Особенности накопления 137cs у рыб разных трофических уровней из водоемов, загрязненных радионуклидами в результате аварии на чернобыльской аэс
На правах рукописи
Полякова Наталья Игоревна ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ 137CS У РЫБ РАЗНЫХ ТРОФИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ ИЗ ВОДОЕМОВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ В РЕЗУЛЬТАТЕ АВАРИИ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС Специальность 03.00.10 – ихтиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
МОСКВА - 2008
Работа выполнена в Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН.
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор М. И. Шатуновский Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, г. Москва
Официальные оппоненты: доктор биологических наук А. Д. Мочек Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, г. Москва доктор биологических наук А. В. Коноплёв Государственное учреждение научно-производственное объединение «Тайфун», г. Обнинск, Калужской области
Ведущая организация: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (биологический факультет)
Защита состоится « 27 » февраля 2008 года в 14 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.213. при Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, по адресу: 119071, г. Москва, Ленинский проспект, д. 33, тел/факс (495) 952-35-84, e-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Отделения биологических наук РАН по адресу: 119071, г. Москва, Ленинский проспект, д.
Автореферат разослан « 25 » января 2008 года.
Учёный секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций, кандидат биологических наук Т.П.Крапивко
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. Чернобыльская авария, отнесенная по своей значимости к (наивысшему) уровню (Израэль и др., 1987) по шкале ядерных событий, является крупнейшей ядерной катастрофой прошлого века. В отличие от глобальных выпадений радионуклидов, чернобыльские выпадения характеризовались чрезвычайно высокими локальными уровнями. Неравномерный характер выбросов радионуклидов из разрушенного реактора, сложная траектория движения воздушных масс, различия в выпадении атмосферных осадков, ландшафтных и микроклиматических условий привели к формированию чрезвычайно пятнистого загрязнения территорий. В частности, радиоэкологические исследования выявили высокие уровни удельной активности 137Cs во многих реках и озерах России и Беларуси, расположенных на расстоянии более 200 км от места аварии (Ryabov, Belova et al., 1996;
Кудельский и др., 1998;
2000;
Смит и др., 2000;
Рябов, 2004;
Крышев, Рябов, 2005).
Возросший радиационный фон в результате аварии на ЧАЭС стал одним из дополнительных экологических факторов в водных экосистемах Европы, особенно на значительных территориях Украины, Беларуси и России. На водосборных территориях Днепра и Припяти вследствие Чернобыльской аварии сформировалась обширная зона радиоактивного загрязнения, что привело к загрязнению радионуклидами многих рыбохозяйственных водоемов (Поликарпов, 1990;
Соботович, 1990 и др.).
Около 9 млн. человек оказались подвержены дополнительному облучению вследствие потребления питьевой воды из Днепра и до 30 млн. человек за счет потребления рыбы и использования загрязненных вод этой реки для орошаемого земледелия («Моделирование и изучение механизмов переноса радиоактивных веществ...», 1996).
На ранних стадиях аварии наибольшей радиобиологической значимостью обладали короткоживущие радионуклиды, в первую очередь 131I (Российский национальный доклад, 2001). В долгосрочном аспекте радиоэкологическая значимость аварии на ЧАЭС в значительной мере определяется загрязнением территории аварийного следа долгоживущими радионуклидами - 137Cs и 90Sr (Крышев, Рязанцев, 2000).
До настоящего времени существуют водоемы с высокими уровнями удельной активности 137Cs в гидробионтах, в частности рыбах, являющихся одним из основных источников поступления радионуклида по пищевым цепям к человеку. В связи с этим возникают актуальные задачи по исследованию в многолетнем аспекте как накопления, так и перераспределения 137Cs по пищевым цепям, а также по изучению закономерностей накопления этого радионуклида в зависимости от биологических показателей рыб (пола, возраста, характера питания).
Цель и задачи работы. Целью данной работы явилось детальное изучение особенностей накопления 137Cs у рыб разных трофических уровней в водоемах разного типа (река, озеро, водохранилище), загрязненных радионуклидами после аварии на Чернобыльской АЭС.
Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи: 1 - анализ рыбного населения и структуры популяций отдельных видов рыб исследуемых водоемов (видовой состав, трофические связи, численность, соотношение полов и отдельных возрастных групп, характер питания самок и самцов разных возрастных групп);
2 – изучение особенностей накопления 137Cs у особей речных, озерных и водохранилищных популяций отдельных видов с привлечением других опубликованных данных;
3 - исследование особенностей накопления и миграции 137Cs у отдельных видов рыб, занимающих различные трофические уровни;
4 - анализ сезонных, возрастных и половых особенностей накопления 137Cs у исследованных видов рыб;
5 - определение особенностей накопления 137Cs у рыб различных трофических уровней в ряду поколений.
Научная новизна. Настоящая работа является детальным исследованием накопления 137Cs у рыб разных трофических уровней, возраста и пола из водоемов, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС (Киевское водохранилище, р. Тетерев, оз. Кожановское).
1. На основе анализа возрастной специфики накопления 137Cs у рыб разных трофических уровней из исследованных водоемов показано, что в периоды массированного поступления радионуклида в водоемы максимальные значения удельной активности отмечаются у рыб младших возрастных классов;
в периоды общего снижения уровня загрязнения водоемов наибольшая удельная активность 137Cs отмечена у рыб старших возрастов.
2. Впервые выявлены различия в динамике накопления 137Cs у одновозрастных самок и самцов щуки в отдельные сезоны года: самцы в весенне-летний период имеют более высокую удельную активность 137Cs в мышцах, чем самки, что связано с преобладанием в это время в их спектре питания окуня и щуки.
3. Исследование накопления 137Cs в ряду поколений рыб разных трофических уровней показало, что максимальная удельная активность радионуклида характерна для особей доаварийных генераций и генерации рыб 1986 г., получивших наибольшую радиационную нагрузку.
4. В исследованных водоемах у большинства видов рыб отмечено снижение доли самцов в составе нерестовой части популяции.
Практическая значимость работы.
1. Полученные данные могут быть использованы в системе экологического мониторинга водной среды для оценки радиоэкологического состояния водоемов, подвергшихся радиоактивному загрязнению.
2. Обоснована возможность использования рыб разных возрастных категорий в качестве индикаторов радиоактивного загрязнения при различной степени загрязненности водоемов.
3. Даны рекомендации по снижению риска поступления 137Cs в организм человека при употреблении рыб из исследованных водоемов в пищу с учетом видовых, сезонных и размерных закономерностей накопления и выведения радионуклида.
4. Данные, полученные в работе, могут быть использованы при разработке моделей миграции радионуклидов в водных экосистемах.
Апробация. Основные результаты исследований автора, изложенные в диссертационной работе, были представлены и обсуждены: на IX Международном европейском ихтиологическом конгрессе (Италия, 1997), на III Съезде по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) (Москва, 1997), на Международной конференции «Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях» (Санкт-Петербург, 2000), на Международной научной конференции «Пятнадцать лет Чернобыльской катастрофы. Опыт преодоления» (Киев, 2001), на Международной конференции «Биологические эффекты малых доз радиации.
Радиоактивное загрязнение среды» (Сыктывкар, 2001), на IV съезде по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) (Москва, 2001), на Международной конференции «Новые технологии в решении проблем сохранения биоразнообразия в водных экосистемах» (Москва, 2002), на Всероссийской конференции «Актуальные проблемы водохранилищ» (Ярославль, 2002), на III Международном симпозиуме «Механизмы действия сверхмалых доз» (Москва, 2002), на Международной конференции «Биотехнология – окружающей среде» (Москва, 2004), на Международной научной конференции «Новые технологии в решении проблем сохранения биоразнообразия в водных экосистемах» (Москва, 2005), на V съезде по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) (Москва, 2006).
Диссертация апробирована на совместном заседании 4-х лабораторий: экологии водных сообществ и инвазий, поведения низших позвоночных, экологии низших позвоночных, экологического мониторинга регионов АЭС и биоиндикации Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН и кафедры ихтиологии Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Публикации. Материалы диссертационной работы представлены в четырех статьях, в главе коллективной монографии, а также в 19 опубликованных тезисах докладов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы (110 источников). Работа насчитывает 195 страниц, 77 рисунков и 142 таблицы.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю профессору, д.б.н. Михаилу Ильичу Шатуновскому. Автор признательна начальнику Комплексной радиоэкологической экспедиции РАН д.б.н. Игорю Николаевичу Рябову, вложившему много сил в организацию работ по проведению радиоэкологического мониторинга гидробионтов на территориях, загрязненных радионуклидами в результате аварии на Чернобыльской АЭС, а также за оказанное ценное содействие на разных этапах работы. Автор выражает благодарность за предоставленные для исследований материалы сотруднице кафедры ихтиологии МГУ им. М.В. Ломоносова к.б.н. Наталье Васильевне Беловой. Выражаю глубокую признательность сотрудникам лаборатории экологического мониторинга регионов АЭС и биоиндикации, особенно Любови Андреевне Пельгуновой, заведующему лабораторией, к.б.н. Игорю Александровичу Рябцеву, Ольге Артемьевне Шмелевой, Людмиле Васильевне Рябовой, Николаю Васильевичу Гембе за помощь в работе.
Существенная часть исследований по теме диссертации выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 03-04-48977).
Часть результатов получена при выполнении работ по международным проектам: ECP – 3 «Моделирование и исследование механизмов поведения радионуклидов в водных объектах и их миграции с наземных в водные экосистемы»;
ИНТАС 01 – «Радиоэкологическое изучение пруда-охладителя Чернобыльской АЭС и оптимизация протекающих процессов (пруд-охладитель ЧАЭС)».
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Состояние изученности закономерностей накопления Cs рыбами пресноводных водоемов Из литературных данных известно, что преобладающим путем поступления 137Cs в организм рыб является алиментарный (Буянов и др., 1976;
Ильин и др., 1961;
Флейшман, 1971;
Шеханова, 1983). Поступление 137Cs, как и других радионуклидов, в рыбу в значительной степени зависит от ее рациона и спектра питания (Махмуратов и др., 1973;
Буянов, 1973;
Буянов и др., 1979;
Ильенко, 1974;
Крышев, Рябов и др., 1993, 1996;
Рябов, 2004;
Кузьменко, 2000;
Зарубин, 2001;
Гудков, 2007 и др.).
Показано, что на уровень накопления радиоактивных веществ рыбами влияют многочисленные абиотические и биотические факторы (Ильенко, 1969, 1970;
Буянов, Антоненко, 1975;
Шеханова, 1978, 1983;
Ильенко, Крапивко, 1989;
Куликов, 1988;
Рябов, 1992;
Кудельский, 1999;
Кленус, 2002;
Гудков, 2007 и многие др.).
Одним из важнейших результатов исследований было установление обратной зависимости накопления долгоживущего 137Cs в организме рыб от общей минерализации воды и концентрации в ней его химического аналога - K. Виды рыб, обитающие в слабоминерализованных водоемах, содержат в десятки и сотни раз больше 137Cs, чем гидробионты морей, океанов и пресноводных водоемов с высоким содержанием калия в воде (Марей и др., 1958;
Gustafson, 1965;
Kolehmainen et al., 1966;
Флейшман, 1982;
Рябов и др., 1997;
Кудельский и др., 1999;
Рябов, 2004 и др.).
Было установлено, что интенсивность накопления радионуклидов рыбами находится в тесной зависимости от температурных условий. При увеличении температуры воды на 10 градусов коэффициент накопления радионуклидов в рыбе возрастает в 2,37 раза (Катков, 1985).
Вскоре после аварии на Чернобыльской АЭС было установлено, что самые высокие показатели удельной активности 137Cs в рыбе были обнаружены среди мирных видов рыб, что было вызвано быстрым накоплением радиоцезия в их пище - планктонных организмах и водных растениях. У хищных видов наблюдался сдвиг максимума накопления по времени и наивысшие уровни были отмечены в 1987-1988 гг. (Волкова и др., 1993;
Крышев, 1988;
Рябов и др., 1992 и др.).
Особый радиоэкологический интерес представляет установление значительного вторичного загрязнения 137Cs рыб и других гидробионтов р. Тетерев и Киевского водохранилища, произошедшего весной 1996 года. Увеличение удельной активности Cs в тканях рыб было вызвано значительным смывом радионуклидов паводком с затопленных прибрежных территорий, а также лесными пожарами в 30-км зоне ЧАЭС в 1995 г. (Рябов, 1997;
Рябов и др., 2001).
Работы, проведенные в первые дни после аварии, впервые выявили наличие «литорального эффекта», который заключался в формировании высоких доз внешнего облучения гидробионтов в прибрежных участках водоемов, особенно в острый период после аварии (Рябов, 1999, 2004). Другой радиоэкологической особенностью рыб, выявленной после аварии на ЧАЭС, был «размерный эффект», выражающийся в большем накоплении радиоцезия в мышцах крупных рыб, по сравнению с мелкими особями этого же вида (Koulikov, Ryabov, 1992;
Рябов и др., 1996;
Рябов, 2004).
После Чернобыльской аварии важным инструментом в оценке радиоэкологических последствий аварийного загрязнения для биоты и человека, а также для прогноза миграции радионуклидов в экосистемах, стали математические модели (Сазыкина, Крышев, 1990;
Крышев, 2000 и др.).
Таким образом, сведения о накоплении 137Cs в рыбах пресноводных водоемов постоянно и активно пополняются благодаря повсеместным радиоэкологическим исследованиям и вниманию к этой глобальной проблеме.
Глава 2. Материал и методы исследования Данная работа является частью исследований, проводимых Комплексной радиоэкологической экспедицией (КРЭЭ) РАН при Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН.
Для оценки радиоэкологического риска для рыб было выбрано три водоема, различающихся по гидрологическим, гидрохимическим, гидробиологическим и радиоэкологическим характеристикам (водохранилище, озеро, река). Наиболее важным участком является северная часть Киевского водохранилища на границе 30-км зоны у п. Страхолесье. Из-за гидробиологических особенностей данный участок является местом повышенного накопления радионуклидов, выносимых рекой Припять.
Несмотря на то, что формально этот участок считается зоной ограниченной хозяйственной активности, он использовался и используется в настоящее время для промысла рыбы.
Вторым участком является р. Тетерев в районе п. Ораное, которая дает возможность оценить вклад в загрязнение рыб Киевского водохранилища непосредственно реками, протекающими через 30-км зону. Эту точку можно назвать “фоновой” для рыб буферной зоны.
Для сравнительной радиоэкологической характеристики рыб из водоемов разного типа, было выбрано оз. Кожановское, являющееся на сегодняшний день одним из наиболее загрязненных радионуклидами, в частности 137Cs.
За период исследований (1995-2007 гг.) было отобрано и проанализировано более 4000 проб рыб 7 видов: красноперка (Scardinius erythrophthalmus L.), лещ (Abramis brama L.), плотва (Rutilus rutilus L.), линь (Tinca tinca L.), серебряный карась (Carassius auratus gibelio Bloch), судак (Sander lucioperca L.), щука (Esox lucius L.).
Объем обработанного материала представлен в табл. 1.
Таблица 1. Объем собранного и обработанного материала (экз.).
Объект исследований Число Питание Возраст Спектрометричес Сроки исследованных кий анализ проб проведения рыб рыб работ Киевское водохранилище Красноперка 492 121 315 Линь 260 89 203 Серебряный карась 145 27 114 1987 - Лещ 544 152 302 Плотва 501 130 347 Щука 315 315 300 Судак 121 121 - озеро Кожановское Серебряный карась 157 45 145 1993 - Плотва 70 50 70 Щука 41 3 41 река Тетерев Красноперка 104 104 104 Линь 91 91 83 Серебряный карась 120 120 115 1990, Лещ 345 333 289 1995 - Плотва 500 480 470 Щука 501 460 460 Судак 98 98 - При выполнении работ применяли традиционные ихтиологические методики.
Биологический анализ рыб осуществляли по общепринятым методикам (Правдин, 1966). Для составления качественной характеристики питания хищных видов рыб (щука, судак) использовались методики, предложенные Е.Р. Фортунатовой и О.А.
Поповой (1973). У каждой особи проводили анализ содержимого желудочно кишечного тракта (по частоте встречаемости), все пищевые компоненты определяли до вида, у хищных рыб измеряли и взвешивали.
Определение возраста рыб проводилось по чешуе, собранной в 1986-1994 гг.
сотрудниками КРЭЭ, а в 1995 – 2007 гг. нами. Исследования возраста рыб базировались на методиках Н.И. Чугуновой (1959) и Ю.Ю. Дгебуадзе (2001).
Для спектрометрического анализа брали мышцы рыб (100 – 150 г). При анализе мелких особей (менее 100 г) для проб использовали “тушку”, т.е. тело рыбы без внутренностей, головы и хвоста. Пробы высушивали в сушильных шкафах при температуре 100 ± 50 C в течение 3-4 час, затем озоляли. Радиоспектрометрический анализ рыб проведен Л.А. Пельгуновой с использованием спектрометрического комплекса: гамма-спектрометр «Canberra» с детектором из особо чистого германия объемом 60 см3 и анализатором AcсuSpecA. Удельная активность 137Cs рассчитана в Бк/кг сырой массы (с.м.) мышц или тушки.
Для исследований накопления 137Cs у рыб из водоемов разного типа данные по экспедиционным работам по оз. Кожановское, а также материалы по биологическому анализу рыб Киевского водохранилища за период 1987-1994 гг. любезно предоставлены начальником Комплексной радиоэкологической экспедиции д.б.н. И.Н.
Рябовым, сотрудницей кафедры ихтиологии МГУ к.б.н. Н.В. Беловой и инженером Н.В. Гембой.
Глава 3. Гидрологическая, гидрохимическая, гидробиологическая и радиоэкологическая характеристика исследуемых водоемов 3.1. Киевское водохранилище. Киевское водохранилище, занимающее головное положение в каскаде Днепровских водохранилищ, расположенное в юго-западной части лесной зоны Полесья, заполнено в период с 1965 по 1966 гг. Площадь водохранилища (по данным института «Укргидропроект») составляет 922 км2, объем воды 3,73 км3, протяженность - около 100 км. Максимальная ширина водохранилища достигает 14 км, но в некоторых местах оно сужается до 2 – 3 км. Водохранилище мелководно. Дно песчаное, в разной степени заиленное. Водохранилище пополняется водами Днепра и его притоков – Припяти и Тетерева, а также мелких речек и ручьев (Уж, Брагинка, Сельница, Рятуха, Жидок, Ирпень и др.). Концентрация K+ в воде составляет 3,1 мг/л.
Авария на Чернобыльской АЭС резко ухудшила радиоэкологическую ситуацию на Киевском водохранилище. По данным Института гидробиологии АН УССР, в конце мая 1986 г. в воде Киевского водохранилища было зарегистрировано 16 радионуклидов (141Ce и 144Ce, 131I, 103Ru + 103Rh, 140Ba, 106Ru + 106Rh, 134Cs и 137Сs, 95Zr + 95Nb, 95Nb, La, 144Pr и 90Sr). Удельная активность этих радионуклидов в воде колебалась в широких пределах от 0,3 до 1332 Бк/л (Кленус и др., 1989;
1996). Величина аэрозольных выпадений 137Cs на водную поверхность Киевского водохранилища составила 6,18х1013 Бк (6,7х1010 Бк/км2) (ред. Войцехович, 1998).
Радиоактивное загрязнение водных растений также характеризовалось широким набором радионуклидов. Суммарная активность водных растений была: в 1986 г. – (1,5 2,4)х103 Бк/кг, в 1987 г. – (0,7-1,4)х103 Бк/кг. В 1992 г. удельная активность 137Cs значительно варьировала у разных видов. Максимальные показатели отмечалась у роголистника (3,7х103 Бк/кг с.м.), а минимальные у кубышки (0,7х103 Бк/кг с.м.). В период с 1986 по 1989 гг. удельная активность 137Cs в моллюсках Киевского водохранилища варьировала от 44 до 5900 Бк/кг с.м. Удельная активность радионуклида в макрозообентосе (пиявках, ракообразных, личинках насекомых), являющемся основной пищей многих видов рыб, достигала 700 Бк/кг с.м. (Рябов, Пельгунова, 1993). К 1993 г. удельная активность в моллюсках снизилась до 500 Бк/кг с.м., а в 2006-2007 гг. уже составляла в среднем 44 и 15 Бк/кг с.м. соответственно.
3.2. Река Тетерев. Длина реки - 385 км,площадь водосборного бассейна - км2. Берет начало на Волыно-Подольской возвышенности, протекает по Полесью, впадает в Киевское водохранилище в районе п. Страхолесье. Берега большей частью высокие, песчаные, только в нижнем течении, в частности, в районе п. Ораное, низменные и заболоченные.
Крупнейшие притоки: Гуйва и Здвиж (правые), Ирша (левый). Концентрация К+ в воде составляет 3,12-3,40 мг/л.
Суммарная активность радионуклидов в воде р. Тетерев в первой половине мая 1986 г. достигала 4,8 кБк/л (Крышев и др., 1993). Максимальная активность в донных отложениях оценивалась в 3000-4000 Бк/кг с.м., водных растениях – 7000-8000 Бк/кг с.м., в двустворчатых моллюсках -1400 Бк/кг с.м.
По данным исследований 1996-2007 гг., удельная активность 137Cs в гидробионтах существенно снизилась и составляла в моллюсках в 2000 г. - 45 Бк/кг с.м., а в 2007 г. 4 Бк/кг с.м.;
в водных растениях - 1,5 Бк/кг с.м.
3.3. Озеро Кожановское. Озеро расположено в Гордеевском районе Брянской области, рядом с границей Красногорского района, в 210 км от ЧАЭС. Поверхность озера составляет 6 км2, средняя глубина – около 1,5 м, максимальная – 2,5 м, сток воды составляет 0,25 м3/сек. Берега топкие, заросшие околоводной растительностью. Озеро относится к типу эвтрофных водоемов. Дно покрыто мощными иловыми отложениями, которые при дальнейшем заболачивании превращаются в торфяники. Концентрация K+ в воде в течение года колеблется в пределах 0,7-2,7 мг/л (Рябов и др., 2001).
После аварии на ЧАЭС оз. Кожановское стало одним из наиболее загрязненных озер России. Аэрозольные выпадения 137Cs на водосборную площадь озера составили 620 МБк/км2. Характерной особенностью этого озера является относительно слабая фиксирующая способность донных и взвешенных осадков относительно 137Cs. В результате этого концентрация 137Cs в растворенной форме составляет собой величину того же порядка, что и в озерах 10-км зоны Чернобыльской АЭС (Sansone, Voitsekhovitch, 1996). По данным специалистов голландской фирмы “КЕМА”, в воде озера содержание 137Cs в 1993 г. изменялось в пределах от 6,1 до 8,6 Бк/л (Сансоне и др., 1996). Работы, проведенные НПО “Тайфун”, показали, что в придонном слое активность радиоцезия колебалось от 5,9 до 17,6 Бк/л, а в толще воды – от 5,1 до 12, Бк/л. В донных отложениях 137Cs составлял в среднем 6800 Бк/кг с.м. (Крышев и др., 1994). Удельная активность 137Cs у макробеспозвоночных в оз. Кожановское в 1994 г.
значительно зависел от вида и изменялся от 4 (у насекомых) до 40 кБк/кг с.м. (у бокоплавов). Для моллюсков характерны промежуточные значения удельной активности, лежащие в диапазоне 8-23 кБк/кг с.м. (Рябов, Хаддеринг, 1996).
В 1993 г. удельная активность 137Cs в телорезе, одном из массовых водных растений оз. Кожановское, составляла 1095 Бк/кг с.м.
Глава 4. Характеристика рыбного населения и популяций отдельных видов рыб из водоемов, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС В главе обобщены как опубликованные (Рябов, Белова и др., 1996;
Рябов, 2004 и др.), так и собственные данные по биологии 7 видов рыб (красноперка, лещ, плотва, линь, серебряный карась, судак, щука), которые составляют основу промысловых и любительских уловов. Особое внимание в работе уделено росту рыб, возрастным и половым особенностям их питания, соотношению полов в популяции.
4.1. Рыбы Киевского водохранилища.
4.1.1. Красноперка. Популяция красноперки Киевского водохранилища представлена особями в возрасте от 0+ до 9+ лет. В уловах преобладают самки, особенно в старших возрастных группах. В среднем соотношение полов составляет:
самок – 77,7 %, самцов – 22,3%.
В Киевском водохранилище в зимнее время красноперка не питается.
Возобновление питания приходится на начало весны (март – апрель), в это время от до 95 % исследованных рыб были с полными кишечниками. Основным кормом в питании красноперки водохранилища являются нитчатые водоросли (42,1%) и растительный детрит (41,1%). Из животной пищи в кишечнике рыб данного вида зафиксированы брюхоногие моллюски – Gastropoda (6,5%), которые отмечаются только в рационе рыб старше 4 лет. Другие объекты питания – Odonata, Chironomidae и Cladocera - встречаются редко и только в весенний период. У младших возрастных групп среди объектов питания в весенний период преобладают Odonata (80%), в меньшей степени - растительная пища. С возрастом спектр питания красноперки существенно меняется: увеличивается % встречаемости моллюсков, максимальное их потребление отмечается у семигодовиков.
4.1.2. Линь. Популяция линя Киевского водохранилища представлена особями в возрасте от 0+ до 11+ лет. В уловах преобладали самки, особенно в старших возрастных группах, в среднем соотношение полов составляет: самок - 52,3%, самцов – 47,7%. Наиболее интенсивный линейный рост линя отмечен у рыб в возрасте до 4 лет.
Прирост массы тела, наоборот, с возрастом увеличивается. Весовой и линейный рост самок и самцов линя практически одинаковый.
Основной пищей линя Киевского водохранилища являются моллюски Gastropoda (48,0%) и Bivalvia (24,4%). С возрастом в питании линя увеличивается процент бентических форм, которые начинают преобладать над планктонными. В процессе исследований были выявлены сезонные различия в питании самцов и самок линя.
Самки линя более активно потребляют моллюсков, особенно Gastropoda (51,5%), а в летние месяцы встречаемость брюхоногих моллюсков у них достигает 97,5%, в то время как в спектре питания самцов эти объекты отмечаются практически только весной.
4.1.3. Серебряный карась. Популяция серебряного карася Киевского водохранилища в наших выборках представлена особями в возрасте от 0+ до 13+ лет.
Преобладают пятилетние особи (28,4%). По темпу роста серебряный карась Киевского водохранилища опережает карася оз. Кожановское.
В Киевском водохранилище спектр питания серебряного карася в основном состоит из Cladocera (64,3%). В меньшей степени он питается Bivalvia (10%) и личинками Chironomidae (8,4%). В водохранилище серебряный карась начинает питаться в марте, в это время его питание практически целиком состоит из Cladocera (75,0%). Откорм всех возрастных групп серебряного карася осуществляется за счет Cladocera. Моллюски начинают встречаться с возраста 4+. Установлено, что в потреблении отдельных групп организмов самцами и самками имеются определенные различия. Так, самцы в течение года почти в 2,5 раза больше потребляют моллюсков, особенно Bivalvia – 13,7%.
Самки, в свою очередь, Chironomidae (16,3%) и Copepoda (6,8%).
4.1.4. Лещ. В популяции леща Киевского водохранилища встречаются особи от 0+ до 12+ лет. Основу составляют рыбы 3-х и 7-и-летнего возраста (17,1 и 26,5 % соответственно). Быстрее всего лещ растет в первые три года жизни. Темп линейного роста уменьшается в возрасте четырех лет, годовые приросты в среднем снижаются до 29 мм. Максимальные приросты массы тела отмечаются у особей в возрасте 7 и 10 лет.
Линейный рост самцов и самок практически одинаковый. В уловах преобладают самки, в среднем соотношение полов составляет: самок - 52,3 %, самцов – 47,7%.
Спектр питания леща Киевского водохранилища сравнительно широк, но основной пищей являются личинки Chironomidae (64,0 %). Среди моллюсков в спектре питания леща доминирующими являются Bivalvia (7,6%) и, в меньшей степени, Gastropoda – 2,6%. Интенсивность откорма леща в течение года меняется.
Установлено, что с возрастом отмечается снижение встречаемости в пищевом комке Cladocera: у четырехгодовиков их потребление составило всего 2,4%, а в спектре питания рыб старших возрастных категорий в весенний период Cladocera уже не встречались. В питании самцов и самок леща Киевского водохранилища имеются существенные различия в потреблении отдельных групп организмов. Самки в течение года более активно потребляют Bivalvia – 9,0%. На наш взгляд, этот факт очень важен с радиоэкологической точки зрения, так как с потреблением моллюсков увеличивается поступление радионуклидов в организм рыбы.
4.1.5. Плотва. Популяция плотвы Киевского водохранилища представлена особями от 0+ до 12+ лет, в уловах доминируют семилетние рыбы (18,6%). Наиболее интенсивный рост у плотвы отмечен на первых четырех годах жизни. Линейный и весовой рост самцов и самок плотвы одного возраста существенно не различаются.
Встречаемость самцов и самок сильно варьирует по годам, в среднем составляя: самок 73,7%, самцов - 26,3 %.
В Киевском водохранилище плотва питается на протяжении всего года.
Наибольшая активность питания отмечается в начале июня после нереста. Основным кормом плотвы служат моллюски, среди которых преобладают Bivalvia (60%). Второе место по частоте встречаемости принадлежит брюхоногим моллюскам. С возрастом спектр питания плотвы изменяется, так, в рационе четырехгодовалых особей ведущее место занимают Bivalvia (95%), среди других объектов встречались Cladocera и личинки Chironomidae. Спектр питания старших возрастных групп состоит в основном из Gastropoda.
4.1.6. Щука. Популяция щуки Киевского водохранилища представлена особями в возрасте от 0+ до 12+ лет. Основу составляют рыбы моложе 7 лет (88,1%). Доминируют в уловах 3-х-летние (24,3%) и 4-х-летние (29,7%) особи. Самый высокий темп линейного роста у щуки Киевского водохранилища отмечен в первые два года жизни.
С наступлением половой зрелости, в возрасте трех лет, темп линейного роста уменьшается. Масса тела щуки с возрастом резко увеличивается, максимальный весовой прирост выявлен у щук в возрасте восьми лет (2100 г). Соотношение полов составляет: самок - 69,3%, самцов – 30,7%.
Щука в Киевском водохранилище, как и в других водоемах (Теплова, Теплов, Фортунатова, Попова, 1973 и др.), питается на протяжении всего года. Спектр питания насчитывает 17 объектов, из которых на долю рыб приходится 94,2%. Ведущее место занимают плотва (30,8%), в меньшей степени окунь (10,5%) и густера (10,5%).
Основу питания сеголеток щуки в водохранилище составляет верховка. Начиная со второго года жизни, спектр питания щуки значительно расширяется. Основным компонентом является молодь карповых рыб, среди которых ведущее место принадлежит плотве (37,5%). С наступлением половой зрелости спектр питания щуки продолжает расширяться: 3-х-годовалые рыбы начинают потреблять в большом количестве хищников, среди которых наибольшее значение имеет окунь (21,4%). К четырем годам линейные размеры большинства жертв щуки увеличиваются, но в то же время происходит уменьшение относительного размера жертв. Спектр питания щуки при длине 400 мм состоит из окуня (средней длиной 285 мм), плотвы (130-170 мм) и леща (240 мм). Максимальный размер жертвы, захваченной щукой длиной 899 мм, составил 410 мм.
Важно отметить, что в питании самцов ведущее место наряду с плотвой занимает окунь (21,5%). В отличие от самцов, самки потребляют представителей хищных видов рыб почти в два раза меньше, в их рационе довольно часто отмечаются мелкие особи леща и густеры.
4.1.7. Судак. Продолжительность жизни судака Киевского водохранилища довольно короткая - в промысловом стаде отмечаются особи в возрасте до 7 лет (Зубенко, 1999).
После Чернобыльской аварии этот показатель не изменился.
Исследования показали, что соотношение полов в уловах варьирует по годам и составляет в среднем: самок – 47,7 %, а самцов – 52,3 %.
Установлено, что спектр питания судака Киевского водохранилища насчитывает объектов, из которых на долю рыб приходится 97%. Основной пищей является плотва (35,3%), в меньшей степени – бычок-песочник (Neоgobius fluviatilis) и бычок-цуцик (Proterorhinus marmoratus) (18,2%). Среди других объектов питания отмечен представитель двустворчатых моллюсков – дрейссенид (3,1%). На протяжении года спектр питания и интенсивность откорма судака меняется. В наших материалах у судака размером тела от 251 до 300 мм питание в основном состояло из плотвы - 50%.
Второстепенными объектами служили молодь самого судака и бычки. В дальнейшем, с увеличением размера хищника, происходит расширение спектра питания. В процессе исследований были выявлены различия в питании самок и самцов судака. Спектр питания самок включает 5 объектов, среди которых доминирует плотва (43,5%), реже встречаются бычок-песочник и бычок-цуцик (12,9%), пескарь и уклейка – по 15,7%.
Хищные виды рыб составляют 20,5% пищевого комка, в то время как у самцов их вклад несколько ниже и составляет 15,0 %.
4.2. Рыбы реки Тетерев.
4.2.1. Красноперка. В реке красноперка представлена семью возрастными группами, из которых наиболее многочисленны особи в возрасте 1+ и 2+ длиной 72 – 110 мм.
Самый интенсивный рост у красноперки наблюдается до наступления половой зрелости, т.е. в течение первых двух лет, причем прирост первого года – наибольший.
Максимальные весовые приросты отмечаются у красноперки на восьмом году жизни 217 г. Процент встречаемости самок и самцов в уловах сильно варьирует. С 2000 г. в уловах р. Тетерев встречались только самки.
В реке Тетерев красноперка питается с весны до осени. Спектр питания красноперки в основном состоит из объектов растительного происхождения.
4.2.2. Линь. Популяция линя р. Тетерев в наших материалах представлена особями в возрасте от 2+ до 11+ лет. В уловах обычно преобладают самки, в среднем соотношение полов составляет: самок - 51,5%, самцов – 48,5%. В длину линь быстрее всего растет в первые два года, к трем годам темп линейного роста резко снижается – 30 мм/год. Прирост массы тела с возрастом увеличивается.
В течение года интенсивность откорма линя меняется. Наиболее активно он питается в весенний период. Установлено, что с ноября линь в р. Тетерев, как и в других водоемах, прекращает питаться и начинает зимовальную миграцию.
4.2.3. Серебряный карась. Популяция серебряного карася р. Тетерев в наших выборках представлена особями в возрасте от 1+ до 11+ лет. В р. Тетерев серебряный карась растет медленнее, чем в Киевском водохранилище и оз. Кожановское. В уловах обычно преобладают самки, в среднем соотношение полов составляет: самок – 68,0%, самцов – 32,0%.
В реке серебряный карась начинает питаться в марте. К лету число питающихся особей по сравнению с весенними месяцами увеличивается вдвое (71,0%). В осенние месяцы интенсивность откорма у особей карася не уменьшается (72,0%). Откорм у данного вида прекращается в зимний период.
4.2.4. Лещ. Популяция леща р. Тетерев представлена особями от 1+ до 13+ лет.
Основу составляют рыбы 3-х и 4-х-летнего возраста (48,4 и 16,8 % соответственно). В реке половозрелым лещ становится в возрасте трех лет. Лещ растет довольно равномерно во всех возрастных группах, резкое снижение приростов наблюдается в семилетнем возрасте. Темп роста массы тела с возрастом увеличивается, максимальные приросты отмечаются у рыб с 5 до 9 лет (в среднем 200 г). В уловах доминируют самки, в среднем соотношение полов составляет: самок- 59,5%, самцов – 40,5%.
4.2.5. Плотва. Популяция плотвы р. Тетерев представлена особями в возрасте от 1+ до 11+ лет. В уловах доминируют рыбы в возрасте четырех (21,8%) и пяти (22,8%) лет.
Половой состав плотвы в уловах в разные годы не одинаков, в среднем соотношение полов составляет: самок – 49,4%, самцов – 50,6%. Самый интенсивный линейный рост плотвы р. Тетерев отмечен в первые четыре года. Масса тела плотвы с возрастом резко увеличивается, максимальный весовой прирост выявлен у рыб в возрасте семи лет ( г). Линейный рост самцов и самок практически одинаковый. Весовые приросты несколько отличаются у рыб разных полов, так, у самцов во всех возрастных группах отмечаются более высокие средние приросты массы тела без внутренностей, чем у самок. Наибольшая разница весовых показателей наблюдается у старших возрастных групп, например, у самцов в возрасте 7 лет масса составляла 279 г, а у самок этот показатель был ниже на 60 г.
4.2.6. Щука. Популяция щуки реки Тетерев представлена особями в возрасте от 0+ до 11+ лет. Основу составляют рыбы моложе 5 лет, на их долю приходится 75,3%. В уловах доминируют рыбы в возрасте 2-х и 3-х лет. В уловах обычно преобладают самки, в среднем соотношение полов составляет: самок - 52,6%, самцов – 47,4%.
Щука р. Тетерев характеризуется неравномерным линейным и весовым ростом. По наблюденным данным, быстрее всего щука растет на первых двух годах жизни. Масса тела, наоборот, с возрастом резко увеличивается, максимальный прирост выявлен у щук в возрасте семи лет (1075 г). Линейный и весовой рост самцов и самок практически одинаковый.
Установлено, что спектр питания щуки р. Тетерев насчитывает 29 объектов. Основу его во все сезоны года составляет рыба (90,2 %). Преобладающими видами являются:
плотва (21,7%), бычок-цуцик и бычок-песочник (13,7%), уклейка (10,0%) и серебряный карась (10,0 %). Встречаемость хищных видов рыб в питании щуки невысока по сравнению с щукой Киевского водохранилища и насчитывает всего 12,6 % (Полякова, 2001;
Полякова, Пельгунова, 2005).
Спектр питания неполовозрелых щук р. Тетерев во все сезоны года в основном состоит из молоди карповых рыб, среди которых ведущее место принадлежит бычкам (35,7 %), плотве (16,0%), годовикам серебряного карася (12,0%) и верховке (11,0%). С наступлением половой зрелости спектр питания щуки расширяется, увеличивается размер поедаемых объектов. Среди мирных рыб ведущее место в питании принадлежит плотве и серебряному карасю.
Основным кормом щук обоих полов является плотва, у самок она составляет 22,9%, а у самцов этот показатель несколько ниже - 14,7%. Самки питаются более интенсивно, чем самцы. Различен размер поедаемых жертв – самцы используют в качестве корма более крупные организмы, в их питании чаще встречаются крупные особи леща, серебряного карася и щуки.
4.2.7. Судак. В промысловых уловах р. Тетерев встречаются особи судака с длиной тела 126-500 мм и массой 24-1359 г, однако встречаемость рыб с длиной тела более 400 мм исключительно редкая (1,5%). Основу промыслового стада этого вида составляют экземпляры с длиной тела от 200 до 300 мм (75-80%). В уловах обычно преобладают самки, в среднем соотношение полов составляет: самок - 66,7%, самцов – 33,3%.
Судак является ярко выраженным хищником. Спектр его питания насчитывает объектов, из которых на долю рыб приходится 97,2%. Выявлено, что доминирующими видами являются бычок-песочник и бычок-цуцик, которые составляют в спектре питания 24,3% и, в меньше степени, плотва (16,2%). Третье место по частоте встречаемости принадлежит уклейке (10,8%). Из хищных видов рыб судак потребляет только собственную молодь – 10,8%. У сеголетков судака основу питания составляют планктонные и бентосные организмы. В р. Тетерев молодые неполовозрелые рыбы потребляют преимущественно бычка-цуцика и бычка-песочника. Так, у судака с длиной тела до 200 мм процент встречаемости бычков достигает почти 90. В дальнейшем с увеличением размера хищника происходит расширение спектра питания и увеличение размера жертв. Так, у рыб с длиной тела от 251 до 300 мм спектр питания насчитывает 5 видов рыб.
В процессе исследований были выявлены различия в питании самок и самцов судака. Спектр питания самок более разнообразен и насчитывает 8 видов рыб, среди которых доминируют бычки, пескарь и уклейка – по 15,7%. В отличие от самцов самки поедают ерша, леща и густеру. У самцов первое место в спектре питания принадлежит плотве (37,4%). Расхождение спектров питания рыб обоих полов наблюдается также и по дополнительным видам корма: у самцов судака встречаются и нерыбные объекты питания – ручейники и прудовики.
4.3. Рыбы озера Кожановское.
4.3.1. Серебряный карась. Популяция серебряного карася в уловах была представлена особями в возрасте от 2+ до 11+ лет. Преобладали рыбы в возрасте трех (27,2%), семи (19,8%) и восьми (17,8%) лет. Популяция серебряного карася оз.
Кожановское однополая, в уловах встречаются только самки.
По нашим данным, самый высокий линейный прирост у серебряного карася оз.
Кожановское отмечен в младших возрастных группах. Снижение темпа линейного роста происходит в возрасте шести лет – 16 мм. Обращает на себя внимание резкое снижение темпа весового роста у особей серебряного карася старших возрастных групп, что не отмечалось нами у других видов рыб, обитающих в этом водоеме.
В озере Кожановское спектр питания серебряного карася в основном состоит из водных растений. Второе место по частоте встречаемости принадлежит Cladocera (21,2%). Из моллюсков карась потребляет двустворчатых Bivalvia (0,3%) и брюхоногих Gastropoda (0,4%). С возрастом пищевой спектр серебряного карася расширяется.
Моллюски начинают встречаться в спектре питания у рыб в возрасте 3+.
4.3.2. Плотва. Популяция плотвы оз. Кожановское представлена особями в возрасте от 0+ до 9+ лет. Соотношение полов в среднем составляет: самок - 62,5%, самцов – 37,5%. Самцы старше 6+ лет в уловах не встречаются. Наиболее интенсивно плотва растет в первые два года жизни, в этот период линейные приросты составляют в среднем 35 мм. Весовые приросты резко возрастают у рыб в возрасте 2+ и составляют в среднем 13 г, в то же время у двухлеток (1+) этот показатель составлял всего 7 г.
Выявлено, что с возрастом спектр питания плотвы расширяется. Так, откорм трех- и четырехгодовиков в весенний период в основном осуществлялся за счет личинок стрекоз Odonata - 97,5% и 70,0% соответственно, а у пятигодовиков он состоит из объектов, основными из которых являются моллюски Bivalvia (47,0%) и Gastropoda (30,0%). У шестигодовиков процент Gastropoda достигает 72,5, а двустворчатых, наоборот, снижается в два раза – до 22,5%. Спектр питания самок и самцов существенно изменяется в зависимости от сезона, особенно в весенний период. Так, основной пищей самок в весенние месяцы являлись личинки стрекоз Odonata (42,5%), моллюски Gastropoda (36,2%) и Bivalvia (11,2%). Самцы в большей степени потребляли Bivalvia и значительно реже брюхоногих моллюсков и ручейников.
4.3.3. Щука. В озере щука представлена особями в возрасте от 0+ до 11+ лет.
Основу популяции составляют рыбы моложе 5 лет, на их долю приходится 65,8%.
Соотношение полов в уловах в разные годы не одинаково и в среднем составляет:
самок - 79,5 %, самцов – 20,5%, а в пробах 2000 и 2004 гг. встречались только самки.
Самый интенсивный линейный рост у щуки оз. Кожановское отмечается в первые три года жизни, в среднем 143 мм/год. Самки и самцы щуки растут практически одинаково.
В отличие от особей щуки, обитающих в Киевском водохранилище и р. Тетерев, основу ее рациона во все сезоны года составляет рыбная пища. Основным объектом питания щуки является серебряный карась (46,4%) – один из самых многочисленных представителей ихтиофауны озера. Второе место по частоте встречаемости принадлежит плотве (25,0%). С увеличением размера хищника спектр питания его расширяется, увеличивается размер поедаемых организмов. Так, в желудках щук в возрасте 3+ лет встречались только ерши, длина их не превышала 60 мм. У шестилеток (5+) отмечаются более крупные особи плотвы (62,5%) и серебряного карася (37,5%).
Спектры питания самок и самцов щуки оз. Кожановское различаются по видовому составу потребляемых организмов. Ведущее место в питании самок принадлежит серебряному карасю (54,1%) и плотве (29,3%), в то время как самцы питаются только окунем.
Глава 5. Особенности накопления 137Cs у рыб различных трофических уровней (годовые, сезонные, возрастные, половые) Радиоэкологические исследования, проведенные на водоемах, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС, выявили неодинаковый характер накопления 137Cs у рыб в зависимости от их положения в трофической структуре водоема.
Удельная активность 137Cs в мышцах промысловых рыб в водоемах, загрязненных радионуклидами в результате аварии на Чернобыльской АЭС, существенно различается в зависимости от вида рыб и типа водоема, в котором они обитают. Известно, что вскоре после аварии у рыб Киевского водохранилища и в пруду-охладителе ЧАЭС самые высокие показатели удельной активности 137Cs отмечали среди мирных видов рыб. У хищных видов наблюдался сдвиг этого показателя во времени и наивысшие уровни загрязнения были отмечены в 1987-1988 гг. (Романенко и др., 1989;
Зарубин и др., 1989;
Кузьменко, Волкова и др., 1990;
Крышев, Сазыкина и др., 1993;
Крышев, Рябов и др., 1993;
Рябов, Пельгунова, 1993;
Hadderingh et al., 1994;
Рябов, Белова, 1996;
Рябов, 2004).
Сходный характер динамики накопления 137Cs у рыб разных трофических уровней отмечался и в других водоемах. Так, у рыб оз. Кожановское в 1993 году удельная активность 137Cs у хищных видов рыб достигала 50000 Бк/кг с.м., а у серебряного карася и плотвы была почти в 4 раза ниже - 12000 и 14000 Бк/кг с.м. соответственно (Ryabov, Belova, et.al., 1996;
Рябов, 2004).
Радиоэкологические исследования, проведенные в период с 1995 по 2006 гг. на водоемах, загрязненных радионуклидами (Киевском водохранилище, р. Тетерев), показали сходную картину в накоплении 137Cs у рыб разных трофических уровней, которая сложилась после 1987 года. Максимальные значения удельной активности Cs отмечались у хищных видов рыб, так, у щуки Киевского водохранилища удельная активность в 2004 г. составила в среднем 87 Бк/кг с.м. Самые низкие показатели отмечались среди мирных видов рыб, так, удельная активность 137Cs у линя в среднем составляла 83 Бк/кг с.м, у плотвы – 53 Бк/кг с.м., у красноперки – 48 Бк/кг с.м. (рис.1).
Cs, Бк/кг сырой массы Щука Линь Плотва Красноперка Рис. 1. Средняя удельная активность Cs (Бк/кг с.м.) у рыб разных трофических уровней Киевского водохранилища в 2004 г.
Во всех исследованных водоемах удельная активность 137Cs в рыбах с 1986 г. по 2006 г. снижалась. Наиболее интенсивно процессы очищения проходят у рыб р.
Тетерев, так, к 2006 году удельная активность 137Cs в мышцах щуки снизилась в среднем с 731 Бк/кг с.м. (1990 г.) до 36 Бк/кг с.м., у леща, соответственно, с 53 Бк/кг с.м. до 12 Бк/кг с.м. (рис. 2). Менее интенсивно процессы очищения происходили у рыб оз. Кожановское. По материалам 2004 г. накопление 137Cs у рыб, обитающих в озере, оставалось на очень высоком уровне. Максимальные показатели отмечали у щуки – в среднем 11285 Бк/кг с.м., а минимальные - у мирных видов рыб – плотвы (5360 Бк/кг с.м.) и серебряного карася (2468 Бк/кг с.м.) (рис. 3). Исследования, проведенные в водоемах, загрязненных после аварии на ЧАЭС, показали не только различия в накоплении 137Cs у мирных и хищных видов рыб, но и среди рыб одного трофического уровня.
Установлено, что у щуки из Киевского водохранилища и р. Тетерев во все время радиоэкологического мониторинга удельная активность 137Cs была значительно выше, чем у судака. Проведенный нами анализ спектра питания обоих хищников показал, что, в отличие от щуки, в спектре питания судака Киевского водохранилища преобладает молодь мирных рыб. В заметном количестве судак потребляет собственную молодь с более низкой удельной активностью 137Cs в теле.
А) Красноперка Б) Плотва Г) Лещ В) Серебряный карась Е) Судак Д) Линь Рис. 2. Средняя удельная активность 137Cs (Бк/кг с.м.) у рыб разных трофических уровней Киевского водохранилища (темные столбцы) и р.Тетерев (светлые столбцы).
В отличие от судака, основным источником поступления 137Cs по пищевой цепи в организм щуки являются, в первую очередь, окунь, собственная молодь и линь, имеющие высокую удельную активность 137Cs в теле. Вследствие этого, разница в удельной активности 137Cs щуки и судака Киевского водохранилища, например, в г. составляла 678 Бк/кг с.м., а в р. Тетерев - 600 Бк/кг с.м.
Cs, Бк/кг сырой массы Щука Серебряный карась Рис. 3. Средняя удельная активность 137Cs (Бк/кг с.м.) у щуки и серебряного карася оз. Кожановское (2004 г.).
Выявлено, что изменение состава потребляемых в пищу организмов существенно влияет на уровни удельной активности 137Cs в организме рыб по сезонам. Например, у щуки пик накопления приходится на середину весны (конец апреля - начало мая) и на начало лета, когда она активно питается хищными видами рыб и линем (Полякова, 2001;
Полякова, Пельгунова, 2002).
В летние месяцы важным объектом ее питания является окунь, имеющий высокую удельную активность 137Cs по сравнению с другими объектами питания, вследствие чего накопление радионуклида у щуки возрастает (табл.2).
Таблица 2. Удельная активность 137Cs (Бк/кг с.м.) в основных объектах питания щуки Киевского водохранилища в разные сезоны 1999 г.
Сезон года Объект питания Плотва Окунь Лещ Густера Серебряный Линь карась Зима - 235 92 95 85 Весна 100 292 125 101 127 Лето 79 303 83 63 130 Осень 85 274 77 75 - Средняя за год 93 277 97 79 122 Сходный характер динамики удельной активности 137Cs по сезонам отмечается и у другого хищника – судака. Увеличение весной удельной активности 137Cs в теле судака Киевского водохранилища также напрямую связано с преобладанием хищных рыб среди объектов его питания. В ходе исследований установлено, что изменение удельной активности 137Cs у мирных видов рыб в течение года прямо связано с увеличением встречаемости в составе их пищи моллюсков, особенно Gastropoda.
Известно, что моллюски в питании красноперки встречаются только весной. В это время накопление 137Cs в мышцах, по сравнению с осенними и зимними месяцами, возрастает. Потребление красноперкой нитчатых водорослей и растительного детрита не приводит к повышению удельной активности 137Cs в мышцах у этого вида в летне осенний период, когда в растениях, по данным Куликова и Чеботиной (1978), возрастают показатели накопления радиоцезия. Очевидно, водные растения менее интенсивно перевариваются, чем животная пища (Gastropoda, Bivalvia), что сказывается на поступлении 137Cs в организм красноперки с объектами питания. У серебряного карася Киевского водохранилища максимальные значения удельной активности 137Cs отмечаются в летний период, когда интенсивность откорма у этого вида возрастает, происходит снижение потребления Cladocera и в питании повышается процент встречаемости моллюсков – Bivalvia (26,6%) и Gastropoda (8,4%).
В процессе исследований было показано наличие возрастных различий в накоплении 137Cs. Так, в первый год после аварии (1987 г., июль) максимальная удельная активность 137Cs отмечалась у младших особей популяции, например, у щуки в возрасте 2+ - 2390 Бк/кг с.м., а минимальная - в возрасте 8+ - 1103 Бк/кг с.м.
(Полякова, 2001). С 1988 г. по 1993 г. наблюдалось повышение удельной активности Cs у рыб старших возрастных групп. После резкого вторичного загрязнения водоемов в конце 1995 - начале 1996 гг. максимальные показатели отмечались также у рыб младших возрастов: так, у щуки в возрасте 2+ удельная активность увеличилась до 413 Бк/кг с.м., а у рыб старших возрастов - 4+ и 6+ лет - до 160 Бк/кг с.м. и 85 Бк/кг с.м.
соответственно, что связано с включением в биогенную миграцию по трофической цепи дополнительного количества 137Cs, поступившего в воду в результате смывов после пожаров и ливневых дождей.
У карповых видов рыб также отмечены возрастные различия в накоплении 137Cs, особенно в оз. Кожановское (с более высокой удельной активностью 137Cs в воде и донных отложениях). Так, у серебряного карася оз. Кожановское в летний период г. наблюдались существенные различия в накоплении 137Cs у рыб разных возрастов, максимальные показатели в это время отмечались у рыб в возрасте 7+ (11000 Бк/кг с.м.), а минимальные у четырехлеток (3+) (6500 Бк/кг с.м.). В процессе работ было выявлено, что наиболее интенсивно во времени снижение удельной активности 137Cs происходит у рыб младших возрастов. К 2004 году, когда произошло уменьшение удельной активности 137Cs в мышцах серебряного карася, максимальные значения отмечались у рыб в возрасте 7+ лет (3216 Бк/кг с.м.), а минимальные - у шестилеток (5+) (1920 Бк/кг с.м.) (рис. 4).
В процессе исследований выявлены отличия в накоплении 137Cs у самок и самцов щуки, в значительной степени связанные с различиями в их питании (Полякова, 2001).
В спектре питания самцов щуки Киевского водохранилища преобладают окуни и мирные рыбы больших размеров, содержащие больше 137Сs в теле по сравнению с другими объектами питания, в результате чего удельная активность 137Cs в мышцах самцов по сравнению с самками увеличивается (рис. 5).
7+ Возраст, лет 6+ 5+ 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Cs, Бк/кг сырой массы Рис. 4. Возрастные различия в удельной активности 137Cs (Бк/кг с.м.) у серебряного карася оз. Кожановское (2004 г.).
Более существенные половые различия в накоплении 137Cs отмечены у щуки оз.
Кожановское. В отдельные периоды разница достигала 10000 – 15000 Бк/кг с.м. Так, например, у самок щуки в возрасте 4+ в летний период 1993 г. удельная активность Cs составляла 32910 Бк/кг с.м., а у самцов она была примерно на 16000 Бк/кг с.м.
выше. В осенний период наблюдалась такая же тенденция.
Cs,Бк/кг сырой массы самки самцы самки самцы Трехгодовики Четырехгодовики Рис. 5. Средняя удельная активность 137Cs (Бк/кг с.м.) у самок и самцов щуки Киевского водохранилища в весенний период (1992 г.).
В то же время у щуки р. Тетерев не выявлено существенной разницы в накоплении Cs у особей разных полов, что связано с более низкими уровнями загрязнения цезием ее объектов питания и сходным характером откорма самок и самцов в этом водоеме (рис. 6).
Исследования накопления 137Cs в ряду поколений рыб разных трофических уровней выявили, что максимальная удельная активность радионуклида отмечена у особей доаварийных генераций и генерации рыб 1986 г., получивших наибольшую радиационную нагрузку (рис. 7).
Cs, Бк/кг сырой массы Самки Самцы Самки Самцы Самки Самцы 2001 2002 Рис. 6. Средняя удельная активность 137Cs (Бк/кг с.м.) у самок и самцов щуки в возрасте 2+ (р. Тетерев, лето).
350 Cs, Бк/кг сырой массы 250 1990 1991 1993 Год вылова Рис. 7. Динамика удельной активности Cs (Бк/кг с.м.) у леща разных поколений (Киевское водохранилище).
В течение периода исследований прослеживается общая тенденция к снижению удельной активности 137Cs в тканях рыб всех поколений, независимо от их принадлежности к трофическим уровням, которая, видимо, продлится в будущем.
Однако не исключено некоторое повышение удельной активности 137Cs в мышцах рыб в отдельные годы вследствие поступления в воду радионуклидов с водосборной территории при больших паводках или при аэрозольных выпадениях в результате лесных пожаров на загрязненных радионуклидами территориях.
В настоящее время особый радиоэкологический интерес представляет изучение влияния радиационного фактора на воспроизводительную систему рыб из водоемов, загрязненных радионуклидами в результате аварии на Чернобыльской АЭС.
При проведении общего биологического анализа щук из Киевского водохранилища учитывали визуально заметные отклонения в морфологии тела и внутренних органов рыб. При проведении биологического анализа половозрелой части популяции щук были выявлены особи с нарушениями в морфологии половых желез. В первую очередь - это значительные отклонения от нормы в форме и размерах гонад. Самки с асимметричными гонадами встречаются во всех послеаварийных поколениях и составляют 40,7%. Асимметричность гонад у самок щуки нередко сопровождалась резкими перехватами (сужениями). Разница в массе правого и левого яичников у самок достигала значительных величин (от 1.5 до 3 раз) (Полякова, 1997;
Полякова, 2000;
2001;
Белова, Емельянова и др.,2005). Асимметрия гонад была отмечена во всех послеаварийных поколениях самок (табл. 3).
Таблица 3. Встречаемость аномалий гонад в разных поколениях самок щуки Киевского водохранилища (в %,%).
Поколения, Тип аномалий гонад годы Асимметрия гонад Резорбция икры Оводнение гонад 1986 20.0 20.0 20. 1987 33.3 0 16. 1988 45.0 0 9. 1989 0 0 1990 28.6 0 1991 46.2 23.1 1992 50.0 50.0 1993 52.4 14.3 1994 52.6 15.8 1995 46.2 23.1 1996 40.0 30.0 1997 14.3 14.3 1998 0 33.3 1999 66.7 33.3 Второй тип аномалий - тотальная резорбция икры, которая отмечалась у 25,0 % самок. В некоторых случаях этот процесс приводит к задержке формирования порции ооцитов для очередного нереста и особь пропускает сезон размножения, а иногда он вызван глубокими гормональными нарушениями и ведет к потере самками воспроизводительной способности.
К третьему типу аномалий относится оводнение гонад, выявленное у 2,1% исследованных самок. Это нарушение отмечалось только у первых трех послеаварийных поколений щук (1986-1988 гг.), в наибольшей степени подвергшихся радиационному воздействию в течение раннего онтогенеза, по сравнению с рыбами более поздних поколений.
У самцов щуки Киевского водохранилища отмечены случаи нарушения строения семенников (перетяжки на гонадах).
При проведении гистологических исследований на уровне световой микроскопии сотрудниками кафедры ихтиологии МГУ отмечены случаи встречаемости у щук Киевского водохранилища стерильных особей и гермафродитов (Белова и др., 2004;
2006).
На наш взгляд, основной причиной высокого числа аномалий воспроизводительной системы у щуки Киевского водохранилища и снижения доли самцов в популяциях рыб всех исследованных водоемов является: значительное облучение особей в острый период аварии и высокая удельная активность 137Cs и других радионуклидов в их теле.
Известно, что значительные аналогичные нарушения воспроизводительной системы рыб отмечаются и при воздействии больших концентраций тяжелых металлов (Решетников и др., 1999;
Акимова и др., 2000 и др.).
Глава 6. Рекомендации по снижению риска поступления 137Cs в организм человека при потреблении рыбы из водоемов, загрязненных радионуклидами в результате аварии на Чернобыльской АЭС На сегодняшний день 137Cs является одним из основных источников облучения для населения, проживающего вблизи водохранилищ, рек и озер, загрязненных радиоактивными веществами в результате аварии на ЧАЭС. Учитывая имеющий место законный и браконьерский отлов рыбы, были разработаны рекомендации по снижению риска поступления 137Cs в организм человека, позволяющие значительно снизить дозу внутреннего облучения, получаемую за счет потребления рыбы из этих водоемов.
В реке Тетерев процесс очищения рыбы от 137Cs происходит значительно быстрее, чем в Киевском водохранилище. Удельная активность 137Cs в мышцах, даже у хищных видов рыб, ниже, чем ПДУ (предельно допустимые уровни), принятые в Украине ( Бк/кг с.м.) и в России (130 Бк/кг с.м.) по 137Cs для рыбы и рыбной продукции.
Учитывая, что удельная активность 137Cs в мышцах хищных рыб (окунь, щука) Киевского водохранилища в 2000 - 2007 гг. остается одной из самых высоких среди исследованных видов и превышает ПДУ у некоторых крупных экземпляров окуня (с длиной тела более 220 мм) и щуки (с длиной тела более 600 мм), рекомендовано ограничить потребление крупных рыб этих видов в пищу, особенно в весенне-летний период, когда у них происходит увеличение удельной активности 137Cs в мышцах. При этом следует помнить, что наименее загрязненными 137Cs являются мирные рыбы, которые можно употреблять в пищу круглогодично.
Следует отметить, что в оз. Кожановское, где удельная активность 137Cs в мирных и хищных видах рыб в десятки раз превышает ПДУ, был введен запрет на вылов рыбы.
ВЫВОДЫ 1. Во всех исследованных водоемах самые высокие показатели удельной активности Cs за 13-летний период исследований наблюдались у хищных видов рыб (щуки, окуня, судака), наименьшие - у красноперки, средние значения удельной активности 137Cs отмечены у линя, серебряного карася, плотвы и леща.
2. За период, прошедший с момента аварии, у всех исследованных рыб в 3-х изученных водоемах удельная активность 137Cs снижалась наиболее интенсивно у рыб р. Тетерев и Киевского водохранилища, в наиболее загрязненном водоеме (оз.
Кожановское) она также снижалась, но более медленными темпами.
3. Накопление 137Cs у разных возрастных групп исследованных видов рыб носит сложный характер. В периоды массированного поступления радионуклида в водоемы максимальные значения удельной активности отмечаются у рыб младших возрастных классов. После перераспределения 137Cs по компонентам водоема и снижения его содержания в воде удельная активность 137Cs в мышцах рыб с возрастом увеличивается.
4. Установлена тесная связь сезонных, возрастных и половых различий в накоплении Cs в организме рыб с характером их питания:
а) повышенная удельная активность 137Cs в организме старших рыб у хищных видов (щуки и судака) связана с преобладанием в их рационе особей окуня и щуки с высоким содержанием радионуклида, у крупных старшевозрастных бентофагов – с потреблением моллюсков (особенно Gastropoda), отличающихся повышенной удельной активностью 137Cs.
б) весенне-летнее повышение удельной активности 137Cs в организме щуки и судака связано с тем, что в это время они активно питаются хищными видами рыб, характеризующимися наибольшей удельной активностью 137Cs в мышцах;
у бентофагов (леща, линя и крупной плотвы, потребляющей моллюсков) - с поступлением радиоцезия с моллюсками.
в) у самцов щуки в отдельные периоды наблюдаются более высокие значения удельной активности 137Cs в мышцах, чем у самок, что связано с преобладанием в их спектре питания окуня и щуки.
5. При визуальном обследовании воспроизводительной системы рыб у большинства (более 60%) самок щуки Киевского водохранилища было выявлено три типа нарушений морфологии половых желез – асимметрия гонад, тотальная резорбция икры и оводнение гонад. Наиболее часто встречаемым нарушением является асимметрия гонад (40,7%). В исследованных водоемах у большинства видов рыб отмечено снижение доли самцов в составе нерестовой части популяции.
6. Исследования накопления 137Cs в ряду поколений рыб разных трофических уровней выявили, что максимальная удельная активность радионуклида отмечена у особей доаварийных генераций и генерации рыб 1986 г., получивших наибольшую радиационную нагрузку. В настоящее время прослеживается общая тенденция снижения 137Cs у особей всех поколений исследованных видов рыб.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:
Статьи в рецензируемых журналах:
Ryabov I., Belova N., Polyakova N. Evolution of radiocaesium contamination in fishes after the Chernobyl accident// Ital. J. Zool. V. 65. 1998. pp. 455-460.
Полякова Н.И. Радиоэкология щуки (Esox lucius L.) Киевского водохранилища в период после аварии на Чернобыльской АЭС.// Вопросы ихтиологии. Т. 2, 2001, С.
391-398.
Глава в коллективной монографии:
Рябов И.Н., Рябцев И.А., Полякова Н.И., Пельгунова Л.А. Методические основы радиоэкологических исследований рыб Обь-Иртышского бассейна «Экология рыб Обь-Иртышского бассейна». Под ред. Павлова Д.С., Мочека А.Д. М.: Товарищество научных изданий КМК. 2006. С. 532-536.
А также в следующих публикациях:
Рябов И.Н., Белова Н.В., Полякова Н.И., Пельгунова Л.А., Платонов А.С.
Динамика содержания радионуклидов у рыб Киевского водохранилища в послеаварийный период 1986-1999 гг.//Сб. статей «Гигиена населенных мест». Под ред. Руднева М.И. Вып. 36.Ч.1. Киев, 2000. С.377-385.
Ryabov I.N., Belova N.V., Polyakova N.I. Field studies on seasonal and age changes in Fish. Modelling and Study of the Mechanisms of the Transfer of Radioactive Material from the Terrestrial Ecosystems and in Water Bodies Around Chernobyl // Vol. II. 2.2.3., ЕСР-3, EUR 16529 EN, 1996. P. 95-100.
I. Ryabov, N. Belova, N. Polyakova, R.H. Haddering. Radioecological phenomena of the Kojanovskoe Lake// The radiological consequences of the Chernobyl accident.
Proceedings of the first international conference Minsk, Belarus 18 – 22 March. 1996. P.
213-216.
Полякова Н.И. Анализ воспроизводительной системы у щуки разных поколений из Киевского водохранилища в послеаварийный период// Тезисы докладов III Съезда по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) М.:1997. Т 2., С. 398 – 399.
Рябов И.Н., Платонов А.С., Полякова Н.И. Оценка «размерного эффекта» у рыб р.
Тетерев и Киевского водохранилища в 1996 г.//Тезисы докладов III Съезда по радиационным исследованиям, М.: 1997, С. 326-327.
Полякова Н.И. Анализ воспроизводительной системы у щуки (Esox lucius L.) в Киевском водохранилище и р. Тетерев после аварии на Чернобыльской АЭС // Тезисы докладов Международной конференции «Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях» 24 – 26 апр. 2000 г., СПб: Гидрометеоиздат. С. 205.
Рябов И.Н., Белова Н.В., Полякова Н.И. Радиоэкологический мониторинг рыб – индикаторов радиоактивного загрязнения Киевского водохранилища в 1987 – гг.// Тезисы докладов Международной научной конференции «Пятнадцать лет Чернобыльской катастрофы. Опыт преодоления» Киев. 2001. Т. 2. С. 34.
Рябов И.Н., Белова Н.В., Полякова Н.И. Радиоэкологический мониторинг рыбных сообществ реки Тетерев в Иванковском районе Киевской области// Тезисы докладов Международной научной конференции «Пятнадцать лет Чернобыльской катастрофы. Опыт преодоления» Киев. 2001. Т. 2. С. 35.
Полякова Н.И., Пельгунова Л.А. Сезонная динамика накопления 137Cs у щуки Киевского водохранилища в послеаварийный период// Тезисы докладов Международной конференции «Биологические эффекты малых доз радиации.
Радиоактивное загрязнение среды» Сыктывкар. 2001. (Коми научный центр УрО РАН). C. 163 – 164.
Полякова Н.И. Особенности питания щуки – вида-индикатора Киевского водохранилища и р. Тетерев после аварии на Чернобыльской АЭС// Тезисы докладов IV Съезда по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) М.: 2001 г. Т. 2, С. 563.
Polyakova N., Pel'gunova L. The dynamics of accumulation of 137Cs for pike (Esox lucius L) in the river Teterev, of the Kiev region of the Ukraine, during the post-accident period// International congress on the radioecology – ecotoxicology of continental and esturane environments. 2001. P. 125.
Полякова Н.И. Возрастные особенности накопления 137Cs у щуки в водоемах Чернобыльского следа.// Тезисы докладов Международной конференции «Новые технологии в решении проблем сохранения биоразнообразия в водных экосистемах». М.: 27 –29 мая, 2002. С. 50.
Рябов И.Н., Белова Н.В., Полякова Н.И. Динамика содержания 137Cs у рыб разных трофических уровней в Киевском водохранилище после аварии на Чернобыльской АЭС// Тезисы докладов на Всероссийской конференции «Актуальные проблемы водохранилищ». Борок. 2002. С. 263-264.
Полякова Н.И. Биологические эффекты у щуки Esox lucius Киевского водохранилища в послеаварийный период// Тезисы докладов на III Международном симпозиуме «Механизмы действия сверхмалых доз». М.: 2002. С. 123-124.
Рябов И.Н., Полякова Н.И., Пельгунова Л.А. Методы снижения содержания Cs//Материалы Международной конференции «Биотехнология – окружающей среде». Спорт и культура. Москва. 2004.С.144.
Белова Н.В., Емельянова Н.Г., Полякова Н.И., Рябов И.Н. Влияние радиационного фактора на воспроизводительную систему щуки (Esox lucius) в водоемах, загрязненных в результате аварии на Чернобыльской АЭС// Международная научная конференция «Новые технологии в решении проблем сохранения биоразнообразия в водных экосистемах». 2005. С. 93-94.
Белова Н.В., Пельгунова Л.А, Полякова Н.И., Рябов И.Н. Удельная активность Cs и 90Sr в теле рыб двух водоемов зоны отчуждения ЧАЭС (2002-2004)// Тезисы докладов V Съезда по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) Москва, 10-14 апреля 2006 г. С. 76-77.
Рябов И.Н., Полякова Н.И., Л.А. Пельгунова Л.А. Удельная активность 137Cs у щуки в водоемах разного типа//V Съезд по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) Москва, 10-14 апреля 2006 г. С. 75.
Полякова Н.И., Рябов И.Н., Пельгунова Л.А. Оценка сезонных изменений удельной активности 137Cs у щуки в водоемах, загрязненных в результате аварии на Чернобыльской АЭС// V Съезд по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) Москва, 10-14 апреля 2006 г.С. 63.
Рябов И.Н., Полякова Н.И., Пельгунова Л.А. Радиационно-экологический мониторинг рыб водоемов Брянской области// Международная конференции БИОРАД-2006 (Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды). Сыктывкар, 27 февраля-2 марта 2006 г. С. 23-24.
Полякова Н.И., Рябов И.Н., Белова Н.В. Экология щуки Esox lucius р. Тетерев в период после аварии на Чернобыльской АЭС// Ихтиологические исследования на внутренних водоемах: Материалы Международной конференции. Саранск, 2007.
С. 129-131.