3 Введение
В Западной Якутии с середины 50-х годов XX века началось промышленное освоение алмазных месторождений и в настоящее время Республика Саха (Якутия) стала одним из основных поставщиков алмазов в мире. В последние десятилетия продолжаются исследования и ввод в эксплуатацию новые месторождения, прокладываются сети дорог, растут города и рабочие поселки, увеличивается приток людей и техники.
Одновременно с экономическим развитием региона усиливается антропогенное воздействие на природные комплексы. Интенсивное природопользование привело к изменению структуры и функционирования как водных, так и наземных экосистем, их продуктивности и биологического разнообразия. Впервые внимание общественности на загрязнение р. Вилюй высокоминерализованными рассолами трубки «Мир» обращалось в 1985 г. на 2-й сессии Верховного Совета ЯАССР 11-го созыва в выступлении о проблемах охраны природы республики (Соломонов, 2002). В апреле 1993 г. на совещании по охране природы Вилюйского бассейна были сформулированы задачи решения экологических проблем Вилюя (Соломонов, 2002). В апреле 1995 г. на I съезде по охране природы в Республике Саха (Якутия) сообщалось, что общая площадь нарушенных и не восстановленных горнодобывающей промышленностью земель составляет порядка 300 тыс. га (Экологические проблемы Якутии, 1996). В результате исследований природоохранных организаций отмечалось, что применяемые до недавнего времени на горных предприятиях и обогатительных фабриках технологии оказывают на окружающую среду значительные воздействия, продолжаются негативные процессы техногенных преобразований ландшафтов, почвенного и растительного покрова, образование в водотоках геохимических потоков рассеяния элементов-загрязнителей (Экология бассейна реки Вилюй, 1992; Экология реки Вилюй, 1993; Экология Вилюя, 1997; Соломонов, 2002).
4
Последствия разработок полезных ископаемых носят пролонгированный на неопределенный срок характер, что обеспечивает их аккумуляцию и может привести, в конечном итоге, к нарушению состояния экосистемы всего региона. Результаты техногенного воздействия особенно ярко проявляются по притокам р. Вилюй - pp. Малая Ботуобуя и Марха, где расположены предприятия отрасли. По реке Марха и ее притокам расположены предприятия крупнейших в Северо-Западной Якутии горно-обогатительных комбинатов Айхал и Удачный со всеми звеньями хозяйственно-бытового обслуживания, населенными пунктами. По данным научных исследований (Отчет о результатах..., 1993, 1995, 1996; О состоянии окружающей среды..., 2001) в зоне влияния горных предприятий в верховьях р.Мархи отмечается высокое содержание тяжелых металлов в пойменных почвах, нарушение естественной растительности через разрушения гумусного слоя, значительное изменение химического и микроэлементного состава водной среды. С 1994 г. в бассейне среднего течения реки Марха начато развертывание широкомасштабной деятельности по разработке новых кимберлитовых трубок Ботуобинская и Нюрбинская, которая при игнорировании природоохранных мероприятий может оказать негативное воздействие на природную среду и здоровье коренного населения.
Кроме того, негативные изменения экосистем в регионе связаны и с последствиями подземных ядерных взрывов (ПЯВ) «Кристалл» и «Кратон-3» с аварийными выбросами радионуклидов, в том числе плутония - 239 и 240, на земную поверхность и в атмосферу (Цыганов, 1993; Степанов и др., 2002). ПЯВ «Кристалл» был осуществлен 2 октября 1974 г., вблизи алмазоносной трубки «Удачная», в 2,5 км к северу от п. Удачная-2, в целях создания плотины хвостохранилища обогатительной фабрики на ручье Улахан-Бысыттах (левый приток р. Далдын - приток р. Вилюй). Мощность заряда - 1,7 кт, глубина заложена - 98 м от поверхности земли. ПЯВ «Кратон-3» был произведен 24 августа 1978 г. С целью сейсмического
зондирования земной коры на глубине 577 м был заложен заряд мощностью 19 кт. Объект находится в 40 км к востоку от п. Айхал и 60 км к югу от г. Удачный, на правом берегу р. Марха, в 160 м от уреза воды.
В последнее время правительство республики уделяет( особое внимание природоохранной деятельности. Это отражается в Указах Первого Президента РС(Я) М.Е. Николаева: № 837 «О мерах по развитию особо охраняемых территорий» от 16 августа 1994 г., № 836 «О введении особого режима пользования и охраны уникальных озер Республики Саха (Якутия)» от 16 августа 1994 г., № 1038 «О Департаменте по охране генофонда народов Республики Саха (Якутия)» от 3 мая 1995 г. и др. Приняты ряд Законов: «О лесе», «О недрах и недропользовании» (1992 г.), «Об административной ответственности за экологические правонарушения» (1993 г.). В докладе Первого Заместителя Председателя Правительства РС(Я) на I съезде Республики Саха по охране природы было сказано, что алмазодобывающей промышленностью разработана концепция стратегического развития до 2015 года: по сырьевой базе, технической политике, структурным преобразованиям и т.д. Решаются и вопросы охраны природы: строительство и эксплуатация бессточных водохранилищ, захоронение минерализованных вод, экологизация технологии извлечения алмазов. На прошедшем в марте 1999 г. в г. Якутске научном семинаре «Оценка воздействия промышленных и горнодобывающих предприятий на окружающую среду» в выступлении о характеристике современного состояния природоохранной деятельности предприятий АК «АЛРОСА» было отмечено, что 8-10 % от проектной стоимости предприятий отчисляется компанией на природоохранную деятельность.
Актуальность. В результате наращивания производственных мощностей промышленных предприятий, увеличения объемов горных работ, последствий аварийных выбросов подземных атомных взрывов в регионе произошли существенные изменения в структуре и функционировании экосистем Северо-Западной Якутии. Учитывая слабую
устойчивость северных экосистем к антропогенным воздействиям, а также длительный процесс самовосстановления является актуальным всестороннее изучение природных комплексов и их элементов, поиск методов оценки состояния окружающей среды, решение вопросов по восстановлению и охране природных ценозов.
Главные задачи всестороннего анализа состояния окружающей среды заключаются в изучении максимального набора всевозможных сторон воздействия различных факторов на элементы биосферы, анализе эффектов этого воздействия с целью выявления приоритетных его сторон и оптимизации взаимодействия человека с природой (Израэль, 1984).
К настоящему времени имеются работы Института прикладной экологии Севера и других природоохранных организаций по исследованию экологической обстановки территорий бассейна реки Вилюй (Экология бассейна реки Вилюй, 1992; Экология реки Вилюй, 1993; Экология Вилюя, 1997; Отчет о результатах..., 1993, 1995, 1996; Сводное заключение..., 1996; Трофимова, Жирков, 2001; Соломонов, 2002). Рассмотрены характеристики техногенных вод, химический состав снежного покрова, поверхностных, пойменных и озерных вод, донных осадков. Определено содержание тяжелых металлов в почвах, воде и донных осадках (Игнатьева и др., 2001). Освещены проблемы состояния авифауны Вилюйского водохранилища, водной биоты, растительности (Тяптиргянов и др., 1992) и влияние ГЭС на окружающую среду (Спесивцева, 1976; Кусатов, Слепцова, 1996).
В Западной Якутии исследование воздействий техногенеза, изучение вопросов охраны и рационального использования животного мира региона сейчас начинает развиваться (Мордосов и др., 1996; Мордосов, 1997; Экология Вилюя, 1997; Данилов, 2003; Шадрина, Шадрин, 2003; Шадрина, 2004). Кроме того, появляются работы, посвященные биоиндикации воздействий (Шадрина, Вольперт и др., 2003; Шадрина, Вольперт, 2004).
7
На основании вышесказанного, изучение фауны и экологии животных северо-западной Якутии в условиях долговременного антропогенного воздействия и трансформации существовавших экосистем, является весьма актуальным и необходимым.
Мелкие млекопитающие использованы как модельные индикаторы состояния окружающей среды по следующим причинам. Они являются широко распространенными животными и имеют высокую степень мобильности, сравнительно легко доступны для изучения, приурочены к определенным местообитаниям, отличаются повышенной
чувствительностью к изменениям окружающей обстановки, включая не только трансформацию ландшафтов, но и физико-химическое загрязнение среды. Изменения биотопических и микроклиматических условий существования неизменно ведут к нарушениям экологической структуры и численности популяций зверьков. Кроме того, имеется значительное количество литературных данных по экологии массовых видов мелких млекопитающих в ненарушенных территориях для сравнения, но и посвященных фауне зверьков техногенных ландшафтов в других частях их ареалов.
Цель и задачи. Основной целью данной работы является исследование фауны и основных черт экологии мелких млекопитающих в условиях техногенной трансформации биоценозов Северо-Западной Якутии.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить видовой состав мелких млекопитающих в местах исследования;
2. Исследовать экологические особенности массовых видов в природных биотопах;
3. Исследовать экологические особенности массовых видов в трансформированных местообитаниях;
8
4. Выявить изменения в сообществах мелких млекопитающих при трансформации среды в зависимости от степени техногенной нагрузки;
5. Определить адаптивные механизмы полевок в условиях техногенной трансформации среды обитания;
6. Изучить закономерности поступления радионуклидов в организм мелких млекопитающих в зоне воздействия аварийных ядерных взрывов.
Научная новизна. В пределах исследованного региона уточнены области распространения восточноазиатской мыши, полевки Миддендорфа, и красно-серой полевки.
Впервые исследованы мелкие млекопитающие в местах аварий при проведении взрывов «Кратон-3» и «Кристалл».
Установлено, что радионуклиды попадают в организм лесных полевок через кормовые растения.
Впервые установлено, что в условиях Северо-Западной Якутии переход Cs-137 из желудочно-кишечного тракта в мышечную ткань полевок происходит в одинаковом соотношении и в импактной ПЯВ и фоновой зонах.
В результате выполненных работ, собран материал по распространению животных, исследованию экологических параметров зверьков в малоизученных (среднее течение р. Мархи, участки долины р. Вилюй ниже водохранилища) и практически неизученных (верхнее течение р. Мархи, среднее течение р. Анабар) частях региона.
Защищаемые положения:
1. Основу фауны мелких млекопитающих исследуемого региона составляют широко распространенные голарктические бореальные виды северной тайги.
2. На техногенных территориях Северо-Западной Якутии, обитают только наиболее пластичные и широко распространенные виды, такие как красная полевка, полевка-экономка, средняя и тундряная бурозубки.
3. На трансформированных алмазодобывающей промышленностью и последствиями аварийных ПЯВ территориях численность и количество видов мелких млекопитающих ниже, чем в фоновой контрольной зоне. В околоводных антропогенных местообитаниях, при появлении растительности, может широко расселиться полевка-экономка, достигающая в этих биотопах высокой численности.
4. В трансформированных зонах алмазных трубок и аварийных ПЯВ мелкие млекопитающие проявляют сходные экологические адаптации.
Научно-практическая значимость. Результаты работы представляют определенный теоретический интерес, так как впервые рассматриваются фауна и экология мелких млекопитающих на техногенных ландшафтах в условиях Западной Якутии. Исследованы некоторые совершенно неизученные и малоизученные части региона. Собранные нами материалы дополняют имеющиеся сведения о распространении и численности некоторых видов мелких млекопитающих региона исследований. В процессе работы выявлена прямая зависимость между составом фауны, численностью зверьков и степенью техногенного воздействия.
Практическая значимость исследований определяется возможностями использования предложенных подходов при решении вопросов оценки состояния среды, разработке научных рекомендаций по мониторингу и природоохранным мероприятиям при разработке новых месторождений и создания мониторинговых работ на разрабатываемых участках с целью сохранения биоразнообразия и генофонда животных в регионе. Полученные результаты использовались в отчетах по НИР Института прикладной экологии Севера АН РС(Я) при оценке состояния окружающей среды в районе разработок алмазных трубок «Юбилейная», «Удачная» и на Накынском кимберлитовом поле в 1993-1995 гг.
Апробация работы. Некоторые результаты исследований были представлены на научных конференциях: "Экология и проблемы защиты
10
окружающей среды" в г. Красноярске, 1996 г., "Наука — невостребованный потенциал" в г. Якутске, 1996 г., "Теоретические и прикладные проблемы охраны генофонда и обогащения биоразнообразия" в г. Якутске, 1997 г., "Биологическое разнообразие животных Сибири" в г. Томске, 1998 г., на VI съезде териологического общества в г. Москве в 1999 г., "Шаг в будущее" в г. Якутске, 1998, 1999 гг., «Научные исследования аспирантов и молодых ученых» в г. Якутске в 2001 г., «Приморские зори-2003» в г. Владивостоке в 2003 г., «Радиационная безопасность Якутии» в г. Якутске в 2003 г., в отчетах Института прикладной экологии Севера СО РАН по НИР «Оценка экологической обстановки территории Вилюйских улусов для определения их экологического статуса» в 1993, 1994, 1995 гг.
По данной теме имеется 13 публикаций, 2 научные работы находятся в печати.
и Глава 1. Материал и методика
Полевой материал собран нами с 1993 по 2004 гг. в Северо-Западной Якутии в районах, подверженных техногенной нагрузке, вызванной деятельностью предприятий алмазодобывающей промышленности: на территории Мирнинского района - районах разработок алмазных трубок "Юбилейная" Айхальского ГОКа в 1993 г., "Удачная" Удачнинского ГОКа в 1994 и 2001 гг., окрестностях аварийных Г1ЯВ «Кристалл» в 1994, 2001 и 2002 гг., «Кратон - 3» в 2001, 2003, 2004 гг. , 47-й скважины (ПЯВ «Шексна») Таас-Юряхского газоконденсатного поля в 2002 г., устье р. Улахан Ботуобия (правый приток р. Вилюй), Нюрбинского района -разработок новых алмазных трубок "Ботуобинская" и "Нюрбинская" в 1995, 1997 гг., Анабарского района - окрестностях Эбэляхского россыпного месторождения в 2000 г (рис. 1.1). Для сравнения удельной активности Cs-137 в мышечной ткани мелких млекопитающих были произведены отловы в окрестностях с. Хатырык и с. Харыялах Намского района в 2002 и 2003 гг.
Отловы и учеты численности мелких млекопитающих производились общепринятыми методами ловушко-линий и ловчими канавками с конусами (Новиков, 1953; Кучерук, 1963).
Отработано 16600 давилко-суток и 1462 конусо-суток. Отловлено 1481 особь мелких млекопитающих 11 видов, относящихся к отрядам Insectivora, Rodentia и Lagomorpha (табл. 1.1). Сбор материала производился на техногенных ландшафтах и «фоновых» участках, где воздействие на природную среду небольшое. Техногенные участки были подразделены на сильно- и малотрансформированные. Под сильнотрансформированными территориями подразумеваются участки, где наблюдается прямое физическое разрушение или изменение существовавших природных биоценозов, нередко полное. Обычно эта зона находится в непосредственной близости от источника разрушения, вблизи отвалов промышленных пород, на берегах искусственных гидросооружений и др. Характеризуются такие участки
Рис. 1.1. Карта района исследований:
% - пункты наших исследований:
1 - алмазная трубка «Юбилейная» в Мирнинском улусе в 1993 г.,
2 - алмазная трубка «Удачная» в Мининском улусе в 1994, 2001 г.,
3 - алмазная трубка «Ботуобинская» в Нюрбинском улусе в 1995 г.,
4 — междуречье pp. Хання и Накын в Нюрбинском улусе в 1997 г.,
5 - р. Эбелях - правый приток среднего течения р. Анабар в 2000 г.,
6 - объект ПЯВ «Кратон-3» в верхнем течении р. Мархи в 2001, 2003 гг.,
7 - объект ПЯВ «Кристалл» в верхнем течении р. Далдын в 1994, 2001, 2002 гг.,
8 - среднее течение р. Вилюй в 2001 г.,
9 - окрестности п. Таас-Юрях и газоконденсатного месторождения в 2002 г., ¦ - пункты работ предыдущих исследований:
10 -Р.К. Маак(1886).
11 -К.Е.Воробьева (1928),
12 - М.И. Ткаченко (1929),
13 -А. А. Романов (1941),
14 - В.А. Тавровский (1958),
15 - Н.В. Карасева, Э.И. Корсиберг, М.А. Меркова (1960), 16-О.В. Егоров(1960),
17 - Н.Г. Соломонов, И.И. Мордосов (1971),
18- Н.Г. Соломонов (1973),
19-И.И. Мордосов(1971, 1074. 1980, 1984. 1991. 1996, 1997),
20 - Ю.В. Ревин. Н.И. Гермогенов (1979),
21 - Н.П. Прокопьев, Г'.Г. Боескоров (1984),
22 - Н.П. Прокопьев. В.А.Данилов
Таблица 1.1
Пункты исследований и объем собранного материала
Год, месяц Пункт Кол-вол/с Всего отловлено Clethrionomys rutilus Clethrionomus rufocanus Microtus oeconomus Microtus middendorffi Myopes schisticolor Apodemus peninsulac Sorex caecutiens Sorex tundrensis Sorex roboratus Sorex daphaenodon Ochotona hjperboreus
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1993 сентябрь п. Айхал Мирнннского района 1530 д/с 30 к/с 188 4 70 4 18 89 - - - 8 3 - -
1994 август-сентябрь п. Удачный Мирнинского района 1980 д/с 102 59 13 14 - 3 - 9 4 - - -
1995 август-сентябрь п. Накын Нюрбннского района 885д/с 132 к/с 55 51 34 25 16 18 4 1 - 5 1 I 1 - - - -
1997 сентябрь-август п. Накын Нюроинского района 1560 д/с 500 к/с 2 5 - - - 1 1 - 1 2 - 1 - 1 -
2000 сентябрь п. Эбэлэх Анабарского района 2710 д/с 214 131 26 15 7 - - 16 6 - 4 9
2001 июль ПЯВ Краток -3 Мирнинский район 300 д/с 30 к/с 15 7 12 3 1 - 2 - - 2 2 - - -
2001 август Устье р. Улахан Потуобня 990 д/с 200 к/с 80 61 75 57 3 - - - - 2 4 - - - -
Окончание таблицы 1.1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
2002 июль пяв Кристалл Мирнинскии район 675 д/с 50 к/с 27 .9 22 - 4 - - - 3 5 2 - - -
2002 • август • с. Таас-Юрях Мирнинского района 1195 д/с 160 к/с 164 66 105 29 21 15 23 10 - 4 - 8 12 3 - - -
2003 июль-август ПЯВ Кратон-3 Мнрнинский район 1500 д/с 160 к/с 106 66 69 17 19 4 16 5 1 - 10 16 2 5 1 4 3 -
2004 август ПЯВ Кратен-3 Мирнинский район 2750 д/с 200 к/с 165 55 122 32 13 4 15 6 5 2 5 5 - 1 I 3 4 4 - -
2004 июль-август с. Антоновка Нюрбннскнй район 525 д/с 39 36 1 1 - - 1 - - - - -
15
обычно мозаичным распределением остаточной лесопокрытой, или другой природной площади, часто небольших размеров. Либо это трансформированные новые местообитания с рудеральной растительностью. Малотрансформированными территориями названы участки, где прямое техногенное воздействие незначительно, но здесь может происходить аккумуляция воздействий. Обычно эти площади находятся на периферии сильнотрансформированных участков в буферной зоне. На территориях аварийных взрывов сильнотрансформированные участки соответствовали так называемому «мертвому лесу», периферия его соответствовала слаботрансформированной зоне. Фоновыми были обозначены сходные природные биотопы, расположенные в 10, 20 и более километрах от зоны трансформации.
В зоне воздействия ПЯВ отлов мелких млекопитающих производился в зоне так называемого «мертвого леса» на различном удалении от эпицентра, на периферии «мертвого леса», где отмечался высокий уровень остаточной радиации и фоновой зоне.
Изучение состояния сообществ и отдельных видов с целью оценки их состояния под воздействием антропогенного фактора производился по следующим этапам:
1. Описание градиента и области распространения антропогенного фактора, выбора пробных площадок. Очевидно, что для более полного понимания экологии вида и путей воздействия фактора на него, площадка должна включать в себя различные биотопы с разной степенью благоприятствования условий для данного вида.
2. Изучение экологии вида. Включает в себя:
- изучение динамики структуры популяций в связи с биотическими и абиотическими факторами (смена возрастного состава, успешность репродукции, эмбриональная смертность);
16
- изучение динамики численности популяций в различных по степени и возрасту воздействий техногенных факторов на природные комплексы;
3. Сравнение полученных данных по временным отрезкам.
4. Создание банка данных по фауне и экологии изучаемых объектов. Все отловленные животные обрабатывались по общепринятой схеме
(Новиков, 1953). Размножение изучалось по состоянию половых органов, питание анализировалось по содержимому желудков, запасаемым стожкам, погрызам на кормовых участках. Морфофизиологические исследования проводились по методике С.С. Шварца и др. (1968). Статистическая обработка проведена по Н.А. Плохинскому (1961); Г.Ф. Лакину (1980).
Уточнение видовой принадлежности отдельных зверьков проводились с помощью определителей: бурозубок по Б.С. Юдину (1971); полевок по И.М. Громову и И.Я. Полякову (1977), М.В. Попову (1977). Серые и лесные полевки подразделялись на две возрастные группы - перезимовавшие зверьки и сеголетки различных когорт. Возраст лесных полевок оценивался с учетом степени развития корней коренных зубов (Кошкина, 1955; Туликова и др., 1070). Критерием возраста у полевок рода Microtus служила степень развития межглазничного гребня (Варшавский, Крылова, 1-941).
При анализе состава фаун различных по степени антропогенной «загруженности» территорий использовался показатель сходства Серенсена -S (Одум, 1975), рассчитываемый по формуле:
2С с = ________
А + В
где А - число видов в фауне А, В - число видов в фауне В, С - число видов, общих для обеих фаун. Коэффициент Серенсена использовался для сравнения контрольных местообитаний с мало- и сильно трансформированными. Кроме того, использовался индекс общности ИО Жаккара - Наумова (Наумов, 1964;Равкин, 1973).
17
Содержание радионуклидов в образцах почв, растений и мышечной ткани животных определялось сотрудниками лаборатории радиационной экологии Якутского госуниверситета на полупроводниковом гамма-спектрометре фирмы "Canberra" США с полупроводниковым детектором из сверхчистого германия с тонким входным бериллиевым окном. Тип детектора - коаксиальный с реверсивным электродом с характеристиками : диапазон регистрируемых энергий от 3 кэВ до 3 мэВ; активный объем кристалла 125 см3; энергетическое разрешение 0,96 кэВ по линии 122 кэВ Со-57 и 1,9 кэВ по линии 1332 кэВ Со-60; относительная эффективность регистрации - 30%.
Подготовка проб к анализу для определения удельной активности радионуклидов состоит из ряда последовательных операций: сушка материала до воздушно-сухого состояния, сжигание при температуре до 200°С, озоление (для определения Cs-137 - до 450°С), введение носителей и перевод зольных остатков в раствор концентрированной кислоты.
Для определения перехода радионуклидов в организме и накопления радионуклидов в растениях были рассчитаны Коэффициенты перехода (КП) и Коэффициенты накопления (КН) по величине удельной- активности (УА) поллютантов в почвах, растениях, желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) и мышечной ткани красных полевок:
КН = (УА в растениях) Бк/кг и КП = (УА в мышечной ткани)Бк/кг (УА в почвах) Бк/кг (УА в ЖКТ) Бк/кг |
