Прогноз загрязнения сельскохозяйственной продукции

13.09.2012

Для прогнозных оценок радиоэкологического загрязнения сельскохозяйственной продукции необходим определенный минимум исходной информации, без которой прогноз невозможен.
Перечислим основные показатели и характеристики, которые составляют этот минимум.
1. Уровни радионуклидной загрязненности почв данной территории. Такая информация может быть представлена на крупномасштабной карте (масштаб не ниже 1:25 000), которая сможет отразить пестроту загрязнений не только в пределах одного крупного хозяйства, но и одного поля. При отсутствии карты исходной информацией могут служить Результаты радиоэкологических обследований отдельных нолей, производственных участков, сенокосов, пастбищ, частных огородов и пр. Эта информация должна содержать Данные по уровням загрязнения территории отдельными радионуклидами: 137Cs, 90Sr и др. РАДИОЭКОЛОГИческая информация может быть представлена в форме двух показателей: в единицах удельной активности почвы аа, обычно в Бк/кг; и единицах плотности поверхностного загрязнения (обычно на картах) а, в Ки/км2. Поскольку 1 Ки = 3,7•10в10 Бк, а массу пахотного слоя почвы на площади 1 км2 принимают равной 3•10в8 кг, нетрудно найти пересчетный коэффициент для перехода от одной единицы измерения к другой

Прогноз загрязнения сельскохозяйственной продукции

Следует отметить, что значения аа или а, - это единственная исходная информация по радионуклидному загрязнению, необходимая для прогностического расчета. Остальные показатели и характеристики относятся к природно-хозяйственным условиям данной территории.
2. Характеристика почвенного покрова территории. В первую очередь необходимо знать тип почв, уровень окультуренности и гранулометрический состав, так как от этих свойств существенно зависит поступление радионуклидов в сельскохозяйственные растения. Важно иметь характеристику не только пахотных почв, но и сенокосно-пастбищных угодий. Данная информация может быть получена на основании крупномасштабной почвенной карты хозяйства (М ≥ 1:25000).
3. Сведения о направлении хозяйственной деятельности предприятия, соотношения в производстве растениеводческой И животноводческой продукции.
4. Сведения о структуре посевных площадей и севооборотах, а также их размещении на территории. При прогнозных расчетах необходимо знать, на какой почве выращивают ту или иную культуру и какой уровень загрязнения данной почвы.
5. Для уточнения и возможной корректировки прогнозных расчетов желательно иметь сведения по истории полей хозяйства, в первую очередь, по обработке почв, применению удобрений, мелиорантов или проведению специальных мероприятий, направленных на изменение поведения радионуклидов в агроэкосистемах.
6. Сведения о животноводческом цехе хозяйства, его направлении, формировании кормовой базы, рационах питания в стойловый и пастбищный периоды. Особенно важно для прогноза иметь данные по использованию трав с естественных угодий и пахотных почв.
7. Сведения о коэффициентах накопления КН радионуклидов сельскохозяйственными растениями и кормовыми культурами на всех угодьях хозяйства, функционирующего на разных почвах. Напомним, что коэффициенты накопления представляют собой соотношение массовых удельных активностей данного радионуклида в растении и в почве, на которой это растение выращено, КН - ар/аа.
Величина КН позволяет предположить, какое количество радионуклида присутствует в растениях по его содержанию в почве. Сведения о значениях КН и их варьировании можно почерпнуть из литературы. Однако данные о значениях КН часто бывают неполными, а для некоторых ситуаций могут вообще отсутствовать. Кроме того, значения КН для одних и тех же почв изменяются во времени, причем для разных радионуклидов по-разному. Все это существенно влияет на точность, а иногда и на возможность выполнения прогнозных оценок.
На практике при прогнозных расчетах используют не коэффициент накопления, а коэффициент перехода радионуклида из почвы в растения КП, численно равный удельной активности растения при уровне загрязнения почвы в 1 Ки/км2. По смыслу этот коэффициент мало отличается от КН:

и его удобно использовать, если уровень загрязнения почвы задан не в единицах массовой удельной активности, например в Бк/кг, а в единицах плотности поверхностного загрязнения ап.
В табл. 8.3 приведены обобщенные и усредненные значения КП долгоживущих радионуклидов чернобыльского происхождения на период более 5 лет после аварии, которые можно использовать при прогнозных расчетах.

8. Сведения о коэффициентах перехода радионуклида из суточного рациона сельскохозяйственных животных в 1 кг (л) продукции животноводства, КПрац. В табл. 8.4 приведены обобщенные значения КПрац для крупного рогатого скота. В литературе имеется ограниченная информация о значениях КПрац для других видов животных.

9. Сведения об изменении удельной активности при переработке сельскохозяйственного сырья в готовый продукт Кпп, которая может включать несколько этапов, поэтому необходимо иметь информацию об изменении концентрации радионуклида на каждом этапе переработки. В качестве примера в табл. 8.8 приведены значения величин Кпп при переработке некоторых видов сельскохозяйственной продукции.
10. Для завершения прогноза содержания радионуклидов в сельскохозяйственной продукции необходимо все отдельные звенья переходов радионуклидов (почва-растение; растения - сельскохозяйственные животные; растительное сырье - готовый продукт и др.) выстроить в одну общую последовательную цепочку (которую будем называть производственно-трофической цепью радионуклидов), представляющую собой схему движения радионуклида от первичного источника (почвы) до готового продукта питания, а затем и до человека. Например, для условий средней полосы Россия производственно-трофическая цепь радионуклида с соответствующими коэффициентами перехода показана на рис. 8.1

Переход от продуктов питания к человеку будет рассмотрен ниже, при прогнозировании лозовой нагрузки.
При прогнозной оценке уровня загрязнения продукции целесообразно дифференцировать расчеты для частного и общественного секторов, поскольку эти уровни могут существенно различаться. Причина различий состоит в использовании разных технологий выращивания культур и производства животноводческой продукции, в различном соотношении кормов, полученных с естественных угодий и с пахотных почв и др.
Рассмотрим пример прогнозного расчета содержания радионуклидов в продукции растениеводства и животноводства. Условия: почва - чернозем выщелоченный, плотность поверхностного загрязнения (аs) составляет 10 Ки/км2 по 137Сs и 1 Ки/км2 по 90Sr. Расчет выполним только для картофеля, молока и мяса крупного рогатого скота.
1. Картофель. По справочным данным (табл. 8.3) находим величины КП для данной культуры, выращенной на черноземе выщелоченном, которые равны 2 и 6 для 137Сs и 90Sr, соответственно. Поскольку активность получаемой сырой продукции равна ар = аs • КП, то прогнозируемое содержание 137Сs в картофеле составит 20 Вк/кг, и 90Sr 6 Бк/кг. Эти величины существенно ниже действующих нормативов как СанПиН-01, так и ВДУ-93.
При дальнейшей переработке картофеля в готовую продукцию за счет отброса очисток удельная активность продукции еще более снизится (Кпп = 0,8) и составит 16 и 4.8 Бк/кг пo 137Сs и 90Sr соответственно.
Подобным образом оценивают уровень предполагаемого загрязнения во всей продукции растениеводства. Полученные
данные являются основанием для продолжения производства данной продукции, поскольку уровень прогнозируемого загрязнения не выходит за рамки действующих нормативов.
2. Животноводческая продукция. В данном случае прогнозная оценка загрязнения несколько сложнее, поскольку переход радионуклидов в молоко и мясо происходит из различных составляющих рациона животного, имеющих различный уровень загрязнения. Кроме того, кормовой рацион различен в стойловый и пастбищный периоды, что ставит перед необходимостью дифференцированных прогнозных оценок для этих периодов. Обычно в стойловый период уровень загрязнения продукции, особенно в общественном секторе, уменьшается вследствие снижения в рационе удельного веса сена и трав с естественных угодий.
Приведем пример расчета загрязнения для стойлового периода (табл. 8.5). Необходимые коэффициенты перехода КП, КПрац берутся из данных табл. 8.3, 8.4.

Полученные расчетные значения содержания радионуклидов в мясе и молоке также не превышают уровней, регламентируемых действующими нормативами.
Рассмотрим принцип прогнозной оценки дозовой нагрузки на население за счет внешнего и внутреннего облучения.
И условиях радионуклидных загрязнений рассеянного типа, возраст которых составляет несколько лет и основные компоненты представлены долгоживущими изотопами, основным источником внешнего облучения человека является 137Cs, распад которого сопровождается средними по жесткости β- и у-излучениями. Данный радионуклид является главным загрязнителем территорий, пострадавших в результате чернобыльской катастрофы. Другие долгоживущие радионуклиды- 90Sr и 2Э9Рu - не представляют опасности как источники внешнего излучения по причине невысокой проникающей способности β- и α-излучений.
Точно и без каких-либо затруднений может быть выполнена прогнозная теоретическая оценка дозы или ее мощности для точечного у-излучателя. если он идентифицирован, т. е. известен радионуклид, которому принадлежит излучение, а также известны расстояние от объекта до источника и время облучения.
Значительно сложнее оценить дозу от источника, который каким-либо образом распределен в окружающей среде: почве, растениях, стенах зданий и т. д. В этом случае доза внешнего облучения зависит от целого ряда факторов: вида и энергии излучения радионуклида, его количества в почве (его активности), распределения радионуклида и слое почвы, времени нахождения человека на открытой территории, наличия защитных сооружений, расстояния от загрязненной поверхности и др. В этом случае обычно прибегают к использованию эмпирических, т. е. определяемых из опыта, зависимостей.
Существует несколько известных соотношений для расчета дозы внешнего облучения.
В основе одного из них лежит использование эмпирической оценочной формулы, связывающей мощность экспозиционной дозы с плотностью поверхностного загрязнения территории. В ней учитывается тот факт, что единственным источником внешнего облучения является гамма-излучение 137Са, при этом радионуклид равномерно распределен в слое почвы толщиной 20 см (учтено также ослабление потока излучения при прохождении этого слоя)

где Р [мР/ч] - мощность экспозиционной дозы гамма-излучения 137Cs на высоте 1 м над загрязненной поверхностью; а [Ки/км2] - плотность поверхностного загрязнения (активность 137Са, равномерно распределенного в слое 20 см на площади в 1 км2).
Используя предложенную формулу, можно рассчитать дозу облучения человека за год. Однако для этого необходимо знать время его пребывания на открытой территории, а также наличие защитных сооружений. Например, нахождение человека в кирпичном здании снижает дозу облучения примерно в 10 раз, а нахождение в деревянном здании только в 3 раза. Если человек будет находиться на загрязненной территории без какой-либо защиты круглые сутки и течение года, то он получит максимально возможную дозу облучения

где 0,01 - коэффициент перехода от мР к мЗв, поскольку 1 мЗв = 100 мР.
Другая эмпирическая зависимость средней годовой дозы внешнего облучения человека (D) от плотности поверхностного загрязнения территории (аs) имеет вид:

Данная формула учитывает реальную ситуацию, т. е. ограниченное время пребывания на загрязненной территории, наличие элементарной защиты от облучения жилищ и рабочих мест, но при этом носит сугубо приближенный характер, поскольку конкретные условия жизни каждого человека имеют свои особенности: защитные свойства жилища, характер деятельности человека и времени, проводимого вне и внутри дома.
Однако, несмотря на известную условность, последняя формула может быть использована для приближенной оценки дозы внешнего облучения по известной величине плотности поверхностного загрязнения.
Таким образом, в случае, когда величина as для 137Сs составляет 10 Ки/км2, прогнозируемая доза внешнего облучения для работника АПК составит приблизительно 1 мЗв/год, что соответствует допустимой общей дозовой нагрузке сверх естественного фона (НРБ-99/2009).