РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2013, том 53, № 1, с. 95-103
РАДИОЭКОЛОГИЯ
УДК 574::539.1.04:613.648:539.12.047
ВЕРОЯТНОСТНАЯ ОЦЕНКА НАКОПЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ И ДОПУСТИМЫХ УРОВНЕЙ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ © 2013 г. С. И. Спиридонов*, В. В. Иванов
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН,
Обнинск
Разработаны модели для оценки рисков накопления радионуклидов в сельскохозяйственной продукции и определения допустимых уровней радиоактивного загрязнения почв. Предложенный подход позволяет учесть неопределенности ряда показателей, характеризующих содержание радионуклидов в различных звеньях пищевых цепочек. Модели реализованы в виде программных средств, предназначенных для оперативных расчетов. На конкретных примерах показана обоснованность использования вероятностных методов, по сравнению с детерминистскими, для оценки последствий радиоактивных выпадений. Продемонстрирован универсальный характер зависимости рисков содержания радионуклидов в продукции от плотности загрязнения почв. Установлено, что значения предельных уровней загрязнения сельскохозяйственных угодий существенным образом варьируют в зависимости от величин допустимых рисков. Сформулированы перспективы дальнейших работ в рамках рассматриваемого направления исследования.
Радиоактивное загрязнение, почва, сельскохозяйственная продукция, вероятностные методы, риск превышения нормативов.
БО1: 10.7868/80869803113010153
Почвы сельскохозяйственных угодий, загрязненные в результате радиационных аварий, являются долговременным источником поступления радионуклидов в организм человека вследствие миграции последних по пищевым цепям. Адекватная оценка и прогнозирование накопления долгоживущих радионуклидов в сельскохозяйственной продукции — важная "прямая" задача в рамках решения комплекса проблем, связанных с устранением последствий радиоактивных выпадений. Методы, разрабатываемые для такого рода расчетов, применяются и для решения "обратной" задачи — определения допустимых уровней загрязнения почв с точки зрения получения нормативно чистой продукции. Нормативы содержания радионуклидов в почвах могут использоваться для классификации и зонирования сельскохозяйственных земель, а также выработки реабилитационных стратегий.
Как правило, оценки в рамках решения как "прямой", так и "обратной" задач выполняются на базе детерминистского подхода [1—3]. Его детерминизм связан с тем, что содержания радионуклидов в почве, растениях и других компонентах аграрных экосистем полагаются равными
* Адресат для корреспонденции: 249032 Обнинск, Калужская обл., ВНИИСХРАЭ; тел.: (48439) 9-69-67; факс: (48439) 6-80-66; e-mail: spiridonov.si@gmaii.com.
усредненным значениям, которые используются для прогностических расчетов. Следует подчеркнуть, что при таком подходе не учитываются неопределенности рассматриваемых показателей, формируемые под воздействием множества случайных факторов. В этой связи возникает необходимость применения вероятностных методов, что особенно важно для решения практически значимых экономических вопросов, касающихся производства и последующего использования продукции, полученной на загрязненных радионуклидами сельскохозяйственных угодьях.
Ключевой вероятностной характеристикой является риск получения продуктов питания, не соответствующих принятым санитарно-гигиеническим нормативам [4]. В наиболее общем виде риск (Я) представляет собой долю продукции, содержащую радионуклиды с концентрациями, превышающими нормативные значения:
Я = У/У>, (1)
где У — количество загрязненной продукции, У0 — суммарный объем продукции. Использование этого показателя вполне уместно и корректно для анализа и обеспечения продовольственной безопасности, а также страхования агропроизвод-ства на загрязненных и реабилитируемых после радиационных аварий территориях.
Оценка рисков получения загрязненной продукции может быть выполнена эмпирическим методом на основе данных лабораторных анализов проб, содержащих радионуклиды. Такой метод весьма затратен по сравнению с расчетными подходами на основе моделей, различающихся уровнями детализации с точки зрения представления аграрной системы. В работе [5] представлена статистическая модель для расчета вероятностей превышения нормативов содержания 137С8 в животноводческой продукции в районах Брянской области, подвергшихся радиоактивным выпадениям после аварии на Чернобыльской АЭС. При параметризации этой модели использованы экспериментальные данные по загрязнению продукции, полученной в конкретных хозяйствах, вследствие чего она применима при соблюдении совокупности региональных условий. Аналогичный подход к расчету рисков, основанный на обработке фактической информации, характеризующей содержание 137С8 в продукции растениеводства, применялся для хозяйств южных районов Калужской области [6].
В то же время необходимость решения проблем, связанных с оптимизацией сельскохозяйственного производства в хозяйствах, расположенных на радиоактивно загрязненных территориях, требует более детализированного подхода, в рамках которого рассматривается ряд показателей, определяющих уровни загрязнения продукции. К ним относятся распределения плотности радиоактивного загрязнения почв и статистические характеристики параметров миграции радионуклидов по пищевым цепям. Применение вероятностных методов для оценки каждого из этих показателей позволяет разработать гибкие "инструменты" для выполнения сценарных расчетов, нацеленных на выработку стратегий применения защитных мероприятий, с учетом различного рода неопределенностей.
Цель работы, результаты которой изложены в настоящей статье — разработка методов, моделей и программных средств для вероятностной оценки поступления радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию и определения статистически достоверных допустимых уровней радиоактивного загрязнения почв.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Как отмечено выше, вариабельности содержания радионуклидов в почве, основе пищевых цепочек, и миграционных параметров вносят неопределенность в значения итоговых показателей — концентраций радиоактивных веществ в продукции растениеводства и животноводства.
В общем случае, функция плотности загрязнения сельскохозяйственных земель от координат местности имеет две составляющие [7]:
— тренд, обусловленный генеральной неоднородностью радиоактивных выпадений;
— случайная составляющая, характеризующая микронеоднородность загрязнения территории.
В некоторых радиоэкологических ситуациях наблюдается существенная неравномерность радиоактивных выпадений, в результате чего распределение плотности загрязнения почвы не подчиняется нормальному или логнормальному законам. Такая ситуация характерна для некоторых испытательных площадок Семипалатинского испытательного полигона (СИП), на территории которых произошло наложение следов от ядерных взрывов. В рамках решения задач, связанных с оценкой поступления долгоживущих радионуклидов в продукцию животноводства на СИП, неоднородность плотностей загрязнения ареалов выпаса сельскохозяйственных животных учитывалась двумя методами. Первый, аналитический метод основан на описании эмпирических частотных распределений этих показателей в виде суперпозиции двух функций у-распределения [8]. На втором этапе расчетов, выполненных методом Монте-Карло, в качестве входной информации были заданы не только экспериментальные данные по плотностям загрязнения почвы, но и распределения параметров миграции радионуклидов
[9].
Радиоактивное загрязнение полей, входящих в состав хозяйств Российской Федерации на территориях, подвергшихся чернобыльским выпадениям, носит безградиентный характер. В пределах безградиентных площадок плотность загрязнения почвы имеет случайный характер и подчиняется теоретическим законам распределения вероятностей [7]. Однако в рамках существующей практики радиологического обследования данные по этому показателю для конкретных полей представляются в виде усредненных ("точечных") оценок [10]. Это обусловлено принятыми шаблонами представления информации и может быть оправданно в условиях невысокой вариабельности плотностей загрязнения почв.
Общепринятыми характеристиками интенсивности переноса радиоактивных веществ в системе почва — растения являются коэффициенты накопления (КН), равные отношениям концентраций радионуклидов в растениях к их концентрациям в почве. В общем случае, значения КН зависят от формы выпадений, свойств почв и растений, особенностей ведения сельскохозяйственного производства, а также времени, прошедшего после радиоактивных выбросов.
Так, в первые годы после чернобыльских выпадений в водорастворимой форме КН 137С8 суще-
ственным образом снижались в результате совокупности почвенных процессов [11]. Однако в отдаленный период после аварии в результате установления квазиравновесия между формами долгоживущих радионуклидов, находящихся в почве, значения КН стабилизировались. Это дает возможность применения статических моделей для расчета поступления радиоактивных веществ из почвы в растения и решения "обратной" задачи, связанной с оценкой допустимых уровней загрязнения почвы.
Процесс переноса радиоактивных веществ по пищевым цепочкам активно изучался на протяжении ряда десятилетий, сразу после начала использования ядерной энергии в военных и мирных целях. В результате исследований накоплен большой объем информации, характеризующей значения КН для различных радионуклидов. Эта информация систематизирована в рамках баз данных [12, 13], которые применяются для решения научных и прикладных проблем радиационной экологии.
Многолетнее изучение процессов перехода радионуклидов из почвы в растения достоверно указывает на многофакторную природу коэффициента накопления (КН), зависящего от ряда физико-химических и биологических показателей. При фиксированных значениях этих факторов КН считается случайной величиной, аппроксимируемой некоторыми из известных распределений (нормальным и логнормальным) [7]. Принято считать, что случайная величина X имеет логнор-мальное распределение, если дру
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.