Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время накоплен достаточно большой экспериментальный материал по эффектам действия различных доз радиации на животных. В ряде районов, пострадавших от аварий на АЭС ведётся мониторинг радиационного фона и радионуклидного загрязнения территории. Существуют методики оценки последствий радиационного воздействия на компоненты экосистемы. Определена особенность развивающейся патологии у сельскохозяйственных животных, находящихся в зоне повышенного радиационного фона и потребляющих загрязненный радионуклидами корм. Приоритет отдается исследованиям, которые направлены на поиск информативных показателей; расчетных коэффициентов; выявления дозовой динамики; специфической характеристики патологии на радиационное воздействие, методам биотестирования.
Для системного анализа экологической ситуации и оценки физиологического статуса животных необходимо более широко использовать в радиобиологических исследованиях математические методы. Методы системного анализа и моделирования используют в соответствии с поставленными целями и задачами исследований.
Авария на ядерном реакторе в Чернобыле 26 апреля 1986 г., привела к радиоактивному загрязнению значительной территории СССР и европейских стран. 11 марта 2011 года произошла авария на Фукусимской атомной станции Японии. Значительная часть территории суши (Чернобыльская авария) и морской среды (японская авария) оказались загрязненными радионуклидами. После Чернобыльской аварии особое значение приобрели работы в области мониторинговых исследований, создания банка данных, разработки научно-практических методов системного анализа информации, методов оценки и прогноза экологической обстановки. Мировой опыт ликвидации последствий и ведения хозяйства на радиоактивно загрязненных территориях пополнится за счет аварии на Фукусимской АЭС.
Существует множество методик и математических подходов для решения прикладных задач экологической безопасности в результате загрязнения экосистем радионуклидами. Поиск новых информативных методов системного анализа для оценки радиоэкологической обстановки, основанных на всемирно признанных и утвержденных методах, в том числе и на методах биотестирования, по-прежнему актуален.
В случае диагностики радиационной патологии у сельскохозяйственных животных оценивают степень тяжести лучевой болезни и возможность их хозяйственного использования. Рентабельность животноводческого комплекса влияет на экономическую эффективность агропромышленного комплекса (АПК). В результате аварий на ЧАЭС 26 апреля 1986 г., был нанесен значительный урон сельскому хозяйству и животноводству. В случае возникновения подобных ситуаций, исследования в АПК будут направлены на оценку загрязненности кормов, рентабельности сельскохозяйственных угодий и на выявлении степени тяжести радиационной патологии у сельскохозяйственных животных. В ряде НИИ ветеринарного профиля и в частности в ФГБУ «ФЦТРБ-ВНИВИ» (г. Казань) были изучены клинико-морфологические изменения, возникающие после лучевого воздействия, состояние иммунных систем, репродуктивные и продуктивные показатели у сельскохозяйственных животных при воздействии различных доз ионизирующей радиации. В результате была получена ценная информация об особенностях течения лучевой болезни у животных при воздействии различных доз, изучены хозяйственно-полезные качества пораженных животных, оценено качество животноводческой продукции, определены направления ее дальнейшего хозяйственного использования, а так же определены возможные сроки восстановления продуктивных показателей. В последствие на основе этой информации разработана и осуществлена программа крупномасштабных радиобиологических исследований на различных видах и возрастных группах сельскохозяйственных животных, подверженных радиационному воздействию. В случае радионуклидного загрязнения территории, чем раньше и быстрее будет определена напряженность радиоэкологической ситуации, тем быстрее будут предприняты меры по ее стабилизации.
Работы в области системного анализа имеют особо ценное значение в соответствии с существующими Государственными и Международными программами. Программы разработаны с целью снижения негативных последствий катастроф, проведения обширных исследований, направленных на:
- изучение физико-химических свойств радиоактивных выпадений; распределения и динамики трансформации различных форм соединений радионуклидов в почве;
- биологической доступности радионуклидов; изучение закономерностей накопления радионуклидов в сельскохозяйственных культурах и лугово-пастбищной растительности;
- разработку эффективных мероприятий по снижению загрязнения сельскохозяйственной продукции радионуклидами и т.д.
Вопросам ведения животноводства на загрязненной территории, особенно молочного и мясного скотоводства, на загрязненных территориях уделяется пристальное внимание. Для стабилизации ситуации в районах, прилегающих к аварийной зоне, после аварии на ЧАЭС, были практически использованы «Рекомендации по ведению сельского хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения территории», подготовленные и изданные в 1977 г. Минсельхозом СССР, «Рекомендации по ведению сельского и лесного хозяйства при радиоактивном загрязнении внешней среды», М., 1973 г. После аварии на ЧАЭС, были разработаны рекомендации - «Руководства…» по ведению агропромышленного комплекса в условиях радиоактивного загрязнения в союзных республиках. Комиссией научных экспертов по сельскохозяйственной радиологии, созданной в мае 1986 г., были подготовлены и введены в действие Госагропромом СССР 47 нормативно-технических и инструктивных документов по вопросам снижения загрязнений и возможности ведения животноводства на загрязненной территории.
Собранные различными научными центрами данные радиобиологических экспериментов, имеют большое значение. Величины показателей, полученные в ходе экспериментов, являются эталонными. Их можно использовать в модельных исследованиях. Модельные методы должны помочь не только охарактеризовать радиоэкологическую обстановку, но и рассчитать возможные варианты ее развития. Для целей получения эколого-экономических характеристик и оценок ущерба агропромышленному комплексу, в случае радиационного воздействия, а так же для прогноза целесообразно использовать универсальные методы системного анализа информации и модельные исследования.
Рациональное планирование и рентабельное ведение хозяйства должно основываться на достоверной информации. Использование результатов экспериментальных исследований в модельных исследованиях позволяют наиболее точно спрогнозировать ситуацию. В настоящее время существуют модели, оценивающие коэффициенты переходов по звеньям трофических цепей. Они используются в экологических исследованиях, но их использование сопряжено с рядом трудностей. Разработанные методы логико-информационного моделирования позволяют быстро систематизировать большой объем разрозненных информационных данных, создать банк данных и моделировать возможные варианты развития напряженности радиоэкологической обстановки для прогнозирования последствий.
Цели и задачи исследований. Разработать модельную систему оценки радиационной патологии и радиоэкологической ситуации в АПК.
В задачи исследований входило:
- Изучить и систематизировать результаты экспериментальных и полевых исследований.
- Определить наиболее адекватные математические методы и модели, описывающие динамику изменений физиологических показателей при воздействии радиации на сельскохозяйственных животных.
- Представить в виде формул, графиков, логических цепей степень тяжести лучевой патологии для сельскохозяйственных животных.
- Разработать методологию и представить в виде структурно-логических моделей прогнозную оценку изменения клинических и продуктивных показателей у сельскохозяйственных животных при воздействии на них разных доз радиации.
- Определить варианты радиоэкологической обстановки в хозяйствах, которые могут сложиться в районах, подверженных радионуклидному загрязнению.
- Разработать практические рекомендации для управления агропромышленным комплексом с помощью модельных исследований.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом института «Радиационная безопасность» (№ госрегистрации 01990005332).
Научная новизна работы. С помощью методов системного анализа описана радиационная патология сельскохозяйственных животных и напряженность радиоэкологической ситуации; получены тест-индикаторные таблицы и графики для диагностики лучевой болезни сельскохозяйственных животных; разработана научная концепция модельных исследований для изучения и лучевой патологии, продуктивности животных и оценки напряженности радиоэкологической ситуации; с помощью методов системного анализа и разработанных моделей на примере загрязненных хозяйств Гомельской области проведена оценка напряженности радиоэкологической обстановки после аварии на ЧАЭС.
Теоретическая и практическая значимость. Теоретическое значение работы заключается в том, что методы системного анализа и логико-информационного моделирования позволяют математически описать и оценить радиационную патологию у сельскохозяйственных животных, оценить напряженность радиоэкологической обстановки и смоделировать варианты перспективного развития экологической ситуации в агропромышленном комплексе в условиях радиационного воздействия.
Практическое значение работы состоит в том, что результаты работы легли в основу «Методического руководства по проведению мониторинга в случае радиоактивного загрязнения», которое предложено к практическому использованию при проведении мониторинга в случаях возникновения чрезвычайных ситуаций. Разработанные принципы и методы руководства могут практически быть использованы при проведении мониторинга для любых территорий и отраслей народного хозяйства.
Результаты работы вошли составной частью в монографии и научно-практические рекомендации, утвержденные Министерством сельского хозяйства Российской Федерации, Крымским отделением Академии Наук Украины.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и одобрены на международных конференциях и учебно-методических сборах в России и Украине, в городах Москве, Севастополе, Тамбове, Санкт-Петербурге, Смоленске и др. в 1997-2011 годах. Результаты научной работы легли в основу учебно-методических курсов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Концепция модельной системы оценки радиационной патологии и радиоэкологической напряженности.
2. Методы системного анализа для систематизации и расчета данных радиобиологических экспериментов и радиоэкологического мониторинга.
3. Тест-системы для практического использования при диагностике лучевой болезни у сельскохозяйственных животных.
4. Структурно-логические модельные схемы сбора, систематизации и расчета информационных показателей как основы системы комплексных оценок.
5. Модельная оценка напряженности радиоэкологической ситуации в радиоактивно загрязненных хозяйствах Гомельской области после аварии на ЧАЭС (1986 – 1989 г.).
Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано 60 научных работ, в том числе 18 монографий, 15 статей в рекомендованных ВАК РФ изданиях («Экология и промышленность», «Ветеринария», «Ветеринария и кормление», «Вестник РУДН», «Аграрная наука», «Вестник МОГУ», «Экономика природопользования»).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 341 стр. стандартного компьютерного набора и включает общую характеристику работы, обзор литературы, материалы и методы исследований, результаты собственных исследований, обсуждение, выводы, практические предложения. Библиографический список включает 718 источников, в том числе 175 иностранных авторов. Работа иллюстрирована 59 таблицами и 60 рисунками.
Внедрение. Результаты исследований доведены до научных работников, опубликованы и легли в основу разработки экспертных систем оценки радиоэкологической ситуаций. Разработанные методы сбора, обработки данных используются при системном анализе показателей компонент морских био- и экосистем в научно-исследовательских лабораториях Москвы (УНЭБ ВС РФ), Новороссийска (ЭС ВС РФ), Севастополя (МГИ НАНУ), Киева (КГУ). Разработанные методы системной обработки данных и методы логико-информационного моделирования используются при проведении экомониторинга (ЭС ЧФ РФ). Разработанные методы сбора, обработки данных легли в основу “Методического руководства по проведению мониторинга, в случаях радионуклидного загрязнения территории, на основе логико-информационных модельных схем исследования”, утверждено Министерством экологии и природных ресурсов республики Крыма, Министерством сельского хозяйства России. «Методическое руководство…» предложено к практическому использованию при проведении мониторинга в случаях возникновения чрезвычайных ситуаций. Монографии и научные разработки используются в вузах России, Украины, Белоруссии (Черноморский филиал МГУ, Социально-экономический университет г. Севастополь, Украинский морской институт, Севастопольский институт ядерной энергетики, СФ Саратовский социально-экономический университет, Новороссийская государственная морская академия, Институт экономики и права филиала Московской академии труда и социальных отношений, Киевский национальный авиационный университет, Киевский государственный университет).
