Введение к работе
Актуальность проблемы. Чернобыльская авария, отнесенная по своей значимости к 7 (наивысшему) уровню по шкале ядерных событий, является крупнейшей ядерной катастрофой нашего века. Суммарное количество радиоактивного материала, существующего в природной среде после 10 послеаварийных лет, оценивается как 80 ПБк дол-гоживущих радионуклидов или 1% от начального выброса (Израэль и др., 1987; Асмо-лов и др., 1988; J. Sinnaeve, 1996 и др.). Таким образом, возросший в сотни-тысячи раз радиационный фон в результате аварии на ЧАЭС стал одним из дополнительных экологических факторов в водных экосистемах Европы, особенно на значительных территориях Украины, Белоруссии и России (Израэль, Де Корт, Цатуров и др., 1998).
В северо-западной части водосборных территорий Днепра и Припяти вследствие Чернобыльской аварии сформировалась обширная зона радиоактивного загрязнения, что привело к загрязнению радионуклидами многих рыбохозяйственных водоемов. Например, в Днепровском каскаде, состоящем из 6 водохранилищ общей площадью более 700 км2, улов рыбы в среднем до аварии составлял около 23000 тонн в год (Ryabov, 1991).
Радиоэкологический мониторинг выявил устойчиво высокое содержание радионуклидов и во многих озерах России и Беларуси, расположенных на расстоянии 200-300 км от места катастрофы. Например, концентрация ,37Cs в рыбе в некоторых озерах Брянской области России и Могилевской области Беларуси через 12 лет после аварии оказалась в десятки раз выше, чем у рыб в пруду-охладителе ЧАЭС в этот период (Ryabov, 1995; Ryabov, et al., 1996; Смит и др., 1998).
Значительному загрязнению радионуклидами подверглось и большое количество внутренних водоемов Европы, имеющих рыбохозяйетвенное значение (Saxen et al., 1987; Carreiro, Sequeira, 1987; Hadderingh, 1989; Foulquier, Baundin-Yalent, 1989,1990; Lindner et al., 1990; Forsteth et al., 1991; Andersson et al., 1991; Hilton et al., 1993; Hamilton-Taylor et al., 1993; и др.).
В изучении длительного воздействия радиации на флору и фауну, то в этом отношении наибольший опыт в мировой практике накоплен отечественными учеными-радиоэкологами, исследовавших последствия Кыштымской аварии 1957 г. на Южном Урале, а также проводивших экспериментальные работы в Миасово, МГУ, ЛГУ, ВНИРО, ПО «Маяк» (Лебедева, 1961, 1966; Тимофеева-Ресовская, 1963; Поликарпов, 1964; Иванов и др., 1965; Ильенко, 1969, 1972; Верховская, 1971; Городилов, 1971; Куликов, 1971, 1978; Питкянен и др., 1971, 1978; Алексахин, Тихомиров, 1971; Алексахин, 1972, 1982; Тихомиров, 1973; Алексахин, Шеханова, Персов, 1974, 1993; Мунтян, 1977, 1993; Ильенко, Рябцев, 1978; Куликов и др., 1978; Куликова, Куликов, 1979; Катков, 1979, 1980; Шейфер, 1980; Шеханова, 1983; Алексахин и др., 1985; Печкуренков, 1985; Шевченко и др., 1986; Смагин и др., 1990; Соколов и др., 1993; Романов, 1993; Sokolov, Krivolutsky, 1998 и др.).
Мировое значение в изучении поведения ,37Cs и ^Sr в естественных водоемах имеют работы, выполненные в начале 60-х годов на озере Дальнем (Флейшман, 1971; Флейшман и др., 1972, 1977; Солюс, 1973).
Однако, масштабность аварии, большие различия в экологических, гидрологических и гидрохимических особенностях водоемов, специфичность воздействия разных радионуклидов; отсутствие радиоэкологических данных по большинству видов рыб, обитающих в Европейских водоемах; выявление «литорального эффекта» в загрязнении прибрежных участков в острый период аварии; проявление «размерного эффекта» в накоплении 137Cs рыбами различной массы; феномен поддержания высокой концентрации 137Cs в теле рыб в озерах, находящихся на расстоянии сотен км от места взрыва в течение десятков лет; биологические эффекты от действия различных радионуклидов на рыб, последствия для редких видов рыб и кругяоротых; необходимость разработки экологических принципов по снижению переноса радионуклидов по пищевым цепям и многие другие проблемы потребовали углубления знаний для более полной оценки последствий Чернобыльской аварии на рыбное население загрязненных водоемов.
Цель исследований - выявление закономерностей в накоплении и перераспределении радионуклидов рыбами в различных водных экосистемах, загрязненных в результате ядерной аварии, и оценка биологических последствий хронического облучения для рыбных сообществ.
Задачи исследований:
-
Изучить процессы накопления и распределения радионуклидов в организме различных видов на примере рыб, обитающих в наиболее загрязненных водоемах аварийного следа.
-
Выявить специфику накопления радионуклидов у рыб разных трофических уровней.
-
Определить дозы внешнего и внутреннего облучения рыб в послеаварийный период.
-
Выявить специфику проявления биологических эффектов в ряду поколений рыб, обитающих в условиях хронического облучения в зависимости от дозовых нагрузок.
-
Разработать методику интегральной оценки радиационного риска для видов рыб и круглоротых, принадлежащих к разным экологическим группировкам (по особенностям размножения и развития) и различным трофическим уровням в течении онтогенеза.
-
Определить значение рыб в перераспределении, миграции и выносе радионуклидов из водоемов.
-
Разработать экологические принципы снижения поступления радионуклидов от промысловых рыб к человеку.
Научная новизна.
-
На протяжении 12 лет прослежена специфика накопления радионуклидов у различных видов рыб в наиболее загрязненных радионуклидами водоемах Украины, Беларуси и России.
-
Теоретически обоснована смена доминирующих источников облучения организма рыб в течение различных периодов онтогенеза. Выявлены закономерности формирования дозовых нагрузок на рыб в зависимости от нерестового субстрата и мест обитания в личиночный и мальковый периоды онтогенеза, предложен методический подход к интегральной оценке радиационного риска для рыб, принадлежащих к разным экологическим группам (по С.Г. Крыжановскому, 1949) и различным трофическим уровням (по Г.В. Никольскому, 1961).
-
Впервые показано, что у второй и последующих генераций «послеаварийных рыб», несмотря на относительно невысокие дозы облучения в течение онтогенеза, увеличивается уровень нарушений в развитии репродуктивной системы из-за высоких доз облучения, полученных родительскими особями в острый период аварии.
-
Впервые обнаружено в 1996 г., спустя 10 лет после взрыва, значительное вторичное загрязнение радионуклидами рыб в различных водоемах в регионе ядерной аварии.
-
Показана специфика биоаккумуляции радионуклидов у рыб, принадлежащих к разным фаунистическим комплексам.
-
Впервые введен термин «размерный эффект» для рыб и выявлены закономерности накопления ,37Cs и дозовых нагрузок от внутреннего облучения от инкорпорированных радионуклидов в зависимости от массы тела рыб.
-
Впервые введен термин «литоральный эффект» и выявлена потенциальная возможность формирования повышенных доз внешнего облучения литофильных, фито-фильных л псаммофильных рыб в ранние периоды онтогенеза в прибрежных участках водоемов в острый период ядерной аварии.
8.Предложен экологический метод снижения выноса радионуклидов из водохранилищ комплексного назначения путем увеличения доли в промысле рыб I трофического уровня.
Теоретическая и практическая значимость работы.
-
Результаты исследования вносят определенный вклад в развитие такого нового актуального научного направления, как радиоэкология пресноводных рыб, а также в разработку методологии оценки последствий хронического облучения для рыб в разные периоды онтогенеза в естественных водоемах.
-
Результаты исследований показывают, что дозы облучения в острый период аварии вызьгеают биологические эффекты не только у особей, находящихся в момент выпадения радионуклидов в водоеме, но и у последующих поколений рыб. Авария на ЧАЭС не привела к исчезновению ни одного вида, но у ряда популяций рыб наблюдается снижение воспроизводства и нарушение стабильности развития. Особенно высок
радиационный риск для хищных литофильных рыб и редких видов, ареал которых оказался загрязнен радионуклидами в результате аварии.
-
Установленное вторичное загрязнение водоемов радионуклидами доказало необходимость продолжения радиоэкологического мониторинга в рыбохозяйственных водоемах 30-км зоны ЧАЭС и водоемов Беларуси и России.
-
Полученные данные использованы учеными СНГ/ЕС в рамках проекта ЕСР-3 для создания кинетической модели динамики концентрации l37Cs в гидробионтах в случае загрязнения водных систем радионуклидами в результате ядерных аварий.
-
Контрмеры, предложенные 04.01.1987 г. Правительственной комиссии по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС позволили снизить поступление радионуклидов населению от объектов рыбоводства и рыболовства из водоемов на территории бывшего СССР, загрязненных радионуклидами в послеаварийный период.
-
Полученные результаты послужили научным обоснованием создания радиоэкологического заказника на озере Кожановском в Гордеевском районе Брянской области.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных по теме диссертации, вошли в учебник по радиоэкологии для студентов, подготовленный Международным Союзом радиоэкологов в 1997 г.
Личное участие автора в получении результатов, представленных в диссертации.
И.Н. Рябов осуществлял теоретическую разработку радиоэкологического мониторинга водоемов Украины, Беларуси и России, и его выполнение. В частности, лично проводил отлов рыбы на пруду-охладителе ЧАЭС непофедственно после аварии в июле - декабре 1986 г., осуществлял экспериментальные работы по изучению воспроизводительной системы рыб в садках в пруду-охладителе ЧАЭС на протяжении 10 лет, проводил сбор материала в экспедиционных условиях в оз. Кожановское, Киевском водохранилище, р. Тетерев и оз. Святом. Автором проведено более 9 тыс. биологических анализов и лабораторная обработка проб. Уточнены особенности биологии 45 видов рыб и круглоротых, собран большой материал (более 4 тыс. анализов) по питанию 28 видов мирных и хищных рыб в водоемах разного типа (река, озеро, водохранилище, пруд-охладитель ЧАЭС). Проведен сбор и анализ материалов по промыслу рыб в Киевском водохранилище за 1980-1996 гг.
Теоретически разработан показатель радиационного риска (IRR) для рыб в водоемах с повышенным радиационным фоном.
Часть материалов получена совместно с российскими учеными: И.И. Крышевым, А.П. Макеевой, Н.В. Беловой, Н.И. Поляковой, Л.А. Пельгуновой, Н.Г. Емельяновой, Б.В. Веригиным, А.О. Куликовым, Ю.Н. Городиловым, Е.Ю. Крысановым, П.Б. Богатыревым, С.А. Смирновым, СВ. Котелевцевым, а также с коллегами из дальнего и ближнего зарубежья: Р. Хаддерингом (Нидерланды), Дж. Хилтоном и Дж. Смитом (Великобритания), А.В. Кудельским (Беларусь), Л.П. Фильчаговым, О.Л. Зарубиным, Ю.П. Ивановым и СВ. Казаковым (Украина).
Результаты, представленные в диссертации, получены в 1986 - 1998 гг. в Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН в ходе выполнения исследова-
ний Комплексной радиоэкологической экспедицией РАН при ИПЭЭ им. А.Н. Северцо-ва (научный руководитель академик В.Е. Соколов) плановых НИР, в том числе заданий «Комплексной программы научно-исследовательских работ по воздействию ионизирующего облучения на флору и фауну» ; «Государственной союзно-республиканской программы неотложных мер на 1990-1992 гг. по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС». Ряд результатов получен при выполнении работ по международным проектам: ЕСР-3 «Моделирование и исследование механизмов поведения радионуклидов в водных объектах и их миграции с наземных в водные экосистемы» (1993-1995 гг.) и "ИНКО-Коперникус" ICISCT960206 "Применение калия в качестве контрмеры в водных экосистемах для снижения перехода радиоцезия по пищевой цепи" (1997-199? гг.) в рамках Соглашения о международном сотрудничестве по преодолению последствий аварии на ЧАЭС между Комиссией Европейского Сообщества, Беларусью, Россией и Украиной от 22 июня 1992.
Апробация работы. Диссертация апробирована 30 июня 1998 г. на совместном заседании 4-х лабораторий: экологического мониторинга регионов АЭС; биоиндикации, экологии низших позвоночных, поведения низших позвоночных Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН и кафедры ихтиологии Биологического факультета МГУ.
Основные материалы и положения обобщены на 50 Межведомственных совещаниях, Всесоюзных и Международных съездах и симпозиумах, в том числе: на I и II Межведомственных семинарах «Экологические аспекты исследований водоемов-охладителей АЭС» (Москва, 1981-82 гг.), на IY Всесоюзном совещании эмбриологов, (Москва, 1981), на III Всесоюзной конференции по вопросам раннего онтогенеза рыб (Калининград, 1983), на III Всесоюзном совещании «Генетика популяций» (Москва, 1984), на I Международном семинаре «Методы биоиндикации окружающей среды в регионах атомных электростанций» (Дагомыс, 1985), на совещании «Организмы, популяции, сообщества в экстремальных условиях» (Москва, 1985), на совещании « Малоотходная технология и стабильность биосферы» (ГДР, Лейпциг, 1986), на Всесоюзном совещании ЭКОИНФО (Москва, 1986), «Авария на ЧАЭС и ее последствия» (МАГАТЭ, Австрия, Вена, 1986), на заседании Правительственной комиссии по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС (Москва, 1987), на 8-ми Заседаниях Координационного Совета при Президиуме АН СССР (Москва, 1986-1988 гг.), на 4-х заседаниях Оперативного штаба по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС (Чернобыль, 1987-1989 гг.), на XIV сессии Совета управляющих ЮНЕП (Аддис-Абеба, Эфиопия, 1987 г.), на совещании «Биоиндикация экологических последствий аварии на Чернобыльской станции в 1986-1987 гг.» (Австралия, Сидней, 1988), на I Всесоюзной конференции «Радиоэкологические аспекты Чернобыльской аварии»(Обнинск, 1988), на совещании «Экотоксикология и охрана природы» (Юрмала, 1988), на заседании I Международной рабочей группы по тяжелым авариям и их последствиям (Дагомыс, 1989), на I Международной конференции« Биологические и радиоэкологические аспекты последствий аварии на ЧАЭС» (Чернобыль, 1990), на Международном семинаре по контрме-
рам в области ядерной энергетики ( Франция, Кадарадж, 1991), на научном семинаре Ядерного общества СССР «Экология и АЭС» (Одесса, 1991), на YII Международном семинаре по биоиндикации и охране окружающей среды (Куонио, Финляндия, 1992), на Международном семинаре SCOPE\RADPATH «Радиоэкология после Чернобыля» (Ланкастер, Великобритания, 1990), на 4-х научных семинарах в американских радиоэкологических лабораториях (ОкРидж, Саванна-Ривер, Хенфорд, 1992-1993 гг.), на II радиоэкологическом съезде (Киев, 1993), на 77-ой конференции канадского химического общества, посвященной проблемам охраны окружающей среды (Виннипег, Канада, 1994), на Международном семинаре по радиоэкологии пресных вод и эстуариев (Лиссабон, Португалия, 1994), на Международном семинаре по программе ЮНЕСКО «Биологическое разнообразие в районах, загрязненных радионуклидами после Чернобыльской аварии» (Москва, 1994), на Всероссийской конференции «Радиоэкологические, медицинские и социально-экономические последствия аварии на ЧАЭС» (Галичино, 1995), на II Международном симпозиуме по окуневым рыбам (Вааза, Финляндия, 1995), на Международном семинаре по размножению рыб (Чешске-Будуевице, Чехия, 1996), на I Международной конференции СНГ/ЕС по радиоэкологическим последствиям аварии на ЧАЭС (Минск, 1996), на Международной конференции, посвященной 10 годовщине аварии на ЧАЭС (МАГАТЭ, Вена, Австрия, 1996), на YI, IX, XIII Международных Европейских ихтиологических конгрессах (Будапешт, Венгрия, 1988, Стокгольм, Швеция, 1994, Триест, Италия, 1997), на III Съезде по радиационным исследованиям (Москва, 1997), на I Съезде российских ихтиологов (Астрахань, 1997), на международной конференции «Радиобиологические и медико-биологические последствия Чернобыльской катастрофы и проблемы международного сотрудничества (Минск, 1998).
Публикации. Содержание диссертации отражено в 3 монографиях ( в соавторстве), 82 статьях, 42 тезисах докладов. В ходе работы получено 4 международных патента и 3 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, десяти глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на І^О страницах машинописного текста, включая 55рисунков,2.0 фотографий иЗОтаблиц.
