В.П. Шилов


ВОСТОЧНО-УРАЛЬСКИЙ РАДИОАКТИВНЫЙ ЗАПОВЕДНИК:
К 35-ЛЕТИЮ СТАТУСА

       Радиационная авария, происшедшая осенью 1957 г. на Южном Урале, и последствия, обусловленного ею массированного выброса в атмосферу смеси радионуклидов, освещены в известных публикациях [1-4], в сборниках работ и монографиях [5-7]. Долгой и нелегкой памятью тех лет стали Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС), выселенные населенные пункты сельского типа, запрет хозяйственной деятельности на территории 1060 км2.

       На основе результатов исследовательских и научно-практических работ, выполненных отечественными учеными и практиками, 88 тыс. га угодий (85% временно отчужденной территории) в период с 1961 г. по 1978 г. поэтапно возвращены в хозяйственный оборот предприятиям агропромышленного комплекса и лесного хозяйства. Оставшаяся часть ВУРСа с первых лет образования радиоактивного следа была предназначена для развертывания и выполнения научно-исследовательских работ. Постановлением Совета Министров РСФСР № 384-20 от 29 апреля 1966 г. на этой территории был учрежден Восточно-Уральский государственный заповедник.

       Заповедник расположен в головной части следа, его площадь 16.616 га, протяженность с юга на север - 24 км, с востока на запад - 9 км, периметр - 90 км. Первоначальная плотность загрязнения поверхности почвы на оси "следа" по Sr-90 достигала 4 тыс. Кu/км2. На территории доминирует озерно-котловинная форма рельефа, широко распространены:

       В границах заповедника расположены участки с нарушенной почвенной поверхностью жилой (в прошлом) зоны выселенных населенных пунктов Бердениш, Галикаево, Сатлыково, расположены озера Бердениш и Урускуль, встречаются многочисленные болота, проточные водные источники, выходящие на почвенную поверхность подземные ключи.

       В доаварийный период данная территория несла значительную антропогенную нагрузку. Прекращение хозяйственной деятельности стало сильнейшим фактором рассогласования взаимосвязанного функционирования компонентов растительного сообщества. Формирование растительного покрова на заброшенных пахотных угодьях происходило по известной схеме, включающей следующие стадии: однолетние сорняки, многолетние сорняки, олуговение, залесение. В черте бывших населенных пунктов, на микроучастках, ранее занятых крестьянскими подворьями, в течение 3-5 лет сформировались бурьянные заросли островного типа, в которых фоновыми типами являлись крапива, конопля, бодяк полевой, лопух паутинный, пустырник пятилопастный [8].

       Сложились исключительно благоприятные условия для многих видов фауны, особенно для птиц и млекопитающих, которые получили возможность практически неограниченного использования природных угодий в качестве источника кормов и выращивания потомства на обширной территории заповедного режима. Из 186 видов орнитофауны, сформировавшейся на территории заповедника, численность журавлей достигала 800- 1000 особей, численность гусей - несколько тысяч [8]. Среди 43 видов млекопитающих, обитающих в заповеднике, численность лося достигала 100 особей, косули 500 особей. На заповедной территории сравнительно быстро прижились кабан, волк, рысь, лисица, барсук, куница, енотовидная собака [9], боровая и водоплавающая дичь [8].

       Коллектив заповедника, входивший на правах научно-исследовательской лаборатории в отдел науки ОНИС, включал специалистов различного профиля: ботаников, лесоводов, охотоведов, орнитологов, энтомологов, почвоведов, метеорологов. На загрязненной территории с первых лет прекращения хозяйственной деятельности велись наблюдения за состоянием флоры и фауны. Выполнена разбивка площади лесонасаждений на квартальную сетку, осуществлялся в необходимых объемах комплекс лесоустроительных работ. Изучались миграционные пути, места обитания животных и птицы, радиационные характеристики их кормовой базы.

       В перечень обязательных мероприятий входила подкормка животных в критические моменты зимнего периода, учет численности животных и птицы наземным (пешим) методом или с привлечением авиационной техники. Многие исследования велись в тесном сотрудничестве с учеными Академии наук СССР (Институт эволюционной морфологии и экологии животных им. А.Н. Северцева, Зоологический институт, Ботанический институт им. В.Л. Комарова, Почвенный институт им. Докучаева, Лаборатория лесоведения, Институт общей генетики). В разноплановых и длительных исследованиях оценивали устойчивость природного комплекса и его компонентов к воздействию радиационного фактора. На диких животных и растениях оценивали действие ионизирующего излучения на популяционном, организменном, клеточном, генетическом уровнях. В экспериментах, выполненных в заповеднике в первые 10-15 лет, получены сведения, описывающие закономерности транспорта радионуклидов в природных сообществах.

       В 1960 г. на загрязненной территории будущего заповедника под руководством и непосредственном участии А.Я. Коготкова (ПО "Маяк") развертываются комплексные исследования поведения долгоживущих радионуклидов в сопряженных ландшафтах. Впервые в отечественной и мировой практике исследований по радиоэкологии в продолжение идей акад. В.И. Вернадского получены характеристики биологического круговорота радиоактивных изотопов в биосфере (луговом биоценозе) [10]. Совместно с сотрудниками (В.В. Суслова, Е.И. Белова, В.Ф. Гольцев, А.В. Судаков и др.) изучались процессы вертикального и горизонтального перемещения радионуклидов в почвах разного типа применительно к многочисленным ландшафтным характеристикам ВУРСа. Для выяснения механизма вертикальной миграции определяли водорастворимые и обменные формы Sr-90, Cs-137, исследовали почвенно-гидрологические условия опытных участков, оценивали роль механического и биологического факторов переноса радиоактивных веществ, роль диффузионных процессов.

       При выполнении исследований получены характеристики поверхностно-склонового, почвенно-поверхностного, вертикально нисходящего перемещения радионуклидов. Экспериментально доказана вертикально восходящая миграция радиоактивного вещества. Определены интенсивность самоочищения различных типов почв, количественные значения и распределение радионуклидов в почвенном профиле. Выполненные работы масштабны как по поставленным задачам, так и конечным результатам. И в настоящее время, по истечении уже более чем 30-ти лет, эти работы не утратили приоритетность, научное и практическое значение.

       На территории Восточно-Уральского государственного заповедника получена разноплановая уникальная информация последствий массированного загрязнения природной среды. Актуальность таких исследований глубоко понимали крупнейшие ученые-атомщики: академики А.П. Александров, А.П. Виноградов, И.К. Кикоин, руководители отечественной атомной промышленности: Е.П. Славский, А.Д. Зверев, Н.А. Семенов и др.

       На Южном Урале в головной части радиоактивного следа (с 1966 г. - заповедник) трудами исследователей создана отечественная практическая радиоэкология. В комплексных исследованиях, начатых на ВУРСе в 1958 г., приоритетность придана решению проблем агропромышленного комплекса. Под руководством академика ВАСХНИЛ В.М. Клечковского здесь в период с 1958 г. по 1960 г. применительно к ведущим отраслям сельского хозяйства в природных условиях заложены длительные эксперименты. По глубине замысла и масштабности почвенно-агрохимических исследований эксперименты соответствовали духу академика Д.Н. Прянишникова (учителю В.М. Клечковского).

       На экспериментальных участках, расположенных на территории заповедника, в серии многолетних наблюдений изучена длительная динамика лабильности долгоживущих радионуклидов в почвенно-растительном покрове в условиях применения различных доз минеральных и органических удобрений и различных методов обработки почвы. Определены формы радионуклидов в почвах разного типа и динамика доступности радиоактивных изотопов для корневых систем растений. Изучены биологические особенности корневого усвоения Sr-90 и Cs-137 надземной растительностью: зерновые, овощные, зернобобовые, технические, кормовые, древесные, кустарниковые, ягодные и плодовые культуры. В крупномасштабных исследованиях применительно к химии почв определены количественные значения аккумуляции долго- и среднеживущих радиоактивных изотопов продукцией растениеводства (сельскохозяйственная, древесная, кустарниковая, травянистая растительность). Полученные параметры со временем стали нормативными и в настоящее время широко используются для оценки и прогноза возможного загрязнения растений.

       Логическим продолжением фундаментальных работ по изучению закономерностей накопления радионуклидов растительностью стали исследования, цель которых была направлена на уменьшение подвижности радиоактивного вещества в почвенно-растительном покрове, на минимизацию радиоактивных изотопов в продукции растениеводства и животноводства. Работы этого направления осуществлялись в многоплановых исследованиях, неполный перечень которых включает:

       Выполненные исследования свидетельствуют о возможности производства фуражного зерна для сельскохозяйственных животных и птицы на угодьях, загрязненных до 100 Кu/км2. Этими же работами экспериментально обосновано получение зерна для переработки на технические цели при плотности Sr-90 в почве до 500 и более Кu/км2.

       Многоплановые разработки, направленные на минимизацию перехода радионуклидов в продукцию полеводства и животноводства, явились обоснованием крупномасштабного использования загрязненной территории для нужд сельского хозяйства. В период с 1960 по 1978 гг. 40 тыс. га, изъятых из оборота угодий, возвращены лесному хозяйству и предприятиям агропромышленного комплекса.

       На территории Восточно-Уральского государственного заповедника значительное место занимали исследования по оценке воздействия ионизирующего излучения на биосферу. В модельных экспериментах с опрыскиванием посевов смесью продуктов ядерного деления [16] установлены поражающие и летальные дозы для растений, определены фенофазы, в период которых растения наиболее чувствительны к воздействию радионуклидов. Впервые в практике исследований радиационные эффекты у растений соотнесены к плотности загрязнения (Кu/км2). Установлено: суммарные поглощенные дозы бета- и гамма-облучения растений достигают критических значений при уровнях радиоактивного загрязнения территории, создающих гамма-дозы облучения человека и животных ниже летальных [17].

       В длительных экспериментах с внесением радиоактивного стронция на посевы в широком диапазоне доз в природных условиях изучались морфологические, биологические, генетические эффекты лучевого поражения сельскохозяйственных растений [18]. Применительно к поглощенным дозам описаны первичные радиационные эффекты, динамика их развития, репарационные процессы в растениях и растительных сообществах. Выполненные длительные наблюдения [16, 18] давали возможность реально оценить потери урожая и степень утраты хозяйственно-полезных признаков у основных продовольственных культур, как в острый, так и в отдаленный периоды факта крупномасштабного загрязнения.

       При выполнении работ большой объем научно-исследовательской информации получен на клеточном и генетическом уровнях растительного организма. Состояние радиационной генетики и радиобиологии в 60-х гг. диктовало задачи изучения мутагенеза и отдаленных последствий облучения животных и растений. Эти работы на территории Восточно-Уральского государственного заповедника были начаты в 1962 г. под руководством акад. Н.П. Дубинина. В модельных экспериментах и в природных условиях изучали:

       На клеточном и генетическом уровнях установлены микрорепарационные и микроэволюционные процессы, направленные на локализацию и смягчение последствий поражения клеточных структур, на повышение радиорезистентности растительных организмов, на индуцирование новых хозяйственно ценных признаков. При этом давление мутационного процесса в сообществе должно быть достаточным, чтобы вновь возникающие мутации оказались включенными в генный пул популяции.

       В длительных исследованиях на экспериментальном участке № 3 территории заповедника сотрудниками ОНИС (ПО "Маяк") методом радиационного мутагенеза была получена низкостебельная, устойчивая к полеганию, с высоким содержанием белка, по самым строгим оценкам превосходная по урожайности пшеница. Высота стебля - не более 40 см. Величина соотношения длины колоса к длине стебля 1:3 (у районированных местных сортов 1:10 и более). По фактической урожайности на экспериментальных делянках данная пшеница не имела аналогов. Авторы - Н.Д. Зуев, Р.П. Пономарева.

       Радиоэкологические исследования на территории Восточно-Уральского заповедника не ограничивались "аварийными" радионуклидами. Здесь изучали почвенную химию Рu-239, оценивали многолетнюю динамику в природных экосистемах Zr-95, Ru-106, Се-144, исследовали характеристики поведения в окружающей среде I-129, биологическое действие смеси радионуклидов 10-часового возраста, изучали особенности аэрального радиоактивного загрязнения посевов сельскохозяйственных культур почвенными частицами. С радиоэкологических позиций обследовали гидробиоценозы, лесные экосистемы, флору и фауну почв, луговые и припойменные ландшафты.

       У работающих на ВУРСе исследователей в арсенале технического оснащения был выполненный на основе Cs-137 крупнейший в Европе точечный источник гамма-излучения (32 тыс. Кu). С его использованием на территории заповедника проведена серия радиоэкологических экспериментов по оценке лучевого поражения и пострадиационного восстановления лесов и луговых сообществ. При длительной экспозиции (несколько недель) в строго контролируемых условиях при использовании дозиметров на больших участках природных лесонасаждений и естественной травянистой растительности в широком диапазоне доз получены и описаны характеристики ответной реакции растительных организмов и природных ландшафтов на воздействие ионизирующего излучения. Получены ответы на многочисленные стоявшие в то время вопросы поражения - восстановления естественных биоценозов при радиоактивном загрязнении больших территорий. По актуальности проблемы и масштабности исполнения данные эксперименты с полным основанием могут быть отнесены к числу крупнейших в практике радиоэкологических исследований.

       В перечень крупнейших радиоэкологаческих работ, выполненных на территории заповедника, безусловно, входят уникальные эксперименты на крупных сельскохозяйственных животных.

       Здесь в 70-х гг. для оценки устойчивости молочного скотоводства в условиях загрязнения биосферы короткоживущими радионуклидами проведен эксперимент с затравкой 30-ти дойных коров большими количествами "молодых" продуктов ядерного деления. В короткое время (3-4 недели) для затравки животных суммарно использовано 396 Кu смеси радиоактивных изотопов 10-часового возраста [16]. Определены количественные значения радионуклидов, вызывающие различную степень лучевого поражения животных. Прослежена молочная, мясная продуктивность выживших коров, получены характеристики хозяйственной ценности их потомства до 3-го поколения.

       Применительно к иным ситуациям на 6-м экспериментальном участке территории заповедника для обоснования систем ведения животноводства в условиях продолжительного загрязнения природной среды проведен многоплановый эксперимент под руководством Н.А. Корнеева [12, 19].

       О масштабности и оригинальности этого исследования свидетельствуют некоторые его характеристики:

       В данной работе в естественных условиях изучены особенности аккумуляции Sr-90 различными кормовыми культурами из почвы природных и сельскохозяйственных угодий, дана оценка миграции радиоактивных веществ в продукты животноводства в длительной динамике. Предложены приемы снижения миграции радионуклидов из почвы в продукцию животноводства, основанные на использовании кормов с меньшими биологическими характеристиками накопления радиоактивного вещества. С позиций содержания радионуклидов в животноводческой продукции исследованы кормовые цепочки и радиоэкологические характеристики основных видов домашних животных (крупный рогатый скот, овцы, свиньи, птица).

       В отдаленный период начала эксперимента исследованию подлежали некоторые показатели системы крови и белкового обмена в организме животных [20]. По результатам экспериментов решались важнейшие радиоэкологические задачи возрождения хозяйственной деятельности на отчужденной территории. Разработаны приемы дифференцированного использования загрязненных угодий на основе новых технологий производства, специализации предприятий агропромышленного комплекса [12, 13, 19].

       По масштабности, актуальности и решаемым задачам работу по праву следует отнести к крупнейшим в мире. Ее результаты имеют научное и практическое значение и в настоящее время востребованы при ведении хозяйства на территориях, подвергшихся загрязнению.

       Заповедник и ландшафтные характеристики его территории позволяли выполнить практически любые комплексные исследования для решения радиоэкологических, радиобиологических, природоохранных задач. Здесь в многолетнем цикле исследовались радиоэкологические вопросы овощеводства, садоводства, кормопроизводства, рыбоводства, лесного хозяйства. Результаты этих работ предполагали последующую разработку комплекса защитных мероприятий, направленных на снижение радионуклидов в сельскохозяйственной продукции и разработку контрмер для реабилитации загрязненной после аварии 1957 г. территории.

       Радиоактивное загрязнение большой площади на Южном Урале четче высветило возможные последствия глобального загрязнения планеты от испытательных ядерных взрывов и, безусловно, содействовало заключению в 1963 г. Московского договора о запрещении испытаний ядерного оружия в трех средах.

       Реабилитационные работы на ВУРСе во многом были приоритетными. Разработанные для реабилитации загрязненных угодий машины, технологии для животноводства, системы внесения удобрений, подготовка почвы, возделывания сельскохозяйственных культур не имели аналогов в мире. В процессе радиоэкологических исследований были разработаны принципы нормирования содержания радионуклидов в рационе животных по критерию допустимого уровня радиоактивного изотопа в продукте питания и критерию биологического действия радиоактивного изотопа на организм животного [21].

       Впервые разработаны принципы нормирования содержания радионуклидов в почвах с учетом перемещения их по биологическим цепочкам до человека. Создана экологическая дозиметрия, разработаны новые методы количественного определения радиоактивных веществ в разных средах, что позволило существенно расширить исследовательские и прикладные работы на уровне надземной биоты и в гидросфере водоемов заповедника. На территории заповедного режима изучалась радиоэкология Sr-90, Cs-137 применительно к популяциям крупных диких животных и популяциям фауны поверхностных водных источников (Е.А. Федоров).

       В 60-70-х гг. в природных сообществах здесь велись разноплановые исследовательские работы, связанные с проблемами восстановления нарушенных человеком ценозов. В течение 15-18 лет с момента загрязнения территории Восточно-Уральский заповедник стал "резерватом для размножения и расселения ценной охотничье-промысловой фауны" [9]. Озера Бердениш и Урускуль, расположенные практически по оси следа, использовались в качестве маточных водоемов для получения икры с последующим ее инкубированием для производства продовольственной рыбы в прудовом хозяйстве ОНИС (Е.А. Федоров).

       К сожалению, за последние 15 лет в границах заповедника прекратились осуществляемые ранее биотехнические мероприятия, в то же время резко увеличились факторы беспокойства, что привело к уменьшению численности, а в настоящее время - к полному исчезновению крупных парнокопытных животных, какими являются лось и косуля.

       После Чернобыльской трагедии (1986) творческое сотрудничество Опытной станции и учреждений АН ССР по тематике ВУРСа практически прекратилось. В разное время из ОНИС в научно-исследовательские институты страны по различным причинам перешли ряд докторов и кандидатов наук, что снизило интеллектуальный потенциал коллектива, его способность обосновывать и решать задачи, имеющие важное практическое значение. Прирост новой научно-исследовательской информации уменьшился, а в последующем исследовательские и прикладные работы на ВУРСе и в заповеднике вследствие острых финансовых проблем сокращены до минимума.

       Длительные исследования по оценке поведения радионуклидов в сельскохозяйственных и природных ценозах, действие ионизирующего излучения на генетическом и молекулярном уровнях в природных условиях имеют и сейчас важное значение для прогнозирования последствий массированного загрязнения территорий.

       Работы в данном направлении могут осветить на стыках смежных дисциплин новые весьма значимые аспекты. Непременным условием для этого являются научная добросовестность исследователей и их способность мыслить панорамно.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Авраменко М.И., Аверин АН., Лобойко Б.Г. и др. Авария 1957 г. Оценка параметров взрыва и анализ характеристик радиоактивного загрязнения территории // Вопросы радиационной безопасности. - 1997 .- № 5. - С. 18-28.

2. Алексахин P.M. У истоков отечественной радиоэкологии (атомный Ротамстед и радиоэкологическая Мекка) // Вопросы радиационной безопасности. - 1997. - № 3 .- С. 58-62.

3. Никипелов Б.В., Романов Г.Н., Булдаков Л.А. и др. Радиационная авария на Южном Урале в 1957 г. // Атомная энергия. - 1989. - Вып. 2. - С. 74-80.

4. Романов Г.Н., Воронов А.С. Радиационная обстановка после аварии // Природа. - 1990. - № 5. - С. 50-52.

5. Алексахин P.M., Булдаков Л.А, Губанов ВА и др. Радиационные аварии: последствия и защитные меры. - М.: ИздАТ, 2001. - 751 с.

6. Итоги изучения и опыт ликвидации последствий аварийного загрязнения территории продуктами деления урана / Под ред. А.И. Бурназяна. - М.: Атомэнергоиздат, 1990. - 144 с.

7. Экологические последствия радиоактивного загрязнения на Южном Урале / Под ред. В.Е. Соколова, Д.А. Криволуцкого. - М.: Наука, 1993. - 336 с.

8. Рябцев И.А., Тарасов О.В. Результаты исследований по радиоэкологии птиц / Экологические последствия радиоактивного загрязнения на Южном Урале. - М.: Наука, 1993. - С. 194-224.

9. Соколов В.Е., Покаржевский А.Д., Кожевникова Т.Л. и др. Популяции млекопитающих на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа / Экологические последствия радиоактивного загрязнения на Южном Урале. - М.: Наука, 1993. - С.156-171.

10. Коготков А.Я. Поведение радиоизотопов в почвах Среднего Зауралья: Дис.... д-ра биол. наук. 1968. - 522 с.

11. Тепляков И.Г., Романов Г.Н., Спирин Д.А. Возвращение земель ВУРСа в сельскохозяйственное использование //Вопросы радиационной безопасности. -1997.- № 3. - С.33-41.

12. Корнеев Н.А. Основы производства кормов и вопросы ведения животноводства на территории с повышенной плотностью загрязнения Sr-90: Дисс. ... д-ра биол. наук. 1968.

13. Панченко И.Я. Закономерности поведения Sr-90 в организме сельскохозяйственных животных и птиц и обоснование возможности производства продуктов животноводства и птицеводства на территории ВУРСа: Автореф. дисс. ... д-ра биол. наук. 1969.

14. Мешалкин Г.С. Влияние технологической и кулинарной обработки продукции животноводства на содержание в ней продуктов деления / Радиобиология и радиоэкология сельскохозяйственных животных. - М.: Атомиздат, 1973. - С. 192-212.

15. Мешалкин Г.С. Использование загрязненного радиоактивными элементами картофеля для производства пищевого крахмала: Отчет / ПО "Маяк". 1960.

16. Пристер Б.С. Проблемы сельскохозяйственной радиологии и радиобиологии при загрязнении окружающей среды смесью продуктов ядерного деления. //Дис. ... д-ра биол. наук. 1977. - 499 с.

17. Кальченко В.А. Генетические эффекты облучения популяций растений при радиоактивном загрязнении среды. // Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. М., 1998.

18. Зуев Н.Д., Корнеева Н.В., Пономарева Р.П. и др. Влияние стронция-89 на пшеницу // Радиобиология. -1977. -Т.17, № 6. - С. 931-932.

19. Сироткин А.Н. Метаболизм радиоактивных продуктов деления у крупного рогатого скота в онтогенезе. // Дис. ... д-ра биол. наук. 1973.

20. Сироткин А.Н., Рудских Т.А., Шилов В.П. Изменение некоторых физиологических показателей у коров при хроническом воздействии Sr-90. // Радиобиология. - 1970.- Т. 10, № 2. -307с.

21. Шилов В.П., Кононова Н.Е., Шарова В.А. Регламентация поступления радионуклидов в организм сельскохозяйственных животных: Отчет / ПО "Маяк". 1976. - 34 с.

Источник: Шилов, В. П. Восточно-Уральский радиоактивный заповедник: (к 35-летию статуса) / В. П. Шилов // Вопросы радиационной безопасности. - 2002. - Специальный выпуск. - С. 74-81.