close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000103441

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Ш В Е Ц О В Алексей Александрович
БИОМОНИТОРИНГ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ КОНТРОЛЕ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
25.00.36 - Геоэкология
Автореферат
дшиссертлйдмм шя соискание ученой спгепеми
лсащщидата географичесвсмж наук
Москва- 2005
2-^7^3
На правах рукописи
Ш В Е Ц О В Алексей Александрович
БИ0М01ШТ0РИНГ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ КОНТРОЛЕ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
25.00.36 - Геоэкология
Автореферат
диссертации иа соискание ученой степени
жаидидата географических ш&ук
-rtf,^,.,
'Москва-2005
Работа выполнена на кафедре почвоведения и экологии Государственного
университета по землеустройству, Москва, Россия
доктор географических наук, профессор
Хабаров Александр Владимирович
Научный руководитель
доктор географических наук, профессор
Бухгалтер Лев Борисович
Официал1.ные оппоненты:
кандидат биологических наук, доцент
Полынова Галина Вячеславовна
Географический факультет М Г У
им. М.В. Ломоносова
Ведущая организация ■
Защита диссертации состоится У-^ /^ ■ 2005 г. в ^^'О^ на заседа­
нии диссертационного совета Д 220.025.01 в Государственном университете по
землеустройству.
Адрес: 105064 Москва, ул. Казакова, д 15, Государственный университет
по землеустройству.
Телефон: (09.5) 261-71 13
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного
университета по землеустройству.
Автореферат разослан
^ ' ^ >4^<з<иД-^/У-^ 2005 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат технических наук
З.В. Козелкина
POCHAilMOW
ВИБЛИОТИА
^
ОБП^ЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Р А Б О Т Ы
Актуальность Мониторинг - это система слежения и коигроля за состоянием окру­
жающей среды Наиболее важным видом Ю А Израэль (1984) называет антропогенный мо­
ниторинг, главное направление которого - мониторинг загрязнения Ю А Израэль (1984)
разработал и предложил подробную классификацию мониторинга загрязнения по ряду при­
знаков' I) по наблюдениям за реакцией составляющей биосферы (биологический и химиче­
ский мониторинг), 2) по факторам и объектам воздействия (мониторинг загрязнителей, ис­
точников загрязнения, объектов воздействия зафязнителей и т д), 3) по масштабам воздей­
ствия (глобальный, региональный, локальный, а также во временных масштабах - палеомониторинг), 4) по методам тгаблюдений, S) по прочим признакам (по организационным на­
циональный и международный мониторинг) Классификация разных видов мониторинга не­
обходима для выработки моделей и проектов единой системы мониторинга
По определению многих авторов (Федоров, 1974, Израэль, 1977, Соколов, Смир1юв,1980, Бурдин, 1985), биологический мониторинт-это система наблюдений, оценки и про­
гноза любых изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения
Структура и основные составляющие биомониторинга детально описаны в концептуальной
работе К С Бурдина (1985) «Основы биологического мониторинга»
Особую опасность представляют поступившие в биосферу радиоактивные вещества,
которые активно вовлекаются в природные процессы и становятся их агентами и активными
участниками Поэтому изучение миграции радионуклидов необходимо вести во всех при­
родных средах Проблема разработки технологии радиоэкологического биомониторинга являегся актуальной в связи с непрерывным увеличением радиационной нагрузки на природ­
ные системы на глобальном, региональных и локальных уровнях В сегодняшней практике
природопользования net зак01юдательной нормы контроля природопользования, а есть толь­
ко контроль сбросов и выбросов предприятий на основе ПДС и ПДВ, в некоторых отраслях
осуществляют контроль глдсржания загрязняющих веществ в природных средах на основе
ПДК Необходимость контроля природопользования как источника воздействия и загрязне
ния окружающей среды доказана, и реализация такого контроля возможна на основе типич­
ного экологического состояния природных систем в соответствии с ландшафтно зональными
условиями
Цель разработать методику проектирования биомониторинга для экологического
контроля окружающей среды и природопользования в лесной зоне
Поставленная цель обусловила и постановку задач ?адачи исследования;
1) Разработать критерии, алгоритмы и методы выбора биотестов или биомониторов на
основе тест реакций на примере природопользования в лесной зоне
2) Выявить особенности природных условий лесной зоны, определяющие природо­
пользование
3) Разработать понятие функции эквивалентности биомониторинга
4) Разработать типовые схемы биомошеторинга.
5) Провести апробацию типовых схем биомониторинга, установить пределы толе­
рантности и рабочие режимы
6) Разработать проекты биомониторинга воздуха.
7) Разработать проекты биомониторинга водной системы
8) Разработать проекты биомониторинга наземных экосистем
Методика исследований и материал. В основу положены материалы собственных
исследований автора, выполненных в период с 2001 по 2004 гг, а также литературные дан­
ные и фондовые материалы ЦЭГР Г У Л МосНПО «Радон» и кафедры почвоведения и эколо­
гии ГУЗа Методы обработки информации включают стандартные статистические приемы,
адаптированные для регпения конкретных задач В основе сбора и обработки информации
лежит применение ГИС-технологии Информация собиралась в адаптированном и формали­
зованном виде, подготовленном для ввода в компьютерную систему, созданную в Центре
эколого-географических разработок Г У Л МосНПО «Радон»
Новизна Автором разработана методика проектирования биомониторинга природо­
пользования на примере обращения с радиоактивными отходами Разработаны критерии
оценки, оценочные шкалы, создан банк методов По разработанным критериям проведена
оценка экологического состояния и выбор биотестов Новизна состоит в сборе и получении
новых данных
Теоретическое значение Проведен1гое исследование развивает концепцию геоэколо­
гии как науки, изучающей функционирование единой природной системы с биосферными
функциями, представляемой научной школой профессора А В Хабарова, адаптирует мето­
дические схемы теории функциональной экологии А С Кержепцева, В В Бугровского, Л О
Карпачевского, профессора Б И Голубевой, вносит вклад в методологию диагностики со­
стояния экосистем и экологического нормирования воздействий, разрабатываемых научны­
ми школами профессоров А.М Степанова, Н Я Минеевой, А В Маркелова
Практическая значимость Работа выполнена по заказу Г У Л МосНПО «Радон» На
основе разработанной методики создана база данных экологического состояния, которая по­
полняет информационную базу знаний для целей экологического регулирования возденет
ВИЙ Автором разработаны проекты биомониторинга экологического состояния, которые
внедрены в практику обращения с радиоактивными отходами при выполнении «Программы
совершенствования средств и методов производства при обезвреживании РАО» за 20012004 Методика, алгоритмы, модели, базы данных использованы и внедрены в ГУПМосППО
«Радон» как составные элементы технологии биомониторинга радиоэкологического глстояния
Предмет зашиты
1) методика биомониторинга, включающая систему критериев, алгоритмы и мегоды,
2) проекты биомониторинга воздуха с функцией экологического контроля природо­
пользования,
3) проекты биомониторинга водных систем с функцией экологического котроля при­
родопользования,
4) проекты биомониторинга наземных систем с функцией экологического котроля
природопользования
Апробация работы. Результаты работы доложены на V Международной биогеохи­
мической школе (г. Семипалатинск, республика Казахсган), мехсвузовских конференциях,
научных семинарах, заседаниях кафедры почвоведения и экологии ГУЗа, тренинг курсах, за­
седаниях НТС ЦЭГР Г У Л МосНПО «Радон»
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ
Личный вклад автора. Основу работы составляют оригинальные материалы, соб­
ранные автором в результате полевых исследований Постановка проблемы, сбор фактиче­
ского материала, обработка, создание банка методов, обобщение, анализ результатов и выво­
ды сделаны автором лично.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка
литературы и з / / наименований Общий объем составляет'^страниц.^^'таблиц^фисунков.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Г Л А В А 1. БИОМОНИТОРИНГ К А К Э Л Е М Е Н Т
ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
Проблема разработки технологии радиоэкологического биомониторинга является ак­
туальной в связи с непрерывным увеличением радиационной нагрузки на природные систе­
мы на глобальном, региональных и локальных уровнях Радиационный фактор признается в
настоящее время одним из наиболее значимых Биологический компонент экосистем показа­
тельно реагирует на радиационный фактор с одной стороны, а с другой - является объею-ом
поражения под воздействием радиационного фактора Поэтому целесообразность биомони­
торинга радиационного воздействия, загрязнения и радиоэкологического состояния стано­
вится объективно значимым и надежным средством контроля окружающей среды
Предложены схемы радиоэкологического мониторинга как общего, так и отдельных
компонентов природной среды (Бадяев и др , 1990, Ветров, 1996, Гайченко, Титар, 1993, Го­
лод, Мартинович, 1989, Еюров Ю Л , Казаков С В, 1984, Егоров Ю А , Казаков С В , 1990,
Егоров, 1986, Егоров и др. 1989, Единые рекомендации., 1996, Качан, Шуктомова, 1993,
Криволуцкий, 1999, Тихомиров и др., 1989)
В настоящем исследовании принята концепция биомониторинга, разработанная в
ЦЭГР (Маркелов, 2000), которая построена на основополагающем постулате экологии, что
состояние биообъекта и его адаптационные параметры отражают состояние окружающей
среды Каждый тип биомонигоринга обязательно учитывает состояние объекта в сопостав­
лении с параметрами условий среды
Технология биомониторинга включает следующие блоки' наблюдение, оценку со­
стояния биообъектов, оценку их отклика, реакции на антропогенное воздействие, определе­
ние функции состояния и отклонений этих функций от нормального естественного состояния
на разных уровнях - молекулярном, клеточном, организменном, популяционном, уровне со­
обществ, прогноз экологических последствий антропогенного воздействия
Биомонигоринг радиоактивных зафязнений и радиационного воздействия основан на
измерении количественных и оценке качественных показателей, характеризующих состоя­
ние, развитие биообъекта в усзювиях различного радиационного фона, характеризуемого
двумя показателями дозой и активностью Основу составляет сопряженный анализ содержа­
ния радионуклидов и их неизотопных носителей в биоте и природных средах, характери­
зующих как условия обитания (субстрат), так и трофические цепи (вода, воздух и пища)
Технология в целом включает последовательные звенья, направленные на разработку
типов проектов биомониторинга Соответственно требованиям ГИС для ввода информации
установлен регламент критериев (показателей), созданы специальные базы данных в виде
справочников, определены пределы толерантности Разработаны специальные бланки фик­
сирования информации (возможно в режиме реального времени), созданы специальные эк­
ранные формы ввода информации в БД Биогеоценотические показатели (проективное покрьггие, обилие, степень участия и т д) отобраны из БД и обновляются раз в пять лет; уро­
вень накопления радионуклидов в структурных компонентах биогеоце1Юзов регистрируется
ежегодно.
Установлен регламент методов каждого типа биомониторинга Регламентированы
следующие группы методов методы ГИС-СР8-технологий, методы полевых эксперимен-
тальных исследований (ландшафтные, геофизические, биогеографические, биогеоценотические, биометрические и др), методы лабораторных экспериментальных исследований (био­
метрические, пробоподготовки и др), методы аналитические (радиометрические, спектро­
метрические, радиохимические, атомно-абсорбционные, спектральные и др ) В с я технология
представляет интегрированный аппаратно-программный комплекс
Идентификация геотехнической системы подразумевает оценку типа и и1ггенсивиости
антропогенно-техногенного воздействия и положения природной (эко-, гео-) системы в зо­
нально-ландшафтном (регионально-топологическом) спектре При идентификации природ­
ных систем необходимо соблюдать их положение в ряду уровней организации, определяю­
щей иерархию факторов, которые необходимо учитывать при исследовании конкретного
объекта, причем в ряду «региональные топологические системы - сообщества (ценозы) - по­
пуляции», наряду с «частными» параметрами конкретного уровня организации, необходимо
учитывать положение популяции в конкретном сообществе, сообщества - в региональной
топологической системе Иначе говоря, чем «ниже» уровень организации природной систе­
мы, тем более обширен регламент критериев ее идентификации
Параметрическое описание природной системы и ее компонентов осуществляется с
использованием методов, принятых в комплексных ландшафтных и биогеоценологических
(экологических) исследованиях
Характеристика радиационного фактора включает в себя
такие параметры как источник, характер воздействия (однократный, эпизодический, хрони
ческий); длительность воздействия, интенсивность (мощность дозы), изотопный состав
Устанавливается присутствие радионуклидов в воздушной, водной среде, почвах,
компонентах биоты Характер распределения и направления миграции радионуклидов уста­
навливается на основе вьшвленйя структуры трофических цепей системы и направлений по­
токов биогеохимического круговорота в экосистемах и ландшафтах
Оценка отклика системы на воздействие ионизирующего излучения определяется
экспериментальным путем
Контролируются такие параметры систем как
соответствие
структуры систем (компонентной и пространственной) зонально-ландшафтным условиям,
интенсивность
биогео5симКческого
круговорота,
продукционные
процессы,
анатомо-
физиологические параметры биотических компонентов систем, фенологические параметры
биотических компонентов, и т.д
Выявляется отклонение в развитии сисгемы и ее компонентов от ландшафтнозонального типа, отслеживаемого на эталонных (контрольных) участках
Этот пункт в методике биомониторинга является самым главным и мало разработан­
ным Нами принято понятие эквивалентной функции биомониторинга (Биоиндикация за­
грязнений . , 1988)
Теоретическим основанием служат следующие положения
1 Различные биоиндикаторы в равных условиях peai ируют неодинаково на различ­
ные воздействия (загрязнения), и имеют определенную тенденцию зависимости
2 Различные части биоиндикатора в равных условиях реагируют неодинаково на раз­
личные воздействия (зафязнения) и имеют определенную тенденцию зависимости
3. Выбор эталона сравнения определяется общностью ландшафтно-зонального разви­
тия природных объектов.
4 Биомонигор должен репрезентативно представлять среду, объект и загрязнитель
То есть, при сравнении разных показателей, полученных различными методами, не­
обходимо сравниваемые величины привести в единое информационное поле, или обеспечить
эквивалентность и сравнимость Эквивалентная функция биомониторинга это отражение ре-
акции биообъекта на воздействие в универсальной шкале сравнимости Оптимальной шкалой
являются ряды нормируемых показателей В качестве нормы или эталона служит любой оп­
равданный аналог это может быть контрольный образец, чистая территория, условный объ­
ект, максимальное или минимальное значение и т.д
Основными принципами биомониторинга как части экологического контроля в сис­
теме природопользования при обращении с РАО, развиваемого в ЦЭТТ (Маркелов, 2000) яв­
ляются принципы сбора информации и создания базы данных в виде унификации, формали­
зации, многоуровневости и многоцелевого назначения
Унификация достигается разработкой единого регламента критериев идентификации
геотехнических систем дифференцированно по уровням организации природных объектов
На практике унификация разнообразной информации (экологической, географической, фи­
зической, геохимической) обеспечивает хранение, поддержку и обработку разноплановых
данных в базах данных
Формализация обеспечивается путем использования кодированной базы описания
объектов исследования, иначе - их взаиморасположением в единой системе координат, от­
ражающих параметрические характеристики
Многоуровневость (иерархичность) обеспечивает работу с информацией как для тер­
риторий в любых зонально-ландшафтных условиях и на различных уровнях локальном, ре­
гиональном и глобальном, так и для биообъек10в различных уровней организации организменном, популяционном, ценотическом, топологическом (ландшафтно-зональном)
Многофункциональность предоставляет возможность решения разноцелевых задач
биоиндикации и биомониторинга, радиационного контроля окружающей среды, радиоэколо­
гического мониторинга, выявления биопотенциала экосистем, определения оптимальной радиационной нагрузки и т д
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА БИОМОНИТОРИНГА РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО
СОСТОЯ НИЯ О Б Ъ Е К Т О В В ЛЕСНОЙ ЗОНЕ
Биомониторинг в лесных экосистемах имеет свои особенности, обусловленные слож­
ной структурой самих сообществ и разнообразием ландшафтных условий зоны Широкий
спектр биоиндикаторов ставит проблему разработки наиболее оптимальных проектов био­
мониторинга для решения конкретных задач рационального природопользования на терри­
ториях, находящихся в сфере воздействия радиационно-опасных объектов
Разработка биомониториига природопользования при обращении с РАО в лесной зоне
проведена с учетом особенностей лесных ландшафтов и экосистем
Специфика биомониторинга в лесной зоне определяется
- интенсивностью геохимических процессов, обусловленной гумидноетью климата и
значительной обводненностью территории,
- большой емкостью биологического круговорота, обусловленной максимальными
(по сравнению с другими природными зонами) запасами биомассы в лесных и болотных со­
обществах зоны и сложной ценотической структурой лесов,
- продолжительным задержанием в живом веществе лесных и болотных экосистем
поглощенных химических веществ (в том числе радионуклидов)
Соответственно, лесные сообщества являются активными накопителями химических
веществ и вероятными источниками их поступления на окружаюгцие территории, что делает
поиск наиболее оптимальных схем биомониторинга природопользования в лесной зоне осо­
бенно актуальным
Общая биогеохимическая особенность лесных экогеосистем (бореальных и субборе-
g
альных) - продолж1ггельное задерживание поглощенных химических элементов в живом ве­
ществе Замедленность цикла массообмсна в процессе фотосинтеза - деструкции органиче­
ского вещества обусловливает торможение миграции масс элементов в системе «почва рас­
тительность» Заторможенность биологического круговорота элементов усиливается по мере
усиления бореальности окружающей среды
В направлении на юг от северной границы бореальных лесов происходит постепенное
уменьшение гумидности природных условий и сокращение холодного зимнего сезона, за­
трудняющего биогеохимические процессы На обширной площади лесной зоны Евразии не­
однороден и почвенный покров' в направлении с севера на юг подзолистые и мерзлотнотаежные почвы под хвойными лесами сменяются дерново-подзолистыми пол лесами сме­
шанного состава, затем серыми и бурыми лесными почвами под лиственными лесами Соот­
ветственно возрастает минерализация поверхностных вод и уменьшается содержание рас­
творимых органических кислот Биомонигоринг в условиях таежных ландшафтов и ланд­
шафтов широколиственных лесов при общем методическом единстве подхода будет разли­
чаться конкретными схемами мониторинга (густотой и характером сети наблюдений, срока­
ми и частотой наблюдений, видами биоиндикаторами и т д )
Ландшафтные особенности территории предопределяют формирование биогеоце
нотического барьера в зоне влияния предприятия, обусловленного мощной суглинистой
толщей подстилающих пород и повсеместным развитием лесного массива Недостатками ме­
сторасположения предприятия являются наличие водной системы, расчлененный рельеф,
высокая гумидность и мощный поверхностный сток Эти природные факторы обусловлива­
ют преобладание миграционных процессов над сорбционными
Современные технологические процессы переработки отходов происходят с образо­
ванием и выбросом радиоактивных аэрозолей в окружающую среду Санитарно-защитная
зона, как фитофильтр, выступает барьером для аэральных вьгбросов и становится аккумуля­
тором радиоактивных вьптадений глобального и техногенного происхождения Поэтому СЗЗ
является полигоном для отработки задач биомониторинга
В главе приведены описания методов сбора информации и перечень используемых
материалов Геоботаническая съемка, описание фитоцепозов, отбор проб растений подстил
ки и почвы осуществляются согласно действующим методикам пробоотбора и приготовле­
ния проб Полевые и экспериментальные работы проведены по аттестованным методикам
Типовые схемы биомониторинга могут бьггь применены для контроля радиоэкологи
ческого состояния полигонов ПЗРО, расположенных в различных зонально-ландшафтных
условиях Основу биомониторинга составляют выбор биообъекта и сети размещения пунктов
наблюдения Могут быть следующие варианты организации сети мониторинга
1 Размещение по регулярной сетке Точки наблюдения размещаются через постоян­
ный интервал и охватывают значительную территорию Применяется, обычно, на начальной
стадии обследования территории
2 Размещение по «ядрам типичности» Точки наблюдений охватьтают все разнооб­
разие экосистем, отражающих разнообразие природных условий и степень освоенности тер­
ритории В данном случае сеть мониторинга может бьггь представлена ключевыми участка­
ми, постоянными пробными площадями, линиями ловушек, дуплянок и т п
1 Размещение по профилям, пересекающим типичный набор зональных или ланд­
шафтных условий
4 Размещение сети мониторинга по путям транзита вещества в пределах водосбор­
ных бассейнов разных порядков Размещение точек наблюдения по данной схеме позволяет
отслеживать распределение загрязняющих веществ по территории
^ Локальный (точечный) мониторинг Пункты наблюдения располагаются в кон­
кретных «проблемных» точках (участках), наиболее подверженных тому или иному воздей­
ствию (например, промплощадка, вод1|Ь1е объекты в пределах зоны наблюдения и т д ) На­
блюдения ведутся по схеме «донор - акцептор» в сравнении с контрольными участкамианалогами
Оптимизация схем биомониторинга направлена на выявление самых показательных
(эффективных) схем репрезентативных во времени и пространстве, позволяющих получать
достоверные данные (результаты) и проводить их последующую экстраполяцию, а также яв­
ляющихся простыми и доступными для работы в природных условиях и обеспечивающих
возможность повтора и проверки результатов.
Каждый проект выполнен по единой унифицированной схеме и содержит следующие
разделы обоснование, регламент критериев, региональные пределы толерантности, верифи­
кация на опытньк полигонах, адаптация к целям радиоэкологической безопасности в систе­
ме природопользования при обращении с РАО на основе функции эквивалентности, про­
странственно-временная репрезентативность (представительность и целесообразность), зна­
чимость и эффективносгь
ГЛАВА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БИОМОНИТОРИНГА ВОЗДУХА
Разработаны два проекта с использованием сфагновых мхов, отличающиеся целевыми
функциями, сетью размещения и условиями верификации а) в лесных экосистемах на терри­
тории 1600 га и б) технологическом корпусе с развитой инфраструктурой вентиляционной
системы и рабочих помещений
Обоснование Примеси, присутствующие в атмосферном воздухе в количествах, превышаюи^их фоновые, относятся к загрязнителям и поллютантам Под фоновыми уровнями
концентраций веществ в атмосферном воздухе понимаются те его количества, которые не
приводят к каким-либо нарушениям в экосистемах Самоочищение атмосферы от примесей
происходит двумя путями 1) сухое выпадение или фавитационное осаждение, 2) мокрое
выпадение или вымывание осадками Важным механизмом очищения или удаления приме­
сей из атмосферы являетгся поглощение их почвой, растительностью, водной средой К на­
стоящему времени накоплена обширная литература по оценке реакций растений на различ­
ные примеси в воздухе, составлены каталоги, обобщены реакции Полные библиографиче­
ские сводки содержатся в обобщающих работах (Мэннинг, Федер, 198'>, Ьиоиндикация ,
1988, Минеева, 1991, Маркелов А В , 2000, Маркелов Д А др 2001 а, б и др )
Выбор сфагновых мхов в качестве сорбента в проектах биомониторинга обоснован их
ролью в поглощении воздушных примесей 1) мхи стоят на первом месте по перехвату гло­
бального цезия-П7 в ряду мхи > лишайники > высшие растения, 2) мхи поглощают '''Vs,
'°Sr и другие химические элементы из атмосферных выпадений, а не из субстрата, 3) сфагно­
вые мхи обладают высокой влагоемкостью и пылеуловимостью
Регламент критериев. Критерий индикации - поглотительная и аккумулирующая
способность мхов, а показателем индикаг1ии является коэффициент концентрации (Кк), ко­
торый отражает отношение концентрации поллютанта, накопленной за период экспонирова­
ния к исходной или контрольной концентрации (до экспонирования)
Региональные пределы толерантности. Сфагновые мхи могут существовать в ото­
рванном от субстрата виде Сфагновый мох, как живой объект, выполняет две функции'
1) как развитая сорбирующая поверхность,
2) как живой поглотитель, фильтрующий через себя воздух со всеми содержащимися
10
в нем примесями (Маркелов,1988)
Верификация на опытных полигонах. Верификация проекта осуществлена в полевьпс условиях Для этого разработана модель оцетси загрязнения воздуха по сфагновым
мхам Установлены следующие параметры
1 Согласно Наставлению гидрометеорологическим станциям и постам Наблюдения
за радиоактивным загрязнением природной среды количество радиоактивных выпадений В
за период экспозиции планшета! вычисляется в Бк/м^ • сут по формуле
В=Ап/е81,где(1)
An - активность пробы Бк
Е- эффективность улавливания аэрозоля
S- площадь планшета
t- период экспозиции
Для марлевого планшета без бортиков е= 0,7, для планшета с бортиком и бакасборника е= 1
Концентрация радиоактивных продуктов деления в воздухе в сутки (Бк/м ) определя­
ется по формуле
q= An/ zQ, где (2)
Q - объем воздуха (м'), прошедшего через фильтр или марлю за сутки,
Е - эффективность улавливания аэрозоля
Для фильтра ФПП гг= 1,0, для марли вертикальных экранов Ё- 0,03
2 Экспериментами в Брукхейвенской национальной лаборатории США выявлены за­
кономерности дисперсии радиоактивных частиц в пологе леса'
1) отмечено расширение потока частиц по вертикали и горизонтали на опушке леса,
2) под пологом леса частица равномерно распределяются,
3) турбулентность потока максимальна в середине крон,
4) выражена конвективная турбулентность за счет тепловых градиентов затененных и
освещенных частей крон,
5) изменение концентрации частиц при вхождении в лес адекватно безлесному про
странству, при движении в глубь леса изменение выраже1ю резко,
6) скорость суммарного удаления частиц из потока в лесу и на открытом пространстве
одинакова,
7) скорость послойного удаления частиц разная, в кроне и под кроной выше, чем в
безлесном пространстве на тех же высотах,
8) вьщелены 2 механизма удаления частиц' импакция (соударение) и осаждение На
опушке преобладает импакция, в глубине леса - осаждение,
9) осаждение частиц в кроне происходит быстрее, чем на поверхности почвы
3 Взяв за основу положение 1, сфагновый пакет, размещенный на Н=1,8 м, услови­
лись считать планшетом Согласно положению 2, приняли в качестве основного механизма
удаления частиц из потока - осаждение, импакцией условно пренебрегаем Особенности 7, 8,
9 положения 2 дают основания допустить величину Е - эффективность улавливания аэрозоля
- равной 1
4 Дня расчета площади планшега S на восточном направлении поставлены 16 пакетов
в виде шара радиусом ~7см Отсюда.
S = 615 см^
V = 1436 см'
h = 2,3 см (высота слоя мха на поверхности S)
11
m ~ 17,43 г
d = 0,012 г/см' (средняя удельная плотность сорбента в пакете)
При расчете площади S в каждом пункте использовалась формула'
S - V(CM'V2,3 (СМ)= m(r)/d • 2,3= m • 100/2,76= m • 36,23 (3)
5 При экстраполяции плотности выпадений на слой мха площадью 1 м^ масса сорбен­
та при заданной плотности составила 276 г.
6 Сравнение плотности выпадений на 1 кв м подстилающей поверхности, рассчитан­
ных по стандартному методу - улавливание баком-сборником (конусом) и методу биоинди­
кации сфагновым мхом, дало величину сорбционной поверхности биосорбента На одном
квадратном метре поверхность слоя мха толщиной 2,3 см и массой 276 г составляет в сред­
нем 162,3 м Сорбционная поверхность использованного сорбента составляет в среднем
S881 C M V , что хорошо согласуется с известными литературными данными ветвистые ли­
шайники имеют сорбционную поверхность 4000 см^г То есть в каждом конкретном пункте
наблюдения сфагновый пакет массой 15-20 г имеет сорбционную поверхность 8,82-11,76 м'
7 Считая осаждение основным механизмом удаления примесей и? воздуха, функцию
поглотителя как поток поглощения примеси из воздуха можно оценить по формуле
F (мг/см^ • сек) = V (см/сек) • С (мг/см'), где (4)
F - поток поглощения примеси
V - скорость осахсдения
С - концентрация примеси в воздухе
8 В настоящем эксперименте рассчитываем концентрацию "'Cs в воздухе через
функцию сфагнового мха как поглотителя этой примеси, тогда'
F- поток поглощения рассчитывается как плотность суточных выпадений '"Cs на 1
кв м сорбционной поверхности мхов, составляющих 1 м^ подстилающей поверхности F
Бк/м'" сут.
V - скорость осаждения радионуклидов на поверхность травянистого покрова, соглас­
но литературным данным равна в среднем 0,001 м/сек Физически это значит, что данная
поверхность каждую секунду «очищает» слой воздуха толщиной 0,001 м, причем он момен­
тально сменяется новым «загрязненным»; v = 86,4 м/сутки.
С - концентрация примеси в воздухе рассчитывается как плотность выпадений (по
мху), деленная на скорость осаждения (86,4 м/суткя), С = Бк/м'
9 Принятые допу|цения показывают, что слой мха толщиной 2,3 см и площадью 1 м^
в сутки «очищает» слой воздуха высотой 86,4 м, то есть пропускает через себя 1,4 •
> 10000 м'
воздуха А один сфагновый пакет массой 15 г «отфильтровьтает» в сутки 76? м' воздуха
10 Зная содержание ''"Cs в воздухе, можно рассчитать концентрацию '"Sr, т к отно­
шение '^'Cs/'^'Sr в глобальных выпадения равно 1,6 (1,5-2)
Адаптация к целям радиоэкологической безопасности в системе природопользо­
вания при обрашении с РАО на основе функции эквивалентности Функция эквивалент­
ности проектов биомониторинга представлена двумя элементами сравнения 1- наличием
контрольных и неэкспонированных образцов как эталонов для сравнения, 2- адекватностью
сети размещения биомониторинга по регулярной радиальной сетке опробования в санитарно-защитной зоне, учитывающей секгорность (направление ветров) и поясность (зональ­
ность приземления выбросов), 3) адекватностью сети размещения в технологических поме­
щения с учетом рециркуляции воздуха Эта сеть сопряжена с другими проектами биомони­
торинга и радиационного контроля, что делает результаты сопоставимыми
12
Пространственно-временная репрезентативность (представительность и целесо­
образность). Анализ пространственного распределения содержания радионуклидов в экспо­
нированных мхах позволил выделить зоны разной концентрации Cs Пространственная
картина «полей» концентрации ' Cs сфагновым сорбентом отражает содержание радионук­
лида в воздухе лесного массива СЗЗ Выделенные ореолы сопряжены с результатами мони­
торинга по снежному покрову Репрезентативность биомониторинга в производственных
помещениях реализована схемой размещения биотеста по путям циркуляции воздуха био­
тест устанавливался в точках наибольшей подвижности воздуха - пр1пхзке, наибольшего «ис­
пользования» - рабочей зоне, и в некоторых помещениях - на выходе у вытяжных решеток
На основе функции эквивалентности, а именно, Кк '"Cs, '"Sr, '"Со, '**Cs и разработанной
модели в проекте выделены зоны и помещения с разной радиационной обстановкой, связан­
ной с воздухообменом Выявлено, что в помещениях с высокой технологической нагрузкой
отмечается высокая степень концентрации радионуклидов на сфагновом сорбенте, в поме­
щениях с одинаковой технологической нагрузкой концентрация радионуклидов больше в ус
ловиях интенсивного воздухообмена; высокие концентрации "'Св на сфагновом сорбенте
отмечены при' а) высокой кратности воздухообмена в помещениях любого объема, б) низкой
кратности воздухообмена в помещениях малого объема Выявлены зоны разной концентра­
ции радионуклидов в воздухе
Значимость н эффективность. Содержание "'Cs в экспонированных образцах в 2-5
раз превысило его содержание в контрольных образцах Расчетная модель позволяет оценить
концентрацию радионуклидов в воздухе по сфагновому сорбенту на большой лесной терри­
тории малыми усилиями, "ГГО делает метод более эффективным и значимым по сравнению с
энергоемким, трудозатратньпл и материалоемким аспирационным методом
Разработанная методика является надежным тестом при оценке радиационной нагруз­
ки в рабочих помещениях Сфагновый сорбент целесообразно использовать 1) для обосно­
вания и расчета кратности воздухообмена в рабочих зонах, 2) для оценки эффективности и
надежности работы вентиляционной системы, 3) для оздоровления производственной среды
Практическое применение разработанных проектов биомониторинга воздуха с ис­
пользованием сфагновых мхов целесообразно в разных условиях, как на больших территори
ях, так и в производственных помещениях, так как этот метод о6ос1Юван, сопровождается
расчетной моделью, верифицирован в разных условиях и эффективен Общие характеристи­
ки проектов 01ражены в таблице!
Таблица 1 - Характеристики проектов биомониторинга воздуха с использованием
сфагновых мхов
Х2П/П
1
Проект
Проект
Объект
Сфаг­
«Биомонито­ новые
ринг воздухл мхи
с использо­
ванием сфаг­
новых мхов»
Крите­
рии
Результаты биомониторинга
Область применения
Кк, рас­
Выявлены зоны и ореолы раз­
Радиационный кон­
четная
модель
ных концентраций радионук­
лидов в глобальных выпадени­
ях и воздухе Разработана мо­
дель оценки функции эквива­
лентности биомониторинга,
расчета концентрации '"Cs в
воздухе
троль, радиоэкологи­
ческий мониторинг.
экологический кон­
троль природопользо­
вания
13
2
Проект
Сфагно­
Кк, рас­
Выявлены зоны разной кон­
Радиационный кон­
«Биомонито­
вые мхи
четная
центрации радионуклидов в
троль, радиоэкологи­
ринг воздуха
производст­
венных по­
мещений
с
использова­
нием сфаг­
новых мхов»
модель
воздухе, что дает информацию
0 состоянии воздуховодов кор­
пуса и рециркуляции основного
воздушного потока в помеще­
ниях корпуса и позволяет ис­
пользовать эту информацию в
практических целях
ческий мониторинг,
экологический кон­
троль природопользо­
вания, эксплуатация
производственных по­
мещений, оценка эф­
фективности венти­
ляционной системы
ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БИОМОНИТОРИНГА ВОДНЫХ СИСТЕМ
Накопленный отечественный и зарубежный опьгг осуществления мониторинга при­
родной среды позволяет утверждать, что водные экосистемы и особенно их биологическая
составляющая является одним из наиболее уязвимых и чувствительньк звеньев природных
систем, подверженных антропогенному воздействию
Общий комплекс методических подходов при оценке качества природных вод по био­
логическим показателям содержит приемы биоиндикации и биотестирования Методы вод
ной
токсикологии
(биотестирование)
широко
используются
для
оценки
эколого-
токсикологического состояния вод
Разработаны проекты биомониторинга водной системы на основе разных биомонито
ров Каждый проект разработан по унифицированной схеме и включае! определенное число
разделов Все проекты верифицированы на опытных полигонах и отработаны рабочие режи­
мы Осуществлена адаптация проектов к целям радиоэкологической безопасности в системе
природопользования при обращении с Р А О на основе функции эквивалентности Составле­
ны паспорта проектов биомонигоринга с указанием работающих показателей и диапазонов
их изменений Установлены эталонные уровни и типичные соотношения в координатах «до­
за-эффект» Пространственно-временная репрезентативность (представи1елыюсть и целесо­
образность) проектов достигается выбором представительной тест реакции, оптимальной се­
тью размещения пунктов контроля и эталонами сравнения Значимость и эффективность
проектов обоснована работающими показателями и реальными результатами ОЦРНКИ качес!ва среды Разработано 6 проектов биомониторинга Покажем реализацию на одном примере
Ilpoeirr «Биомониторинг с использованием пионерных растений мезогигрофитов»
Обоснование. Растения гигрофиты и мезогигрофиты, первыми заселяющие дренаж­
ные канавы, выступают первым приемником радионуклидов, содержащихся в омывающей
растения воде, и фактически выполняют определенную функцию биогеоценотического барь
ера
Регламент критериев. В качестве объекта рассматриваются виды, доминирующие в
травяных группировках в системе дренажных канав мать-и-мачеха обыкновенная, виды кле­
вера, хвощ болотный, частуха подорожниковая, виды лютиков. Показатели' содержание ра­
дионуклидов в растениях, воде, почве, иле.
Региональные пределы толерантности. Для территории ландшафтно-зональным яв­
ляется кальциево-гидрокарбонатный класс водной миграции с низким солесодержанием по­
верхностных вод и вод открытых водоемов В пределах СЗЗ наблюдается изменение типич­
ного зонального класса водной миграции с кальциево-гидрокарбонатного на натриевогидрокарбонатно-сульфатно-хлоридн ый
14
Верификация на опытных полигонах. В условиях, где отмечен типоморфный гидрокарбонатно-кальциевый состав воды, мать-и-мачеха и клевер гибридный более интенсивно
накапливают "'Sr, а " ' C s накапливается преимущественно в видах, растущих на борггах кана­
вы, т е на необводненной части В пунктах при преобладании в воде ионов натрия и хлора в
растениях повьпиается содержание ' " C s , причем на границе смен преобладающих ионов в
воде отмечены максимальные содержа1шя ' Cs и "''Cs в мать-и-мачехе на борту канавы В
частухе подорожниковой содержание " Cs в зависимости от состава воды не меняется и со­
ставило -1,6-1,3 X 10' Бк/кг, а '"Sr при составе воды НаСНОз в растении содержится почти в
2 раза больше, чем в условиях состава воды NaCI
В первой подсистеме максимальное накопление радионуклидов отмечено в мать-имачехе обыкновенной, произрастающей на бортах канавы В условиях омывания растений
водами гидрокарбонатно-кальциевого состава более интенсивно поглощается растениями
Sr, который, по-видимому, вытесняет Са В сухих местообитаниях больше поглощается
''^Cs, возможно за счет большего его поступления не водным, а аэральным путем Гидрокар­
бонатно-натриевые воды способствуют большему поступлению в водно-болотные растения
"^Cs Также интенсив1ю накапливаются "^Cs и '^'Cs растениями, развивающимися в услови­
ях протекания хлоридно-иатриевых вод
В о втором рукаве дренажных канав максимальное накопление радионуклидов отме­
чено в мать-и-мачехе на бортах канавы, причем содержание " S r в растении максимально для
всех обследованных точек - 3,8 х 10^ Бк/кг
В растениях, отобранных в днище с гидрокарбонатио-кальциевым составом воды, со­
держится больше "Sr, а с гидрокарбонатно-натриевым составом - "^Cs и "''Cs
В четвергом рукаве гидрокарбанатно-кальциевые воды способствуют большему пере­
ходу в растения ""Sr, чем ' " C s , содержание '*'Sr в растениях превышает концентрацию по
следнего на 1-2 порядка По-видимому, гидрокарбонатно-натриевые воды способствуют
лучшему усвоению растениями ' " C s , в растениях на днище максимальны концентрации
' " C s , а в расгениях на бортах • превалирует ""Sr
Максимальным накоплением ""Sr и " ' C s отличается мать-и-мачеха обыкновенная,
причем в типичной ситуации при омывании водами гидрокарбонатно-кальциевого состава
интенсивность биологического поглощения ниже, чем в водах другого состава, не типичного
для данного ландшафта Оптимум для биологического поглоп;ения создается в водах гидрокарбонатно-натриевого состава, в которых накапливается три радионуклида '"Sr, ' " C s и
' ""Cs, причем максимальная
концентрация происходит
в днище
В
водах хлоридно-
натриевого состава мать-и-мачеха «работает» менее интенсивно, чем в условиях N a H C O j , но
на бортах накопление высокое, особенно для '^'Cs
Клевер гибридный растет только на боргах канав и одинаково ровно накапливает ' ° S r
и
Cs, однако, М0Ж1ГО отметить небольшие расхождения в пользу того или другого нуклида
в водах МаНСОз в клевере больше " S r , а в водах NaCl - ' " C s
Частуха подорожниковая характеризуется максимальным накоплением радионукли­
дов в типичных для ландшафта водах Са(НС0з)2, особенно высоко накопление ""Sr, а в хлоридно-натриевых водах накопление менее интенсивно, и предпочтение в биологическом по­
глощении отдается "^Cs
Гидрокарбонатно-натриевые воды, по-видимому, способствуют и большему переходу
Cs и
Sr из воды в хвощ болотный и виды лютиков Таким образом, названные виды рас­
тений можно использовать для создания биогеоценотических барьеров
Sr и " Cs при ре-
15
конструкции ландшафта, кроме того, эти виды необходимо использовать в качестве тестрастений для оценки радиационной ситуации
Адаптация к целям радиоэкологической безопасности в системе природопользо­
вания при обращении с Р А О на основе функции эквивалентности Адаптация к целям
безопасности реализована в виде разработок методических рекомендаций и паспорта проекта
биомониторинга с указанием работающих показателей и диапазонов их изменений Установ­
лены эталонные уровни содержания радионуклидов в разных гидрохимических условиях
Пространственно-временная репрезентативность (представительность и целесо­
образность). Репрезентативность биомониторинга достигается
анализом накопительной
функции видов растений, адаптированных к фоновой и тестируемой воде
Значимость и эффективность. Показана целесообразность применения метода био­
индикации на фитоиндикаторах, обитателях увлажненных экотопов Установлено, что «ра­
ботающими» являются показатели содержания и накопления радионуклидов По совокупно­
сти показателей установлены зоны водной системы разной степени загрязненности
Практическое применение разработанных проектов биомониторинга водных систем с
использованием разных биотестов целесообразно в разных условиях, так как этот метод
обоснован, верифицирован в конкретных условиях и эффективен Общие характеристики
проектов отражены в таблице 2
Таблица 2 - Характеристики проектов биомониторинга водной системы
5
Проект
11 Проект
т
05ьект
Критерии
Область
применения
Одноклеточ­
Смертность,
«Работающим» является
Радиационный
«Биомони­
торинг с ис­
пользовани­
ем гидроби-
ная ресничная
инфузория
Paramecium
caudatmn (кл
размножение,
три срока кон­
троля в тече­
ние 3-х суток
показатель размножения
Состояние контролируемых
биотопов оценено как не
удовлетворительное, ток­
контроль, ра­
диоэкологиче­
ский монито­
ринг, экологиче
онтов пара­
меций»
Ciliata)
сичное
Проект
«Биомони­
Вегвистоусый
рачок Daphnia
ский контроль
природопользо­
вания
Радиационный
контроль, ра­
торинг с ис­
пользовани­
magna (кл
Copepoda)
Выживае­
мость дафний
за 96 часов
ем гидробионтов
дафний»
т
Результаты
биомониторинга
«Работающим» является
показатель выживаемости
Высокая выживаемость ха­
рактеризует биотест как
Проект
«Биомони­
Коловратка
Brachiomis
Смертность,
размножение.
«Работающими» являются
показатели смертности и
ринг, экологиче­
ский контроль
природопользо­
вания
Радиащюнный
контроль, ра­
торинг с ис­
пользовани­
ем гидро-
calyciflorus
(кл Rotatona)
с о е (ско­
рость осветле­
ния среды)
питания по скорости освет­
ления среды По показате­
лю смертности коловратки
диоэкологиче­
ский монито­
ринг, экологиче­
бионтов ко­
ловраток»
устойчивый Выявлено сти­
мулирующее действие во­
ды
диоэкологиче­
ский монито­
коловратками
с экспозицией
30 минут
хгфактеризуются как самые
чувствительные объекты
Установлено острое токси­
ческое действие воды из
всех точек опробования
ский контроль
природопользо­
вания
16
4 Проект
«Биомони­
торинг с ис­
пользовани­
ем гидро-
бигаггов зоо­
планктона»
Группы вод­
ных беспозво­
ночных жи­
вотных- Rota­
toria, Clado-
cera, Copepoda
Присутствие
Присутствие трех групп
организмов
зоопланктона и высокая
Радиационный
контроль, ра­
разных таксо­
нов, число
таксонов, чис­
численность - показатели
благополучия вод
Структурный состав зоо­
диоэкологиче­
ский монито­
ринг, экологиче­
ных таксонов
вания
ленность ор­
ганизмов раз­
планктона позволил выде­
лить три зоны водной сис­
ский контроль
природопользо­
Содержание
торинг с ис­
Мать-и-мачеха
темы!) зону маловодных
теплых экотопов, 2) зону,
близкую к аэротенкам,
3) зону <л«кучего» ручья.
Установлено, что «рабо­
обыкновенная,
радионукли•
тающими» являются пока­
контроль, ра­
пользовани­
ем пионер­
ных расте­
ний мезогигрофитов»
виды клевера.
хвощ болот­
ный, частуха
подорожнико­
вая, виды лю­
тиков
Элодея канад­
дов в растени­
ях, воде, поч­
ве, иле
затели содержания и накоп­
ления радионуклидов По
совокупности показателей
установлены зоны водной
системы разной степени
загрязненносги
Установлено, что «рабо­
диоэкологиче­
ский монито­
ринг, экологиче­
ский контроль
природопользо­
вания
Радиационный
ления радионуклидов По
совокупности показателей
ский монито­
ринг, экологиче­
5 «Биомони­
6 Проект
«Биомони­
торинг с ис­
пользовани­
ем макрофитов»
ская (Elodca
canadensis)
Содержание
радионукли­
дов в растени­
ях, воде, иле
тающими» являются пока­
затели содержания и накоп­
установлены уровни и ха­
рактер загрязненности вод­
ной системы
Радиационный
контроль, ра­
диоэкологиче­
ский контроль
природопользо­
вания
ГЛАВА S. ШРОЕКТИРОВАНИЕ БИОМОПИТОРИЫГЛ Н А Ё М Н Ы Х Э К О С И С Т Е М
Компоненты наземньпс экосистем, которые удаляют примеси из атмосферы и акку­
мулируют, трансформируют или переносят их, можно назвать «поглотителями» Лесные эко­
системы вообще и экосистемы умеренных лесов в частности служат важными локальными,
региональными и глобальными поглотителями широкого диапазона атмосферных примесей
Поверхность почвы и растений выступает при этом в качестве основного поглотителя при­
месей, поступающих в наземные экосистемы
Наиболее эффективным «фильтром» для радионуклидов являются древостой В кроне
древесного яруса может задерживаться радиоактивных примесей от 20 (березовый лес в зим­
нее время) до 100% (плотносомкнугые хвойные леса умеренного климата, тропические дож­
девые леса) Вторым растительным «фильтром» в лесу является травяной покров Коэффи­
циенты первичного задерживания для травостоев различны для разного рода выпадений и
изменяются от 1,9 х 10 до 9,6 ах 10"' г/м' В среднем для радиологических расчетов приня­
та величина коэффициента первичного задерживания травяным покровом, равная 25%
На территории СЗЗ распространены растительные сообщества, типичные для данного
района Московской области В силу своеобразного «заповедного» режима, они отличаются
от окружающих лесов меньшей нарушенностью, более полной структурой, значительным
видовым разнообразием (нередки виды, охраняемые в Московской области) и естественным
ходом сукцессии Основными лесообразующими породами являются береза, осина, ель, дуб,
ольха серая, клен, липа Встречаются вяз и ясень, очень редко - сосна Разработаны проекты
17
биомониторинга, основанные на слежении за ценотической структурой сообществ (дендро­
метрический), за возобновлением (популяционно-ценотический па основе подроста), за со­
держанием и накоплением радионуклидов в растениях биомониторах (биомониторинг бо­
лот)
Проект «Дендрометрический мониторинг»
Проект реализован путем имитационного моделирования - строго расчетньпл путем
На первом этапе по карте растительности были выбраны типологические выделы, соответст­
вующие типам леса основных демутационных комплексов - климакса и эвтрофной гидросе­
рии и установлены номера типовых описаний На втором этапе из Базы данных «Радиоэко­
логическая безопасность» были отобраны типовые геоботанические описания, на основе ко­
торых проведены расчеты таксационных (дендрометрических) показателей по типам насаж­
дений (березняк, ельник, осинник) в соответствии с условиями местопроизрастания, индици­
руемыми нижними ярусами При расчетах использованы следующие показатели доля уча­
стия основной и сопутствующих пород, высота и диаметр основной и сопутствующих пород,
сомкнутость насаждений, обилие и высота подроста Рассчитана средняя формула насажде­
ния По формуле и дендрометрическим параметрам основных пород (березы, осины, ели)
бьиш подобраны соответствующие насаждения по таблицам хода роста Отклонения пара­
метров от табличных значений - не более 15 %
Проект биомониторинга «Популяционно-ценотический подроста ели европейской»
Подрост является наиболее чувствительным к внешним воздействиям элементом
лесных экосистем его можно считать индикатором текущего состояния насаждения в це­
лом Состояние подроста различно в различных лрсвостоях - поэтому состояние подроста
целесообразно рассматривать, учитывая тип и состояние насаждения
Учет подроста производится методом сплошного пересчета на пробных площадях
Регламент критериев включает перечень показателей биоценотического состояния экосисте
мы Дополнительно учиты'ваются возраст, высота, диаметр, число стволов, состояние Ха­
рактеристика состояния каждой особи подроста по морфометрическим показателям состав­
ляет основу лесохозяйственной классификации Региональные пределы толерантности опре­
деляются диапазоном существования и развития елового подроста в различных условиях ме­
стопроизрастания В условиях Московского региона диапазон таксационных харакгеристик
елового подроста изменяется в широких пределах высота - от 3 м (сосняк долгомошиик, 50
лет) до 10 м (сосняк кисличник, 50 лет), число стволов
от 340 (сосняк кисличник, 50 лот) до
2900 1пт/га (березняк долгомошиик, 35 лет) Установлены сообщества с оптимальным и yi нетенным развт-ием подроста
Адаптация дендрометрической группы проектов биомониторинга к целям радиоэко
логической безопасности в системе природопользования при обращении с Р А О подразуме
вает использование данных лесной таксации для оценки радиоэкологического состояния на­
саждений
Сравнение дендрометрических (таксационных) характеристик насаждений с
«нормой» (по таблицам хода роста), расчет и выявление древостоев с «аномальным» разви­
тием являются необходимым звеном в системе принятия решений
Проект «Биомоииторинг болот»
В качестве комплексного мониторинга функционирования геотехнической системы
рассмотрена реализация проекта биомониторинга с учетом гидропотоков и использованием
растительньпс индикаторов Сеть мониторинга заложена по водотокам, дренирующим санитарно-зап1Кгную зону, и участкам болот, расположенных в пределах СЗЗ
Размещение сети мониторинга по путям транзита вещества в пределах водосборных
18
бассейнов разных порядков позволяет отслеживать распределение загрязняющих веществ по
территории Параллельное определение количества радионуклидов аккумулированных в рас­
тительном компоненте экосистем долин водотоков дает представление о выполнении сооб­
ществами СЗЗ барьерной функции Болота являются неотъемлемой частью зоны лесов
В
ландшафтах болот существует совершенно особая биогеохимическая ситуация Замедлен­
ность биологического круговорота масс химических элеменюв, свойственная всем бореальпым лесным экогеосистсмам, еще сильнее выражена в экогеосистемах болот В наиболее
распространенном типе болотных фитоиенозов - сфагновых болотах - годовая продукция
составляет примерно 10% от живой биомассы и доли процента от массы мертвого органиче­
ского вещества торфа
Региональные пределы толерантности биомониторинга и функция эквивалентно
сти проекта установлены на основе обследования гидроморфпых экотопов в долинах ручьев
В результате мониторинга вьювлена специфичность функциональных блоков экосистем ка­
ждый биогеогоризонт характеризуется разной накопительной способностью по отношению к
разным радионуклидам, т е существует определенная взаимозаменяемость (взаимодопол­
няемость) структурных элементов экосистем в осуществлении барьерной функции сооб­
ществ в целом Так, древесный ярус в больщей степени аккумулирует альфа-нуклиды, а тра­
вяным ярус - бета-нуклиды и стронций, напочвенный покров (мхи) и подстилка
альфа-
нуклиды и цезий Вьювлена также радионакопительная специфичность структурных частей
древесно-кустарниковых видов у ели более активными накопителями альфа-нуклидов явля­
ются скелетные части (ветки молодых побегов), а у лиственных пород - ассимилирующие
органы (листья), по опющению к бета-нуклидам накопительная активность хвои и веток ели
примерно одинакова, а лиственные породы отличаются значительной накопительной актив­
ностью ассимилирующих частей по сравнению со скелетными (в 2-3 раза)
Наиболее активными накопителями альфа-нуклидов являются мхи (коэффициенты
накопления 0,13 - 0,59 в разных ландшафтных условиях), наиболее активными накопителя­
ми бета-нуклидов являются виды фавяного яруса, а среди них доминанты хвойношироколиствснных лесов (сныть, копытень, медуница и др ) Максимальные коэффициенты
накопления альфа нуклидов фиксируются в условиях склонов и коренных берегов долин, а
накопление бета-нуклидов максимально в пойменных условиях (однако, не у всех видов)
Верификация на опьпнмх полигонах
Верховое болото - исток ручья Рохманка.
Центр болота занят вейииково-сфагновой ассоциацией с редким сосново-березовым
древостоем Моховой покров сплошной Доминируют сфагновые мхи Политриховые и зеле­
ные мхи занимают (образуют) приствольные кочки Единично встречаются кустистые ли­
шайники
Верховое болото
исток ручьев Лесной и Ореховый
Центр болота занят березняком с единичной сосной вейниково-пущицевым сфагно­
вым Моховой покров сплошной, доминируют сфагновые мхи Приствольные кочки образо­
ваны политриховыми мхами
Верховое (переходное) болото - исток ручьев Блудный и Перемойка
Центр болота занят травяно-моховой ассоциацией с единичными деревьями березы пуши­
стой и единичным угнетенным подростом ели Покрытие мхов составляет 60-80% Содоминируют сфагновые и полигриховые мхи
Результаты радиационно-аккумулятивного мониторинга болот СЗЗ приведены в таб­
лице 3 Максимум накопления цезия-137 отмечен у типично болотных трав (вейник и пуши-
19
ца) и мхов (сфагновые и политриховые) Бета-нуклиды активнее накапливаются видами ок­
раин болот (хвощ, камыш) Альфа-нуклиды активно накапливаются всеми перечисленными
видами Поступление альфа-нуклйЛов в растительные орган'измы происходит преимущест­
венно аэральным путем Наибольшей сорбирующей способностью обладают мхи Высшие
растения аккумулирзтот альфа-нуклиды, по-видимому, как аэральным путем, так и через
корневые системы, расположенные в торфяном горизонте
Таблица 3 - Содержание радионуклидов в компонентах экосистем болот СЗЗ (амплитуда [)актических значений - Бк/кг)
Вид
Травы
Камыш лесной
Вснник неза­
мечаемый
Хвощ лесной
^
^
200
24,0-280
100-310
200-1200
13-92,8
1000 -1400
150-370
76-110
0
110-130
200-1300
26-61
Политриховые
Зеленые
22,4 - 85,6
230
Моховой очес
с
примесью
листьев играв
92,9-200
Мхи
380 - 560
390 - 480
580
Подстнлка
430 - 550
0
К-40
290-620
370-410
320-520
Cs-137
680-1700
12-16
Сфагновые
Sr-90
7,8-9,3
13,0-36,6
Путина
ХР
~
940-960
50-150
19,4 - 260
200
50 - 75,8
84,4
100-180
72,5
200
500
50
31,9-160
200
Величины накопления цезия-137 в болотных экосистемах значительно превышают гаковые в экосистемах дренированных ландшафтов, что подтверждает их исключительную
барьерную функцшо
Практическое применение разработаниьк проектов биомониторинга наземных экоси­
стем с использованием разных биотестов целесообразно в разных условиях, так как этот ме­
тод обоснован, верифицирован в конкретных условиях и эффективен Общие характеристики
проектов отражены в таблице 4
Таким образом, показано, что лесные сообщества выступают фитофильтром и фитобарьером для атмосферных выпадений, становятся важным звеном в биогеохимической ми
грации поступивших радионуклидов по всем компонентам экосистем
Дендрометрический биомониторинг на основе функции эквивалентности отражает
соответствие развития древостоя идеальной модели по таблицам хода роста Отклонение
тестируемых насаждений от идеальной модели по таксационным параметрам не превышает
1 5 % Популяционно-ценотический мониторинг подроста ели европейской обусловлен зна­
чимостью ели европейской в становлении коренных лесных формации данной зоны Благо­
надежный подрост - индикатор устойчивого развития ценозов, угнетенное состояние - ин­
дикатор блокировки зональных процессов Каждый вид подроста выполняет свою функцию
в развитии сообщества и его состояние отражает значимую реакцию экосистемы на факторы
среды Биомониторинг болот на основе накопительной способности биоиндикаторов показал
однозначное превышение уровней накопления радионуклидов всеми доминирующими вида­
ми растений по сравнению с аналогами в долинах ручьев и на основе функции эквивалентно­
сти позволил выявить зоны техногенных аномалий
20
Таблица 4 - Характеристики проектов биомониторинга наземньпс экосистем
1
Проект
Объект
Критерии
Результаты биомониторинга
Область
применения
1 Проект
Древостой в
Таксационные
По формуле и дендрометриче­
«Девдром
(прически
й монито­
ринг»
текущий
момент вре­
мени
по
«идеальной»
показатели
в
соответствии
таблицам хода
роста Количе­
ским параметрам основных пород ный
кон­
(березы, осины, ели) подобраны троль,
ра­
соответствующие насаждения по диоэкологи­
таблицам хода роста Отклонения ческий мо­
нических опи­
саний
Расчет­
ная модель
2 Проеет
биомони­
описывае­
мой в таб­
лицах хода
роста
Подрост ели
европейской
ход развития древостоев как ти­ ский
кон­
пичный, соответствующий иде­ троль при­
альной модели
родопользо­
вания
Сообщества климакса характери­ Радиацион­
зуются оптимальным развитием ный
кон­
модели
развития.
торинга
«Популяционно-
«Биомо­
ниторинг
болот»
Таксационные
характеристики
древостоя
подроста
ценотический под­
роста ели
европей­
ской»
3 Проект
ственные пока­
затели геобота­
Домини­
и
Радиацион­
параметров от табличных значе­ ниторинг.
ний - не более 1 5 % , установлен экологиче­
елового подроста, сообщества троль,
ра­
евтрофной гидросерии характе­ диоэкологи­
ризуются более угнетенным со­ ческий мо­
стоянием елового подроста, от­ ниторинг.
мечено восстановление коренных экологиче­
зональных лесов, формируется ский
кон­
сложная многоярусная структура троль при­
насаждений, более устойчивая к родопользо­
различного рода воздействиям
вания
Содержание ра­ Установлены
пределы
толе­ Радиацион­
рующие ви­ дионуклидов в
ды растений почве, растени­
всех ярусов ях, Кн
рантности видов и биогеогори- ный
кон­
зонтов Установлены репрезента­ троль, ра­
тивные биомониторы
" Cs
диоэкологи­
болотные травы (вейник и пуши­
ца), мхи (сфагновые и политри-
ческий мо­
ниторинг.
ценозов
ховые), бета-активности - хвощ,
камыш, альфа-акгиБНости - все
перечисленные виды Установле­
на
пространственная картина
потоков радионуклидов и выяв
лены пути миграции
экологиче­
ский
кон­
троль при­
родопользо­
вания
лесных
и
болотных
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате работы выполнена основная цель - разработана методика проектирова­
ния биомониторинга окружающей среды для целей экологического контроля
1 Разработаны критерии, алгоритмы и методы выбора биотестов или биомониторов
па основе тест реакций на примере природопользования в лесной зоне Разработано понятие
функции эквивалентности биомониторинга Разработаны типовые схемы биомониторинга
Проведена апробация типовых схем биомониторинга, установлены пределы толера1ггносги и
рабочие режимы 11 проетгов.
2 Теоретическим основанием эквивалентной функции биомониторинга служат сле­
дующие положения
21
- различные биоиндикаторы в равных условиях реагируют неодинаково на различные
воздействия (загрязнения), и имеют определенную тенденцию зависимости,
,., ,
-различные части биоиндикатора в равных условиях реагируют Ифдинаково на pes-i
личные воздействия (загрязнения) и имеют определенную тенденцию зависим0С1и,
-выбор эталона сравнения определяется общностью ландшафтно-зонального развития
природньк объектов,
- биомонитор должен репрезиггативно представлять среду, объект и зафязнигель
То есть, при сравнении разных показателей, полученных различными методами, не­
обходимо сравниваемые величины привести в единое информационное поле, или обеспечить
эквивалентность и сравнимость Эквивалентная функция биомониторинга это отражение ре­
акции биообъекта на воздействие в универсальной шкале сравнимости Оптимальной шка­
лой являются ряды нормируемых показателей В качестве нормы или эталона служит шобой
оправданный аналог это может быть контрольный образец, чистая территория, условный
объект, максимальное или минимальное значение и т д
3 Проекты биомониторинга воздуха с использованием сфагновых мхов, верифициро­
ванные в лесньпс массивах и производственных помещениях, характеризуются высокой эф­
фективностью и вместе с расчетной моделью позволяют не только рассчитать концентрации
загрязнителей в воздухе, но и провести зонирование территорий или помещений с выделени­
ем аномальных ореолов Проекты выполняют функцию контроля поступления загрязняющих
веществ в экосистемы на большой территории с выделением техногенных аномалий, то есгь
контроля природопользования как источника воздействия
4 Проекты биомониторинга водной системы с использованием разных биотестов на­
дежно индицируют состояние качества воды, указывают па эффективность работы водной
системы как гидротехнического сооружения, так как позволяют выделить зоны с разной са­
моочищающей способностью водотоков Водная система тестируемой территории разделя­
ется на три зоны теплых мелководий (промплощадка), аэротенков (отстойники), текучего
ручья (русло), характеризуемых водой разной степени токсичности Проекты BbinojfflHreT
функцию контроля воздейсгвия природопользования на состояние экосистем по огветным
реакциям тест объектов, то есть контроля природопользования как источника воздействия
5 Проекты биомониторинга наземных экосистем с использованием структурньк, популяциотю-ценотических
и накопительных показателей видов наземных экосистем очень
информативны и дают возможность выдел!ггь природные и техногенные аномалии даже по
отдельным биотестам или биомониторам Наиболее перспективным является
биомонито­
ринг болот, накопительную функцию которых можно использовать для реконарукции тер­
ритории с позиций создания биогеоценотических барьеров Проекты выполняют функцию
контроля воздействия природопользования на состояние экосистем по всем их жизненных
характеристикам, то есть контроля природопользования как источника воздейсгвия
Проекты внедрены в технологию биомонигоринга на основе биоиндикации и биогестирования, развиваемую в Ц Э Г Р Г У П МосНПО «Радон» по «Профамме совершенствования
и повышения качества, безопасности, надежности средств и методов производства при обез­
вреживании Р А О , обеспечения радиационной безопасности населения и охране окружающей
среды Московского региона» за 2001- 2004 гг
22
По теме диссертации опубликованы следующие работы
1 БИОГЕОЦР.НОТИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ЛЕСНЫХ
ЭКОСИСТЕМ / Актуальные проблемы геохимической экологии Материалы V Междуна­
родной биогеохимической школы Семипалатинский государственный педагогический ин­
ститут, 8-11 сентября 2005 года - Семипалатинск, 2005 461-462 (в соавт)
2 БИОМОНИТОРИНГ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СПЕКТРА В ЛЕСНЫХ ЭКОСИ­
СТЕМАХ Актуальные проблемы геохимической экологии Материалы V Международной
биогеохимической школы Семипалатинский государственный педагогический институт, 811 сентября 2005 года - Семипалатинск, 2005 С 463-464 (в соавт )
3 ОЦЕНКА ОЗДОРОВИТЕЛЬНОЙ ФУНКЦИИ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ Актуаль­
ные проблемы геохимической экологии Материалы V Международной биогеохимической
школы Семипалатинский государственный педагогический институт. 8-11 сентября 2005
года - Семипалатинск, 2005 С 473-474 (в соавт )
4 ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛА ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ ЛЕСНЫХ ЭКОСИ­
СТЕМ Актуальные проблемы геохимической -экологии Материалы V Международной био­
геохимической школы Семипалатинский государственный педагогический институт, 8-11
сентября 2005 года - Семипалатинск, 2005 С 474-476 (в соавт)
5 БИОМОНИТОРИНГ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ОБРАЩЕНИИ С РАДИО­
АКТИВНЫМИ ОТХОДАМИ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ Актуальные проблемы
геохимической экологии Материалы V Международной биогеохимической школы Семипа­
латинский государственный педагогический институт, 8-11 сентября 2005 года- Семипала­
тинск, 2005 С 460-461 (в соавт)
6 ПРИНЦИПЫ СБОРА И ОРГАНИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ РА­
ДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИИ /Актуальные проблемы теохимиче
ской экологии' Материалы V Международной биогсохимической школы Семипалатинский
государственный педагогический институт, 8-11 сентября 2005 года- Семипалатинск, 2005
С 469-471 (в соавт)
7 ОЦЕНКА БАРЬЕРНОЙ ФУНКЦИИ ТЕРРИТОРИИ /Актуальные проблемы геохи­
мической экологии Материалы V Международной биогеохимической школы Семипалатин­
ский государственный педагогический институ!, 8-11 сентября 2005 года Семипалатинск,
2005 С 467-469 (всоает)
Швецов Алексей Александрович
БИОМОНИТОРИНГ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ
КОНТРОЛЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Бумага офсетная. Печать -ризография.
Тираж 100 экз.
Заказ № 78, стр. 24
2005 год
Издательско-аналитический центр
«Энергия»
1>2314а
Р Н Б Русский фонд
2006-4
24789
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 287 Кб
Теги
bd000103441
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа