Наукові основи оцінювання надійності екологічних систем в умовах дії радіаційних чинників

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Спеціальність 21.06.01 - Екологічна безпека

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Наукові основи оцінювання надійності екологічних систем в умовах дії радіаційних чинників

Матвєєва Ірина Валеріївна

Київ 2016

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному авіаційному університеті Міністерства освіти і науки України на кафедрі екології.

Науковий консультант -

доктор біологічних наук, професор

Кутлахмедов Юрій Олексійович,

Національна академія наук України

Інститут клітинної біології та генетичної інженерії, (м. Київ),

завідувач лабораторії радіоекологічної надійності біосистем

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Азаров Сергій Іванович,

Національна академія наук України

Інститут ядерних досліджень, (м. Київ),

завідувач сектором загальної та радіаційної безпеки

доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Чумаченко Сергій Миколайович,

Український науково-дослідний інститут цивільного захисту

Державної служби України з надзвичайних ситуацій (м. Київ),

начальник науково-дослідного відділу моделювання

надзвичайних ситуацій науково-дослідного центру інноваційних технологій

Захист відбудеться «16» травня 2016 року о 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.062.09 у Національному авіаційному університеті за адресою: 03058, м. Київ, проспект Космонавта Комарова, 1.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного авіаційного університету за адресою: 03058, м. Київ, проспект Космонавта Комарова, 1.

Автореферат розіслано « 15 » травня 2016 р.

В.о. ученого секретаря спеціалізованої вченої ради Д 26.062.09 Глива В.А.

Актуальність теми. Збільшення в навколишньому середовищі природних та штучних радіонуклідів, відходів чорної та кольорової металургії, викидів автотранспорту, відходів гірничодобувної промисловості та хімічних підприємств тощо призвело до накопичення значної кількості різноманітних полютантів у довкіллі. Постійно зростаючий техногенний вплив на природні екосистеми та їх біоту веде до неконтрольованих змін у природному середовищі. В екосистемах відбуваються сукцесії, наслідком яких є необоротні зміни в біогеоценозах та втрата надійності природних біологічних систем.

Тому постає необхідність створення системи оцінювання стану надійності екологічних систем та біоти. Універсальних, всеохоплюючих засобів захисту людства від глобальних змін клімату, сильних землетрусів, ураганів, повеней, а також великих техногенних аварій реально не існує. Це ж стосується й складних ядерних аварій, таких як Киштимська на Південному Уралі (1957), Чорнобильська (1986) та аварія на «Фукусімі-1» (2011) із глобальними наслідками, які ще до кінця не вивчені й не оцінені.

Сьогодні нагальною є проблема поведінки радіонуклідів в екологічних системах, які включають усі складові спостереження за фізичними, хімічними та біологічними показниками та реакцію біологічних систем на основний дозоутворювальний радіонуклід - 137Cs.

Розподіл і перерозподіл 137Cs в довкіллі - важлива проблема, оскільки зрештою визначає стан і динаміку Чорнобильського забруднення природних екосистем. Радіоекологічна ситуація, що склалася після аварії на ЧАЕС, радикально змінила умови проживання та особливості формування доз опромінення сільського населення забруднених територій України. Ступінь забруднення багатьох харчових продуктів перевищує допустимі рівні навіть через 30 років після Чорнобильської катастрофи.

Вирішення питання оцінювання прогнозу й управління надійністю біоти екосистеми реально визначають виживання та життєздатність людства. Для цього необхідно розв'язати такі найважливіші завдання:

- розробити методи, моделі та способи оцінювання надійності екосистем різних типів та складності;

- запропонувати критерії та параметри для оцінювання й розрахунку надійності екосистем та їх біологічних компонентів, включаючи людину.

Оцінка надійності біоти екосистем може слугувати універсальним засобом і методом діагностики стану біоти екосистеми. Якщо біота екологічної системи достатньо надійна, то вона здатна виконувати дві найголовніші функції:

1) зберігати та підтримувати чисельність та біомасу екосистеми, що забезпечує її виживання;

2) забезпечувати кондиціювання середовища існування.

Отже, ідеться про природне очищення навколишнього середовища від відходів життєдіяльності, полютантів, підтримання середовища в належному стані для самої біоти та, звичайно, для людини, можливості природокористування. Якщо біота здатна виконувати ці дві найважливіші функції, то вона цілком надійна.

Очевидно, що високий параметр надійності ще не забезпечує виконання всіх функцій біоти, але, без сумніву, гарантує її виживання в умовах середовища та в часі, що змінюються. Висока надійність біоти екосистеми не гарантує повного благополуччя біоти, але забезпечує факт її існування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Обраний напрям дисертаційних досліджень тісно пов'язаний з науково-дослідними темами Інституту клітинної біології та генетичної інженерії НАН України «Оцінка граничної радіоємності типових екосистем України відносно різних антропогенних навантажень» (№ ДР 0103U005694) (2010-2015), «Наукове обґрунтування технології стабілізації радіоємності екосистем і захисту рослин від природного ультрафіолетового опромінення» за програмою «Новітні медико-біологічні проблеми та оточуюче середовище людини» (№ ДР 0104U007170) (2012-2016) «Оцінка надійності біотичного компоненту типових екосистем України в умовах комплексної дії антропогенних факторів» (№ ДР 0108U000876) (2009-2012) та «Роль відновлювального та адаптаційного потенціалу біоти екосистем у формуванні їх надійності та стійкості за умов комбінованої дії іонізуючого опромінення та хімічних стресорів» (№ ДР 0113U000227) (2013-2017).

Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи - розроблення нової методології оцінювання стану екологічних систем різних типів та рівнів на основі використання математичних камерних моделей і теорії надійності та радіоємності.

Для досягнення мети були поставлені та вирішені такі завдання:

- розглянути та визначити негативний вплив радіонуклідів на стан екологічних систем; дослідити літературні джерела щодо перспектив вивчення надійності екологічних систем;

- обґрунтувати методи проведення досліджень;

- на основі розроблених математичних камерних моделей різних типів екосистем побудувати модель надійності транспорту радіонуклідів та математичну модель радіаційної стійкості та надійності екологічних систем;

- розробити метод структуризації екологічних систем України; створити математичні моделі для дослідження та оцінювання стійкості та надійності екологічних систем різної складності;

- на основі розроблених математичних камерних моделей різних типів екосистем побудувати модель надійності транспорту радіонуклідів; обґрунтувати застосування запропонованого методу для дослідження розподілу та перерозподілу радіонуклідів у довкіллі й під час оцінювання дозових навантажень на біоту та людей;

- розробити метод оцінювання стійкості екологічних систем за допомогою ГІС-технологій;

- впровадити варіанти розроблених методів для застосування різноманітних контрзаходів в екологічних системах.

Об'єкт дослідження - розподіл та перерозподіл радіонуклідів у екосистемах різного типу.

Предмет дослідження - закономірності процесів розподілу та перерозподілу радіонуклідів в екосистемах різного типу та методи і моделі надійності в комплексі заходів стабілізації та покращення стану довкілля.

Методи дослідження. Для вирішення поставлених завдань використовувався комплекс сучасних методів теоретичних та експериментальних досліджень: розгляд фактичних матеріалів і літературних даних з методів аналізу надійності; польові дослідження, дозиметричні та радіаційні вимірювання об'єктів в обраних екологічних системах; математичне моделювання екосистем, що досліджуються; аналіз отриманих власних і літературних даних.

Наукова новизна отриманих результатів.

У дисертаційній роботі вперше застосовані ідеї та моделі теорії надійності стосовно різних типів екологічних систем. Показано евристичність та фундаментальність даного підходу, що дозволяє на новому рівні оцінювати екологічну безпеку екосистем за умов впливу радіонуклідів (та інших полютантів).

Доведено, що показники радіоємності біологічних компонентів різнотипних екологічних систем можуть слугувати об'єктивними критеріями надійності та благополуччя живих організмів, біоти, в біогеоценозах.

Обґрунтовано, що розгляд системи міграції й транспорту радіонуклідів складовими частинами навколишнього середовища методами теорії надійності дає змогу встановлювати критичні шляхи надходження радіонуклідів, а відтак й інших полютантів, до певних компонентів екологічних систем, у тому числі - людини.

Доведено, що використовуючи моделі надійності транспорту радіонуклідів елементами різного типу екологічних систем, можна науково обґрунтовувати застосування захисних заходів, контрзаходів щодо мінімізації потоку та надходження радіонуклідів до біологічних об'єктів, біоти та людини.

Уперше розроблено метод та модель для оцінювання екологічних ризиків для біоти екологічних систем різного типу.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблені теорія та моделі надійності екологічних систем різного типу дозволяють на новому рівні оцінювати екологічну безпеку екосистем за умов впливу радіонуклідів (та інших полютантів). Результати практичних досліджень висвітлені в патентах на корисну модель: «Спосіб визначення параметрів стану екологічної безпеки екосистеми» та «Спосіб визначення надійності біоти екосистеми». Ідеї надійнісного підходу практично використані при розробленні та використанні засобів пилопригнічення на Миколаївському глиноземному заводі (МГЗ), що сприяло створенню ефективних засобів захисту на шламосховищі червоних шламів.

Особистий внесок здобувача. Автором здійснено підбір та аналіз літературних джерел. Виконано польові дослідження, в ході яких відібрано зразки для розгляду, вивчення та аналізу. Теоретичні положення, результати експериментальних досліджень, основні ідеї, узагальнення та висновки дисертаційних досліджень належать авторові. Створено та обґрунтовано цикл математичних камерних моделей екологічних систем, що досліджуються, використовуючи метод камерних моделей та математичні моделі надійності вибраних екосистем.

Для управління радіоекологічними процесами, визначення безпеки живих організмів в екологічних системах, нормування та мінімізації дозових навантажень на біоту запропоновано та розроблено алгоритм розрахунку екологічних нормативів [1-3, 8, 11]. З цією метою автором запропоновано використовувати принцип вимірювання - радіоємність та/або чинник радіоємності екосистем [1-4, 14, 17-19]. Проаналізовано шляхи міграції, розподілу та перерозподілу радіонуклідів у різних типах екосистем [5, 11-13, 15, 18-20]. Автором розроблено підходи до загальної оцінки стану біоти екосистем, надійності та стійкості природних та штучних екологічних систем [14, 6, 10, 12, 13, 15]. Запропоновано застосовувати теорію радіоємності та моделі надійності екологічних систем для оцінювання колективної дози, для визначення та оцінювання радіаційних та екологічних ризиків [2, 3, 6, 7, 9, 17]. У результаті досліджень проаналізовано, оцінено та запропоновано застосування ефективних захисних заходів для різного типу екологічних систем, які здатні уповільнювати та/або зменшувати надходження радіонуклідів до компонентів екосистеми та людини, знижувати дозове навантаження на населення забруднених регіонів [5, 18, 20, 21]. Проаналізовано та узагальнено отримані результати.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційного дослідження доповідалися та обговорювалися на: V, VІ, VІІІ та Х регіональних наукових конференціях «Техногенні системи та екологічний ризик» (м. Обнінськ, 2008, 2009, 2011, 2013 рр.); Міжнародній конференції «Радіоекологія: підсумки, сучасний стан та перспективи» (м. Москва, 2008 р.); конференції читання «Актуальні питання генетики, радіобіології та радіоекології» (Дубна-Москва, 2009 р.); V з'їзді радіобіологічного товариства (м. Ужгород, 2009 р.); ІІ - ІV Всеукраїнських з'їздах екологів з міжнародною участю (м. Вінниця, 2009, 2011, 2013 рр.); Міжнародному симпозіумі «Стохастичні моделі теорії надійності в технічних науках, науках про життя та операційному менеджменті» (Ізраїль, 2010 р.); Міжнародній науково-практичній конференції «Ольвійський форум-2009: стратегії України в геополітичному просторі» (м. Миколаїв, 2009 р.); Міжнародній конференції «Радіаційно-медична і екологічна безпека людини та довкілля: стан, шляхи і заходи покращення» (м. Ялта, 2010 р.); VI з'їзді з радіаційних досліджень (радіобіологія, радіоекологія, радіаційна безпека) (м. Москва, 2010 р.); Міжнародній науково-практичній конференції «Національна екологічна політика в контексті європейської інтеграції України» (м. Київ, 2010 р.); збірнику наукових праць «Проблеми радіоекології та споріднених дисциплін» (м. Ханти-Мансійськ, 2010 р.); Міжнародній науковій конференції «Охорона довкілля та проблеми збалансованого природокористування» (м. Кам'янець-Подільський, 2011 р.); науково-практичній конференції в рамках міжнародного форуму «Довкілля України» «Радіоекологія-2013. Чорнобиль-Фукусіма. Наслідки» (м. Київ, 2013 р.); IV міжнародній конфе-ренції «Радіоактивність та радіоактивні елементи в середовищі існування людини» (м. Томськ, 2013 р.); науково-практичній конференції з міжнародною участю «Радіоекологія-2014» (м. Київ, 2014 р.); ІХ Всеукраїнській науково-практичній конференції «Біотехнологія ХХІ століття» (м. Київ, 2015 р.); Міжнародній науково-практичній конференції «Радіоекологія-2015» (м. Київ, 2015 р.).

Публікації. За результатами дисертаційних досліджень опубліковано 52 наукові роботи у вітчизняних, наукометричних та закордонних виданнях, серед них 1 монографія (одноосібна), 21 стаття у фахових виданнях, з яких 1 у виданнях іноземних держав, 6 у виданнях України, які включені до міжнародних наукометричних баз, 25 тез доповідей у збірниках доповідей на наукових конференціях та з'їздах, 2 патенти України на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, семи розділів, загальних висновків, списку використаних джерел, який містить 361 найменування, 2 додатки, містить 67 рисунків, 42 таблиці. Загальний обсяг дисертації 375 сторінок, з яких 340 сторінок основного тексту, 32 - список використаних джерел, 2 - додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, показано зв'язок із науковими програмами і темами, сформульовано мету й завдання дослідження, визначено об'єкт і предмет дослідження, схарактеризовано наукову новизну та практичне значення роботи, висвітлено особистий внесок здобувача, подано відомості про апробацію результатів дисертаційного дослідження.

У першому розділі проаналізовано найбільші техногенні радіаційні аварії на Чорнобильській (1986) та «Фукусіма-1» (2011) атомних електростанціях. Охарактеризовано основні стадії аварій, проведено аналіз забруднених територій. Зроблено порівняльний аналіз та оцінювання радіоекологічних наслідків катастроф.

Проведено аналіз впливу радіонуклідів на стан екологічних систем. Охарактеризовано особливості поведінки 137Cs в навколишньому середовищі, форми його знаходження в ґрунтах та особливості надходження до рослин.

У розділі здійснено історичний та хронологічний аналіз становлення радіо-екології як науки. На сучасному етапі внаслідок забруднення біосфери штучними радіонуклідами відбуваються зміни глобальної радіологічної ситуації: посилюються потоки мігруючих природних і штучних радіонуклідів, збільшується природний фон іонізуючих випромінювань, зростання кількості зон підвищеного локального радіаційного впливу. Шкала пріоритетів у визначенні завдань радіоекології в перспективі буде визначатися екологічними проблемами ядерної енергетики: розробкою принципів радіаційного моніторингу, екологічними питаннями нормування радіаційного фактору, поводженням з радіоактивними відходами, дією малих доз іонізуючих випромінювань на біогеоценози, синергічними ефектами опромінення та інших чинників середовища. Значний внесок у вирішенні цих завдань зробили Р. М. Алексахін, Ю. А. Ізраель, Г. Г. Полікарпов, Б. С. Прістер, Ю. О. Кутлахмедов, Д. М. Гродзинський, В. І. Корогодін та ін.

На даному етапі основні завдання радіоекології пов'язані з оцінюванням наслідків формування дозових навантажень на людину і природні біогеоценози.

У розділі розглянуто існуючі підходи щодо дослідження наслідків радіоеколо-гічних процесів.

У другому розділі викладено методичні основи проведення досліджень. Дослідження за темою дисертаційної роботи виконувались протягом 1998-2013 рр. на забруднених територіях.

При системному підході до вивчення екосистеми застосовано основні групи методів: спостереження, екологічний експеримент та моделювання стану екосистем.

Під час проведення експериментальних досліджень використано такі методи дослідження: аналіз природних компонентів; фізичні (радіометричні, дозиметричні), радіоекологічні та радіохімічні методи вимірювання проб на активність радіонуклідів; польові натурні; визначення фізико-хімічних властивостей ґрунтів та оцінка допустимих рівнів вмісту 137Cs; визначення рівня споживання забруднених харчових продуктів; розробка критеріїв оцінки радіоекологічного стану територій; математична обробка результатів та розрахунку прогнозованих оцінок.

У процесі роботи використано математичні моделі радіаційного впливу на екосистеми, міграції речовин-забруднювачів в екосистемах, синергізму впливу кількох негативно діючих чинників на біоту екосистем, радіаційного ураження багатоклітинного організму, пострадіаційного відновлення екосистеми та стаціонарна камерна модель спрощеної рослинної екосистеми.

У третьому розділі розглядаються теоретичні основи аналізу радіаційної надійності екологічних систем. При загальному розгляді існуючих екосистем охарактеризовано їх склад, структуру, закони функціонування та надійність.

З позицій екологічної безпеки завдання дослідження надійності екосистем полягає в тому, щоб визначити, яким чином її складові елементи функціонують у взаємодії з іншими частинами і з яких причин можуть статися зворотні або незворотні зміни, що загрожують негативними наслідками для навколишнього середовища. Під безпекою екосистеми слід розуміти таку властивість, яка визначає ризик втрат її стійкості, рівноваги і живучості.

Моделювання складних багатокомпонентних екологічних систем передбачає створення моделі радіаційної надійності та подальше її вивчення. Математичну модель радіаційної надійності екосистеми можна визначити як будь-яке спрощене відображення об'єкта (реального чи уявного). Особливо цінним моделювання є у випадках, коли досліди над реальною екосистемою проводити неможливо (з огляду на масштаби екосистеми, скажімо, біосферу в цілому, атмосферу, літосферу тощо) або ж небезпечно (вплив радіації на екосистеми).

При визначенні надійності екосистем виникає проблема оцінювання показників надійності за результатами випробувань або експлуатації.

Для якісної оцінки пострадіаційного стану екосистеми (деградація, адаптація та відновлення) можна використовувати кластерний аналіз з теорії розпізнавання образів радіаційної надійності, де розроблено прийоми та методи, що дозволяють за деякими, часто дуже незначним, ознаками відносити об'єкт вивчення (екосистему) до того чи іншого класу та охарактеризувати його стан.

Кластерний аналіз - математична процедура багатовимірного аналізу, що дає змогу на основі великої кількості показників, характеризуючих ряд станів екосистеми (образів), згруповувати їх в класи (кластери) таким чином, щоб об'єкти, що входять в один клас (образ), були більш однорідними, подібними порівняно з об'єктами, що входять в інші класи. На основі чисельно виражених параметрів екосистеми обчислюються відстані між ними, які можуть виражатися в евклідовій матриці (найбільш вживано) і в інших метриках. Кластерний аналіз застосовують для ідентифікації радіаційно-небезпечних станів в екосистемі в тому випадку, якщо радіаційні порушення в екосистемах істотно змінюють залежності вихідних змінних від вхідних впливів або областей значень змінних.

Під час дослідження стійкості динамічної екосистеми використано лінеаризовані диференціальні рівняння для уявлення про радіаційну стійкість дійсної екосистеми в малому, у відповідно до теорії стійкості А. М. Ляпунова.

Припустимо, що стан екосистеми після радіаційного впливу описано за допомогою нелінійних диференціальних рівнянь, які для спрощення дослідження можуть бути лінеаризировані. На їх основі складається диференціальне рівняння стану екосистеми з регульованою величиною як змінної:

, (1)

яке являє собою неоднорідне диференціальне рівняння, що характеризує динамічні властивості системи за наявності в ній зовнішніх впливів.

Розв'язок цього рівняння можна навести у вигляді:

, (2)

що описує вільні та вимушені коливання екосистеми, при цьому визначається зовнішнім впливом на екосистему.

Для отримання розв'язку рівняння (1) досить до будь-якого конкретного роз-в'язку додати загальний розв'язок однорідного з ним рівняння, тобто рівняння (1), у якому . Його характеристичне рівняння в операторній формі буде таким:

або (3)

де р - корені характеристичного рівняння.

Відповідно до теореми А. М. Ляпунова:

1) якщо характеристичне рівняння лінеаризованої екосистеми має всі корені з від'ємними дійсними частинами, то дійсна екосистема буде стійкою. При цьому ніякі відкинуті при лінеаризації рівняння члени другої і вищих ступенів відхилення стану екосистеми не можуть змінити радіаційну стійкість екосистеми;

2) якщо характеристичне рівняння лінеаризованої екосистеми має хоча б один корінь із додатною дійсною частиною, то екосистема буде нестійкою. При цьому ніякі відкинуті при лінеаризації члени другої і вищих ступенів відхилення стану екосистеми не можуть додати стійкість екосистеми;

3) якщо характеристичне рівняння лінеаризованної екосистеми має хоча б один нульовий корінь або пару уявних спряжених коренів, то поведінка дійсної екосистеми не може визначатися її лінеаризованим рівнянням. У цих випадках відкинуті при лінеаризації рівняння члени другого і вищих ступенів відхилення стану екосистеми докорінно змінюють опис динамічного процесу реальної екосистеми. Слід зазначити, що наведена теорема про радіаційну стійкість лінеаризованих екосистем справедлива тільки тоді, коли у нелінійної екосистеми функція, що виражає залежність її стану від змінних параметрів, має кінцеві, неперервні і однозначні похідні в околі точки, щодо якої досліджується процес зміни в екосистемах.

У розділі проведено аналіз стійкості екологічних систем до радіаційного впливу за допомогою камерних моделей, де весь ланцюг перенесення радіонуклідів поділяють на камери. За способами взаємодії між камерами моделі можна розділити на стаціонарні і динамічні. Взаємодію між камерами задають за допомогою коефіцієнтів.

Метод камерних моделей є найпростішим й адекватним математичним методом опису радіоекологічних процесів у екосистемах різної складності.

У четвертому розділі йдеться про методи моделювання радіаційного впливу на екологічні системи.

Біологічні об'єкти мають надзвичайно високу надійність, що значно перевищує надійність будь-яких технічних систем. Це випливає насамперед з часу існування біологічних систем, який значно перевищує час безвідмовного існування технічних систем. За літературними та власними дослідженнями у розділі проаналізовано ефективність та перспективність застосування надійнісного підходу до біосистем різної складності від клітини до біоценозів.

Як визначення поняття надійності біосистем можна запропонувати: надійність - фундаментальна властивість біологічних об'єктів, що визначає ефективне їх існування та функціонування у випадково варіюючих умовах середовища та в часі. Мірою надійності є ймовірність безвідмовного існування систем. Біологічні системи мають безліч функцій, серед яких можна виділити основні функції біологічного об'єкта, що визначають його життєздатність. Під впливом різних умов у біологічній системі можуть відбуватися відмови кожної з основних функцій.

У математичній теорії надійності систем виділяють два основні типи систем. Нехай надійність окремого елемента системи визначається через Рі - імовірність безвідмовного існування елементу. Перший, найпростіший, тип системи, що складається з багатьох елементів, - це система «послідовного типу». Математично надійність такої послідовної системи з n-елементів за формулою множення ймовірностей, як відомо, визначається таким виразом:

(4)

Зрозуміло, що така послідовна система має надзвичайно низьку надійність, оскільки відмова хоча б одного елементу призводить до відмови усієї системи. Навіть висока надійність елементів Рі не спроможна забезпечити високу надійність такої послідовної багатоелементної системи.

Інший тип систем - системи «паралельного типу». Такі системи можуть відмовити тільки тоді, коли всі їхні робочі елементи будуть у стані відмови. Якщо ймовірність відмови одного з елементів становить Рі, то ймовірність безвідмовного існування дорівнюватиме 1 - Рі. У паралельній системі елементи працюють незалежно, тоді ймовірність безвідмовного існування такої системи визначається за формулою:

(5)

Очевидно, що побудована за паралельною схемою система буде високонадійною, навіть якщо надійність її окремих елементів незначна. Така властивість паралельної системи лежить в основі методу резервування, що часто використовується під час створення високонадійних технічних систем та у структурі існуючих біологічних систем.

Висока надійність біологічних систем не може існувати самостійно, оскільки повинна забезпечуватися ефективними системами відновлення та резервування.

Питання про радіобіологічні особливості багатоклітинних систем можна звести до питання про те, як це різноманіття типів реакцій клітин на опромінення проявляє себе в радіобіологічних реакціях на рівні субпопуляції клітин, на рівні тканини, органу та організму загалом.

У спрощеному вигляді завдання визначення радіостійкості з виживання багатоклітинного організму може бути зведена до оцінювання виживання окремих органів, а потім, шляхом розрахунку на основі знання структури надійності організму з окремих органів, виживання цілого організму. Важливим також є те, що можливий розв'язок оберненої задачі: за параметром виживання цілого організму, знаючи структуру забезпечення надійності організму, можна оцінювати радіостійкість, а отже, і відносну надійність окремих органів, тканин, субпопуляцій клітин тощо. Це дозволяє розглядати теорію надійності як важливий евристичний метод дослідження біологічних об'єктів.

У розділі теорію та моделі радіаційної ємності використано для аналізу надійності екологічних систем. Є необхідність знайти такий показник-тест їх стану та безпеки, за яким можна було б побачити вплив тих чи інших негативно діючих чинників, зокрема г-опромінення.

Дослідження радіоекологічних процесів відображає найважливіші властивості екосистем та їх екологічної безпеки. Йдеться про те, що радіонукліди як біогенні аналоги (Cs - аналог K, а Sr - Ca) можуть широко використовуватись як трасери - свідки фундаментальних фізіологічних процесів. Ідеологія трасерів використана у радіоекологічних та екологічних дослідженнях стану та благополуччя біоти екосистем за різних впливів і в разі дії різних полютантів. Відомо, що нагромадження рослинами K свідчить про благополуччя біоти. Тому, слідкуючи за аналогом K, 137Cs, можна оперативно отримувати дані про стан біоти. Чим більша швидкість та об'єм нагромадження 137Cs біотою, тим кращий стан біоти екосистеми можна прогнозувати.

Легкість їх визначення (простота і точність методів радіометричного радіаційного моніторингу) та фундаментальність фізіологічних процесів у рослин, які являють трасери, через параметри швидкості переходу радіонуклідів та через оцінку факторів радіоємності роблять метод трасерів дуже перспективним та ефективним у радіоекології та в загальній екології.

У розділі сформульовано поняття про радіаційну ємність біоти екосистем, а також про кількісну міру її оцінки. Показано похідний параметр - фактор радіоємності за штучним трасером 137Сs, який може бути адекватно використаний для оцінювання надійності як простої двокамерної екосистеми, так і складніших екосистем.

Дослідження радіонуклідного трасера 137Cs і параметра радіоємності за цим трасером дозволяють оцінювати стан біоти в екосистемі за зміною цього параметра. Відомо, що стан біоти в екосистемі може бути охарактеризований через її здатність поглинати поживні елементи, зокрема - К, який бере участь у основних фізіологічних процесах. Тому динаміка поглинання рослинами трасера 137Cs може відображати стан рослин.

Розглянемо проблему радіоємності на прикладі двокамерної моделі екосистеми (маючи за прототип водну культуру рослин кукурудзи), що містить у собі воду - Y(x) та біоту - Z(x). Отже, маємо дві камери, які утримують кількість радіонуклідів - Y(x) і Z(x), що змінюється з часом x; а12 - швидкість поглинання радіонуклідів трасера (пропорційно швидкості поглинання поживних речовин, наприклад калію); а21 - швидкість відтоку радіонуклідів у воду (рис. 3).

Рис. 3. Схематичне зображення камерної моделі спрощеної рослинної екосистеми

Припустимо, що вихідний запас радіонуклідів у камері Y(x) становив Y0 Бк (137Cs). Розв'язком двох диференціальних рівнянь для даної моделі є:

(6)

Коли час спостереження тривалий, то можна оцінити фактор радіоємності для біоти та води таким чином:

F?; F? , (7)

де Fb - фактор радіоємності біоти; Fw - фактор радіоємності води.

Порівнюючи наведені вище рівняння, дістанемо:

. (8)

Відношення швидкостей поглинання і відтоку трасера і елементів мінерального живлення калію пропорційне біомасі біоти і коефіцієнту нагромадження в системі «вода-біота». Це означає, що чим вища біомаса біоти і коефіцієнт нагромадження трасера біотою, тим вище співвідношення швидкостей поглинання і відтоку трасера, а отже, і надходження поживних речовин із води до біомаси біоти. Видно зв'язок параметра радіоємності за трасером і швидкостей поглинання і відтоку трасера.

Використання трасера 137Сs дає змогу розглядати екосистему як систему транспорту речовин компонентами екосистеми, зокрема від різних складових екосистеми до людини. А це, своєю чергою, дозволяє проаналізувати надійність такої системи транспорту і широко використати математичний апарат теорії надійності для дослідження екосистем різної складності. Цей результат закладає базу для подальшого використання даного надійнісного підходу для найрізноманітніших типів екосистем.

У п'ятому розділі розроблено методи кількісної та чисельної оцінки стану екологічних систем, надійності біоти різних типів екосистем, реалізована основна мета дисертації - показано новизну, перспективність, евристичність розробленого надійністного підходу для типових екосистем України.

Метод надійнісної структуризації екологічних систем складається з чотирьох послідовних процедур: 1) побудови камерної радіоекологічної моделі відповідної визначеної екологічної системи; 2) визначення її конфігурації (послідовна, комбінована чи паралельна); 3) визначення параметрів та швидкостей переходу радіонуклідів; 4) розрахунку надійності структурних елементів та екологічної системи в цілому.

Метод камерних моделей є найпростішим й адекватним математичним методом опису радіоекологічних процесів у екосистемах різної складності. Розроблені моделі та теорія радіоємності екосистем дали змогу ввести фактор радіоємності для визначення стану біоти екосистеми.

Фактор екологічної та радіаційної ємності конкретного елемента ландшафту Fj або екосистеми визначається так:

Fj = ?aij / (?aij + ?aji ), (9)

де ?aij - сума швидкостей переходу полютантів з різних складових екосистеми до конкретного елемента ландшафту або екосистеми, згідно з камерними моделями, а ?aji - сума швидкостей відтоку полютантів з досліджуваної камери - J - до інших складових екосистеми, спряжених з ними.

Алгоритм розрахунку надійності екосистем складається з таких етапів:

1. Побудова камерної моделі екосистеми, що досліджується.

2. Визначення параметрів швидкостей переходів радіонуклідів (трасерів - 137Cs) між камерами екосистеми, що досліджується.

3. За формулою (9) проведення розрахунку параметрів радіоємності і надійності кожного з елементів досліджуваної екосистеми.

4. Визначення надійності структури досліджуваної екосистеми, яка може бути послідовною, паралельною або комбінованою (послідовно-паралельною).

5. За надійнісною структурою екосистеми визначення формули для розрахунку загальної надійності усієї досліджуваної екосистеми.

6. За формулою (9) та, використовуючи параметри надійності елементів, розрахунок загальної надійності усієї досліджуваної екосистеми.

Отже, виходячи з проведених теоретичних досліджень, вважатимемо, що використовуючи параметри швидкостей обміну радіонуклідами між камерами (бij та бji), можна оцінювати надійність компонента екосистеми як елемента системи транспорту радіонуклідів по камерах за формулою (9).

У розділі розроблено й реалізовано метод оцінювання та розрахунку параметрів радіоємності та надійності агроекосистем. Агроекосистема є важливим джерелом транспорту радіонуклідів із довкілля до людини. Змодельовано процес міграції радіонуклідів трофічним ланцюгом: ґрунт > кормові рослини > сільськогосподарські тварини > людина, - в типових агросистемах України, встановлено параметри і досліджено особливості даного явища. Проаналізовано радіоекологічні процеси, що дало змогу отримати методи і підхід для контролю, прогнозу та управління радіоекологічною безпекою для локальних агроекосистем України.

Відповідно до запропонованого методу агроценоз розглядається у вигляді сукупності певних камер, між якими відбувається перенесення радіонуклідів. Під час математичного опису міграції речовин у камерних моделях використано апарат диференціальних рівнянь.

Проаналізовано радіоекологічні процеси та екологічну безпеку обраних агроценозів. Такі екосистеми можуть мати різні особливості радіоекологічних процесів, що безпосередньо впливає на формування дозових навантажень для населення.

Запропонована модифікована камерна модель придатна для моделювання практично будь-якого типу агроекосистем України. Через швидкості міграції, розподілу та перерозподілу радіонуклідів-трасерів 137Cs у компонентах агроекосистеми, а також через величину переходу цезію до всіх груп населення, можна розрахувати величину надійності даної агроекосистем, фактор її радіоємності та оцінити внесок різних складових агроекосистеми у формуванні дозових навантажень на населення.

Чим більше фактор радіоємності агроекосистеми, тим вона більш «надійна» у розумінні надійності постачання радіонуклідів до людей. Залежно від кількості радіонуклідів, що випали на територію, можна вживати контрзаходи, ефективність яких залежить від багатьох чинників (наприклад, типу ґрунтів, вологості, кількості опадів тощо), та оцінювати їх користь.

Застосування моделей та теорії надійності до дослідження екологічних процесів у різних типах екосистем корисно та евристично, оскільки дозволяє оцінити основні характеристики та фундаментальні властивості екосистем, шляхом відслідковування поведінки трасера-радіонукліда 137Cs. Запропонований метод оцінювання надійності може бути застосований для оцінювання рівня забруднення та переходів інших полютантів в екосистемах різного типу.

Після аварії на ЧАЕС відбулося забруднення величезних територій України. Більшість забруднених земель - водозабірні площі Дніпра. В результаті поверхневого стоку радіонукліди потрапляють у каскад Дніпровських водосховищ. За загальними оцінками близько 40 % стоку формує 30-кілометрова зона ЧАЕС, 40 % - дає територія забруднених областей Білорусі, а інші 20 % - від забруднених територій України, на яких ведеться господарська діяльність. Дніпро, як відомо, являє каскад з шести великих водосховищ, які впадають до Дніпро-Бузького лиману. Основні параметри та характеристики Дніпровських водосховищ наведено в табл. 1.

Таблиця 1

Характеристики та оцінки параметрів Дніпровських водосховищ для 137Cs

Водосховище	Площа, км2	Об'єм, км3	Середня глибина, м	Товщина мулу, см	KН (вода - донні відклади)	Фактор радіоємності, F
Київське	920	3,7	4	10	100	0,7
Канівське	680	2,4	4	10	50	0,6
Кременчуцьке	2250	13,5	6	10	800	0,8
Запорізьке	570	2,4	4	10	100	0,7
Дніпровське	410	3,3	8	10	230	0,7
Каховське	2150	18,2	8	10	280	0,7

Кожне з водосховищ щодо 137Сs має невисокі значення фактора радіоємності. Виходячи з того, що каскад Дніпровських водосховищ являє собою систему водойм, що повільно обмінюються водою, можна застосувати до нього формулу (4) розрахунку загальної радіоємності. З цієї формули випливає, що фактор радіоємності каскаду Fk водосховищ дорівнює Fk = 0,9994. Ця величина показує надзвичайно високий ступінь фактора радіоємності каскаду, котрий набагато вище, ніж фактор радіоємності найкращого за радіоємністю Кременчуцького водосховища.

Дослідження, проведені на біоті екосистем, дозволили встановити ліміти допус-тимих дозових навантажень на біоту. Встановлено, зокрема, що доза у 4 Гр/рік для рослин і гідробіонтів та доза у 0,4 Гр/рік для тварин можуть слугувати межею, за якої біота ще може надійно існувати. Для оцінки вмісту радіонуклідів, що відповідають цим дозам, були використані дозові коефіцієнти Б. Аміро, які дали змогу показати, що вміст 137Cs у біоті здатен створити саме таку критичну дозу в 4 Гр/рік. Тобто ми отримали оцінку радіоємності біотичної компоненти екосистеми, коли величина надійності біоти екосистеми буде близькою до нуля. Показано, що в діапазоні доз для біоти від 0 до 4 Гр надійність може змінюватися лінійно від 1 до 0.

Використовуючи теоретичні результати, розраховано міру надійності каскаду Дніпровських водосховищ щодо процесу утримання в різних його компонентах радіонуклідів за різних умов (табл. 2).

Таблиця 2

Оцінка надійності біоти в каскаді Дніпровських водосховищ при розрахунку на скид 1 Кі 137Cs в умовах межені (М) та паводка (П) 3 % водності (раз у 30 років) за вмістом радіонуклідів у компонентах екосистем водосховищ (Кі)

Водосховище	Вміст (Кі) у М та П стані	Біота, Кі	Вода, Кі	Тип	Активність мулу,Бк/кг	Активність донної біоти KН=1000 Бк/кг	Актив-ність води, Бк/л	Актив- ність біоти у воді KН=1000 Бк/кг	Оцінка допустимого рівня вмісту 137Cs у біоті становить 600 кБк/кг; тоді допустимий скид становитиме (перевищення)
Київське S=920км2, V=3,7 км3	0,7	0,2	0,1	М	0,3	300	2Е-3	2	2000 Кі	46 разів
	0,5	0,3	0,2	П	0,4	400	3Е-3	3	1500	61 раз
Канівське S=680 км2, V=2,6 км3	0,06	0,03	0,01	М	3,2Е-2	32		Для решти водосховищ отримані значення активності дуже малі, тому їх можна не врахо-вувати	18750	5 разів
	0,08	0,08	0,02	П	4,3Е-2	43			13954	6,6 разу
Кремен-чуцьке S=2250м2, V=13,5 км3	0,008	0,001	0,001	М	1,3Е-3	1,3			460 кКі	Немає пере-вищень
	1,2Е-2	4Е-3	4Е-3	П	2Е-3	2
Запорізьке S=570 км2, V=2,4 км3	7Е-4	2Е-4	1Е-4	М	4,6Е-4	0,5			Далі за 137Cs не-має перевищень за дозовими навантаженнями на донну біоту. На біоту водяної товщі також немає перевищення дози у 4 Гр/рік
	2Е-3	1,2Е-3	8Е-4	П	1,3Е-3	1,3
Дніпровське S=410 км2, V=3,3 км3	7Е-5	2Е-5	1Е-5	М	6Е-5	0,06
	4Е-4	2,4Е-4	1,6Е-4	П	4Е-4	0,4

Особливо актуальні дослідження схилових та гірських екосистем, які мають достатньо швидкий перерозподіл радіонуклідів.

Для дослідження було вибрано типову схилову екосистему, що складається з камер: «ліс», «узлісся», «лука», «тераса», «заплава», «вода озера», «біота озера», «донні відклади озера», «люди» (рис. 4). Взаємодія між камерами задається за допомогою коефіцієнтів переходу радіонуклідів з однієї камери у другу за одиницю часу (в один рік). Коефіцієнти обраховані за натурними дослідженнями та залежать від нахилу схилу, характеру покриття (ліс, трава і т. ін.), типу ґрунту (чорнозем, дерново-підзолистий, сірий-лісовий), об'єму стоку, температури повітря, напрямку та сили вітру, а також інших метеорологічних параметрів. Сформовано систему з диференціальних рівнянь першого порядку з урахуванням коефіцієнтів переходу радіонуклідів з поправкою на їх радіоактивний розпад. Розв'язавши рівняння, отримано рішення у графічному вигляді (рис. 5 та 6).

Рис. 4. Блок-схема типової схилової екосистеми

Рис. 5. Прогноз розподілу радіонуклідів між камерами схилової екосистеми: 1 - «ліс»; 2 - «узлісся»; 3 - «люди»; 4 - «лука»; 5 - «донні відклади»; 6 - «тераса»; 7 - «біота»; 8 - «заплава»; 9 - «вода»	Рис. 6. Прогноз розподілу радіонуклідів між окремими камерами: 1 - «люди»; 2 - «тераса»; 3 - «вода»

Верхній графік рис. 5 характеризує камеру «люди», наступний - «терасу», останній - «воду». Швидше від усіх радіонукліди акумулюються в камері «люди», далі - «тераса», і вже потім - «вода». І хоч люди швидше усіх нагромаджують радіонукліди, і доза на 20-й рік після аварії обмежена (40 % від можливої), пік дози можна очікувати на 50-й рік після аварії.

Для камер даної моделі складено таблицю зі значеннями максимальної питомої активності радіонуклідів у визначений момент часу (табл. 3). Із табл. 3 видно, що найбільше нагромадження радіонуклідів спостерігається в камері «узлісся» (12 % від усього запасу радіонуклідів в екосистемі на 12-й рік після аварії та викиду) та в камері «люди» (10 % на 50 рік), а найменше - у камері «вода» (0,32 % на 30 рік). Виходячи з того, що у схиловій екосистемі землекористування людиною можна звести практично до використання води озера та сільськогосподарської продукції з аграрної тераси, то логічно окремо розглянути графіки активності для камер: «вода», «тераса», «люди» (рис. 5, 6).

Таблиця 3

Нагромадження радіонуклідів у камерах схилової екосистеми

(у відсотках від загального запасу радіонуклідів в екосистемі)

Камери	Максимальна активність радіонуклідів, %	Час, роки
Узлісся	12	12
Лука	6	20
Тераса	1,4	20
Заплава	0,82	24
Вода	0,32	30
Біота	1.16	44
Донні відклади	2,3	48
Люди	10	50

Виконано прогноз розподілу індивідуальної та колективної доз для населення (табл. 4), а також прогноз надійності схилової екосистеми на різних рівнях радіоактивного забруднення (табл. 5, 6).

Таблиця 4

Прогноз розподілу колективної та індивідуальної доз для населення

кількість 500 осіб при різних випадках забруднення (схилові екосистеми)

	Мінімальна швидкість переходу радіонуклідів
Активність радіонукліда, Кі	1	5	10	40
Колективна доза, люд/Зв	8,14 ? 101	4,07 ? 102	8,14 ? 102	3,256 ? 103
Індивідуальна доза, Зв	0,01628	0,814	1,628	6,512
	Середня швидкість переходу радіонуклідів
Активність радіонукліда, Кі	1	5	10	40
Колективна доза, люд/Зв	1,628 ? 102	8,14 ? 102	1,628 ? 103	6,512 ? 103
Індивідуальна доза, Зв	0,3256	1,628	3,256	13,024
	Максимальна швидкість переходу радіонуклідів
Активність радіонукліда, Кі	1	5	10	40
Колективна доза, люд/Зв	2,442 ? 102	1,221 ? 103	2,442 ? 103	9,768 ? 103
Індивідуальна доза, Зв	0,4884	2,442	4,884	19,536

Таблиця 5

Прогноз надійності типової схилової екосистеми за різних рівнів радіонуклідного забруднення (137Cs) верхньої частини (ліс)

Рівень забруднення	10 Кі/км2	50 Кі/км2	100 Кі/км2
Ліс	0,934	0,671	0342
Узлісся	1	1	1
Лука, 6%	0,999	0,997	0,993
Сільськогосподарська тераса, 1,4%	0,9998	0,999	0,998
Заплава озера, 0,82%	1	0,9994	0,999
Біота донних відкладень озера, 1,16%	0,95	0,748	0,496
Загальна надійність екосистеми	0,886	0,5	0,168

Таблиця 6

Надійність типової схилової екосистеми як системи транспорту 137Cs

до озера та до людини

Камера	Імовірність скиду	Коментар
Ліс	0,029	Забруднення води очікується з імовірністю 1?2?3?4?5?6 = 1,5 Е-3. Це означає, що вміст цезію у воді становить усього 1,1 Е-2 Бк/л
Узлісся	0,77
Лука	0,6
Тераса	0,57 (до людини 0,4)	Забруднення донних відкладів в озері очікується з імовірністю 1?2?3?4?5?6 = 9 Е-3. Це означає, що вміст цезію в донних відкладах становить 3,3 Бк/л
Заплава	0,2
Біота озера	0,33	При Kн=1000 вміст цезію у біоті донних відкладів становить 3300 Бк/кг. Тоді відносно до граничної дози у 4Гр/рік (600 кБк/кг) допустимий рівень забруднення лісу - 182 Кі
Донні відклади	0,1
Вода озера	0,77	Люди отримують від води озера та продукції тераси радіонукліди з імовірністю 5,4 Е-3. При цьому забруднення трави на терасі становить біля 5 Бк/кг. Допустимий рівень забруднення кормової трави - 1000 Бк/кг (при цьому рівень забруднення молока очікується у 100 Бк/л). Тоді по молоку допустимий рівень забруднення лісу по запасу радіонуклідів не перевищує 200 Кі.
Люди	0,4 + 0,1

Примітка: параметри озера: s =1 км2, Н =5 м, V =5Е+9л, донні відклади: s =1 км2 h = 0, 1м, Kн =1000) (без контрзаходів). Вважається, що в лісі знаходиться запас 1 Кі 137Cs

Для дослідження також було обрано типову гірську екосистему, що складається з камер: «вершина гори», «льодовик», «альпійська лука», «чагарники», «ліс», «пасовище», «агрозона», «вода» та «населення», яке використовує ці території (рис. 7). Розглянуто два випадки забруднення гірської екосистеми: забруднення радіонуклідом відбулося безпосередньо на вершині гори та радіонуклідне забруднення сталося одразу на кількох складових: вершині гори, льодовику та альпійській луці.

Для дослідження міграції радіонукліда 137Cs складена система диференціальних рівнянь першого порядку зі сталими коефіцієнтами, кожне з яких характеризує певну камеру (з урахуванням розпаду радіонукліда для всіх камер, крім камери «людина»). Розв'язок системи наведено у табл. 7, де спочатку наведено результати моделювання першого випадку (забруднення тільки вершини гори), а в дужках - результати дослідження другого випадку забруднення гірської екосистеми (рівномірне забруднення трьох верхніх камер).

Таблиця 7

Нагромадження радіонуклідів у камерах (забруднення гірських екосистем)

Камери	Максимальний вміст радіонуклідів у камері, %	Час, рік
Трава	3,2 (3)	12 (36)
Чагарники	3,2 (10)	24 (21)
Ліс	3,2 (16)	36 (20)
Пасовище	0,5 (2.4)	40 (24)
Агрозона	0,22 (1.05)	46 (28)
Вода	0,32 (1.42)	50 (32)
Людина	5,4 (17)	108 (100)

Рис. 7. Блок-схема камерної моделі гірської екосистеми

За результатами досліджень спостерігається суттєва відмінність між наслідками забруднення. Найнебезпечнішим для людини є другий випадок забруднення: це підвищує величину прогнозованої колективної дози для населення більш ніж утричі. А знаючи відсоток надходження радіонуклідів до популяції людей, можна обчислити прогнозовану колективну дозу при різних запасах радіонуклідів в екосистемі.

Показано, що відбувається накопичення радіонуклідів у популяції населення, яке використовує досліджувану гірську екосистему. Розрахунки за моделями вказують на те, що частина радіонуклідів, що формує колективну дозу в людей, зростає з часом й сягає помітних значень 5,4 % від усього запасу у першому випадку, та 17 % - у другому. Це означає зростання прогнозованої колективної дози у разі рівномірного забруднення значної частини гори і визначає потенційно високий ризик забруднення екологічної системи.

Проведено аналіз та оцінювання радіоємності лісових екосистем. Більша частина радіоактивних випадінь, що осідають у лісі, затримується кронами дерев. Коефіцієнт затримання радіонуклідів ярусом дерев варіює від 20 до 100 %. Другим рослинним фільтром на шляху радіонуклідів є трав'яниста рослинність, що росте під пологом лісу. Ще однією особливістю первинного розподілу радіонуклідів є так званий ефект «галявини». Він проявляється в підвищеному накопиченні радіонуклідів у кронах дерев на галявинах з боку вітру щодо джерела радіоактивного викиду.

Науковий та практичний інтерес становлять дані щодо коефіцієнтів переходу (КП) радіонуклідів у рослини. Величина цього показника характеризує, переважно, різницю в біологічній доступності радіонуклідів у лісових екосистемах і розраховується за формулою:

. (10)

У лісових біогеоценозах значення ґрунтового покрову в міграції речовин зазвичай недооцінюють у зв'язку з незначною порівняно з деревним ярусом запасом фітомаси. Разом із тим відомо, що фізичні й хімічні властивості ґрунту, різні ґрунтові процеси та режими (особливо у верхніх шарах) значною мірою визначаються наявністю та структурою трав'янистого покрову.

Самоочищення трав'янистої рослинності в середньому відбувається втричі інтенсивніше, ніж у деревних порід. Міжвидові варіації вмісту радіонуклідів у трав'янистих рослинах значніші порівняно з такими у деревних порід. Це пов'язано з різницею в площі живлення видів (у трав'янистих рослин, на відміну від деревних, площа живлення невелика й не виходить за межі окремих форм мікрорельєфу) та видовим різноманіттям (у трав`янистих рослин навіть у межах одного екотипу кількість видів значно перевищує видовий склад деревних порід).

Міжвидові зміни в кількості вмісту 137Cs в трав'янистих рослинах у середньому становить біля 45 %. Протягом вегетаційного періоду концентрація 137Cs неоднакова: збільшується від весни до літа з наступним зниженням восени.

У структурі надґрунтового шару максимальним рівнем накопичення радіонуклідів та інших полютантів характеризуються мохи.

Вищі гриби є найважливішими об'єктами радіоекологічного моніторингу. Гриби є концентраторами різноманітних хімічних елементів, у тому числі й радіонуклідів, і можуть бути використані як біоіндикатори забруднення навколишнього середовища.

За накопичувальною здатністю 137Cs гриби займають перше місце з-поміж інших компонентів екосистем. Питома активність грибів щодо 137Cs не тільки вище його концентрацій у рослинах, з якими гриби знаходяться в симбіозі, але й субстрату, на якому вони ростуть. ...