Способ радиационного мониторинга экосистем по биоиндикации радиоактивного загрязнения территорий по хвое древесных пород

 

Изобретение относится к экологии и предназначено для проведения радиационного контроля за радиоактивным загрязнением территорий по определению радионуклидов в хвое деревьев и кустарников. Способ включает отбор, приготовление проб и радиационный анализ. Создают банк эталонов фонового содержания радионуклидов в хвое, проводят полевой и лабораторный этапы работ. Составляют описание древостоя. Способ позволяет улучшить контроль за окружающей средой. 3 з.п. ф-лы.

Способ относится к области экологии и предназначен для проведения радиационного контроля за радиоактивным загрязнением территорий по определению радионуклидов в хвое деревьев и кустарников.

Известно, что очищение надземной части лесных фитоценозов от глобальных выпадений происходит очень медленно, особенно четко проявившееся после введения моратория на ядерные испытания в 1963 году (1, 2), т.к. поступление радионуклидов - ⁶⁰Co, ⁹¹Y, ⁹⁵Zr, ¹⁰³Ru, ¹⁰⁶Ru, ¹²⁵Sb, ¹³⁷Cs, ¹⁴¹Ce, ¹⁴⁴Ce, происходит, главным образом, в результате прямого осаждения радиоактивных аэрозолей на листовую поверхность деревьев. По сравнению с лиственными породами хвойные характеризуются повышенным содержанием радионуклидов, поступающих с глобальными выпадениями из атмосферы. Основным депо радионуклидов в древостое является хвоя, причем максимум аккумуляции приходится на нижние части крон (3). Например, в γ-спектрах хвои сосны содержатся радионуклиды как глобального происхождения (⁷Be, ⁴⁰K), так и станционные ¹³⁷Cs, ¹³¹I, ⁶⁰Co, ⁵¹Cr, ⁵⁴Mn (4).

Известны радиологические обследования территорий, при которых хвою используют как надежный фитомонитор (4-8). Наиболее близким можно считать способ экологического мониторинга в работе "Радиационный мониторинг окружающей среды в динамике" (6). Он заключается в сборе и подготовке проб из хвои на анализы.

Предложенный способ также включает полевой и лабораторный этапы работ. Полевой этап представляет собой заложение пробной площади, описание древостоя и отбор проб. На работу в полевых условиях отводят время 1,2 часа. Лабораторный этап включает оперативное и стандартное приготовление проб. Для приготовления проб необходимо время 1,2 часа.

Результаты радиоэкологического обследования сравниваются с созданным банком эталонов фонового содержания радионуклидов в хвое основных лесообразующих пород регионов России.

Целью нового способа является улучшение контроля за окружающей средой за счет использования в качестве биоиндикатора хвою древесных пород при оценке радиационной емкости экосистем, подверженных техногенному воздействию.

Новым в способе является то, что при отборе проб для определения как фонового, так и повышенного содержания радионуклидов в хвое основных лесообразующих пород в разных типах лесных массивов закладывают пробную площадь стандартного размера - 20х20 м, в пределах которой с нижних частей крон лесообразующих пород на высоте 1,5-1,8 м секатором отсекают ветки. Образцы хвои дифференцируют на фракции: хвоя текущего года, хвоя второго года и ветки, затем упаковывают в бумажные мешки, которые снабжают этикетками. При этом отбор проб с каждого дерева проводят по румбовой сетке: с северной, восточной, южной и западной сторон. Пробы транспортируют в лабораторию. Составляют описание древостоя: состав древостоя, выраженный в виде формулы, включающей буквенные символы древесных пород и значение каждого вида, оцененное по 10 бальной шкале, и сомкнутость крон, определяемая глазомерно в десятый долях от единицы на всей пробной площади, оценивая ее в разных местах, характеристика пород деревьев по ярусам (высота, возраст деревьев, диаметр стволов и высота прикрепления крон). Пример реализации: в березово-еловом лесу на площади 20х20 м состав древостоя - 7Е2Б1Ос; сомкнутость крон (в долях от единицы) - 0,9; высота прикрепления крон - 5-6 м; возраст деревьев: ели 70-80, березы - 50, осины - 30-40; высота (в м): ели - 16, березы - 16, осины - 12; диаметр стволов (в см): ели - 16, березы - 16, осины - 12.

Новым является и то, что приготовление проб состоит из 2-х этапов - оперативного и стандартного. В оперативном - пробу приготавливают и используют для замера изотопного состава методом γ-спектрометрии (в Бк/кг), на что расходуют до 12 минут времени, в течение которого пробы хвои тщательно измельчают, взвешивают и помещают в стакан одноразового пользования объемом 1000 см³. В качестве стакана используют бумажный пакет. Стакан маркируют и передают на замер с сопроводительной запиской, в которой указывают измеренную массу пробы, объем и другие измеряемые параметры.

Стандартный этап требует до 1 часа времени и заключается в том, что замеренные пробы вынимают из стакана, упаковывают в бумагу и высушивают в сушильном шкафу при температуре 105^oC до абсолютно сухого состояния в течение двух суток, в дальнейшем пробу превращают в золу путем сжигания в муфельной печи при температуре 400^oC, зольный остаток, предварительно охлажденный в эксикаторе и взвешенный, наносят на подложку - алюминиевую мишень, диаметр которой 60 мм, в количестве 3 г ± 0,25 мг и передают в радиометрическую лабораторию, навеску золы в количестве от 40 мг до 1 г высыпают в бумажный пакет и передают в лабораторию спектрального анализа, при этом пробы имеют сопроводительную записку, в которой указано: шифр пробы, абсолютно сухая ее масса, масса золы, масса навески, перечень необходимых анализов, а в рабочий журнал заносят адреса пробной площади и дату отбора проб, сырую и абсолютно сухую массу пробы, массу золы, массу навески.

Предложенный способ реализован и отработан на практике.

Технический результат изобретения: на пробной площади в течение 1,2 часа составляется геоботаническое описание фитоценоза и производится отбор проб хвои; в лаборатории в течение 1,2 часа осуществляется оперативное (12 мин) и стандартное (60 мин) приготовление проб; высушивание пробы до абсолютно сухого состояния производится при температуре 105^oC в течение 48 часов, озоление пробы производят при температуре 400^oC.

Литература 1. Алексахин Р.М., Нарышкин М.А. Миграция радионуклидов в лесных биогеоценозах - М.: Наука. 1977. - 142 с.

2. Тихомиров Ф.А. Действие ионизирующих излучений на экологические системы. - М.: Атомиздат. 1972.

3. Юдинцева Е.В., Гулякин И.В. Агрохимия радиоактивных изотопов стронция и цезия. - М.: Атомиздат. 1968.

4. Бадяев В. В. , Коробейников В. Л. , Стегачев Г.Ф., Толстых В.Д. О биоиндикации газоаэрозольных выбросах АЭС в окружающей среде / Радиационная безопасность и защита АЭС. М.: Энергоатомиздат. 1985. Вып. 9. - 7117 - 120 с.

5. Пискунов Л. И. , Трейгер С. И. Биоиндикация аэрозольных продуктов ядерного деления по хвое сосны обыкновенной // Атомная энергия. 1978. - Т. 45. Вып. 3. - 187 с.

6. Пискунов Л.И., Гущин В.М. Радиационный мониторинг окружающей среды в динамике // Атомная энергия. 1981. - Т 750. Вып. 1. - 53-55 с.

7. Szepke R. Pine Nudles: an ideal bioindicator for environmental radiocontamination // Atomptaxis. 1965. - V. 11. P. 391.

8. Система экологического мониторинга города или региона. - Патент N 2079891, кл. H 04 M 11.00, оп. 1997.

Формула изобретения

1. Способ радиационного мониторинга экосистем по биоиндикации радиоактивного загрязнения территорий по хвое деревьев и кустарников, включающий отбор, приготовление проб и радиационный анализ, заключающийся в использовании хвои в качестве биоиндикатора радиоактивного загрязнения при проведении радиологического обследования территории, отличающийся тем, что создают банк эталонов фонового содержания радионуклидов в хвое основных лесообразующих пород для всех регионов, проводят полевой и лабораторный этапы работ, включающих заложение пробной площади, описание древостоя, отбор проб для определения как фонового, так и повышенного содержания радионуклидов в хвое основных лесообразующих пород в разных типах лесных массивов, для этого закладывают пробную площадь стандартного размера 20 х 20 м, составляют описание древостоя: состав древостоя, выраженный в виде формулы, включающей буквенные символы древесных пород и значение каждого вида, оцененное по 10-балльной шкале, и сомкнутость крон определяют глазомерно в десятых долях от единицы на всей пробной площади, оценивая ее в разных местах, характеристику пород деревьев по ярусам: высоту, возраст деревьев, диаметр стволов и высоту прикрепления крон, а затем в пределах пробной площади с нижних частей крон лесообразующих пород на высоте 1,5 - 1,8 м секатором отсекают ветки, образцы хвои с них дифференцируют на фракции: хвоя текущего года, хвоя второго года и ветки, после чего их упаковывают в бумажные мешки, которые снабжают этикетками, при этом отбор проб с каждого дерева проводят по румбовой сетке: с северной, восточной, южной и западной сторон, а пробы транспортируют в лабораторию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приготовление проб состоит из 2-х этапов - оперативного и стандартного; на оперативное приготовление проб отводят до 10 мин, а на стандартное - до 1 ч.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при оперативном приготовлении пробы хвою тщательно измельчают, взвешивают и помещают в стакан одноразового пользования объемом 1000 см³, в качестве стакана используют бумажный пакет, например, из-под молока, стакан маркируют и передают на радиационный замер изотопного состава и проводят γ-спектрометрию.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что стандартное приготовление пробы осуществляют так, что замеренные пробы вынимают из стакана, упаковывают в бумагу и высушивают в сушильном шкафу при 105^oС до абсолютно сухого состояния в течение двух суток, в дальнейшем пробу превращают в золу путем сжигания в муфельной печи при 400^oС, зольный остаток предварительно охлажденный в эксикаторе и взвешенный, наносят на подложку - алюминиевую мишень, диаметр которой 60 мм, в количестве 3г ± 0,25 мг и передают в радиометрическую лабораторию, навеску золы в количестве от 40 мг до 1 г высыпают в бумажный пакет и передают в лабораторию спектрального анализа, при этом пробы имеют сопроводительную записку, в которой указано: шифр пробы, абсолютно сухая ее масса золы, масса навески, перечень необходимых анализов, а в рабочий журнал заносят адрес пробной площади и дату отбора проб, сырую и абсолютно сухую массу пробы, массу золы, массу навески.