Екологічне обґрунтування реабілітації лісових екосистем в районах радіаційних аварій

6

Размещено на http://www.allbest.ru/

Екологічне обґрунтування реабілітації лісових екосистем в районах радіаційних аварій

екосистема радіаційний забруднення

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В умовах економічної кризи істотно зростає значення чиннику енергетичної безпеки. Для України вона значною мірою залежить від стабільності роботи атомної енергетики, яка на сьогодні забезпечує виробництво майже половини електроенергії на даний час. Як засвідчує світовий і вітчизняний досвід експлуатації ядерних об'єктів, це спричиняє низку екологічних катаклізмів на місцевому, регіональному та глобальному рівнях. Після аварії на Чорнобильській АЕС (ЧАЕС) і реалізованих заходів щодо підвищення безпеки ядерних об'єктів, аварія на станції Фукусіма (Японія) знову поставила на порядок денний питання використання атомної енергії.

Для створення гарантовано безпечних технічних, соціальних, економічних та екологічних умов експлуатації атомних електростанцій низкою країн було прийнято рішення щодо закриття атомних електростанцій. Насамперед пріоритет був наданий природоохоронним цінностям з урахуванням сучасних умов та перспектив розвитку суспільства.

Нині Україна бере активну участь у заходах, що реалізуються світовою спільнотою із забезпечення ядерної безпеки. Зросла актуальність переорієнтації моделі розвитку енергетики на відновлювальні джерела. Проте на цьому шляху є низка застережень, які не дають змогу в короткий термін повністю відмовитись від використання діючих енергетичних потужностей.

Недостатньо дослідженими виявились питання безпеки експлуатації ядерних об'єктів у разі виникнення природних надзвичайних ситуацій та їх екологічні наслідки. Це спричинило конфлікт економічних та природоохоронних інтересів. Зона відчуження в доаварійний період перебувала в інтенсивному сільськогосподарському використанні. Дослідження процесів, що відбуваються на перелогах після припинення антропогенного втручання, становлять як теоретичний, так і практичний інтерес для агроекології у разі виникнення надзвичайних ситуацій. Відомі дослідження проблеми поводження з територіями, що зазнають радіоактивного забруднення, не дають змогу приймати однозначні рішення щодо системи заходів зі стабілізації радіоекологічної ситуації. Проблема міждисциплінарного наукового аналізу та узгодження управлінських рішень залишається актуальною.

Наукове обґрунтування стратегії поводження з радіоактивно забрудненими територіями потребує детального аналізу досвіду, що накопичений в ході робіт з ліквідації аварії на ЧАЕС. Особливо це важливо для зон, де відбулася евакуація населення і розпочалися автореабілітаційні процеси. Узагальнення світового досвіду сприятиме розвитку стратегії екосистемного підходу в питаннях подальшого розвитку атомної енергетики.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складником основних напрямів досліджень Українського науково-дослідного інституту лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М. Висоцького (1986-1993), які виконувались в складі Комплексної експедиції держкомлісу СРСР та Мінлісгоспу УРСР, досліджень НВО «Прип'ять» (1993-1996) за програмою «Ліс ближньої зони», галузевого тематичного плану НДР Міністерства з надзвичайних ситуацій та ліквідації наслідків Чорнобильської катастрофи (1997-2007), Інституту агроекології і природокористування НААН (2008-2012). Роботу виконано у рамках державних програм, науково-дослідних робіт (НДР) і проектів, зокрема:

№ держреєстрації 0199U002634 «Віддалений вплив дії пожеж в лісових та лугових екосистемах на фізико-хімічний стан радіонуклідів в компонентах біоценозів ЗВ» (1999); № держреєстрації 0199U002614 «Вдосконалення системи догляду за лісами зони відчуження з врахуванням процесів природного самовідновлення ценозів» (2000); № держреєстрації 0199U002629 «Автореабілітаційні процеси в ґрунтах (стан, прогноз), рослинності, тваринному світі, системі ландшафт-геологічне середовище, поверхневих водних системах, різних ландшафтах ЗбіЗБ(О)В» (2000); № держреєстрації 0199U002628 «Координація досліджень на дослідних станціях в ближній зоні ЧАЕС (Масани-Усів). Оцінка параметрів біогенного та абіогенного кругообігу радіонуклідів та створення комплексної моделі забруднення території міжнародного полігону «Усів-Масани» (угода з республікою Білорусь) (2000); № держреєстрації 0199U002811»Дослідження та прогноз мобільності стронцію та ТУЕ. Оцінка генетико-селекційних наслідків впливу іонізуючого випромінювання на рослини. Вивчення особливостей демутаційних процесів в рослинних ценозах» (2000); Договір №13/56н (з МНС України) «Розробка рекомендацій з ведення лісового господарства в лісах ЗБіЗБ(О)В» (2003); № держреєстрації 0103U006639 «Науковий супровід моніторингової діяльності. Аналіз існуючої системи радіоекологічного моніторингу і розробка шляхів його оптимізації, оптимізація мережі і регламенту спостережень» (2003); № держреєстрації 0103U006636 «Комплексна оцінка структури геологічного середовища та екосистем ЗБіЗБ(О)В (біотична та абіотична компоненти), як головного комплексного захисного бар'єру для виносу радіонуклідів за межі ЗВ» (2004); № держреєстрації 0103U007624 «Науково-технічний супровід лісоохоронної, водоохоронної діяльності та проведення протипожежних заходів» (2004); № держреєстрації 0103U006635 «Оцінка інтенсивності і спрямованості автореабілітаційних процесів. Розробка заходів щодо корекції спрямованості та інтенсивності автореабілітаційних процесів у деяких ландшафтах ЗВ» (2005); № держреєстрації 0103U006637 «Наукове обґрунтування і комплексна оцінка території ЗВ, як об'єкту еколого-економічної реабілітації» (2005); № держреєстрації 0107U009873 «Аналіз сучасної радіоекологічної ситуації в забруднених в результаті аварії на ЧАЕС лісових масивах та вимог до системи ведення лісового господарства» (2007); № держреєстрації 0108U010207 «Прогнозна оцінка забруднення лісової продукції на радіоактивно забруднених в результаті Чорнобильської катастрофи територіях та обґрунтування системи її радіологічного контролю» (2008); № держреєстрації 0108U010247 «Розробити регламент моніторингу лісопатологічної ситуації у радіоактивно забруднених лісах» (2008); № держреєстрації 0108U010457 «Вивчення протипожежного стану радіоактивно забруднених лісів у зоні безумовного (обов'язкового) відселення з метою прогнозування потенційної пожежної небезпеки» (2008); № держреєстрації 0107U009831 «Розробка рекомендацій з ведення лісового господарства в умовах радіоактивного забруднення територій» (2008); № держреєстрації 0109U008 «Вивчення процесів міграції і поведінки радіонуклідів у ланцюгу «грунт-рослина-тварина» та побудова математичних моделей для прогнозування радіоекологічної ситуації в екосистемах Українського Полісся» (2008); № держреєстрації 0111U003507 «Оптимізувати структуру угідь на радіоактивно забруднених територіях для організації ефективної системи господарювання» (2011); Проект Європейської комісії ЕСР-5 «Поведінка радіонуклідів в природних та напівприродних екосистемах» та інших госпдоговірних робіт.

У всіх темах автор був керівником або відповідальним виконавцем.

Мета і завдання дослідження.

Метою дисертаційної роботи є дослідження процесів та науково-практичне обґрунтування реабілітації лісових екосистем у районах радіаційних аварій, що забезпечують екологічну стійкість та посилюють регулюючі і захисні функції лісових екосистем в умовах радіоактивного забруднення.

Для досягнення мети виконували такі завдання:

• встановити особливості первинного розподілу радіонуклідів у лісових ценозах;

• виявити вплив антропогенних чинників на міграцію радіонуклідів;

• дати характеристику процесам міграції у лісових ґрунтах та біоті;

• розробити систему еколого-лісівницького догляду залежно від рівня забруднення території;

• дати оцінку ефективності застосування контрзаходів у лісових ценозах;

• оцінити екологічний стан лісових екосистем у доаварійний період;

• вивчити умови роботи персоналу за реалізації системи догляду;

• дати прогноз депонування радіонуклідів у надземній фітомасі та прогноз використання лісової продукції;

• розробити та впровадити практичні рекомендації з реалізації системи догляду за лісами Зони відчуження.

Об'єкт дослідження - лісові екосистеми зони відчуження ЧАЕС з високою щільність радіоактивного забруднення та радіаційного ураження.

Предмет дослідження - міграція радіонуклідів у лісових екосистемах, хід демутаційних процесів після зняття антропогенного пресу, лісівничі наслідки опромінення насаджень, система еколого-лісівницького догляду за лісами.

Методи дослідження. У процесі виконання дисертаційної роботи застосовували такі методи:

· радіоекологічного моніторингу - для вибору репрезентативних ділянок та відбору зразків;

· г-спектрометричний та радіохімічні аналізи - для визначення питомої активності радіонуклідів;

· лісівницько-агрохімічні - для визначення характеристик ґрунту та біоти;

· математико-статистичні - для встановлення достовірності отриманих результатів та залежностей між досліджуваними чинниками.

Наукова новизна одержаних результатів. У дисертаційній роботі вперше визначено вплив лісових насаджень на первинний розподіл радіоактивних випадінь, що поширювались від аварійного об'єкта (узлісний та завітряний ефекти); вивчено наслідки радіаційного ураження соснових деревостанів та інтенсивність репараційних процесів; вивчено особливості розподілу радіонуклідів у деревостанах основних типів лісу та в насадженнях різного породного складу. Здійснено системну оцінку ходу демутаційних процесів на різних категоріях земель та розроблено прогноз відновлення природного рослинного покриву. Проаналізовано ефективність застосування контрзаходів у деревостанах з високою щільністю радіоактивного забруднення та доцільність їх дезактивації. Визначено переваги використання природних автореабілітаційних процесів для стабілізації радіоекологічної ситуації над техногенним втручанням, обґрунтовано необхідність переходу до ландшафтних засад організації території. Запропоновано систему районування території за рівнем втручання. Обґрунтовано систему догляду за деревостанами на різних фазах ліквідації аварії.

Удосконалено технології залісення земель з високою щільністю радіоактивного забруднення та методи формування змішаних насаджень за участю швидкоростучих та плодових порід.

Дістали подальший розвиток напрями і механізми формування біологічно стійких лісових екосистем з урахуванням інтенсивності та направленості сукцесій рослинності; оцінки екологічних загроз біотичному і ландшафтному різноманіттю та розроблення напрямів його збереження на територіях, що не будуть повернуті в господарський обіг.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати досліджень мають теоретичне і практичне значення для забезпечення подальшого розвитку лісової радіоекології як науки і практичної реалізації розроблених підходів у діяльності лісових підприємств на радіоактивно забруднених територіях.

Одержані наукові результати лягли в основу розроблення та впровадження низки практичних рекомендацій.

«Временные рекомендации по ведению лесного хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения» (1988) та «Рекомендации по технологии заселения части территории РСФСР, Украинской ССР и Белорусской ССР с плотностью радиоактивного загрязнения цезием-137 80 Ки/км² и более» (1989) були реалізовані в ході робіт з ліквідації аварії на ЧАЕС підприємствами Мінлісгоспу України в Зоні відчуження.

«Тимчасові рекомендації по проведенню спеціалізованих еколого-лісівничих заходів в лісах Зони відчуження» (1995) та їх нова редакція «Рекомендації з ведення лісового господарства в лісах ЗБіЗБ(О)В» (2003) були впроваджені в ході лісовпорядкування в зоні відчуження ВО «Укрдержліспроект» у 1996 та 2006 рр. на площі біля 2 тис. км².

«Рекомендації з ведення лісового господарства в умовах радіоактивного забруднення територій» (2008) реалізуються у практичній діяльності підприємств, територіально розташованих у лісах і за межами зони відчуження у Волинській, Рівненській, Житомирській, Київській, Чернігівській областях.

Державні стандарти ДСТУ 4933:2008, ДСТУ 4934:2008, ДСТУ 7097:2009, ДСТУ 7215:2010, ДСТУ 7216:2010 використовуються в практичній діяльності підрозділів МНС України в умовах виникнення техногенних та природних надзвичайних ситуацій.

Результати досліджень було використано здобувачем під час викладання курсу нормативних дисциплін «Радіоекологія з основами радіобіології» у 2010-2011 рр. студентам біологічного факультету ОКР «Бакалавр» спеціальності «Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування» на кафедрі екології Києво-Могилянської академії.

Особистий внесок здобувача. Полягає в одержанні наукових результатів, викладених у дисертації, що є основою для розробки практичних рекомендацій, розробленні програми і методів досліджень; у виборі і закладці об'єктів польових досліджень, збиранні аналітичних, обліково-фондових, нормативно-правових матеріалів, їх обробленні, аналізуванні та узагальненні результатів досліджень; у виконанні основного обсягу експериментальної частини, статистичному обробленні матеріалу з використанням ГІС-технологій та методів дистанційного зондування землі; розробленні та впровадженні наукових розробок у ході лісовпорядкувальних робіт та реалізації системи еколого-лісівницького догляду в практичній діяльності ДСВКЛП «Чорнобильліс» (тепер ДП «Чорнобильська Пуща»); в опублікуванні та апробації результатів досліджень; в опрацюванні практичних рекомендацій, написанні дисертаційної роботи. Здобувачем також розроблено і здійснено апробацію та впровадження результатів наукових досліджень в навчальний процес для фахівців-екологів.

Дисертація є завершеною науковою працею автора.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації та результати досліджень викладено, обговорено і схвалено на 34 з'їздах, симпозіумах, нарадах, семінарах, наукових, науково-практичних конференціях, круглих столах, основними з яких є «Биологические и радиоэкологические аспекты последствий аварии на Чернобыльской АЭС» (Москва, Россия, 1990); III Всесоюзное научно-техническое совещание по итогам ЛПА на ЧАЭС (Чернобыль - Зеленый мыс. 1992); «International Conference on Nuclear Waste» (Прага, Чехословаччина, 1993); «15 Менделеевский съезд по общей и прикладной химии» (Обнинск, Россия, 1993); «IV Международная научно-техническая конференция «Итоги 8 лет работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС» (Чернобыль, 1994)$ One decade after Chernobyl: Summing up the cosequences of the accident / International Conference (Vienna, Austria, 1996); «Чорнобиль-96. Науково-практична конференція (Київ, 1997), «3-й съезд по радиационным исследованиям» (Москва, Россия, 1997); «Наука. Чорнобиль-96. Науково-практична конференція» (Чорнобиль, 1997); «The International regional seminar. Uzhgorod, Ukraine, 1997); «Наука. Чорнобиль-97» (Київ, 1998); «Chornobyl Phytoremediation and Biomass Energy Conversion Workshop, U.S.Department of Energy (Slavutych, 1998); «Чорнобиль-98. Науково-практична конференція» (Київ, 1999); «PEDOMETRICS 2001. 4^th Conference of the working group on Pedometrics of the International Union of Soil Science(IUSS)». (Belgium, Ghent, 2001); «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення» Міжнародна науково-практична конференція (Алушта, 2005); «5 International conference on mushroom biology and mushroom products» (China, 2005); «Ліс, наука, суспільство» (Харків, 2005); «Лісівництво України в контексті світових тенденцій розвитку лісового господарства» (Львів, 2006); «Двадцять років Чорнобильської катастрофи. Погляд в майбутнє» (Київ, 2006); «Вплив руйнівних повеней та небезпечних геологічних процесів на функціонування інженерних мереж» (Синяк, 2006); «Двадцять п'ять років Чорнобильської катастрофи. Безпека майбутнього» (Київ, 2011); «Радіобіологічні та радіоекологічні аспекти Чорнобильської катастрофи», (Славутич, 2011); «Екологічна безпека сільськогосподарського виробництва» (Київ, 2011).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 102 наукові праці, у т.ч. 3 монографії, довідник, атлас, препринт, 39 статей у наукових провідних виданнях (з них 16 фахових), 3 національні доповіді України, 43 - матеріали і тези доповідей на конгресах, симпозіумах, конференціях, семінарах, науково-навчальний посібник, 5 науково-практичних рекомендацій та 5 ДСТУ.

Структура та обсяг роботи. Матеріал дисертації викладено на 305 сторінках комп'ютерного тексту, у тому числі основний текст - на 280 сторінках. Дисертація складається зі 6 розділів, висновків, рекомендацій виробництву, додатків та списку використаних джерел. Дисертаційну роботу проілюстровано 35 таблицями і 29 рисунками. Список використаних джерел налічує 315 найменувань. Додатки викладені на 25 сторінках і включають: 10 таблиць, 14 рисунків і матеріали впровадження результатів дослідження.

Природні умови зони відчуження, що зумовили специфіку формування радіаційної ситуації

Заходи за усіх попередніх радіаційних аварій полягали у обмеженні використання або закритті територій. Однак після Чорнобильської катастрофи постало питання про поводження з радіоактивно забрудненими територіями, що зазнали антропогенного впливу та на яких розташовуються діючі об'єкти атомної енергетики. На сьогодні відсутня науково обґрунтована система поводження з територіями із високою щільністю радіоактивного забруднення та тими, де здійснено евакуацію населення, що зумовило необхідність створення альтернативної системи прийняття рішень (табл. 1).

В історичному аспекті Чорнобильська аварія стала не першою екологічною катастрофою. Стратегія використання рослинного потенціалу Київського Полісся значно змінювалась. Територія сучасної зони відчуження ЧАЕС, як і вся місцевість вздовж берегів річок Прип'ять і Уж, у період становлення Київської Русі була суцільно вкрита лісами. В результаті господарської діяльності лісистість місцевості навколо Чорнобиля у 1913 році становила лише 11-12% і основні площі використовувались як орні землі та пасовища. Це зумовило значне зниження родючості і ерозії ґрунтів. Заходи з відновлення, що здійснювалися в 50-60-х рр. минулого століття забепечили збільшеня лісистості до 48%.

Таблиця 1. Система прийняття рішень за радіаційного забруднення лісових екосистем

Радіаційна аварія
З проживанням населення	За здійснення евакуації
Заходи:
Реабілітація господарської діяльності. Забезпечення неперевищення дозових навантажень завдяки споживанню продукції місцевого виробництва.	Забезпеч. утримання території в екологічно стійкому стані. Запобігання виносу забруднювачів на суміжні території.

Програма, методологія і методика досліджень

Теоретичною основою дисертаційної роботи є праці радіоекологів, що вивчали природну радіоактивність, наслідки радіаційної аварії в Киштимі (південно-уральський радіоактивний слід) та ядерних випробувань - В.М. Клечковського (1961), Н.В. Тимофеєва-Ресовського (1962), В.І. Вернадського (1948), Ф.А. Тихомирова (1976), М.Д. Гродзинського (1993), І.М. Гудкова (2006); Б.С. Прістера (2011), В.Г. Баряхтара, М.П. Архіпова (1993).

Вивченню питань лісової радіоекології присвячено дослідження Р.М. Алексахіна (1979), Г.М. Козубова (1993), М.М. Мішенкова (1976), І.С. Федотова (1983), М.М. Калетника (1998), В.П. Краснова (2003), В.М. Булавіка (1998), О.О. Орлова (2004), Ю.Д. Абатурова (1996).

Лісівницькі аспекти досліджень та методологію з питань охорони навколишнього природного середовища здійснювали з використанням розробок П.С. Пастернака (1988), В.С. Давидчука (1998), Б.Ф. Остапенка (2002), Ю.Р. Шеляг-Сосонка (2004), В.В. Доліна (2006), О.І. Фурдичка (2007).

Сучасні погляди на використання методів дистанційного контролю, прогнозування та оптимізації структурно-функціональної організації ландшафтів здійснено за розробками П.І.Лакиди (2005), В.І. Парпана (2005), О.Г. Тараріко (2006).

Динаміка лісівницької ситуації у зоні відчуження ЧАЕС

У лісотипологічному вимірі в структурі лісових земель порівняно з доаварійним періодом, стались суттєві зміни, зумовлені включенням до їх складу родючих земель колишніх сільгоспугідь. Дуже бідними боровими умовами характеризується нині третина земель, порівняно з майже половиною території держлісфонду в доаварійний період. Домінують суборові умови - понад 49%.

Припинення догляду за лісовими насадженнями та експлуатації меліоративних систем зумовлює поступовий ріст зволоження території, однак переважаючими типами лісу залишаються свіжі бори і субори, в яких домінує сосна.

Оцінку співвідношення площ земель, вкритих лісовою рослинністю, за даними космічних знімків Spot 1986 і 1998 рр., наведено в таблиці 2.

Таблиця 2. Динаміка залісення перелогів у Зоні відчуження (у % від загальної кількості пікселів на знімках)

Категорії земель	Знімок 1986 р.	Знімок 1998 р.
Безлісні території	52,82	12,58
Землі, що вкриті лісовою рослинністю	47,18	87,42
у т. ч. поновлення:сосни	-	19,15
листяних	-	20,98

Одержано чисельне підтвердження збільшення вкритих лісовою рослинністю площі земель, що становить понад 41%. Матеріали багато спектрального космічного сканування відображають лише загальну тенденцію поширення лісової рослинності на перелоги без врахування кількості, вікового і породного складу підросту. Тому ефективним є одночасне використання різних способів обстеження: рекогносцирувальне за допомогою космічного сканування та аеровідеозйомки з подальшим уточненням необхідних даних у процесі наземних обстежень. Розроблена схема перебігу залісення перелогів (рис. 1) та прогнозні оцінки природного відновленні лісового покриву (рис. 2а, б) засвідчили, що для відновлення природної структури ландшафтів необхідно не менше 100 років.

Рис. 1. Схема перебігу процесів залісення перелогів

Просторове формування полів радіаційного забруднення, ізотопний склад

Вихідний радіонуклідний склад забруднення лісових екосистем зони відчуження був близький до ізотопного складу палива і продуктів його поділу в активній зоні реактора до аварії.

В післяаварійний період відбувалося закономірна зміна радіонуклідного складу забруднення внаслідок розпаду короткоживучих елементів. Наприкінці 1987 р. сумарна гама-активність лісових ґрунтів визначалась в першу чергу ¹⁴⁴Ce, потім ¹³⁷Cs, ¹⁰⁶Ru, ¹³⁴Cs при незначному вкладі ⁹⁵Nb і ⁹⁵Zr (табл. 3). В наступні роки в складі забруднення домінували ¹³⁷Cs і ⁹⁰Sr за незначної участі ¹³⁴Cs. Нині забруднення лісових насаджень визначається ¹³⁷Cs і ⁹⁰Sr.

Трансуранові елементи, в т.ч. ізотопи плутонію, в загальному забруднення становлять незначну частку (в основному в 10-км зоні), а короткоживучі радіонукліди практично не ідентифікуються.

Таблиця 3 Зміна радіонуклідного складу забруднення лісів, у % від сумарного забруднення

Роки	90Sr	144Ce	134Cs	137Cs	95Zr	95Nb	106Ru
1987	7,7	50,4	4,8	14,4	1,9	2,4	18,4
1994	37,6	0,7	1,9	58,0	0,5	0,3	1,0
1998	44,0	-	0,1	55,9	-	-	-
2008	44,1	-	-	55,9	-	-	-

Рис.



Рис. 2. Рослинний покрив зони відчудження: 1-соснові сухотравно-лишайникові ліси та рідколісся; 2-соснові брусницево-зеленомошні ліси; 3-дубово-соснові злаково-різнотравні ліси; 4-дубово-грабово-соснові бруслиново-ліщинові орляково-яглицево-волосистоосокові; 5-соснові чорницево-довгомошні ліси; 6-березово-соснові осоково-пухівково-сфагнові; 7-грабово-дубові з домішкою сосни і липи бруслиново-ліщинові яглицево-волосистоосокові; 8-грабово-дубові з домішкою клена і ясена кленово-ліщинові зеленчуково-яглицеві; 9-ясеново-грабово-дубові ліщинові гравілатово-таволгові; 10-дубово-грабові яглицеві волосистоосокові; 11-сосново-березові різнотравно-зеленомошні; 12-осиково-березові чорнично-довгомошні; 13-чорновільхові болотнотравні; 14-зарості шелюги сухотравно-злакові; 15-луки сухотравно-злакові; 16-злаково-бобово-вологотравні; 17-піонерні угруповання; 18-луки сухотравно-дрібнозлакові; 19-луки різнотравно-злакові; 20-луки злаково-бобово-різнотравні; 21-луки різнотравно-злакові у комплексі з осоково-вологотравно-крупнозлаковими; 22-болота куничниково-осокові; 23-болота осоково-очеретові; 24-культурно-польова рослинність в умовах природного зволоження; 25-культурно-польова рослинність в умовах осушення; 26-багаторічні штучні насадження; 27-багаторічний переліг в умовах природного зволоження; 28-багаторічний переліг в умовах впливу меліоративних систем.

Відомо, що найбільш висока концентрація радіонуклідів формується на узліссі з навітряної сторони лісу (Тихомиров Ф.А., 1998). Наявність на шляху горизонтальних повітряних потоків великих лісових масивів забезпечило „фільтрування» радіоактивної суміші, що переносилась цими потоками, а отже осідання на кроні та стовбурах дерев і лише часткове осідання її (тієї частини, яка не затрималася кроною) на земну поверхню (підстилку). В наслідок цього на узліссі із підвітряної сторони лісового масиву спостерігається найнижча концентрація радіонуклідів (табл. 4).

Таблиця 4. Забруднення ґрунту радіонуклідами з підвітряного боку лісового масиву (1989 р.)

Відстань від стіни лісу, м	Питома активність, кБк/кг
	144Ce	134Cs	137Cs	106Ru
15	101,0	9,6	33,7	48,1
100	828,8	137,3	499,5	403,3
150	2333,2	188,7	629,0	999,0

За після аварійний час, що пройшов з моменту аварії, в лісовому фонді Зони відчуження і безумовного (обов'язкового) відселення (ЗВіБ(О)В) відбулися зміни, пов'язані прямо (безпосередній вплив радіації) або опосередковано (відсутність впродовж певного часу лісогосподарської діяльності) з радіоактивним забрудненням довкілля. На значних площах лісові насадження мають пошкодження або загинули внаслідок променевого ураження, лісових пожеж, підтоплення та ураження шкідниками і хворобами. Площі лісів, що зазнали пошкодження внаслідок дії згаданих чинників, показані у таблиці 5.

Таблиця 5. Причини пошкодження та загибелі лісів у ЗВіБ(О)В

Чинники, що спричинили пошкодження та загибель лісів	Площа, тис. га
Радіаційне ураження	1,5
Лісові пожежі, всього	17,0
в т. ч. верхові	4,2
Підтоплення	2,0
Вітровали і буреломи	0,5% від загальної кількості
Шкідники і хвороби	0,2% від загальної кількості

Основним чинником, що спричинює пошкодження лісів на значній території, є лісові пожежі, тому в наших дослідженнях ми приділили увагу саме цьому чиннику. Вогонь є природним супутником лісів Полісся. Однак, в умовах радіоактивного забруднення виникнення пожеж неприпустиме з радіоекологічних, санітарно-гігієнічних і загальноекологічних міркувань. Пожежі спричиняють зміни характеру динаміки міграційних процесів у лісових екосистемах через вигорання лісової підстилки, яка акумулює значну частину радіонуклідів, уповільнюючи їх міграцію у мінеральні шари ґрунту. Рівень вигорання лісової підстилки та швидкість відновлення її запасу залежить від інтенсивності пожежі (табл. 6). В насадженнях, пройдених низовими та перехідними пожежами, відбувається інтенсивне відновлення запасу і структури підстилки: через 6 років він досягнув рівня контролю. Зовсім інша картина спостерігається на згарищах, що утворились після верхових пожеж. Унаслідок загибелі деревостану припиняється надходження опаду на поверхню ґрунту. Тут формується нестійкий горизонт, що складається з післяпожежних залишків, мертвих решток дерев та решток трав'яної рослинності.

Таблиця 6. Зміни запасу підстилки в соснових насадженнях, пройдених пожежею

Вид пожежі	Запас підстилки в рік пожежі (1993), т/га	Вигорання підстилки у разі пожежі відносно контролю	Запас підстилки в 1999 р., т/га
		т/га	%
Контроль	28,43,1	-	-	27,83,2
Низова	23,41,6	5,00,7	17,5	28,23,1
Перехідна	21,42,8	7,00,9	24,8	26,22,1
Верхова	12,01,9	16,42,6	57,7	6,20,8

Вплив пожежі на розподіл ¹³⁷Сs у ґрунтовому профілі залежно від їх інтенсивності, наведено у таблиці 7 та рисунку 3.

Таблиця 7. Вплив лісової пожежі на розподіл ¹³⁷Cs у ґрунті

Вид пожежі	% вигорання підстилки	Розподіл радіоактивності, %
		підстилка	ґрунт
Контроль	0	60-80	20-40
Низова	10-30	60-70	30-40
Перехідна	30-40	40-50	50-60
Верхова	45-80	20-40	60-80

На контролі більша частина цезію (69,8-73,7%) перебувала в лісовій підстилці. В мінеральній частині ґрунту у верхньому 0-1 см шарі загальний запас ^134,137Сs становив 17-20% від його вмісту в верхніх ґрунтових горизонтах.

На ділянках, пройдених низовими пожежами, картина розподілу цезію в верхніх ґрунтових горизонтах була дещо іншою, ніж на контролі. Втрати запасу підстилки під час горіння доволі значні і можуть становити до 20-30%. Проте у верхніх ґрунтових горизонтах у шарі АоF+АоН за всіх видів пожеж збереглось 63,0-71,1% запасу ^{134, 137}Сs. Основна частина радіоцезію, яка звільнилась під час горіння, перейшла у верхній ґрунтовий шар. Збільшився вміст цезію і в глибших ґрунтових горизонтах, що спостерігається до глибини 5 см. За природного ходу міграційних процесів такий істотний перерозподіл активності у верхніх ґрунтових горизонтах міг би відбутись через 15-20 років. Верхній підстилочний горизонт АоL, який почав формуватись на ділянках з перехідним типом пожежі, характеризувався значно вищою активністю, ніж на контролі. Пояснюється це тим, що на поверхню підстилки надійшов майже весь запас хвої з дерев, пошкоджених пожежею.

Значно більше на розподіл радіонуклідів у ґрунті вплинула верхова пожежа. Повне згорання 60-80% підстилки і крони дерев звільнило значну кількість активності. У разі вигоранні підстилки на 57,7%, у невигорілій частині збереглось 40,1% запасу ^{134, 137}Сs, а за втрат запасу підстилки до 85,7%, у підстилці збереглось лише 13,9%.

Рис. 3. Розподіл ¹³⁷Сs у ґрунтах згарищ

Очікувалось, що пожежа спричинить значне зростання рухомих форм радіонуклідів. Однак для радіоцезію істотного перерозподілу у фракціях рухомості відмічено не було (табл. 8). Водорозчинна і обмінносорбована фракції склали всього 4,2-5,6%.

Таблиця 8 Розподіл форм ¹³⁷Cs і ⁹⁰Sr у верхніх шарах ґрунту згарища (% від запасу)

Вид пожежі	137Cs	90Sr
	F1	F2	F3	F4	F1	F2	F3	F4
Низова	4,2	50,6	31,6	13,6	40,1	14,5	45,4	-
Перехідна	5,6	49,2	23,7	21,5	39,6	29,5	30,9	-
Верхова	5,6	48,7	23,6	22,1	60,8	23,9	15,3	-

F3 - міцно зв'язана, F4 - нерозчинний залишок.

Що до радіостронцію, навпаки, на згарищі відмічено істотне зростання частки рухомої фракції ⁹⁰Sr у мінеральній частині ґрунту до 39,6-60,8% (табл. 8). Через 6 років після пожежі різниця у співвідношенні рухомих форм на згарищі та на контрольній ділянці в лісі чітко простежується лише для верхнього 4-см шару мінеральної частини ґрунту (рис. 4).

Рис. 4. Вертикальний розподіл рухомої фракції ⁹⁰Sr у профілі ґрунту на згарищі та на контрольній ділянці в лісі через 6 років після пожежі

Прогноз накопичення радіонуклідів у компонентах лісових екосистем

Для оцінки вияву параметрів поводження радіонуклідів у лісових екосистемах змодельовано структуру радіоактивного забруднення фітомаси. Її здійснено на прикладі модальних деревостанів сосни 5-км Зони відчудження. Використано дані повидільної таксації деревостанів 2 тис. лісових ділянок.

Нині в компонентах лісових екосистемах основна частина радіонуклідів перебуває у складі біоти (від 2 до 14% у надземній фітомасі). Мікобіота може містити у своєму складі 16-24% загального вмісту радіонуклідів у екосистемі (табл. 9)

Таблиця 9 Розподіл 137Сs у різних типах лісорослинних умов (ЛРУ), у % від загального запасу

Тип ЛРУ	Біота	грунт
	деревний ярус	трави і чагарн.	Мох. покрив	грибний комп.
Свіжий субір (сосняк)	1,18	0,28	1,07	16,2	81,3
Сирий сугрудок (чорнов.)	12,9	1,67	5,85	23,5	61,6

Для оцінки, порівняння та уточнення даних були побудовані ряди надходження ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr у деревину сосни та берези на постійних полігонах (табл. 10). Спостереження проводяться з 1987 р., однак для аналізу використано матеріали останніх років, коли процеси поглинання радіонуклідів стабілізувались. В розрахунках враховувалось, що за багаторічними спостереженнями сосна є накопичувачем ¹³⁷Сs, а м'ягколистяні порооди - ⁹⁰Sr.

Таблиця 10 Ряди накопичення ¹³⁷Cs та ⁹⁰Sr деревиною для різних частин стовбура

Рік відбору	Рівні накопичення радіонуклідів у частинах стовбура
	137Cs	90Sr
	низ	середина	верх	низ	середина	верх
1996	С > Б	С > Б	С > Б	Б > С	Б > С	Б > С
2009	С > Б	С > Б	С > Б	Б >С	Б > С	Б > С

Основою для районування стали карти забруднення зони відчуження та визначені коефіцієнти переходу ¹³⁷Сs і ⁹⁰Sr, ²⁴¹Am, за винятком ізотопів плутонію, які нині є біологічно інертними (табл. 11).

Таблиця 11 Коефіцієнти переходу ¹³⁷Сs, ⁹⁰Sr та ²⁴¹Am у компоненти фітомаси, м²/кг

Показники	Роки	137Сs	90Sr	241Am
Коефіцієнти переходу в деревину	1998	1,50±0,21	7,09±0,91	0,11±0,04
	2000	1,04±0,13	8,45±1,28	0,35±0,12
	2003	0,34±0,06	8,34±0,96	0,96±0,21
Коефіцієнти переходу в хвою першого року	1998	12,21±1,64	11,32±1,67	1,35±0,48
	2000	18,01±4,36	9,65±2,47	1,64±0,96
	2003	12,91±0,26	9,04±1,71	1,82±0,24
Коефіцієнти переходу в хвою другого року	1998	3,26±0,74	6,36±0,99	-
	2000	3,67±1,21	6,95±1,24	-
	2003	0,64±0,08	7,84±1,34	1,64±0,24

Використання сучасних методів просторового аналізу (ГІС-технології) уможливило дати оцінку стану забруднення біоресурсів та їх стану на перспективу для зони відчуження в цілому. Розрахунки здійснено з урахуванням розробленої системи районування території по рівнях еколого-лісівницького догляду. Питання розподілу та запасів радіонуклідів у інших компонентах біоти не висвітлювалось, оскільки вони не вносять істотного вкладу в колообіг радіонукулідів.

Прогнозні оцінки запасів радіонуклідів у фітомасі лісових екосистем засвідчили, що і надалі лісові екосистеми будуть основним „депо радіонуклідів», що забезпечить їх утримання на забруднених територіях (рис. 5).

Рис.



Рис. 5. Прогнозні запаси радіонуклідів у фітомасі лісових екосистем

Система контрзаходів

Спеціалізована системи контрзаходів для умов Зони відчуження істотно відрізняється у разі, коли на забрудненій території проживає населення (табл.12).

Таблиця 12. Класифікація контрзаходів на різних фазах ліквідації радіаційної аварії

Фаза аварії згідно НРБУ*,2006	Контрзахід	Потенційні шляхи опромінення	Спеціальні заходи
Рання	Повне припинення господарювання, евакуація або укриття.	Зовнішнє та інгаляційне опромінення (у т.ч. йодна фаза).	Створення спец. пожежного підрозділу. Підготовка до створення спеціал. служби.
Середня	Обмеження режимів діяльності та харчув., створення спец. служби з охорони та захисту лісу зі статусом «професіоналів» та застосування першоч. заходів.	Зовнішнє та внутрішнє опромінення, частково інгаляційне опромінення за надзвичайних ситуацій.	Участь у радіаційних обстеженнях, розробка спеціальних регламентів догляду, організація спеціалізованої служби.
Пізня	Моніторинг радіаційної та лісівницької ситуації, реалізація системи протипож. та лісоз. заходів, підтрим. стійкості насаджень та їх поступова господ. Реабіліт..	Зовнішнє опром. під час професійної діяльності, частково інгаляційне - за надзвичайних ситуацій.	Реалізація системи підтримання стійкості та реабілітації господарської діяльності.

Таблиця 13. Контрзаходи в лісових екосистемах

Активні	Пасивні (обмежувальні)	Профілактичні
- Оброблення лісового намету. - Видалення лісової підстилки (дезактивація): - дезактивація з застосуванням механізмів; - дезактивація ручним способом. - Внесення добрив і меліорантів. - Залісення тер. з високою щільністю забрудн.. - Переробка основної продукції.	- Заборона на відвідув. забр. лісів населенням. - Обмеження на проведення лісівничих заходів. - Обмеж. на вміст радіон. у лісовій продукції.	- Контроль за пожежною і санітарною ситуацією. - Оприлюднення карт забруднення й інформації про рівні вмісту радіонуклідів. У сформованій економічній ситуації ефективність дії цього чинника зменшується.

В остаточному підсумку застосування будь-яких контрзаходів ґрунтується на розрахунку очікуваної ефективності. Що до лісів, важливішими є екологічні (захисні і регулюючі) функції.

Мета застосування активних заходів - радикальна зміна ситуації за допомогою видалення забруднення, внесення хімреагентів і меліорантів, переробки сировини й інших дій.

Обробка лісового намету. Основна частина радіонуклідів відразу після випадінь була затримана лісовим наметом. У травні 1986 р. насадження ближньої зони були оброблені для прискорення дезактивації намету і запобігання переносу радіонуклідів повітряним шляхом. Ефективність методу виявилася невеликою, і він не може бути рекомендований до застосування.

Видалення лісової підстилки (дезактивація). Використовувався восени 1986 р. у м. Києві для очищення міських парків і садів. Цей захід з радіоекологічному вимірі був малоефективним, однак мав соціально-психологічний ефект.

Дезактивація із застосуванням механізмів. Видалення підстилки і верхнього шару ґрунту до 5 см бульдозерами. Експозиційна доза зменшилась у 1,4-1,6 раза, а в-потік у 2-5 разів. Істотна частина радіонуклідів залишилася біля стовбурів і в нерівностях ґрунту.

Дезактивація в ручний спосіб. Ручна дезактивація вимагає великих трудозатрат. Контрзахід знижує експозиційну дозу в 3,2-3,3 раза, в-потік у 15-16 разів. За ручної дезактивації з лісової ділянки видаляється 98-99 % ¹³⁷Cs, що міститься в ґрунті. Поступово на поверхні дезактивованого ґрунту накопичується опад. Його розкладання йде повільніше, ніж у звичайних умовах. Через 4 роки в підстилці починає формуватися ферментативний горизонт, що змінює характер розподілу ¹³⁷Cs у ґрунтовому профілі за рахунок депонування радіонуклідів у цьому горизонті (рис. 6).



Рис. 6. Динаміка розподілу ¹³⁷Cs в ґрунті дезактивованих ділянок

Внесення добрив і меліорантів. На 2-3 рік після внесення добрив відзначено зниження в 2-3 рази вмісту радіоцезію в деревині завдяки зменшенню рівня поглинання. Однак через 5 років величина коефіцієнта переходу ¹³⁷Cs у деревину практично досягла контролю. В цілому використання в лісі добрив дає позитивний короткостроковий ефект, але технологія їх застосування трудомістка й економічно невиправдана. Отже, у забруднених лісах використовувати добрива як контрзахід у великих обсягах недоцільно.

Залісення територій з високою щільністю забруднення. В основному цей контрзахід застосовується у разі неможливості використання території для інших видів діяльності.

Переробка основної продукції. Залежно від технології, глибока переробка деревини на целюлозу дає змогу знизити питому активність кінцевого продукту на 50-90%. Однак у хімреагентах, що циклічно використовуються у технологічному процесі, відбувається накопичення ¹³⁷Сs. Зважаючи на повну відсутність потужностей для переробки, в умовах Зони цей контрзахід не має перспективи.

Пасивні заходи передбачають введення різного роду обмежень на застосування тих чи інших заходів або на використання продукції, вміст радіонуклідів у якій перевищує припустимі рівні.

Найефективнішим є застосування обмежувальних контрзаходів, що сприяють запобіганню опромінення широкого контингенту населення і фахівців лісового господарства. На територіях аналогічних зоні відчуження повинні працювати виключно фахівці.

Основним завданням профілактичних заходів є здійснення робіт із запобігання погіршення радіоекологічної ситуації, виносу радіонуклідів із забруднених територій, необґрунтованому опроміненню людей.

Цілком припиняти догляд за лісами неможна. Це спричинить погіршення пожежної і санітарної ситуації, зниження захисних функцій лісів. Оцінити ефект застосування цього контрзаходу на сьогодні важко. Однак достовірним є той факт, що з опублікуванням карт забруднення й інформації про рівні вмісту радіонуклідів у деяких видах лісової продукції несанкціонована відвідуваність населенням забруднених територій різко знизилась. З часом ефективність дії цього чинника зменшується.

Система еколого-лісівницького догляду за лісовими насадженнями в умовах зони відчуження

Відповідно до Концепції Зони відчуження, передбачається три режими ведення лісівницького догляду.

Зона помірного проведення еколого-лісівничих заходів - щільність забруднення ¹³⁷Сs до 40 Кu/км², ⁹⁰Sr - до 3 Кu/км², ²³⁹Рu - до 0,1 Кu/км². Основна мета застосування лісівничих заходів - приведення лісів до нормального санітарного стану, підтримка їх життєздатності і поступове повернення до традиційного режиму ведення лісового господарства.

Зона обмеженого проведення еколого-лісівничих заходів - щільність забруднення ¹³⁷Сs - 40-100 Кu/км², ⁹⁰Sr - 3-10 Кu/км², ²³⁹Рu - 0,1-3,0 Кu/км². Основна мета застосування лісівничих заходів - покращення санітарного і пожежного стану лісів, підтримка життєздатності насаджень і їх захисних функцій шляхом реалізації системи спеціалізованого догляду за деревостанами. У віддаленій перспективі ця територія буде повернена до нормального режиму ведення господарства.

Зона охоронного (заповідного) режиму зі щільністю радіоактивного забруднення ¹³⁷Сs понад 100 Кu/км², ⁹⁰Sr - понад 10 Кu/км², ²³⁹Рu - понад 0,3 Кu/км².

Основна мета застосування лісівничих заходів - підтримання життєздатності насаджень для максимального виконання ними осередкоутворюючих і захисних функцій. Переходу до режиму повного заповідання території повинен передувати період відновлення системи протипожежних бар'єрів, розривів, мінсмуг тощо, підвищення лісистості території до рівня природної.

Розроблено та впроваджено схема районування Зони відчуження за рівнем застосування еколого-лісівницьких заходів (рис. 7).

Рис. 7. Схема районування Зони відчуження

Санітарно-гігієнічні умови праці персоналу під час виконання спеціалізованого догляду за лісом

Фонові значення вмісту радіонуклідів в повітрі приземного шару повітря в лісі були вищі не тільки в порівнянні з доаварійними, а й аналогічними показниками для м. Чорнобиля (табл. 14).

Таблиця 14 Фонові параметри вмісту радіонуклідів у Зоні відчуження (1995 р.),(Бк/л*10^-8)

Радіонукліди	м. Чорнобиль (до аварії)	м. Чорнобиль	Лельов, квадр. 31	Черевач, квадр. 44	ДКБ НРБ-2006
137Cs	1,221	7,03	24,235	33,707	1813000
90Sr	1,332	3,663	8,51	12,876	148000

Застосування спеціалізованих лісогосподарських заходів неминуче супроводжується порушенням фонових характеристик. Це зумовлено частинками біологічного походження - кора, луски і т.д. Інтегральні концентрації ¹³⁷Сs у повітрі під час вирубування в середньому у 50 разів вище, ніж фонові концентрації в кабіні працюючої в лісі техніки. Переважну більшість аерозольних частинок у приземному шарі атмосфери лісових масивів становлять аерозолі, розміри яких не перевищують 1 мкм (87-95%). Об'ємні концентрації ⁹⁰Sr у повітрі в середньому в 2-4 рази нижчі, ніж ¹³⁷Cs. Основна частина активності припадає на частини невеликих діаметрів, що свідчить про більшу ймовірність розміщення ⁹⁰Sr на частинках у приземному шарі повітря. Виявлено вміст плутонію у повітрі в межах допустимих концентрацій. Основна активність (близько 90%) припадає на дрібні частинки діаметром < 0,8мкм, що стримуються стандартними засобами захисту.

Здійснено розрахунок дозозатрат відповідно до мінімальних обсягів робіт з підтримання біологічної стійкості насаджень. Згідно зі здійсненими розрахунками, за реалізації мінімально необхідного обсягу робіт по догляду за лісовими насадженнями колективна додаткова доза опромінення персоналу впродовж 10 років складе майже 14 люд.-Зв. Основна частина цього навантаження припаде на центральну частину Зони (Лелівське лісництво) і становитиме близько 92%.

Узагальнена оцінка запасів фітомаси і накопичення у ній радіонуклідів у зоні відчуження

Після виведення з експлуатації діючих енергоблоків ЧАЕС постають питання про використання для виробництва електроенергії відновлювальних біоресурсів (деревина, швидкоростучі трави, тощо). Світовий досвід експлуатації енергетичних установок, що працюють на такому паливі, переконливо довів можливість їх подальшого використання. Однак, зважаючи на особливий статус Зони відчуження, необхідно здійснити не тільки господарську, а й радіологічну оцінку біоресурсів. Через незначну кількіть в регіоні багатих грунтів слід враховувати відносно низьку швидкість відновлення біомаси. Використання біоресурсів радіаційно забруднених територій може збільшити дозу радіаційного навантаження як на персонал, що буде зайнятий у процесі виробництва електроенергії, а також внесок в колективну дозу за рахунок викидів.

Таблиця 15. Оцінки стану біоресурсів Зони відчуження

Показники	Зони застосування еколого-лісівничих заходів
	звичайні	обмежені	Заповідного (у перспективі) режиму
Площа залісненої території, %	34,2	29,4	36,3
Площа лугів і перелогів, %	39,2	34,6	26,1
Запас біомаси деревини (тис.т)	2630	2260	2790
Запас біомаси хвої (тис.т)	240	200	250
Запас біомаси травостану (тис.т)	130	110	80
Запас 137Cs на території, ТБк	80	150	1700
Запас 137Cs у деревині, ТБк	2,9	8,8	46
Запас 137Cs у хвої, ТБк	2,7	7,8	42
Запас 137Cs у травостані, ТБк	0,096	0,29	0,89
Запас 90Sr на території	29	70	1200
Запас 90Sr у деревині, ТБк	2,2	6,3	39
Запас 90Sr у хвої, ТБк	0,40	1,1	6,9
Запас 90Sr у травостані, ТБк	0,14	0,41	1,5

Прогнозні моделі накопичення радіонуклідів свідчать, що найближчим часом істотних змін у забрудненні лісової рослинності ¹³⁷Cs не буде. У фітомасі лісових насаджень зростає частка ¹³⁷Сs внаслідок фіксації в щорічному прирості, яка перевищує винос за межі зони відчуження водним шляхом (табл. 16).

Таблиця 16 Утримання радіонуклідів у щорічному прирості деревостанів (МБк)

Показники	137Cs	90Sr
Фіксується в щорічному прирості	420	130
Виноситься за межі зони	350	900

Висновки

У дисертаційній роботі наведено теоретичне та практичне узагальнення методологічних положень з наукової проблеми поводження з лісами і безлісими ділянками, що зазнали радіоактивного забруднення і де було здійснено евакуацію населення.

1. На новому теоретичному рівні з використанням методів ГІС-технологій (геоінформаційні системи) та ДЗЗ (дистанційне зондування землі) оцінено роль демутаційних процесів у забезпеченні еколо...