Модель біогенних потоків і депо 90Sr у забруднених соснових насадженнях

Д. М. Голяка; С. Є. Левчук; В. І. Йощенко; Л. В. Йощенко; М. А. Голяка

doi:10.36930/40290914

Д. М. Голяка Національний університет біоресурсів і природокористування України, м. Киї https://orcid.org/0000-0001-8025-8885
С. Є. Левчук Національний університет біоресурсів і природокористування України, м. Київ https://orcid.org/0000-0001-5167-7773
В. І. Йощенко Інститут радіоактивності довкілля Фукусімського університету, м. Фукусіма
Л. В. Йощенко Національний університет біоресурсів і природокористування України, м. Київ
М. А. Голяка Національний університет біоресурсів і природокористування України, м. Київ

Ключові слова: лісова екосистема; радіонуклід; імітаційна модель; відсіки моделі; Чорнобильська зона відчуження

Анотація

Лісові екосистеми вважають найбільш постраждалими внаслідок радіаційного забруднення після аварій на Чорнобильській і Фукусімській АЕС. Потрапивши у довкілля¹³⁷Cs і ⁹⁰Sr, швидко включилися у біогеокругообіг речовини деревних фітоценозів. Останнього із перелічених радіонуклідів стосується значно менша кількість наукових публікацій за цим напрямом досліджень, тому подано розроблену модель біогенних потоків та депо ⁹⁰Sr типового соснового насадження Чорнобильської зони відчуження. Спираючись на вихідні дані спостережень упродовж 2016–2019 рр. за сосновою ділянкою: концентрації і запаси радіонукліда у вивчених депо та потоках органічної речовини та інші показники, здійснено оптимізацію параметрів системи рівнянь потоків ⁹⁰Sr між його депо імітаційної математичної моделі біокругообігу досліджуваного радіоізотопу методом стохастичного градієнтного спуску шляхом мінімізації суми квадратів відхилень цільової функції. Оцінено динаміку перерозподілу активностей ⁹⁰Sr у компонентах біогеоценозу. Встановлено можливість депонування компонентами біомаси більшої половини активності ⁹⁰Sr від наявної у сосновому біогеоценозі. Прогнозовано часові ряди коефіцієнтів переходу радіонукліда від ґрунту до елементів стовбура. Виявлено "стабілізацію" значень коефіцієнтів переходу ⁹⁰Sr розрахованих, використовуючи щільність забруднення метрового шару ґрунту, що в разі підтвердження на більшому масиві спостережень за лісовими ділянками з контрастними ґрунтами та іншим деревним складом можна використовувати як простий спосіб прогнозування вмісту радіонукліда в компонентах біомаси.

Біографії авторів

Д. М. Голяка, Національний університет біоресурсів і природокористування України, м. Киї

канд. с.-г. наук, ст. наук. співробітник, Український науково-дослідний інститут сільськогосподарської радіології

С. Є. Левчук, Національний університет біоресурсів і природокористування України, м. Київ

канд. біол. наук, пров. наук. співробітник, Український науково-дослідний інститут сільськогосподарської радіології

В. І. Йощенко, Інститут радіоактивності довкілля Фукусімського університету, м. Фукусіма

канд. біол. наук, проектний професор, інститут радіоактивності довкілля

Л. В. Йощенко, Національний університет біоресурсів і природокористування України, м. Київ

наук. співробітник, Український науково-дослідний інститут сільськогосподарської радіології

М. А. Голяка, Національний університет біоресурсів і природокористування України, м. Київ

канд. с.-г. наук, мол. наук. співробітник, Українська лабораторія якості і безпеки продукції АПК

Посилання

Alexakhin, R. M., Ginsburg, L. R., Mednik, I. G., & Prokhorov, V. M. (1994). Model of 90Sr cycling in a forest biogeocenosis. Science of The Total Environment, 157, 83–91. https://doi.org/10.1016/0048-9697(94)90567-3

Anuchin, N. P. (1982). Forest mensuration. (5th ed.). Moscow: Forest industry. [In Russian].

Final report. (2018). "Assessment of the distribution of radionuclides and impact of industrial facilities in the Chornobyl exclusion zones" under the GEF project "Conserving, enhancing and managing carbon stocks and biodiversity in the Chornobyl exclusion zone". Slavutych: Institute for radiation measurement and development.

Goodfellow, I., Bengio, Y., & Courville, A. (2018). Deep Learning. Cambridge: The MIT press.

Holiaka, D. M. (2017). Formation of the average sample and estimation of stem components phytomass of Scots pine trees for determination of the content of biologically mobile radionuclides. Scientific Bulletin of UNFU, 27(6), 20–24. https://doi.org/10.15421/40270603

Kashparov, V. A., Ahamdach, N., Zvarich, S. I., Yoschenko, V. I., Maloshtan, I. M., & Dewiere, L. (2004). Kinetics of dissolution of Chernobyl fuel particles in soil in natural conditions. Journal of Environmental Radioactivity, 72(3), 335–355. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2003.08.002

Kashparov, V. A., Lundin, S. M., Khomutinin, Yu. V., Kaminsky, S. P., Levchuk, S. E., Protsak, V. P., Kadygrib, A. M., Zvarich, S. I., Yoschenko, V. I., & Tschiersch, J. (2001). Soil contamination with 90Sr in the near zone of the Chernobyl accident. Journal of Environment Radioactivity, 56(3), 285. https://doi.org/10.1016/S0265-931X (00)00207-1

Methodical instructions for the determination of strontium-90 and cesium-137 in soils and plants. (1985). Moscow: Central Research Institute of Agrochemical Service, 46 p. [In Russian].

Schell, W. R., Linkov, I., Myttenaere, C., & Morel, B. (1996). A dynamic model for evaluating radionuclide distribution in forests from nuclear accidents. Health Physics, 70(3), 318–335. https://doi.org/10.1097/00004032-199603000-00002

Strochinskiy, A. A. (1992). Methodical and normative-information provision of a system for regulating the forest plantations productivity in Ukraine. Kyiv: UACA. [In Russian].

Thiry, Y., Albrecht, A., & Tanaka, T. (2018). Development and assessment of a simple ecological model (TRIPS) for forests contaminated by radiocesium fallout. Journal of Environmental Radioactivity, 190–191, 149–159. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2018.05.009

Yoschenko, V., Ohkubo, T., & Kashparov, V. (2018). Radioactive contaminated forest in Fukushima and Chernobyl. Journal of Forest Research, 28, 3–14. https://doi.org/10.1080/13416979.2017.1356681