Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методология планирования защитных мероприятий в сельском хозяйстве при реабилитации радиоактивно загрязненных территорий 17
1.1. Влияние аварии на Чернобыльской АЭС на сферу АПК 17
1.2. Характеристика защитных мероприятий в сельском хозяйстве 20
1.3. Планирование контрмер в первый год и в долговременный период после аварии на ЧАЭС 29
1.4. Правовая и нормативная база для ведения сельскохозяйственного производства на радиоактивно загрязненных территориях 32
1.5. Особенности формирования доз внутреннего облучения в отдаленный период после аварии на ЧАЭС 36
1.6. Принципы классификации хозяйств и населенных пунктов по степени необходимости реабилитации 40
1.7. Критерии оценки эффективности контрмер 43
1.8. Уровни оценок, рассматриваемые при обосновании защитных мероприятий 45
1.9. Основные этапы обоснования контрмер в сельском хозяйстве 47
ГЛАВА 2. Мониторинг радиационно-экологическои обстановки загрязненных территорий 54
2.1. Классификация сельских населенных пунктов и хозяйств 54
2.2. Анализ факторов, определяющих формирование доз облучения населения 65
2.2.1. Характеристика исследуемых населенных пунктов 67
2.2.2. Закономерности формирования доз внутреннего облучения населения в сельских населенных пунктах 79
2.2.3. Влияние защитных мероприятий на формирование доз внутреннего облучения сельского населения 87
2.3. Закономерности изменения содержания радионуклидов в продукции животноводства 93
2.4. Радиоэкологическая ситуация в сельскохозяйственной сфере в отдаленный период после аварии на ЧАЭС 105
2.5. Оценка необходимости реабилитации радиоактивно загрязненных территорий в отдаленный период после аварии на ЧАЭС 122
ГЛАВА 3. Радиолого - экономическая оценка эффективности контрмер после аварии на ЧАЭС 130
3.1. Объемы применения контрмер в АПК после аварии на ЧАЭС 13 0
3.2. Вклад защитных мероприятий в производство нормативно чистой сельскохозяйственной продукции 133
3.3. Оценка предотвращенных коллективных доз облучения населения за счет защитных мероприятий в хозяйствах коллективного сектора 137
3.4. Анализ эффективности контрмер по снижению доз облучения населения, проживающего на радиоактивно загрязненных территориях 149
3.5. Оценка радиолого - экономической эффективности контрмер в хозяйствах коллективного сектора и ЛИХ 166
ГЛАВА 4. Оптимизация защитных мероприятий в сельском хозяйстве на основе анализа затраты - выгода 185
4.1. Оценка эффективности контрмер на локальном уровне 185
4.2. Анализ эффективности контрмер по реабилитации сельских населенных пунктов на региональном уровне 203
4.3. Формирование альтернативных стратегий реабилитации хозяйств коллективного сектора и сельских населенных пунктов' 211
4.4. Сравнительный анализ эффективности стратегий защитных мероприятий по реабилитации радиоактивно загрязненных территорий на основе анализа затраты - выгода 217
ГЛАВА 5. Обоснование оптимальных стратегий защитных мероприятий с использованием компьютерных систем поддержки принятия решений 225
5.1. Методологический подход к оптимизации защитных мероприятий на основе многокритериального анализа характеристик контрмер 225
5.2. Многокритериальный анализ эффективности защитных мероприятий на локальном уровне 232
5.3. Обоснование оптимальных стратегий реабилитации радиоактивно загрязненных территорий с помощью многокритериального анализа 239
5.4. Использование специализированной компьютерной системы поддержки принятия решений RESCA для обоснования системы реабилитации населенных пунктов, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС 248
Заключение 267
Выводы 270
Список использованной литературы 276
- Правовая и нормативная база для ведения сельскохозяйственного производства на радиоактивно загрязненных территориях
- Закономерности формирования доз внутреннего облучения населения в сельских населенных пунктах
- Оценка предотвращенных коллективных доз облучения населения за счет защитных мероприятий в хозяйствах коллективного сектора
- Многокритериальный анализ эффективности защитных мероприятий на локальном уровне
Введение к работе
Актуальность проблемы. Перспективы развития ядерной энергетики тесно связаны с решением проблем обеспечения радиационной безопасности человека (Алексахин, 1982). Во многих ситуациях размещение предприятий ЯТЦ в районах с интенсивным ведением сельскохозяйственного производства приводит к определенному увеличению доз облучения населения. Возможность возникновения аварийных ситуаций на этих предприятиях определяет необходимость оценки дополнительного облучения населения и эффективности действий (защитных и реабилитационных мероприятий), направленных на уменьшение дозовой нагрузки на человека в этих условиях. Как показал опыт ликвидации последствий радиационных аварий (например, аварии на Чернобыльской АЭС), такое воздействие может привести к долгосрочным (десятки лет) радиоэкологическим последствиям (Алексахин и др., 2001). Для решения этих проблем необходимо совершенствование подходов, направленных на долгосрочное реагирование в условиях радиоактивного загрязнения.
Авария на Чернобыльской АЭС явилась крупнейшей в истории ядерной энергетики и привела к масштабному загрязнению сельскохозяйственных угодий. Многие особенности формирования радиоэкологической ситуации после аварии были обусловлены неоднородностью радиоактивных выпадений, различиями в радионуклидном составе выбросов, разнообразием природно-климатических условий в зоне загрязнения (МАГАТЭ, Чернобыльский Форум, 2006).
Проблемы ведения сельскохозяйственного производства в зоне аварии и обеспечения населения продукцией, соответствующей санитарно-гигиеническим нормативам, относились к числу наиболее сложных, так как затрагивали социальные вопросы поддержания или восстановления привычного уклада жизни сельского населения на огромной территории (Alexakhin et. al., 2006; МАГАТЭ, Чернобыльский Форум, 2006).
Высокие уровни радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий обусловили необходимость применения защитных мероприятий во всех отраслях сельского хозяйства, и использования специальных технологий переработки сельскохозяйственного сырья (Корнеев и др., 1987; Сельскохозяйственная радиоэкология, 1992; Ратников и др., 1992; Кузнецов и др., 1995; Санжарова и др., 1996; Жигарева и др., 1996; Сироткин и др., 2000; Исамов и др., 2004). Особенностью аварии на ЧАЭС являлась также динамичность изменения радиационной обстановки, что потребовало принципиально нового подхода к организации и внедрению защитных мероприятий. Одной из задач при этом стала оптимизация проведения контрмер и разработка стратегий реабилитации загрязненных территорий, обеспечивающих рациональное использование материальных, людских и финансовых ресурсов в различные периоды после аварии (Fesenko et. al., 1996; Яцало и др., 1997).
При выборе оптимальных стратегий защитных мероприятий следует выделить две категории населения, для которых контрмеры, направленные на снижение доз внутреннего облучения, могут иметь свои особенности. В качестве первой категории следует рассматривать население, непосредственно проживающее на загрязненной территории, с которой потребляет произведенную им продукцию. Ко второй категории можно отнести население, потребляющее сельскохозяйственную продукцию, полученную на загрязненной территории, за пределами места, где эта продукция была произведена. В качестве основного критерия оценки эффективности контрмер для первой категории должно рассматриваться снижение индивидуальной эффективной дозы, а для второй - уменьшение коллективной дозы от употребления загрязненной продукции (Фесенко, 1997).
Следует отметить существенное различие в целях применения защитных мероприятий для выделенных категорий населения. Так, если в первом случае контрмеры непосредственно направлены на снижение доз облучения населения, то во втором целью их применения является уменьшение экспорта дозы из загрязненных районов. Необходимо подчеркнуть, что с точки зрения ведения сельского хозяйства и использования продукции оценка эффективности этих двух направлений применения защитных мероприятий может опираться на одинаковые критерии, например Временные Допустимые Уровни (ВДУ) или нормативы СанПиН 2.3.2.1078-01, однако последующий сравнительный анализ стратегий реабилитации загрязненных территорий должен учитывать присущие выделенным категориям населения особенности.
В результате реализации комплекса защитных и реабилитационных мероприятий радикально оздоровлена радиологическая ситуация на территориях, подвергшихся воздействию аварии на ЧАЭС (Алексахин и др. 2002; Fesenko et al., 2007). В то же время, несмотря на существенное улучшение радиационной обстановки в России, к настоящему времени не удалось полностью решить проблему обеспечения радиационной безопасности населения, проживающего на территориях, загрязненных в результате аварии. Так, в ряде районов Брянской области до настоящего времени наблюдаются высокие уровни радиоактивного загрязнения аграрных и природных экосистем, а также низкие темпы снижения содержания радионуклидов в сельскохозяйственной пищевой продукции и дарах леса, что влияет на формирование дополнительной дозовой нагрузки на население, проживающее в данном регионе (Fesenko et al., 2001; Панов и др., 2007; Прудников и др., 2007). Это приводит к необходимости продолжения проведения комплекса работ по дальнейшей реабилитации радиоактивно загрязненных территорий, оценки эффективности защитных мероприятий в АПК на всех этапах ликвидации последствий радиационных аварий и определения оптимальных стратегий использования контрмер.
Учитывая сложность сферы агропромышленного комплекса как объекта управления, оптимизация защитных мероприятий является многофакторной задачей. Решение ее связано с обоснованием критериев для оценки оправданности контрмер и определения факторов, влияющих на эффективность защитных мероприятий, с разработкой моделей, методов и программных средств для поддержки принятия решений по рациональному планированию защитных мероприятий в сельском хозяйстве в случае радиационных аварий на предприятиях ядерного топливного цикла.
Цель и задачи исследования. Целью работы являлась оценка эффективности применения защитных мероприятий в сельском хозяйстве на различных этапах ликвидации последствий радиационной аварии и на этой основе разработка оптимальных путей реабилитации радиоактивно загрязненных территорий. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Разработан методологический подход к обоснованию и оценке эффективности защитных мероприятий, направленных на уменьшение перехода радионуклидов по цепочке почва - сельскохозяйственная продукция - продукты питания - человек и снижение доз облучения населения, проживающего на радиоактивно загрязненных территориях.
-
Проведен анализ радиоэкологической ситуации в сельских населенных пунктах и хозяйствах коллективного сектора, находящихся на территории, подвергшейся загрязнению после аварии на ЧАЭС, на различных этапах ликвидации ее последствий. Дана оценка значимости факторов, определяющих переход радионуклидов из почвы в сельскохозяйственную продукцию и влияющих на формирование доз облучения сельского населения.
-
Дана оценка радиолого-экономической эффективности контрмер в сельских населенных пунктах и хозяйствах коллективного сектора на различных этапах ликвидации последствий аварии на ЧАЭС.
-
Выполнен сравнительный анализ потенциальной эффективности защитных мероприятий в сельском хозяйстве и предложен комплекс стратегий реабилитации населенных пунктов и хозяйств коллективного сектора, пострадавших от аварии на ЧАЭС.
-
Разработан методологический подход к оптимизации защитных мероприятий на основе многокритериального анализа их характеристик и дано обоснование рациональных стратегий реабилитации радиоактивно загрязненных территорий, с использованием компьютерных систем поддержки принятия решений.
Теоретическая значимость и научная новизна работы. Для обоснования, оценки эффективности и оптимизации защитных мероприятий по реабилитации радиоактивно загрязненных территорий разработаны методологические подходы, основанные на классификации населенных пунктов и хозяйств коллективного сектора с учетом факторов, определяющих загрязнение сельскохозяйственной продукции, формирование доз облучения населения и эффективность контрмер. Ключевым элементом методологий являются сравнительный анализ эффективности потенциально возможных защитных и реабилитационных мероприятий и определение наиболее оптимальных вариантов их применения на основе многокритериального анализа характеристик контрмер.
На основе многолетних мониторинговых наблюдений дана оценка изменения радиоэкологической ситуации на территориях, подвергшихся воздействию аварии на ЧАЭС. Описаны закономерности загрязнения радионуклидами сельскохозяйственной продукции, формирования доз облучения сельского населения в отдаленный период после аварии на ЧАЭС, и влияния защитных мероприятий на эти процессы. Определены периоды времени, когда в частном секторе населенных пунктов и в коллективных хозяйствах, находящихся в зонах с различными уровнями загрязнения, будет сохраняться необходимость в защитных мероприятиях.
Впервые оценена радиологическая эффективность контрмер, выполненных в течение 20 лет после аварии на ЧАЭС. Рассчитаны ожидаемые дозы облучения населения и уровни загрязнения радионуклидами сельскохозяйственной продукции в отсутствии проведения защитных мероприятий на радиоактивно загрязненных территориях. Для определения приоритетов в выборе оптимальных защитных мероприятий на загрязненной радионуклидами территории проведена радиолого-экономическая оценка эффективности контрмер, выполненных в коллективных хозяйствах и частном секторе сельских населенных пунктов за 20 лет после аварии на ЧАЭС.
На основе использования различных критериев (радиологических, экономических, нормативных, социально-психологических) с помощью компьютерных систем поддержки принятия решений выполнен сравнительный анализ эффективности различных защитных мероприятий и определен их рейтинг. Для населенных пунктов и хозяйств коллективного сектора, находящихся в различных зонах радиоактивного загрязнения, разработан ряд альтернативных стратегий контрмер. Показано, что наиболее эффективной является стратегия адресной реабилитации в виде комплекса сельскохозяйственных защитных мер, обеспечивающих максимально быстрое снижение годовых доз облучения населения до уровня, установленного законом «О радиационной безопасности», и уровней загрязнения сельскохозяйственной продукции до пределов, установленных в СанПиН-2.3.2.1078-01.
Практическая значимость результатов исследований. Результаты исследований являются основой для оценки последствий радиоактивного загрязнения населенных пунктов и коллективных хозяйств после аварии на ЧАЭС, а также для организации сельскохозяйственного производства и адресного планирования защитных мероприятий на территориях, подвергшихся загрязнению радионуклидами. Данные, полученные в работе, использованы при подготовке:
«Рекомендаций по ведению животноводства в отдаленный после Чернобыльской катастрофы период», 2000;
«Руководства по ведению животноводства в отдаленный после Чернобыльской катастрофы период», 2001;
отчета Европейской комиссии [11-й директорат] по разработке программ помощи КЕС странам СНГ в ликвидации последствий аварии на ЧАЭС в сельском хозяйстве;
предложений Минсельхоза России в программу практических работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС на 2001-2005 гг. и 2006-2010 гг.;
«Научных основ ведения сельскохозяйственного производства на техногенно загрязненных территориях, обеспечивающих получение продукции, соответствующей нормативам» по программе фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Рое-сельхозакадемии по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001-2005 гг.;
научно-технического обоснования мероприятий по реабилитации сельскохозяйственных угодий в рамках подготовки Федеральной целевой программы: «Преодоление последствий техногенных аварий и катастроф до 2010 г.»;
«Концепции реабилитации радиоактивно загрязненных сельскохозяйственных угодий в отдаленный после Чернобыльской катастрофы период (2006-2015 гг.)», 2005;
«Руководства по ведению сельскохозяйственного производства на радиоактивно загрязненных территориях Беларуси и Российской Федерации», 2005;
Методических указаний «Оценка средних годовых эффективных доз облучения критических групп жителей населенных пунктов Российской Федерации, подвергшихся радиоактивному загрязнению вследствие аварии на Чернобыльской АЭС», 2005;
Методологии оценки риска воздействия техногенных факторов различной природы на агроэкосистемы, 2007;
Методики оценки радиологической безопасности и экономической эффективности применения реабилитационных мероприятий в аграрно-промышленном комплексе, 2007;
Методики прогнозирования уровней загрязнения почв сельскохозяйственных угодий, при которых обеспечивается получение нормативно чистых продуктов питания, 2007;
Методики оценки радиологической и экономической эффективности защитных мероприятий, проводимых в сельскохозяйственных предприятиях различных форм собственности, 2008.
Положения, выносимые на защиту:
-
Методологический подход к обоснованию защитных мероприятий по реабилитации радиоактивно загрязненных территорий, основанный на классификации сельских населенных пунктов и хозяйств коллективного сектора с учетом факторов, определяющих загрязнение сельскохозяйственной продукции, формирование доз облучения населения и эффективность контрмер.
-
Методологический подход к оптимизации защитных мероприятий на основе многокритериального анализа характеристик контрмер с использованием компьютерных систем поддержки принятия решений.
-
Оценка значимости факторов, определяющих переход радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию и влияющих на формирование доз облучения сельского населения.
-
Прогноз потребности проведения защитных мероприятий на радиоактивно загрязненных вследствие аварии на ЧАЭС территориях.
-
Результаты анализа радиолого-экономической эффективности защитных мероприятий в личных и коллективных хозяйствах на территориях, пострадавших от аварии на ЧАЭС.
-
Система оптимальных защитных мероприятий в сельском хозяйстве по снижению доз облучения жителей населенных пунктов и уменьшению содержания радионуклидов в продукции хозяйств коллективного сектора, пострадавших от аварии на ЧАЭС, до законодательно установленных уровней.
Личный вклад диссертанта в разработку научных результатов, выносимых на защиту. Автором поставлена цель исследования, сформулированы методологические подходы к оптимизации защитных мероприятий и проведен сбор необходимого первичного материала. Созданы базы данных по загрязнению радионуклидами земель, сельскохозяйственной продукции и характеристикам населенных пунктов. Выполнена статистическая обработка данных и проведен их анализ. Оценены ожидаемые дозы облучения населения в отсутствии защитных мероприятий и эффективность контрмер. Сформулированы основные положения работы и выводы.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на международных и всероссийских конференциях: Международной научно-практической конференции «Проблемы ведения агропромышленного производства на радиоактивно загрязненных сельскохозяйственных землях в отдаленный после Чернобыльской катастрофы период» (пос. Мичуринский Брянской области, 1999); Всероссийской научной конференции «Растение и почва. Проблемы агрохимии, агрофизики, и фитофизиологии» (Санкт-Петербург, 1999); Международной конференции «Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях» (Москва, 2000); научно-практической конференции «Роль творческого наследия В.М. Клечковского в решении современных проблем сельскохозяйственной радиологии» (Москва, 2000); научно-практической конференции «Медико-психологические, радиоэкологические и социально-экономические аспекты ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС в Калужской области» (Калуга, 2001); IV съезде по радиационным исследованиям: (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) (Москва, 2001); Международном конгрессе «ECORAD 2001: The radioecology-ecotoxicology of continental and estuarine environments» (Франция, 2001); VIII Российской научной конференции «Радиационная защита и радиационная безопасность в ядерных технологиях» (Обнинск, 2002); Международном научном семинаре «Радиоэкология Чернобыльской зоны отчуждения» (Украина, 2002); III Съезде по радиационным исследованиям (радиобиология и радиоэкология) (Украина, 2003); Международной конференции «Экологическая и информационная безопасность ЭКОИНФО-2003» (Москва, 2003); II Всероссийской научно-практической конференции «Химическое загрязнение среды обитания и проблемы экологической реабилитации нарушенных экосистем» (Пенза, 2004); Международной научно-практической конференции «Производство экологически безопасной продукции растениеводства и животноводства» (Брянск, 2004); Международном симпозиуме «Комплексная безопасность России - исследования, управление, опыт» (Москва, 2004); научно-практической конференции «Актуальные вопросы радиационной гигиены» (Санкт-Петербург, 2004); 6-ой Международной научной конференции «Экология Человека и Природа» (Москва-Плес, 2004); Международном конгрессе «ECORAD 2004: The scientific basis for environmental protection against radioactivity» (Франция, 2004); научно-практической
конференции «Экология предприятий, жилья и окружающей среды» (Обнинск, 2004); Международном симпозиуме «Fate and Impact of Persistent Pollutants in Agroecosystems» (Польша, 2005); X Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы регулирования природной и техногенной безопасности в XXI веке» (Москва, 2005); 5-ой Международной научной конференции «Сахаровские чтения 2005 года: экологические проблемы XXI века» (Минск, 2005); 2-ой Международной конференции по радиоактивности в окружающей среде (Франция, 2005); Международном симпозиуме «Current Developments in Remediation of Contaminated Lands» (Польша, 2005); Международной конференции «Радиоактивность после ядерных взрывов и аварий» (Москва, 2005); Всероссийской конференции «Экспериментальная информация в почвоведении: теория и пути стандартизации» (Москва, 2005); V съезде по радиационным исследованиям: радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность (Москва, 2006); 3-ей Международной конференции «Metals in the Environment» (Литва, 2006); втором Европейском конгрессе по радиационной защите «Radiation protection: From knowledge to action» (Франция, 2006); Всероссийской школе-конференции «Экологический менеджмент и рациональное развитие туризма, рекреации и спорта на особо охраняемых природных территориях» (Сочи, 2006); Международном научном семинаре «Радиоэкология чернобыльской зоны» (Украина, 2006); П-й открытой Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь и наука XXI века» (Ульяновск, 2007); IV региональной научной конференции «Техногенные системы и экологический риск» (Обнинск, 2007); Всероссийской конференции молодых ученых «Экология в современном мире: взгляд научной молодежи» (Улан-Удэ, 2007); Международной научно-практической конференции «Система дистанционного консультирования и информирования населения территорий России и Беларуси, подвергшихся загрязнению радионуклидами вследствие аварии на ЧАЭС» (Дубна, 2007); I Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям» (Москва, 2007); V региональной научной конференции «Техногенные системы и экологический риск» (Обнинск, 2008); конференции «Ориентированные фундаментальные исследования и их реализация в АПК России» (Санкт-Петербург, 2008); Международной конференции по радиоэкологии и радиоактивности в окружающей среде (Норвегия, 2008); IV Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные задачи математического моделирования и информационных технологий» (Сочи, 2008); XI международной молодежной конференции «Полярное сияние 2008. Ядерное будущее: технологии, безопасность и экология» (Санкт-Петербург, 2008); Международной конференции «Радиоэкология: итоги, современное состояние и перспективы» (Москва, 2008); Вторых чтениях, посвященных памяти В.И. Корогодина и В.А. Шевченко «Актуальные вопросы генетики, радиобиологии и радиоэкологии» (Дубна, 2009). Диссертация апробирована на межлабораторном научном семинаре ГНУ ВНИИСХРАЭ 28 мая 2009 г.
Публикация работ. Основные результаты исследований опубликованы в 85 печатных работах, включая 25 статей в рецензируемых российских и зарубежных научных журналах, а также публикации в сборниках трудов и тезисов докладов на российских и зарубежных конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 320 страницах, включая 47 рисунков и 83 таблицы. Список литературы включает 366 работ, из них 113 на иностранном языке.
Правовая и нормативная база для ведения сельскохозяйственного производства на радиоактивно загрязненных территориях
Поведение радиоактивных продуктов ядерного деления в почвах изучали еще задолго до аварии на ЧАЭС, в Биофизической лаборатории Тимирязевской сельскохозяйственной академии В.М. Клечковским с со 21 трудниками [108, 109]. В ходе их исследований были выявлены особенности взаимодействия минеральных и органических веществ почвы с микроколичествами радиоактивных продуктов деления. При изучении поведения радионуклидов в системе почва — растение как первичном звене по-ступления их в продукты питания особое внимание уделялось Cs - биологически подвижному радионуклиду [241, 242]. Он присутствует в составе глобальных выпадений после проведения испытаний ядерного оружия, в выбросах радиоактивных веществ после аварии на Чернобыльской АЭС и относится к числу основных дозообразующих радионуклидов [62, 198].
Как показали проведенные еще до аварии на ЧАЭС многочисленные исследования, одним из наиболее эффективных приемов снижения поступления 137Cs в сельскохозяйственные растения является применение минеральных удобрений и известкование кислых почв, при этом содержание 137Cs в продукции уменьшалось до 7 раз [31, 64, 77, 140, 149, 243, 245, 246]. В то же время столь высокая эффективность минеральных удобрений отмечалась, как правило, в вегетационных, деляночных и полевых опытах, а в реальных условиях она была ниже и зависела от большого числа факторов: времени, прошедшего после радиоактивных выпадений, объемов защитных мероприятий, агрохимических показателей почв, гидрологических и метеорологических условий и др. [14, 19, 30, 107, 121, 136, 138, 176, 178, 181, 331]. Такая особенность была отмечена не только для Cs, но и для 90Sr [67].
Реабилитация радиоактивно загрязненных сельскохозяйственных угодий - это система мер, направленная на восстановление до безопасного для населения уровня проживания и обеспечение устойчивого получения соответствующей радиационно-гигиеническим нормативам сельскохозяйственной продукции на основе традиционных технологий и приведение хозяйствования в соответствие с нормативно-правовой базой. Этого можно достичь путем применения комплекса защитных мероприятий, т.е. раз 22 личных действий, предпринимаемых с целью избежать либо уменьшить радиоактивное загрязнение сельскохозяйственной продукции, а также снизить дозы облучения населения [188].
Выполнение системы защитных мероприятий в области агропромышленного производства на радиоактивно загрязненной территории с первого поставарийного этапа стало одним из ведущих элементов во всей системе реабилитации региона воздействия аварии на ЧАЭС. Аграрные контрмеры охватили практически все отрасли сельского хозяйства - земледелие, растениеводство, животноводство, ветеринарию, переработку продукции [4, 16, 230].
Защитные мероприятия в растениеводстве. Растениеводство является одной из основных отраслей в структуре сельского хозяйства загрязненных областей России. После аварии на ЧАЭС в зону радиоактивного загрязнения попали территории с различными почвенно-климатическими условиями и разными технологиями возделывания сельскохозяйственных культур, что поставило задачу оптимизации применения защитных мероприятий с учетом зональных особенностей ведения земледелия. Проведенные исследования позволили выделить три группы приемов, которые могут быть использованы в растениеводстве: агротехнические, агрохимические и организационные.
Агротехнические приемы направлены на изменение распределения радионуклидов в почвенном профиле, агрохимические - приводят к изменению кислотности почв, увеличению сорбционной способности или концентрации конкурентных ионов [179, 180, 186, 351].
Организационные мероприятия включают подбор культур, которые характеризуются низким накоплением радионуклидов; или технических культур, не используемых для производства продуктов питания. Было изу-чено накопление Cs более 100 видами и сортами сельскохозяйственных растений [69, 120, 141]. Для использования на загрязненных территориях были рекомендованы районированные виды и сорта культур, которые позволяют в среднем до 3 раз снизить накопление 137Cs в продукции.
Набор агротехнических приемов, которые можно использовать на пахотных угодьях, включает стандартную вспашку на глубину 18-25 см; вспашку с оборотом пласта на 4-5 см глубже, по сравнению с обычной; глубокую вспашку почвы (до 50-70 см) с оборотом пласта. Стандартная вспашка на глубину 18-25 см в результате перераспределения радионуклидов в пахотном слое обеспечивает в первый год применения после выпадений снижение перехода радионуклидов в растения в 1.3-3.0 раза [83, 178]. Специальная технология вспашки, которая включала увеличение глубины вспашки, обеспечивала снижение накопления радионуклидов в растениях до 5-7 раз. Вспашка оказалась весьма эффективной как на пахотных угодьях, так и перезалужении лугопастбищных угодий, циклы которого проводятся через 4-5 лет [196, 336].
Агрохимические мероприятия включают традиционные приемы (применение удобрений и агромелиорантов), однако для радиоактивно загрязненных территорий необходимо было обосновать наиболее оптимальные дозы и комбинации их применения [265, 272, 295, 318, 325, 350].
Снижение концентрации радионуклидов в растительности при внесении удобрений может быть обусловлено рядом причин: - улучшением условий питания растений и связанным с этим увеличением биомассы и тем самым «разбавлением» радионуклидов [133, 140, 243]; - повышением концентрации в почве обменных катионов, в первую очередь калия и кальция [124, 137, 170, 266, 285, 310, 329, 339, 344, 349]; - усилением антагонизма между ионами радионуклидов и ионами вносимых солей при корневом усвоении [8, 9, 317].
Закономерности формирования доз внутреннего облучения населения в сельских населенных пунктах
Через несколько лет после аварии на ЧАЭС в зоне, подвергшейся радиоактивному загрязнению, наступил отдаленный период ликвидации ее последствий. Для этого периода характерны следующие особенности [7]: миграция радионуклидов по основным трофическим цепочкам в системе почва - растения - животные - сельскохозяйственная продукция приобретает черты относительно равновесного состояния - начинают доминировать сравнительно медленно действующие процессы трансформации форм радионуклидов в объектах окружающей среды и вовлечения радиоактивных веществ в сферу биологического круговорота; снижаются дозы облучения живых организмов в среде их обитания (в том числе сельскохозяйственных животных и растений); область биологического воздействия ионизирующих излучений смещается в зону малых доз; существенно уменьшается эффективность защитных мероприятий; вы полняемых в сфере агропромышленного производства с целью уменьше ния доз внутреннего облучения, связанных с потреблением пищевых про дуктов; меняется система приоритетов в оценке эффективности контрмер, направленных на снижение доз облучения населения (в том числе защитных мероприятий, выполняемых в АПК). На первый план выходят радиологические (предотвращенные за счет выполнения контрмер дозы) и экономико-радиологические (расчет стоимости снижения единицы коллективной дозы, выраженной в человеко-Зивертах на рубль или доллар США) показатели; происходят некоторые структурные преобразования в дозообразующей роли отдельных пищевых продуктов, меняющие приоритеты в системе защитных мероприятий по снижению доз внутреннего облучения; осуществляется переход по нормам допустимого облучения населения и допустимым концентрациям радионуклидов в пищевой продукции от временных допустимых (аварийных) уровней к «мирным» нормативам (существенно более жестким, чем аварийные уровни).
Присутствие в составе выпадений после аварии на ЧАЭС долгожи-вущих радионуклидов (90Sr, I37Cs) предопределило необходимость ограничения их накопления в сельскохозяйственной продукции в течение длительного периода (десятки лет после аварии). Для абсолютно большей части подверженной воздействию аварии территории Российской Федерации 137Cs - основной дозообразующий радионуклид (роль 90Sr незначительная). Таким образом, защитные мероприятия в АПК затрагивают поступление в пищевые продукты только Cs.
В поставарийный период в зоне, подверженной радиационному воздействию, техногенные радионуклиды под воздействием биогеохимических процессов (в первую очередь в почвах) «стареют» и переходят в менее подвижные формы. В 1986 г. содержание обменного 137Cs в почвах было максимальным и варьировало от 9.5 до 30.1% [26]. Процессы «старения» осуществляются достаточно интенсивно в первые несколько лет (2-3 года) после аварии, после чего ослабление биологической доступности радионуклидов идет очень медленно [158, 212, 229, 231, 282].
Отличительной особенностью отдаленного периода в ликвидации последствий аварии на ЧАЭС является сокращение инвестиций в сельскохозяйственное производство на радиоактивно загрязненных территориях (в том числе ограничение средств на выполнение защитных мероприятий в АПК). Негативным фактором ограничения (до фактически полного прекращения) финансовых затрат на проведение защитных мероприятий мо-жет быть рост удельной активности Cs в сельскохозяйственной продукции (результат ограничения внесения удобрений, прекращения известкования, нарушения технологии возделывания растений и т.п.). Оценивая эти изменения как безусловно отрицательные, следует тем не менее объективно учитывать, что увеличение концентрации радионуклидов в продукции не ведет, как правило, к превышению временно допустимых уровней содержания радионуклидов в пищевых продуктах. Значимость этого повышения содержания радионуклидов в сельскохозяйственной продукции в отдельные годы должна рассматриваться критически, а исключение этого повышения должно быть оценено, прежде всего, в рамках не радиологического ущерба, а экономических затрат.
В отдаленный период в зоне аварии изменяется перечень основных дозообразующих пищевых продуктов в рационе. Внедрение защитных мер в сельскохозяйственное производство обусловило заметное снижение концентрации радионуклидов в продукции растениеводства и животноводства. Напротив, уменьшение концентрации радионуклидов в так называемых природных пищевых продуктах (прежде всего в грибах и ягодах) происходит медленнее, чем в сельскохозяйственной продукции [292, 353]. Это ведет к тому, что роль «лесных» продуктов в рационе питания человека относительно вклада сельскохозяйственной продукции как источника радионуклидов в отдаленный период возрастает. В отдельных сельских населенных пунктах Чернобыльской зоны России (Брянская обл.) роль грибов (вместе с лесными ягодами) как источника I37Cs иногда становится сопоставимой с вкладом продуктов животноводства и растениеводства. Это обстоятельство должно учитываться при оценке эффективности контрмер по снижению доз внутреннего облучения. Особенно большой вклад природной продукции в дозы облучения населения отмечается в сельских населенных пунктах, относящихся к категории «лесных», т.е. в тех из них, в районе которых значительную долю составляют леса.
Оценка предотвращенных коллективных доз облучения населения за счет защитных мероприятий в хозяйствах коллективного сектора
Средний период полуснижения содержания 137Cs в молоке для 6 наиболее загрязненных юго-западных районов Брянской области составляет 12.5 года, причем для 4-х районов этот показатель составляет в среднем 14.2 года. Для сравнения, в первый после аварийный период (1987-1992 гг.), средний период полуснижения концентрации 137Cs в молоке составлял для Брянской области от 1.6 до 2.3 года, а к 1992 г. увеличился до 4.2 года [366].
Эффективные периоды полуснижения содержания Cs в продукции животноводства, производимой в Гордеевском, Злынковском, Клинцов-ском, Красногорском и Новозыбковском районах Брянской области, при отсутствии защитных мероприятий, находились бы в диапазоне от 7.1 до 14.8 года (табл. 2.24). Наиболее быстрыми темпами уменьшение содержания 137Cs в молоке происходило в Новозыбковском районе, в котором до настоящего времени проводятся защитные мероприятия. Для рассматриваемого периода практически не отмечалась тенденция к снижению загрязнения I37Cs в молоке в Климовском районе, где мероприятия, направленные на снижения загрязнения молока практически не применялись. Из табл. видно влияние, которое оказывает применение защитных мероприя-тий на изменение содержания Cs в продукции животноводства. В Гордеевском, Клинцовском и Красногорском районах в 1996-2000 гг., ФСП в разные годы применялись в различных хозяйствах, причем происходило уменьшение объемов применения ФСП, что привело к увеличению периодов полуснижения содержания I37Cs в продукции животноводства. В Новозыбковском районе объемы применения ФСП в различных хозяйствах за рассматриваемый период практически не менялись, поэтому периоды полуснижения загрязнения Cs молока, оцененные для этого района, как и ранее, остаются на уровне 6-7 лет.
Полученные результаты подтверждают, что тип содержания животных (пастбищный или стойловый) существенно влияет на интенсивность снижения концентрации Cs в молоке. При пастбищном содержании животных среднее значение эффективного периода полуснижения концентрации Cs в молоке в 1.3 раза меньше, чем при стойловом, что объясняется условиями содержания животных и кормовым рационом.
В целом, представленные данные показывают, что происходит постепенное замедление темпов снижения перехода 137Cs в сельскохозяйственную продукцию. Можно ожидать, что в будущем эта величина выйдет на уровень, характерный для отдаленного периода глобальных выпадений после ядерных испытаний, при котором каждые 15 лет содержание этого радионуклида в молоке будет уменьшаться в 2 раза [357].
Аналогичные результаты по закономерностям изменения перехода 137Cs в сельскохозяйственные растения на территории России, пострадавшей от аварии на ЧАЭС, были получены в работах [79, 143, 205, 224, 225, 226, 279, 282, 308]. Выявленные закономерности носят достаточно устойчивый характер и их учет в моделях, использующихся для анализа последствий радиоактивных выпадений и эффективности защитных мероприятий, позволит существенно снизить существующие неопределенности в оценке последствий и планировании контрмер по защите населения в случае радиационных аварий [185, 323].
Для разработки оптимальной системы защитных мероприятий по реабилитации наиболее пострадавших от аварии на ЧАЭС районов Российской Федерации была проведена оценка радиоэкологической ситуации, сложившейся в них в последние годы на региональном уровне. Такую оценку проводили для частного сектора сельских населенных пунктов (НП) и коллективного сектора (сельскохозяйственных предприятий - КСХП). По дозам облучения населения наиболее критическими являются населенный пункт 6 юго-западных районов Брянской области (табл. 2.1). Среднегодовые дозы облучения жителей этих населенных пунктов выше 1 мЗв и в них проживает более 25 тыс. чел. В ряде населенных пунктов удается поддерживать дозы облучения населения на уровне менее 1 мЗв/год за счет проведения контрмер, и прекращение или резкое снижение объемов их применения может привести к увеличению доз облучения населения. Поэтому, список населенных пунктов, в которых возможно превышение дозовых нормативов у населения был расширен до 185 с числом жителей более 75 тыс. чел. Вокруг этих населенных пунктов расположены сельскохозяйственные угодья 112 КСХП (табл. 2.25).
Анализ данных, полученных на охваченной мониторингом территории, позволяет оценить радиологическую ситуацию в районах Брянской области, в наибольшей степени пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС. Большинство исследуемых пунктов относятся к категории сельских, с населением, как правило, не превышающим 300-500 чел. В каждом из 6 юго-западных районов Брянской области общая численность жителей исследуемых населенных пунктов варьирует в пределах 9-20 тыс. чел. Количество молочных коров, содержащихся в сельскохозяйственных предприятиях, в среднем в 2 раза превышает поголовье скота в частном секторе. В настоящее время наблюдается тенденция к сокращению поголовья частного скота, что связано как со сложной экономической ситуацией в районах, так и с демографическими проблемами, поскольку в сельской местности в основном проживает население пожилого возраста. Так, если в Гордеевском и Красногорском районах практически все местное население обеспечено молоком от частных коров, то в Климовском районе только четверть от общего числа жителей.
Для оценки радиоэкологической обстановки в 2000-2005 гг. из хозяйств коллективного сектора и частных подворий населенных пунктов специалистами Брянской радиологической ветеринарной лаборатории, Брянского центра «Агрохимрадиология» и ГНУ ВНИИСХРАЭ, были отобраны более 40 тыс. проб продукции растениеводства, животноводства и кормопроизводства, что позволило оценить как динамику загрязнения Cs различных видов продукции, так и ситуацию, сложившуюся на загрязненной после аварии на ЧАЭС территории к настоящему времени. Дополнительно были исследованы природные пищевые продукты (грибы, ягоды, рыба) из лесов и водоемов, прилегающих к исследуемым населенным пунктам. Определение удельной активности радиоактивных веществ в продукции проводили в стационарных условиях на у-спектрометрах типа АИ-1024-95, АМА-ОЗФ, «Гамма-Плюс», «Гамма-01С» и радиометрических установках типа РУБ-01П6 с погрешностью 15-25%.
Многокритериальный анализ эффективности защитных мероприятий на локальном уровне
Анализ информации из банков данных ГНУ ВНИИСХРАЭ по загрязнению Cs сельскохозяйственной продукции с 1986 по 2000 гг. показал, что уже достаточно длительное время продукция растениеводства, производящаяся в районах Брянской области, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС, отвечает установленным радиологическим нормативам и не оказывает серьезного влияния на формирование дополнительного облучения населения. Таких результатов удалось добиться за счет внедрения комплекса защитных и реабилитационных мероприятий. Наибольший эффект от внедрения контрмер был достигнут при обеспечении производства зерна и картофеля, удовлетворяющего нормативам [56, 127, 234]. Так, к 1991 г. удалось добиться снижения до минимальных объемов (менее 1%) производства зерна, с содержанием Cs ниже 70 Бк/кг (рис. 3.1).
Наиболее сложной была и остается ситуация с обеспечением производства удовлетворяющего радиологическим нормативам молока (рис. 3.2). Благодаря внедрению комплекса агротехнических, агрохимических защитных мероприятий, а также активного использования ферроцинсо-держащих препаратов производство несоответствующего нормативам молока к 1995 г. было сведено практически к минимальным количествам. Однако, резкое сокращение в середине 90-х годов применения защитных мероприятий (в первую очередь - агротехнических и агрохимических), объемы и внедрение которых не соответствовали не только научно обоснованным уровням для радиоактивно загрязненных территорий, но и были значительно ниже необходимых для соблюдения обычных технологий, привело к увеличению уровней загрязнения животноводческой продукции. В тоже время, в результате оптимизации имеющихся ресурсов и активному использованию в животноводстве специальных технологий, радиологическую ситуацию удается удерживать под контролем.
Радиологическое обследование сельскохозяйственных угодий и продукции, проведенное в первый период после аварии, показало, что только в четырех областях - Брянской, Калужской, Орловской и Тульской отмечалось превышение нормативов на содержание радионуклидов в продукции. В пяти наиболее загрязненных районах Брянской области (Гордеев-ском, Новозыбковском, Красногорском, Клинцовском и Климовском) до 80% произведенного зерна, молока и кормов не отвечало временным допустимым уровням по содержанию радионуклидов, введенным для первого периода после аварии (ВДУ). В Калужской области (Жиздринском, Хвастовичском и Ульяновском районах) превышение нормативов отмечалось в 70% полученного зерна, в Орловской области (Болховском районе) до 40% и в Тульской области (Плавском районе) до 15%.
Уровни загрязнения сельскохозяйственных угодий в Калужской, Орловской и Тульской областях оказались значительно меньше, чем в Брянской области. Кроме того, в Тульской и Орловской областях, на тяжелых по механическому составу почвах вероятность получения сверхнормативно загрязненной продукции была существенно меньше, чем на легких песчаных и супесчаных почвах, характерных для Брянской области.
Вследствие этого, а также внедрения защитных мероприятий в Тульской области превышение нормативов отмечалось только в 1987 г. (0.7% по зерну), а в Орловской области, благодаря принятым мерам, вся производимая продукция практически полностью соответствовала нормативам. В дальнейшем применение защитных мероприятий в научно обоснованных объемах в этих областях позволило избежать производства продукции с превышением нормативов. В Калужской области превышение нормативов на содержание радионуклидов в сельскохозяйственной продукции (в зерне и картофеле) отмечалось до 1988 г. В то же время в кормах превышение контрольных уровней, хотя и в незначительных пределах (менее 5%) отмечается и до настоящего времени.
Наибольшие уровни загрязнения сельскохозяйственной продукции, и как следствие, объемы производства продукции с превышением нормативов отмечались в Брянской области (рис. 3.3). Благодаря внедрению специальных мероприятий в животноводстве (откорм животных на «чистых» кормах, организации стойлового выгульного содержания животных) уровни загрязнения продукции животноводства постоянно снижались и, начиная с 1991 г. доля продукции животноводства, не отвечающая нормативам, не превышает 10% от общего производства продукции в загрязненных районах. К 1991 г. удалось добиться снижения до минимальных объе-мов производства зерна, с содержанием Cs менее 370 Бк/кг (рис. 3.3). Однако, при переходе на СанПиН 2.3.2.-1078-01 доля зерна, не соответствующего новым более жестким нормативам (70 Бк/кг), несколько увеличилась. Кроме того; необходимо отметить, что в последние годы резко снизилось применение минеральных удобрений под зерновые культуры, а также сократились объемы применения защитных мероприятий, что также привело к некоторому увеличению содержания " Cs в зерне.