CC BY
20
Р01: 10.21870/0131 -3878-2018-27-4-119-132 УДК 631.95:621.039.586:614.876
Методология оценки агроэкологических рисков, обусловленных последствиями радиационных аварий
Переволоцкая Т.В., Панов А.В.
ФГБНУ ВНИИ радиологии и агроэкологии, Обнинск
Разработана методология оценки рисков для аграрных экосистем, обусловленных последствиями радиационных аварий. Выделены критерии оценки агроэкологических рисков, в числе которых характеристики источника радиоактивного загрязнения, чувствительность «критических» компонентов агроэкосистем и потери урожая для сельскохозяйственных культур. Определены этапы оценки агроэкологических рисков, включающие: идентификацию опасности (установление источников радиоактивного загрязнения и выделение «критических» компонентов агроэкосистем), оценку воздействия (измерение или расчёт интенсивности и продолжительности путей воздействия радиационного фактора), оценку зависимости «доза-эффект» (количественная связь между уровнем радиационного воздействия и возникающих при этом негативных эффектов в компонентах агроэкосистем), характеристику риска (классификация риска и оценка его соответствия приемлемому экологическому уровню на основе критериев радиочувствительности «критической» компоненты агроэкосистемы). Предложены подходы к реализации разработанной методологии с использованием методов математического моделирования. Представлен пример расчёта уровней агроэкологического риска для сельскохозяйственных культур при радиоактивном загрязнении 37Cs. Созданная методология может служить научной основой при разработке методических указаний и рекомендаций для оценки агроэкологических рисков, обусловленных последствиями радиационных аварий. Методология предназначена для научных работников и специалистов агропромышленного комплекса в области охраны, контроля и прогноза загрязнения окружающей среды.
Ключевые слова: агроэкосистема, радиационные аварии, радионуклиды, оценка агроэкологического риска, критерии оценки, оценка воздействия, зависимость «доза-эффект», характеристика риска, неопределённость, приемлемый экологический риск.
Введение
Деятельность предприятий ядерного топливного цикла в технологически штатном режиме в настоящее время не оказывает существенного влияния на загрязнение окружающей среды за пределами санитарно-защитных зон [1, 2]. В то же время потенциально возможные радиационные аварии на предприятиях ЯТЦ способны привести к существенному радиоактивному загрязнению окружающей среды и высоким радиологическим рискам для человека [3], что ставит важную задачу выявления и минимизации возникающих при этом экологических рисков. В настоящее время экологический риск выступает как приоритетный обобщённый показатель, на основе которого принимаются важные управленческие решения. Это требует разработки научно-обоснованных методов расчёта экологического риска, позволяющих дать не только его количественную оценку, но и определить пути управления данным риском в экосистемах различного уровня иерархии [4, 5]. В аспекте радиоактивного загрязнения окружающей среды оценка экологического риска заключается в определении вероятности радиационно-индуцируемых эффектов в биотических компонентах экосистем и принятии мер по предотвращению их негативных последствий.
Аграрные экосистемы представляют собой искусственно созданные сообщества с целью получения сельскохозяйственной продукции культурных растений и животных и их среду обита-
Переволоцкая Т.В.* - ст. науч. сотр., к.б.н., доцент; Панов А.В. - зам. директора, д.б.н., проф. ФГБНУ ВНИИРАЭ. •Контакты: 249032, Калужская обл., Обнинск, Киевское шоссе, 109-й км. Тел. +7(960)519-68-99; е-таИ: forest_rad@mail.ru.
ния. От качества производимой сельскохозяйственной продукции напрямую зависит здоровье человека, что обуславливает необходимость оценки возможного радиационного воздействия на агроэкосистемы. Для решения данной проблемы необходимо наличие и применение единой методологии оценки рисков, базирующейся на современных методах и критериях оценки агро-экологических рисков, обусловленных последствиями радиационных аварий и направленной на формирование единых подходов для её реализации, что и определило цель настоящего исследования.
Концептуальный подход и этапы оценки рисков
Процесс оценки рисков включает четыре основных этапа (рис. 1) [4, 6, 7].
Рис. 1. Концептуальная схема оценки агроэкологических рисков, обусловленных последствиями радиационных аварий.
I этап - Идентификация опасности - включает сбор и обобщение доступной информации с целью определения источников радиоактивного загрязнения, их уровней и характеристик воздействия на агроэкосистемы. Особое внимание при этом необходимо уделять компонентам агроэкосистемы, в наибольшей степени подверженным воздействию радиационного фактора -«критические» компоненты [8]. Критерием их выбора является чувствительность к воздействию данного фактора. Для выявленного радиационного фактора устанавливается перечень показателей (эффектов), отражающих нарушение функционирования компонент агроэкосистемы вследствие его воздействия. Источниками данных о негативных эффектах при воздействии радиационного фактора могут быть опубликованные результаты научных исследований. При выборе приоритетного радиационного фактора для количественной оценки агроэкологического риска необходимо ориентироваться на критерии, характеризующие уровень содержания радионуклидов в «критических» компонентах агроэкосистемы, способность к миграции. При идентификации радиационного фактора риска для компонент агроэкосистемы необходимо ориентироваться на проектную документацию, результаты радиационно-экологического мониторинга или специальные исследования.
На этапе идентификации опасности необходимо сформировать предварительный сценарий воздействия радиационного фактора риска для «критических» компонент агроэкосистемы, в котором отражается информация о том, каким образом происходит воздействие радионуклидов, об их физико-химических свойствах, а также об интенсивности и продолжительности воздействия. Уже на данном этапе могут быть приняты предварительные решения по управлению агро-экологическим риском: прекращение дальнейшего анализа ввиду незначительной опасности или достаточности полученных предварительных оценок; проведение более детального анализа опасностей и оценки риска; предварительные рекомендации по уменьшению опасностей.
II этап - Оценка воздействия - включает измерение или расчёт интенсивности и продолжительности, а также путей воздействия радиационного фактора на компоненты агроэкосистемы, обусловленных последствиями радиационной аварии. Под интенсивностью воздействия радиационного фактора подразумевается активность радионуклидов и связанная с ними доза облучения компонент агроэкосистемы. Одним из основных источников поступления радиоактивных веществ в компоненты агроэкосистемы следует рассматривать атмосферный путь их поступления. Результатом данного этапа является количественное описание интенсивности, частоты и характера радиационного воздействия на компоненты агроэкосистемы.
III этап - Оценка зависимости «доза-эффект» - отражает количественную связь между уровнем радиационного воздействия и возникающих в результате этого негативных эффектов в компонентах агроэкосистемы. Оценка зависимости «доза-эффект» базируется на накопленных научных данных, математических моделях и критериях приемлемой экологической безопасности компонент агроэкосистемы. Данная информация должна характеризовать зависимость адекватно идентифицированных негативных эффектов компоненты агроэкосистемы от конкретных уровней радиационного воздействия, выбор которых должен проводиться с учётом негативных эффектов, возникающих при действии минимального уровня воздействия, а также при различной временной продолжительности воздействия (острое, хроническое). Функция реакции компоненты агроэкосистемы выше уровня приемлемого экологического риска характеризуется показателем LD50 (полулетальные дозы), обоснованным по критерию выживаемости.
Результатом выполнения данного этапа являются модели, описывающие зависимость «доза-эффект», содержащие количественно определённые параметры, характеристики «критических» компонент агроэкосистемы и позволяющие оценить вероятность негативных эффектов, обусловленных радиационным воздействием, установленным на этапе идентификации опасности. Для оценки агроэкологических рисков выбор методов, положенных в основу моделей, определяется, в первую очередь, степенью информационного обеспечения показателей (совокупность критериев оценки риска, уровни радиационного воздействия). При оценке риска наиболее часто применимы детерминистский метод, вероятностные методы 1-го и 2-го типа и интегральный вероятностный метод [8].
IV этап - «Характеристика риска» - включает анализ степени надёжности данных, полученных на предшествующих этапах, об опасности радиационного фактора. На основе рассчитанных количественных показателей зависимости «доза-эффект» и их сравнения с результатами аналогичных исследований, даётся заключение об уровне и вероятности экологического риска для «критической» компоненты или агроэкосистемы в целом. На данном, заключительном этапе, осуществляется классификация риска и оценка его соответствия приемлемому экологическому уровню с применением критериев радиочувствительности компонент агроэкосистемы.
Анализ источников неопределённости оценки агроэкологических рисков, обусловленных последствиями радиационных аварий, - это неотъемлемая часть оценки риска, знание которых существенно повышает надёжность и достоверность полученных результатов. На основании количественной и качественной характеристики агроэкологического риска, в границах рассматриваемой ситуации, принятие решений по управлению риском осуществляется на трёх уровнях:
1) принятие решений о дальнейшем функционировании агроэкосистемы без ограничений в условиях минимальных рисков;
2) принятие решений, направленных как на минимизацию риска от радиоактивного загрязнения, так и принятие конкретных решений управления риском;
3) принятие решений по проведению радиационно-экологического мониторинга, оценке эффективности проведённых защитных или реабилитационных мероприятий, моделировании развития ситуации.
Методические основы оценки рисков
Реализация концепции оценки рисков осуществляется через представленный ниже обобщённый алгоритм действий.
1. Анализ базы данных (БД), формирование выборок из БД, включающих значения рассматриваемых негативных эффектов на компоненты агроэкосистемы при различных уровнях радиационного воздействия [8].
2. Определение метеорологических параметров модели поведения приоритетных радионуклидов в атмосфере для конкретных условий загрязнения (класс устойчивости атмосферы, скорость ветра на высоте выброса, величина аэродинамической шероховатости подстилающей поверхности) [9]. Класс устойчивости атмосферы определяется по Паскуиллу [10].
3. Определение величины осаждения приоритетных радиоактивных веществ на земную поверхность расчётными или экспериментальными методами в зависимости от особенностей радиоактивного выброса [10-14].
Величина плотности выпадения каждого из приоритетных радиоактивных веществ на земную поверхность определяется формулой (1) [10, 11]:
Лзп(х) = О (Уд • в(х)) , (1)
где О - интегральный выброс радионуклида, Бк; Vg - скорость гравитационного осаждения радионуклида, м/с; О(х) - фактор метеорологического разбавления на удалении х метров от источника выброса, см-3.
Параметр метеорологического разбавления (2) на различном удалении х от источника выброса рассчитывается на уровне подстилающей поверхности (г=0) на оси следа выпадений (у=0) [10, 11]:
Г н1 Л
О ( х )= ( Х 'ос ( Х ( Х ) е
*-а У ( х ) а г ( Х )■ и
(х)) (2)
где х - расстояние до источника выброса, м; и - скорость ветра на высоте выброса, м/с; Нд -высота выброса над землёй, м; а2, ау - стандартные отклонения распределения радиоактивных веществ в облаке выброса в направлении соответствующих координатных осей, м [15]; /р, 70с, Тв - поправки на распад, осаждение и вымывание радиоактивных веществ из атмосферы осадками [10, 11, 13].
4. Определение величины загрязнения приоритетными радиоактивными веществами надземной фитомассы сельскохозяйственных растений и почвы агроэкосистемы расчётными или экспериментальными методами.
Расчёт динамики концентрации приоритетных радиоактивных веществ (Бк) в надземной фитомассе сельскохозяйственных растений агроэкосистемы проводится по формуле (3) [10]:
К (*0) - е["(Д+А"м'-,]
ч{%) = 3 ° ,-Г^- А*п(х) , (3)
9 ( * - *нв ) 4
где X - константа радиоактивного распада, сут- ; Хэк - константа скорости потерь радиоактивных веществ из надземной фитомассы, сут- ; ^ - количество дней, прошедших с начала года на момент выпадений; f - количество дней, прошедших с начала года, для которого определяются основные характеристики компонент агроэкосистемы (высота и биомасса растений, величина концентрации загрязняющих веществ в основных компонентах, дозовые характеристики в надземной фитомассе сельскохозяйственных растений); 4 - коэффициент пересчёта от воздушно-сухой массы к нативной.
Величина коэффициента первоначального задерживания надземной фитомассой растений приоритетных радионуклидов на момент их поступления в агроэкосистему рассчитывается по формуле (4) [10]:
К 3 (* ° )= 1 - е , (4)
где / - эмпирическая константа, отражающая задерживание радиоактивных выпадений расти-
2 1
тельным покровом и принимается 2,8 м кг- на воздушно-сухую массу; ((.<) - запас надземной биомассы в момент выпадений 10, кг м-2.
Запас надземной фитомассы растений в момент радиоактивных выпадений определяется по формуле (5) [7]:
= а- Ъв), (5)
где а - скорость прироста биомассы на единице площади посева, кг (м-2 сут-1); - количество дней, прошедших с момента начала вегетации рассматриваемого вида сельскохозяйственных растений.
5. Расчёт или измерение степени воздействия приоритетных радиоактивных веществ, обусловленных последствиями радиационной аварии, на сельскохозяйственные растения агро-экосистемы.
Для оценки степени воздействия радионуклидов на сельскохозяйственные растения следует рассматривать два основных источника их облучения [16, 17]:
- бесконечный плоский источник конечной толщины, равный высоте растений с равномерным распределением активности. Состоит из загрязнённых растений и воздуха, заполняющего промежутки между ними, что принимается за воздушно-растительную среду (Источник облучения I);
- тонкий источник излучения конечной толщины от радионуклидов, осевших на поверхность почвы в силу неполного задерживания частиц выпадений надземной фитомассой (Источник облучения II).
Источник облучения I. Плотность воздушно-растительной среды рассчитывается по формуле (6) [9]:
m (t)
Po (t )=Реозе + " , (6)
h ( t )
где рвозд - плотность воздуха, г см-3; mn(t) - динамика биомассы растений, г см-2; h(t) - динамика высоты растений, см.
Динамика высоты растений рассчитывается по формуле (7) [9]:
h (t)= hmax( 1 - е --tHe)) , (7)
где hmax - предельная высота надземной фитомассы для рассматриваемой культуры, [13]; Кв - интенсивность прироста биомассы в высоту за сутки, смсут-1, [16].
Динамика биомассы растений рассчитывается по формуле (8) [10, 16]:
mn (t) = 4 . a . (t - tне) (8)
Для анализа зависимости «доза-эффект» при проведении оценки степени воздействия
радиоактивных веществ на надземную фитомассу растений расчётная процедура определения
-1
мощности поглощённой дозы у-излучения выражается формулой (9) [17], Грс- :
2л- Г -р„,а- q0 (t )j ( A 1-A Л .Г рЛ t), 1 ,Г р( t) 11
Pr (t ) = -Рвозд ' ( ' \2.1 --+-- I-E 2 \ßs-P°-L ( h (t )-Ah (t ))|- E 2 2P0 Ah (t )|[.
У Ms Po ( t ) [ ^ 1 +«1 1+a2j 2 Рво,д J L Рво,д Jj
(9)
где Г - у-постоянная радионуклида, Гр м2 (сБк)-1; /s - линейный коэффициент ослабления у-излучения в воздухе, м-1; q° (t) - объёмная активность радионуклида в воздушно-растительной
-3
среде, Бкм- ; рвозд - плотность воздуха; Ah(t) - высота на которой проводится измерение мощности поглощенной дозы, м; А, а1: а2 - константы для представления энергетического фактора накопления согласно функции Тейлора [18]; E 2 - приведённая интегрально показательная функция Кинга второго рода [17].
Объёмная активность радионуклидов в воздушно-растительной среде определяется по
-3
формуле (10) [10], Бк м- :
Asn(x) - K3(to) - е-()-(t-10)
qv (t) =-— (*). (io)
Р.озд - h(t) + m n (t)
Удельная активность радионуклидов в воздушно-растительной среде рассчитывается по
-1
формуле (11), Бкг- :
As (x) - Kз(t ) - е-(;-(t-to;
q (t ) = --^--0,001. (11)
Реоза - *(*) + m „ (t)
Мощность поглощённой дозы ß-излучения воздушно-растительной средой, при условии
-1
равномерного распределения в ней активности, рассчитывается по формуле (12) [19], Гр с- :
P Г (t) = 0 ,5 - DJt) fe 2 - а ( 2 + ---V е h(t)'2 - 3 J + 1 - а - е h(t)'2 j ,
ß ß j Li e v h(t)/2 J J j
(12)
-1
где Dß(t) - мощность поглощённой дозы ß-излучения в воздушно-растительной среде, Гр с- ; с и а - безразмерные коэффициенты [19]; v - массовый коэффициент поглощения, см-1 [19].
Мощность поглощённой дозы р-излучения в воздушно-растительной среде й() опреде-
-1
ляется по формуле (13), Грс- :
й р(*) = 1,6-1° "10 -д(*)-Е р . (13)
Высота воздушно-растительной среды для расчёта мощности поглощённой дозы р-излучения должна быть выражена в формуле (12) в см.
Источник облучения II. Величина мощности дозы у-излучения на высоте АЬ($ от тонкого
-1
источника излучения конечной толщины (слой почвы) рассчитывается по формуле (14) [17], Гр с- :
2 я Г - р . - q1 (t) Г . ( и Л .(и 1]
Ру„очв (*) = -^ ( ; \ Е 2 (р° ( * )-АЬ ( * ))|-Е 2 Iй-(р° (* )-АЬ (* )+рЛ -Ь1 )|[,
Us -Рл [ УРвозд ) УРвозд )]
(14)
где Г - у-постоянная радионуклида, Гр м2 (с Бк)-1; д 1 (*) - объёмная активность радионуклида в
3 3
тонком поверхностном слое почвы, Бкм- ; р1 - плотность верхнего слоя почвы, кг м- ; 1т1 - толщина слоя почвы, м; Е 2 - приведённая интегрально показательная функция Кинга второго рода [17]. Динамика объёмной активности радионуклида в тонком поверхностном слое почвы
1 3
д^ (*) оценивается по формуле (15), Бк м- :
А5 (х)-е~л-('-) .(1 - Кза^ в-(х+х"-)) 1 / п V ° /
д.(* ) =---, (15)
Н1
где 111 - толщина слоя почвы, принимается 0,01 м.
Мощность поглощённой дозы р-излучения на высоте А11 от тонкого источника излучения
-1
конечной толщины (слой почвы) рассчитывается по формуле (16) [19], Гр с- :
/л -уЬ^ .
0почв,Л. пп°чв,ЛХ _« ( 1 - е_)_ *1-Уврс ^Аh(t)
Рр ,АЬ(*) = Рр 1 (*) ~ Г" " " ,
\с2- «II I ( 2 + ¡ + е1Ь 3 | + 1-«. е 1[
I [ с \ J
(16)
где Р^о„\в (*) - мощность поглощённой дозы р-излучения на поверхности почвы Гр с-1.
Мощность поглощённой дозы р-излучения на поверхности почвы (Л1) рассчитывается по формуле (17) [19]:
рв°ь' (*) = °'5 й1 (*)\с2 . «|(( ( 2 + 1п | + е 1 Ь - 3 1 1-« е 11Ь
' ' ] [У с Н1) J ]
(17)
где йр($ - мощность поглощённой дозы р-излучения в тонком источнике излучения конечной
-1
толщины (слой почвы) с удельной активностью дчА) (Бк г-), соответствующей концентрации в
-1
слое Л1, Гр с- . Величины и дчР) определяются по формулам (18, 19).
й 1 (*) = 1,6-1° "10-д 1 (*) - Е р , (18)
д1 (*)
д 1 (* ) = °, °°1 . (19)
Р1
Применение методологии оценки агроэкологических рисков, обусловленных последствиями радиационных аварий, проиллюстрируем на модельном примере оценки воздействия ионизирующего излучения для растений пшеницы яровой при аварии на радиационно-опасном объекте с выбросом радиоактивных веществ в атмосферу. Основными критериями выбора «критической» компоненты агроэкосистемы послужила информация о снижении урожая пшеницы яровой в зависимости от величины «острого» облучения и величины полулетальной дозы - 20-40 Гр [20]. Вероятные потери урожая в различные фенофазы растений пшеницы яровой от действия ионизирующего излучения представлены на рис. 2 [20], а сама величина потерь урожая (%) в зависимости от суммарной поглощённой дозы бета- и гамма-излучения может быть выражена логистической S-образной кривой, в соответствии с выражением (20) [21]:
m(D) =
m
1 + e'
(20)
где т , а, Ь - параметры логистической кривой; т* - отражает ёмкость среды или максимально достижимое значение; а - начальное значение параметра; Ь - скорость изменения исследуемого параметра.
Аппроксимация данных по значениям процента потерь урожая пшеницы яровой от суммарной поглощённой дозы [20] в наиболее радиочувствительной фазе «выход в трубку» в соответствии с (20) позволяет оценить параметры т*, а, Ь.
При этом следует указать, что согласно анализу данных литературы [16, 20] минимальная величина поглощённой дозы, при которой могут наблюдаться потери урожая сельскохозяйственных культур от воздействия гамма- и бета-излучения при радиоактивных выбросах, составляет порядка 5 Гр.
120
100
80
60
40
20
Г/ ^ кг / у ✓ л ' s /
/ / s / '
/ Г // / / *
/ ' / / >/ / * / / ' / ' / / ✓
< X
1 10 100 1000 Суммарная мощность поглощенной дозы по бета- гамма-излучению, Гр
Кущения
- Выход в трубку
■ Колошение
Молочная спелость
Рис. 2. Вероятные потери урожая пшеницы яровой от действия ионизирующего излучения, %.
0
Пример оценки агроэкологических рисков
Модельный пример оценки воздействия ионизирующего излучения для растений пшеницы яровой при аварии на радиационно-опасном объекте с выбросом радионуклидов в атмосферу включает следующие условия:
- выброс в аэрозольной форме;
- вид радиоактивных выпадений - сухие;
- величина выброса 1018 Бк, интенсивность выброса - 1015 Бкс-1 (выброс принят практически мгновенным для учёта постоянства метеорологических условий);
137
- путь поступления Сs в агроэкосистему - аэральный;
- геометрическая высота радиоактивного выброса - 100 м;
- расстояние от источника радиоактивного выброса - 10000 м;
- метеорологические условия на момент выброса (класс устойчивости атмосферы) - Р;
-1
скорость ветра на высоте флюгера - 2 м с- ; величина аэродинамической шероховатости подстилающей поверхности - 10 см);
137
- фактор риска: радиоактивное загрязнение Об;
- источник облучения: частицы выпадений, задержанные надземной фитомассой растений и находящиеся на поверхности почвы;
- фаза развития пшеницы яровой на момент аварии на радиационно-опасном объекте с выбросом радиоактивных веществ в атмосферу - «выход в трубку» (166 сутки с начала года);
- продолжительность воздействия фактора риска: не менее 2 недель и не более продолжительности вегетационного периода (воздействие средней продолжительности).
Результаты расчётов мощности поглощённой дозы растений пшеницы яровой в фазе «выхода в трубку», формируемой от гамма- и бета-излучений 137Об за время ^сут) в границах рассматриваемой ситуации представлены в табл. 1.
Таблица 1
Мощность поглощённой дозы растениями пшеницы яровой в фазе «выхода в трубку», формируемой от гамма- и бета-излучений 37Св
Время, сут (Ц Количественные характеристики, числитель - мощность поглощённой дозы, знаменатель - вклад в суммарную поглощённ Грсут"1, /ю дозу, % Суммарная мощность поглощённой дозы от гамма- и бета-излучений 137Сб, Гр
р;рс (t) р г (t) Р почв (t) р 1 ' рпочв (1) р 1 1 '
166 1,62х10-1 6,6 2,0 83,8 1,3х 10-1 5,4 1,0х10-1 4,2 2,39 100
169 1,50х 10-1 7,5 16 80,4 1,42х10-1 7,1 1,0х10-1 5 2,00 100
175 0,86х10-1 5,8 1,13 76 1,60х10-1 11 1,0х10-1 7,2 0 8
181 0,58х10-1 5,3 0,77 70,6 1,72х10-1 15,6 0,94х10-1 8,5 1,10 100
Наибольшая величина мощности поглощённой дозы растениями пшеницы яровой в фазе «выхода в трубку» будет формироваться непосредственно после радиоактивных выбросов -2,39 Грсут-1. В дальнейшем исследуемый дозовый параметр будет снижаться пропорционально процессам поверхностного очищения: на 169 день - 2,00 Гр, 175 день - 1,48 Гр и на 15 сутки с момента выпадений (181 день с начала года) - 1,1 Гр (табл. 1). При этом наибольший вклад в
дозу облучения растений будет вносить бета-излучение от частиц радиоактивных выпадений, находящихся на поверхности надземной фитомассы растений (70-80%). Интегрированная величина суммарной поглощённой дозы растениями пшеницы яровой в фазе «выхода в трубку»
за 15 суток радиационного воздействия от бета- и гамма-излучений (рис. 3), а вероятные потери урожая ~ 58% (рис. 4).
137
Cs составит около 23 Гр
2,4
2,2
2,0
° 1,
« 1,6
1,4
1,2
1.0
0,8
О □
□
? □
0
□
□ .............................[.............□„.......................................
□ □ 0
О
□ о
о о
о
□ о .............................1............л.............
п о Величина суммарной мощности поглощенной дозы, Гр/сут
а Интегрированная величина суммарной поглощенной дозы, Гр
10
12
14
Время, сутки
16
Рис. 3. Динамика мощности поглощённой дозы растениями пшеницы яровой в фазе
«выхода в трубку», формируемая от гамма- и бета-излучений 137^ за время
(сут).
Рис. 4. Оценка потери урожая растениями пшеницы яровой в фазе «выхода в трубку»
в зависимости от величины гамма- и бета-излучений 137^ за время ^
(сут).
Минимальный уровень проявления негативного эффекта от облучения, при котором вероятность потери урожая растений пшеницы яровой в фазе «выхода в трубку» от суммарной величины негативного эффекта составит 9,0%, следует считать 5,0 Гр [20]. В то же время следует учитывать, что снижение меры радиочувствительности для данной фазы развития растений пшеницы яровой практически нереально из-за неприемлемо низкой вероятности агроэколо-гического риска.
В рамках представленной методологии предполагается, что расчётные значения величин вероятности потери урожая могут служить основанием для качественной оценки риска (табл. 2). Вероятность потери урожая растений пшеницы яровой в фазе «выхода в трубку» (58%) в границах рассматриваемой ситуации оценивается как высокая.
Таблица 2
Качественная оценка риска
Интервал значений вероятности Качественная оценка уровня
(риска) риска
до 5% низкий
5-25% средний
свыше 25% высокий
Таким образом, согласно анализу полученных результатов и данных литературы [16, 20], представленная методология оценки агроэкологических рисков потери урожая может быть применена при поглощённых дозах гамма- и бета-излучения более 5 Гр.
Заключение
Разработана методология оценки агроэкологических рисков, обусловленных последствиями радиационных аварий. Предлагаемая методология определяет концептуальный подход, критерии и этапы оценки агроэкологических рисков с использованием баз данных и методов математического моделирования, которые могут быть применимы при решении широкого класса экологических задач. Представленная методология оценки агроэкологических рисков базируется на принципах, направленных на обеспечение безопасности агроэкосистем и может служить научной основой при разработке методических указаний и рекомендаций для оценки агро-экологических рисков, обусловленных последствиями радиационных аварий. Предложенная методическая база оценки рисков на основе методов математического моделирования позволяет исследовать динамику доз облучения различных компонент агроэкосистем и использовать полученные результаты в качестве основы для принятия управленческих решений по минимизации агроэкологических рисков.
Литература
1. Каткова М.Н., Иваницкая М.В. Оценка химического риска для населения, проживающего в зоне влияния радиационного объекта (на примере п. Новогорный Челябинской области) //Радиация и риск. 2008. Т. 17, № 4. С. 67-78.
2. Газиев И.Я., Крышев А.И. Модельные расчёты радиоактивного загрязнения атмосферы, местности, сельскохозяйственной продукции и доз облучения населения в зоне наблюдений Нововоронежской АЭС //Радиация и риск. 2010. Т. 19, № 1. С. 48-59.
3. Иванов В.К., Меняйло А.Н., Дрынова Н.Н., Кащеев В.В., Чекин С.Ю., Власов О.К., Горский А.И., Максютов М.А., Туманов К.А., Кащеева П.В., Щукина Н.В., Корело А.М., Кочергина Е.В., Зеленская Н.С. Проблема зонирования территорий по факту радиологического риска (Брянская область) //Радиация и риск. 2015. Т. 24, № 2. С. 31-76.
4. Музалевскиий А.А., Карлин Л.Н. Экологические риски: теория и практика. СПб.: РГГМУ, 2011. 448 с.
5. Башкин В.Н. Экологические риски: расчёт, управление, страхование. М.: Высшая школа, 2007. 360 с.
6. Карлин Л.Н., Абрамов В.М. Управление энвироментальными и экологическими рисками. СПб.: РГГМУ, 2006. 332 с.
7. Сынзыныс Б.И., Тянтова Е.Н., Мелехова О.П. Экологический риск. М.: Логос, 2005. 96 с.
8. Спиридонов С.И., Тетенькин В.Л., Гераськин С.А., Панов А.В., Соломатин В.Л., Епифанова И.Э., Карпенко Е.И. Методология оценки риска воздействия техногенных факторов различной природы на агроэкосистемы. Обнинск: ВНИИСХРАЭ, 2007. 68 с.
9. МУ 2.6.5.010-2016. Обоснование границ и условий эксплуатации санитарно-защитных зон и зон наблюдения радиационных объектов. М.: ФМБА России, 2016.
10. Романов Г.Н. Ликвидация последствий радиационных аварий: Справочное руководство. М.: ИздАТ, 1993. 336 с.
11. МПА-98. Методические указания по расчёту радиационной обстановки в окружающей среде и ожидаемого облучения населения при кратковременных выбросах радиоактивных веществ в атмосферу. М.: Минатом России,1998.
12. ОНД-86. Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 83 с.
13. Методическое пособие по расчёту, нормированию и контролю выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух (дополненное и переработанное). СПб.: ОАО НИИ Атмосфера, 2012. 222 с.
14. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы в биосфере: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. 256 с.
15. ДВ-98. Руководство по установлению допустимых выбросов радиоактивных веществ в атмосферу М.: Госкомэкология Российской Федерации, Минатом Российской Федерации, 1999. 329 с.
16. Спирин Е.В. Теоретические и прикладные основы дозиметрических исследований в сельскохозяйственной сфере при радиоактивном загрязнении окружающей среды: дис.... д-ра биол. наук. Обнинск, 2002. 149 с.
17. Спиридонов С.И., Фесенко С.В., Гераськин С.А., Соломатин В.М., Карпенко Е.И. Оценка доз облучения древесных растений в отдалённый период после аварии на Чернобыльской АЭС //Радиационная биология. Радиоэкология. 2008, Т. 48, № 4. С. 443-449.
18. Машкович В.П., Кудрявцева А.В. Защита от ионизирующих излучения. М.: Энергоатомиздат, 1995. 496 с.
19. Хайна Дж., Браунелл Г. Радиационная дозиметрия: пер. с англ. /Под ред. Н.Г. Гусева, К.А. Трухано-ва. М.: Иностранная литература, 1958. 758 с.
20. Анненков Б.Н., Егоров А.В., Ильязов Р.Г. Радиационные аварии и ликвидация их последствий в агросфере /Под ред. Б.Н. Анненкова. Казань: ФЭН Академии наук РТ, 2004. 408 с.
21. Полевой А.Н. Теория и расчёт продуктивности сельскохозяйственных культур. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 175 с.
Method for assessment of risks for agroecosystems exposed to radiation as a result of radiological events
Perevolotskaya T.V., Panov A.V.
Russian Research Institute of Radiology and Agroecology (RIRAE), Obninsk
The paper presents new method for assessment of radiation related risk for agroecosystems exposed to radiation following radiological events. The following criteria were chosen for risk evaluation: features of radioactive pollutant, sensitivity of critical components of an agrosystem, crop loss. Evaluating of agroecological risks is a multistep process: harm identification, i.e. identification of sources of radioactive pollution and critical components of an agrosystem; estimating effects of radiation exposure, measuring or calculating intensity and duration of exposure to radiation, estimating dose-response relationship, i.e. quantifying the relationship between the level of radiation exposure and negative response of agroecosystems, identifying risk features, i.e. risk classification and estimating of risk compliance to acceptable ecological levels using criteria of radiosensitivity of critical components of agroecosystem. Approaches to the realization of the developed method using mathematical modeling are considered. Applicability of the method for calculating risk for agricultural plants following radioactive pollution with 137Cs is demonstrated. The developed method can be used as the basis for developing guidelines and recommendations for evaluating radiation risk for agroecosystems. The developed method is intended for researchers and specialists of agroindustrial complex involved in environment protection, control and prediction of the environment prediction.
Key words: agricultural ecosystem, radiation accidents, radionuclides, agroecological risk assessment, assessment criteria, impact assessment, «dose-effect» dependence, risk description, uncertainty, acceptable ecological risk.
References
1. Katkova M.N., Ivanitskaya M.V. Chemical risk assessments for the population of settlement Novogorny of the Chelyabinsk region caused by emissions of heat and power plant. Radiatsiya i risk - Radiation and Risk, 2008, vol. 17, no. 4, pp. 67-78. (In Russian).
2. Gaziev I.Y., Kryshev A.I. Radioactive contamination of air, underlying surface, agriculture products and population exposure doses near the Novovoronezh NPP site: model computations. Radiatsiya i risk - Radiation and Risk, 2010, vol. 19, no. 1, pp. 48-59. (In Russian).
3. Ivanov V.K., Meniailo A.N., Drynova N.N., Kashcheev V.V., Chekin S.Yu., Vlasov O.K., Gorski A.I., Maksioutov M.A., Tumanov K.A., Kashcheeva P.V., Shchukina N.V., Korelo A.M., Kochergina E.V., Zelenskaya N.S. Problem of zoning territory in relation to radiation risk (Bryansk oblast). Radiatsiya i risk -Radiation and Risk, 2015, vol. 24, no. 2, pp. 31-76. (In Russian).
4. Muzalevskiiy A.A., Karlin L.N. Ekologicheskie riski: teoriya i praktika [Environmental risks: theory and practice]. St. Petersburg, RSHU Publ., 2011. 448 p.
5. Bashkin V.N. Ekologicheskie riski: raschet, upravlenie, strakhovanie [Environmental risks: calculation, management, insurance]. Moscow, High School Publ., 2007. 360 p.
6. Karlin L.N., Abramov V.M. Upravlenie enviromental'nymi i ekologicheskimi riskami [Management of environmental and environmental risks]. St. Petersburg, RSHU Publ., 2006. 332 p.
Perevolotskaya T.V.* - Senior Researcher, C. Sc., Biol., Associate Prof.; Panov A.V. - Deputy Director, D. Sc., Biol., Prof. RIRAE. •Contacts: 109 km, Kievskoe Sh., Obninsk, Kaluga region, Russia, 249032. Tel. +7(960)519-68-99, e-mail: forest_rad@mail.ru.
7. Synzynys B.I., Tyantova E.N., Melekhova O.P. Ekologicheskiy risk [Ecological risk]. Moscow, Logos, 2005. 96 p.
8. Spiridonov S.I., Teten'kin V.L., Geras'kin S.A., Panov A.V., Solomatin V.L., Epifanova I.E., Karpenko E.I. Metodologiya otsenki riska vozdeystviya tekhnogennykh faktorov razlichnoy prirody na agroekosistemy [Methodology of risk assessment of the impact of technogenic factors of different nature on agroecosystems]. Obninsk, VNIISKhRAE, 2007. 68 p.
9. MU 2.6.5.010-2016. Justification of the boundaries and operating conditions of sanitary protection zones and observation zones for radiation facilities. Instructional guidelines. Moscow, FMBA of Russia, 2016. (In Russian).
10. Romanov G.N. Likvidatsiya posledstviy radiatsionnykh avariy: Spravochnoe rukovodstvo [Elimination of the consequences of radiation accidents: Reference Guide]. Moscow, Izdat, 1993. 336 p.
11. MPA-98. Methodical guidelines for calculating the radiation situation in the environment and the expected exposure of the public to short-term releases of radioactive substances into the atmosphere. Moscow, Minatom of Russia, 1998. (In Russian).
12. OND-86. Method for calculating atmospheric concentration of hazardous substances contained in industrial emissions. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1987. 83 p. (In Russian).
13. Methodical manual for calculating, rationing and controlling emissions of harmful (polluting) substances into the atmospheric air (augmented and processed). St. Petersburg, JSC Research Institute Atmosphere, 2012, 222 p. (In Russian).
14. Gusev N.G., Belyaev V.A. Radioactive emissions into the biosphere: Handbook. Moscow, Energoatomizdat, 1991. 256 p. (In Russian).
15. PE-98. The guide for the establishment of permissible emissions of radioactive materials to the atmosphere. Moscow, Goskomekologiya of the Russian Federation, Minatom of the Russian Federation, 1999. 329 p. (In Russian).
16. Spirin E.V. Teoreticheskie i prikladnye osnovy dozimetricheskikh issledovaniy v sel'skokhozyaystvennoy sfere pri radioaktivnom zagryaznenii okruzhayushchey sredy. Dokt. diss. [Theoretical and applied bases of dosimetric research in the agricultural sphere with radioactive contamination of the environment. Doct. diss.]. Obninsk, 2002. 149 p.
17. Spiridonov S.I., Fesenko S.V., Geras'kin S.A., Solomatin V.M., Karpenko E.I. Evaluation of irradiation doses of woody plants in the remote period after the Chernobyl accident. Radiatsionnaja biologija. Radiojecologija - Radiation Biology. Radioecology, 2008, vol. 48, no. 4. pp. 443-449. (In Russian).
18. Mashkovich V.P., Kudryavtseva A.V. Zashchita ot ioniziruyushchikh izlucheniya [Protection against ionizing radiation]. Moscow, Energoatomizdat, 1995. 496 p.
19. Hajna Dzh., Braunell G. Radiatsionnaya dozimetriya [Radiation dosimetry]. Russ. ed.: N.G. Guseva, K.A. Trukhanova. Moscow, Foreign Literature Publ., 1958. 758 p.
20. Annenkov B.N., Egorov A.V., Il'yazov R.G. Radiatsionnyye avarii i likvidatsiya ikh posledstviy v agrosfere [Radiation accidents and elimination of their consequences in the agrosphere]. Ed.: B.N. Annenkov. Kazan, FEN of the Academy of Sciences of the RT Publ., 2004. 408 p.
21. Polevoy A.N. Teoriya i raschet produktivnosti sel'skokhozyaystvennykh kul'tur [Theory and calculation of the productivity of agricultural crops]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1983. 175 p.
