УДК 574:616-636.2
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ПОГЛОщЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СИСТЕМЕ «ПОЧВА - РАСТЕНИЕ -ЖИВОТНОЕ - ЖИВОТНОВОДЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ»
А.Х. ЯППАРОВ, доктор сельскохозяйственных наук, директор
А.М. ЕЖКОВА, доктор биологических наук, зав. отделом
Т.Ю. МОТИНА, научный сотрудник
Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения Российской академии сельскохозяйственных наук,
E-mail: [email protected]
Резюме. В ходе исследований изучали почву, растения, корма, молоко, органы и ткани дойных коров на содержание солей некоторых тяжелых металлов и эссенциальных элементов в регионе с умеренной степенью техногенной нагрузки (Пестре -чинский район Республики Татарстан, где суммарный выброс загрязняющих веществ от промышленных предприятий и автотранспорта составляет около 3 тыс. т в год). На основании полученных результатов проведена оценка современного аг-роэкологического состояния системы «почва - растение - животное - животноводческая продукция». Определены биологическое поглощение химических элементов в звеньях системы, рассчитаны коэффициенты их перехода по трофической цепи, установлены объекты с высокой кумулятивной способностью к токсикантам. Количество цинка, меди, свинца и кадмия в почве находилось ниже уровня предельно-допустимой концентрации (ПДК), содержание никеля превышало ПДК на 17,0%. В вегетативных частях растений содержание этих элементов превышало максимально-допустимый уровень (МДУ) в 1,11,7 раза. Количество токсикантов в концентрированных кормах, сене и сенаже, используемых при кормлении коров превышало МДУ в 1,1-2,0 раза. В печени, почках, мышечной ткани и молоке коров содержание солей кадмия, свинца и никеля оказалось выше допустимой концентрации в 1,1-3,9 раза, а цинка и меди находилось ниже уровня гигиенических нормативов (ГН). Биофильность солей тяжелых металлов из почвы в растения и из растений в организм крупного рогатого скота проявлялась меньшей поглощаемостью растениями из почвы тяжелых металлов и большей органами и тканями крупного рогатого скота из кормов, что обусловлено хелатированием неорганических химических токсикантов и конкурентными их взаимоотношениями с биологически значимыми эссенциаль-ными элементами. Проведенные исследования, расчет коэффициентов биологического поглощения химических элементов в различных звеньях системы позволяют прогнозировать, корректировать и контролировать качество производимой продукции растениеводства и животноводства в регионах с высокой техногенной нагрузкой.
Ключевые слова: химические элементы, биологическое поглощение, почва, растения, корма, корова, кровь, молоко, печень, почки, мышечная ткань.
В современных условиях ведения сельскохозяйственного производства происходит интенсивное нарастание техногенной нагрузки на агроэкосистемы. В ряде регионов Российской Федерации содержание токсичных химических веществ в объектах природной среды значительно превышает безопасные пределы [1, 2].
Республика Татарстан (РТ) относится к высоко урбанизированным регионам с неоднородной концентрацией промышленного производства на территории и развитым сельским хозяйством [3]. Вблизи промышленных городов, в которых сосредо-
точены предприятия энергетики, автомобилестроения, химии и нефтехимии, а также в нефтедобывающем регионе с развивающимся машиностроением образуются постоянно расширяющиеся техногенные зоны с повышенным содержанием токсикантов в биосфере.
Неблагоприятный экологический фон оказывает большое влияние на состояние почвы, растений, сельскохозяйственных животных. Интенсивное воздействие комплекса техногенных факторов на агроэкосистемы приводит к тому, что механизмы естественной саморегуляции не справляются с возрастающей нагрузкой. Решение этой проблемы требует научно обоснованного подхода к вопросам детоксикации в различных звеньях системы «почва - растение - животное - животноводческая продукция» для получения экологически безопасной продукции.
Цель нашей работы - исследование состояния системы «почва - растение - животное - животноводческая продукция» с определением приоритетных токсикантов и изучение их перемещения по звеньям системы.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в регионе с умеренной степенью техногенной нагрузки - на территории ООО «Газовик» Пестречинского района РТ, где суммарный выброс загрязняющих веществ от промышленных предприятий и автотранспорта составляет около 3 тыс. т в год. В связи с этим большую значимость приобретает исследования экологической характеристики региона для прогнозирования и контроля безопасности и качества сельскохозяйственной продукции. Объектами исследования стали почвы, растения, корма, коровы в возрасте 5-6 лет (живой массой 450... 500 кг в физиологический период пика лактации), а также их кровь, молоко, печень, почки и мышечная ткань.
Исследование образцов почвы, растений и кормов выполняли экспресс методом количественного спектрального анализа на спектрометре ЭС-1 на базе дифракционного спектрографа ДФС-458С и фотоэлектронного регистрирующего устройства типа ФП-4, оснащенных компьютерной программой, без специальной пробоподготовки.
Диспансеризацию крупного рогатого скота в хозяйствах ООО «Газовик» и «Богородское» Пестречинского района РТ проводили по методике И.Г. Шарабрина (1975). Морфо-биохимические исследования крови и сыворотки крови животных осуществляли с использованием общепринятых методик. Содержание гемоглобина, количество эритроцитов и лейкоцитов определяли на гемоанализаторе Hema-Screen. Биохимические исследования выполняли на анализаторе OLYMPUS для «in vitro» диагностики с автоматической программой расчета.
Таблица 1. содержание химических элементов в почвах и растениях, (мг/кг)
Химический элемент Объект исследований
почва (n=24) растение (n=24)
ПДК I содержаний % от ПДК МДУ I содержаний % от МДУ
Цинк 110 39,3±4,8 35,4 50 55,2±7,1 110,4
Медь 66 41,4±1,3 62,7 30 39,1±3,5 130,3
Свинец 32 6,1±2,3 19,1 5 6,5±1,3 129,6
Никель 40 46,8±1,5 117,0 3 3,7±0,5 123,3
Кадмий 3,0 < 0,01 - 0,3 0,5±0,06 166,6
Таблица 2. содержание химических элементов в кормах, мг/кг
Химический элемент Вид корма (n=21) Суточное поступление (мг)
концентраты % МДУ сено % МДУ сенаж % МДУ
Цинк 62,3±3,2 124,6 51,4±5,2 102,8 49,3±2,4 98,6 1492,2±64,3 Медь 37,5±2,4 125,0 34,6±1,8 115,3 32,1±0,9 107,0 965,0±23,4 Свинец 5,2±1,1 104,0 6,1±0,8 122,0 5,8±1,1 116,0 167,3±7,1 Никель 1,1±0,3 36,6 3,1±0,7 103,3 2,7±0,4 90,0 73,9±5,2 Кадмий 0,5±0,05 166,6 0,6±0,02 200,0 0,5±0,02 166,6 15,0±1,2
Определение содержания токсичных элементов в органах, тканях и молоке животных проводили на атомно-абсорбционном спектрометре «Aanalist 400» с предварительной минерализацией проб по ГОСТ 26929-94. Исследования проб выполняли согласно ГОСТ 30178-96 и нормативному документу на метод испытания - МУК 4.1.986-00.
Полученные цифровые показатели анализировали с использованием стандартных программ вариационной статистики пакета Microsoft Office Excel-2003.
результаты и обсуждение. Центральный промышленный регион Республики Татарстан насыщен предприятиями агропромышленного комплекса, химической, текстильной и кожевенной промышленности, которые оказывают большое влияние на экологическую обстановку. Среднегодовой суммарный выброс загрязняющих веществ от этих предприятий в атмосферу составляет около 3085 тыс. т в год [4].
Анализ результатов исследования почвы показал, что количество цинка, меди, свинца и кадмия в них находилось ниже уровня предельно-допустимой концентрации (ПДК), кроме никеля, содержание которого превышало ее величину на 17,0% (табл. 1).
В вегетативных частях растений концентрация солей тяжелых металлов превосходила максимально-допустимый уровень (МДУ) в 1,1-1,7 раза. Наибольшее превышение выявлено по кадмию, что при незначительном количестве этого элемента в почве, на наш взгляд, обусловлено переносом атмосферным воздухом с промышленных предприятий региона. Аналогичная тенденция наблюдалась по содержанию цинка, меди, никеля и свинца, концентрация которых в растениях превышала допустимые значения в 1,1-1,3 раза.
Исследование концентратов, сена и сенажа, используемых в рационах коров, показало превышение количества токсикантов в кормах, в сравнении с МДУ, в 1,1-2,0 раза (табл. 2).
Содержание кадмия в концентратах превосходило МДУ в 1,7 раза, цинка и меди - в 1,2 и 1,3 раза соответственно. Количество свинца и никеля оставалось в пределах нормы. Самая высокая концентрация кадмия (в 2 раза выше МДУ) в исследованных кормах установлена в сене. Количество остальных изучаемых элементов в корме этого вида превосходило допустимый уровень не более чем в 1,2 раза. Аналогичная ситуация с кадмием была характерна и для сенажа, в котором его содержание превосходило МДУ в 1,7 раза. Концентрация других элементов в этом виде корма, кроме свинца,
количество которого было в 1,2 раза больше допустимого уровня, находилась в пределах нормы.
Морфо-биохимические показатели крови дойных коров находились в пределах физиологической нормы. Установлено достаточно высокое содержание гемоглобина - 103,3±5,61 г/л и эритроцитов - 6,37±1,34х1012/л. Количество лейкоцитов находилось на уровне верхней границы физиологической нормы (9,2,1±0,52х109/л), что может быть связано с адаптивно-компенсаторными процессами организма, обусловленными приспособлением животных к постоянному воздействию малых доз токсических элементов. В сыворотке крови резервная щелочность находилась на уровне нижней границы физиологической нормы -49,71±1,25 об%/СО2, что согласуется с наличием остео-дистрофии в структуре незаразной патологии животных. Содержание общего кальция и неорганического фосфора составляло 3,15±0,44 и 1,82±0,11ммоль/л соответственно, при этом кальций-фосфорное отношение сохранялось в пределах оптимума. Количество общего белка, его фракций и каротина в сыворотке крови коров оставалось в пределах средних физиологических показателей.
Содержание химических элементов в организме животных в основном зависит от поступления с кормами. Исследования органов, тканей и молока коров выявили, что количество солей кадмия, свинца и никеля, превышало допустимую концентрацию в 1,1-3,9 раза (табл. 3), а цинка и меди - находилось ниже уровня гигиенических нормативов (ГН).
В крови коров содержание кадмия и никеля оказалось больше допустимых значений в 1,7 и 1,2 раза соответственно, количество остальных исследованных элементов оставалось в допустимых пределах. Наибольшая концентрация свинца установлена в молоке, где ее превышение составило 1,7 раза, содержание остальных изучавшихся элементов в молоке оставалось в пределах допустимого. Самый высокий уровень химических элементов выявлен в мышечной ткани, где концентрация кадмия и никеля превысила ГН в 2,0 и 3,9 раза соответственно. Исследование печени продемонстрировало высокие кумулятивные свойства этого органа. Содержание в его тканях изучаемых элементов
Таблица 3. содержание химических элементов в органах, тканях и моло-
кедойных коров (n=30 , мг/кг
Показатель Химический элемент
цинк медь кадмий никель свинец
Кровь ГН* 40,0 5,0 0,03 0,5 0,6
содержание 2,85±0,10 1,07±0,09 0,05±0,01 0,59±0,83 0,10±0,02
% к ГН 7,1 21,4 166,6 118,0 16,6
Молоко ГН 5,0 1,0 0,03 0,3 0,1
содержание 3,61±0,74 0,14±0,07 0,03±0,01 0,14±0,02 0,17±0,03
% к ГН 72,2 14,0 100,0 46,6 170,0
(n=19)
Мышца ГН 70,0 5,0 0,05 0,5 0,5
содержание 4,41±0,35 0,95±0,06 0,09±0,03 1,97±0,73 0,25±0,09
% к ГН 6,3 19,0 180,0 394,0 50,0
Печень ГН 70,0 5,0 0,3 0,6 0,6
содержание 7,73±0,93 5,34±0,05 0,37±0,05 1,11±0,04 0,79±0,01
% к ГН 11,1 106,8 123,3 185,0 131,6
Почки ГН 70,0 5,0 1,0 0,6 1,0
содержание 4,53±0,93 6,64±0,23 0,40±0,01 0,93±0,03 0,93±0,07
% к ГН 6,5 132,8 40,0 155,0 93,0
* - содержание цинка, меди, кадмия и свинца сопоставляли с СанПиН2.3.2.1078-01. «Гигиенические нормативы качества и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов»; никеля -с допустимыми остаточными количествами тяжельх металлов в пищевьх продуктах (ДОК).
Таблица 4. Коэффициент биологического поглощения химических эле ментов звеньями трофической цепи
Объекты Коэффициент биологического поглощения
цинк 1 медь свинец никель 1 кадмий
Почва / растение 0,93 0,39 0,39 0,02 -
Растение / кровь 0,05 0,03 0,02 0,16 0,06
Кровь/печень 2,7 13,7 7,9 1,8 7,4
Кровь / почки 1,6 2,5 9,3 1,6 7,4
Кровь / мышечная ткань 1,5 0,8 2,4 3,3 1,8
Кровь / молоко 1,3 0,1 1,7 0,24 0,7
за исключением цинка превосходило допустимую концентрацию в 1,1-1,8 раза. Повышенное количество никеля и меди установлено в почках - в 1,5 и 1,3 раза больше допустимого.
Следует отметить, что если в растениях и кормах мы наблюдали превышение МДУ по содержанию цинка и меди, то в крови дойных коров оно находилось в пределах ГН. При этом зафиксирована высокая концентрация кадмия, который выступает антагонистом по отношению к цинку. Кроме того, повышенный уровень кальция и кадмия в крови, а также их высокая химическая активность обусловили снижение содержания меди в организме животных. Отчасти этот процесс пытались объяснить некоторые авторы [5].
Повышенное содержание изучаемых химических элементов в пищевой цепи «почва - растение - корма -животное» обусловило увеличение концентрации токсикантов в исследованных органах и тканях дойных коров. Однако следует отметить, что содержание меди в молоке, крови и мышечной ткани, а так же цинка в организме коров оставалось в пределах допустимых значений. Самым значительным превышением допустимого уровня в организме, по сравнению с другими изучаемыми элементами, характеризовался кадмий. Мы установили, что органы и ткани животных отличаются более высокой кумуляцией токсикантов, чем кровь и молоко, что, вероятно, связано с быстрой доставкой и отдачей кровью минеральных элементов другим органам и тканям и постоянным выведением молока из организма.
Увеличение концентрации химических соединений происходит в печени и почках, где протекают процессы депонирования, детоксикации и элиминации. Результаты клинического обследования, морфо-биохимические показатели крови, а также анализ содержания химических элементов в органах и тканях дойных коров свидетельствовали о развитии патологии животных в виде
нарушения минерального обмена веществ, на возникновение и патогенез которой большое влияние оказывало постоянное поступление малых доз токсинов из внешней среды.
Расчет коэффициентов биологического поглощения химических элементов в системе «почва - растение - животное - животноводческая продукция» показал, что в звеньях «почва-растение» и «растение-кровь» их величины не превышают единицы. Это указывает на отсутствие накопления химических элементов в названных звеньях. Наибольшим биологическим поглощением в звене «почва-растение» характеризовался цинк, в звене «растение-кровь» - никель (табл. 4).
В организме животных в звеньях «кровь-печень», «кровь-почки», «кровь-мышечная ткань» коэффициенты поглощения колебались от 1,3 до 13,7, а в звене «кровь-молоко» - от 0,1 до 1,7. Величина коэффициент биологического поглощения выше единицы указывает на кумуляцию или депонирование химических элементов в объектах трофической цепи. Наибольшие коэффициенты биологического поглощения в звене «кровь-печень» установлены для меди - 13,7, свинца и кадмия - 7,9 и 7,4 соответственно, в звене «кровь-почка» для свинца - 9,3 и меди - 7,4, «кровь-мышечная ткань» для никеля - 3,3 и свинца - 2,4, а в звене «кровь-молоко» для свинца - 1,7 и цинка - 1,3.
Выводы. Таким образом, в звене «почва-растение» и «растение-кровь» накопление солей тяжелых металлов не происходит. В организме животных в звеньях «кровь-печень», «кровь-почки», «кровь-мышечная ткань» отмечено депонирование изучаемых химических элементов, что обусловлено функциями органов и тканей, а также способностью тяжелых металлов в процессе метаболизма создавать стойкие металлокомплексы с белковыми молекулами.
Результаты наших исследований позволяют рассчитывать коэффициенты перехода веществ по пищевой цепи, что дает возможность прогнозировать и контролировать качество получаемой продукции растениеводства и животноводства не исследуя все объекты системы «почва - растение - животное - животноводческая продукция».
Литература.
1. Кашин A.C. Антропогенно-экологические органопатологии молодняка животных. Профилактика и терапия. Барнаул, 2002. 247 с.
2. Тремасов М.Я., Иванов А.В. К регламентированию экотоксикантов при комплексном воздействии на организм // Научные основы обеспечения защиты животных от экотоксикантов, радионуклидов и возбудителей опасных инфекционных заболеваний. Казань, 2005. С. 254-255.
3. Кандилов В.П. Общая характеристика территории Республики Татарстан / Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2002 году. Казань, 2003. С. 11-12.
4. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Республики Татарстан в 2011 году». Казань: Природа, 2011. 490 с.
5. Алексеенко В.А., Алещукин Л.В., Безкалько Л.Е. и др. Цинк и кадмий в окружающей среде. М.: Наука, 1992. 200 с.
BiOLOGiCAL ABSORPTiON CHEMICAL ELEMENTS iN THE «SOIL-PLANT-ANIMAL-LIVESTOCK PRODUCTS» A.H. Yapparov, A.M. Ezhkova, T.Y. Motina
Tatar Research institute of Soil Science and Agricultural Chemistry of the Russian Academy of Agricultural Sciences Summary. Investigated the soil, plants, food, milk, organs and tissues of dairy cows on the salt content of some heavy metals and essential elements in the region with a moderate degree of anthropogenic impact. According to the results of the data evaluated modern agro-ecological state of the system «soil-plant-animal-livestock products». Defined biological absorption of chemical elements in the parts of the system, their transition coefficients were calculated for the trophic chain of heavy metals and essential elements, and set objects with high cumulative ability to toxicants. Found that the amount of zinc, copper, lead and cadmium in the soil was below the maximum permissible concentration (MPC), the nickel content exceeded MPC by 17,0 %. In the vegetative parts of the plant an excess of these elements with respect to the maximum permissible level (MPL) was in 1,1-1,7 times. Research concentrates, hay and silage used in rations of cows showed excess toxicants in them compared to MPLs in 1,1-2,0 times. In the liver, kidney, muscle and milk cows salt content of cadmium, lead and nickel exceeded the allowable concentration of 1,1-3,9 times, and the amount of zinc and copper were below the level of hygienic standards (HS). Absorbability of
salts of heavy metals from soil to plants and of plants in the body of cattle become less absorptive plants of soil heavy metals and most organs and tissues of cattle feed, which is due to chelation of inorganic chemical toxicants and their competitive relationship biologically significant essential element. Studies , the calculation of the coefficients of biological absorption of chemical elements in various parts of the system allow to predict, control and adjust the quality of the crop and livestock production in regions of anthropogenic impact. Keywords: chemical elements, biological uptake, soil, plants, food, cow blood, milk, liver, kidney and muscle tissue.
УДК 616:615.1-636.92
ВЛИЯНИЕ БВМК В СОСТАВЕ ЗЕРНОСМЕСИ
НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ОТКОРМОЧНОГО МОЛОДНЯКА
КРОЛИКОВ
И.А. ЯППАРОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом
Н.П. КИРИЛЛОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Д.А. ЯППАРОВ, кандидат экономических наук, зав. отделом
Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения Российской академии сельскохозяйственных наук,
E-mail: [email protected]
Резюме. Исследования проводили с целью определения целесообразности и возможности замены дорогостоящих полнорационных гранулированных комбикормов при кормлении откормочного молодняка кроликов хозяйственными рационами из зерносмеси фуражных культур с добавлением белково-витаминно-минерального концентрата (БВМК). В результате научно-хозяйственных опытов, проведенных с использованием стандартных методов учета продуктивности и расчета затрат кормов установлено достоверно положительное влияние изучаемой кормовой добавки. Молодняк I контрольной группы получал гранулированный комбикорм по рецепту ПГК 92-1-89, II контрольной группы - хозяйственный комбикорм, состоящий в основном из зерносмеси фуражных культур, имеющихся в наличии, с добавкой кормового мела и поваренной соли, опытных III, IVи Vгрупп - гранулированный комбикорм, который включал упомянутую зерносмесь в количестве 65, 70 и 65% по массе соответственно и БВМК - 35, 30 и 25%. Кроме того, в Vгруппе в корм добавляли 10% древесных опилок. Живая масса кроликов подопытных групп, получавших хозяйственный рацион с БМВК, была выше, чем у сверстников из первой контрольной группы, на 6,3...7,0%, среднесуточный прирост - на 12,4...15,1%. Наименьшее потребление корма наблюдали у молодняка, получавшего рацион из 65% зерносмеси фуражных культур и 35% белково-витаминно-минерального концентрата, разница с контролем, в котором животные потребляли гранулированный комбикорм, составила 6,6%. Самая высокая масса парной тушки отмечена в опытной группе, с добавкой 30% БВМК. В этом же варианте установлен наибольший выход убойной массы откормочного молодняка кроликов - 52,8%. Самые низкие затраты корма на образование 1 кг прироста живой массы отмечены у молодняка кроликов, получавшего полнорационные гранулированные комбикорма, зерносмесь фуражных культур с добавлением белково-витаминно-минерального концентрата в количестве 30 и 35%. Животные этих групп расходовали на образование 1 кг прироста живой массы меньше корма, чем сверстники во втором контроле, соответственно на 18,2; 23,8 и 18,5%. Ключевые слова: откормочный молодняк кроликов, кормовая добавка, белково-витаминно-минеральный концентрат, живая масса, затраты корма.
В последние десятилетия на российском рынке значительно повысились цены на энергоносители. Поэтому
ранее апробированные и хорошо зарекомендовавшие себя в кормлении кроликов рецепты полнорационных гранулированных комбикормов с экономической точки зрения стали не привлекательными для широкого использования из-за высокой цены и убыточности при применении.
В связи с этим кролиководы стали использовать хозяйственный комбикорм, состоящий в основном из зерносмеси фуражных культур с добавкой поваренной соли и кормового мела. Такие рационы дефицитны по протеину, клетчатке, не сбалансированы по витаминному и минеральному питанию, что в конечном итоге приводит к значительному снижению продуктивности и сохранности животных.
По сведениям некоторых авторов [1, 2] альтернативой энергоемким кормам могут служить жмыхи и шроты, обладающие высокой питательностью, переваримостью и положительным действием на продуктивность кроликов. Однако сведений, имеющихся в литературе, недостаточно для определения оптимальной дозы их введения в комбикорма, при которой в наибольшей мере реализуются генетический потенциал животных.
Разработки, направленные на решение вопроса замены энергоемких компонентов в составе полнорационных гранулированных комбикормов весьма актуальны, так как обеспечивают удешевление рациона кроликов при одновременном сохранении и даже повышении продуктивности животных.
Цель наших исследований заключалась в определении возможности использования белково-витаминно-минерального концентрата (БВМК) в хозяйственном рационе кроликов вместо комбикормов, насыщенных дорогими энергоемкими компонентами, а также снижения таким путем затрат на кормление.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили на кролиководческой ферме ООО «Агрофирма Берсутский» Республики Татарстан. В научно-хозяйственных опытах, поставленных в соответствии с методическими указаниями [3], определяли влияние рационов с различным количеством БВМК на рост и развитие откормочного молодняка кроликов. Для проведения экспериментов по принципу аналогов (по возрасту и живой массе) после отсадки в возрасте 45...50 сут. были сформированы 5 групп по 50 гол. в каждой.
Рецепт балансирующей добавки разрабатывали совместно с сотрудниками сектора технологии кролиководства НИИ пушного звероводства и кролиководства им. В.А. Афанасьева. Она включала следующие