CC BY
0система поддержки принятия решении по оптимизации реабилитационных мероприятий в сельскохозяйственных предприятиях на радиоактивно загрязненных территориях
Спиридонов Сергей Иннокентьевич
доктор биологических наук, профессор заведующий лаборатории математического моделирования и программно-информационного обеспечения Всероссийского научно-исследовательского института радиологии и агроэкологии Иванов Валерий Викторович кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник математического моделирования и программно-информационного обеспечения Всероссийского научно-исследовательского института радиологии и агроэкологии Санжарова Наталья Ивановна директор Всероссийского научно-исследовательского института радиологии и агроэкологии доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент РАН
Переволоцкая Татьяна Витальевна
кандидат биологических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории математического моделирования
и программно-информационного обеспечения Всероссийского научно-исследовательского института радиологии и агроэкологии
DECISION SUPPORT SYSTEM IN OPTIMIZATION REHABILITATION MEASURES IN THE AGRICULTURAL ENTERPRISES ON THE CONTAMINATED AREAS
Spiridonov S.I. Doctor of biological sciences , professor, head of the laboratory of the mathematic modeling and software and information support Russian Institute of Radiology and Agroecology
Ivanov V.V. PhD in physics and mathematics senior researcher laboratory of the mathematic modeling and software and information support Russian Institute of Radiology and Agroecology
Sanzharova N.I. director of Russian Institute of Radiology and Agroecology, doctor of biological sciences, professor, corresponding member of the Russian Academy of Sciences
Perevolotskaya T.V. PhD in biology, associate professor, senior researcher laboratory of the mathematic modeling and software and information support Russian Institute of Radiology and Agroecology
АННОТАЦИЯ
Разработан программный код для поддержки принятия решений по управлению растениеводстве на радиоактивно загрязненных территориях. Программа предназначена для оценки эффективности мероприятий, обеспечивающих снижение накопления радионуклидов в продукции растениеводства. Оценка производится на основе набора радиологических и экономических критериев. Приведены результаты расчетов для тестового хозяйства, расположенного на территории Брянской области, загрязненной после аварии на Чернобыльской АЭС.
ABSTRACT
Program code for decision-making support on plant cultivation management on radioactively contaminated territories was developed. The program is designed for assessment of the efficiency of actions providing provide the reduction of radionuclide accumulation in crop products. The assessment is made on the basis of a set of radiological and economic criteria. The results of calculations for test farm situated on the territory of Bryansk region contaminated after the Chernobyl accident are given.
Ключевые слова: радионуклиды, радиоактивное загрязнение, система поддержки принятия решений, программные средства, программные модули.
Key words: radionuclides, radioactive contamination, decision support system, software, program modules.
Постановка проблемы. Для комплексной оценки загрязненных радионуклидами сельскохозяйственных угодий и принятия решений по ведению сельского хозяйства в этих условиях необходим анализ эффективности потенциальных реабилитационных мероприятий с использованием научных методов, моделей и современных информационных технологий. В связи с этим выбор стратегий реабилитации должен основываться на специально разработанных программных средствах по оптимизации
применения реабилитационных мероприятий [1, 2].
Обоснование научных исследований. Для поддержки принятия решений по ведению растениеводства, кормопроизводства и животноводства в сельскохозяйственных предприятиях Брянской области на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС, разработаны программные средства под общим названием ReSAL (Remediation Strategies for Agricultural Lands). Система поддержки принятий ре-
шений (СППР) ЯеЗЛЬ включает три программных модуля - "Растениеводство", "Кормопроизводство" и "Животноводство".
Разработанные программные модули могут быть использованы:
- для анализа текущей радиологической ситуации и определения перечня сельскохозяйственной продукции, не соответствующей санитарно-гигиеническим нормативам;
- для моделирования реабилитационных мероприятий с учетом их радиологической и экономической эффективности.
Оценка эффективности реабилитационных мероприятий выполняется с учетом следующих факторов:
- группа почв, согласно радиоэкологической классификации по гранулометрическому составу;
- уровни радиоактивного загрязнения элементарных участков пашни, пастбищ, сенокосов;
- вид сельскохозяйственной продукции.
Совокупность критериев оценки радиологической ситуации и эффективности мероприятий включает:
- кратность и риск превышения нормативов содержания радионуклидов в сельскохозяйственной продукции;
- предотвращенная коллективная доза (разница между коллективными дозами до и после применения реабилитационных мероприятий);
- затраты на проведение мероприятий;
- стоимость предотвращенной коллективной дозы (отношение величины предотвращенной дозы к затратам на проведение реабилитационных мероприятий).
В составе программных средств ЯеБЛЬ вся необходимая для вычислений информация размещается в базе данных:
- параметры перехода и накопления радионуклидов в звеньях сельскохозяйственных цепочек "почва - сельскохозяйственные культуры - продукция растениеводства"; "почва - корма - рацион - организм сельскохозяйственных животных - продукция животноводства";
- характеристики эффективности различных реабили-
тационных мероприятий и технологий;
- объемы применения реабилитационных мероприятий, агромелиорантов и потребность в материальных ресурсах;
- стоимость реабилитационных мероприятий и агроме-лиорантов.
СППР ЯеБЛЬ содержит информацию о размещении сельскохозяйственных культур и пастбищных угодий по полям севооборота хозяйств на территории Брянской области, подвергшейся радиоактивному загрязнению; данные о почвенных характеристиках и плотности загрязнения почв 137Сэ.
Пользователь СППР обеспечен следующей информацией:
- карты-схемы структуры землепользования хозяйств;
- оценка рисков превышения санитарно-гигиенических нормативов в различных сельскохозяйственных предприятиях;
- оценка эффективности реабилитационных мероприятий в рамках предприятий на основе набора радиологических и экономических критериев;
- расширенные отчеты с анализом эффективности мероприятий для отдельных, наиболее загрязненных участков.
Для каждого мероприятия и вида сельскохозяйственной продукции вычисляется концентрация радионуклидов в продукции, риск превышения норматива, предотвращенная коллективная доза, затраты на мероприятие и стоимость предотвращенной дозы. Совокупность этих показателей дает возможность специалистам, экспертам и руководящим работникам выбрать оптимальный вариант решения по применению реабилитационных мероприятий с учетом их радиологической и экономической эффективности.
Результаты научных исследований. К настоящему времени модуль "Растениеводство" включает характеристики хозяйств в загрязненных после аварии на ЧАЭС районах Брянской области (рисунок 1).
Рисунок 1 - Главное окно модуля "Растениеводство" (Брянская область)
Следует отметить, что "открытость" программных ных информацией, полученной в результате проведения средств ЯеБЛЬ позволяет оперативно дополнять базы дан- мониторинговых исследований. В рамках иерархии терри-
ториально-административного деления Брянской области можно выбрать конкретное сельскохозяйственное предприятие.
В качестве тестового примера на рисунке 2 представлена карта СПК "Увелье" Красногорского района Брянской области.
После выбора структурной единицы отображается ин-
Критично» территория Брянская оЬ.асп
Макар ичи Правда
формация о севооборотах и полях пашни выбранного хозяйства, их площади и плотности загрязнения 137Сэ (рисунок 3). Кроме этого, представляются характеристики по конкретным сельскохозяйственным культурам, выращиваемым на различных участках пашни, включая концентрацию 137Сэ продукции и коллективную дозу, формируемую в результате употребления этого вида продукции, нжи
Рисунок 3 - Структура пашни и виды продукции растениеводства в СПК "Увелье"
При расчете риска превышения норматива учитывается, что продукция может производиться на нескольких полях, характеризуемых различными уровнями радиоактивного загрязнения. Если концентрация 137Сэ в продукции растениеводства превышает нормативное значение, то такая продукция вносит соответствующий своему объему вклад в величину риска превышения допустимого норматива. Если для всех полей, на которых выращиваются определенные виды сельскохозяйственных культур, концентрация 137Сэ в растениях не превышает норматив, то величина риска равна нулю. Альтернативный вариант - концентрация 137Сэ в растениях на каждом поле превышает значение соответствующего норматива. Риск превышения норматива в этом случае равен единице.
Результаты расчета эффективности применения реаби-
литационных мероприятий для зерновых культур в СПК "Увелье" Красногорского района Брянской области представлены на рисунке 4. При этом оценены различные варианты применения реабилитационных мероприятий на уровне всего хозяйства и вариант, соответствующих стандартным технологиям.
Анализ полученных результатов показывает, что в отсутствие реабилитационных мероприятий риск превышения норматива содержания 137Сэ в овсе (зерно) составляет 0,257 (рисунок 4). Следует подчеркнуть, что при этом уровне риска средняя концентрация 137Сэ в рассматриваемом виде растениеводческой продукции (41,96 Бк/кг) ниже допустимого уровня (60 Бк/кг [3]). В результате внесения повышенных доз калийных удобрений (Ы60Р60К120) значение риска снижается до нуля.
Применение более затратного мероприятия, связанного с орантов (N60P60K120+CaCO3), в рассматриваемом случае комплексным внесением минеральных удобрений и мели- не является необходимым.
Брянская область
1 I Комсомолец Клиицоиский
ч Красногорский
Растайиеводстео (результат мероприятии
Рисунок 4 - Результаты расчета эффективности реабилитационных мероприятий для зерновых культур в СПК "Уве-
лье
Программные средства КеБЛЬ предоставляют возможность в поддержке принятия решений по выработке оптимальных мероприятий не только в рамках сельскохозяйственного предприятия, но и на уровне элементарного участка в его составе. Анализ характеристик отдельных участков в составе рассматриваемого сельскохозяйственного предприятия позволяет выделить те участки, на которых содержание 137Сэ в продукции растениеводства превышает нормативное значение. Для таких "критических" участков можно осуществить прогноз применения реабилитационных технологий из расширенного списка,
включающего все возможные мероприятия с оцененными радиолого-экономическими параметрами.
Прогноз применения агромелиорантов для "критического" участка СПК "Увелье" включает следующие характеристики (рисунок 5):
- название культуры, производимой на участке;
- название агромелиоранта;
- средняя концентрация 137Сэ в продукции;
- объем получаемой продукции;
- затраты на проведение мероприятия на участке.
al Agro: Эффективность реабилитационных мероприя1ий
Критичная
Брянская область Ново 1ы£ковск н н i Комсомолец Клинцовскни Гордеевский Красногорским
Батуровское
Правда
Увелье
Прогноз применения мелиорантов но выбранном выше участке:
Культуро(поле.. Овес(1-1,2)
Мероприятие Загрязнение £е-137(Бк/кг) ДОъем(тонн) 3aipaiu(iuc.pytf)
64 50 38
СаСОз (3 г/га) 45.71 70.53 503.82
N60P60K60 42.67 70.53 241.75
N60P60K60+COC01 45.71 70.53 745.57
N60P60K120 35.56 75.57 291.71
Ы60Р60К120+СаС01 33.65 70.53 795.53
N60P90K120 35.56 70.53 358.89
N90P60K90 37.65 85.65 295.62
N90P60K120 33.68 90 68 320.6
N90P90K90 37.65 85.65 362 79
M90P90K90+Cac0] 35.56 80 61 866 61
N90P90K90+HOBO] 40 г/га 37.65 75 57 1482.39
N90P90K180 25.6 90 68 437 74
N90P90K180+Coc0] 23.7 90.68 941.56
Ы90Р90К180+навоз 40 г/га 18.82 105.8 1557.34
N90P120K90 35.56 95.72 429.97
N90P120K120 32 100.76 454.95
N90P135K180 30.48 95.72 538.95
И ШУ
Поле Участок Культура Площадь (га) Загрязнение С«-137(Бк/кг) Урожай(тонн)
II-3 49 Озимая рожь 32.98 13.18 59.36
II-3 48 Озимая рожь 35.19 14.49 63.35
III-3 51 Озимая рожь 32.68 19.58 58.83
III-3 50 Озимая рожь 41.76 19.01 75.16
III-3 52 Озимая рожь 40.3 19.2 72.53
III-3 53 Озимая рожь 36.1 19.39 64.98
1-1 1 Овес 21.7 55.9 39.06
IV-2 28 Овес 26.29 29.93 47.32
IV-2 27 33.05 23.72 59.5
Рисунок 5 - Прогноз результатов применения реабилитационных мероприятий на критическом участке 1-1 (2) СПК "Увелье"
Согласно результатов анализа снижение загрязнения можно выполнить с помощью любой из перечисленных продукции (овес) до нормативного значения (60 Бк/кг) технологий (рисунок 5). По этой причине, целесообразно
выбрать наименее затратное мероприятие. Для рассматриваемого критического участка оптимальным вариантов является применение Ы60Р60К60 (рисунок 5).
Картографический блок программных средств ЯеЗЛЬ позволяет также обнаружить
жение исследуемого участка на карте хозяйства (рисунок 6). Результаты моделирования реабилитационных мероприятий могут быть опубликованы в виде отчета, который можно сохранить или выдать на печать (рисунок 7).
Рисунок 6 - Местоположение "критического" участка 1-1 СПК "Увелье"
ЁЗШИ
• Культура: Овес
• Площадь: 27.99 га
• Средняя урожайность
• Объем производства:
• Норматив загрязненн
Прогноз результатов при
мелиорантов
Мелиорант Загрязнение продукции (Cs-137) (БШкг) Объем производства (тонн) Затраты (тыс.руб)
СаС'Оз (3:.т/га) 45.71 70.53 503..82
N60P60K60 42.67 ■70:5.3 241.75;
ЫбОРбОКбО+СаСОэ 45:71 745.57
N60P60K120 35.56 75:57 291.71
N60P60K120+СаСРз 36 63__70.53. 795 53
N60P90K120 ■35.56-. '70.53 358.89
N90P60K90 37 65 :85;65 29 5 62
N90P6QK120 ззМ ;90:68 §|у
Рисунок 7 - Отчет с результатами прогноза применения агромелиорантов на "критическом" участке 1-1 СПК "Увелье"
Данные о кормах для сельскохозяйственных животных, получаемых на пастбищах и сенокосах СПК "Увелье" представлены на рисунке 8. При проведении расчетов могут быть учтены различные варианты реабилитации пастбищ
и сенокосов. Кратность снижения поступления 137Сэ в продукцию кормопроизводства представлена по отношению к варианту "естественные и неокультуренные пастбища и сенокосы".
Рисунок 8 - Эффективность мероприятий для пастбищ и сенокосов в СПК "Увелье"
Анализ результатов показывает, что риск превышения норматива содержания 137С8 в пастбищной растительности без проведения реабилитационных мероприятий составляет 0,749 (рисунок 8). С применением реабилитационных мероприятий значение риска может быть снижено почти в 2 раза (0,399). При этом средняя концентрация 137С8 в траве не достигает допустимого уровня (100 Бк/ кг [4]). Наименьшее значение данного показателя при коренном улучшении составляет 110 Бк/кг, при поверхностном улучшении - 177 Бк/кг. Таким образом, применение реабилитационных мероприятий гарантированно не обеспечивает производство нормативной продукции кормопроизводства в СПК "Увелье", т.е. не удается снизить риск до нулевого значения. Минимальное значение данного показателя при коренном и поверхностном улучшении со-
ставляет 0,399.
Снижение содержания радионуклидов в продукции животноводства, кроме организации кормовой базы в условиях радиоактивного загрязнения территории, может быть достигнуто путем введения в рацион животных кормовых добавок и специальных препаратов, содержащих ферроцины. Модуль "Животноводство" КеБЛЬ предоставляет возможность прогнозирования использования ферроцинсодержащих препаратов для снижения уровней загрязнения 137С8 продукции животноводства (молока и мяса). На рисунке 9 представлен пример отчета с результатами прогноза ведения животноводства на пастбищах и сенокосах, сформированного для хозяйства СПК "Увелье" Красногорского района Брянской области.
Критичная территория:
В а Брянская область 03 & Новозыбкоесиий
В Красногорский
О Моиоричи
¿3 Увслм
Рисунок 9 - Отчет с результатами прогноза ведения животноводства для СПК "Увелье"
Анализ представленных в отчете результатов позволяет заключить, что применение ферроцинсодержащих препаратов позволяет снизить содержание 137С8 в продукции
животноводства, и уменьшить величину риска превышения норматива содержания этого радионуклида в животноводческой продукции.
Выводы. Таким образом, разработанная СППР К.е8ЛЪ применима для оценки эффективности реабилитационных мероприятий в хозяйствах, находящихся на радиоактивно-загрязненных сельскохозяйственных землях. Выполнены демонстрационные расчеты для тестового хозяйства, расположенного на территории Брянской области, подвергшейся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Компьютерные средства К.е8ЛЪ могут быть адаптированы для других радиоэкологических ситуаций, связанных с радиоактивным загрязнением сельскохозяйственных угодий.
Список литературы:
1. Remediation of Contaminated Environments. Eds G. Voigt and S. Fesenko. Elsevier. - 2009. - 477 p.
2. Yatsalo, B.I. Decision Support System for Risk Based Land Management and Rehabilitation ofRadioactively Contaminated Territories: PRANA approach / B.I. Yatsalo // Int. J. Emergency Management. - 2007. - Vol. 4, N 3. - Р. 504-523.
3. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.3.2.1078-01. Минздрав РФ, 2001.
4. Ветеринарные правила и нормы ВП 13.5.13/09-00. Москва, Минсельхозпрод России, 2000.
видовое разнообразие несовершенных грибов и грибоподобных организмов каратауского заповедника и сопредельных территорий сырдарьинского каратау
Рахимова Елена Владимировна
доктор биологических наук, Институт ботаники и фитоинтродукции, Алматы, Казахстан
Ермекова Бигатша Дуйсенбаевна доктор биологических наук, Институт ботаники и фитоинтродукции, Алматы, Казахстан
Нам Галина Алексеевна кандидат биологических наук, Институт ботаники и фитоинтродукции, Алматы, Казахстан
Джетигенова Улдай Конуровна кандидат биологических наук, Институт ботаники и фитоинтродукции, Алматы, Казахстан
Сакауова Гульжахан Батыевна кандидат биологических наук, Каратауский государственный природный заповедник DIVERSITY OF IMPERFECT FUNGI AND FUNGAL-LIKE ORGANISMS IN KARATAU RESERVE AND ADJACENT TERRITORIES OF SYRDARYA KARATAU
Rakhimova Y.V. doctor of Biological Sciences, Institute of Botany & Phytointroduction, Almaty, Kazakhstan Yermekova B.D. doctor of Biological Sciences, Institute of Botany & Phytointroduction, Almaty, Kazakhstan Nam G.A. candidate of Biological Sciences, Institute of Botany & Phytointroduction, Almaty, Kazakhstan Jetigenova U.K. candidate of Biological Sciences, Institute of Botany & Phytointroduction, Almaty, Kazakhstan Sakauova G.B. candidate of Biological Sciences, Karatau State Nature Reserve
АННОТАЦИЯ
На территории Сырдарьинского Каратау отмечены 2 вида грибоподобных организмов (представителей царств Protozoa и Chromista). Несовершенные грибы (царство Fungi) представлены 69 видами из 42родов и двух классов. 25 видов грибов являются новыми для Сырдарьинского Каратау, 5 видов сосудистых растений впервые зарегистрированы как питающие растения на территории исследований. На 7 редких видах сосудистых растений, занесенных в Красную книгу Казахстана, отмечено 12 видов грибов.
ABSTRACT
On the territory of Syrdarya Karatau 2 species of fungal-like organisms (representatives of the kingdoms Protozoa and Chromista) were found. Imperfect fungi (kingdom Fungi) are represented with 69 species from 42 genera and two classes. 25 species of fungi are new to the Syrdarya Karatau, 5 species of vascular plants are first registered as a host plant in the study area. 12 species of fungi are noted on 7 rare species of vascular plants, listed in the Red Book of Kazakhstan.
Ключевые слова: Сырдарьинский Каратау, несовершенные грибы, грибоподобные организмы, редкие растения, са-протроф, пятнистость листьев, туберкуляриевый некроз, цитоспороз.
Keywords: Syrdarya Karatau, imperfect fungi, fungal-like organisms, rare plants, saprotroph, leaf spot, tubercularious necrosis, cytosporosis.
Предлагаемая статья является заключительной частью ского Каратау и посвящена представителям несовершен-исследований видового разнообразия грибов Каратауско- ных грибов и грибоподобных организмов. го заповедника и сопредельных территорий Сырдарьин- Несосвершенные грибы по встречаемости занимают 4
-2S-
