Теория и модели радиоемкости и надежности в современной экологии

Теоретическая экология и радиоэкология не имела выбора моделей и параметров, пригодных для оценок и расчетов радиоэкологических процессов и рисков в экосистемах разного типа. Кыштымская (Россия, 1968) и, особенно, Чернобыльская (1986) и авария на Фокусиме-1 (2011 г.) авария показали четкую необходимость развития именно теоретических исследований в этой области. Представление о факторе радиоемкости, предложенное Агре и Корогодиным в 1960 р., положено нами в основу новой радиоэкологической концепции. Через поведение параметра радиоемкости можно оценить состояние биоты экосистемы. Следует повторить, что радиоемкость определяется как граничное количество радионуклидов, которое по своим дозовым влияниям еще не способно нарушить основные функции биоты: способность сохранить биомассу и кондиционировать среду существования. Построенные модели радиоемкости экосистем и предложенные параметры способны адекватно реагировать на влияние разных факторов (γ-облучение, тяжелые металлы и т.д.). По результатам проведенных нами опытов предложенные параметры могут четко отображать влияние факторов на биоту и опережать по своим реакциям биологические ростовые показатели. Установлено, что реакция параметров радиоемкости может служить в качестве «экологического градусника», который измеряет состояние и благополучие биоты, и быть мерой для эквидозиметрической оценки влияния радиационного и химического факторов.
Разработанные и построенные нами модели для оценки параметров радиоемкости разных типов экосистем (наземных, водных, лесных, горных, лугов и урбоэкосистем) можно использовать как универсальный подход к моделированию радиоемкости разного типа экосистем, описывать самые разнообразные экосистемы, и сравнивать их по этим показателям [1-4].

Исследования показали, что распределение и перераспределение трассера – 137Cs в водных и наземных экосистемах, четко реагирует на все существенные внешние факторы влияния (климат, паводки, контрмеры), а также на разные типы загрязнителей (тепловые сбросы, дозы облучения, химические поллютанты и т. п.). При этом было показано, что каждый существенное влияние на экосистему не может не отобразиться на распределении трассера и на параметрах радиоемкости по нему. Такой подход, который развивается в наших исследованиях, позволит использовать параметры радиоемкости для эквидозиметрической унифицированной оценки действия самых разных факторов на биоту экосистем. На этой основе нами предложено метод экологического нормирования для определения допустимых уровней влияния поллютантов на биоту экосистем. Фактор радиоемкости – определяет долю радионуклидов, которые удерживаются в биотических и абиотических компонентах экосистемы [5-9].
1. Моделирование и теоретический анализ радиоемкости ландшафтов
Исследования указывают, что скорость переноса радионуклидов в ландшафте определяется, в основном, несколькими характеристиками  исходного полигона и структуры его рельефа. Используя параметры, которые управляют перераспределением радионуклидов в ландшафте, были построены карты динамики загрязнения ландшафта 137Cs, и карта перераспределения радионуклидов через 10, 20 и 30 лет после аварии [10].
Метод использования аналитической ГИС технологии в современной радиоэкологии может быть плодотворно использован в общей экологии. Предложенные тут методы и методики радиоэкологических исследований на основе теории и моделей надежности и радиоемкости биоты экосистем, могут быть с успехом использованы при решении разных проблем современной экологии.
Это, прежде всего проблема создания системы экологического нормирования вредных факторов через реакции той биоты, которая может получать набольшее вредное влияние при внесении в экосистемы  самых разных поллютантов.
На этой теоретической базе могут быть созданы эффективные методы оценок экологических рисков при влиянии на биоту физических, химических и других загрязнителей.
Фактор экологической емкости и радиоемкости конкретного элемента экосистемы и/или ландшафта (Fj) определяется при использовании камерных моделей (1):
Fj =  ∑aij / (∑aij+∑aji)                                                                             (1)
где ∑aij – сумма скоростей  перехода поллютантов и трассеров из разных составляющих экосистемы в конкретный элемент экосистемы – j, согласно камерных моделей, а ∑ aji – сумма скоростей  перехода поллютантов и трассеров из исследуемой камеры J – в другие составляющие экосистемы, которые  сопряжены с ними.
Показано, что соотношение скоростей поглощения и оттока трассеров и элемента минерального питания – калия пропорционально биомассе биоты и коэффициенту накопления.
2. Надежность склоновой экосистемы
Для анализа перехода радионуклидов из камеры в камеру типовой склоновой экосистемы нами  были выбраны средние значения коэффициентов. Перенос радионуклидов из одной камеры в другую происходит по законам кинетики первого порядка, его описывают системой простых дифференциальных уравнений.

Таблица 1 – Накопление радионуклидов в камерах склоновой экосистемы


Камеры

Максимальная активность радионуклидов (%)

Время (годы)

Опушка

12

12

Луг

6

20

Терраса

1.4

20

Пойма

0.82

24

Вода

0.32

30

Биота

1.16

44

Донные   отложения

2.3

48

Человек

22

80

Таблица 2 – Прогноз распределения коллективной и индивидуальной дозы для населения в количестве 500 человек при разных случаях загрязнения (склоновые экосистемы) при средних скоростях переходов между камерами экосистемы


Активность радионуклида,

1

5

10

40

Колективная доза, чел/Зв

Индивидуальная доза,

0,3256

1,628

3,256

13,024

Выводы
1. Получены данные анализа надежности транспорта радионуклидов в склоновой экосистеме. На основе собственных исследований на склоновых экосистемах в 30-км зоне отчуждения  ЧАЭС (на реке Уж), и литературных данных проведены оценки значений скоростей перехода радионуклидов цезия-137) и дозовых нагрузок на людей.
2. Для разработки возможных методов защиты людей в склоновой экосистеме рассмотрены некоторые потенциально эффективные контрмеры, и оценено их возможное влияние на систему транспорта радионуклидов к озера и к человеку. контроля.
Список литературы
1. Theory of Reliability in Radiation Ecology / Yuriy A. Kutlakhmedov, Iryna V. Matveeva, Anastasiya G. Salivon, Victor V. Rodyna // Proceedings of International Symposium on Stochastic Models in Reliability Engineering, Life Science and Operations Management. – Israel, 2010. – 275 с.
2. Kutlakhmedov Y., Korogodin V., Kutlakhmedova-Vyshnyakova V. Radiocapacity of Ecosystems // J. Radioecol. – 1997. – 5 (1). – P. 25–35.
8. Агре А. Л., Корогодин В. И. О распределении радиоактивных загрязнений в медленно обмениваемом водоеме // Мед. радиология. – 1960.  № 1. – С. 67-73.
4. Кутлахмедов Ю. А., Корогодин В. И., Кольтовер В. К. Основы радиоэкологии. – Киев: Выща шк. – 2003. – 319 с.
5. Поликарпов Г. Г., Цыцугина В. Г. Гидробионты в зоне влияния аварии  на Кыштыме и в Чернобыле// радиационная биология  и радиоэкология. – 1995. – Т. 35. № 4. – С. 536-548
6. Amiro B.D. (1992): Radiological Dose Conversion Factors for Generic Non-human Biota. Used for Screening Potential Ecological  Impacts, J. Environ. Radioactivity Vol. 35, № 1, P. 37-51. 
7. Кутлахмедов Ю. А., Петрусенко В. П. Оцінка і прогноз розподілу радіонуклідів у типовій екосистемі схилів для ландшафтів України. Вісник Національного авіаційного університету. – 2006. – № 2. – С. 134-136.
8. Кутлахмедов Ю. О., Петрусенко В. П. Аналіз ефективності контрзаходів для захисту екосистем на схилових ландшафтах методом камерних моделей. Вісник Національного авіаційного університету. – 2006. – № 4. – С. 163-165.
9. Кутлахмедов Ю. А., Корогодин В. И., Родина В. В., Матвеева И. В, Петрусенко В. П., Саливон А. Г., Леншина А. Н. Теория и модели радиоемкости в современной радиоэкологии. В сб. матриалов Международной конференции «Радиоэкология: итоги, современной состояние и перспективы» – Москва, 2008. – С. 177-193.
10. Гродзинський Д. М., Кутлахмедов Ю. О., Михєєв О. М., Родіна В. В. Методи управління радіоємністю екосистем. / Під редакцією акад.. Д. М. Гродзинського. – Київ: Фітосоціонер, 2006. – 172 с.

Теория и модели радиоемкости и надежности в современной  экологии [Електронний ресурс]  / [Кутлахмедов Ю.А., Матвеева И.В., Родина В.В.,  Бевза А.Г.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/teoryya-y-modely-radyoemkosty-y-nadezhnosty-v-sovremennoy-ekologyy

 

Topics: 
Оцінка: 
0
No votes yet