РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 6, с. 621-631
РАДИОЭКОЛОГИЯ
УДК 574::539.1.04:614.73:63:581.6
СТАТИСТИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПАСТБИЩНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ © 2014 г. С. И. Спиридонов*, В. В. Иванов
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН,
Обнинск
На основе анализа литературной информации рассмотрена целесообразность применения вероятностных подходов к решению задач, связанных с оценкой поступления долгоживущих радионуклидов в продукцию животноводства. Разработаны методы статистического прогнозирования последствий радиоактивного загрязнения пастбищных сельскохозяйственных угодий, реализованные в виде моделей и программных модулей. Эти методы позволяют рассчитывать перенос радионуклидов между звеньями сельскохозяйственной цепочки с учетом вариабельности миграционных параметров, оценивать предельные уровни загрязнения почв на основе заданных уровней риска для производимой продукции и выполнять статистическое согласование нормативов. Продемонстрировано применение разработанных методов с использованием статистических характеристик параметров миграции 137С8 в цепи почва—растительность—животноводческая продукция. Сформулированы направления дальнейшего развития концепции рисков в приложении к оценке радиоэкологических ситуаций, связанных с загрязнением сельскохозяйственных угодий.
Луговые экосистемы, миграция радионуклидов, вариабельность параметров, продукция животноводства, вероятностные методы, концепция рисков.
БО1: 10.7868/80869803114050142
Согласно общей классификации, представленной в документе Международного агентства по атомной энергии [1], можно выделить три типа ситуаций, связанных с радиационным воздействием на население и окружающую среду ("плановые", "непредвиденные" и "существующие"). Потенциальные причины непредвиденных ситуаций (emergency exposure situation) — аварии на объектах ядерного топливного цикла (ЯТЦ), природные катаклизмы, террористические атаки, нацеленные на места хранения высокоактивных отходов и т.д. Уровни и масштабы радиоактивного загрязнения аграрных и природных экосистем в указанных случаях могут достигать существенных значений. Наличие в составе загрязняющих веществ долгоживущих радионуклидов — предпосылка формирования долговременных радиоэкологических последствий непредвиденных ситуаций. Разработка подходов к оценке и устранению таких последствий является важным направлением исследований в рамках практической радиоэкологии. При выполнении этих исследований представляется закономерным использование
* Адресат для корреспонденции: 249032 Обнинск, Калужская обл., ВНИИСХРАЭ; тел.: (48439) 9-69-67; факс: (48439) 6-80-66; e-mail: spiridonov.si@gmail.com.
информации, полученной на основе анализа радиоэкологических ситуаций, относящихся к классу "существующие" [1].
Опыт, накопленный при ликвидации последствий Кыштымской и Чернобыльской аварий, позволил сформулировать концепцию, согласно которой ареал, где отмечается радиационное поражение биоты, существенно меньше территории, на которой исключается или серьезно ограничивается хозяйственная деятельность человека вследствие превышения предельно допустимого содержания радионуклидов в объектах окружающей среды [2]. В этой связи особую значимость приобретают вопросы, связанные с радиоактивным загрязнением почв сельскохозяйственных угодий, являющихся источником миграции радионуклидов по пищевым цепям и их поступления в организм человека.
В рамках анализа долговременных последствий аварийных ситуаций можно выделить две важные практические задачи сельскохозяйственной радиоэкологии:
— адекватная оценка и прогнозирование накопления долгоживущих радионуклидов в сельскохозяйственной продукции ("прямая" задача);
— определение допустимых уровней загрязнения почв с точки зрения получения продукции, удовлетворяющей нормативам ("обратная" задача).
Как показано в [3], при решении этих задач целесообразно использовать вероятностные методы для учета неопределенностей параметров миграции радионуклидов и, в общем случае, других показателей. Так, значения предельно допустимых плотностей загрязнения 137С8 почв сельскохозяйственных угодий, на которых возможно получение нормативно чистой растениеводческой продукции, существенным образом варьируют в зависимости от допустимых рисков ее загрязнения. Следует отметить, что такие вероятностные оценки, выполненные при значениях допустимых рисков загрязнения зерновой продукции 50% [3], вполне согласуются с результатами расчетов, проведенных детерминистским методом [4].
Несколько иная ситуация складывается в рамках решения обратной задачи, направленной на определение допустимых уровней загрязнения почв сельскохозяйственных угодий с точки зрения получения нормативно чистой продукции животноводства. Анализ литературных источников, непосредственным образом включающих значения этих уровней [4, 5], а также содержащих информацию, позволяющую выполнить их оценку на основе детерминистского подхода [6—13], демонстрируют существенную вариабельность результатов. Причиной отмеченных расхождений может быть как фрагментарность данных, связанная с влиянием модифицирующих факторов, так и методы определения усредненных значений миграционных параметров.
Корректное решение упомянутых выше задач сельскохозяйственной радиоэкологии, связанных с оценкой и прогнозированием последствий радиоактивного загрязнения аграрных экосистем, является предпосылкой обоснованной постановки задач управления, направленных на разработку защитных мероприятий и оптимизационных стратегий. Важность этого тезиса подтверждается тем обстоятельством, что финансовые затраты на проведение реабилитационных мероприятий [13] могут достигать значительных величин в условиях широкомасштабного загрязнения сельскохозяйственных угодий.
В этой связи представляется целесообразной фокусировка усилий на отработке подходов к оценке долговременных последствий радиоактивного загрязнения агроэкосистем с учетом вариабельности показателей, определяющих загрязнение сельскохозяйственной продукции. Такие подходы и методы могут быть полезны в
условиях необходимости прогнозирования различного рода непредвиденных радиоэкологических ситуаций, затрагивающих аграрный сектор экономики.
Следует отметить, что на современном этапе развития радиационной экологии значительное внимание уделяется вопросам, связанным с анализом неопределенностей прогностических оценок. Так, в программе стратегических исследований, разрабатываемой ведущими европейскими радиоэкологическими центрами [14], эти вопросы нашли свое отражение в формулировках ключевых направлений планируемых работ.
Цели работы, результаты которой изложены в настоящей статье:
— разработка методов и моделей для статистического прогнозирования последствий радиоактивного загрязнения пастбищных сельскохозяйственных угодий;
— демонстрация этих методов с использованием данных, характеризующих вариабельности параметров миграции 137Сб в цепи почва — растительность — животноводческая продукция.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
За время, прошедшее после аварии на Чернобыльской АЭС, накоплен большой объем данных, характеризующий поведение 137С8 в аграрных экосистемах. Анализ этой информации является закономерным этапом в рамках решения задачи по разработке подходов к оценке допустимых уровней радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий с точки зрения получения нормативно чистой продукции животноводства.
Конкретизируя условия поставленной задачи, примем ряд допущений:
— квазиравновесное состояние радионуклидов (137Сб) в почве в условиях долгосрочного периода после выпадений;
— выпас животных (крупный рогатый скот — КРС) на естественных пастбищах;
— молоко и мясо — в качестве продуктов животноводства, содержание 137С8 в которых должно соответствовать нормативам [15].
Формулировка первого допущения позволяет анализировать обширные массивы данных по коэффициентам накопления 137С8 в системе почва— растения, полученные при установлении равновесия между формами нахождения этого радионуклида в почве. Дополнительным условием является также установление метаболического равновесия 137Сб в организме животных, что дает
возможность использовать значения коэффициентов перехода 137С8 в продукцию [8].
Анализ вариабельности предельных плотностей загрязнения почв. Различия в значениях плотностей загрязнения 137С8 почв, на которых возможен выпас коров при условии получения нормативно чистого молока [15], достигают двух математических порядков [4, 5]. Такая высокая вариабельность обусловлена влиянием совокупности различных факторов, к которым относятся, прежде всего, характеристики конкретных луговых экосистем (особенности почв, тип водного режима и т.д.). Снижение неопределенности в оценке рассматриваемого показателя достигается при группировке данных на основе классификации почв по механическому составу.
На рис. 1 представлены предельные, с точки зрения возможности получения нормативно чистого молока, плотности загрязнения почв 137С8, оцененные по данным литературных источников. Следует подчеркнуть, что все отраженные на графике значения получены в результате усреднения параметров миграции 137С8, включенных в различные информационные выборки. Анализ результатов оценки показывает, что, даже в пределах отдельных групп почв, диапазоны вариабельности усредненных допустимых плотностей загрязнения являются существенными.
К основным причинам вариабельности относятся: влияние неучтенных в рамках классификационной системы факторов, что особенно значимо для небольших выборок; возможные ошибки в получении и интерпретации данных; различия в способах их статистической обработки. Так, расчеты, выполненные с использованием среднеарифметических (АМ) и среднегеометрических (ОМ) значений коэффициентов накопления радионуклидов в луговой растительности и коэффициентов их перехода в молоко [6, 7], различаются в 2—3 раза.
С целью оценки вкладов различных причин (признаков) в неопределенность оценки предель-
«
s «
о «
m «
Л
1-е
а
m
S
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.