Научные основы оценки, диагностики и прогнозирования радиоэкологического состояния территорий

Компьютерные базы данных

Компьютеры и периферия

3

Наложение разных карт для оптимизации сети обследования территории и построение оптимальной сети мониторинга

Компьютерные базы данных

Компьютеры и периферия

4

Создание крупномасштабных цифровых карт основ территории

Компьютерные базы данных

Компьютеры и периферия

5

Создание атрибутивной базы данных, содержащую всю возможную информацию о ландшафтно-зональных природных условиях территории

Компьютерные базы данных

Компьютеры и периферия

6

Проведение полевых работ: составление описаний, выполнение измерений МЭД, снятие координат, отбор проб почвы, растений, грунта, отработка 2-х мобильных технологий новыми аппаратно-программными комплексами

Материалы и компьютерные базы данных

Автолаборатория, мобильные компьютерные аппаратно-программные комплексы

7

Выполнение пробоподготовки: высушивание, взвешивание, озоление, подготовка счетных образцов, этикетирование

Пробы

Муфельные печи, сушильные шкафы, вытяжные шкафы, весы, химическая посуда

8

Выполнение измерений: почва и грунт, биоиндикаторы - гамма-спектрометрия; радиометрия суммарная бета, радиометрия бета > 1,5 МЭВ, радиометрия суммарная альфа; спектральный анализ

Результаты измерений

Измерительная аппаратура

9

Ввод информации в компьютерную БД

Компьютерные базы данных

Компьютеры и периферия

10

Выполнение расчетов и вычислений

Компьютерные базы данных

Компьютеры и периферия

11

Разработка БД и ГИС

Компьютерные базы данных

Компьютеры и периферия

12

Разработка радиоэкологического стандарта территории

Компьютерные базы данных

Компьютеры и периферия

Выходная продукция организована как модуль ГИС, включающий аппаратные средства, программное обеспечение, базы данных (графические и атрибутивные). Каждый критерий технологического регламента представляет отдельную оригинальную технологию с встроенными базами данных. Для примера рассмотрим техническое решение получение информации по критерию 8 - дозы на биоту.

В модели использованы разработки и принципы, обоснованные в документах МКРЗ, НКДАР ООН, а также в научных публикациях (Радиационная безопасность…,1994, Источники и эффекты ионизирующего излучения…, 2002, Казаков, Линге, 2004, Уикер, 1985, Щеглов А.И.)

1) Основные постулаты:

Принцип: «если защищен человек - защищена окружающая среды» (Публикация 60 МКРЗ) дополнен следующими позициями:

- необходимо выделение «критической группы населения»,

- рассматривать не реальные ситуации формирования доз для критических групп, но наихудшие (консервативные) сценарии облучаемости населения,

- понимать под критической группой виртуальную группу, ведущую образ жизни, следствием которого являются максимально возможные дозы облучения.

- рассматривать виртуальные наиболее консервативные сценарии облучаемости критической группы населения.

2) Тогда, если для виртуальной экосистемы, в которой реализуются наихудшие варианты рассеяния и накопления радиоактивных веществ, доказана радиационная безопасность наиболее уязвимых ее компонентов, то при выполнении вышеназванных условий принятые антропоцентрические подходы удовлетворяют и экологическим принципам радиационной безопасности окружающей среды. Введенные дополнения обеспечивают радиационную защиту по принципу консервативности а также принципов из области обращения с РАО: охрана будущих поколений, невозложение чрезмерного груза на будущие поколения, введенных МАГАТЭ в1996 г.

3) В качестве меры сравнения радиационного воздействия на человека и компоненты экосистем используют критерий - индекс радиационной опасности (ИРО) - отношение реально получаемой дозы к ее предельному значению. Для человека предел дозы ПД составляет1 мЗв/год. Для природных экосистем - максимальная величина дозы, при которой отсутствуют какие-либо радиационные эффекты для этого вида природных организмов.

4) При нормировании воздействия ионизирующего излучения на человека за счет присутствия радиоактивных веществ в объектах окружающей среды для критической группы населения значение ИРО = 1. Далее необходимо определить область значений ИРО для всех биообъектов (ИРО_Б).

5) Если ИРО_Б < 1, то гигиенический норматив обеспечивает радиационную безопасность биоты.

6) Если ИРО_Б > 1, то гигиенический норматив не обеспечивает радиационную защиту окружающей среды.

7) В модели рассчитаны максимально допустимые пределы радиационных параметров по наиболее консервативным сценариям. Алгоритм расчетов показан формулами 1-6. Результаты расчетов приведены в таблице 4.

D = ? (a_iK_i ^вн) + ? (a_iK_i ^вш) + ? (a_iK_i ^инг) + ?? (a_iK_ij) (1)

i i i j i

D = ? a_i [K_i ^вн + K_i ^вш + K_i ^инг + ? K _{i j} ] (2)

i j

D ? [K_k ^вн + K_k ^вш + K_k ^инг + ? K _{k j} ] ? a_i = a [K_k ^вн + K_k ^вш + K_k ^инг + ? K _{k j} ]

j i j

a [K_k ^вн + K_k ^вш + K_k ^инг + ? K _{k j} ] = ПД (4)

a_доп = ПД/[K_k ^вн + K_k ^вш + K_k ^инг + ? K _{k j} ] (5)

a_доп ? ПД/[K_k ^вн + K_k ^вш + K_k ^инг ] = a_max (6)

8) Приведенные данные являются пределами радиационных нагрузок для биоты от рассеянных радионуклидов в окружающей среде.

9) Осуществляется расчет индекса радиационной опасности (ИРО) путем сравнения реальных радиационных параметров с предельно допустимыми .



Таблица 4- Параметры модели оценки доз на биоту (ПД на человека 1 мЗв/год )

Параметр	Обозначение	Размер- ность	Численное значение 137Cs	Численное значение 90Sr*1	Численное значение 239Pu
Коэффициенты перехода	Kk вн + Kk вш + Kk инг	нЗв/(Бк/м2)	55+97+0,53=152,53	53+0+4,2=57,2	180+0+5790= 6,0 •10-3
Коэффициент перехода из почвы в грибы	kni	м2/кг	0,1	1 •10-4	1• 10-3
Дозовый коэффициент	епищ нас	Зв/Бк	1,3 •10-8	8,0 •10-8 - 90Sr 2,0• 10-8 - 90Y	4,2 • 10-7
Дозовый коэффициент	евозд нас	Зв/Бк			5,0 • 10-5
Максимально допустимое содержание в почве	amax	Бк/м2	6,56 •103	17,5 •103	1,7 •102
Максимально допустимое содержание в грибах	amaxгриб	Бк/кг	6,56•102	1,75	16,6
Доза в тканеэквивалентном слое над почвой	Pв	мГр/год	6,8 (Pв=0,5 amax Еср/ lвсткани)	10,0	60,1
Доза в почве	Pвпч	мГр/год	20,4	30,0	4,3
Доза в воздухе	Pввозд	мГр/год	0,058	9,0	55,6
Доза в грибах	Pвгр	мГр/год	2,8	10,0	4,4
Доза на червей за счет накопления ими радионуклида из почвы	Pвчерв	мГр/год	14,7	50,9	2,2
Доза для высших млекопитающих	Pвмлек	мЗв/год мГр/год	11 15,7	26,1 37,3	27,1(0,98 через дыхание, 26,1 через пищу) 38,7

*¹ - Для равновесного состояния ⁹⁰Sr-⁹⁰Y

Модель 1: Коэффициент перехода от удельной активности радионуклида в почве к поверхностной активности (плотность почвы 1,2•10³ кг/м³, глубина слоя 3 см - 1,2•10³ кг/м³ х 0,03 м³/м²) =0,036•10³ кг/м².

Модель 2: Коэффициент перехода от удельной активности радионуклида в почве к поверхностной активности (плотность почвы 1,4•10³ кг/м³, глубина слоя 10 см - 1,4•10³ кг/м³ х 0,1 м³/м²)= 0,14•10³ кг/м²

Для показателя суммарная альфа-активность принято максимально допустимое значение в почве (Уикер, 1985): 11 кБк/м² - типичное фоновое, 260 кБк/м² - в местах с нетипично высоким фоном природной радиоактивности за счет альфа-излучателей.

В модуль радиоэкологического стандарта территории включены следующие проекты: Москва, НПК «Радон», Карелия, Мурманск, Кострома, Волгоград, Нижний Новгород. Каждый проект содержит карты экологических, географических, ландшафтных характеристик территории, определяющих типичное ландшафтно-зональное состояние, на основе которых разработана сеть заложения точек (пробных площадей) радиоэкологического стандарта территории. Точка отображает тип территории и содержит следующую информацию: геоэкологическую структуру в виде сукцессионных стадий, геодинамическую структуру в виде характерного и реального возраста древостоя для лесных экосистем, функциональную структуру в виде характерной и реальной биомассы, биобарьерную структуру в виде распределения радионуклидов по компонентам (биогеогоризонтам) экосистем и их запасам в биомассе, дозовую структуру в виде измеренных и нормативных величин содержания радионуклидов в почве, расчетных величин содержания радионуклидов и обусловленных ими поглощенных доз в компонентах экосистем (грибах, дождевых червях, высших млекопитающих), расчетных величин индекса радиационной опасности. Модуль предоставляет возможность выводить на экран информацию по радиометрии каждого вида растений, участвующих в структуре сообщества, в виде таблиц базы данных, в виде таблиц статистики с указанием пределов радиотолерантности, в виде картодиаграмм с точечным представлением информации. Для экстраполяции полученных результатов разработан специализированный алгоритм экстраполяционного картографирования, включающий следующие последовательные процедуры.

1 Ранжирование n видов травостоя по показателю радиоактивности (явления).

2 Ранжирование p характеристик, полученных из карт ландшафтно-зональных характеристик (факторы).

3 Получение таблиц связей.

4 Выборка состояний, для которых частная информация, содержащаяся в каждом из состояний рассматриваемого свойства относительно каждого из состояний изучаемого явления J_Ai/Bj > 0.

5 Выборка и сохранение для каждого фактора нормированного коэффициента сопряженности рассматриваемого свойства с изучаемым явлением (К).

6 Сортировка и разноска информации для каждого вида таблицы: а) сколько раз и в какую градацию по явлению попадал каждый фактор; б) максимальная сумма весовых частот встречаемости (коэффициентов) К для каждой градации явления по всем факторам

где i=1,2,3 - градации явления;

S_i - по каждому природному контуру для i-й градации явления;

j - номер фактора;

K_j - значение коэффициента К для j-го фактора;

R_ij = 1, если J_Ai/Bj > 0, и 0 в противном случае.

7 Составление легенды по максимальной сумме частот встречаемости явления (показателя радиоактивности) и фактора.

Алгоритм позволяет результаты радиоэкологической съемки, выполненной по оптимизированной схеме, экстраполировать на сходные ландшафтно-зональные экосистемы, и перейти от одного типа представления пространственного портрета территории в виде точечных диаграмм к другому - в виде контурной мозаики геоэкологической структуры территории.

Разработанные ГИС «Радиоэкологический стандарт», содержащие базы данных о состоянии территорий в соответствии с типичными ландшафтно-зональными условиями, представляют научно-обоснованный методический инструмент выявления природных и техногенных радиоэкологических аномалий.

ГИС «Радиоэкологический стандарт» это новый способ оценки по интегральным показателям, представляющий новую парадигму аналитического контроля окружающей среды, высказанную академиком РАН Ю.А. Золотовым (2006): интегральные показатели можно определять любыми аналитическими методами и средствами, они могут быть безразмерными, но выстроенными на хорошо отградуированной шкале, и по разным принципам по типу «электронного носа» или «электронного языка». Полученные результаты в виде разработанных ГИС технологий представляют реальный механизм обеспечения радиоэкологической безопасности, так как позволяют контролировать природопользование при обращении с РАО, прогнозировать воздействие на экосистемы, локализовать загрязнения, реабилитировать и оздоровлять территории. Модуль обеспечивает пользователей и лиц, принимающих решение, информацией о геоэкологическом состоянии территории, как стратегическом ресурсе для создания устойчивого природопользования и национальной безопасности.

Созданные ГИС «Радиоэкологический стандарт территории» регионов и стран могут стать базовыми при проведении обучающих курсов: Норильский промышленный регион (Россия), республика Карелия (Россия), республика Бурятия (Россия), Костромская область (Россия), Латвия, Литва, Бахрейн, уезд Сыпин (Китай), город Сыпин (Китай).

В четвертой главе обоснована концепция прогнозирования радиоэкологического состояния территорий на основе главного постулата наук о Земле о взаимосвязанности и сопряженности природных процессов, реализуемого в виде систем биоиндикации оценки качества среды обитания по состоянию биоты в природных условиях, представленных сопряженными базами данных радиотолерантности видов растений и их толерантностью к типам режимов факторов. Прогнозирование как научный феномен основано на базе знаний и устоявшихся взаимосвязях процессов и явлений. Накопленный сегодня научный опыт позволяет прогнозировать движение воздушных масс, смены растительного покрова, поведение биоты в тех или иных условиях, а также запасы природных ресурсов. Однако, прогнозировать содержание элементов, в том числе радиоактивных, в почве и растениях еще никто не пытался.

Нами разработана концепция прогнозирования радиоэкологического состояния территорий на основе главного постулата наук о Земле: о взаимосвязанности и сопряженности природных процессов. Концепция базируется на фундаментальных знаниях: о количественном элементном составе живого вещества биосферы Ковальский, 1974, Покаржевский, 1985, Глазовский, 1987, Перельман, 1961, Алексахин, Нарышкин, 1977); о пределах радио - и хемочувствительности (Криволуцкий, 1983, Соколов и др., 1989, Никаноров и др., 1985, Катков, 1985, Поликарпов, Егоров, 1986); о приемах оценки состояния окружающей среды в виде систем биоиндикации, биомониторинга, биотестирования, как систем оценки качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях (Бударков и др., 1998, Цыганов, 1983), о толерантности биоиндикаторов как ключевом понятии в биоиндикации (Ботаническая география…,1986, Одум, 1975, Цыганов, 1983).

Толерантность (от лат. tolerantia - терпение) в экологии и радиоэкологии трактуется как способность видов существовать в определенных условиях, либо как способность организмов выносить отклонения экологических факторов от оптимального уровня (Быков, 1978, Бударков и др., 1998).

Радиотолерантность сообществ регламентируется радиационным фактором (дозой и активностью радионуклидов). Критерием радиотолерантности организмов и их сообществ является наличие нормального типа структуры и функционирования в соответствии с ландшафтно-зональными условиями, определяемого как норма реакции сообщества.

Установление радиотолерантности видов и их сообществ является той информационной базой, на основе которой строится диагностика радиоэкологического состояния территорий и объектов. Для биосферы Земли, как среды обитания биоты, установлен фоновый, оптимальный диапазон доз, обусловливающий нормальное функционирование экосистем 4 - 500 мрад/г (Поликарпов, Егоров, 1986). Этот диапазон доз выделяется как зона радиационного благополучия. То есть в природных фоновых условиях при оптимальном диапазоне доз, когда не встречается летальных значений (а это десятки и сотни килорад), радиационный фактор целесообразно оценивать по показателю активности радионуклидов в объекте. Показатели активности являются базовыми при расчетах дозовых значений. Показатель активности радионуклидов, отражающий содержание или накопление их в тканях организмов и компонентах сообществ является специфическим индикационным признаком при индикации радиоэкологического состояния среды на фоновом уровне. Неспецифическими признаками будут любые проявления аномалий роста, развития и функционирования клеток, тканей, органов, организма в целом, нарушения структуры и функционирования сообществ и т.д.

Таким образом, показатель активности радионуклидов в биотических объектах на фоновом уровне, отражающий содержание или накопление, характеризуют реакцию биообъекта к радиационному фактору, диапазон значений которой обозначает фоновую (зональную) радиотолерантность. Содержание и накопление радионуклидов в биообъектах обусловливается биогеохимической обстановкой территории обитания или факторами среды. Сопряженный анализ содержания и накопления радионуклидов в биообъектах с факторами среды, характеризующими экосистемы зональных биомов, позволил установить пределы зональной радиотолерантности видов биоиндикаторов по отношению к радионуклидам.

Для этого были решены следующие ключевые задачи: 1) собраны данные, репрезентативно и достоверно отражающие типичные зональные условия, 2) собранные данные приведены в единое информационное пространство, к единой сравнимой шкале показателей, 3) выбраны показатели, которые позволяют однотипно сравнивать и характеризовать разные объекты.

Первая задача решена в результате оптимизации сети заложения пробных площадей и обследования плакорных экосистем зональных биомов. Вторая задача решена путем унификации данных по характеристике условий по факторам среды, их биоиндикацией по толерантности биоиндикаторов и установлением типов режимов 10 прямодействующих факторов на каждой пробной площади. Третья задача выбора сравнимого показателя решена путем расчета для каждого вида параметра - дельты - отклонения от оптимума по каждому фактору среды. Каждый вид имеет свое значение оптимума (медиану) на шкале толерантности, для каждой пробной площади рассчитан тип режима фактора и отклонение его от оптимума для каждого вида, то есть, определена дельта или отклонение от оптимума. В дальнейших расчетах участвует в качестве фактора - дельта, а в качестве явления - показатели активности радионуклидов и коэффициенты их накопления в растениях и почве.

Нами проанализированы пределы толерантности 574 видов по отношению к 10 прямодействующим факторам. Эта информация является нормативной для решения ряда прикладных задач. Для каждой географической точки профиля определены экологические свиты видов, типы режимов факторов, а также комфортопы, то есть, определена комфортность окружающей среды по каждому конкретному фактору для фитоценозов. Алгоритм представляет следующую схему анализа:

1) установление биоразнообразия;

2) определение экологических ареалов и выявление свит, установление типов режимов факторов;

3) расчет связи радиационных показателей биоиндикаторов с их толерантностью по отношению к 10 прямодействующим факторам, включающий следующие последовательные процедуры:

-ранжирование n видов биоиндикаторов по показателю радиоактивности (явления),

- ранжирование p дельт отклонений от оптимума, полученных для 10 факторов (факторы),

- получение таблиц связей,

- выборка состояний, для которых частная информация, содержащаяся в каждом из состояний рассматриваемого свойства относительно каждого из состояний изучаемого явления J_Ai/Bj > 0,

- выборка и сортировка для каждого фактора нормированного коэффициента сопряженности рассматриваемого свойства с изучаемым явлением (К),

где i=1,2,3 - градации явления;

S_i - по каждому фактору для i-й градации явления;

j - номер фактора;

K_j - значение коэффициента К для j-го фактора;

R_ij = 1, если J_Ai/Bj > 0, и 0 в противном случае,

- составление матриц по максимальной сумме частот встречаемости явления (показателя радиоактивности) и фактора;

4) расчет связи радиационных показателей биоиндикаторов с экологическими свитами аналогично предыдущей схеме;

5) создание каталога радиотолерантных биоиндикаторов с матрицами связей;

6) в дальнейшем процедура сводится к установлению типов режимов факторов, по актуальному типу режима фактора выполняется запрос в БД к каталогу радиотолерантных биоиндикаторов и матрицам связей, и на основе коэффициентов связи выбирается наиболее вероятное состояние явления - диапазон значений содержания или накопления радионуклида в конкретном биоиндикаторе, далее осуществляет расчет содержания радионуклидов в почве. В качестве явления рассмотрены содержания (абсолютные значения) и коэффициенты накопления (отношение содержания в растении к содержанию в почве) радионуклидов по показателям , , ⁹⁰Sr, ⁴⁰К. В качестве факторов рассмотрены отклонения от оптимума по каждому из 10 факторов и для каждого из 49 видов растений. Рассчитано и проанализировано более 4000 матриц отношений. Блок схема показана на рисунке 6, где отображены возможности работы системы в 2-х режимах:1-ый - подбор эталонной территории, 2- ой прогноз содержания радионуклидов в биоиндикаторах и почве. Система представляет собой аппаратно-программный комплекс, содержит базы данных о толерантности 2000 видов растений к 10 прямодействующим факторам среды, о состоянии более 116 объектов в диапазонах природных факторов в интервале широт 44⁰ и 57⁰ с.ш.; функционирует в режиме реального времени; позволяет осуществлять диагностику на любой территории в пределах лесной и степной зон; позволяет прогнозировать содержания радионуклидов в почве и растениях без отбора проб и выполнения измерений - только на основе визуального определения числа и обилия видов растений.



Рисунок 6- Блок-схема системы

Система верифицирована в лесной зоне на тестовых территориях Клинско-Дмитровской гряды, Костромской области, Нижегородской области, Карелии, в степной зоне Волгоградской области, в ландшафтах Белогорья, в урбосистеме - ландшафтах Москвы. Проверка показала, что система предоставляет возможность однозначного прогноза (индикации) содержания радионуклидов в почве и растениях.

Система открыта для пополнения и обновления базы данных, что делает перспективным ее использование и для диагностики радиоактивно загрязненных земель, выведенных из хозяйственного использования. Такие территории представляют собой «радиационные заповедники» (Криволуцкий, 1999), на которых развиваются естественные природные процессы динамики экосистем с участием радионуклидов, такие земли становятся источником дополнительного переоблучения биоты и человека, требуют постоянного мониторинга и разработки мер по снижению опасности.

Основные результаты диссертационной работы

1 Разработана концепция оценки, диагностики и прогнозирования радиоэкологического состояния территорий на основе взаимосвязанности природных процессов и осуществлена ее реализация в геоинформационных системах.

Взаимосвязанность природных процессов проявляется в физиономичной пространственной организационно-структурной форме слагаемых геосистем территории, распознаваемой методами биоиндикации, разработанными на основе сопряженных баз данных. Радиоэкологическое состояние это функционирование (существование) природной или природно-антропогенной (геотехнической) системы в условиях воздействия радиационного фактора на систему в целом и ее отдельные компоненты. Радиоустойчивость биогеоценозов (экосистем) определяется нами как способность систем выдерживать радиационные нагрузки без нарушения типичной структуры и типичного функционирования в соответствии с ландшафтно-зональными условиями. Типичное ландшафтно-зональное состояние территории и слагающих ее природных и геотехнических систем составляет биосферный потенциал территории и определяет эколого-географическую регламентацию радиационного воздействия на биосферу в целом, и природные системы, в частности.

Технические решения концепции оценки, диагностики и прогнозирования радиоэкологического состояния территорий состоят в создании интегрированного аппаратно-программного комплекса, организованного по модульному принципу, объединенному на единой базе данных с единой системой ввода, хранения и представления информации. Унификация и формализация данных -главные отличительные особенности созданных систем. Унификация достигается созданием единого регламента критериев в соответствии с геоэкологическим (геоботаническим, лесотаксационным, геоморфологическим) описанием пробной площади, созданием справочников для всех критериев регламента. Формализация достигается геокодированием показателей или характеристик в соответствии с разработанными шкалами

2. Разработана методология моделирования радиоэкологического состояния геосистем территории на основе ГИС технологий как система принципов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности для оценки геоэкологической, геодинамической, функциональной и радиобарьерной структуры территории с созданием компьютерной системы. Концепция реализована в геоинформационных системах с использованием методов моделирования радиоэкологического состояния в виде алгоритмов получения эмпирической и расчетной информации по единой унифицированной схеме и представлена системой оценки геоэкологической, геодинамической, функциональной и радиобарьерной структуры территории в виде автономных модулей ГИС как совокупности аппаратно-программных средств, методов и информации, организованных в строго определенной последовательности процедур и этапов, таких как: распознавание геотопологической структуры территории по определителю сукцессионной системы путем выбора конкретного ботанико-географического района (БГР) и руководящих видов; распознавание парцелл с установлением характерного времени парцелл травостоя - как элементов геодинамической структуры конкретной экосистемы; определение возраста древостоя (при наличии в описании древостоя) для каждой из древесных пород по видовой принадлежности древесной породы, диаметру и высоте - как элемента геодинамической структуры; распознавание ЭК с определением характерного времени и возраста древостоя (при его наличии) - как элементов геодинамической структуры конкретной экосистемы; определение запаса фитомассы парцелл травостоя - как элементов функциональной структуры; определение максимального запаса фитомассы ЭК - как элементов функциональной структуры; осуществление расчета реального запаса стволовой древесины реальной экосистемы с учетом возраста древостоев - как элемента функциональной структуры; осуществление расчета содержания и запаса радионуклидов в биогеогоризонтах экосистемы - как элемента радиобарьерной структуры территории.

3. Разработана методология радиоэкологической стандартизации территории как система принципов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности для диагностики радиоэкологического состояния и эколого-географической регламентации радиационного воздействия на биосферу и природные системы с разработкой критериев радиоэкологического стандарта территории, технологического регламента, определяющего перечень и последовательность процедур и операций, составляющих ГИС технологию по оценке и созданию радиоэкологического стандарта территории.

Типичное ландшафтно-зональное состояние территории и слагающих ее природных и геотехнических систем составляет биосферный потенциал территории и определяет эколого-географическую регламентацию радиационного воздействия на биосферу и природные системы, реализованную в виде модулей ГИС «Радиоэкологический стандарт территории». Разработан регламент критериев радиоэкологического стандарта территории, который в общем виде определяет набор параметров, характеризующих местоположение, состав, строение и функционирование территории как совокупности экосистем и содержит следующие позиции: позиционирование, видеопортрет, геоэкологическое описание, типы режимов факторов, геотопологическую структуру, радиационные характеристики, биобарьеры, дозы на биоту, индекс радиационной опасности. Разработан технологический регламент, определяющий перечень и последовательность процедур и операций, составляющих технологию по оценке и созданию радиоэкологического стандарта территории и содержит следующие процедуры: создание цифровых карт основ, создание атрибутивных баз данных, оптимизация сети обследования путем наложения серии карт, создание крупномасштабных ЦКО территории, создание атрибутивных баз данных, проведение полевых работ, выполнение пробоподготовки, выполнение измерений, ввод информации в БД, выполнение расчетов и вычислений, разработка БД и ГИС, разработка радиоэкологического стандарта территории. Созданы модули ГИС «Радиоэкологический стандарт территории», которые содержат информацию о типичном радиоэкологическом состоянии территории в соответствии с ландшафтно-зональными условиями и представляют собой фундаментальную основу экологического нормирования природопользования.

Биобарьеры с накопленными радионуклидами, смоделированные на основе геодинамической и функциональной структуры территории в сфере воздействия ПХРО, представляют эксплуатационный ресурс территории, от надежности функционирования которого зависит длительность безопасной работы предприятий по обращению с РАО. Биобарьеры с накопленными радионуклидами, смоделированные на основе геодинамической и функциональной структуры территории города или природного ландшафта, представляют потенциал или ресурс территории, от надежности функционирования которого зависит безопасность окружающей среды и населения.

4 Разработана концепция прогнозирования радиоэкологического состояния территорий на основе главного постулата наук о Земле о взаимосвязанности и сопряженности природных процессов, реализуемого в виде систем биоиндикации оценки качества среды обитания по состоянию биоты в природных условиях, представленных сопряженными базами данных радиотолерантности видов растений и их толерантностью к типам режимов факторов.

Концепция базируется на фундаментальных знаниях:

- о количественном элементном составе живого вещества биосферы Ковальский, 1974, Покаржевский, 1985, Глазовский, 1987, Перельман, 1961, Алексахин, Нарышкин, 1977);

- о пределах радио- и хемочувствительности (Криволуцкий, 1983, Соколов и др., 1989, Никаноров и др., 1985, Катков, 1985, Поликарпов, Егоров, 1986);

- о приемах оценки состояния окружающей среды в виде систем биоиндикации, биомониторинга, биотестирования, как систем оценки качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях (Бударков и др., 1998, Цыганов, 1983),

- о толерантности биоиндикаторов как ключевом понятии в биоиндикации (Ботаническая география…,1986, Одум, 1975, Цыганов, 1983).

Критерием зональной радиотолерантности установлено нормальное состояние объекта, выявленное в типичном плакорном местообитании, отражающем зональные условия. Показателями радиотолерантности установлены: 1) диапазон значений содержания или накопления радионуклидов в биоиндикаторах от минимума до максимума, 2) положение диапазона на общей шкале значений (содержания или накопления радионуклидов). На основе расчета и анализа более 4000 матриц связей радиационных показателей биоиндикаторов с их экологическими свитами по каждому фактору среды установлена зависимость накопительной способности биоиндикаторов от условий среды, установлены диапазоны или пределы радиотолерантности видов. Собранная информация и проведенный анализ позволили впервые установить на фоновом типично ландшафтно-зональном уровне радиотолерантность видов растений и их экологических свит, тем самым создать нормативно-базовую информацию в виде каталогов биоиндикаторов для решения разнообразных задач природопользования.

Система представляет собой аппаратно-программный комплекс, содержит базы данных о толерантности 2300 видов растений к 10 прямодействующим факторам среды, о состоянии более 116 объектов в диапазонах природных факторов в интервале широт 44⁰ и 57⁰ с.ш.; функционирует в режиме реального времени; позволяет осуществлять диагностику на любой территории в пределах лесной и степной зон; позволяет прогнозировать содержания радионуклидов в почве и растениях без отбора проб и выполнения измерений - только на основе визуального определения числа и обилия видов растений.



ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий

1 Markelov D.A. Zinc Accumulation by the Slime Mold Fuligo septica (L.) Wiggers in the Former Soviet Union [Текст] / Zhulidov D.A., Robarts R.D., Zhulidov A.V. , Markelov D.A., etc. // Journal Environmental Quality - 2002. - №31 - C. 1038-1042.

2 Маркелов Д.А. Система радиоэкологических стандартов зональных биомов как основа рационального природопользования [Текст] / Д.А. Маркелов // Проблемы региональной экологии. - 2008. - .№ 2. - С. 144-149.

3 Маркелов Д.А. Модуль ГИС «Эколого-географический, радиационный, химический стандарт природного комплекса Москвы - основа регулирования антропогенного загрязнения [Текст] / Д.А. Маркелов // Проблемы региональной экологии. - 2008. - .№ 3. - С. 190-194.

4 Маркелов Д.А. ГИС технология прогнозирования радиоактивности растений и почвы [Текст] / Д.А. Маркелов // Проблемы региональной экологии. - 2008. - .№ 4. - С. 113-120.

5 Маркелов Д.А. Экотехнология распознавания экологического ареала территории на основе биоиндикации типов режимов факторов [Текст] / Д.А. Маркелов // Проблемы региональной экологии. - 2008. - .№ 4. - С. 168-171.

6 Маркелов Д.А. Методика оценки экологического состояния территории [Текст] / Д.А. Маркелов, О.Е. Полынова // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2008. - №2. - С. 106-111.

7 Маркелов Д.А. Проекты биомониторинга для диагностики радиоэкологического состояния объектов и территории [Текст] / Д.А. Маркелов, О.Е. Полынова // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2008. - №2. - С. 112-123.

8 Маркелов Д.А. Биоиндикация радиационного фона [Текст] / Д.А. Маркелов // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2008. - №3. - С. 104-111.

9 Маркелов Д.А. Разработка концепции радиотолерантности лесных сообществ как биобарьеров при радиационном воздействии [Текст] / Д.А. Маркелов // Экология урбанизированных территорий. - 2008. - .№ 3. - С. 12-23.

10 Маркелов Д.А. Устойчивость и барьерная функция санитарно-защитной зоны пункта обезвреживания РАО по данным, полученных с помощью геоинформационных технологий [Текст] / Д.А. Маркелов, А.В. Маркелов, Н.Я. Минеева, С.А. Дмитриев, А.И. Соболев и др. // Медицина труда и промышленная экология. - 2006. - .№ 2. - С. 42-48.

Статьи в рецензируемых журналах

11 Маркелов Д.А. Методика оценки радиоэкологического состояния территории на основе зональной радиотолерантности биоиндикаторов [Текст] / Д.А. Маркелов // Аридные экосистемы. - 2004. - .№ 22-23. - С. 145-153.

12 Маркелов Д.А. Оценка экологического состояния земель (почвы) по биосферным функциям [Текст] / Д.А. Маркелов, М.А. Григорьева // Вестник Бурятского университета. Сер. 3, География, Геология - 2006. - №6. - С. 201-211.

13 Маркелов Д.А. Экономика природопользования с учетом биосферного потенциала земель [Текст] / Д.А. Маркелов, М.А. Григорьева // Вестник Бурятского университета. Сер. 3, География, Геология - 2006. - №7. - С. 162-171.

Картографические издания

14 Россия. Карта районирования территории России по степени экстремальности развития эколого-геоморфологических ситуаций [Карты] : [Тематическая карта] / картографические работы, дизайн и подготовка к изданию Институт географии РАН в 2005 г., авторский макет ООО «ДИ ЭМ БИ» в 2006 г., картографическая основа Роскартография в 2003 ; соавторы: А.Е. Козлова, Г.П. Локшин, И.В. Чеснокова, Э.А. Лихачева, Д.А. Тимофеев, А.В. Кошкарев, Д.А. Маркелов, К.В. Горецкий - 1: 9 000 000, 90 км в 1 см - М.: ООО «ДиЭмБи», 2006. - На 1 листе.

Монографии

15 Маркелов Д.А. Зональные особенности биоразнообразия и радиоэкологического состояния растительных сообществ [Текст] / Д.А. Маркелов - М.: Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 1999. - 58 с.

16 Маркелов Д.А. Радиоэкологическое состояние территорий (оценка, диагностика, прогнозирование) [Текст] / Д.А. Маркелов - М.: ИАЦ «Энергия», 2008. - 146 с.

Статьи, доклады и тезисы в трудах и материалах симпозиумов

17 Маркелов Д.А. Прогнозирование содержания радионуклидов в почве и растениях на основе зональной радиотолерантности биоиндикаторов / Семипалатинский испытательный полигон. Радиационное наследие и проблемы нераспространения: Материалы II Международной конференции. - Институт радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК. 6-8 сентября 2005 г. - Том 1. - Курчатов: 2005.- С. 146-157.

18 Маркелов Д.А. Радиоэкологическое нормирование природопользования / Минеева Н.Я., А.В. Маркелов, Маркелов Д.А. и др. / Семипалатинский испытательный полигон. Радиационное наследие и проблемы нераспространения: Материалы II Международной конференции. Институт радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК. 6-8 сентября 2005 г.- Том 1. - Курчатов: 2005. - С. 122-145.

19 Маркелов Д.А. Разработка и моделирование систем биодоочистки и реабилитации территорий/ Минеева Н.Я., А.В. Маркелов, Маркелов Д.А. и др./ Семипалатинский испытательный полигон. Радиационное наследие и проблемы нераспространения: Материалы II Международной конференции. Институт радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК. 6-8 сентября 2005 г. - Том 1.- Курчатов: 2005.- С. 205-215.

20 Маркелов Д.А. Разработка структуры ГИС «Радиоэкологическое состояние эталонов природы - особо охраняемых природных территорий (ООПТ) Москвы и Московского региона»/ С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, … Д.А. Маркелов и др. // Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных центров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2004 г. - М.: «IBDG», 2006. - Вып.12. - С. 63-71.

21 Маркелов Д.А. Разработка и создание базы данных радиоэкологических параметров для сертификации качества среды при обращении с радиоактивными отходами/ С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, … Д.А. Маркелов и др // Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных центров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2004 г. - М.: «IBDG», 2006. - Вып.12. -С. 78-84.

22 Маркелов Д.А. Система прогнозирования радиоактивности почвы и растений /Экологические проблемы регионального мониторинга окружающей среды. Сборник научных трудов Московского регионального отделения Российской академии естественных наук (РАЕН) по экологическому мониторингу окружающей среды. - М: Изд. Российской академии естественных наук, 2006. - С.35-48.

23 Маркелов Д.А. Геоинформационные технологии обеспечения радиоэкологической безопасности на основе биоиндикации./ А.В. Маркелов, Н.Я. Минеева, Д.А. Маркелов и др. /Экологические проблемы регионального мониторинга окружающей среды. Сборник научных трудов Московского регионального отделения Российской академии естественных наук (РАЕН) по экологическому мониторингу окружающей среды. - М: Изд. Российской академии естественных наук, 2006- С.25-34.

24 Маркелов Д.А. Биодиагностика радиоэкологического состояния природного комплекса Москвы на основе геоинформационных технологий /Н. Я. Минеева, А.В. Маркелов, … Д.А. Маркелов и др./ Экологические проблемы регионального мониторинга окружающей среды. Сборник научных трудов Московского регионального отделения Российской академии естественных наук (РАЕН) по экологическому мониторингу окружающей среды. - М: Изд. Российской академии естественных наук, 2006- С.89-94.

25 Маркелов Д.А. Обучающая программа «Оценка экологического состояния территории» / Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Материалы IV международной научно-практической конференции. Семипалатинский государственный педагогический институт, 19-21 октября 2006 г. - Т. 2. - Семипалатинск, 2006. - С. 587-591.

26 Маркелов Д.А. Оценка барьерной функции биогеоценотических барьеров для ПЗРО России / А.В. Маркелов, Н.Я. Минеева, С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, Д.А. Маркелов, и др./ Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Материалы IV международной научно-практической конференции. Семипалатинский государственный педагогический институт, 19-21 октября 2006 г. - Т. 2. - Семипалатинск, 2006 - С. 374-382.

27 Маркелов Д.А. Сертификация качества среды промышленных площадок предприятий по биосферному потенциалу / Н.Я. Минеева, А.В. Маркелов, С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, Д.А. Маркелов, и др. / Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Материалы IV международной научно-практической конференции. Семипалатинский государственный педагогический институт, 19-21 октября 2006 г. - Т. 2. - Семипалатинск, 2006- С. 72-79.

28 Маркелов Д.А. Разработка системы эколого-географических, радиационных, биогеохимических стандартов геосистем СИЯП как основы устойчивого развития региона и прогноза его биосферного функционирования / Панин М.С. ,Н.Я. Минеева, … Д.А. Маркелов и др./Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Материалы IV международной научно-практической конференции. Семипалатинский государственный педагогический институт, 19-21 октября 2006 г. - Т. 2. - Семипалатинск, 2006- С. 245-251.

29 Маркелов Д.А. Модуль «Эколого-географический, радиационный, химический стандарт европейской территории Российской Федерации - основа прогноза и предотвращения антропогенного загрязнения окружающей среды» / Геохимия биосферы: Доклады Международной научной конференции. Москва, 15-18 ноября 2006 г. Смоленск: Ойкумена, 2006. - С. 223.

30 Маркелов Д.А. ГИС технологии радиоэкологической безопасности: аппаратно-программные средства и геоинформационное обеспечение / А.В. Маркелов, Д.А. Маркелов и др./ Геохимия биосферы: Доклады Международной научной конференции. Москва, 15-18 ноября 2006 г. Смоленск: Ойкумена, 2006- С. 221-223

31 Маркелов Д.А. Технология создания геоинформационной системы для целей рационального природопользования (города, района, региона) на основе интеграции новейших аппаратно-программных средств ГИС и глобальной спутниковой навигационной системы / А.В. Маркелов, Д.А. Маркелов и др./Материалы VII Международного симпозиума «Проблемы экоинформатики» (5 - 7 декабря 2006г. Москва, Россия). - М., 2006- С.219-223.

32 Маркелов Д.А. Разработка структуры многофункциональной ГИС «Радиоэкологическая безопасность территорий РФ /А.И. Соболев, С.А. Дмитриев, … Д.А. Маркелов и др. // Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных центров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2005 г. - М.: «IBDG», 2007. - Вып.13. - с. 58-66.

33 Маркелов Д.А. Разработка биомониторинга природопользования при обращении с радиоактивными отходами /С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, … Д.А. Маркелов и др.// Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных центров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2005 г. - М.: «IBDG», 2007. - Вып.13- с.67-73

34 Маркелов Д.А. Разработка структуры радиоэкологического сертификата качества среды при обращении с РАО /А.И. Соболев, С.А. Дмитриев … Д.А. Маркелов и др.// Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных центров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2005 г. - М.: «IBDG», 2007. - Вып.13- с.74-83.

35 Маркелов Д.А. Оценка барьерной функции сообществ как биогеоценотических барьеров /А.И. Соболев, С.А. Дмитриев … Д.А. Маркелов и др. // Охрана окружающей среды и обращение с радиоактивными отходами научно-промышленных центров: Труды ГУП МосНПО «Радон»: Итоги научной деятельности за 2005 г. - М.: «IBDG», 2007. - Вып.133- с.84-92.

36 Маркелов Д.А. ГИС технологии радиоэкологической безопасности территорий /А.В. Маркелов, Н.Я. Минеева, Д.А. Маркелов и др. / Геоэкологические проблемы современности: межвуз. сб. науч. тр. - вып. 9. - Владимир: ВГПУ - 2007.- с.172 -180.

37 Маркелов Д.А. Методология радиоэкологической стандартизации территории. /А.В. Маркелов, Н.Я. Минеева, Д.А. Маркелов и др./ Геоэкологические проблемы современности: межвуз. сб. науч. тр. - вып. 9. - Владимир: ВГПУ - 2007.- с.181 -194.

38 Маркелов Д.А. Радиоэкологический стандарт территории Волгоградской области: геотопология, радиобиобарьерные функции экосистем/ А.В. Маркелов, Н.Я. Минеева, С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, и др./ Геоэкологические проблемы современности: Межвуз. сб. науч. тр. - Вып.9. - Владимир: ВГПУ - 2007. - С.204 -208

39 Маркелов Д.А. Разработка системы оценки геодинамической и функциональной структуры территории (ГД и ФС)/ А.В. Маркелов, Н.Я. Минеева,С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, и др/ Материалы Международного симпозиума «Инженерная экология-2007 (совместно со школой - семинаром молодых ученых)» (4 - 6 декабря 2007г. Москва, Россия). - М., 2007. - С. 55-59.

40 Маркелов Д.А. Мобильные ГИС технологии /Маркелов А.В., Н.Я. Минеева, С.А. Дмитриев, А.И. Соболев, Э.В. Горенков, и др/ Геоэкологические проблемы современности: Доклады 2-ой Международной конференции, Владимир.- 2008 г.- С. 148-157.

Размещено на Allbest.ru

...