Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Детоксикация тяжелых металлов (свинца и кадмия) в системе "почва-растение-животное"

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Детоксикация тяжелых металлов (свинца и кадмия) в системе "почва-растение-животное""

На правах рукописи

СПРИНЧАК Дмитрий Викторович

ДЕТОКСИКАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (СВИНЦА И КАДМИЯ) В СИСТЕМЕ «ПОЧВА-РАСТЕНИЕ-ЖИВОТНОЕ»

03.00.16-Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кан

0мск-2004

Диссертация выполнена в Сибирском научно-исследовательском и проектнотехнологическом институте переработки сельскохозяйственной продукции

Научный руководитель: кандидат биологических наук, доцент

Бокова Татьяна Ивановна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Зашита состоится « 5 » ноября 2004 г. в 10 ~со часов на заседании диссертационного совета К. 212.177.02. при Омском государственном педагогическом университете по адресу: 644099 г. Омск, ул. Тухачевского, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного педагогического университета

Автореферат разрслйщл^я^я 2004 г.

Владимир Дмитриевич Пьяное; кандидат биологических наук Александр Иванович Сысо

Ведушая организация:

Алтайский государственный аграрный университет

Ученый секретарь диссертационного совета

гоо$*ч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В эпоху научно-технического прогресса негативное антропогенное воздействие на окружающую среду становится все более интенсивным и масштабным. Загрязнение тяжелыми металлами (ТМ) объектов биосферы (воздуха, воды, почвы) является причиной накопления их в кормах растительного и в продукции питания животного происхождения в количествах, порой превышающих санитарно-гигиенические нормы (Вяйзенен Г.Н., 1997; Скальный А.В., 2002; Nriagu О., 1990).

Результаты мониторинга, проведенного Государственным комитетом санитарно-эпидемиологического надзора совместно с Институтом питания РАМН, свидетельствуют о том, что в целом по России в 0,8-4 % изученных проб пищевых продуктов наблюдалось превышение содержания ТМ, в том числе по свинцу и кадмию. Возрос процент нестандартных проб пищевого сырья и продуктов питания, загрязненных кадмием и свинцом с 1 до 1,5 % по всей группе продукции. В Западной Сибири в результате антропогенного воздействия на почвы сформировались биогеохимические районы со значительным отклонением от нормы в содержании многих химических элементов в пищевых цепочках. Это отрицательно сказалось на здоровье животных и человека. В последние годы Алтайский край подвергался значительным техногенным и антропогенным нагрузкам. Значительная территория края имеет в объектах биосферы повышенное содержание токсических веществ в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации. Такая степень загрязнений уже представляет значительную опасность для человека и других живых организмов, так как ТМ обладают высокой токсичностью и способностью к кумуляции в организме (Додина Л.Г., 1998; Доклад, 1997; Завалишин СА, 1999; Ильин В.Б., Сысо А.И., 2001; Морковкин ГГ., 2002).

Однако до сих пор нет четких данных о степени перехода токсических веществ из почвы в растения, из кормов в организм животных и животноводческую продукцию. Достаточно спорным и не до конца изученным остается вопрос о месте накапливания токсикоэле-ментов в организме животных. Поэтому разработка системы стабильного получения экологически безопасной растительной и животноводческой продукции, является актуальной.

Цель исследования. Изучение процесса ограничения миграции ТМ (свинца и кадмия) в системе «почва - растение - животное» для получения экологически безопасной растительной и животноводческой продукции.

Задачи исследования:

1. Изучить действие и последействие внесенных в почву разных доз ТМ и детоксиканта на величину урожая рапса

2. Оценить действие и последействие внесенных в почвы доз ТМ и детоксиканта на концентрацию загрязнителей в вегетативной массе и семенах рапса.

3. Определить изменение во времени концентрации подвижной формы ТМ в почве при разных уровнях ее загрязнения и различных дозах детоксиканта

4. Определить содержание ТМ (свинца и кадмия) в мясной продукции (мясо, сердце, почки, печень), изучить детоксицирующее действие семян рапса

5. Провести биохимические, гематологические исследования крупного рогатого скота при повышенном содержании ТМ в рационе при использовании детоксиканта

6. Определить степень влияния ТМ, детоксиканта на продуктивность крупного рогатого скота и качество молока

Научная новизна. Впервые дано научное обоснование использования гуминового препарата «Гумат-80» как детоксиканта ТМ (свинца и кадмия) в системе «почва - растение». Выявлено, что использование семян рапса в кормах уменьшает аккумуляцию ТМ в организме животных (крупного рогатого скота).

Практическая значимость. Предложены научно-обоснованные способы детоксикации ТМ в системе «почва - растение - животное». Доказано, что гуминовый препарат «Гумат-80» уменьшает подвижность ТМ, свинца на 12-22 %, кадмия на 11-32 % и переход их в кормовую культуру - рапс. При использовании семян рапса ярового (100 граммов в сутки на одну голову) в рационе крупного рогатого скота в мышечной ткали животных уменьшается аккумуляция свинца на 34,6 %, кадмия на 50,0 % и в молоке - свинца на 36,3 %, кадмия на 36,4 %.

Материалы диссертации используются при чтении лекций для студентов агрономического, зооинженерного факультетов, факультета ветеринарной медицины Новосибирского государственного аграрного университета и других сельскохозяйственных вузов Западной Сибири по курсам: «Агроэкология», «Экология животных», «Нормативы по защите окружающей среды».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлены на 2-й, 3-й, 4-й Международных научно-практической конференциях «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2002; 2003; 2004), 4-й Российской биогеохимической школе «Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы» (Москва, 2003), 1-й научно-практической конференции с международным участием «Биоэлементы»' (Оренбург, 2004), 3-й Международной конфе-

ренции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы - биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004).

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация выполнена на 125 страницах, включает 22 таблицы и 9 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов исследований, обсуждения, заключения, выводов и предложений. Список литературы включает 230 наименований, в том числе 68 - на иностранных языках.

Положения, выносимые на защиту:

1. Влияние различных доз гуминового детоксиканта на концентрацию ТМ в рапсе, его урожайность, концентрацию подвижных форм ТМ в почве.

2. Научное обоснование использования семян рапса для уменьшения токсического влияния свинца и кадмия

3. Получение экологически безопасной продукции в системе «почва - растение - животное» путем детоксикации токсических элементов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная часть работы проводилась в АОЗТ «Таёжный» Ельцовского района Алтайского края в период 2001-2004 гг. Общая структура исследований представлена на рис. 1.

Были проведены полевые мелкоделяночные опыты на землях хозяйства, на поле, где в течение всего времени эксперимента возделывал-ся яровой рапс. ТМ вносили в почву весной до посева ярового рапса, перед основной обработкой, путем поверхностного полива раствором водорастворимых солей: РЬ(СН3СОО)2 х ЗН20, Сё(Ш3)2 х 4Н20.

Полевые опыты проводились по десяти вариантам (см. таблицу 1).

Таблица 1

Варианты опыта по изучению доз внесения в почву водорастворимых солей свинца и кадмия и детоксиканта«Гумат-80»

№ варианта Дозы внесения свинца (РЬ) и кадмия (Cd), в расчете на элемент, гумата (Г), в расчете на препарат в стандартной форме, мг/кг почвы

1 0 - фон без внесения ТМ (контроль)*

2 РЬ500 + Cd3 (Pb500Cd3)

3 РЬбОО + Cd4 + Гумат 500 (РЬ600С<14+Г500)

4 РЬ400 + Cd2 + Гумат 500 (РЬ400Сс12+Г500)

5 РЬ400 + Cd4 + Гумат 250 (РЬ400Сс14+Г250)

6 РЬбОО + Cd2 + Гумат 250 (Pb600Cd2+ Г250)

7 РЬбОО + Cd4 + Гумат 250 (Pb600Cd4+r250)

8 РЬ400 + Cd4 + Гумат 500 (Pb400Cd4+r500)

9 РЬ400 + Cd2 + Гумат 250 (РЬ400С<12+Г250)

10 РЬбОО + Cd2 + Гумат 500 (Pb600Cd2+r500)

В скобках даны обозначения вариантов опытов, которые будут использоваться в дальнейшем.

Анализы почв и растений выполнялись на станции агрохимической службы «Бийская» стандартными методами, принятыми в агрохимических и агроэкологических исследованиях: гранулометрический анализ по методу Качинского; гумус по методу Тюрина; рН солевой вытяжки потенциометрическим методом; содержание подвижного фосфора и обменного калия в вытяжке по методу Чирикова; подвижный бор методом Бертгера и Труога; подвижный молибден по методу Грига; подвижные цинк, медь, кобальт и марганец по методу Крупско-го-Александровой (ацетатно-аммонийный буферный раствор с рН 4,8); валовое содержание цинка, меди, свинца, кадмия и ртути проводилось после химического разложения проб кислотами на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Квант-2А», этим же методом определялись элементы в вытяжках из почв и в растворах после озоления растительных проб.

Определение подвижной формы свинца и кадмия в опытах проводилось в вытяжке по методу Крупского-Александровой. Разложение растительных проб для определения количества ТМ выполнялось по методу Ринькиса.

Для изучения качества урожая рапса определяли сырой протеин, сырую золу, нерастворимую золу, сырую клетчатку - методом Кюрш-нера; сырой жир, безазотистые экстрактивные вещества - методом экстрагирования. Рассчитывали содержание кормовых единиц в сухом веществе рапса.

Опытная культура - рапс яровой, среднеспелый сорт АНИИ-ЗиС-2; универсального назначения, устойчивый к полеганию. Урожайность зеленой массы 350-400 ц/га, маслосемян - 25-30 ц/га. Содержание жира в семенах- 38-40 %,содержание эруковой кислоты в масле-0,2 %, глюкозинолатов в семенах- 0,45-0,47 %.

Детоксикант «Гумат-80» (ТУ 2189-004-417646-43-98) вносили в вводно-растворимой форме. «Гумат-80» содержит 75-85 % калиевых и натриевых солей гуминовых кислот.

Для проведения физиологического опыта по принципу аналогов были сформированы три опытные группы коров симментальской породы 3-4-х лактации по 8 голов в каждой. В первой контрольной группе коровы получали в составе основного рациона фоновое содержание ТМ, уровень которых был ниже максимально допустимого уровня (МДУ).

Во второй и третей группе коровы получали корма, содержащие в составе основного рациона повышенное количество ТМ свинца и кадмия в 1,5 раза выше МДУ. В третьей опытной группе в качестве подкормки вводились в рацион семена рапса в дозе 100 граммов в сутки на одну голову.

В работе применялись следующие методы исследований агрохимический, зоотехнический, биохимический, гематологический и расчетный.

Животные находились в одинаковых условиях кормления, и содержания. Рацион рассчитывали по детализированным нормам кормления, исходя из фактической питательности кормов.

Химический анализ кормов проводили на станции агрохимической службы «Бийская» по общепринятым методикам. Количество съеденных кормов учитывали ежедекадно по группам.

Исследования мяса, молока на содержание ТМ проводили согласно СанПиН 2.3.2.1078-01 в Алтайском краевом центре Госсанэпиднадзора.

Данные полевых и лабораторных исследований обработаны методами дисперсионного и корреляционного анализа (Плохинский НА,

Лакин Г.Ф., 1990; Васильева ЛА, 2000) с использованием программ SNEDECOR, Ехсе1-97.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Действие доз свинца, кадмия и детоксиканта на величину урожая зеленой массы и семян рапса.

Период проведения полевых опытов пришелся на годы, существенно различавшиеся по погодным условиям,

Наиболее благоприятным по увлажнению был 2001 г., в последующий год проведения опытов количество осадков уменьшилось В 2003 г. отмечено наступление периода засухи в Западной Сибири и более позднее начало появления биологически активных температур воздуха (более 5° С).

Существенное уменьшение осадков в вегетационный период привело к дефициту влаги в почве и снижению урожая большинства сельскохозяйственных культур, в том числе рапса ярового в наших опытах (рис. 2). Уменьшение увлажненности почв сказалось на содержании сухого вещества в зеленой массе рапса; в среднем оно возросло с 15 % в 2001 г. до 18 % в 2003 г. Существенных различий между вариантами опыта по этому показателю не отмечено. На основании этого можно сделать заключение, что внесенные в почву дозы ТМ и гумата слабо влияют на срдержание сухого вещества в растениях рапса

По сравнению с контролем урожай зеленой массы, сухого вещества и семян рапса на всех вариантах с внесением ТМ был достоверно ниже (таблица 2).

Таблица 2

Влияние доз ТМ и детоксиканта на снижение урожая зеленой массы (в среднем за 2001-2003 гг.), соломы и семян рапса ярового (за 2003 г.), в % от контроля

Вариант Зеленая масса Солома Семена

Контроль 100 100 100

РЪ500Са3 -33 -34 -39

РЪ600Сё4г500 -22 -23 -26

РЬ400С(12Г500 -13 -13 -14

РЬ400Сс14Г250 -14 -15 -20

РЬ600Сс12Г250 -25 -25 -26

РЬ600С(14Г250 -27 -27 -30

РЬ400С(14Г500 -15 -15 -16

РМ00Са2г250 -20 -21 -21

РЬ600С(12Г500 -23 -23 -24

НСР05,% 6 7 7

Внесение гумата позволило частично инактивировать токсическое действие ТМ на растения, но в полной мере восстановить уровень продуктивности растений не смогло.

Наиболее негативное действие на величину урожая зеленой массы, сухого вещества и семян рапса оказал свинец В вариантах с высокими дозами его внесения были получены наименьшие урожаи На урожай семян ТМ оказали более сильное влияние, чем на урожай вегетативной массы.

Влияние доз свинца, кадмия и детоксиканта на концентрацию ТМ в зеленой массе и семенах рапса, качество растительной продукции.

Химический анализ выращенной продукции показал, что внесение в почву ТМ привело к повышению их концентрации в растительной продукции рапса до уровня, превышающего предельно допустимую концентрацию (ПДК), применение же гумата способствовало уменьшению поступления в растения ТМ Прежде всего это касается свинца, который, вероятно, инактивировался гуматом сильнее, чем кадмий (таблица 3).

Таблица 3

Содержание в рапсе яровом свинца и кадмия, мг/кг

Вариант 2001 год 2002 год 2003 год

Зеленая Зеленая Зеленая Семена

масса масса масса

РЬ Cd РЬ Cd РЬ Cd РЬ Cd

Контроль 0,5 0,10 0,40 0,11 12 0,02 0,05 0,01

РЪ500Сё3 14,7 1,01 13,8 0,92 3,5 0,60 0,47 0,06

РЬ600Сс14Г500 6,0 0,30 5,3 0,46 2,9 0,24 0,34 0,05

РЬ400Сс12Г500 2,7 0,21 2,2 0,31 1,8 0,16 0,26 0,04

РЬ400Сс14Г250 5,4 0,75 5,2 0,61 2,4 0,34 0,31 0,05

РЬ600Сс12Г250 12,0 0,52 10,9 0,3 3,9 0,9 0,36 0,03

РЬ600С(14Г250 10,7 0,71 9,6 0,47 3,7 0,44 0,33 0,08

РМ00Сс14Г500 3,6 0,54 3,2 0,41 1,5 0,25 0,27 0,07

РЬ400Сё2Г250 4,6 0,46 4,3 0,35 2,0 0,34 0,28 0,05

РЬ600Сс12Г500 7,6 0,22 5,9 0,26 2,9 0,36 0,31 0,04

НСР05 1,0 0,21 0,9 0,24 0,9 0,26 0,10 0,02

МДУ 5 0,3 5 0,3 5 0,3 0,50 0,10

Уже на второй год после закладки опыта была отмечена тенденция уменьшения концентрации свинца в вегетативной массе растений рапса. На третий год после внесения свинца в почву его концентрация в сухом веществе рапса стала меньше МДУ для грубых и сочных кормов. Однако на вариантах, где кадмий был внесен в дозах более 2 мг/кг почвы, его концентрация в вегетативной массе оставалась выше МДУ, даже при применении максимальных доз «Гумата-80».

В семенах рапса концентрация ТМ во всех вариантах была ниже МДУ для для пищевого зерна Это объясняется тем, что они относятся к генеративным органам, поступление химических элементов в которые контролируется на генетическом уровне (В.Б. Ильин, 1991). Таким образом, наши исследования подтвердили известную закономерность жесткого контроля поступления ТМ в генеративные органы растений -семена, ответственные за воспроизводство растений.

Выявлен синергизм поступления в растения свинца и кадмия, Они оказывают слабое, но достоверное положительное взаимное влияние, усиливают поглощение друг друга растениями. Таким образом, на сильно загрязненных почвах возможен избыток ТМ в кормах, основу которых составляют вегетативные части растений. Семена рапса остаются экологически чистыми даже при высоком уровне содержания ТМ

в почве, поэтому на загрязненных территориях, по-видимому, целесообразно возделывать эту культуру для производства семян

Изменение концентрации подвижных форм ТМ в загрязненных почвах при применении детоксиканта.

Определение подвижных форм ТМ в пробах почв, отобранных: 1 - после посева опытной культуры; 2 - после уборки урожая; 3 - через год после внесения, показало, что со временем подвижность их снижается (таблица 4).

Таблица 4

Влияние доз ТМ и гумата на подвижность свинца и кадмия в почве, %

Вариант Сроки отбора проб почвы

1-й 2-й 3-й 1-й 2-й 3-й

Подвижность свинца Подвижность кадмия

Контроль 25 22 21 46 40 15

РЪ500С13 . 82 50 24 82 68 52

РЬ600Сё4Г500 77 42 25 73 56 20

РЬЛЮС(12Г500 71 28 27 77 59 24

РЪ400Са4Ы50 82 39 28 78 60 32

РЬ600Сс12Г250 81 59 24 86 60 44

РЬ600Сс14Г250 82 60 34 86 64 32

РЬ400С(14Г500 71 47 29 71 61 25

РЬ400Сё2Г250 80 50 27 86 61 33

РЬ600С(12Г500 70 42 24 82 48 32

НСР05 3 5 2 4 6 3

Было отмечено уменьшение подвижности элементов (доли подвижной формы в валовом содержании) не только на вариантах с внесением водорастворимых солей свинца и кадмия, но даже и на контроле, частично загрязненном ими. Статистическая обработка данных анализа почв засвидетельствовала достоверное влияние доз свинца, кадмия и детоксиканта на подвижность загрязнителей в почве. Обнаружено, что после внесения водорастворимых солей свинца и кадмия их подвижность снижается благодаря способности почв инактивиро-вать поступающие в них ТМ, а «Гумат-80» усиливает эту тенденцию. В то же время и через год концентрации подвижной формы свинца и кадмия в почве оставались выше ПДК, что обусловлено их очень высокими дозами. Этим можно объяснить, что на второй год после загрязнения почв ТМ их концентрация в рапсе превышала МДУ.

При определении количества подвижных форм свинца и кадмия обнаружено, что повышенный уровень их концентрации в почве сохранятся и на третий год после их внесения (рис. 3,4).

Но, как было показано выше, уровень концентрации свинца и кадмия в почве оказывал слабое влияние на концентрацию их в вегетативной части растений.

Отрицательное влияние свинца и кадмия на урожай рапса, а также аккумуляцию их в растениях мы объясняем токсическим действием на культуру высоких концентраций в почве подвижных форм свинца и кадмия. '

Между подвижной формой элементов в почве и их накоплением в вегетативной части растений установлена тесная связь (Ккоррел > 0,8). Выявлено достоверное влияние друг на друга поступавших в растения свинца и кадмия.

Таким образом, можно сказать, что при сильном загрязнении почв ТМ возможен их избыток в продуктах питания и кормах, основу которых составляют вегетативные части растений. Детоксикант хотя и положительно влияет на качество кормовой продукции, снижая их подвижность в почвах и концентрацию в растительных тканях, но все же его применение не всегда позволяет достичь допустимых пределов содержания ТМ в растениях.

Поступление ТМ с кормами в рацион питания коров и содержание ТМ в мясной продукции.

С целью изучения перехода ТМ из кормов в организм животных было сформировано три группы коров: контрольная (интактные животные) и две опытные. В контрольной группе коровы получали в составе основного рациона фоновое содержание ТМ, уровень которого был ниже ПДК. Во второй и третьей опытных группах коровы получали в составе кормов повышенное количество 'ТМ, в рацион третьей группы вводилось ежедневно по 100 граммов семян рапса в качестве детоксиканта на каждую голову крупного рогатого скота

Коровы контрольной группы получали хозяйственный рацион, состоящий из 4 кг сена кострецового, 4 кг сена лугового, 30 кг зеленой массы рапса, 3,3 кг концентратов, 0,05 кг соли. Животные опытных групп получали также хозяйственный рацион, но уровень концентрированных кормов был снижен за счет введения в зерновую смесь семян рапса В связи с тем, что животные были полновозрастные (3-4 лактации), с небольшой стельностью, упитанность соответствовала средней, питательность рациона с учетом этих показателей не увеличивали Рационы кормления коров по общей и протеиновой питательности были равноценными В зависимости от потребления различных кормов и содержания в них ТМ менялось поступление в организм свинпа и кадмия.

Фоновое содержание свинца в сухом веществе рациона составило для сена 2,0 мг/кг, рапса 1,2 мг/кг, концентратов 0,5 мг/кг при МДУ 5,0

мг/кг. Потребление кадмия в составе рациона составляло для сена 0,1 мг/кг, рапса 0,02 мг/кг, концентратов 0,06 мг/кг при МДУ 0,3 мг/кг. В корма опытных групп добавлялись ТМ, содержание которых в 1,5 раза превышало МДУ. Так, поступление кадмия в организм коров превысило фоновое значение (контрольную группу) на 5,05 мг (или в 6,55 раза), по свинцу на 80,25 мг (или в 5,18 раза). Следовательно, повышение уровня ТМ в кормах существенно повысило их содержание в организме коров

Важным источником белка для человека является мясо, и прежде всего говядина (таблица 5). В Алтайском крае среди продуктов питания мясо и продукты его переработки по значимости стоят на одной ступени с молочной продукцией.

Таблица 5

Химический состав говядины, %

Группа Вода Жир Белок Зола

Контрольная 67,10±1,27 13,70+1,64 18,11+0,14 1,08+0,03

1-я опытная 71,59+1,36* 9,35+1,12 17,93+0,14 1,12+0,03

2-я опытная 69,37±1,31 10,81+1,29 18,83+0,15' 1,00+0,03

* Разница превышает наименьшее существенное различие (НСР) (5 %).

Скармливание животным рационов с повышенным уровнем ТМ не оказало значительного влияния на химический состав говядины, хотя привело к некоторому уменьшению жира с белком (46,5 и 1 %) в первой опытной группе и увеличению воды на 6,7 % (Р<0,05). В мясе животных второй группы отмечено увеличение содержания белка на 4,0 % (Р<0,05).

Было определено содержание ТМ в мышечной ткани (мясе) и внутренних органах животных. У крупного рогатого скота опытных групп свинец в большей степени аккумулировался в почках и печени, тогда как в мышцах и сердце концентрация была в 2-3 раза меньше (таблица 6).

В контрольной группе коров содержание свинца находилось в следующей последовательности (в порядке уменьшения): пе-чень>почки>сердце>мясо. В первой опытной группе коров, получавших рацион с ТМ, содержание свинца в печени увеличилось в 6,6 (Р<0,01) раз, в почках - в 5,2 (Р<0,01) раза, в сердце - в 2,8 (Р<0,01) раза, в мясе - в 3,3 (Р<0,01) раза по сравнению с контролем. Во второй группе коров, потреблявших ТМ вместе с семенами рапса, содержание свинца увеличилось по сравнению с контролем в почках в 2,3 (Р<0,01) раза, в печени - в 2,9 (Р<0,01) раза, в сердце - в 1,7 (Р<0,05) раза, в мясе - 2,1(Р<0,01) раза. Таким образом, на фоне применения семян рапса содержание свинца уменьшилось во всех органах и мясе животных

Таблица 6

Содержание ТМ в мясной продукции, мг/кг

Элемент Продукция Группы ПДК

Контрольная 1-я опытная 2-я опытная

РЬ Мясо 0,08±0,005 0,26±0,015" 0,17±0,01" 0,5

Сердце 0,13±0,008 0,36±0,021" 0,22±0,013* 0,6

Почки 0,22±0,004 1,15±0,023" 0,52±0,01" 1,0

Печень 0,19±0,002 1,25±0,018" 0,56±0,00б" 0,6

С<1 Мясо 0,003±0,0005 0,024±0,003" 0,012±0,001' 0,05

Сердце 0,008±0,0005 0,028±0,0008" 0,018±0,0005" 0,3

Почки 0,016±0,0007 0,669±0,029" 0,344±0,015" 1,0

Печень 0,009±0,0007 0,376±0,027" 0,140±0,01" 0,3

* Разница превышает НСР (5 %) ** Разница превышает НСР (1 %)

В контрольной группе животных содержание кадмия находилось следующей последовательности (в порядке уменьшения): почки>печень>сердце>мясо. В первой опытной группе коров, получавших рацион с ТМ, содержание кадмия в почках увеличилось в 41,8 (Р<0,01) раза, в печени - в 41,7 (Р<0,01) раза, в сердце - в 3,5 (Р<0,01) раза, в мясе - в 8,0 (Р<0,01) раза по сравнению с контролем Во второй группе коров, потреблявших в рационе ТМ вместе с семенами рапса, содержание свинца увеличилось по сравнению с контролем в почках в 21,5 (Р<0,01) раза, в печени - в 15,5 (Р<0,01) раза, в сердце - в 2,2 (Р<0,01) раза, в мясе - в 4,0 (Р<0,05) раза. Таким образом, на фоне применения семян рапса содержание кадмия уменьшилось во всех исследованных органах и тканях животных, но кадмий по нашим результатам «более подвижный», чем свинец.

Одновременно нами были проведены исследования поведения ТМ и микроэлементов в организме животных под действием детокси-канта, на примере цинка и меди. Достоверного влияние семян рапса на содержание в тканях коров цинка и меди не обнаружено (рис. 5, 6).

О биологической ценности мяса невозможно судить по данным только химического состава Главная ценность говядины определяется наличием в ней белков и их соотношением.

В мясе, полученном от контрольной группы, по сравнению с опытными группами, содержание незаменимых аминокислот было следующим: лизина больше на 1,1 %, метионина больше на 0,87 %, чем во второй группе и на 1,3 % больше, чем в первой группе; изолей-

В мясе животных первой опытной группы было меньше гисти-дина на 6,2 %, плутаминовой кислоты - на 0,2 %, глицина - на 0,7 %, цистина - на 1,4 % (Р<0,05), фениланина - на 3,4 %, а по сравнению с пробами контрольной группы, больше аспаргиновой кислоты на 0,23 %, пролина - на 0,19 %, валина - на 0,18 %, тирозина - на 0,63 %, аланина-на 0,47%.

В мышцах второй опытной группы в сравнении с первой и контрольной группами больше аргинина на 0,46 %, глицина - на 1,13 % и 0,42 %, цистина - на 2,17 и 0,71 % (Р<0,05), фениланина - на 5,94 и 2,50 %, тирозина меньше на 0,94 и 0,315 %, треонина - на 0,50 и 1,50 %, пролина - на 0,56 и 0,37 %, валина - на 0,35 и 0,18 % соответственно.

Видимо, механизм самоочищения организма животных не позволяет избавиться от ТМ, поступающих в количестве, превышающем ПДК, и потому идет накопление токсикантов в органах и тканях. Введение в рацион второй опытной группы семян рапса выводит из организма ТМ, уменьшая концентрацию свинца в мышечной ткани (мясе)

на 34,6 % и кадмия на 50,0 %, в сердце - на 38,9 % и 35,7 %, в почках -на 57,5 % и 48,6 %, в печени - на 55,2 % и 62,8 % соответственно.

Наши исследования показали, что наиболее безопасными продуктами по накоплению токсикантов являлась мышечная ткань (мясо) и сердце, а накопителями вредных веществ служат почки и печень. Результаты анализа данных, представленных в таблице 6, показали повышенное содержание свинца (в печени - 2,08 ПДК, в почках - 1,15 ПДК, кадмия в почках - 0,67 ПДК и печени - 1,25 ПДК) у первой опытной группы. Во второй опытной группе содержание свинца и кадмия в почках - 0,52 и 0,34 ПДК, в печени - 0,93 и 0,47 ПДК соответственно.

Таким образом, выявлено, что содержание ТМ в мясе, печени, почках и сердце коров второй опытной группы не превышало ПДК и все исследуемые мясные продукты безопасны по содержанию в них свинца, кадмия в соответствии с требованиями санитарных норм (СанПиН 2.3.2.1078-01.).

Влияние свинца и кадмия на гематологические и биохимические показатели крупного рогатого скота

Анализ крови коров проводился в момент постановки животных на опыт и при снятии с опыта. В момент постановки опыта все биохимические показатели крови соответствовали норме. К концу опыта произошли изменения в составе крови. В сыворотке крови коров опытных групп содержание общего белка, неорганического фосфора, а также щелочной резерв были ниже, чем у животных контрольной группы. Содержание общего белка в сыворотке крови коров первой опытной группы - 73,17 г/л, второй группы - 75,07 г/л (94,32 и 96,77 %), а в контрольной - 77,57 г/л. Содержание кальция в крови первой и второй опытных групп уменьшилось на 8,70 % (Р<0,01) и 5,77 % (Р<0,05), фосфор снизился на 12,65 % (Р<0,01) и 5,67 %. Щелочной резерв соответствовал физиологической норме и составлял 96,25 % (Р<0,01) в первой группе и 97,31 % во второй по отношению-к контрольной.

Установлено негативное действие кадмия и свинца на биосинтез белка. Уровень общего белка в сыворотке крови всех групп был в пределах физиологической нормы. Однако его содержание было достоверно выше у коров из контрольной группы и приближалось к средним границам показателей физиологической нормы, а в первой опытной группе его значение находилось около нижней границы

Свинец и кадмий в незначительной степени влияют на содержание липидов в сыворотке крови. В первой группе животных их на 0,80 % меньше, чем в контрольной, а второй на 1,05 % больше. Влияние загрязнения кормов на этот показатель была небольшой

Достоверные различия установлены по содержанию лейкоцитов и эритроцитов в крови животных. В контрольной группе их больше на 4,54 и 6,12 %, чем в первой, и на 1,99 и 5,79 % больше, чем во второй группе. У коров из контрольной группы уровень холестерина был ниже, чем у животных из первой и второй групп на 0,71 и 1,89 %. Билирубина в сыворотке животных контрольной группы было больше на 9,62 %, чем в первой, и на 0,21 % меньше, чем во второй. Мочевины по отношению к контролю больше в крови первой группы на 41,15% (Р<0,05) и на 22,72 % второй.

Загрязненность кормов ТМ несильно влияет на содержание в крови глюкозы, которой на 0,71 и 1,89 % больше в первой и второй группах по отношению к контролю.

Таким образом, ТМ уменьшают содержание общего белка в сыворотке крови, эритроцитов, лейкоцитов, кальция и увеличивают содержание мочевины, что следует рассматривать как усиление защитной реакции организма.

Содержание ТМ в молочной продукции, Молочная продуктивность коров за период опыта учитывалась по контрольным доениям 3 раза в месяц с определением молочного жира и молочного белка. Исследования показали, что коровы группы, получавшей семена рапса, более эффективно использовали питательные вещества на синтез компонентов молока

Содержание жира в молоке коров второй опытной группы уменьшилось по сравнению с контролем на 1,3 %, в то время как содержание жира в молоке коров первой опытной группы увеличилось на 1,4 % к уровню контрольной группы. Использование семян рапса на корм вызывает снижение жирномолочности коров ввиду поступления в организм большого количества ненасыщенных жирных кислот. Данные опыта доказывают положительное влияние на молочную продуктивность скармливания семян рапса. За 100 дней лактации от коров второй опытной группы, получавших семена рапса, надоили молока на 1,0 % больше, чем от контрольных животных, и на 5,2 % больше, чем от аналогов первой опытной группы. Содержание белка в молоке второй группы увеличилось на 2,79 % (Р<0,05), в первой - на 1,39 % в сравнении с контролем. Молочные продукты являются продуктом питания, где также содержатся ТМ. Нами было исследовано молоко животных контрольной и опытных групп на содержание ТМ (таблица 7).

Таким образом, на основании проведенных исследований установлено среднее содержание ТМ в молоке. Оно составило в первой опытной группе для свинца 0,8 ПДК, для кадмия 0,73 ПДК, во второй группе 0,51 и 0,47 ПДК соответственно.

Выявлено, что содержание свинца в молоке животных первой группы превысило контроль в 2,58 (Р<0,01) раза, второй - в 1,65 (Р<0,01) раза и кадмия - в 5,50 (Р<0,01) раза и в 3,50 (Р<0,01) раза соответственно.

Таблица 7

Содержание ТМ в молоке цельном, мг/кг

Группа Тяжелые металлы

свинец кадмий цинк медь

Контрольная 0,031±0,0012 0,004±0,0004 2,49±0,229 0,21±0,014

1-я опытная 0,080±0,0033" 0,022±0,0022" 2,84±0,261 0,21±0,014

2-я опытная 0,051±0,002" 0,014±0,0014" 2,43±0,223 0,20±0,013

ПДК для молока 0,1 0,03 - -

** Разница превышает НСР(1%)

Анализ опытных данных свидетельствует, что ТМ оказали влияние на химический состав молока Так, в первой опытной группе сухого вещества было больше на 6,03 %, во второй - на 3,71 % по отношению к контролю. Воды меньше на 0,88 % (Р<0,05) в первой группе и на 0,55 % во второй в сравнении с контрольной. Это обусловлено более высоким содержанием основного компонента молока - жира в первой группе на 2,75 % и во второй группе на 0,55 %. В молоке коров опытных групп растворимых белков было больше на 1,68 % (в первой) и на 5,04 % (во второй), чем в контроле. Содержание аминокислот на 1,30 и 1,30 %, золы на 5,48 и 9,59 %, кальция на 2,73 и 4,79 %, фосфора на 9,77 и 3,20% больше в первой и второй группах в сравнении с контролем, жирных кислот на 0,58 и 1,45 % меньше. Углеводов в молоке первой группы больше на 0,86 % в отношении контроля и меньше на 1,30 % у второй опытной группы, чем в контрольной.

Выявлено, что вся исследованная продукция безопасна по содержанию свинца и кадмия (СанПиН 2.3.2.1078-01). Рапсовые корма способны снизить концентрацию ТМ в молоке коров (свинца на 36,3 % и кадмия на 36,4 %). Семена рапса в дозе 100 граммов на голову в сутки оказывают двоякое влияние на организм лактирующих коров. Видимо, содержание свинца и кадмия понижается в молоке, эти ТМ выделяются в большей степени из организма с продуктами жизнедеятельности

ВЫВОДЫ

1. На всех вариантах с внесением ТМ урожай был достоверно ниже: зеленой массы от 13 до 33 %, соломы от 13 до 34 % и семян рап-

са от 14 до 39 %. На урожай семян ТМ оказали более сильное влияние, чем на урожай вегетативной массы Наиболее негативное действие на величину урожая зеленой массы и сухого вещества рапса оказал свинец, в вариантах с высокими дозами его внесения (РЬ 600) были получены наименьшие его значения на 23-25 % от контроля, а по кадмию (СИ 2) на 14-15%.

2. Выявлена динамика распределения ТМ в кормах в течение 3-летнего мониторинга. Для рапса ярового экологически безопасными считаются концентрации свинца 400 мг/кг, а кадмия 2 мг/кг при использовании детоксиканта 500 мг/кг. Наиболее опасным ТМ является кадмий: в вариантах более 2 мг/кг почвы его концентрация оставалась выше МДУ даже при применении максимальных доз детоксиканта На второй год отмечена тенденция уменьшения концентрации ТМ в вегетативной массе растений. На третий год после внесения свинца его концентрация стала меньше МДУ. В семенах рапса концентрация ТМ во всех вариантах была ниже МДУ. Таким образом, на сильно загрязненных почвах возможен избыток ТМ в кормах, основу которых составляют вегетативные части растений. Применение гумата способствует уменьшению поступления ТМ в растения и положительно влияет на качество кормовой продукции.

3. Между подвижной формой элементов и их накоплением в вегетативной части растений установлена тесная связь Об этом же говорит крайне малый вынос ТМ урожаем рапса из почвы по сравнению с их запасами (Кюлюи от 0,02 до 0,075 %). Было отмечено уменьшение подвижности элементов и обнаружено, что после внесения водорастворимых солей свинца и кадмия их подвижность снижается, а «Гумат-80» усиливает эту тенденцию. Через год концентрации свинца и кадмия в почве оставались выше ПДК, что обусловлено их очень высокими дозами. На третий год повышенный уровень ТМ сохранялся, но оказывал слабое влияние на концентрацию их в растениях.

4. При совместном поступлении в организм животных свинца и кадмия в количестве по 1,5 МДУ/кг корма происходит аккумуляция этих веществ в органах и тканях, многократно превышающая фоновое значение. Определена избирательность в аккумуляции ТМ при их поступлении в организм. В наибольшей степени свинец и кадмий аккумулируются в почках и печени. В мышцах и сердце концентрация свинца и кадмия ниже. В первой опытной группе содержание свинца составило в печени 2,08 ПДК, в почках 1,15 ПДК, кадмия в почках 0,67 ПДК и печени 1,25 ПДК. Содержание свинца и кадмия во второй опытной группе: в почках 0,52 и 0,34 ПДК, печени 0,93 и 0,47 ПДК соответственно. Введение в рацион второй опытной группы семян рапса

уменьшило концентрацию свинца в мышечной ткани (мясе) на 34,6 % и кадмия на 50,0 %, в сердце на 38,9 и 35,7 %, в почках 57,5 и 48,6 %, в печени на 55,2 и 62,8 % соответственно.

5. Потребление свинца и кадмия привело к изменению биохимических и гематологических показателей крова Отмечается снижение общего белка на 6,0 %, кальция на 8,7 %, фосфора на 12,6 %, билирубина на 9,6 %. Наблюдается увеличение мочевины в крови на 41,1 %. Снижается количество эритроцитов на 6,1 %, лейкоцитов на 4,5 %. Потребление животными семян рапса в количестве 100 граммов на голову нормализует показатели крови до средних границ физиологической нормы.

6. Содержание в кормах ТМ привело к снижению молочной продуктивности коров на 4,2 % и изменению химического состава молока: сухого вещества на 6,0 %, белка на 1,7 %, жира на 2,7 % больше. Содержание ТМ в молоке составило для свинца 0,8 ПДК и кадмия 0,73 ПДК. Семена рапса способны снизить концентрацию ТМ в молоке коров на 36,3-36,4%.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Для уменьшения перехода ТМ в кормовые культуры (рапс) и стимуляции роста и развития растений в почву необходимо вносить гуминовые препараты («Гумат-80») в дозировке 500 мг/кг почвы. Это способствует уменьшению подвижности свинца на 12-22 %, кадмия на 11-32%.

2. Для получения экологически безопасной продукции животноводства в рационы крупного рогатого скота необходимо включать 100 граммов семян рапса в сутки на одну голову. Это способствует нормализации обменных процессов животных, снижению в органах и тканях содержания свинца на 34,6-57,5 %, кадмия на 35,7-62,8 %.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. СпринчакДВ, Бокова ТИ. К вопросу о детоксикации рапса гу-миновыми препаратами // Пища Экология. Качество: Материалы II Меж-дунар. науч.-практ. конф. / СО РАСХН. Новосибирск, 2002. С. 351-352.

2. Бокова Т.И., СпринчакДВ. Изменение подвижности тяжелых металлов в черноземе выщелоченном бия-чумышской возвышенности при использовании гумата // Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы: Материалы четвертой российской биогеохимической школы. М.: Наука, 2003. С. 199-200.

3. Спринчак Д.В., Бокова Т.И., Мотовшов КЯ. Влияние доз свинца, кадмия и детоксиканта на качество рапса ярового // Пиша. Экология. Качество: Труды III Междунар. науч.-практ. конф. / СО РАСХН, ГНУ СибНИПТИП. Новосибирск, 2003. С. 65-67.

4. Спринчак Д. В. Влияние доз свинца, кадмия и детоксиканта на подвижность тяжелых металлов в черноземе выщелоченном бия-чумышской возвышенности // Пиша. Экология. Качество: Труды III Междунар. науч.-практ. конф. / СО РАСХН, ГНУ СибНИПТИП. Новосибирск, 2003. С. 56-58.

5. Спринчак Д.В., Бокова Т.И., Мотовшов КЯ. К вопросу о снижении поступления свинца и кадмия в кормовые культуры // Биоэлементы: I Всероссийская конференция с международным участием. Оренбург, 2004. С. 275-279.

6. Спринчак Д.В., Бокова Т.Н., Мотовшов КЯ. Получение экологичной продукции в системе «почва - растение - животное» // Пиша. Экология. Качество: Труды IV Междунар. науч.-практ. конф. / СО РАСХН, ГНУ СибНИПТИП. Новосибирск, 2004. С. 428-431.

7. Спринчак Д.В., Бокова Т.И. Изучение перехода тяжелых металлов в системе «растения (корма) - животное» // Пиша. Экология. Качество: Труды IV Междунар. науч.-практ. конф. / СО РАСХН, ГНУ СибНИПТИП. Новосибирск, 2004. С. 445-449.

8. Бокова Т.И., Спринчак Д.В. Получение экологичной продукции в агробиоценозах // Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде: Материалы 3-й Междунар. науч.-прак. конф. Семипалатинск, 2004. С. 212-216.

Лицензия № 020074

Подписано в печать 24 09 04 Формат 60x84/16

Бумага офсетная Ризография

Уел печ л 1,5 Уч изд л 1,5

Тираж 110 экз Заказ ЯЕ 027-04

Издательство ОмГПУ 644099, Омск, наб Тухачевского, 14

И 8 О 19

iE Русский фонд

2005-4 16706