Модели и принципы радиационной емкости экосистем

Модели и принципы радиационной емкости экосистем https://navschannya.blogspot.com

Содержание

Введение………………………………………..…………………………3

Модели и принципы радиационной емкости экосистем……………….4

Выводы………………………………………………………….…………9

Список использованной литературы…………………………..………10

Введение

Для оценки состояния и благополучия  экосистем используют до 30 различных показателей и параметров – от разнообразия видов до биомассы и численности. Важная особенность этих показателей, что практически все они  начинают существенно изменяться  только когда биота претерпевает  значительные изменения. Практически очень важно иметь показатели  и параметры, которые позволяли ли бы   опережающим образом оценивать состояние биоты экосистем  и особенности распределения и перераспределения поллютантов в реальных экосистамах и ландшафтах. На основе теоретического анализа  и экспериментальных исследований предложено использовать такую меру – как радиоемкость и/или фактор радиоемкости экосистем и ее составляющих. Радиоемкость определяется как предельное количество поллютантов (радионуклидов) которое может аккумулироваться в  биотических компонентах экосистемы, без  нарушения их основных функций (воспроизводство бимассы и кондиционирование среды обитания). Фактор радиоемкости определяется как доля поллютантов, которые  накапливаются в том или ином компоненте экосистемы. Было предложено для оценки благополучия и надежности биоты в экосистеме использовать в качестве определяющих – два параметра – биомасса видов в экосистеме и их способность очищать-кондиционировать среду от  отходов жизнедеятельности  и поллютантов,  попадающих в  экосистему.

Модели и принципы радиационной емкости экосистем

В качестве подхода к оценке состояния и качества экосистем предлагается новый теоретический подход - теория радиоемкости. Суть теории и метода, вытекающего из нее, базируется на следующих экспериментальных теоретических основаниях и предположениях:

1.                Радиоемкость экосистемы - это фундаментальное свойство экосистем, их способность переносить по трофическим цепям, накапливать и концентрировать в биомассе различные радионуклиды, попавшие в окружающую среду, без заметных последствий для экосистемы.

2.                Количественно радиоемкость экосистемы определяет то максимальное количество радионуклидов, которое может накапливать и удерживать в биоте экосистема, и при этом не повреждать ее основных функций: рост и сохранение биомассы биоты в экосистеме и кондиционирование среды обитания.

Понятие о радиоемкости, а точнее о факторе радиоемкости, было впервые введено Агре и Корогодиным. Фактор радиоемокости был определен, как доля радионуклидов от общего количества, попавших в экосистему, которая удерживается в каждом из компонентов экосистемы (косных и биотических).

Радиоемкость - фундаментальное свойство экосистем, определяющее то предельное количество радионуклидов (Ки или Бк), которое может стабильно удерживать биота экосистемы, без повреждения (изменения) своих основных функций (рост, прирост биомассы биоты и кондиционирование среды обитания).

Фактор радиоемкости - определяет долю радионуклидов, удерживаемых в биотических и абиотических компонентах экосистемы. На примере озерной экосистемы можно отметить, что свое значение фактора радиоемкости имеет каждый компонент экосистемы: вода , донные отложения, биота водоема. Была построена модель и выведена следующая формула для расчетов фактора радиоемкости водоемов:

(H + kh),

где k - коэффициент накопления, " вода - донные отложения"; h - толщина сорбирующего слоя в иле; H - средняя глубина водоема, а F показывает, какая часть радионуклидов, содержащаяся в водоеме, приходится на долю донных отложений (F), а какая - на воду (1 - F). Величину F назвали "фактором радиоемкости" водоема. Этот фактор не зависит от концентрации радионуклидов в воде -C на большом интервале значений и позволяет рассчитывать степень загрязнения воды водоема, если известно количество поступивших в него радионуклидов и площадь его поверхности.

Фактор радиоемкости биотической составляющей водоема можно оценить по формуле:

 H +kh+ PKH),

где Р - плотность биомассы в единице объема; К - коэффициент накопления "вода – биота»

Если, для примера, рассчитать -F_б для реальной ситуации, когда -P составляет 10 г/м³, средний коэффициент накопления K = 10⁴ , средняя глубина водоема Н = 6 м, h = 0,1 м, k = 800, то значение радиоемкости-F_б близкое к 0,9, когда практически все поступившие в водоем радионуклиды попадают в биомассу биоты. При отмирании биоты или десорбции радио-нуклидов-трассеров они переходят в воду и донные отложения.

Если экосистема состоит из двух камер - биота и вода, то формула радиоемкости для биоты и воды упростится:

Fб=РК/(1+РК),

Fв=1/(1+РК).

Отсюда легко выводится формула для показателя синергизма

–Z= P·K.

Рассмотрим каскад из нескольких водоемов, каждый из которых характеризуется своими параметрами k₁, k₂, k₃, ...

H₁, H₂, H₃, ..., S₁, S₂, S₃, ..., p₁, p₂, p₃, ..., K₁, K₂, K₃, … Предположим наиболее простой случай равного объема всех водоемов и медленного притока воды, достаточного для установления равновесия между водой, биотой и донными отложениями. Тогда для каждого из водоемов можно оценить значения радиоемкости F₁, F₂, F₃ этих водоемов. Можно вывести формулу общей радиоемкости всего каскада из -n водоемов:

Fk 1−∏(1−Fi  .

            i=1

Анализ этой формулы показывает , что чем большее число водоемов задействовано в каскаде, тем выше его радиоемкость. Общая радиоемкость каскада всегда выше, чем радиоемкость самого лучшего из входящих в него водоемов.

Учеными разработаны и построены модели для оценки параметров радиоемкости разных типов экосистем – наземных, водных, лесных, горных, луговых и городских экосистем. Такой единый подход к моделированию радиоемкости разного типа экосистем позволяет универсальным образом описывать самые разные экосистемы, а значит, и сравнивать их по этим показателям.

Рассмотрим проблему радиоемкости на примере двухкамерной модели экосистемы, которая включает среду (воду) и биоту. Возьмем за основу двухкамерную модель окружающей среды (ОС) – камеру ОС (вода, почва и т.д.) и камеру биоты (наземные и водные растения, лес и т.д.

Итак, имеем две камеры (рис. 1), содержащие Y(x) и Z(x) радионуклидов, (время -х); a₁₂ - скорость поглощения радионуклидов трассеров (и пропорционально этому скорость поглощения питательных веществ, например, калия) и a₂₁ - скорость их оттока в среду (в воду).

Предположим, что исходный запас радионуклидов трассеров в камере Y(x) составляет Y₀ Бк (¹³⁷Cs). Решение системы двух дифференциальных уравнений для данной камерной модели дает

dy(x)/dx=α₂₁ z(x)-α ₁₂ y(x),

dz(x)/dx=α ₁₂ z(x)-α ₂₁ y(x).

При больших временах наблюдения можно оценить факторы радиоемкости для воды и биоты следующим образом

фактор радиоемкости воды:

F_B =α ₂₁ /(α ₁₂ +α ₂₁ ),

фактор радиоемкости биоты:

F _Б =α ₁₂ /(α ₁₂ +α ₂₁ ).

Z= F _Б /F _B =α₁₂ /α ₂₁ .

Таким образом, можно полагать, что соотношение скоростей поглощения и оттока трассеров и элемента минерального питания калия пропорционально биомассе биоты и коэффициенту накопления в системе "вода - биота"(оно же означает и коэффициент синергизма) . Это означает, что чем выше биомасса и коэффициент накопления трассера биотой, тем лучше состояние биоты и тем выше соотношение скоростей поглощения и оттока трассера, а значит, и питательных элементов из воды в биомассу биоты. Здесь отчетливо видна четкая связь показателей радиоемкости по трассеру и биологических показателей - скоростей поглощения и оттока трассеров и питательных элементов. Достаточно, чтобы под влиянием стресс-факторов (радиация, тяжелые металлы и др.) произошло уменьшение К – коэффициента накопления (вода - биота), чтобы при этом изменились параметры радиоемкости. Если при этом под влиянием поллютантов уменьшаются и биологические показатели - биомасса, скорость роста биомассы, - то последует еще большее изменение показателей и параметров радиоемкости.

Выводы

Для оценки состоянии и благополучия экосистем используют до 30 различных показателей и параметров – от разнообразия видов до биомассы и т.д . Важная особенность этих показателей, что практически все они начинают существенно изменяться только корда биота претерпевает значительные изменения.

Практически очень важно иметь показатели и параметры, которые позволяли ли бы опережающим образом оценивать состояние биоты экосистем и особенности распределения и перераспределения поллютантов в реальных ландшафтах.

На основе теоретического анализа рассмотрено использование такой меры как экологическая емкость или, в частности, радиоемкость экосистем и ее составляющих.

Предлагается мера экологического риска для биоты экосистем - экологическая емкость (радиоемкость), которая определяется как предельное количество поллютантов (радионуклидов) которое может аккамулироваться в биотических компонентах экосистемы, без нарушения их основных функцій (воспроизводство и кондиционирование среды обитания).

Предложено для оценки благополучия биоты в экосистеме использовать в качестве определяющих – два параметра – биомасса видов в экосистеме и их способность очищать кондиционировать среду от отходов жизнедеятельности и поллютантов, попадающих в экосистему .

Список использованной литературы

1.Кутлахмедов Ю.А., Корогодин В.И., Кольтовер В.К. Основи радіоекології. – Киев: Вища шк. 2003.–319 с.

2. Amiro B.D. (1992): Radiological Dose Conversion Factors for Generic Non-human Biota. Used for Screening Potential Ecological  Impacts, J. Environ. Radioactivity Vol.35, N1, : 37-51.

3. Кутлахмедов Ю.А.,Петрусенко В.П. Оцінка і прогноз розподілу радіонуклідів у типовій екосистемі схилів для ландшафтів України. Вісник Національного авіаційного університету.. – 2006. – № 2. – С.134–136.

4. Кутлахмедов Ю.А.,Петрусенко В.П. Аналіз ефективності контрзаходів для захисту екосистем на схилових ландшафтах методом камерних моделей. Вісник Національного авіаційного університету. – 2006. – № 4. – С. 163–165.

5. Матвеева І.В. Дослідження та оцінювання надійності систем транспорту радіонуклідів у локальній агроекосистемі.-2011, Вісник національного  авіаційного Університету №2(47), с.148-154.

6.Кутлахмедов Ю.А.,Матвеева И.В., Заитов В.Р. Моделирование радиоэкологических процессов методом камерных моделей на примере села в Волынской области. Вісник Національного авіаційного університету. – 2005. – № 3. – С. 173–176.

7. Кутлахмедов Ю.А.,Корогодин В.И.,Родина В.В.,Матвеева И.В.,Петрусенко В.П.,Саливон А.Г., Леншина А.Н. Теория и модели радиоемкости в современной радиоэкологии. В сб. матриалов Международной конференции «Радиоэкология: итоги, современной состояние и перспективы», Москва 2008 Г.с.177-193.