Способ оценки удельной активности цезия-137 в растительных ресурсах леса


 


Владельцы патента RU 2528910:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)

(57) Изобретение относится к области экологии и предназначено для проведения радиоэкологического мониторинга лесных территорий и радиационного контроля растительных ресурсов в условиях техногенного радиоактивного загрязнения. Способ включает закладку пробных площадей, отбор образцов почвы и лесной растительности, их пробоподготовку, измерение удельной активности в отобранных образцах, оценку плотности загрязнения почвы и коэффициентов перехода радионуклидов из почвы в растительность. На предварительном этапе создают региональную радиоэкологическую базу, состоящую из коэффициентов перехода (КП) радионуклидов цезия-137 из почвы в конкретные виды растительных ресурсов и поправочных коэффициентов (ПК) к результатам полевых измерений плотности загрязнения почвы портативным спектрометром, зависящим от характера распределения техногенного цезия в профиле почвы и ее свойств, путем закладки пробных площадей с учетом перечня хозяйственно ценных видов растительных ресурсов, типов лесорастительных условий и площади, занимаемой данными условиями на территории региона. Оценивают пространственной неоднородности загрязнения почвы цезием-137 на пробной площади портативным гамма-спектрометром методом маршрутной съемки с географической привязкой полученных результатов. Определяют ПК в пределах однородных по уровню загрязнения и лесорастительным условиям участков с помощью закладки точек съемки портативным спектрометром для оценки плотности загрязнения почвы цезием-137 в полевых условиях (Pскан) с дальнейшим отбором образцов почвы стандартным цилиндрическим пробоотборником на глубину 20 см с разделением почвенных кернов на пятисантиметровые слои для лабораторных гамма-спектрометрических измерений для оценки плотности загрязнения (Pлаб) и распределения цезия-137 по почвенному профилю в лабораторных условиях. ПК, равные отношению Pлаб/Pскан, определяются по следующему алгоритму. По всем точкам пробных площадей региона строят график зависимости значений Pлаб/Pскан от доли содержания цезия-137 в слое почвы 0-5 см от общего содержания в слое 0-20 см (x, %). Уравнение зависимости Pлаб/Pскан от x и значения коэффициентов уравнения определяются методом регрессионного анализа. Оценивают КП в пределах однородных участков в характерный период заготовки ресурса. На основном этапе оценка удельной активности цезия-137 в растительных ресурсах на конкретных участках лесопользования проводится по данным полевых измерений плотности загрязнения почвы цезием-137 портативным гамма-спектрометром методом маршрутной съемки и расчета удельной активности на основе совмещения базы полевых измерений с лесотаксационными данными с использованием коэффициентов радиоэкологической базы для конкретных лесорастительных условий и характерных для них видов растительных ресурсов. Использование заявленного изобретения повышает достоверность оценки удельной активности (качества по радиационному признаку) растительных ресурсов, возможность прогноза качества ресурсов по радиационному признаку и одновременной оценки всего спектра лесных ресурсов исследуемого участка, а также сокращение суммарного времени работы измерительной аппаратуры. 3 табл., 1 пр.

 

Способ оценки удельной активности цезия-137 в растительных ресурсах леса относится к области экологии и предназначен для проведения радиоэкологического мониторинга лесных территорий и радиационного контроля растительных ресурсов в условиях техногенного радиоактивного загрязнения.

Известны способы радиоэкологического мониторинга и оценки удельной активности радионуклидов в объектах окружающей среды (пат. 2112999, 2154937, 2223518, 2197720), включающие отбор проб (почвы, растительности, воздуха и др.) на заложенных по определенным правилам пробных площадях, пробоподготовку, радиологический анализ и интерпретацию результатов, в т.ч. с использованием накопленных баз данных, параметров, установленных заранее фоновых значений загрязнения почв, методов математической статистики и геоинформационных систем для построения карт полей радиационных характеристик.

В предложенном «Способе радиоэкологического мониторинга промышленного региона» (пат. 2112999) пробы (атмосферного воздуха, атмосферных осадков, сухих выпадений, снегового покрова, почвы, техногенного грунта, донных отложений, поверхностных, грунтовых и подземных вод, растительности) анализируются только на альфа и бета-активность, по результатам измерений создается база данных, на основе которой строятся карты полей распределения радиационных характеристик. Недостатком способа является отсутствие оценки уровня загрязнения гамма-излучающими радионуклидами (в частности цезием-137).

В предложенном «Способе радиационного мониторинга экосистем по биоиндикации радиоактивного загрязнения территорий по хвое древесных пород» (пат. 2154937) контроль за радиоактивным загрязнением территорий осуществляется на основании отбора, приготовления проб и радиационного анализа хвои деревьев и кустарников. Недостатком способа является использование только одного растительного компонента (хвои), загрязнение которого не позволяет судить о загрязнении других растительных ресурсов.

В предложенном «Способе радиоэкологического мониторинга почв, грунтов и донных отложений» (пат. 2223518) повышение достоверности определения радиационного фона и точности оценки радиационного состояния контролируемого объекта обеспечивается сравнением результатов измерения радиационных параметров исследуемых объектов с фоновым значением. Недостатком способа является использование только одного компонента (почвы, грунта), загрязнение которого не позволяет судить о загрязнении других компонентов экосистемы.

В предложенном «Способе радиационного мониторинга экосистем по радиоактивности почв» (пат. 2197720) описывается отбор проб почвы. Недостатком способа является неудачное обоснование репрезентативного размещения сети отбора проб, основанного на методе конверта. Известно, что, например, на лесных территориях наблюдается значительная пространственная неоднородность поверхностного загрязнения почвы, обусловленная влиянием древесных крон и микрорельефа [1-3].

Оценку качества по радиационному признаку (сопоставление удельной активности радионуклидов в объекте требованиям гигиенических нормативов) лекарственного растительного сырья и пищевых продуктов осуществляют в соответствии с [4, 5], однако в данных документах идет речь об отборе проб и требованиях к лабораторным измерениям либо из партии готовой продукции, либо из партии заготовленного сырья.

Требования к радиационному мониторингу и контролю лесной растительности приводятся в методических указаниях [6-8], применяемые в настоящее время в практике радиационного мониторинга лесных территорий.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является Методика организации и ведения радиационного мониторинга в лесах [8]. Данная методика определяет подходы к размещению и закладке участков, требования к отбору образцов почвы и лесной растительности, их пробоподготовку и измерение удельной активности, а также оценку плотности загрязнения почвы и расчет коэффициентов перехода радионуклидов из почвы в растительность.

Недостатком прототипа является оценка уровня загрязнения почвы (территории) по 1 объединенной пробе с участка (пробной площади), отбираемой из 4 точек расположенных в углах площадки. Для выбора (отбраковки) точек отбора почвы проводится сравнение результатов измерения дозиметром мощности эквивалентной дозы гамма-излучения на поверхности почвы со значением мощности эквивалентной дозы на высоте 1 м. Однако данный подход не применим для территории с уровнями загрязнения почвы по цезию-137 менее 185 кБк/м2, где техногенный гамма-фон, как правило, перекрывается природным. Указанные недостатки не позволяют обеспечивать необходимую точность и репрезентативность результатов оценки уровня загрязнения почвы и растительных ресурсов цезием-137.

Общими недостатками всех рассмотренных способов является трудоемкость (отбор, пробоподготовка и спектрометрический анализ проб почвы и растительности), продолжительность исследований, не учитываются связи между компонентами лесной экосистемы (накопительная способность растений и ее зависимость от почвенных условий и уровня радиоактивного загрязнения территории).

Сущность предлагаемого способа, в отличие от указанных аналогов, заключается в совокупности действий по оценке удельной активности цезия в растительных ресурсах, включающих 2 этапа:

1) предварительный: проведение исследований по созданию региональной аналитической базы поправочных коэффициентов (ПК) к данным полевых измерений плотности загрязнения почвы цезием-137 портативным гамма-спектрометром, учитывающих характер распределения техногенного цезия в профиле почвы и ее свойства, и коэффициентов перехода (КП) радионуклидов из почвы в целевые (индикаторные, хозяйственно ценные) виды растительных ресурсов, в зависимости от их видовой принадлежности и лесорастительных (почвенных) условий;

2) основной: оценка удельной активности цезия в растительных ресурсах на конкретных участках лесопользования по данным полевых измерений плотности загрязнения почвы цезием-137 портативным сцинтилляционным гамма-спектрометром с учетом ПК и КП с использованием ГИС-технологий при совмещении базы полевых измерений с лесотаксационными данными.

Технический результат: повышение достоверности оценки удельной активности (качества по радиационному признаку) растительных ресурсов, возможность прогноза качества ресурсов по радиационному признаку и одновременной оценки всего спектра лесных ресурсов исследуемого участка, а также сокращение суммарного времени работы измерительной аппаратуры.

Технический результат достигается тем, что способ оценки удельной активности цезия-137 в растительных ресурсах леса включает закладку пробных площадей, отбор образцов почвы и лесной растительности, их пробоподготовку, измерение удельной активности в отобранных образцах, оценку плотности загрязнения почвы и коэффициентов перехода радионуклидов из почвы в растительность, отличающийся тем, что на предварительном этапе создают региональную радиоэкологическую базу, состоящую из коэффициентов перехода (КП) радионуклидов цезия-137 из почвы в конкретные виды растительных ресурсов и поправочных коэффициентов (ПК) к результатам полевых измерений плотности загрязнения почвы портативным спектрометром, зависящим от характера распределения техногенного цезия в профиле почвы и ее свойств, путем закладки пробных площадей с учетом перечня хозяйственно ценных (пищевых, лекарственных, технических, индикаторных видов для радиоэкологического мониторинга) видов растительных ресурсов, диапазона условий произрастания ресурсов (типов лесорастительных условий) и площади, занимаемой данными условиями на территории региона; оценки пространственной неоднородности загрязнения почвы цезием-137 на пробной площади портативным гамма-спектрометром методом маршрутной съемки с географической привязкой полученных результатов; определения ПК в пределах однородных участков в ходе закладки точек съемки портативным спектрометром с дальнейшим отбором образцов почвы стандартным цилиндрическим пробоотборником на глубину 20 см с разделением почвенных кернов на пятисантиметровые слои для лабораторных гамма-спектрометрических измерений (формула расчета поправочного коэффициента устанавливается экспериментально на основе обработки результатов полевых и лабораторных оценок плотности загрязнения почвы всех пробных площадей, характеризующих регион исследований); оценки КП в пределах однородных участков в характерный период заготовки ресурса; на основном этапе оценка удельной активности цезия-137 в растительных ресурсах на конкретных (производственных) участках лесопользования проводится по данным полевых измерений плотности загрязнения почвы цезия-137 портативным гамма-спектрометром методом маршрутной съемки и расчета удельной активности на основе совмещения базы полевых измерений (построения карты (поверхности) загрязнения территории) с лесотаксационными данными (тематической картой типов лесорастительных условий) с использованием коэффициентов радиоэкологической базы для конкретных почвенных (лесорастительных) условий и характерных для них видов растительных ресурсов.

Действия, реализующие способ в полевых условиях, осуществляются в теплый сезон года (при температуре окружающего воздуха от 5°C до 40°C) в периоды установления влажности грунтов (после снеготаяния или интенсивных дождей) до характерного для данной местности (лесорастительных условий) состояния при относительной влажности воздуха до 80%.

На предварительном этапе применяются: портативный сцинтилляционный гамма-спектрометр, стандартные пробоотборники почвы, измельчающие устройства для почвенных и растительных образцов, измерительные кюветы и стационарное сцинтилляционное гамма-спектрометрическое оборудование; на основном этапе - исключительно портативный сцинтилляционный гамма-спектрометр.

Пример

На радиационно загрязненных лесных территориях Пензенской области (уровень загрязнения почвы цезием-137 до 185 кБк/м2) были проведены радиоэкологические исследования.

В различных почвенно-экологических (лесорастительных) условиях закладывались пробные площади. Характеристика 2 пробных площадей приведена в таблице 1.

Таблица 1
Характеристика экспериментальных участков
Расположение пробной площади (ПП) Характер участка Растительность Почва
ПП Чаадаевское лесничество Чаадаевское участковое лесничество, Пензенская область Лесной участок рельеф ровный Состав древостоя 10С+Б, возраст древостоя 100 лет, полнота 0,6, ТЛУ B2 Дерново-слабоподзолистая супесчаная
ПП Чаадаевское лесничество Краснооктябрьское участковое лесничество, Пензенская область Лесной участок рельеф ровный Состав древостоя 6Б4Лп+С, возраст древостоя 50 лет, полнота 0,6, ТЛУ C1 Серая лесная средне-суглинистая

Выбор пробных площадей проводился по данным таксационного описания, при этом выбирались участки с ровным рельефом.

Исследования проводились в августе-сентябре при температуре окружающего воздуха от 15-25°C и относительной влажности воздуха 50-70% в период характерной для данной местности влажности грунтов.

На пробной площади для оценки средней поверхностной плотности загрязнения почвы участка размером 50×50 м осуществлялась пешеходная гамма-съемка портативным гамма-спектрометром МКС-01 А «Мультирад» с программным обеспечением «Прогресс-Навигатор». Детектор спектрометра во время полевой съемки располагается вертикально на высоте 1 м от поверхности почвы, скорость движения при съемке способом параллельных профилей не более 2 км/ч, период одного измерения 6 с.

Далее на пробной площади закладывалось не менее 5 точек для изучения характера перераспределения радионуклидов по почвенному профилю (точки выбирались по показаниям спектрометра при условии соответствия уровня загрязнения в точке среднему уровню загрязнения пробной площади) на пробной площади.

В каждой точке проводились измерения портативным спектрометром на высоте 1 м в течение не менее 100 с (при периоде одного измерения 6 с), после этого проводился отбор проб почвы стандартным пробоотборником (о 40 мм, на глубину 20 см) равномерно в радиусе 0,1, 0,5 и 1 м от вертикальной оси детектора с разделением кернов на 5 см слои.

Затем на пробной площади проводился отбор проб хозяйственно ценных (пищевых, лекарственных) видов растений: в точке отбора проб растительности проводился цикл измерений на высоте 1 м над почвой в течение не менее 100 с (1 измерение 6 с).

Отбор проб почв, растительности, пробоподготовка и спектрометрические измерения на стационарном спектрометре МКС-01 А «Мультирад» проводился в соответствии с [6-9].

Результаты измерения приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2
Результаты полевых и лабораторных измерений поверхностной плотности загрязнения почвы
Пробная площадь № оточки Плотность загрязнения почвы цезием-137 кБк/м2
Результаты полевых измерений Результаты лабораторных измерений
Среднее по пробной площади В точке 0-5 см 5-10 см 10-15 см 15-20 см Среднее по точке 0-20 см Доля слоя 0-5 см, в % от слоя 0-20 см
ПП Чаадаевское лесничество Чаадаевское участковое лесничество, Пензенская область 1 52,52 52,84 27,77 3,28 1,09 0,00 29,0 86,4
2 55,57 24,13 5,08 0,77 0,29 30,0 79,7
3 51,54 21,20 4,56 1,38 0,31 26,7 77,2
4 50,71 24,32 6,35 1,23 1,14 27,6 73,6
5 51,92 32,81 2,09 0,65 0,27 28,3 91,6
ПП Чаадаевское лесничество Краснооктябрьское участковое лесничество, Пензенская область 1 9,57 8,30 3,18 4,05 2,58 2,37 11,0 26,1
2 8,91 5,09 5,26 2,76 1,52 10,9 34,8
3 7,15 4,22 5,41 4,04 1,04 12,4 28,7
4 12,35 6,27 5,26 2,19 1,21 13,3 42,0
5 11,12 5,04 5,60 1,79 1,29 11,9 36,7

По данным наших исследований установлена зависимость результатов оценки плотности загрязнения почвы (P) по данным полевых измерений портативным спектрометром (Pскан) и лабораторных измерений почвы, отобранной из точки полевой съемки (Pлаб) [10]:

Pлаб=PсканПК

ПК=(0,02x+0,05)-1

где x - доля содержания цезия-137 в слое почвы 0-5 см от общего содержания в слое 0-20 см, %.

Таким образом, для почвенных условий (тип лесорастительных условий B2 - свежая суборь) ПП Чаадаевского участкового лесничества среднее значение ПК=0,59; для почвенных условий (тип лесорастительных условий С2 - свежая судубрава) ПП Краснооктябрьского участкового лесничества среднее значение ПК=1,3 8.

Таблица 3
Результаты лабораторных измерений и расчета КП цезия-137 из почвы в растительные ресурсы и результаты полевых измерений поверхностной плотности загрязнения почвы цезием-137 поверхностной плотности загрязнения почвы
Пробная площадь Вид ресурса Плотность загрязнения почвы цезием-137 кБк/м2 лабораторные измерения Удельная активность цезия-137 в ресурсе Бк/кг КП цезия-137 из почвы в ресурс, 10-3 м2/кг Плотность загрязнения почвы цезием-137 кБк/м2 полевые измерения с учетом ПК Удельная активность цезия-137 в ресурсе Бк/кг (прогноз)
1 2 3 4 5 6 7
ПП Чаадаевское лесничество Чаадаевское участковое лесничество, Пензенская область брусника (лист) 32,14 213,0 6,6 31,18 205,8
брусника (ягода) 30,28 176,2 5,8 32,79 190,2
ландыш майский 27,45 305,0 11,1 30,41 337,5
черника (лист) 33,04 311,0 9,4 29,92 281,2
черника (ягода) 35,82 118,8 3,3 30,63 101,1
ПП Чаадаевское лесничество Краснооктябрьское участковое лесничество, Пензенская область звездчатка жестколистная 12,18 6,8 0,6 11,45 6,9
земляника лесная (лист) 14,63 36,0 2,5 12,30 30,7
копытень европейский 14,70 57,3 3,9 9,87 38,5
сныть обыкновенная 14,92 10,7 0,7 17,04 11,9

В таблице 3 приведены результаты определения коэффициента перехода КП радионуклидов цезием-137 из почвы в растения (столбцы 3-5).

Коэффициент перехода КП (transfer factor Tf) [8, 11] отражает зависимость содержания радионуклида (удельной активности, Бк/кг) в растении от уровня его содержания в почве (поверхностной плотности загрязнения, кБк/м2):

К П = У д е л ь н а я а к т и в н о с т ь р а д и о н у к л и д о в в р а с т е н и и , Б к / к г П л о т н о с т ь з а г р я з н е н и е п о ч в ы , к Б к / м 2 , 10 3 м 2 / к г .

Установлено, что накопительная способность растений существенно зависит от почвенных (лесорастительных условий) [1, 3, 12], что позволяет использовать одни и те же значения КП для конкретного вида растения в аналогичных почвенных (лесорастительных) условиях.

В столбцах 6 и 7 таблицы 3 приведены данные оценки удельной активности цезием-137 в растительных ресурсах, проведенной по результатам полевой съемки портативным спектрометром с учетом ПК и КП. Принимая во внимание, что неопределенность измерений составляет в среднем ±10%, то можно говорить о совпадении результатов оценки «традиционным» (пробоотбор и измерение проб растительности в лабораторных условиях) и предлагаемым (полевая оценка плотности загрязнения почвы и последующий расчет удельной активности радионуклидов в растительности с учетом ПК и КП) способом.

Следует отметить, еще одно преимущество предлагаемого способа - возможность оценки удельной активности видов растений (плодов), характерных для данных условий обитания, но отсутствующих в момент проведения обследования на данном участке, что раздвигает временные рамки проведения радиационных обследований.

Таким образом, последовательность действий для реализации способа, имеет следующий порядок:

1. Предварительный этап.

1.1 Для радиационно загрязненной лесной территории региона (субъекта Федерации, лесничества) определяется перечень хозяйственно ценных (пищевых, лекарственных, технических, индикаторных видов для радиоэкологического мониторинга) видов растительных ресурсов.

1.2 Определяется диапазон условий произрастания данных ресурсов (типов лесорастительных условий) по литературным данным.

1.3 С учетом распространенности (значимости) данных условий произрастания и уровня загрязнения подбираются и закладываются пробные площади для оценки коэффициентов перехода (КП) радионуклидов из почвы в данные виды растений и поправочных коэффициентов (ПК) для результатов полевой оценки поверхностной плотности загрязнения почвы:

1.3.1 Закладка и описание пробных площадей проводится в соответствии с [13, 14].

1.3.2 На пробной площади проводится уточнение типа лесорастительных условий по растениям индикаторам [15].

1.3.3 Оценивается поверхностная плотность загрязнения почвы цезием-137 (пространственная неоднородность загрязнения) портативным гамма-спектрометром, с ПО позволяющим сохранять результаты съемки в электронную базу данных с географической привязкой:

1.3.3.1 Методом маршрутной съемки по параллельным профилям проводится предварительное сканирование участка (скорость движения не более 2 км/ч, расстояние между профилями 10 м и период одного измерений не более 6 с, ось детектора перпендикулярна поверхности почвы). При съемке необходимо учитывать пространственный «сдвиг» результата расчета плотности загрязнения для каждой точки, характеризующий участок, пройденный за период измерения.

1.3.3.2 Оценивается вариация значений плотности поверхностного загрязнения. В случае большой вариации (недостаточно однородной совокупности, V>35%) строится карта изолиний с помощью ГИС-технологий и оценивается наличие пространственного скопления точек со значениями, превышающими установленный порог аномальности (в качестве порога можно использовать правило «3s» [16]). При необходимости участок разбивается на элементарные однородные участки, аномальные участки при дальнейшем исследовании исключаются.

1.3.3.3 Определяется количество точек съемки (N) для обеспечения требуемой точности оценки плотности загрязнения (p) по формуле [17]:

N=(1,96·V)2/p2

где V - коэффициент вариации; 1,96 - поправочный коэффициент для уровня вероятности 0,95 и 0,99;

1.3.3.4 В каждой точке, равномерно расположенной в пределах участка (элементарного участка), проводится цикл измерений на высоте 1 м над почвой в течение не менее 100 с (период измерения не более 6 с).

1.3.3.5 Рассчитывается среднее значение поверхностной плотности загрязнения почвы цезием-137 и ее неопределенности.

1.3.4 Оценивается значение ПК

1.3.4.1 Для расчета поправочного коэффициента стандартным пробоотборником (Ø 40 мм) с пробной площади отбирается 1 объединенный образец почвы на глубину 20 см и 1 объединенный образец почвы на глубину 5 см, почвенный образец помещают в двойной полиэтиленовый пакет и снабжают этикеткой (объем объединенного образца должен составлять 1 дм). Точки отбора почвенных кернов располагают равномерно на участке с однородной плотностью поверхностного загрязнения.

1.3.4.2 В лабораторных условиях проводится пробоподготовка и измерение почвенных образцов в соответствии с [6-9].

1.3.4.3 Поправочный коэффициент ПК для конкретного типа почвенных условий определяется по формуле:

ПК=(0,02x+0,05)-1

где x - доля содержания цезия-137 в слое почвы 0-5 см от общего содержания в слое 0-20 см, %.

(при уровнях радиоактивного загрязнения более 185 кБк/м2 и применении иного спектрометрического оборудования формула расчета поправочного коэффициента устанавливается экспериментально на основе обработки результатов полевых и лабораторных оценок плотности загрязнения почвы всех пробных площадей, характеризующих регион исследований: для этого на каждой площади закладывается не менее 1 точки, где проводятся измерения портативным спектрометром на высоте 1 м, после этого отбираются пробы почвы стандартным пробоотборником (ø 40 мм, на глубину 20 см (в переувлажненных условиях глубина пробоотбора может достигать 50 см) равномерно в радиусе 0,1, 0,5 и 1 м от вертикальной оси детектора с разделением кернов на 5 см слои).

1.3.5 Оценивается значения КП для различных видов растительных ресурсов, представленных на пробной площади.

1.3.5.1 В пределах однородных участков в характерный период заготовки ресурса проводится отбор проб растительности (в случае продолжительного периода заготовки обозначаются точки отбора проб растительности и отбор проб проводят не менее 3 раз: в начале, середине и конце сезона заготовки) в соответствии с [6-8], объем пробы растительности должен быть не менее 1 дм3, отбор растений проводят таким образом, чтобы обеспечить ее возобновление; отобранный растительный материал помещают в двойной полиэтиленовый пакет, снабжают этикеткой;

1.3.5.2 В лабораторных условиях проводится пробоподготовка и измерение растительных образцов в соответствии с [6-9].

1.3.5.3 По данным лабораторных измерений растительности и почвы рассчитываются коэффициенты перехода радионуклидов из почвы в растения (в пересчете на воздушно-сухую массу растений).

1.4 Формируется региональная база коэффициентов перехода радионуклидов (КП) из почвы в целевые виды растительных ресурсов и поправочных коэффициентов (ПК) к данным полевых измерений плотности загрязнения почвы цезием-13 7 портативным гамма-спектрометром (база может быть также сформирована по имеющимся данным других исследователей или мониторинговых наблюдений) для диапазона условий произрастания растительных ресурсов (типов лесорастительных условий).

2. Основной этап.

2.1 На конкретной территории обследования (предполагаемой заготовки одного или нескольких ресурсов) проводятся полевые измерения поверхностной плотности загрязнения почвы цезием-137 портативным гамма-спектрометром методом маршрутной съемки по параллельным профилям (скорость движения не более 2 км/ч, расстояние между профилями не менее 10 м, ось детектора перпендикулярна поверхности почвы).

2.2 В ходе камеральной обработки результатов рассчитывается удельная активность в видах растительных ресурсов с учетом ПК и КП для типов почвенных (лесорастительных) условий, встречающихся на территории обследования. При обработке результатов используются ГИС-технологии: совмещение базы полевых измерений (построение карты (поверхности) загрязнения территории) с лесотаксационными данными (тематической картой типов лесорастительных условий).

Предлагаемый способ обеспечивает достижение следующих технических результатов: повышение достоверности оценки фактической удельной активности (качества по радиационному признаку) растительных ресурсов (за счет возможности проведения в короткий срок значительного числа измерений плотности загрязнения почвы цезием-137, учета влияния почвенных свойств на распределение и подвижность радионуклидов в почвенном профиле и биологических (радионакопительных) особенностей растений), возможность прогноза качества ресурсов по радиационному признаку и одновременной оценки всего спектра лесных ресурсов исследуемого участка (на основе оценки плотности загрязнения территории и использования ПК и КП), а также сокращение суммарного времени работы измерительной аппаратуры (отсутствие на 2 этапе отбора проб почвы и растительности, пробоподготовки и лабораторных измерений).

Источники информации

1. Щеглов, А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах / А.И. Щеглов. М.: Наука, 1999. - 268 с.

2. Израэль, Ю.А. Радиоактивное загрязнение природных сред в результате аварии на Чернобыльской атомной станции / Ю.А. Израэль. М.: Изд-во «Комтехпринт», 2006. - 28 с.

3. Переволоцкий, А.Н. Распределение 137Cs и 90Sr в лесных биогеоценозах / А.Н. Переволоцкий. Гомель: РНИУП «Институт радиологии», 2006. - 255 с.

4. ОФС 42-0011-03. Определение содержания радионуклидов в лекарственном растительном сырье. Стронций-90 и цезий-137. Отбор проб, анализ и оценка результатов. - Введ. 16.06.2003. - Б.м., 2003. - 12 с.

5. Радиационный контроль. Стронций-90 и цезий-137. Пищевые продукты. Отбор проб, анализ и гигиеническая оценка. Методические указания МУК 2.6.1.1194-03" (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 20.02.2003).

6. Методические указания по оценке радиационной обстановки в лесном фонде Российской Федерации на стационарных участках (для части территории, загрязненной радионуклидами при аварии на Чернобыльской АЭС), утв. приказом Федеральной службы лесного хозяйства России от 21.12.1993 №337.

7. Методика выполнения гамма-спектрометрических измерений активности радионуклидов в пробах почвы и растительных материалов, утв. приказом Федеральной службы лесного хозяйства России от 05.09.1994 №192.

8. Методика организации и ведения радиационного мониторинга в лесах // Научно-техническая информация в лесном хозяйстве. Выпуск №7. - Минск: «БЕЛГИПРОЛЕС». - 2006. - 55 с.

9. Методика измерения активности радионуклидов с использованием сцинтилляционного гамма-спектрометра с программным обеспечением «Прогресс». -Менделееве: ГНМЦ "ВНИИФТРИ", 2003.

10. Гончаров, Е.А. Применение портативных спектрометров для оценки плотности загрязнения 137Cs лесных территорий / Е.А. Гончаров, С.Г. Васин, A.M. Татарников // АНРИ - 2012. - №4 - С.45-50.

11. Лурье, А.А. Вопросы прикладной радиоэкологии лесных экосистем в постчернобыльскую эпоху / А.А. Лурье. - М.: МСХА, 2000. - 20 с.

12. Марадудин, И.И. Основы прикладной радиоэкологии леса / И.И. Марадудин, А.В. Панфилов, В.А. Шубин. - М.: ВНИИЛМ, 2001. - 224 с.

13. ОСТ 56-69-83. Пробные площади и лесоустроительный метод закладки - М.: ЦБНТИлесхоз, 1984. - 60 с.

14. Программа и методика биогеоценологических исследований. М.: Наука, 1974. - 403 с.

15. Козловский, В.Б. Определение типов лесорастительных условий / В.Б. Козловский. - М.: Лесная промышленность, 1965. - 40 с.

16. Перельман, А.И. Геохимия ландшафта / А.И. Перельман, Н.С. Касимов. - Москва Издательство Московского государственного университета, 1999. - 610 с.

17. Чертко, Н.К. Математические методы в географии / Н.К. Чертко, А.А. Карпиченко. - Минск: БГУ, 2008. - 202 с.

Способ оценки удельной активности цезия-137 в растительных ресурсах леса для территорий с уровнем загрязнения почвы цезием до 185 кБк/м2, с использованием портативного спектрометрического оборудования МКС-01 А «Мультирад», включающий закладку пробных площадей, отбор образцов почвы и лесной растительности, их пробоподготовку, измерение удельной активности в отобранных образцах, оценку плотности загрязнения почвы и коэффициентов перехода радионуклидов из почвы в растительность, отличающийся тем, что на предварительном этапе создают региональную радиоэкологическую базу, состоящую из коэффициентов перехода (КП) радионуклидов цезия-137 из почвы в конкретные виды растительных ресурсов и поправочных коэффициентов (ПК) к результатам полевых измерений плотности загрязнения почвы портативным спектрометром, зависящим от характера распределения техногенного цезия в профиле почвы и ее свойств, путем закладки пробных площадей с учетом перечня хозяйственно ценных видов растительных ресурсов, типов лесорастительных условий и площади, занимаемой данными условиями на территории региона; оценки пространственной неоднородности загрязнения почвы цезием-137 на пробной площади портативным гамма-спектрометром методом маршрутной съемки с географической привязкой полученных результатов; определения ПК в пределах однородных участков в ходе закладки точек съемки портативным спектрометром с дальнейшим отбором образцов почвы стандартным цилиндрическим пробоотборником на глубину 20 см, с разделением почвенных кернов на пятисантиметровые слои для лабораторных гамма-спектрометрических измерений, при этом ПК=(0,02х+0,05)-1, где х-доля содержания цезия-137 в слое почвы 0-5 см от общего содержания в слое 0-20 см, %; оценки КП в пределах однородных участков в характерный период заготовки ресурса; на основном этапе оценка удельной активности цезия-137 в растительных ресурсах на конкретных участках лесопользования проводится по данным полевых измерений плотности загрязнения почвы цезия-137 портативным гамма-спектрометром методом маршрутной съемки и расчета удельной активности на основе совмещения базы полевых с лесотаксационными данными с использованием коэффициентов радиоэкологической базы для конкретных лесорастительных условий и характерных для них видов растительных ресурсов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области почвоведения и предназначено для отбора проб для анализа почвы луга. Способ включает определение места, частоты, длительности отбора проб почвы с поверхностного слоя 0-5 см на площадках по координатной сетке, указывая их номера и координаты.

Изобретение относится к аналитической химии, конкретно к химическим индикаторам на твердофазных носителях, и может быть использовано для экспрессного определения металлов в водных средах и бензинах с помощью реагентных индикаторных трубок на основе хромогенных дисперсных кремнеземов.
Изобретение относится к экологии и почвоведению. Способ оценки степени деградации техноландшафта при химическом загрязнении предусматривает аналитическое определение общего количества химического элемента загрязнителя, количества химического элемента загрязнителя, находящегося в подвижной форме в почве техноландшафта, и, отдельно, географически сопряженного незагрязненного ландшафта.

Изобретение относится к промышленному или гражданскому строительству, в частности к определению устойчивости мерзлых грунтов, и может быть использовано при строительстве нефте- и газопроводов для установления степени устойчивости грунтов к термоэрозионному размыву.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к агропочвоведению, и может быть использовано для воспроизводства дождя в лабораторных и полевых условиях.
Изобретение относится к области биологии почв и агроэкологии и может быть использовано в качестве критериев оценки плодородия почв и потенциальной эмиссии диоксида углерода почвами при изменении климата.

Изобретение относится к мониторингу окружающей среды, определению зон техногенного загрязнения почв и подземных вод нефтью и нефтепродуктами. Способ включает площадное бурение скважин малого диаметра на малую глубину, отбор проб подпочвенного газа, определение в пробах объемной концентрации метана и суммарных углеводородов, а также объемной активности радона Rn222 и Rn220.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для измерения динамического действия дождя на почву. Устройство включает корпус, пористую измерительную пластину, поры которой заполнены водой, эластичный экран с датчиками, электрически связанными с прибором индикации.

Изобретение относится к области экологии, в частности к способам выявления признаков природных катастроф, и может найти применение при оценке опасности поражения территорий.
Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства и предназначено для определения коэффициента фильтрации плывунного грунта в зоне распространения подзолистых почв.

Изобретение относится к геологии и может быть использовано для определения палеотемператур катагенеза, что характеризует степень катагенетической зрелости органического вещества (OВ) пород. Из исследуемых пород производят отбор образцов осадочных пород, выделяют из них нерастворимое органическое вещество микрофитофоссилий и исследуют его оптическим методом с установлением палеотемпературы. Исследование оптическим методом проводят в два этапа. На первом этапе в проходящем свете из морфологических групп микрофитофоссилий выделяют преобладающую группу микрофитофоссилий, в ней выделяют группы толстостенных и тонкостенных микрофитофоссилий. Для каждой выделенной группы определяют индекс окраски. На втором этапе исследования уточняют количественные характеристики на основе спектральных характеристик выделенных групп микрофитофоссилий в инфракрасном диапазоне света. Результирующие оценки палеотемпературы микрофитофоссилий определяют на основе сопоставления результатов исследований первого и второго этапов. Технический результат - повышение достоверности определения палеотемператур катагенеза безвитринитовых отложений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Предложенное изобретение относится к способу обнаружения минерала в целевом материале, способу сортировки сырьевого потока материла и устройству для определения присутствия целевого минерала в материале. Способ обнаружения минерала в сырьевом продукте предусматривает облучение фрагментов породы материала электромагнитным излучением, например, микроволновым излучением, и регистрацию тепловой реакции материала фрагментов породы в ходе или сразу после облучения для обнаружения минерала в материале по скорости его нагрева или его части на зарегистрированном излучении. Предложенный способ основан на том, что скорость изменения температуры при нагреве кристаллов излучением СВЧ в целевом материале различна, что позволяет повысить эффективность и точность сортировки фрагментов породы для определения присутствия или отсутствия минерала в материале при снижении энергозатрат. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к техническим средствам измерений физико-механических свойств почвы. Устройство содержит тензозвено, последовательно соединенные датчики давления и функциональные преобразователи наддува, на входе турбокомпрессора и разрежения турбокомпрессора, аналого-цифровой преобразователь, определитель твердости почвы, задатчик коэффициента связи, индикатор, датчик частоты вращения коленчатого вала и тахометр, формирователь угловых меток, функциональный преобразователь угловой скорости, дифференциатор, датчик верхней мертвой точки, формирователь импульсов ВМТ, счетчик угловых меток, аналоговый ключ ВМТ, задатчик угловых меток цикла, нуль-орган, функциональный преобразователь числа импульсов в напряжение, формирователь угловых меток цилиндра, перестраиваемый резонансный фильтр, формирователь строба, аналоговый ключ цилиндров, задатчик номеров угловых меток цилиндров, первые и вторые измерители средневыпрямленного, максимального и среднеквадратического значений, с первого по третий переключатели, последовательно соединенные датчик угловой скорости ротора турбокомпрессора, функциональный преобразователь угловой скорости ротора и двойной дифференциатор, измеритель тока и напряжения генератора. Достигается упрощение, а также повышение точности и универсальности определения твердости любых неоднородных почв почвообрабатывающими агрегатами. 10 ил.

Изобретение относится к области исследования свойств многокомпонентных сред и может найти применение в различных отраслях промышленности, например как нефтегазовая и химическая промышленности. Способы определения количественного состава многокомпонентной среды предусматривают размещение образца в ячейке дифференциального сканирующего калориметра и подачу в ячейку жидкости с известным коэффициентом теплового объемного расширения и известной объемной теплоемкостью. Определяют суммарную теплоемкость и суммарный коэффициент теплового объемного расширения образца и жидкости, находящихся в ячейке, и путем решения системы уравнения определяют объемы компонент, составляющих образец. Технический результат - повышение точности, надежности и скорости определения объемов компонент многокомпонентной среды. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области сельского хозяйства: агрохимии, почвоведению, агроэкологии. Лабораторный способ определения нитрификационной способности почв включает компостирование почвы и определение количества нитратов, накопившихся в почве в результате нитрификационных процессов, причем компостирование образцов почвы проводят в условиях активной аэрации внутреннего объема закрытого сосуда с образцом почвы нагнетанием воздуха. Изобретение позволяет уменьшить количество технологических операций при проведении анализа и снизить погрешность лабораторного анализа. 1 табл.

Устройство относится к области сельского хозяйства, в частности к технологиям точного земледелия. Устройство содержит несущую раму, соединенную со средством передвижения по полю, опорный элемент, установленный на раме и определяющий ее положение над почвой, размещенный на раме нож-щелерез, создающий при движении продольный щелевой канал в почве, измерительный блок с измерительными датчиками, выполненный вытянутым вдоль направления движения, одинаковой толщины с ножом-щелерезом и установленный за ним в направлении движения, узел ступенчатой регулировки глубины положения измерительного блока в продольном щелевом канале при движении по полю, узел защиты измерительного блока от повреждения при наезде ножа-щелереза на препятствия, блок управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации, бортовой компьютер и приемник системы геопозиционирования для регистрации измерительной информации и картирования. При этом корпус измерительного блока выполнен в виде монолитной металлической пластины с заостренной и скошенной сверху вниз и назад лобовой передней кромкой и жестко соединен с несущей рамой передней и задней стойками. Датчики врезаны в измерительный блок и размещены на его боковых стенках вдоль общей прямой линии с одинаковой глубиной расположения чувствительных элементов датчиков от поверхности почвы. Опорный элемент выполнен в виде размещенной над измерительным блоком опорной лыжи, шарнирно соединенной с установленной на несущей раме стойкой. Причем эта стойка закреплена на несущей раме с возможностью ступенчатого изменения задаваемого расстояния между подошвой опорной лыжи и прямой горизонтальной линией с одинаковой глубиной расположения чувствительных элементов датчиков в измерительном блоке от поверхности почвы. Вышеуказанный нож-щелерез, установленный на раме перед измерительным блоком, имеет осевое соединение с рамой, обеспечивающее образование общей вертикальной продольной плоскости симметрии с измерительным блоком и выполненное с возможностью регулирования углового положения ножа-щелереза в этой плоскости. Нож с режущей кромкой имеет длину, обеспечивающую создание щелевого канала в почве глубиной, достаточной для погружения измерительного блока до упора опорной лыжи о поверхность почвы при любом задаваемом расстоянии между подошвой лыжи и горизонтальной линией положения датчиков и любом задаваемом угле установки ножа-щелереза. Верхняя концевая часть ножа-щелереза, расположенная по другую сторону осевого соединения, зафиксирована предохранительным срезным болтом в имеющемся на раме узле ступенчатой фиксации углового положения ножа-щелереза, причем этот узел снабжен упором для фиксации положения лезвия ножа-щелереза вдоль лобовой кромки измерительного блока при наезде на камень и срезании предохранительного фиксирующего болта, кроме того, для удержания измерительного блока в вертикальной плоскости его симметрии, совпадающей с направлением движения устройства. Несущая рама снабжена жесткой сцепкой для соединения со средством передвижения по полю. Устройство обеспечивает эффективность измерения агротехнологических характеристик. 16 з.п. ф-лы, 24 ил.

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, в частности к полевому растениеводству. Способ предусматривает оценку состава почвы возделываемого угодья и ее продукционного потенциала по пробам почвы, контроль состояния развития сельскохозяйственных культур по видеоизображениям сельскохозяйственных культур, полученным с помощью модуля визуального контроля, и техногенные воздействия на технологические процессы. Взятие и доставку проб почвы и фрагментов сельскохозяйственных культур с депрессивных участков возделываемого угодья выполняют с помощью роботизированных аппаратов, при функционировании которых исключается вредное воздействие на почву и сельскохозяйственные культуры. Причем оценку состава почвы и ее продукционного потенциала и контроль состояния развития культур производят в два этапа. При этом на первом этапе оценку состава почвы и ее продукционного потенциала осуществляют сравнением видеоизображений культур, находящихся на возделываемом угодье. По результатам сравнения видеоизображений возделываемое угодье разбивают на участки, однородные по составу почвы и ее продукционному потенциалу. На втором этапе оценки выявляют депрессивные участки возделываемого угодья, на которых необходимы техногенные воздействия, увеличивающие продукционный потенциал почвы. С этих депрессивных участков осуществляют доставку фрагментов сельскохозяйственных культур и проб почвы. После этого выполняют лабораторный анализ состава почвы и сельскохозяйственных культур для каждого депрессивного участка возделываемого угодья. Вырабатывают и осуществляют техногенные воздействия на технологические процессы возделывания, сельскохозяйственные культуры и почву для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур на депрессивных участках возделываемого угодья. Устройство содержит лабораторно-управляющий комплекс и модуль визуального контроля состояния сельскохозяйственных культур на возделываемом угодье. В устройство введен модуль доставки фрагментов сельскохозяйственных культур с возделываемого угодья в лабораторно-управляющий комплекс. При этом в качестве модуля доставки фрагментов растений с возделываемого угодья применен беспилотный летающий аппарат. Модуль визуального контроля состояния сельскохозяйственных культур на возделываемом угодье, лабораторно-управляющий комплекс и модуль доставки фрагментов сельскохозяйственных культур с возделываемого угодья связаны между собой инфокоммуникационной связью. Группа изобретений позволяет повысить эффективность управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур в режиме реального времени без травмирования почвы и сельскохозяйственных культур. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам контроля грунта, использующим для оценки состояния грунта измерения распределения деформации волоконно-оптического чувствительного элемента, связанного с грунтом. Изобретение позволяет выявлять и определять местоположение таких опасных для сооружений явлений, как разжижение грунта, вымывание грунта или эрозию грунта, которые приводят к потери механической связи чувствительного к деформации сенсорного кабеля с грунтом. Устройство для измерения распределения деформаций грунта и контроля его разжижения, и/или вымывания, и/или дефляции содержит сенсорный оптический кабель, чувствительный к деформации по всей своей длине и связанный механически с грунтом, измерительный блок, связанный с кабелем. Устройство снабжено закрепленными на кабеле пригрузами, провисание которых в случае разжижения, и/или вымывания, и/или дефляции грунта вызывает расчетную деформацию кабеля, регистрируемую измерительным блоком. Техническим результатом изобретения является возможность выявления и определения местоположения таких явлений, как разжижение грунта, вымывание грунта или эрозия грунта. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, строительства и машиностроения, а именно - к устройствам для исследования физико-механических характеристик слоя почвогрунта небольшой толщины, преимущественно средней и низкой плотности. Устройство содержит каркас, состоящий из стальной плиты и стоек. Снизу к плите прикреплены две направляющие, по которым перемещается ползун с опорной плитой, соединенный со штампом через полый удлинитель и упорный подшипник. Ось штампа, проходя через полый удлинитель, представляет собой механизм сдвиговой нагрузки слоя почвогрунта. Механизм вертикальной нагрузки слоя почвогрунта снабжен вибровозбудителем и набором грузов для передачи вертикальной динамической и статической нагрузок, соединенный через ползун с опорной плитой на штамп. Механизм синхронизации нагрузок обеспечивает единовременное совместное приложение вертикальной и сдвиговой нагрузок на штамп. В процессе деформирования штампом слоя почвогрунта производится регистрация показаний датчиков вертикального и углового перемещения штампа на ЭВМ. Зарегистрированные показания позволяют рассчитать физико-механические характеристики почвогрунта по программе «Регистрация линейных перемещений». Применение устройства позволяет повысить точность измерений и эффективность испытаний и расширить многофункциональность испытаний. 1 табл., 3 ил.
Способ относится к области исследований параметров грунтов, а конкретней к способам определения коэффициента фильтрации плывунного грунта в зоне распространения черноземных почв. Способ определения коэффициента фильтрации грунта, по которому через образец грунта пропускают поток воды. На поверхности образца грунта размещают грузик, фиксируют начало погружения грузика. Затем измеряют параметры образца и потока воды. Далее рассчитывают по измеренным показателям коэффициент фильтрации грунта. При этом дополнительно фиксируют величину концентрации гуминовой кислоты в потоке воды, прошедшем через образец грунта, и при снижении величины концентрации больше 10% от начального значения вводят в поток воды, направляемый в образец грунта, раствор гуминовой кислоты, восстанавливая величину концентрации гуминовой кислоты в потоке воды, прошедшем через образец грунта, до начального значения. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей определения коэффициента фильтрации грунта, подверженного воздействию гуминовой кислоты, в зоне распространения черноземных почв.
Наверх