет преимущество в существенном сокращении сроков получения прогнозов.

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ ФОРМИРОВАНИЯ ДОЗ ОБЛУЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ ОТ ЛЕСА И ЕГО ПРОДУКЦИИ

Определение структуры, факторов влияния и динамики доз облучения населения от леса и лесных продуктов является одним из важнейших аспектов радиоэкологической оценки лесных экосистем после ядерных аварий.

Для оценки дозы внешнего облучения в лесных экосистемах и прогноза ее динамики нами разработана модель РОНЕ5ТВОБЕ_ЕХТЕ1ШАЬ.

Распределение и перераспределение радионуклидов в лесных биогеоценозах описывается с помощью модели РОЯЕБТЫРЕ. В основу модели внешней дозы положен метод расчета дозовых нагрузок и защиты от ионизирующего излучения протяженных источников, применяемых на ядерно-энергетических установках.

Пространственная конфигурация лесного насаждения представлена в виде трех функциональных блоков: блок почвы; блок стволовой древесины; блок кроны.

Каждый блок представляется в виде бесконечной пластины определенной толщины, состава и имеет заданное распределение и динамику радионуклидов в пространстве пластины. Блок почвы имеет набор 20 таких пластин толщиной 1 см каждая. Интенсивность излучения от каждой пластины изменяется пропорционально распределению содержания радионуклидов по почвенному профилю с учетом вышележащих экранирующих

слоев, как защиты. Детектор излучения находится на высоте 1 м над поверхностью почвы.

Для конкретных расчетов с использованием указанных алгоритмов определен набор параметров, отражающих определенные лесораститель-ные условия и свойства излучающих материалов.

Блок древесины и блок кроны представлены в виде гомогенной смеси древесины, воздуха, ветвей и хвои с учетом соответствующих пропорций, которые отражают такие характеристики лесных насаждений, как диаметр и высота стволов дерева, количество деревьев на единицу площади, долевой состав сучьев, хвои и древесины в разрезе пород дерева, типа насаждения, его возраста и бонитета.

Для калибровочных расчетов использовались модельные параметры, характерные для наиболее распространенных почв Белорусского Полесья. Хорошее согласие расчетных и экспериментальных данных свидетельствует о достаточно корректном подборе модельных параметров. Однако, в ходе расчетов по модели было установлено, что модель чувствительна к подбору параметров, в частности, характеристикам древостоя, скорости миграции радионуклидов вглубь почвы.

В рамках предложенной модели внешней дозы сделан прогноз динамики внешней дозы от сосновых насаждений на период 50 лет для зон загрязнения 5, 15, 40 Ки/км2 (рис.7).

Рис.7. Прогноз динамики дозы - внешнего облучения от леса для различных зон загрязнения

Наклон кривых одинаков для всех зон загрязнения. Радиоактивный распад является доминирующим механизмом, определяющим динамику внешней дозы облучения. Однако, анализ поведения отношения доза/запас показывает, что его уменьшение обусловлено миграцией радионуклидов вглубь почвы.

Этот процесс и перераспределение радионуклидов в системе "почва - древесный ярус" будут вносить некоторые поправки в динамику внешней дозы. В различные периоды времени комбинации этих процессов могут усиливать или компенсировать результирующее действие.

Наиболее ярко эти процессы должны проявляться на переувлажненных почвах, где достаточно высоки скорость миграции радионуклидов и

200

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

коэффициенты перехода. Следует ожидать, что на таких почвах вклад древесного яруса в формирование дозы внешнего облучения будет выше, чем на автомофных почвах. По предварительным оценкам этот вклад может достигать 20-25% в зависимости от реальных условий.

На величину внутренней дозы от лесных продуктов большое влияние оказывают два фактора: уровень загрязнения и количество продуктивных лесов вокруг населенного пункта ( продуктивная лесистость).

Население и работники лесного хозяйства подвергаются дополнительному радиационному риску, связанному с работой в условиях повышенного радиационного фона и потреблением пищевой продукции леса.

Разработана модель внутренней дозы облучения ЕОКЕБТ-В08Е_ШТЕ1ШАЬ от потребления пйЁцевой продукции леса.

В своей основе модель использует три принципиальных положения:

• структура лесного окружения конкретного населенного пункта;

• средневзвешенную активность пищевой продукции леса,

• потребление пищевой продукции леса населением.

Количество пищевой продукции леса определяется породным составом лесных насаждений, их возрастом, типом условий произрастания и их площадью. В модели учитываются только такие насаждения, в которых могут произрастать грибы и ягоды, т.е. продуктивные насаждения. В модельных расчетах принимается доступной для сбора даров леса площадь в радиусе 5 км вокруг населенного пункта. Структура продуктивных лесов определяется по характеристикам лесного фонда, обобщенным в масштабе лесничества, на площади которого находится населенный пункт. Она определяется с учетом породного и возрастного состава, типа условий местопроизрастания и возраста древостоя.

Урожайность каждого вида грибов и ягод рассчитывалась по условиям их произрастания и с учетом эмпирической закономерности чередования урожаев грибов за 10-тилетний период.

Активность произрастающих грибов и ягод определяется видом грибов и ягод, условиями их произрастания и уровня загрязнения почвы. В модельные расчеты введена зависимость потребления даров леса от лесистости населенного пункта.

Выделены три группы коэффициентов перехода шСз из почвы в различные виды грибов и классифицированы по эдафотопам лесонасаждений, в которых эти грибы произрастают (табл.8.).

Основным вопросом расчета доз внутреннего облучения населения является определение количества потребления грибов и ягод. В зависимости от продуктивности и лесистости окружающих лесов и традиционного рациона питания величина потребления грибов и ягод колеблется в широких пределах.

Таблица 8.

Коэффициенты перехода (КП) 137Сз в различные виды съедобных грибов для различных условий местопроизрастания.

Тип условий местопроизрастания Средний

Вид грибов вз,сз A3,B2,C2,D2 А1,А2 КП

Коэффициенты перехода Cs, 10"\ м2/кг 10"3,м2/кг

Свинушка 206,6 ± 6,1 72,0 ± 13,2 11,3 + 1,8 126,2

Польский . 95,8 ±38,2 54,7 ± 14,3 30,7 + 2,0 65,6

Масленок 78,6 ± 9,1 62,4 ± 9,3 14,4 + 3,0 63,4

Зеленка 60,0 ± 7,2 46,0 ± 15,0 32,0 + 6,0 46,0

Волнушка 66,4 ± 5,2' 41,1 ± 5,6 7,3 ± 2,1 36,9

Сыроежка 81,0 ± 13,3 26,3 ± 3,3 11,0 ± 3,0 34,6

Груздь черный 50,5 ± 5,0 33,5 ± 5,4 6,3 ± 1,0 28,4

Подберезовик 42,0 ± 4,6 11,8 ± 3,2 4,3 + 2,7 19,2

Белый 28,4 ± 5,3 12,9 ± 3,5 4,3 + 0,5 18,3

Лисичка 29,3 ± 3,1 11,6 ± 4,0 1,8 ± 0,6 17,1

Рыжик - - 16,7 ± 4,3 16,7

Рядовка - - 7,2 + 2,0 7,2

Моховик 6,2 ± 1,3 5,6 ± 2,4 4,8 ± 1,8 4,8

Подосиновик 3,0 ± 1,0 1,1 ± 0,5 0,5 ± 0,2 1,7

Зонтик - 0,5 + 0,1 - 0,5

СРЕДНЕЕ 32,4

В модели сделано предположение, что потребление пищевых продуктов леса зависит от лесистости и грибной урожайности года. Опорными точками для определения значений потребления явились следующие положения : при отсутствии леса (лесистость = 0) потребление равно 0, при средней лесистости РБ (34.5%) потребление равно 2.3 кг/(год*чел). По линейной зависимости определены значения потребления местных продуктов леса

На основе изложенных модельных представлений для выбранных населенных пунктов были рассчитаны годовые индивидуальные дозы внутреннего облучения от потребления лесных продуктов при допущении, что доля каждого вида гриба собирается пропорционально его урожаю.

С этой целью были обследованы 39 населенных пунктов Ветковско-го и Брагинского районов Гомельской области и Быховского, Костюко-вичского, Краснопольского, Чериковского и Славгородского районов Мо-гилевской области, для которых по модели FORESTDOSE_INTERNAL были рассчитаны дозы внутреннего облучения Dfor жителей, формируемые за счет потребления пищевой продукции леса. Лесистость этих населенных пунктов варьируется от 20 до 80%.

Дозы внутреннего облучения D,„, получены, как результат прямых измерений с помощью СИЧ содержания радионуклидов в организме жителей. Доза Dlnt является суммой двух компонентов: сельскохозяйственного

и лесного £>¡0,. Вклад лесного компонента в дозу внутреннего облучения определяется отношением 2>/о/0;„,.

Анализ частотного распределения вклада лесного компонента во внутреннюю дозу и его описание функцией Гаусса позволил определить параметры нормального распределения: 0,41 ± 0,04, дисперсия =

0,07; медиана = 0,35

На величину внутренней дозы от лесных продуктов большое влияние оказывают два фактора: уровень загрязнения и количество продуктивных лесов вокруг населенного пункта ( продуктивная лесистость).

Четко просматривается тенденция возрастания дозы Л^, с увеличением уровня загрязнения и продуктивной лесистости (рис.8.).

Доза от лесных продуктов мЗа/год

0.2 ^ 5 О

Лесистость Запас 137CS, Ки/км2

Рис.8. Зависимость внутренней дозы Dfor от лесистости и

запаса 137Cs.

Эта зависимость была аппроксимирована двухпараметрическим полиномом второй степени вида:

Dr = -0.32 + 0.016 * X + 0.00005*Х^ +1.14 * 7-0.72*7^ ,

for

где Х- уровень загрязнения ;Г- продуктивная лесистость.

Использование этого уравнения дает возможность проводить экспрессную оценку доз внутреннего облучения от пищевой продукции леса на основании данных камерального обследования населенных пунктов.

Вклад лесного компонента имеет тенденцию к возрастанию с увеличением уровня загрязнения и продуктивной лесистости. Причем, для большой лесистости эта тенденция проявляется с большей интенсивностью. В таком поведении находит отражение эффективность применяемых в сельском хозяйстве контрмер по снижению содержания радионуклидов в сельскохозяйственной продукции.

РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ

ПОСЛЕ ЯДЕРНЫХ АВАРИЙ (на примере радиоактивного загрязнения лесов Беларуси 1986г.)

В настоящее время значительная часть лесных насаждений непригодна для заготовки лесной продукции из-за превышения действующих в Республике Беларусь нормативов на содержание в ней радионуклидов. Особое значение для экономики Беларуси имеет оценка динамики запаса древесных ресурсов на загрязненных территориях и прогноз уровней загрязнения древесного яруса с целью планирования заготовок лесохозяйст-венной продукции для промышленных и хозяйственных нужд, для реабилитации загрязненных районов и создания рабочих мест.

На основе модели FORESTLIFE и таблиц хода роста нормальных древостоев различных пород и классов возраста по основным типам леса и бонитетам, распространенным в Беларуси, проведена оценка динамики запасов древесины и уровней ее загрязнения на территориях с плотностью загрязнения по I37Cs выше 5 Ки/км2.

В табл.9, приведено распределение и динамика запаса стволовой древесины и ее удельной активности 137Cs в сосновых насаждениях Беларуси по группам возраста и зонам загрязнения 137Cs. Затененные ячейки показывают сроки запрета для такого использования древесины в различных лесных насаждениях.

Так, например, если использовать норматив допустимой концентрации 137Cs в древесине - 1850 Бк/кг, применяемый для пиломатериалов обрезных и для продукции, используемой для затаривания и хранения пищевых продуктов и применения в домашнем обиходе, то сосну, которой в 1993 году было 50 лет, можно использовать для заготовки на территориях с плотностью загрязнения свыше 40 Ки/км2 не ранее 2003 года.

Представленные данные также могут быть использованы для оценки потерь древесных ресурсов и экономического ущерба лесного хозяйства в разных зонах загрязнения.

При посадках и выращивании лесных насаждений на землях, загрязненных радионуклидами Чернобыльских выпадений, актуальной является проблема возможности регулирования поступления радионуклидов в древесные растения.

В Институте леса HAH Беларуси выполнялись исследования по различным методам регулирования поступления радионуклидов в древесные растения и радиоэкологической оценке эффективности этих методов на основе модельных представлений. Проведена оценка степени влияния на снижение уровней загрязнения древесных растений методами гидромелиорации, химической мелиорации, фитологии.

Таблица 9.

Распределение и динамика запаса стволовой древесины и ее удельной активности шСз в сосновых насаждениях Беларуси по группам возраста и зонам загрязнения |37Сз

Годы Зона загрязнения, Ки/км2

5 ... 15 15 ...40 >40

Запас, Удельная ак- Запас, Удельная Запас, Удельная

тыс.м3 тивность тыс.м3 активность тыс.м3 активность

Бк/кг Бк/кг Бк/кг

Молодняки

1993 8731 1081 .-• 5049 ' :. 2971 - - 762 . 4323

2003 13720 1193 '7934 •3278 1197. 4770

2013 18887 982 .' . 10922 2698 1648 3926

2023 24143 720 :: 13962. 1980. 2107 ..'2882.

Средневозрастные

1993 10299 471 5956 1296 .. 899. 1886

2003 12465 502 7209 1379 : . 1088 ;,, , ..,2007

2013 14365 390 8308 1071 1254 1558

2023 16037 274 9275 753 1400 1095

Приспевающие

1993 3722 143 2152 393 325 573

2003 4155 152 2402 418 363 608

2013 4529 119 2570 327 396 477

2023 4778 85 2711 234 417 340

Спелые и перестойные

1993 655 65 379 179 57 260

2003 714 69 413 190 62 277

2013 764 54 442 149 66 217

2023 806 39 466 109 70 158

Показано, что при дозе калийных удобрений 120-240 кг/га, достаточно благоприятной для развития сеянцев сосны на торфяно-болотных почвах, коэффициент перехода 137Сэ уменьшается на порядок величины по сравнению с контрольным вариантом с сохранением продуктивности сосны.

На основе теории мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра и сорб-ционной модели Дричко В.Ф. (1990) установлено, что в пределах концентрации калия до 0.6 г/кг в торфяно-болотной почве наблюдается линейная зависимость между обратной величиной коэффициента накопления 137Сз в сеянцах сосны и концентрацией доступных форм калия.

Снижение загрязненности древесины радиоактивными веществами достигается и путем использования воздействия уровня грунтовых вод на интенсивность потребления радионуклидов древесными растениями. Установлено, что при поддержании в течение вегетационного периода определенного уровня фунтовых вод посредством гидромелиоративных мероприятий возможно снижение накопления радионуклидов древесными рас-

тениями в 6 - 16 раз. Это дает возможность регулирования поступления радиоактивных веществ в древесину и получение чистой продукции на загрязненных почвах без существенного снижения ростовых показателей древесных насаждений.

С использованием модели FOB.ESTl.lFE были рассчитаны прогнозы уровней загрязнения 137Сз древесины сосны для зон 15 Ки/км2 и 40 Ки/км2 с учетом возрастных особенностей накопления 137Сз древесными растениями. Прогноз для зоны 40 Ки/км2 и нормативы на содержание 137Сз в продукции лесного хозяйства различного промышленного и культурно-бытового назначения показаны на рис.5, из которого видно, что спелые сосновые насаждения (IV класс возраста) пригодны для всех видов хозяйственного использования в обеих зонах - 15 и 40 Ки/км2. Древесина сосны II класса возраста в зоне 15 Ки/км2 может использоваться без ограничения, за исключением периода с 1994 по 2016 годы. В этот период прогнозируемые уровни загрязнения древесины превышают действующие нормативы на топливную древесину и лес круглый, строительный (740 Бк/кг). В зоне 40 Ки/км2 превышение этого норматива будет продолжаться до 2037 года; превышение норматива на обрезные пиломатериалы (1850 Бк/кг) будет наблюдаться в период с 1992 по 2018 год.

В наибольшей мере загрязнены радионуклидами молодые сосновые насаждения и их использование в полной мере для зоны 40 Ки/км2 возможно лишь с 2050 года.

Работами Ипатьева В.А. и Булко Н.И. (1997) установлено, что для сосняка мшистого коэффициенты перехода 137Сз в древесину сосны в насаждениях с подлеском в 1.5-2 раза ниже, чем в насаждениях без него. Модельные расчеты динамики уровня загрязнения древесины показали, что сосновые насаждения с подлеском могут быть вовлечены в лесопользование на 7-15 лет раньше, чем насаждения без подлеска.

Модельный анализ дезактивационных мероприятий в лесу путем удаления подстилки через 7 лет после аварии показал их низкую радиоэкологическую эффективность ( 6% снижения удельной активности древесины).

Таким образом, представленная в работе система моделей является действенным инструментом оценки и прогноза радиационной обстановки в загрязненных лесах.

С целью автоматизации расчетов по модели РОЯЕБЫРЕ и повышения их эффективности была создана информационно-аналитическая вычислительная система РОЛЕБТЫРЕ, которая позволяет оперативно и эффективно принимать решения по управлению лесами в условиях радиоактивного загрязнения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате систематического изучения лесных экосистем, загрязненных радионуклидами после аварии на Чернобыльской АЭС, разработана система их радиоэкологической оценки после крупномасштабных ядерных аварий, включающая в себя методологию комплексных исследований, методы прогнозирования, математические модели, описывающие динамику уровней загрязнения лесных экосистем и доз облучения населения от леса и лесных продуктов, и оценку защитных мероприятий, использование которых позволит выполнять научно обоснованное управление лесами в чрезвычайных ситуациях радиоактивного загрязнения и разрабатывать стратегию реабилитации пораженных территорий.

В заключение сформулируем основные выводы диссертации:

1. Разработана методология постановки и проведения исследований для комплексной радиоэкологической оценки лесных экосистем после крупномасштабных ядерных аварий, включающая в себя радиоэкологические, аспекты загрязненных лесов и их влияние на формирование доз облучения населения, прогнозирование и оценку эффективности системы защитных мероприятий, направленных на снижение радиационного риска, и дающая возможность определить влияние леса на формирование и динамику радиационной обстановки региона [3,4, 6,13,19, 25].

2. Выявлены доминирующие факторы, влияющие на динамику распределения радионуклидов в лесных экосистемах, установлены основные закономерности и механизмы поведения радионуклидов в компонентах лесного биогеоценоза и а именно:

• возрастная зависимость, заключающаяся в том, что интенсивность потребления питательных веществ с возрастом дерева закономерно падает, что приводит к более низкому загрязнению 137Сз древесины спелых насаждений [1, 3,4, 7, 8, 15, 19, 25,27, 28];

• в пределах запаса 137Сз от 700 до 18000 кБк/м2 установлена линейная зависимость удельной активности древесины сосны в однотипных насаждений от запаса радионуклида в почве. Коэффициент перехода в древесину сосны при идентичных лесорастительных условиях не зависит от запаса радионуклида. Процессы транспорта !37Сз имеют одинаковый механизм, который не зависит от количества радионуклидов, находящихся в почве в указанных пределах запаса [1,3, 4, 19, 27];

• глубина и скорость проникновения 137Сз вглубь гидроморфных почв значительно превышают эти показатели для автоморфных. В ряду основных типов болот максимальная скорость миграции наблюдается в почве олиготрофного болота, минимальная - евтрофного. Коэффициенты перехода 137Сз из почвы в растение на исследуемых торфяно-болотных почвах превышают данный показатель для песчаных почв в 3-6 раз [1, 2, 3, 10, 11, 19,21,22, 24, 26,30].

3. Предложен новый метод прогнозирования, в основу которого положено представление о дереве, как о живом и растущем организме с присущими ему физиологическими особенностями и изменяющим свои функции в процессе своего развития [1, 3, 4, 7, 9, 14, 19, 25].

4. Разработана прогнозная модель миграции радионуклидов в лесных насаждениях различного типа, позволяющая достоверно рассчитывать динамику поведения радионуклидов на основе ограниченного количества исходных данных: плотности загрязнения, породы, типа леса и его возрас-та[1, 3, 4, 7,9,10, 11, 14,15, 17, 19,20,22, 23,26,27,28,29,31].

5. Рассчитан прогноз на отдаленный период времени процессов накопления и самоочищения лесных экосистем от радиоактивного загрязнения. Показано, что в результате корневого поступления в первые годы после аварии лесные насаждения интенсивно накапливали радионуклиды, затем после процесса стабилизации наступает период медленного самоочищения лесных экосистем. Сделана оценка периода полуочищения лесов от радионуклидов в основных лесорастительных условиях Белорусского Полесья. Эффективный период полуснижения концентрации 137Сз в древесине сосны составляет 12-14 лет, для лиственных пород около 18 лет с момента максимума или 28-32 года с момента аварии [1, 3, 4, 7, 9,10, 11, 14, 15, 17, 19, 20, 22, 23, 26, 27, 28, 29, 31].

6. Разработана модель расчета дозы внешнего облучения населения от лесов, в основу которой положены методы расчета защиты от протяженных источников ионизирующего излучения ядерных реакторов. Составлен прогноз динамики внешней дозы от сосновых насаждений на период 50 лет для зон загрязнения 5, 15, 40 Ки/км2. Основной вклад в снижение дозы внешнего облучения от лесов вносит радиоактивный распад. На торфяно-болотных почвах вклад древесного яруса в формирование дозы внешнего облучения на 20-25% выше, чем на автомофных [18,33].

7. Предложен метод экспрессной оценки и разработана модель расчета дозы внутреннего облучения населения от потребления пищевой продукции леса в зависимости от плотности загрязнения и площади продуктивных лесов вокруг населенного пункта [16,21, 33].

8. Установлено, что загрязненные радионуклидами леса играют существенную роль в формировании доз внутреннего облучения населения. Вклад лесного компонента зависит от лесистости и плотности загрязнения. В отдельных населенных пунктах этот вклад является определяющим [16, 32].

9. Проведена радиоэкологическая оценка применения контрмер в лесных насаждениях по снижению уровня загрязнения лесной продукции и нормативная оценка лесных ресурсов в зонах радиоактивного загрязнения. Разработана информационно-аналитическая система оценки уровней загрязнения лесной продукции, которая реализована в виде программного комплекса и являющаяся удобным инструментом для автоматизированной оценки эффективности защитных мероприятий [5, 12,15, 34, 35, 36].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Лес и Чернобыль / Ипатьев В., Булавик И.М., Булко Н.И., Дворник A.M., Жученко Т.А. // Проблемы лесоведения и лесоводства: Научные труды Института леса АНБ. - Гомель, 1993. - Вып.37. - С.34-43.

2. Dvornik A.M., Zhuchenko Т.А., Ipatyev V.A. Behaviour of radioce-sium in forest peat soils of Belarus Polesye // Radioecology of Peatlands: Materials of Internation Conf., St.Peterburg, June, 1994. - St.Peterburg,1994. - P. 1922.

3. Лес и Чернобыль / Ипатьев В.А., Булавик И.М., Багинский В.Ф., Гончаренко Г.Г., Дворник A.M. и др.; под ред. Ипатьева В.А.. - Минск: Стенер, 1995. - 340с.

4. Дворник A.M., Жученко Т.А. Поведение Cs-137 в сосновых насаждениях Белорусского Полесья: моделирование и прогноз // АНРИ, Журнал по радиационной экологии. - 1995. - № 3/4. - С.59-66.

5. Grebenkov A., Jouve A., Dvornik A. Study of radioactivity distribution in tree trunk in vertical and radial directions // Nuclear waste management and Environmental remediation: Proceeding of the International Conference on, Berlin, September, 1995. - Berlin,1995. - P.14-32.

6. Model-directed sampling in Chernobyl forest: general metodology and 1994 sampling program / Schell W., Linkov I., Rimkevch V., Chistic O., Lutsko A., Dvornik A., Zhuchenko T. // The Science of the Total Environment. -1996. - Vol.180. - P.229-240

7. Behaviour of radionuclides in natural and seminatural environments: Final report ECP-5 / Belli M., Tikhomirov F., Klashtorin A., Shcheglov A., Shaw G., Wirt E., Kammerer L., Ruem W., Steiner M., Delaux В., Maes E., Krutyts N., Bunzl K., Dvornik A Kuchma N., by ed. Belli M. - ECSC-EC-EAEC, Brussels-Luxemburg, 1996, 147p.

8. Dynamics of. radionuclides in forest environments / Belli M., Tikhomirov F., Rafferty В., Klashtorin A., Shcheglov A., Shaw G., Wirt E., Kammerer L., Ruem W., Steiner M., Delaux В., Maes E., Krutyts N., Bunzl K., Dvornik A, Kuchma N. // The radiological consequences of the Chernobyl accident: Proceeding of the first international conference, Minsk, Belarus, 18-22 March 1996. - ECSC-EC-EAEC, Brussels-Luxemburg, 1996. - P.69-80.

9. Modelling radiocaesium fluxes in forest ecosystems / Shaw G., Rafferty В., Kliashtorin A., Mamikhin S., Shcheglov A., Dvornik A. Zhuchenko Т., Kuchma N. // The radiological consequences of the Chernobyl accident: Proceeding of the first international conference, Minsk, Belarus, 18-22 March

1996. - ECSC-EC-EAEC, Brussels-Luxemburg, 1996. - P.221-224.

10. Dynamic of radionuclides behaviour in forest soils / Ruhm W., Steiner M, Wirt E., Kliashtorin A., Dvornik A., Zhuchenko Т., Kliashtorin A., Rafferty В., Shaw G., Kuchma N. // The radiological consequences of the Chernobyl accident: Proceeding of the first international conference, Minsk, Belarus, 18-22 March 1996. - ECSC-EC-EAEC, Brussels-Luxemburg, 1996. -P.225-228.

11. Дворник A.M., Жученко T.A., Ипатьев B.A. О моделировании и прогнозе миграции Cs-137 в гидроморфных почвах лесных экосистем Белорусского Полесья // Доклады Академии наук Беларуси. - 1996. - Т.40, №1. - С.81-84.

12. Дворник А.М., Жученко Т.А. Влияние концентрации калия в почве на переход 137Cs в древесные растения // Проблемы лесоведения и лесоводства: Научные труды Института леса АНБ. - Гомель, 1996. -Вып.44.-С. 120-126.

13. Дворник A.M. Лесная радиология в Беларуси // Юбилейный сборник научных трудов Института леса НАН Беларуси. Гомель, 1997. -вып.47. - С. 186-195.

14. Ипатьев В.А., Булавик И.М., Дворник A.M. Радиоактивное загрязнение продукции лесного хозяйства Беларуси // Экспресс-информация. - Москва, Федеральная служба' лесного хозяйства России,

1997.-Вып.5.-С.1-15.

15. Дворник A.M., Жученко Т.А. Динамика древесных ресурсов в загрязненных радионуклидами районах Беларуси и прогнозная оценка накопления радионуклидов древесным ярусом // Чернобыль: Экология и Здоровье. - Гомель, Институт механики металлополимерных систем,1998. - №1(5). - С.5-9.

16. Дворник A.M., Жученко Т.А. Модель формирования внутренней дозы облучения населения от пищевой продукции леса // Чернобыль: Экология и Здоровье. - Гомель, Институт механики металлополимерных систем,1998. - №1(5). - С.11-15.

17. Дворник A.M. Моделирование и прогноз миграции радионуклидов в лесных экосистемах // Проблемы экологической защиты населе-

ния: Материалы конференции, Специальный выпуск Чернобыль: Экология и Здоровье. - Гомель, Институт механики металлополимерных систем,1998. - №2(6). - С.35-38.

18. Дворник A.M., Жученко Т. А. Модель FOREST-DOSE_EXTERNAL формирования внешней дозы облучения от леса // Проблемы экологии лесов и лесопользования в Полесье Украины: Научные труды Полесской АЛНИС. - Житомир, 1998. - вып.6. - С.62-70.

19. Ipatyev V., Bulavik I., Baginsky V., Goncharenko G., Dvornik A. Forest and Chernobyl. Forest ecosystems after the Chernobyl nuclear power plant accident. 1986-1994. // Journal of Environmental Radioactivity: Elsevier Science Ltd., 1998. - V.42. - P.9-38.

20. О достаточном количестве экспериментальных данных для конечно-разностной модели распросранения расдионуклидов / Аниченко И.В., Дворник A.M., Ипатьев В.А., Максименко Н.В., Мироненко В.И. // Сорбционные средства и методы защиты человека и животных: Тезисы докладов научно-практической конф., Гомель, июль, 1992г.- Гомель,1992. - С.17.

21.0 потреблении I37Cs древесными растениями на гидроморфных почвах / Ипатьев В.А., Булко Н.И., Дворник A.M., Митин Н.В., Жученко Т.А. // Радиобиологический съезд: Тезисы докладов, Пущино,1993г. - Пу-щино, 1993.-С.424.

22. Ipatyev V., Dvornik A., Zhuchenko Т. Modeling of secondary contamination of freshwater sources of swamp origin II International seminar on freshwater and estuarine radioecology: Book of abstracts, Lisbon, Portugal, 1994.-Lisbon, 1994.-P.70.

23. Дворник A.M., Жученко Т.А. Ипатьев В.А. Моделирование загрязненности 137Cs сосновых насаждений // Медицинские аспекты радиоактивного воздействия на население, проживающее на загрязненной территории после аварии на Чернобыльской АЭС: Материалы международного науч. симпозиума, Гомель,1994г., - Гомель,1994. - С.39-40.

24. Дворник A.M., Жученко Т.А. Ипатьев В.А. Влияние типа почвы и возраста насаждений на перераспределение 137Cs в сосняках: // Медицинские аспекты радиоактивного воздействия на население, проживающее на загрязненной территории после аварии на Чернобыльской АЭС: Материалы международного науч. симпозиума, Гомель, 1994г., Гомель,1994. -С.41-42.

25.Dvornik A., Ipatyev V., Zhuchenko Т. Method of predictive estimate of pine wood contamination with 137Cs // Acute and Late Consequence Nuclear Catastrophes: Hirosima-Nagasaki and Chernobyl: Abstracts by the authors of Belarus-Japan Sympothium, 3-5 Oct., Minsk, 1994. - P.45.

26. Дворник A.M., Жученко Т.А. Оценка возможности загрязнения грунтовых вод радиоцезием при миграции в торфяных почвах // Научно-

практические аспекты сохранения здоровья людей подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС: Тезисы докладов 4 республиканской конференции, Могилев, 1994. - Могилев, 1994.

27.Дворник A.M., Жученко Т.А. Прогнозирование поведения Cs-137 в лесных экосистемах на основе модели FORESTLIFE // Десять лет после Чернобыльской катастрофы (научные аспекты проблемы): Тезисы докладов Международной научной конференции, Минск, 28-29 февраля 1996.-Минск, 1996.-С.88.

28.Дворник A.M., Жученко Т.А. Поведение Cs-137 в лиственных лесах на загрязненных землях Беларуси // Чернобыль-96. Итоги 10 лет работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС: Тезисы 5 международной конференции, Зеленый Мыс,1996. - Зеленый Мыс,1996. - С.265.

29. Дворник A.M., Жученко Т.А. Прогноз динамики загрязнения Cs-137 сосновых лесов Беларуси // Чернобыль-96. Итоги 10 лет работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС: Тезисы 5 международной конференции, Зеленый Мыс, 1996. - Зеленый Мыс, 1996. - С.266.

30.Фактор влагообеспеченности почв в исследовании процесса накопления радионуклидов древесными растениями / Ипатьев В.А., Булко Н.И., Дворник A.M., Жученко Т.А., Митин Н.В. // Гидромелиорация: наука -производству: Труды Санкт-Петербургского НИИ лесного хозяйства. -Санкт-Петербург. - 1996. - С.92-93,

31.Дворник А.М., Жученко Т.А. Аккумуляция 137Cs сосновыми насаждениями и прогноз периода полуочищения древесины на основе модели FORESTLIFE // Экологический статус загрязненных территорий: Тезисы докладов Международного рабочего совещания, 19-20 апреля 1995г., Минск. - Минск,1995, - С.41.

32.Дворник A.M. Моделирование доз внутреннего облучения от пищевой продукции леса // Фундаментальные и прикладные аспекты радиобиологии: биологические эффекты малых доз и радиоактивное загрязнение среды (радиоэкологические и медико-биологические последствия катастрофы на ЧАЭС): Тезисы докладов международной конференции, 1617 апреля 1998г., Минск. - Минск, 1998. - С.68.

33. Дворник A.M., Жученко Т.А. Моделирование доз внешнего облучения от лесов // Фундаментальные и прикладные аспекты радиобиологии: биологические эффекты малых доз и радиоактивное загрязнение среды (радиоэкологические и медико-биологические последствия катастрофы на ЧАЭС): Тезисы докладов международной конференции, 16-17 апреля 1998г., Минск. - Минск, 1998. - С.69.

34. Авторское свидетельство Российской Федерации. Способ выращивания древесных растений с регулируемым содержанием радионуклидов / Ипатьев В.А., Булко Н.И., Дворник A.M., Митин Н.В., Жученко Т.А. - № 93009530/15-008443 от 19.02.93г.

35. Авторское свидетельство Российской Федерации. Способ выращивания древесных растений с минимальным содержанием радионуклидов в биомассе растений на автоморфных почвах / Ипатьев В.А., Булко Н.И., Дворник A.M., Митин Н.В., Жученко Т.А. - № 94009798/13(009668) от 22.03.94.

36. Авторское свидетельство Республики Беларусь Способ выращивания древесных растений / Ипатьев В.А., Булко Н.И., Дворник A.M., Митин Н.В., Жученко Т.А. - № 1080 от 21.12.94г.

РЕЗЮМЕ

Дворник A.M. Радиоэкологическая оценка лесных экосистем после ядерных аварий: методология, моделирование, прогноз

Ключевые слова: ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ, РАДИОНУКЛИДЫ, МИГРАЦИЯ, ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, ПРОГНОЗИРОВАНИЕ

В результате систематического изучения лесов Белорусского Полесья, загрязненных радионуклидами после аварии на Чернобыльской АЭС, создана система радиоэкологической оценки лесных экосистем после крупномасштабных ядерных аварий. На основе разработанной методологии исследования выявлены основные закономерности и механизмы поведения радионуклидов в лесных экосистемах. Предложен комплекс новых математических моделей, с помощью которых получен прогноз динамики уровней загрязнения лесных экосистем и доз облучения населения от леса и лесных продуктов. Проведена оценка защитных мероприятий.

Использование системы радиоэкологической оценки лесных экосистем после ядерных аварий, позволит выполнять научно обоснованное управление лесами в чрезвычайных ситуациях радиоактивного загрязнения и разрабатывать стратегию реабилитации пораженных территорий.

РЭЗЮМЭ

Дворнш A.M. Радыеэкалапчная ацэнка лясных экасютэм пасля ядзерных аварый: метадалопя, мадэл1раванне, прагноз

Ключавые словы: ЛЯСНЫЯ ЭКАС1СТЭМЫ, РАДЫЕАКТЫУНАЕ ЗА-БРУДЖВАННЕ, РАДЫЕНУКЛ1ДЫ, М1ГРАЦЫЯ, ДОЗЫ АПРАМЕНЬВАННЯ, МАДЭЛ1РАВАННЕ, ПРАГНА31РАВАННЕ

У вышку сктэматычнага вывучэння лясоу Беларускага Палесся, забруд-жанных радыенуюпда\п пасля аварьп на Чарнобыльскай АЭС, створана сютэма радыеэкалапчнай ацэню лясных экасютэм пасля буйнамапггабных ядзерных аварый. На падставе распрацованай метадалогп даследавання выяулены асноуныя заканамернасш i мехашзмы паводзш радыенуклщау у лясных экасктзмах. Пра-панован комплекс новых матэматычных мадэлей, з дапамогай яюх атрыман прагноз дынамш узроуней забруджвання лясных экаЫстэм i доз апраменьвання насельнщтва ад лесу i лясных прадукгау. Праведзена ацэнка ахоуных мерапры-емствау.

Выкарыстанне астэмы радыеэкалапчнай ацэню лясных экасютэм пасля ядзерных аварый дазволщь выконваць навукова абгрунтаванае юраванне лясам! у надзвычайных спуацыях радыеактыунага забруджвання i распрацоуваць стра-тэгио рэабштацьй пацярпеушых ад аварьп тэрыторый.

SUMMARY

Dvornik A.M. Radiological assessment of forest ecosystems following nuclear accidents: methodology, modeling and prediction.

Key words: FOREST ECOSYSTEMS, RADIOACTIVE CONTAMINATION, RADIONUCLIDES, MIGRATION, RADIATION DOSE, MODELING, PREDICTION.

As a result of the regular study of forests in Belarus Polesye affected with Chernobyl-derived radionuclides a system of radiological assessment of forest ecosystems following large-scale nuclear accidents was worked out. On the basis of the investigative methodology devised basic features and mechanisms of radionuclide behavior in forest ecosystems were revealed. A set of new mathematical models was proposed. These are helpful in predicting dynamics of contamination levels of forest ecosystems and radiation doses in population arising from radioactive contamination of forests and consumption of forest-derived foodstuffs. The assessment of protective measures was made.

The use of the system of radiological assessment of forest ecosystems following nuclear accidents will make it possible to perform scientifically reasonable forest management in emergency caused by radioactive contamination and to work out a strategy of rehabilitation of affected areas.