ДИНАМИКА БИОРАЗНООБРАЗИЯ В УСЛОВИЯХ РАДИОАКТИВНОРО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Одним из непредвиденных негативных последствий крупнейшего достижения науки XX в. — освоения энергии атома — стало наличие земель, загрязненных радионуклидами. В первую очередь это касается территорий полигонов по испытанию атомного оружия, земель, подвергшихся загрязнению в результате аварий на предприятиях атомной промышленности и АЭС, зон вокруг предприятий по добыче, переработке и хранению радиоактивных материалов.
Биота — наиболее динамичная составляющая любого ландшафта. При радиоактивном загрязнении она испытывает дополнительное воздействие, которое никак не затрагивает другие элементы ландшафта: подстилающие породы, воду, почву, атмосферу, поскольку выделяемая при радиоактивном распаде энергия слишком ничтожна по сравнению с потоком энергии солнечного излучения. Действие же на растения и животных при этом может быть достаточно эффективным. Однако эти же дозы даже при высоких уровнях загрязнений среды недостаточны, чтобы воздействовать на грибы и микроорганизмы. Экологу приходится учитывать несколько новых
530
ТЕХНОГЕННЫЕ КАТАСТРОФЫ - УГРОЗА БИОРАЗНООБРАЗИЮ
факторов в зонах радиоактивного загрязнения, выделенных в радиационные заповедники (Криволуцкий, 1996).
В радиационных зонах, где прекращена хозяйственная деятельность человека, продолжаются естественные процессы динамики экосистем и ландшафта: сукцессионные изменения растительного покрова и животного мира, перераспределение выпавших радионуклидов по ярусам биогеоценоза, естественная динамика почвенного покрова, зарастание сначала бурьянами, а затем лесной растительностью бывших пастбищ, сенокосов и пахотных земель. Но и радиоактивное загрязнение оказывает активное воздействие на жизнь облучаемых живых организмов, их популяций, сообществ и экосистем. Такие экосистемы живут в особом режиме и отнюдь не нейтральны по отношению к окружающим территориям.
Так, лесные породы здесь сильнее поражены вредителями (стволовыми, листовыми, корневой губкой), сильно поражены вредителями оставшиеся в зоне отселения насаждения фруктовых деревьев и сельскохозяйственных растений. Так, в первый год после аварии на Чернобыльской АЭС посадки картофеля в зоне отселения на 96% были уничтожены колорадским жуком. По некоторым данным, в зонах радиоактивного загрязнения из-за ослабления физиологического состояния и, возможно, иммунитета диких животных активизируются очаги природно-очаговых инфекций, таких, как клещевой энцефалит, туляремия, инфекционная желтуха. В этих зонах находят для себя убежище вредные для человека виды зверей, в частности волки. На землях радиоактивного загрязнения динамичны и создаваемые излучением «дозовые поля*, поскольку радионуклиды, выпавшие первоначально в форме аэрозолей на листву, траву и поверхность почвы, с годами оказываются почти полностью аккумулированными почвенным покровом. Это изменение дозовых полей определяющим образом воздействует на динамику растительного и животного мира. Рассмотрим это на примере изученной нами в 1986— 1999 гг. динамики животного населения почв в непосредственной близости от Чернобыльской АЭС. В обследованных биотопах численность беспозвоночных неодинакова и сильно варьирует. Минимальная (12—39 экз./м2) — на участках песчаных пляжей, крутых и обрывистых участках надпойменных террас, лишенных растительности, в молодом сосновом лесу; средняя (40—90 экз./м2) — на пастбищных лугах, в смешанном337
ГЛАВА УП
лесу, старом сосновом лесу, склонах надпойменных террас, заросших растительностью, на пастбищных лугах; максимальная (91—160, местами до 300 экз./м2) — в супралиторальной зоне, прибрежных кустарниках, сенокосных лугах, пойменных увлажненных лиственных лесах, по берегам болот, Стариц, ручьев, заросших растительностью.
Обследование почв зоны, подвергшейся радиоактивному загрязнению, проводилось с середины июня 1986 по 2001 г.
сотрудниками Лаборатории биоиндикации ныне ИПЭЭ РАН им. А.Н. Северцова. Проведенные учеты показали, что почвенные животные (обитатели лесной подстилки) сильно пострадали в результате радиоактивного загрязнения среды в районе ЧАЭС на удалении 3—7 км от станции. Численность массовых групп почвенных клещей, а также ранних стадий развития животных из числа мезофауны сократилась примерно в 30 раз на середину июля 1986 г. Значительно слабее, в 2—3 раза, уменьшилась численность мезофауны на полях в толще пахотных почв, причем ни для одной группы животных, а они обитают в основном в слое почвы 5—20 см, не было отмечено катастрофического падения численности. Радиоактивное загрязнение нарушило процесс нормального воспроизводства популяций самых разных почвенных обитателей. В районе Чернобыля среди почвенного населения в сосновых лесах отсутствовали личинки и нимфы микрофауны первых возрастов. В пахотных почвах такой гибели молоди не наблюдалось, но численность молодых дождевых червей была в четыре раза ниже, чем на незагрязненных участках (Криволуцкий и др., 1996).Поскольку мощности облучения почвенной фауны были определены, можно заключить, что дозы порядка 29 Грей вызывали катастрофические изменения в сообществе микрофауны, а около 8 Грей — регистрируемые, но незначительные изменения среди обитателей поверхности почвы. В пахотных почвах даже при суммарной экспозиционной дозе около 86 Грей на поверхности животные в толще почвы пострадали относительно слабо, вероятно, из-за того, что были хорошо защищены экранирующим слоем почвы от бета-излучения, вклад которого в общую дозу составлял около 94%. Последующие учеты показали, что уже с поздней осени 1986 г. даже на самых загрязненных участках зоны началось медленное восстановление животного населения почвы. Сначала появи-
338
ТЕХНОГЕННЫЕ КАТАСТРОФЫ - УГРОЗА БИОРАЗНООБРАЗИЮ
лись отдельные личинки и нимфы, т.
е. началось размножение животных. Весной 1987 г. численность микрофауны составляла еще менее половины от контроля.Через год после аварии почвенная фауна интенсивно восстанавливалась даже в наиболее пострадавших участках. Численность дождевых червей составляла около 15% контрольной, но наличие их коконов свидетельствовало о размножении этих животных даже в наиболее загрязненных почвах.
Осенью 1987 г. общая численность почвенной фауны по многим группам сравнялась, хотя структура популяций видов еще была «ущербной»: интенсивность процессов размножения еще сильно отставала от контрольных участков. И только к осени 1988 г. (учеты были проведены в середине октября) по общей численности мезо- и микрофауна почвы практически полностью восстановилась по общему обилию, видовому разнообразию в основных чертах и по динамическим показателям структуры популяций. Можно было заключить, что остаточный уровень радиоактивности почвы уже не оказывал подавляющего влияния на восстановление животного населения почв. Это было отмечено и для тех участков прилегающего к ЧАЭС «Рыжего леса», которые еще не были сведены и засыпаны слоем песка. Таким образом, через 2,5 года после аварии почвенное население количественно и функционально полностью восстановилось, но его видовое разнообразие и через 15 лет составляло для разных групп организмов 45—75% от исходного.
Некоторые закономерности можно выделить в функционировании сообществ на этих территориях.
1. Эффекты изоляции экосистем, их развитие по принципу «островных экосистем* на местности, где живая природа функционирует в совершенно ином режиме. Специфика островных экосистем хорошо описана Р. Мак-Артуром, но общий итоговый результат происходящих здесь экологических процессов — обеднение биоты «островов» в видовом отношении, потеря биоразнообразия из-за того, что популяции тех видов, которые находятся в угнетенном состоянии постоянно или при экстремальных изменениях среды, но получают пополнения извне и имеют больше вероятности погибнуть, исчезнуть из экосистемы, чем на большом непрерывном ареале.
Более того, исходный биотический потенциал заповеданной ныне территории существенно ниже, чем потенциал окружа-339
ГЛАВА VII
ющих земель, поскольку радиационные заповедники все созданы на участках, непосредственно примыкающих к крупным промышленным объектам и населенным пунктам, освоенным человеком уже несколько столетий, как это можно видеть в Чернобыле и на Южном Урале. В то же время на окружающих землях сохранялись естественные экосистемы на неудобных для освоения участках, землях лесного фонда, по болотам, поймам рек, в охотничьих хозяйствах и т.п., где разнообразие фауны и флоры все еще велико, в противоположность экосистемам на заброшенных пашнях, выпасах и поселках, где созданы радиационные заповедники.
2. Эффекты режима заповедания. Закрытые для населения, охотников, рыболовов, туристов земли, где животный мир находится в безопасности, а растительность не подвергается уничтожению через пастьбу скота, порубки и выжигание, становятся весьма привлекательными зонами для постоянного и временного концентрирования многих животных, особенно охотничье-промысловых. В закрытой зоне вокруг Чернобыльской АЭС уже в 1986 г., в первый год после аварии, появилось множество ранее здесь отсутствовавших лосей, кабанов, несколько стай волков, стадо благородных оленей, около 400 лисиц, которые все пришли в «спокойную* зону, спасаясь от охотников из Белоруссии, Брянской области России, областей Украинского Полесья. На 30 лет раньше такие же процессы отмечались в зоне загрязнения на Южном Урале, где появились оседлые популяции ранее отсутствовавших лосей, косуль, кабанов, волков, барсуков, рысей, тетеревов и т.д. Поразительный факт — только на территории Восточно- Уральского государственного заповедника, где местами уровень радиоактивного загрязнения превышает допустимый в 1000 раз, встречаются единственные во всей зауральской лесостепи гнездовья четырех видов крупных хищных птиц, внесенных в Красные книги России и СССР, здесь гнездятся и успешно размножаются такие крупные птицы, как глухарь, тетерев, тетеревятник, орлан-белохвост, большой подорлик, уральская неясыть, лебедь, серый журавль.
На этой радиоактивной территории постоянно высока численность сибирской косули, лося, зайца, ондатры, барсука, горностая, степного хорька, куницы и ряда других млекопитающих, которые повсюду очень редки в освоенных под сельское хозяйство равнинных районах Челябинской и Свердловской областей.340
ТЕХНОГЕННЫЕ КАТАСТРОФЫ — УГРОЗА БИОРАЗНООБРАЗИЮ
И причина здесь в том, что зверей и птиц не отстреливают и не беспокоят в период размножения. Такие редкие виды, как филин, скопа, большой подорлик и орлан-белохвост, чаще встречаются на территории радиационного заповедника на Южном Урале, ч.ем на соседних неохраняемых территориях. По наблюдениямс одного из авторов в июне 1991 г. на Семипалатинском полигоне многочисленными были степные виды жаворонков, отмгечена высокая плотность серой куропатки, обычными были ібалобан, болотный, степной и полевой луни, кобчик, обыкнов»енный канюк, степной орел, беркут, савка, многие из которых практически отсутствовали вне охраняемой зоны ядерно»го полигона. Последние три вида занесены в Красную книгу СССР (Криволуцкий, 1996; Лебедева, 1999; Криволуцкий и дер., 2000).
3. Эффекты радиационной динамики. Кроме упомянутых выше косвенных факторов сильнейшее влияние оказывает на биоразнообразие и прямое воздействие ионизирующей радиации, преимущественно в условиях нагрузки выше 0,5—0,7 Р/сут окспозиционной дозы. Наиболее подробно влияние динамиски радиационной обстановки на животное население изучено в зоне загрязнения Чернобыльской АЭС (Криволуцкий, L996). Здесь косвенные факторы определя- : ли динамику населения птиц и крупных млекопитающих, ‘ но динамика поч венной фауны в лесах вокруг ЧАЭС полно- ! стью зависит от радиационного режима. При поверхностном загрязнении почга радионуклидами 1811,134Cs, 137Cs, “Sr, 239Pu и др. в апреле—жіае 1986 г. через два месяца наблюдалась ; подлинная экологическая катастрофа в зооценозах почвы, когда погибло более 90% видов беспозвоночных — обитате- ■ лей почвы. По меере радиоактивного распада радионуклидов і иода и лантанидов дозы облучения снизились в десятки раз •іи уже с 1987 г. навчалось медленное восстановление популяций и сообществ.. Общая численность микроартропод вос- . становилась череез 2—3 года после аварии за счет глубоко- ^почвенных мелких организмов, их биоразнообразие достигало только 50% от контроля в течение 5 лет, а с 1993 по 1995 г. началось ^восстановление биоразнообразия и поверхностно обитающих видов, которые стали обильны в почвах в 1995 г., хотя иіх разнообразие составляло около 50% от исходного, но ко. личество видов во всех горизонтах почвы было уже 75—80 % от контроля.
341
ГЛАВА VH
Показатели биоразнообразия очень динамичны — при исчезновении повышенной радиации даже такой насыщенный видами комплекс, как почвенная фауна, восстанавливается примерно за 2 года, а при продолжении действия радиационного фактора население почвы не восстанавливается и за 100 лет, как это можно видеть в Республике Коми на почвах, загрязненных 230Th, 22eRa, 288U.
Итак, биота — наиболее динамичный компонент ландшафта в зонах аварийного или техногенного радиоактивного загрязнения. Наличие многих видов растений и животных, которых можно использовать как биоиндикаторов качества окружающей среды, позволяет успешно вести биомониторинг на загрязненных землях, оценивать риск проживания для населения. В то же время в закрытых для населения, изолированных радиационных заповедниках активно проявляются и косвенные эффекты изоляции: миграция птиц и зверей извне в «спокойные* для жизни и размножения зоны.