КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ПАСКЕВИЧ СЕРГІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ

УДК 577.43:539.163

Радіаційна вагомість фітоценозів лук та перелогів Чорнобильської зони
відчуження на етапі пізньої фази аварії

03.00.01 — радіобіологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ — 2006

Дисертацію є рукопис

Робота виконана у відділенні проектування об’єктів

з радіаційними та ядерними технологіями Інституту

проблем безпеки АЕС НАН України

Науковий керівник: доктор біологічних наук,

старший науковий співробітник

Іванов Юрій Олександрович,

Чорнобильський Центр з проблем ядерної безпеки,

радіоактивних відходів і радіоекології

при Кабінеті Міністрів України,

головний науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Войціцький Володимир Михайлович,

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка,

професор кафедри біохімії

доктор біологічних наук,

Кутлахмедов Юрій Олексійович,

Інститут клітинної біології та генетичної інженерії

НАН України,

завідувач лабораторії радіоекології

відділу біофізики та радіобіології

Провідна установа: Науковий центр радіаційної

медицини АМН України, м. Київ

Захист відбудеться “29” серпня 2006 р. о 12 00 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 Київського національного

університету імені Тараса Шевченка за адресою:

м. Київ, пр-т Глушкова, 2, корпус 12, біологічний факультет, ауд. 434.

Поштова адреса: 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 64, Київський

національний університет імені Тараса Шевченка, біологічний факультет,

спеціалізована вчена рада Д 26.001.24.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського

національного університету імені Тараса Шевченка за адресою:

м. Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий “_21_” ____липня____________2006 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради
Т.Р.Андрійчук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У випадку радіонуклідного забруднення території
природні та штучні лучні фітоценози є критичною ланкою міграції
радіонуклідів у ланцюзі “випадіння — ґрунт — рослини — тварини — людина”
та, відповідно, одним з найвагоміших джерел у формуванні дозових
навантажень на людину при пероральному надходженні радіонуклідів в
організм з продукцією тваринництва (Корнеев и др., 1987; Анненков и др.
1991; Пристер, 1991, 1999; Фирсакова, 1992; Фесенко и др., 1995;
Алексахин, 1996; Иванов, 1997 ).

Фундаментальні дослідження радіаційного стану лучних фітоценозів
протягом ранньої та середньої фаз радіаційної аварії на ЧАЭС дозволили
оцінити основні закономірності перерозподілу радіонуклідів аварійного
походження в компонентах даних ценозів, а також уточнити результати, які
було отримано в дочорнобильський період (Fredriksson et al, 1970;
Расселл, 1971; Корнеев, 1973; Тюрюканова, 1974; Фирсакова, 1974).

На етапі пізньої фази (віддалений період) аварії інтенсивність переходу
радіонуклідів в рослини знижується істотно меншими темпами в порівнянні
з початковими фазами. Динаміка змін структури фітоценозів лук та
перелогів Чорнобильської зони відчуження (ЗВ) у віддалений період аварії
призводить до уповільнення темпів зниження переходу радіонуклідів у
рослинність. За таких умов найвагомішими факторами, що визначають
інтенсивність та динаміку переходу радіонуклідів у рослини, а також їх
розподіл у грунтово-рослинному покриві, є зміни видової структури і
продуктивності трав’янистих угруповань лук та перелогів ЗВ. В той же
час, саме ці показники стану фітоценозів ЗВ є найменш вивченими.

Оцінка радіаційної вагомості трав’янистих ценозів ЗВ з точки зору
формування дозових навантажень на населення за умов реабілітації окремих
ділянок території ЗВ повинна базуватись на даних про запаси
радіонуклідів у фітоценозах та потоків радіонуклідів в їх межах.

Науково обґрунтована підтримка прийняття рішень по плануванню та
практичній реалізації заходів з реабілітації відчужених територій, у
тому числі, їх повернення до господарського використання можлива, в
першу чергу, за умови застосування оцінок, що відображають
довготермінову динаміку радіаційної вагомості трав’янистих фітоценозів
ЗВ у віддалений період аварії.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота
виконувалась в межах плану НДР МНС України за такими темами: „Оцінка
розподілу та потоків міграції стронцію-90 в біоценозах ЗВ”
(№ держреєстрації 0199U002632), „Оцінка і прогноз динаміки надходження
стронцію-90 по харчовому ланцюгу в організм „самоселів” у ЗВ”
(№ держреєстрації 0199U002619), “Розробка концептуальних основ
комплексної реабілітації території ЗВіЗБ(О)В” (№ держреєстрації
0199U002617).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи було проведення оцінки
радіаційної вагомості трав’янистих фітоценозів лук та перелогів ЗВ на
етапі пізньої фази аварії з урахуванням ландшафтних особливостей
території.

Для досягнення поставленої мети передбачалося вирішити такі завдання:

встановити ботанічну структуру фітоценозів лук і перелогів ЗВ та
визначити загальну продуктивність надземної фітомаси, встановити вагові
характеристики елементів структури фітоценозів;

встановити параметри міграції 90Sr та 137Cs в ґрунтах ЗВ та оцінити
запаси біогенно-фіксованих 90Sr та 137Cs у надземній фітомасі лук та
перелогів ЗВ у залежності від ландшафтно-екологічних умов;

провести кількісну оцінку біогенних потоків 90Sr та 137Cs в фітоценозах
лук і перелогів ЗВ та визначити вплив ландшафтних умов, а також
метеорологічних умов вегетаційного сезону на інтенсивність даних
процесів;

за допомогою засобів комп’ютерного картографування (геоінформаційних
систем — ГІС) провести просторовий аналіз запасів біогенно-фіксованих
90Sr та 137Cs на території ЗВ та створити карто-схеми просторових оцінок
запасів радіонуклідів;

оцінити можливість реабілітації відчужених територій з використанням
прогностичних оцінок дозових навантажень на потенційних жителів
реабілітованих територій.

Об’єкт дослідження – процеси міграції 137Cs та 90 Sr у ланці
“ґрунт-рослина” на етапі пізньої фази аварії, які характерні для
фітоценозів лук та перелогів ЗВ, взаємозв’язки між радіоекологічними
показниками та природними умовами середовища.

Предмет дослідження – фітоценози лук та перелогів ЗВ, міграційні ланцюги
137Cs та 90Sr у системі » ґрунт-рослина».

Методи дослідження: агрохімічні (визначення агрохімічних властивостей
ґрунтів), гамма-спектрометричні та радіохімічні (визначення вмісту 137Cs
і 90Sr в зразках ґрунту та рослинності), математичне моделювання
(прогнозування міграції радіонуклідів в ґрунтах, оцінка дозових
навантажень на населення), а також методи математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше оцінено величини потоків
90Sr та 137Cs в фітоценозах лук та перелогів, які базуються на
дослідженнях міграції радіонуклідів на рівні рослинного угруповання.
Проведені геоботанічні та ландшафтні дослідження дозволили провести
ваговий аналіз структурних компонентів рослинних угруповань, що
сформувались на луках і перелогах ЗВ та встановити величини виносу 90Sr
та 137Cs в кожному елементі ценозу.

Вперше проведено геоботанічний аналіз структури типових угруповань лук
та перелогів ЗВ, що дозволило встановити зведені значення коефіцієнту
переходу (КП) 90Sr та 137Cs в біомасу рослинних угруповань. Для 90Sr
значення зведеного КП знаходяться в межах від 5,8 до
31,0 Бк(кг-1/кБк(м-2, для 137Cs — від 0,4 до 14,4 Бк(кг-1/кБк(м-2.
Реалізація такого підходу дозволила оцінити потоки радіонуклідів через
рослинні угруповання лук та перелогів на етапі пізньої фази радіаційної
аварії.

На основі просторового аналізу, оцінено можливі дози опромінення
населення в разі нового заселення ЗВ та визначено ділянки, на яких річні
значення ефективної дози опромінення населення знаходиться в межах
1 мЗв(рік-1.

Практичне значення одержаних результатів. Експериментальні дані,
результати теоретичного узагальнення та висновки, що містить
дисертаційна робота, розширюють та уточнюють існуюче уявлення про
поведінку 90Sr та 137Сs в умовах трав’янистих ценозів у пізній фазі
радіаційної аварії.

На основі існуючих інструктивно-методичних вказівок запропоновано
алгоритм щодо оцінки доз внутрішнього опромінення потенційного населення
на території ЗВ за рахунок надходження 90Sr пероральним шляхом для
територій з різними формами радіоактивних випадінь. Отримані результати
можуть бути застосовані для розробки концептуальних підходів при
проведенні реабілітаційної діяльності на території ЗВ.

Отримані результати досліджень було застосовано при розробці
техніко-економічних обґрунтувань інвестицій для будівництва об’єктів на
території ЗВ, при проведенні оцінок впливів на навколишнє середовище, а
саме — в “Робочому проекті заходів по стабілізації об’єкту «Укриття», в
“Концептуальному проекті будівництва та експлуатації Нового Безпечного
Конфайнменту”, “Техніко-економічному обґрунтуванні вибору майданчика для
будівництва Центрального сховища відпрацьованого ядерного палива ВВЕР на
території ЗВ”.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом особисто було виконано польові
дослідження, камеральна підготовка зразків до радіометричних,
радіохімічних та агрохімічних аналізів, математична обробка отриманих
результатів та виконано прогнозні розрахунки, моделювання та обчислення
даних засобами ГІС. Теоретичний аналіз і узагальнення отриманих
результатів проведено спільно з науковим керівником.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи
було представлено на: Науковій конференції “Проблеми екологічної безпеки
та керованого контролю динамічних-техногенних систем” (Львів, 1996);
науково-практичних конференціях “Наука-Чорнобиль” (Київ, 1997; 1998;
1999); міжнародних наукових зібраннях “Третий съезд по радиационным
исследованиям” (Росія, Москва, 1997); IV Міжнародній конференції
“Наукові, технічні та соціальні аспекти закриття ЧАЕС” (Славутич, 2000);
VI щорічній конференції Міжнародного Чорнобильського центру «Міжнародне
співробітництво-Чорнобилю» (Славутич, 2003); Международной научной
конференции „Лес. Человек. Чернобыль” (Бєларусь, Гомель, 2004), “2nd
International conference — Radioactivity in the environment” (France,
Nice, 2005).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 17 наукових праць, з
яких 3 статті у фахових виданнях, які затверджені переліком ВАК України,
13 тез наукових конференцій, співавтор 1 монографії.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація викладена на 111 сторінках
друкованого тексту, містить 59 таблиць та 19 рисунків. Робота
складається зі вступу, огляду літератури, опису матеріалів та методів
дослідження, результатів дослідження та їх обговорення, заключення,
висновків, списку використаних джерел (193 посилання) та шести додатків.

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Для вирішення поставлених завдань було закладено сітку стаціонарних
пробовідбірних площадок (СПП), якими було охоплено основні типи лук та
перелогів, що знаходяться на території ЗВ (рис. 1). Розміщення СПП
виконували з урахуванням геологічних та ландшафтних умов території (тип
і підтип ґрунту, рельєф місцевості та ін.).

Рис. 1. Схема розподілу лук та перелогів на території ЗВ та розміщення
стаціонарних пробовідбірних площадок

Дослідження проводились впродовж вегетаційних періодів 1996 — 1999 рр.
Було закладено 33 СПП розміром 0,25 га, що охоплюють одноманітну за
видовим складом рослинність даного екотопу (луки чи перелогу). За час
виконання роботи було відібрано 250 усереднених проб ґрунту і близько
3000 проб трав’янистої рослинності. Біологічну продуктивність та
динаміку органічної маси в фітоценозах вивчали у відповідності до
“Программа и методика биогеоценологических исследований” (1974) та
згідно до методики (Родин и др., 1968).

Відбір спряжених ґрунтових та рослинних проб виконували в 3-х разовій
повторності. Підготовку проб до вимірів виконували відповідно до
“Методичних рекомендацій по відбору проб ґрунту для радіоізотопного
аналізу при обстеженні сільгоспугідь” (МНС України, 1991).

Вміст 137Cs в ґрунтових та рослинних пробах визначали за допомогою
гамма-спектрометричних комплексів фірм “Ortec” и “Canberra” у ДСНВП
„Екоцентр”. Визначення 90Sr виконували зі застосуванням радіохімічної
методики з використанням рідинного сцинтиляційного лічильника
“Quantulus” (Suomela et al, 1993).

КП 137Cs та 90Sr визначали як відношення вмісту радіонукліда в рослинах
(Бк(кг-1) до щільності забруднення ґрунту (кБк(м-2). Розрахунок
параметрів вертикального переносу 137Cs в ґрунтовому профілі виконували
за допомогою двохкомпонентної конвективно-дифузної моделі (Левчук и др.,
1993).

Розрахунки дозових навантажень на потенційне населення ЗВ (зовнішнє
опромінення від 137Cs та внутрішнє опромінення за рахунок перорального
надходження 137Cs та 90Sr) за станом на 2004 рік виконували, керуючись
інструктивно-методичними вказівками “Реконструкція та прогноз доз
опромінення населення, яке проживає на територіях України, що зазнали
радіоактивного забруднення внаслідок аварії на ЧАЕС”. Забруднення
продуктів харчування 90Sr оцінено з урахуванням фізико-хімічних форм
випадінь (Кашпаров та ін., 2003).

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Геоботанічна характеристика лук та перелогів. Трансформація видового
складу фітоценозів ЗВ за післяаварійний період відбулась згідно до
едафічних умов виростань, що обумовило формування трав’янистих
угруповань з різними видами рослин, ботанічний склад яких визначається
їх відношенням до трофності та вологості ґрунту.

Дослідженнями було ідентифіковано 214 видів рослин, які належать до 39
ботанічних родин. Для умов позазаплавних лук ідентифіковано два найбільш
типових угруповання – різнотравно-куничникове та різнотравно-осокове. В
умовах різнотравно-куничникового угруповання було ідентифіковано 17
видів, які належать до 13 ботанічних родин. В різнотравно-осокових
угрупованнях позазаплавних лук структура фітоценозу налічувала 63 види,
які належать до 20 родин. Для даних угруповань була відмічена досить
виражена зміна видової структури протягом сезону вегетації. Найбіднішу
видову структуру мали овечекострицеві угруповання (10 видів).

Просторова характеристика лук та перелогів представлена в табл. 1 та
рис. 1. Основна частина лук ЗВ розміщується в заплавах, позазаплавні
лучні угруповання складають 8,4% від загальної площі лук.

Таблиця 1

Площі лук та перелогів на території ЗВ

Тип угруповання Площа, км2

Заплавні різнотравно-злакові луки 230,8

Заплавні сухотравно-дрібнозлакові луки 33,2

Заплавні злаково-бобово-різнотравні луки 23,9

Позазаплавні злаково-бобово-вологотравні луки 17,3

Позазаплавні сухотравно-злакові луки 9,7

Перелоги на осушених територіях 322,6

Перелоги в умовах природного зволоження 266,5

Отримані результати щодо видової структури трав’янистих угруповань лук
та перелогів ЗВ були прийняті за основу при встановлені зведених КП
137Cs та 90Sr для кожного типу угруповання ЗВ.

Оцінка продуктивності фітоценозів. У гідроморфтних ландшафтах, за умов
надлишкової зволоженості ґрунту, продуктивність фітоценозів є
максимальною. Особливістю таких угруповань є позитивна динаміка
утворення надземної органічної речовини протягом вегетаційного сезону.
Сезонне збільшення продуктивності живої фітомаси лук в середньому
складає біля двох разів. Найбільше наростання живої фітомаси упродовж
вегетації, було зафіксовано для пирійно-куничникових угруповань
різнотравно-злакових лук ЗВ.

Порівняння амплітуди змін продуктивності живої фітомаси в міжрічному
терміні показало наявність зв’язків між умовами вегетаційного сезону та
процесами утворення фітомаси. Майже для всіх угруповань лук зафіксовано
достовірне зменшення продуктивності живої фітомаси в 1997 та 1999 роках,
коли сума опадів за вегетаційний період була суттєво меншою ніж в інші
роки.

Відмирання живої фітомаси в умовах гідрофітних угруповань відбувається
інтенсивніше ніж в угрупованнях сухих місць виростання. Сезонна та
міжрічна динаміка утворення даного компоненту фітоценозу вказує на
тісний зв’язок з метеорологічними умовами вегетаційного сезону.

Запаси підстилки в фітоценозах лук ЗВ при сприятливих метеорологічних
умовах, майже вдвічі більші ніж запаси живої фітомаси, що доводить
важливість радіоекологічного аналізу вказаного компоненту для
встановлення кількісних параметрів біогенної міграції радіонуклідів
біоценозах (рис. 2).

Рис. 2. Запас надземної біомаси в компонентах фітоценозів лук та
перелогів

Найбільшою продуктивністю характеризуються вологотравно-пирійні та
осоково-вологотравні угруповання, які сформовані на торф’яних та
болотних ґрунтах заплав та в безстічних зниженнях. У більшості
угруповань лук та перелогів підстилка є досить вагомим компонентом і
складає від 40 до 60 % надземної біомаси угруповання.

Фізико-хімічний стан радіонуклідів в ґрунтах. Вміст рухливих форм
радіонуклідів у ґрунтах суттєво залежав від фізико-хімічних властивостей
і водного режиму ґрунтів, на яких сформовані трав’янисті ценози,
фізико-хімічних форм випадань і динаміки їхньої трансформації. Вміст
водорозчинних форм 137Cs у ґрунтах в 1997-1998 рр. складав 0,01-0,24%;
вміст іонообмінних форм 137Cs — 0,9-12,0% від сумарного запасу. Зміни в
зволоженності ґрунтів суттєво впливає на співвідношення різних
фізико-хімічних форм 90Sr і 137Cs. Так, при підвищенні вологості ґрунтів
вміст водорозчинного 90Sr змінюється незначно, а вміст цих же форм 137Cs
збільшується у 10-15 разів.

Вертикальна міграція радіонуклідів в ґрунтах. Інтенсивність вертикальної
міграції радіонуклідів в ґрунтах суттєво залежить від положення в
ландшафті, фізико-хімічних властивостей і водного режиму ґрунтів,
фізико-хімічних форм випадань і динаміки їхньої трансформації. Для
суходільних ландшафтів характерний експоненціальний розподіл 137Сs у
ґрунтовому профілі, що свідчить про перевагу дифузійного механізму
переносу. Параметри міграції 137Cs в ґрунтах розраховано за допомогою
двохкомпонентної конвективно-дифузійної моделі (табл. 2).

Таблиця 2

Параметри міграції 137Cs в ґрунтах трав’янистих фітоценозів ЗВ

Тип ґрунту d D1* D2 * V1* V2* T1/2(еф)

років T1/2(екол)

років

см2(рік-1 см(рік-1

Дерново-слабопідзолистий 0,61 0,04 3,1 0,050 0,050 17,0(2,6 39,0(6,0

0,65 0,16 3,5 0,001 0,001 12,5(2,0 21,0(3,4

0,75 0,21 7,9 0,006 0,006 14,5(2,9 28,0(5,6

Торф’яно-глейовий 0,47 0,044 5,6 0,001 0,001 13,5(3,4 25,0(6,2

Торф’яно-глейовий 0,45 0,29 0,08 0,13 0,66 8,2(2,4 11,0(3,3

Перегнійно-глейовий 0,52 0,91 7,4 0,090 2,5 8,8(1,9 12,0(2,6

* — відносна похибка параметрів складає: для D1, D2 -до 30%; для V1, V2
-до 50%.

де: d — частка швидко мігруючої фракції;

D1, D2 – коефіцієнти дифузії, повільно та швидко мігруючих фракцій;

V1,V2 – швидкості конвективного переносу повільно та швидко мігруючих
фракцій;

T1/2(еф) – ефективний період напівочищення кореневмісного шару ґрунту,
який враховує фізичний розпад радіонукліду;

T1/2(екол) – екологічний період напівочищення кореневмісного шару
ґрунту.

В ґрунтах гідроморфного ряду інтенсивність міграційних процесів вища,
ніж в ґрунтах автоморфного ряду. Основне перенесення радіонуклідів
відбувається за рахунок швидко мігруючих фракцій, як за механізмом
дифузії, так і конвективного переносу. Для торф’яних та
перегнійно-глеєвих грунтів характерна міграція 137Сs як в складі
повільно, так і в складі швидко мігруючої фракції.

Оцінка виносу 137Cs та 90Sr структурними компонентами фітоценозів лук та
перелогів. На основі отриманих результатів дослідження продуктивності
структурних компонентів угруповань та вмісту в них 137Cs та 90Sr
виконано оцінки виносу радіонуклідів. Встановлено (рис. 3), що
найбільшим виносом 90Sr характеризуються пирійні угруповання.

Рис. 3. Винос 90Sr компонентами надземної фітомаси лук та перелогів, %
від загального запасу в ґрунті

В фітомасі цих угруповань знаходиться близько 1% 90Sr, що знаходиться в
ґрунті, при цьому біля 60 % від загального запасу депонується в
підстилці. Це засвідчує здатність 90Sr до підвищеної міграції в умовах
ґрунтового покриву з легким механічним складом. Накопичення 137Cs має
певні відмінності від накопичення 90Sr (рис. 4).

Винос 137Cs біомасою угруповань, що сформовані на торф’яних ґрунтах,
майже в 20 разів перевищує розміри виносу цього радіонукліду пустищними
угрупованнями, які сформовані на дерново-підзолистих піщаних ґрунтах. В
умовах осоково-вологотравних та вологотравно-пирійних угрупованнях винос
137Cs складає 0,4-0,7 % від загального запасу цього радіонукліду у
ґрунті. Для угруповань пустищного типу, винос 137Cs складає близько
0,03 %. При цьому, значна частина цього радіонукліду депонується в
підстилці. Винос 90Sr на дерново-слабопідзолистих та дерново-глейових
ґрунтах істотно перевищує (в 100 і більше разів) винос 137Cs.

Дефіцит доступного для живлення рослин кальцію обумовлює інтенсивний
потік 90Sr до надземної фітомаси, розміри якого в більшості співставні з
гідрофітними угрупованнями, продуктивність яких в 2-10 разів вища, ніж
продуктивність ценозів сформованих на дерново-слабопідзолистих ґрунтах.

Рис. 4. Винос 137Cs компонентами надземної фітомаси лук та перелогів, %
від загального запасу в ґрунті

Оцінка біогенних потоків 137Сs та 90Sr в фітоценозах лук та перелогів
ЗВ. Протягом досліджень було встановлено величини КП 90Sr та 137Cs для
кожного виду рослин в угрупованнях лук та перелогів ЗВ. На основі
отриманих значень КП були розраховані зведені значення КП 90Sr та 137Cs
для окремого трав’янистого угруповання (рис. 5, 6). Виконана уніфікація
значень КП дозволяє більш коректно розрахувати винесення радіонуклідів в
межах окремого угруповання, оскільки значення КП, які розраховані
виключно за домінуючим видом можуть суттєво відрізняються від величин КП
розрахованих з урахуванням усіх видів трав’янистого угруповання (табл.
3).

Таблиця 3

Зведені значення КП 90Sr та 137Cs для головних типів угруповань лук та
перелогів ЗВ, Бк(кг-1/кБк(м-2

~

?

a

ae

?

ae

ae

( * , „ A oe X

?

e

o

?

?

?

?

?

?

?

????l??????” ”?”AE”E”E”I”uuuuu=»kd

akdI

G

Перелоги в умовах природного зволоження 31,0(2,9 0,4(0,2

Перелоги на осушених територіях 24,1(2,3 1,5(0,7

Заплавні різнотравно-злакові луки 22,3(2,0 0,4(0,1

Заплавні злаково-бобово-різнотравні луки 18,7(2,2 14,4(3,9

Позазаплавні злаково-бобово-вологотравні луки 10,4(1,2 0,1(0,06

Позазаплавні сухотравно-злакові луки 6,5(0,6 3,3(0,8

Просторова характеристика розподілу зведених значень КП 90Sr та 137Cs
представлено на рис. 5, 6.

Рис. 5. Картосхема КП 90Sr для основних трав’янистих угруповань ЗВ

Рис. 6. Картосхема КП 137Cs для основних трав’янистих угруповань ЗВ

Так, наприклад, значення КП 90Sr для осоки пухирчастої, яка є домінантом
різнотравно-осокового угруповання, складає 13,1, а КП розраховане з
урахуванням видової структури даного угруповання (тобто з урахуванням
вагових часток інших видів фітоценозу) складає 20,3 Бк(кг-1/кБк(м-2.

Базуючись на даних про площі та щільність забруднення грунту 90Sr та
137Cs, а також зведених значеннях КП 90Sr та 137Cs визначено запаси
радіонуклідів в надземній біомасі (табл. 4). Найбільший запас 90Sr
визначено для угруповань перелогів, які сформувались на осушених
територіях. Щорічно в даних фітоценозах 90Sr накопичується близько
6,6(1011 Бк.

Таблиця 4

Запаси 137Cs та 90Sr в надземній біомасі лук та перелогів ЗВ, Бк

Біоценоз Запас радіонукліда, (1011 Бк

90Sr 137Cs

Позазаплавні сухотравно-злакові луки 0,039(0,012 0,003(0,001

Заплавні сухотравно-дрібнозлакові луки 0,10(0,03 0,060(0,023

Позазаплавні злаково-бобово-вологотравні луки 0,37(0,14 0,011(0,004

Заплавні злаково-бобово-різнотравні луки 2,7(0,9 4,8(1,8

Заплавні різнотравно-злакові луки 3,0(1,1 0,42(0,18

Перелоги в умовах природного зволоження 5,2(2,1 0,39(0,16

Перелоги на осушених територіях 6,6(2,0 2,1(0,9

Усього 18(7 7,8(2,5

Найбільший запас 137Cs в надземній біомасі трав’янистих угруповань ЗВ
встановлено для угруповань лук, що розміщуються в заплавах
(4,8(1011 Бк). Загальний запас 90Sr в надземній фітомасі лук та
перелогів ЗВ складає 1,8(1012 Бк, а запас 137Cs 7,8(1011 Бк.

Оцінка можливостей реабілітації ЗВ на основі оцінок потенціальних
дозових навантажень. Аналіз існуючих інструктивно-методичних вказівок
“Реконструкція та прогноз доз опромінення населення, яке проживає на
територіях України, що зазнали радіоактивного забруднення внаслідок
аварії на ЧАЕС” (МОЗ України, 1997) та методики прогнозування
забруднення 90Sr продуктів харчування з урахуванням фізико-хімічних форм
випадінь (Кашпаров та ін., 2003), дозволив провести оцінки сумарних
ефективних доз опромінення потенційного населення на території ЗВ у
різних ландшафтно-геохімічних умовах території ЗВ на паливних і
конденсаційних слідах випадань (рис. 7). При цьому оцінено внесок
кожного з шляхів опромінення в формування загальної дози від 90Sr та
137Cs.

Рис. 7. Карто-схема значень дозових навантажень на потенційне населення

Встановлено, що співвідношення між внеском кожного з шляхів опромінення
в формування загальної дози опромінення від 90Sr і 137Cs є величинами
надзвичайно динамічними та мінливими в залежності від ландшафтних умов
території. Так, в умовах болотних ґрунтів внесок внутрішнього
опромінення від 90Sr складає від 2 до 40% від загальної дози
опромінення. Встановлена динаміка є наслідком різної забезпеченості
ґрунтового розчину рухомими формами кальцію, вміст яких для даних
ґрунтових умов коливається від 2,53 до 35,7 мг(екв/100 г ґрунту. Для
ґрунтів з легким механічним складом та промивним режимом зволоження
характерним є низький вміст рухомих форм кальцію. Вказані ґрунти мають
низькі рівні рН, що обумовлюють вилуговування 90Sr з паливних частинок
та надходження його обмінних форм до ґрунтового розчину. Вказані
ґрунтові умови обумовлюють високий внесок 90Sr в формуванні рівнів
опромінення потенційного населення. Так для дерново-слабопідзолистих
супіщаних ґрунтів, рівень рН яких складає 5,0 — 5,6, а вміст рухомого
кальцію складає від 0,56 до 6,1 мг(екв/100 г ґрунту, внесок внутрішнього
опромінення від 90Sr може складати від 25 % до 77 %.

Виділено ділянки, які за своїми радіоекологічними умовами є відносно
безпечними для постійного проживання населення. Загальна площа ділянок
ЗВ, на яких згідно отриманих оцінок середньорічні дози опромінення не
будуть переважати 1 мЗв — складає 284 км2 (270 південній та 14 км2
південно-західній частинах ЗВ). Визначено радіаційну вагомість кожного з
продуктів, що складають раціон харчування потенційного населення в
формуванні внутрішнього опромінення від 90Sr. Вагомість продуктів, за
рівнями внеску в формування дози, мають наступну послідовність: зерно
озимих ( картопля ( овочі ( молоко ( фрукти ( м’ясо.

Забруднення ґрунту радіонуклідами для даних ділянок знаходиться в межах
від 1 до 40 кБк(м-2 за 90Sr, та від 15 до 200 кБк(м-2 за 137Cs. Потрібно
відмітити, що термін “відносно безпечні умови” свідчить про те, що на
частинах територій, які визначені як радіаційно-безпечні існують
локальні ділянки (площею від 1 до 10 га) на яких сумарні дози
опромінення населення будуть перевищувати 1 мЗв(рік-1 (до 3 мЗв(рік-1).

Наявність таких мозаїчних умов щодо формування величини дозових
навантажень було встановлено для ділянок, що розташовані в
південно-східній та південній частині ЗВ. Крім того, на територіях
найпридатніших до проведення реабілітаційної діяльності (південна
частина зони відчуження) основний внесок в опромінення потенційного
населення буде обумовлюватись надходженням радіостронцію з продуктами
харчування.

ВИСНОВКИ

На основі геоботанічного аналізу структури фітоценозів лук та перелогів
Чорнобильської зони відчуження оцінено їх радіаційну вагомість у
віддалений період аварії. Вивчено закономірності формування та оцінені
кількісні параметри радіоекологічної ситуації в названих ценозах з
урахуванням ландшафтних особливостей території, на основі чого виконано
оцінки можливих дозових навантажень на потенціальне населення в разі
реабілітації території.

Вирішальним фактором від якого залежить продуктивність трав’янистих
угруповань лук та перелогів ЗВ є ландшафтне розташування. Найбільшою
продуктивністю надземної фітомасси характеризуються заплавні луки (до 4
т(га-1), найменшою — луки з сухотравно-дрібнозлаковою рослинністю (~ 0,6
т(га-1).

Інтенсивність міграції 137Cs в ґрунтах гідроморфного ряду вища, ніж в
ґрунтах автоморфного ряду, ефективні періоди напівочищення
кореневмісного шару ґрунтів від 137Cs у віддалений період радіаційної
аварії варіює в межах 8,2 — 17 років, екологічні періоди напівочищення –
11-39 років. Зведені значення КП 90Sr в біомасу травостанів варіюють від
5,8 Бк(кг-1/кБк(м-2 для заплавних різнотравно-злакових луків до 31,0
Бк(кг-1/кБк(м-2 для перелогів в умовах природного зволоження. Найвищі
значення КП 137Cs визначені для фітоценозів лук в заплавах, найменші–
для позазаплавних злаково-бобово-вологотравних лук. Винесення 137Сs
рослинами протягом вегетаційного сезону значно збільшується. Найбільшими
значеннями винесення радіонуклідів характеризуються біотопи на ділянках
з надлишковою зволоженістю.

Середньорічні потоки 90Sr в надземну біомасу лук та перелогів ЗВ
складають близько 1,8(1012 Бк. При цьому в надземній біомасі лук за
вегетаційний період накопичується близько 6,3(1011 Бк, а на перелогах
даний показник складає 1,2(1012 Бк. Аналогічні показники для 137Cs
складають, відповідно, 7,8(1011, 5,4(1011 і 2,4(1011 Бк.

Визначені дозові навантаження на потенційне населення за рахунок
зовнішнього та внутрішнього опромінення в разі реабілітації території
ЗВ, просторовий аналіз їх розподілу на території зони та побудовані
відповідні картосхеми. За станом на 2004 рік лише на площах близько 280
км2 річні значення ефективної дози опромінення потенційного населення не
перевищуватимуть 1 мЗв(рік-1.

На основі існуючих інструктивно-методичних вказівок запропоновано підхід
щодо оцінки доз внутрішнього опромінення потенційного населення на
території ЗВ за рахунок надходження 90Sr пероральним шляхом для
територій з різними формами радіоактивних випадінь. Запропонований
підхід може бути застосований для розробки концептуальних основ щодо
можливостей проведення реабілітаційної діяльності на території
Чорнобильської зони відчуження.

СПИСОК НАУКОВИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Паскевич С.А. Вынос 90Sr и 137Cs надземной фитомассой растительных
сообществ лугов и залежей Чернобыльской зоны отчуждения // Радиационная
биология. Радиоэкология. — 2005. — Вып. 45. -№3. — С. 281-286.

Иванов Ю.А., Паскевич С.А. Некоторые нерешенные радиоэкологические
проблемы зоны отчуждения ЧАЭС // Агроекологічний журнал. — 2005. — № 3.
— С. 26-31.

Arkhipov A., Ischuk A., Nagorsky V., Arkhipov N., Kuchma N., Ivanov Yu.,
Paskevich S. Use of GIS in radioecological research in the Chernobyl
exclusion zone //Annales de l’Association belge de Radioprotection.
–1999. — Vol. 24, №4.- P.229-258. (Особисто дисертантом проведено
експериментальні дослідження, аналіз та узагальнення отриманих
результатів).

Автореабілітаційні процеси в екосистемах Чорнобильської зони відчуження:
Монографія / В.М. Шестопалов, Ю.О. Іванов, С.А. Паскевич та ін. – К.,
МНСУ, 2001. — 250 с. (Особисто дисертантом проведено експериментальні
дослідження, їх статистична та картографічна обробка).

Ivanov Yu.A., Bondarkov M.D., Paskevych S.A. Methodological and
Methodical Support for Remediation of Areas Abandoned as a Result of
Radioactive Contamination // Radioactivity in the Environment:
Proceeding 2nd International Conference (April 24-25, 2005). – Nice:
Norwegian Radiation Protection Authority. 2005. — P.64-67

Паскевич С.А., Иванов Ю.А. Луговые ценозы как источник облучения
гипотетического населения в случае реабилитации зоны отчуждения ЧАЭС //
V съезд по радиационным исследованиям: Материалы Международной
конференции (10-14 января 2006 г.). — Москва.: Международный
Радиоэкологический Союз. – 2006. — Т. II. – C. 136.

Петров М.Ф., Киреев С.И., Паскевич С.А. Запасы наземного органического
вещества экосистем лугов и залежей зоны отчуждения ЧАЭС как горючего
материала // Проблемы радиоэкологии леса. Лес. Человек. Чернобыль: Сб.
науч. тр. — Гомель: ИЛ НАН Беларуси, 2004. — Вып. 61. — С. 117 – 120.

С.А.Паскевич, М.Ф.Петров Оценка накопления 90Sr и 137Cs структурными
элементами растительных сообществ лугов и залежей зоны отчуждения //
Проблемы радиоэкологии леса. Лес. Человек. Чернобыль: Сб. науч. тр. —
Гомель: ИЛ НАН Беларуси, 2004. — Вып. 61. – С.243 – 245.

Паскевич С.А. Вынос радионуклидов надземной биомассой сообществ лугов и
залежей Чернобыльской зоны отчуждения // Международное сотрудничество –
Чернобылю: Материалы VI конференции (9-12 сентября 2003 г.). – Славутич:
Из-во МЧЦ. — 2003. -С. 230 — 231.

Архипов А.Н., Паскевич С.А Оценка количественных запасов радиостронция в
надземной биомассе растительных екосистем // Научные, технические и
социальные аспекты закрытия ЧАЭС: Материалы 4-й Международной
конференции (26-29 вересня 2000 р.). – Славутич: Из-во МЧЦ. — 2000.
-С.103

Архіпов А.М., Городецький Д.В., Паскевич С.А., Озорнов А.Г. Оцінка та
прогноз міграції радіонуклідів в екосистемах біогеоценозів зони
відчуження і виносу активності під впливом природних та антропогенних
факторів. // Наука. Чорнобиль-98: Тези доп. наук.-пр. конф. (1-2 квітня
1999 р.). — К.: В-во УРУЦ, 1999. – С.144-145.

Архіпов А.М., Городецький Д.В., Паскевич С.А., Озорнов А.Г. Вплив часу
та погодних умов вегетаційного періоду на накопичення 90Sr та ізотопів
плутонію у рослинах природних ценозів та агроценозів ЧЗВ // Наука.
Чорнобиль-98: Матеріали конференції (1-2 квітня 1999 р.). — К.: В-во
УРУЦ, 1999. – С. 147-148.

Архіпов М.П., Архіпов А.Н., Кучма М.Д., Бідна С.М., Матухно Ю.Д.,
Паскевич С.А., Петров М.Ф., Жданова Н.М., Василевская А.І. Особливості
накопичення і міграції радіонуклідів в лісових, лучних і перелогових
екосистемах // Наука. Чорнобиль-97: Матеріали науково-практичної
конференції (11-12 лютого 1998 р.). — К.: В-во УРУЦ, 1998. – С.96-104.

Пилипчук Т.В., Архипов А.Н., Иванова В.Э., Паскевич С.А. Изучение
миграции радинуклидов в звене цепочки почва-растение – пчелопродукция //
ІІІ съезд по радиационным исследованиям: Материалы Международной
конференции (14-17 октября 1997 г.). – Пущино: Из-во РАН, 1997. – C.
467-468.

Архіпов А.М., Архіпов М.П., Мелешин А.Ю., Городецький Д.В., Паскевич
С.А. Розробка стратегії реабілїтації радіаційно забруднених земель
південного сектора зони відчуження // Наука. Чорнобиль-96: Матеріали
науково-практичної конференції (11-12 лютого 1997 р.). — К.: В-во УРУЦ,
1997. — С.66-67.

Архіпов А.М., Піліпчук Т.В., Паскевич С.А. Особливості міграції 137Cs та
90Sr в лучних ценозах зони відчуження // Наука. Чорнобиль-96: Матеріали
науково-практичної конференції (11-12 лютого 1997 р.). — К.: В-во УРУЦ,
1997. – С.85-86.

Архипов Н.П., Архипов А.Н., Паскевич С.А. Поведение 137Cs в системе
“почва-растение” луговых биоценозов зоны отчуждения // Проблеми
екологічної безпеки та керованого контролю динамічних
природно-техногенних систем: Матеріали науково-практичної конференції
(24-26 вересня 1996 р.). – К., Т-во „Знання”, 1996. – Ч. 2. — С. 33-34.

АНОТАЦІЯ

Паскевич С.А. Радіаційна вагомість фітоценозів лук та перелогів
Чорнобильської зони відчуження на етапі пізньої фази аварії. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за
спеціальністю 03.00.01 – радіобіологія. — Київський національний
університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2006.

В роботі аналізуються результати досліджень накопичення 90Sr та 137Cs
надземною фітомасою лук та перелогів (колишніх сільськогосподарських
угідь), які знаходяться на території Чорнобильської зони відчуження
(ЗВ). Ландшафтний підхід, який було реалізовано в дослідженнях, дозволив
ідентифікувати основні типи трав’янистих угруповань, які сформувались на
луках та перелогах протягом пізньої фази аварії, та визначити зведені
значення КП 90Sr та 137Cs з ґрунту в рослинність в межах кожного типу
угруповання. За допомогою засобів електронного картографування виконано
просторові оцінки запасів 90Sr та 137Cs, які щорічно накопичуються в
надземній біомасі лук та перелогів. Визначено рослинні угруповання та їх
просторове розташування на території ЗВ, які характеризуються найбільш
інтенсивними рівнями залучення радіонуклідів до ланцюгів біогенної
міграції. Результати, які відображають поточний фітоценотичний та
радіоекологічний стан екосистем, було застосовано для розрахунків
дозових навантажень на потенційне населення в разі реабілітації
території ЗВ. Встановлено, що за станом на 2004 рік на площах близько
270 км2 в південній частині зони відчуження та 14 км2 північно-східній
частини ЗВ середньорічні значення ефективної дози опромінення населення
будуть знаходитись в межах 1 мЗв(рік-1. Оцінено внесок різних продуктів
харчування місцевого виробництва у формування доз опромінення
потенційного населення за рахунок 90Sr і 137Cs. Запропонований підхід
може бути використано для розробки концептуальних підходів до оцінки
можливості проведення і визначення напрямків реабілітаційної діяльності
на території ЗВ.

Ключові слова: міграція радіонуклідів, ландшафт, рослинне угруповання,
фітомаса, коефіцієнт переходу, 90Sr,137Cs.

АННОТАЦИЯ

Паскевич С.А. Радиационная значимость фитоценозов лугов и залежей
Чернобыльской зоны отчуждения на этапе поздней фазы аварии. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по
специальности 03.00.01 – радиобиология. — Киевский национальный
университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2006.

В работе анализируются результаты исследований накопления 90Sr и 137Cs
надземной фитомассой лугов и залежей, которые находятся на территории
Чернобыльской зоны отчуждения (ЗО). Реализованный в исследованиях
ландшафтный подход дал возможность охарактеризовать основные типы
травянистых сообществ, которые образовались на лугах и залежах ЗО на
поздней фазе аварии. Проведена оценка интенсивности вертикальной
миграции 90Sr и 137Cs в почвах ЗО. Установлено, что основной перенос
радионуклидов в почвах автоморфного ряда происходит за счет быстро
мигрирующих фракций. В гидроморфных почвах (торфяные и
перегнойно-глеевые почвы) миграция 137Cs происходит, как в составе
быстро мигрирующей, так и в медленно мигрирующей фракций. Скорость
миграции 137Cs в почвах гидроморфного ряда выше чем в почвах
автоморфного ряда.

Количественно определены величины накопления радионуклидов растениями в
зависимости от условий произрастания. Определены видовые особенности
накопления 90Sr и 137Cs 214 видами травянистых растений. Наибольшие
уровни биоаккумуляции 90Sr установлены для видов, произрастающих на
почвах легкого механического состава. Значения коэффициента перехода
(КП) 137Cs в зависимости от почвенных условий изменяются в такой
последовательности: болотные > торфяно-глеевые > дерново-подзолистые.
Для каждого типа почв ЗО определены виды растений, которые имеют
наибольшие и наименьшие значения КП в надземную фитомассу. Оценены
усредненные значения КП 90Sr и 137Cs в пределах каждого травянистого
сообщества ЗО. Выполненная унификация значений КП позволяет более точно
определить вынос радионуклидов сообществами по сравнению с оценками,
проводимыми по доминирующему виду.

С использованием средств компьютерного картографирования проведена
пространственная оценка запасов 90Sr и 137Cs, которые ежегодно
накапливаются в надземной фитомассе лугов и залежей. Установлены
растительные сообщества и их пространственное расположение на территории
ЗО, которые характеризуются наиболее интенсивным уровнем вовлечения
радионуклидов в биогенные цепи миграции. Так, наибольшим накоплением
137Cs характеризуются травянистые сообщества пойм. В надземной биомассе
данных сообществ ежегодно накапливается около 4,8(1011 Бк 137Cs, что
составляет около 62 % от общего запаса 137Cs накапливаемого в надземной
фитомассе лугов и залежей ЗО. Накопление 137Cs в условиях
мелиорированных залежей составляет 2,1(1011 Бк, что составляет 26 % от
общего запаса 137Cs накапливаемого в надземной фитомассе лугов и залежей
ЗО.

Для 90Sr наибольшее накопление в надземной фитомассе определено для
залежей, которые сформировались на осушенных землях. Запас 90Sr, который
ежегодно накапливается в надземной биомассе этих фитоценозов составляет
около 6,6(1011 Бк, что составляет 36% от общего количества 90Sr
биогенно-фиксированного травянистыми сообществами ЗО. Анализ полученных
результатов расчетов показал, что несмотря на сравнительно меньшее
поверхностное загрязнение территории ЗО 90Sr чем 137Cs, запас
биогенно-фиксированного 90Sr в более чем в два раза выше, чем 137Cs.
Общий запас 90Sr в надземной биомассе травянистых сообществ ЗО
составляет около 1,8(1012 Бк, запас 137Cs 7,8(1011 Бк.

Результаты, которые отображают радиоэкологическое и фитоценотическое
состояние экосистем, были использованы для расчета дозовых нагрузок на
гипотетическое население ЗО в случае реабилитации ее территории и
реэвакуации населения. Проведена оценка доз внутреннего и внешнего
облучения гипотетического населения при условии постоянного проживания
на территории ЗО. Определены уровни возможного загрязнения продуктов
питания, получаемых в данных условиях. По уровню значимости в
формировании доз облучения за счет 90Sr они имеют следующую
последовательность: зерно озимых ( картофель ( овощи ( молоко ( фрукты (
мясо. Выполнен пространственный анализ доз облучения и построены
картосхемы уровней ожидаемых среднегодовых доз облучения для
потенциальных жителей ЗО. Предложенный подход может быть использован для
разработки концептуальных подходов к оценке возможности проведения и
определения направлений реабилитационной деятельности на территории ЗО.

Ключевые слова: миграция радионуклидов, ландшафт, растительное
сообщество, фитомасса, коэффициент перехода, 90Sr,137Cs.

ANNOTATION

Paskevych S.A. Radiation significance of meadows and fallow lands
phytocenosises of Chernobyl Exclusion Zone during the late phase of the
accident. – A manuscript.

Dissertation for the candidate of biological science degree in
speciality 00.03.01 – radiobiology. – Kyiv National Taras Shevchenko
University. Kyiv – 2006.

Experimental results of 90Sr and 137Cs accumulation by grasses of
meadows and fallow lands (former agricultural lands) situated in
Chernobyl Exclusion Zone (EZ) are analysed. Realized in studies
landscape approach allows to identify basic grasses associations, formed
on meadows and fallow lands during the late phase of the accident, to
estimate average weighted values of 90Sr and 137Cs TF in soil-to-plant
system for each type of association. Spatial estimation of 90Sr and
137Cs stocks, annually accumulated in grasses overground biomass of
meadows and fallow lands, has been carried out with the use of mapping
software. Grasses associations characterized by most intensive involving
of radionuclide to the biogenic migration chains are determined as well
as their spatial distribution in the EZ territory. Obtained results
represented current radiological state of ecosystems has been used for
assessment of irradiation doses for hypothetical population in case of
rehabilitation of EZ territory and re-evacuation of population. As to
state on 2004, annual average values of effective radiation doses would
not be exceed 1 mSv(year-1 on the territory about 270 km2 in south part
of EZ and 14 km2 in the south-eastern part of EZ Contribution of various
foodstuff of local production to formation of radiation doses to
potential population due to 90Sr and 137Cs has been estimated. Proposed
approach can be used for development of conceptual approach of
rehabilitation actions possibilities on the territory of EZ.

Key words: migration of radionuclides, landscapes, vegetative
communities, biomass, transfer factor, 90Sr,137Cs.

Похожие записи