Курсовая работа: Меры реабилитации агроценозов при радиационном воздействии
Таблица 1.3. Периоды полуочищения корнеобитаемых слоев почв от суммарной радиоактивности (по Михалеву, 2004)
| Почвы | Дерново-подзолистые | Дерново-глеевые суглинные | Торфяные | Низменные торфяные | Болота | Черноземы |
| Периоды полуочищения, лет | 129 | 78 | 28 | 13,9 | 12,4 | 30 |
1.3 Экосистемные реакции на радиоактивность
Экосистемные реакции на радиационную деформацию среды не систематизированы. Ряд исследований указывает на рост видового разнообразия растительности, средней продолжительности жизни, функциональной активности животных и человека, проживающих в зонах повышенного радиационного фона (см. таблицу 1.4). Аналогичная (новейшая) радиационная обстановка на территориях с мощным токсичным фоном ведет к крайне противоположным результатам (гибель лесов, повышенная частота генетических дефектов у новорожденных, повышенная заболеваемость, деградация интеллекта) (см. таблицу 1.5). Системные исследования, проведенные Н.В. Тимофеевым-Ресовским, указывают на расслоение симбиотической согласованности функциональной активности составляющих биоценозов: увеличение скорости роста и функциональной активности низших биологических видов на фоне угнетения пролиферации высших форм растений, животных. Такие реакции подтверждаются на территориях с загрязнением среды > 40 Ки/км2 . К тому же они ведут к активации олиготрофной (пассивной в дорадиационный период) микрофлоры почв, снижению численности разрыхлителей почв, беспозвоночных, изменениям устоявшихся дорадиационных структур почвенных биоценозов, снижению плодородия почв. Реакции, тем не менее, будут развиваться по типу «экологического стресса» с последующей нормализацией экосистемных взаимодействий, на что указывает ряд прослеженных в динамике данных по состоянию биоценозов на территориях, радиоактивных от аварий и ядерных испытаний. Особенно при отсутствии антропогенных вмешательств в экологический метаболизм.
1.4. Радиационно-экологические принципы нормирования загрязненных территорий
Нормирование радиационного фактора с учетом реакций экосистем представляет серьезную и нерешенную проблему вследствие незначительного накопленного материала «радиационных стрессов», экосистем и отсутствия теоретических разработок такого ряда. Считается, что максимальным накопителем радионуклидов, загрязняющих среду, и максимально радиочувствительным (критическим) звеном биоценозов является человек. Ввиду этого (во многом оправданного положения), принятые нормы радиационной безопасности (НРБ), являются правомерными для переноса в экосистемы в целом. Вместе с тем в ряде ситуаций экосистемного метаболизма радионуклидов, критическим звеном могут быть труднопредсказуемые без специальных исследований виды и их совокупности. Так, скорость накопления радионуклидов елью, сосной в 20 раз превышает скорость накопления радиационного фактора человеком, что лежит, по всей вероятности, в болезненности хвойных лесов, прилегающих к АЭС (регистрируемой в промышленных центрах США, Европы). Чрезвычайно большие лучевые нагрузки, по сравнению с человеком, формируются на радиационных территориях у оленей, лосей, коров при свободном выпасе, что связано с максимальным накоплением радионуклидов в травах.
Сравнивая предельные радиационно-гигиенические дозы с радиационно-экологическими, следует иметь в виду, что при разработке антропогенных норм радиационных воздействий в них закладывается высокий коэффициент запаса: доза, вызывающая непосредственные соматические радиогенные реакции у человека, в 100 – 1000 раз выше принятых ПДД. Экологические разработки, указывающие на размеры «радиологической емкости» экосистем, отсутствуют. Поэтому основным ориентиром допустимых пределов радиоактивности среды должны оставаться НРБ с учетом регистрируемых и расчетных величин лучевых нагрузок при нахождении в составе биоценоза.
2. Профилактика последствий радиоактивного загрязнения среды
2.1 Организация мер по профилактике последствий в случае радиационных аварий
Эксплуатация источников ионизирующих излучений и особенно ядерно-энергетических установок, ведет к неизбежному риску аварий и последующего радиоактивного загрязнения среды. Особенно это касается радиохимических заводов и АЭС на первых этапах их работы из-за неотработанной технологии. Для принятия экстренных мер по профилактике последствий национальными организациями по радиационной защите (НКДАР, МАГАТЭ, ООН, МКРЗ, НКРЗ) разработаны организационные и методические аспекты предпринимаемых действий с учетом характера радиоактивных загрязнений, мощности выброса радионуклидов в окружающую среду, площади радиоактивных загрязнений
Разработка и совершенствование мероприятий по ликвидации последствий аварии является наиболее сложной проблемой. Решение ее основывается на многолетнем опыте по изучению закономерностей формирования лучевых нагрузок на население, экосистему и ее составляющие с учетом характера миграции радионуклидов, зависимостей доза-эффект.
На основании накопленного опыта с учетом рекомендаций МКРЗ, ВОЗ предполагается радиационно-экологическая подготовка населения, проживающего в непосредственной близости от АЭС, ядерных хранилищ. Население и администрация территорий должны знать схему простых и четких действий на случай аварии. Радиационно-защитные мероприятия подразделяются на три последовательных этапа:
- начальный, в период угрозы и первые часы выброса радионуклидов в окружающую среду;
- первичный, ликвидации последствий аварии, в условиях состоявшегося выброса и осаждения радионуклидов.
- проведения и завершения работ по ликвидации аварии и ее последствий
Третий этап представляет наибольший интерес для экологов-прикладников, т. к. дает шанс проявить им свои многочисленные таланты. Он проводится после выпадений радиоактивных осадков и зонирования территорий и строится с учетом расчетных лучевых нагрузок на население. На территрории должны проводится плановые мероприятия по дезактивации местности.
2.2 Построение мер реабилитации агроценозов
Период естественного полуочищения почв, загрязненных радионуклидами ядерно-энергетического происхождения, составляет от 30 до 275 лет, что с учетом экспоненты процесса предполагает полное исключение фактора из состава среды через 1500–2000 лет, не менее. Поэтому при радиоактивной загрязненности среды, превышающей пределы допустимого радиационно-экологического риска, необходимо активное искусственное вмешательство в процесс – дезактивацию радиоактивных территорий.
Различают полную и частичную дезактивацию среды. Полная дезактивация – комплекс мероприятий, исключающих радиационный фактор из состава среды и его вторичное включение в экосистемный метаболизм. Частичная дезактивация – временное исключение либо подавление процесса поступления радиационного фактора в звенья экосистемного метаболизма, ведущее к снижению его накопления в организме жителей радиоактивных территорий, в конечной сельскохозяйственной продукции до допустимых величин.
2.2.1 Полная дезактивация
Полная дезактивация территорий предполагает снятие верхних слоев почв после радиационных осаждений до глубины 10 – 15 см с последующим захоронением срезов в могильниках для радиоактивных отходов. После аварии на ЧАЭС такая дезактивация была предпринята в 600 населенных пунктах на территории общей площадью 7000 км2 . Около 50% загрязненных территорий дезактивировались тогда дважды, как правило, вследствие повторного загрязнения после выпадения осадков, смывов радиоактивности с загрязненных срезов либо недезактивированных территорий, располагавшихся в непосредственной близости и на более высоком уровне относительно объектов дезактивации – детских домов, школ, больниц, предприятий, общественных учреждений. Мощность дозы (контролировалась по γ-излучению) после таких чрезвычайно дорогостоящих мер снижалась в 3 – 4 раза. В качестве экранов, поглощающих потоки ионизирующих излучений от загрязненных почв (защита экранированием), дезактивированные поверхности застилались гравием, песком, наносился асфальт, что вело к 10-кратному снижению мощности дозы. Экранированием (гравием, асфальтом либо пластиковыми покрытиями) были защищены 25000 км дорог. В целом было дезактивировано около 7000 домов и учреждений, снято 200000 м3 почв. Эффект оказался тем не менее крайне незначительным вследствие отсутствия могильников для захоронения радиоактивных срезов, громадной площади недезактивированных территорий, отсутствия инженерных сооружений для сбора сточных вод и отведения радиоактивных дождевых смывов от дезактивированных территорий.
2.2.2 Частичная дезактивация биологическим методом
Частичная дезактивация с целью фиксации радиоактивного загрязнения в зонах отчуждения и предупреждения водной, воздушной (выветриванием) миграции радионуклидов на территории с допустимыми значениями фактора осуществляется биологическим методом. Высевание многолетних трав на загрязненные почвы ведет к эффективному «вытягиванию» радионуклидов мощной корневой системой растений из почв. Скашивание и в последующем сжигание таких трав, захоронение незначительных объемов радиоактивной золы оказалось наиболее эффективным методом как локализации (фиксации радиоактивности корневой системой трав), так и дезактивации наиболее массивных радиоактивных загрязнений среды. Установлены в частности ряды растений в отношении их способности аккумулировать 90 Sr: гречиха>соевые бобы>люцерна>суданская трава>кукуруза. Например, овес в два раза больше накапливает 90 Sr, чем просо. Изучение закономерностей поглощения растениями радиоактивных изотопов свидетельствует о зависимости этого процесса как от специфики почвенного покрова, так и от биологических особенностей культур. Л.И. Горина (1975) наибольшее накопление наблюдала в растениях, выращенных на дерново-подзолистых почвах, меньше – на серых лесных и каштановых почвах, затем на сероземах и меньше всего – на черноземах.
2.2.3 Механический метод частичной дезактивации
Не менее эффективным оказался механический метод частичной дезактивации – глубокое вспахивание загрязненных полей с целью захоронения основной доли радионуклидов механическим перемещением из активного гумусового горизонта трав, сельскохозяйственных культур (картофеля, зерновых) в более глубокие нерадиоактивные слои и прерыванием тем самым активной экосистемной миграции радионуклидов. Методика «обмена» радиоактивных слоев почв на нерадиоактивные отрабатывались в центрах НИИ «Агрохимрадиология», на радиоактивных территориях Брянской, Калужской, Орловской, Тульской областей. Полученные результаты указывают на эффективность метода (радиоактивность гумусового горизонта снижена в 20 – 40 раз), его простоту и приемлемость в сельскохозяйственной практике (см. таблицу 2.1)
Таблица 2.1. Перераспределение радиоактивности почвенных слоев после глубокого вспахивания полей (плугом ПНС-4–40)
| h пробы, см | 0–5 | 5–10 | 10–15 | 15–20 | 20–30 | 30–40 | 40–60 | |
| Загрязненность по 137 Cs | до | 25,5 | 2,1 | 0,8 | 0,3 | 0,3 | 0,2 | 0,1 |
| после вспахивания | 0,3 | 0,6 | 0,6 | 0,1 | 0,8 | 14,8 | 27,6 | |
Дезактивация дополняется эффективной конкурентной защитой – блокадой миграции радионуклидов введением в почву аналогов их метаболизма, калия, кальция. Наибольший эффект снижения уровня радиоактивной загрязненности урожая оказался при избыточном совместном внесении в почву извести, калийных удобрений (200–300 кг/га раз в 3–4 года) – в сочетании с органическими удобрениями и навозом. Раздельное внесение протекторов-конкурентов в тех же количествах не приводит к аналогичным реакциям блокады транспорта радионуклидов в экосистемах. Комплексная обработка почв по конкурентному принципу снижает радиоактивность сельскохозяйственной продукции в 5 – 1 раз. Помимо конкурентной блокады миграции радионуклидов, такая обработка положительно меняет агрохимические свойства почв. Потенциал плодородия по трем минимизирующим свойствам – почвенной кислотности, содержанию обменного калия, фосфора возрастает в 1,6 – 1,4 раза. обработка ведет и к образованию сложных нерастворимых соединений со стронцием, резко снижая его поступление в продукты питания, организм.
Немалое значение имеет и связанное с обработкой изменение pH обрабатываемых угодий, утрачивающее характерную для среднерусской полосы повышенную кислотность. Сдвиг ее в щелочную сторону ведет к резкому снижению захвата 137 Cs экологическими цепочками, продуктами питания (таблица 2.2)
Таблица 2.2. Влияние измененной кислотности на накопление 137 Cs сельскохозяйственной продукции
| pH почвы | Накопление радионуклидов | |||
| Молоко | Мясо | Пшеница | Трава | |
| 4,5 -5,5 | 3,2 | 1,8 | 15 – 20 | 0,5 |
| 5,6 – 6,5 | 0,5 | 0,6 | 5 – 7 | 0,2 |
| 6,1 – 7,5 | 0,2 | 0,3 | 2 | 0,05 |
Практика показывает (Г.Т. Воробьев, 1999), что почва является важнейшей барьерной системой защиты экосистем, выступая основным депо и чутким индикатором опасности радионуклидных и токсических загрязнений среды. Комплексная обработка почв, захоронение в них радионуклидов методом глубокой перепашки, внесение обменного калия, фосфора, кальция, органических удобрений, а затем посев трав переводят в местность из радиоактивного в экологически безопасное состояние, перераспределяя и направляя радиоактивность по естественным почвенным каналам. Радиоактивность продуктов питания, выращенного на радиоактивных территориях, после обработки такого типа снижается в 15 – 20 раз, приближая радиоактивность почв к фоновым значениям фактора.