Для опису міграції радіонуклідів у лісі й окремих деревах широко використовують стаціонарні й динамічні камерні моделі.

Як приклад розглянемо камерну модель експериментальної ситуації забруднення тюльпанного дерева 137Cs.

На рис. 2.2 наведено блок-схему динамічної камерної моделі тюльпанного дерева з коефіцієнтами переходу радіонуклідів.

Рис. 2.. Блок-схема динамічної камерної моделі тюльпанного дерева при надходженні 137Cs (цифрами показано швидкість переходу радіонуклідів з однієї камери в іншу) [11, 164]

Для цієї моделі можна записати систему диференціальних рівнянь:

dX1/dt = 0,005Х3 – (0,028 + 0,008)Х1,

dX2/dt = 0,028Х1 + 0,005Х3(0,044 + 0,00005)Х2,

dX3/dt = 0,008Х1 + 0,044Х2 + 0,007Х4 – (0,015 + 0,005 + 0,005)Х3,

dX4/dt = 0,015Х3 + 0,00001Х7 – (0,003 + 0,007)Х3,

dX5/dt = 0,0000Х7 + 0,0000Х2 – 0,02Х5,

dX6/dt = 0,0035Х2 + 0,02Х5 – 0,02Х6,

dX7/dt = 0,003Х4 + 0,02Х6 – (0,0001 + 0,00001 )Х7,

де Х (Х1, Х2, ..., Xі) – активність радіонуклідів у кожній камері, Бк(Кі);

dXі/dt – похідна розмірність.

Отримані розрахункові дані збігаються з результатами реальних експериментів і свідчать, що значна частина радіонуклідів зосереджується в листі й корі дерев. Деревина вважається практично чистою. Активність 137Cs у деревині не перевищує кількох відсотків загальної активності радіонуклідів у дереві.

Спочатку після випадання радіонуклідів у лісі переважає перенесення їх зверху донизу, а потім відбувається перехід ґрунт – корені – стовбур – крона. З часом настає динамічна рівновага між цими процесами. При цьому рівень, на який щорічне перенесення із ґрунту в надземну масу рослин перевищує зворотне перенесення внаслідок обпадання листя, відповідає зростанню активності радіонуклідів у біомасі за поточний рік. Спостерігається повільне підвищення вмісту радіонуклідів у біомасі дерева і промисловій деревині. Подібні ефекти характерні для радіонуклідного забруднення лісу в 30-кілометровій зоні ЧАЕС.

Особливе місце в екосистемі лісу посідають гриби. Так, якщо в перший період після випадання чи аварії радіонуклідне забруднення грибів є тільки поверхневим і незначним, то через кілька років, коли починаються процеси переробки і засвоєння лісової підстилки, радіонуклідне забруднення грибів стає істотним і згодом зростає. Ця обставина потребує спеціального моніторингу і контролю радіонуклідного забруднення грибів у лісі. У 30-кілометровій зоні ЧАЕС трапляються гриби з питомою активністю радіонуклідів до 3,7 Ч 105 Бк/кг (10–5 Кі/кг).

Розділ 3. Оцінка накопичення та міграція радіонуклідів у лісових біоценозах в Україні

Ядерна катастрофа на ЧАЕС призвела до величезних викидів радіонуклідів, що дорівнює в середньому вибуху 500 атомних бомб, подібних до тих, які були скинуті на японські міста Хіросіму і Нагасакі в 1945 році. Радіонукліди осіли насамперед на землі, лісових угіддях і водоймах. Так, в Україні площа радіаційного забруднення сільськогосподарських угідь досягає 3,5 млн. га, в тому числі майже 2 млн. га – ріллі; забруднено більше 1,5 млн. га лісів і садів [15, 11].

Ґрунт є основним джерелом надходження радіонуклідів. Міграція радіонуклідів у рослини залежить від властивості ґрунту. Доведено, що міграційна здатність основних радіонуклідів у системі "ґрунт – рослина" на легких ґрунтах значно вища, ніж на ґрунтах більш високого механічного складу. Особливе занепокоєння викликають торфовища, де інтенсивність переходу радіоцезію в рослини в 3-10 разів вища, ніж на мінеральних ґрунтах [12, 416].

Критичний стан радіаційної ситуації сформувався в лісових масивах. Виконуючи в природі захисну функцію, лісові насадження Поліської зони України захищають населені пункти та сільськогосподарські угіддя регіону від різноманітного забруднення, в тому числі радіаційного. Тому ліси українського Полісся, а це близько 40 % площі лісів країни, майже повністю піддались радіаційному забрудненню, особливо ліси Київської, Житомирської, Рівненської, Волинської, Черкаської, Вінницької областей. Про щільність забруднення лісових насаджень цезієм 137 в розрізі обласних державних лісогосподарських об'єднань України вказано в табл. 3.1.

У перший період після аварії на ЧАЕС радіоактивне забруднення зовнішніх шарів кори дерев було досить великим. Нині радіаційний стан лісових ділянок головним чином визначається вмістом радіонуклідів у ґрунті, які нагромаджуються через кореневу систему.

Проводилося дослідження контрольованої зони Волинської області (Маневицький район). У табл. 3.2 представлено забрудненість окремих видів лікарських рослин.

Таблиця 3.

Щільність забруднення лісових насаджень цезієм-137 в розрізі обласних державних лісогосподарських об'єднань України [10]

Об'єднання | Площа лісів, тис. га | В тому числі площа забруднення, Кі/км2

До 0,1 | 0,1-2,0 | 2,1-5,0 | 5,1-10,0 | 10,1-15,0 | 15,1-40 | 40,1-80 | Біль-ше 80

Вінницяліс | 216,2 | 185,1 | 23,8 | 6,8 | 0,5

Волиньліс | 178,4 | 136,2 | 36,9 | 5,3

Житомирліс | 732,3 | 292,4 | 182,5 | 158,3 | 50,3 | 16,4 | 27,0 | 4,8 | 0,6

Київліс | 372,3 | 178,0 | 129,3 | 38,2 | 13,0 | 5,5 | 4,2 | 2,6 | 1,5

Рівнеліс | 671,5 | 239,0 | 215,6 | 150,6 | 10,3 | 0,3

Сумиліс | 121,9 | 109,0 | 8,0 | 4,5

Черкасиліс | 215,0 | 176,0 | 31,1 | 7,3 | 0,6 | 0,04

Чернігівліс | 348,6 | 273,8 | 47,4 | 23,1 | 3,3 | 0,9 | 0,06

Донецькліс | 16,0 | 13,1 | 2,9

Дніпропетровськліс | 19,5 | 19,5

Кіровоградліс | 26,0 | 25,3 | 0,7

Кримліс | 19,8 | 19,8

Луганськліс | 26,3 | 25,3 | 0,9 | 0,1

Миколаївліс | 6,6 | 6,6

Одесаліс | 44,8 | 42,1 | 2,7

Тернопільліс | 64,8 | 56,4 | 7,5 | 0,9

Харківліс | 56,4 | 56,4

Хмельницькліс | 50,0 | 46,1 | 3,1 | 0,8

Разом | 3186,4 | 955,1 | 692,1 | 396,9 | 78,4 | 23,1 | 31,3 | 7,4 | 2,1

За досліджуваний період