Эколого-токсикологическая оценка сельскохозяйственной продукции юга Тюменской области

Гаевая, Елена Викторовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Эколого-токсикологическая оценка сельскохозяйственной продукции юга Тюменской области
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Эколого-токсикологическая оценка сельскохозяйственной продукции юга Тюменской области"

^-На правах рукописи

ГАЕВАЯ Елена Викторовна

005011848

ЭКОЛОГО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ ЮГА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

03.02.08 - Экология (биология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

12 мдр т

Тюмень - 2012

005011848

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет» на кафедре безопасности жизнедеятельности и охраны окружающей среды

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Скипин Леонид Николаевич

Официальные оппоненты: Соромотин Андрей Владимирович, доктор биологических наук, директор НИИ экологии и рационального использования природных ресурсов Тюменского государственного университета

Кайгородов Роман Владимирович, кандидат биологических наук, доцент Пермского государственного университета

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный

педагогический университет»

Защита состоится «28» марта 2012 г. в 1330 на заседании диссертационного совета Д 220.064.02 в Тюменской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 625003, г.Тюмень, ул. Республики, 7. Тел/факс: (3452) 46-87-77, E-mail: dissTGSHA@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменской государственной сельскохозяйственной академии

Автореферат разослан «24» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат с.-х. наук

Литвиненко Наталья Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Расширяющееся техногенное воздействие на окружающую среду относится к одной из важнейших проблем современности. Влияние хозяйственной деятельности человека, прежде всего, значимо для аграрных экосистем, так как связано с поступлением широкого спектра токсикантов в организм человека с сельскохозяйственной продукцией.

В зонах влияния промышленных источников загрязнения Российской Федерации наблюдается накопление в почвах, растениях, животных широкого спектра экотоксикантов, в первую очередь, тяжелых металлов. Основными источниками загрязнения сельскохозяйственного происхождения являются средства химизации и зашиты растений, а также агропромышленные предприятия и объекты (склады химикатов, удобрений, мелиорантов, животноводческие фермы и комплексы) (Соколов, 1999).

Тяжелые металлы (ТМ) относятся к числу наиболее опасных для природной среды химических загрязнителей. Действие их зачастую скрыто, но они передаются по трофическим цепям с выраженным кумулятивным эффектом, поэтому проявления токсичности могут возникать на отдельных уровнях трофических цепей (Трофимов, Щербинин, Реймхе, 1989).

Комплексная оценка содержания тяжелых металлов в системе «почва-растения-животные» в полном объеме в Тюменской области еше не проводилась, а имеющиеся данные носят разрозненный и фрагментарный характер. Такое исследование имеет важное значение как для научного осмысления процессов, протекающих в экосистемах, так и для решения многих практических задач, связанных с охраной здоровья человека, животных, окружающей среды и использованием природных ресурсов.

Цель исследований - проведение санитарно-токсикологической оценки сельскохозяйственной продукции, производимой в условиях юга Тюменской области.

Задачи исследований:

1. Установить уровень загрязнения растительных кормов тяжелыми металлами в хозяйствах, расположенных на территории юга Тюменской области.

2. Изучить уровень и закономерности распределения тяжелых металлов в организме птицы, крупного рогатого скота и свиноводческой продукции.

3. Определить возможности попадания тяжелых металлов в организм животных и человека с суточным рационом кормления и питания.

4. Наметить мероприятия по снижению количества тяжелых металлов в элементах трофической цепи.

Научная новизна. В первые для условий юга Тюменской области проведен сравнительный анализ уровня загрязнения тяжелыми металлами кормов (растительные, минеральные) и сельскохозяйственной продукции (мясо, паренхиматозные органы и яйцо птицы; мясо, печень, почки и молоко круп-

ного рогатого скота; мясо, печень и почки свиней) в административных районах юга Тюменской области.

Установлена закономерность накопления тяжелых металлов в зависимости от вида сельскохозяйственного животного и территориальной принадлежности. Дана характеристика распределения в органах и тканях животных свинца, кадмия, мышьяка и ртути. Выявлены уровни загрязнения экотокси-кантами сельскохозяйственной продукции.

Практическая значимость работы. Полученные результаты исследований позволяют оценить геохимическое состояние почв, продукцию растениеводства, животноводства, свиноводства и птицеводства на предмет содержания тяжелых металлов по административным районам юга Тюменской области. Данные исследования дают основание с высокой степенью достоверности контролировать и прогнозировать безопасность сельскохозяйственной продукции на юге Тюменской области с учетом техногенного воздействия, что может являться теоретической основой и базой наблюдений для последующего мониторинга. Материалы исследования могут быть использованы для характеристики экологической безопасности территории, производящей основной объём продуктов питания для населения Тюменской области.

Основные положения, выносимые на защиту:

- Уровень загрязнения тяжелыми металлами растительных кормов и минеральных добавок в хозяйствах, расположенных на территории юга Тюменской области, является неоднородным.

- Повышенная концентрация свинца и ртути установлена в молоке крупного рогатого скота.

- Существует дифференциация органов и мышечной ткани сельскохозяйственных животных по уровню аккумуляции тяжелых металлов.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на VI Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семей, 2010), Международной научно-практической конференции «Перспективы инновационного развития АПК» (Тюмень, 2010), Международной научно-практической конференции «Научные исследования - основа модернизации сельскохозяйственного производства» (Тюмень, 2011), III Всероссийской научно-практической конференции (Тюмень, 2009), VI Всероссийской научно-практитеской конференции ученых и аспирантов вузов (Тюмень, 2011).

Личный вклад автора состоит в проведении лабораторного анализа, обобщении и обработке результатов, интерпретации полученных данных, подготовке и написании диссертации.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе две - в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 187 страницах машинописного текста. Состоит из введения, 4 глав и выводов. Список литературы включает 195 источников, в том числе 11 на иностранных языках. Работа содержит 72 рисунка, 35 таблиц и 42 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1 Обзор литературы

В главе приводится обзор литературы отечественных и зарубежных авторов об уровне и источниках техногенного загрязнения тяжелыми металлами. Приведены данные о миграции тяжелых металлов по пищевым цепям, рассмотрены примеры проявления воздействия тяжелых металлов на организм животных и человека.

Глава 2 Методика и условия исследований 2.1 Методика проведения исследований

Исследования выполнены в течение 2000-2008 гг. в химико-токсикологическом отделе Областной ветеринарной лаборатории. Схема исследования представлена на рисунке 1.

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ: СВИНЕЦ, МЫШЬЯК, КАДМИЙ, РТУТЬ

Растительные корма (сено, сенаж, зеленая масса к т.д.)

Паренхиматозные органы {печень, сердце, почки)

Мясная продукции крупного рогатого скота

Корма, входяшие в рацион свиньи

Мясная продукция свиней

Рис. 1 - Схема исследований

Подготовку проб растениеводческой и животноводческой продукции проводили в соответствии с методическими указаниями по определению тяжёлых металлов в продукции растениеводства (ЦИНАО), ГОСТ 30692-2000, ГОСТ 26929-94, ГОСТ 30178-96 («Сырьё и продукты пишевые»).

Пробы для токсикологического исследования предварительно подвергали автоклавной минерализации с помощью прибора АНКОН-АТ-2, а затем в растворе золы определяли содержание свинца, кадмия, мышьяка атомно-абсорбционным методом на спектрофотометрах «Квант-ЭТА» (2000-2004гг.) и «МГА-915» (2005-2008гг.). Содержание ртути определяли беспламенной атомной абсорбцией методом «холодного пара» на приборе «Юлия-5 К» (2000-2004гг.), вольтамперометрическим (ВА) анализатором ТА-07, МУК 4.11511-03 (2005-2006гг.) и на атомно-абсорбционном спектре «РА-915» согласно МВИ М 04-46-2007 (2007-2008гг.)-

Реперными пунктами исследования кормов и птицеводческой продукции были птицефабрики Тюменского района: «Тюменский бройлер», «Боровская», «Пышминская».

Объектом исследования было мясо кур яичных линий (масса 1,5-2 кг, возраст 6-7 недель), паренхиматозные органы (сердце, желудки и печень) и яйцо (1 -й категории) (общее количество образцов составило более 1200 проб), а также корма растительного и животного происхождения, входящие в рацион птицы (334 образца).

Контрольные пункты изучения растительных кормов и животноводческой продукции крупного рогатого скота:

- Тюменский район (ЗАО «Луговое», ЗАО «Успенское», ФГУП «Учхоз ТГСХА»);

- Исетский район (ОАО «Коммунар-Агро», ООО «Новиково», ООО «Исеть-Молоко»);

- Голышмановский район (ООО «СТАСагро», СПК «Артур»);

- Тобольский район (СХПК им. Ленина);

- Нижнетавдинский район (КХ «Искра», КХ «Радуга»);

- Викуловский район (СХПК «Петрово», ф. Викуловская);

- Омутинский район (ООО «Подволошино-молоко», ООО «Прогресс», СППК «Окуневский»).

Средний образец фуражного зерна для определения тяжелых металлов отбирали согласно методики ГОСТ 13586. Отбор проб кормов растительного происхождения (зеленых кормов, сена, соломы и сенажа) проводился в соответствии с ГОСТ 27262-87 «Корма растительного происхождения». Количество отобранных образцов составило 940 проб.

Пробы мяса, печени и почек отбирали по ГОСТ Р 51447-99, молоко -ГОСТ 26809-86. Всего проанализировано 1 ООО образцов.

Контрольные пункты исследования свиноводческой продукции:

- Тюменский район (ЗАО АПКК «Рощинский»);

- Исетский район (ООО «Исетск-Arpo», ООО «Комплекс»);

- Ярковский район (ООО «Ясень-Arpo», СПК «Артамоновский»);

- Голышмановский район (ООО «Грачи»);

- Тобольский район (ООО «Весна», ООО Мясомолочный комплекс);

- Абатский район (ООО «Забсибхлеб-Arpo» СХК «Луч»);

- Нижнетавдинский район (ООО «Содружество», ООО «Белые Росы»);

- Викуловский район (ЗАО «Иковское», ООО «Беркут»);

- Омутинский район (СППК «Окуневский»);

- Ялуторовский район (ОАО Ялуторовский «Мясокомбинат», ОАО «Приозерное», СПК «Петелино»);

- Заводоуковский район (ООО «Согласие»),

Пробы для химико-токсикологического исследования БМВД, БМВК и пивных дрожжей отбирались согласно ГОСТ 13496.0-80 «Комбикорма, сырье. Методы отбора проб». Масса образцов составила не менее одного килограмма. Объем выборки - 62 образца.

Отбор мяса, печени почек проводился согласно ГОСТ 26809-86. Общее количество образцов составило 1000 проб.

В течение 2010 г. на базе кафедры БЖД и ООС в лаборатории «Мониторинга и охраны окружающей среды» нами были проведены исследования

по изучению содержания тяжелых металлов в основных продуктах питания, входящих в рацион населения и производимых в Тюменском районе. Объектом исследования были мясо, молоко, яйцо, хлебобулочные изделия, картофель, овощи, фрукты и ягоды.

Пробоподготовка осуществлялась на СВЧ-минерализаторе «МИНО-ТАВР-2», где происходила минерализация, выпаривание и концентрирование образца. Дальнейшее исследование проводилось на вольтамперометрическом комплексе СТА, согласно методическим указаниям МУ 08-47/136, МУ 0847/175, МУ 08-47/196 и МУ 08-47/158.

2.2 Климатические и почвенные условия

Климат юга Тюменской области умеренно тёплый, хорошо увлажнённый. Почвообразуюшие породы представлены различного возраста озёрно-аллювиальными суглинками, карбонатными и бескарбонатными суглинками, лёссовидными карбонатными суглинками и глинами. Основные типы почв: пойменные, подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, болотные, черноземы и солонцы.

Результаты выполненных исследований И.К. Судаковой (2006) и Ю.А. Квашниной (2007) свидетельствуют, о том, что почвы земель сельскохозяйственного назначения не загрязнены подвижными формами тяжёлых металлов, что характерно для всех почвенно-географических зон юга Тюменской области. В частности, присутствие Zn ниже установленных пределов ПДК в 28,0 раз, Cd в 10,0 раз, РЬ в 4,0 раза, Си в 4,5 раза. Содержание их на обследованных территориях распределяется неравномерно. По подвижности в почве металлы образуют следующий ряд Pb > Cd > Zn > Cu.

По принятой ориентировочной оценочной шкале опасности загрязнения (ГН 2.1.7.020-94) они не превышают категорию «слабого» загрязнения, то есть содержание в почве элемента (мг/кг) от двух фоновых значений до ПДК.

Глава 3 Содержание тяжелых металлов в сельскохозяйственной продукции

3.1 Тяжелые металлы в кормах птицеводческой продукции Тюменского района

Для обеспечения процессов роста и развития, образования яиц, нормального функционирования всех систем организма птицы необходимы затраты определенного количества питательных веществ и энергии, источником которых является корм (Рожденственнский, Шафров, 1980).

В результате проведенных исследований было отмечено высокое содержание свинца в зерне злаковых и бобовых культур на п/ф «Тюменский бройлер» - в кукурузе (0,79 мг/кг), овсе (0,98 мг/кг), ячмене (1,29 мг/кг) и горохе (0,57 мг/кг), а также на п/ф «Боровская» в кукурузе (0,57 мг/кг) при ПДК 0,5 мг/кг. Повышенная концентрация свинца в зерне связана с расположением пашни вблизи автодорог. Существенное влияние на подвижность металлов оказывает кислотность почвы.

Значения концентрации свинца в шроте соевом варьировало в среднем от 0,09 до 0,21 мг/кг, в жмыхах рапсовом - 0,003-0,17 мг/кг и подсолнечном -0,006-0,07 мг/кг при ПДК 0,5 мг/кг.

Повышенное содержание мышьяка наблюдапось в рыбной муке на п/ф «Тюменский бройлер» - 3,55 мг/кг при ПДК 2,0 мг/кг.

Содержание тяжелых металлов в белково-витаминных добавках следующее: свинец - 0,49-3,73 мг/кг, мышьяк - 0,03-0,1 мг/кг, кадмий -0,06-0,07 мг/кг, ртуть - 0,003-0,006 мг/кг.

Концентрация свинца в поваренной соли изменялась от 0,15 до 0,16 мг/кг, что в несколько раз ниже ПДК. Наличие мышьяка варьировало в пределах 0,04-0,05 мг/кг, кадмия 0,049-0,054 мг/кг, ртути 0,0009-0,0014 мг/кг.

Исследование ракушечной муки показало, что концентрация свинца находилась от 2,16 до 4,85 мг/кг и превышала предельно допустимые концентрации (0,5 мг/кг). Содержание мышьяка в ракушечной муке варьировало от 0,12 до 2,09 мг/кг.

Накопление тяжелых металлов в кормах (зерно злаковых и бобовых культур, шрот соевый, рыбная мука, белково-витаминные концентраты, поваренная соль, ракушка, ракушечная мука), поступающих в рацион птицы, в порядке убывания выглядело следующим образом: РЬ > Аз > Сё > Н§. Для жмыха рапсового и подсолнечного накопление тяжелых металлов представлено в следующей последовательности: РЬ > Сс1 > Аэ > Н§.

3.2 Содержание тяжелых металлов в организме птицы

Проблема безопасности продуктов питания актуальна всегда, так как это один из основных факторов, определяющих здоровье людей. Нами была рассмотрена возможность попадания тяжелых металлов в организм человека через продукцию птицеводства в условиях Тюменского района.

Содержание свинца в мышечной ткани птицы находилось в пределах от 0,2 до 0,4 мг/кг. Отмечено повышенное содержание мышьяка на п/ф «Тюменский бройлер» - 0,12 мг/кг (рис. 2).

В п/ф "Боровская" р п/ф 'Тюменский бройлер"! О п/ф "Пышминская"

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 гол

ПДК 0,1 мг/кг

Рис. 2 - Содержание мышьяка (мг/кг) в мышечной ткани птицы на птицефабриках Тюменского района

Максимальные значения кадмия достигают критического уровня (0,0498 мг/кг) на п/ф «Тюменский бройлер». Концентрация ртути на птицефабриках Тюменского района была в пределах ПДК.

Содержание исследуемых элементов в паренхиматозных органах птицы не превышало предельно допустимых концентраций, установленных требованиями СанПиН 2.3.2.1078-01.

Яйцо содержит большой запас питательных веществ, источником которых является организм птицы, поэтому логично предположить, что кон-

центрация тяжелых металлов в нем напрямую связана с их количеством в организме птицы. Максимальные значения свинца в яйце птицы наблюдались на п/ф «Боровская» и «Пышминская», которые составили 0,2В и 0,22 мг/кг соответственно. Наличие ртути находилось на уровне ПДК на всех исследуемых птицефабриках.

Незначительное превышение ПДК по мышьяку наблюдалось на п/ф «Боровская» и составило 0,1001 мг/кг. Коэффициент аккумуляции мышьяка в курином яйце составил 0,89, при этом корреляционная зависимость между содержанием этого элемента в мышечной ткани и яйце слабая (г=0,19). Концентрация мышьяка на п/ф «Тюменский бройлер» находилась в пределах от 0,009 мг/кг до 0,085 мг/кг, а на п/ф «Пышминской» - от 0,008 мг/кг до 0,058 мг/кг, что соответствовало установленным ПДК.

Увеличение концентрации кадмия в составе куриного яйца является следствием накопления металла в организме птицы, что подтверждает коэффициент аккумуляции, который составил 0,85 (п/ф «Боровская»), 0,69 (п/ф «Тюменский бройлер») и 0,4 (п/ф «Пышминская»), Значения коэффициентов корреляции свидетельствует о наличии средней связи, на что указывают полученные данные: г=0,45 (п/ф «Боровская»); г=0,31 (п/ф «Тюменский бройлер»); г=0,67 (п/ф «Тюменский бройлер»). Коэффициент детерминации на п/ф «Тюменский бройлер» равен 0,10, п/ф «Боровская» - 0,20 и п/ф «Пышминская» - 0,45, что указывает на то, что переход кадмия из мышечной ткани в яйцо происходит на 10, 20 и 45% (рис. 3).

-г--

I ПДК 0,01 иг/кг

) _____—.—.---

! Рис. 3 - Содержание кадмия (мг/кг) в курином яйце на птицефабриках

| Тюменского района

Порядок распределения металлов в птицеводческой продукции располагался в следующей последовательности: РЬ > Аэ > Сс) > Н§.

Рассчитанный коэффициент химического загрязнения ТМ птицеводческой продукции образует следующий убывающий ряд: яйцо (2,75) > мышечная ткань (1,54) > паренхиматозные органы (0,68) (табл. 1).

Таблица 1 - Средний коэффициент химического загрязнения птицеводческой

продукции Тюменского района, 2000^2008_гг.

Продукция РЬ Cd As : НІ У К загр

Мышечная ткань 0,37 0.47 0,52 0,18 1.54

Паренхиматозные органы 0,44 0,08 0.09 0,07 0,68

Яйцо 0,42 0.38 1.7 0,25 2,75

п/ф "Боровская" п/ф "Тюменский бройлер" О п/ф "Пышминская"

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 гоаы

ПДК 0,01 мг/кг

3.3 Тяжелые металлы в растительных кормах крупного рогатого скота

Растительные корма являются важным источником питания для животных как в летнее, так и в зимнее время, а загрязненность кормов ТМ отражается не только на животных, но и на здоровье людей.

Максимальные значения свинца наблюдались в зелёной массе в Исет-ском (0,98 мг/кг) и Викуловском (1,02 мг/кг) районах, что подтверждается коэффициентами накопления элемента, величины которых составили 0,52 (Ис-етский) и 0,71 (Викуловский). Повышенное содержание мышьяка по сравнению с другими кормами было характерно для сенажа. Его концентрация составила для Тюменского района 0,21 мг/кг, Тобольского - 0,27 мг/кг и Н-Тавдинского - 0,22 мг/кг.

Содержание кадмия в растительных кормах варьировало от 0,01 до 0,09 мг/кг. Максимальное значение этот элемент достигал в зелёной массе в Тюменском (0,087 мг/кг), Тобольском (0,088 мг/кг) и Омутинском районах (0,075 мг/кг). Наиболее высокая концентрация ртути наблюдалась в сене Тюменского района и составила 0,02 мг/кг.

Распределение ТМ в растительных кормах в порядке убывания располагалось в следующей последовательности для сена и зелёной массы Pb > Cd > As > Hg, а для соломы, зерна, сенажа и силоса Pb > As > Cd > Hg.

При установлении уровня загрязненности тяжелыми металлами в растительных кормах выявлено, что аккумуляция химических элементов располагалась в следующем порядке:

- свинца - зелёная масса (0,18-1,02) > сенаж (0,31-0,88) > сено (0,210,73) > силос (0,24-0,58) > солома (0,24-0,57) > зерно (0,21-0,44);

- мышьяка - солома (0,01-0,3) > сенаж (0,03-0,27) > зерно (0,002-0,17)

> силос (0,04-0,16) > зелёная масса (0,03-0,09) > сено (0,01-0,03);

- кадмия - зелёная масса (0,02-0,087) > сенаж (0,02-0,086) > солома (0,01-0,06) > зерно (0,002-0,059) > сено (0,02-0,05) > силос (0,01-0,04);

- ртути - сено (0,008-0,02) > зерно (0,001-0,009) > солома (0,005-0,0081)

> зелёная масса (0,007-0,008) > сенаж (0,005-0,0078) > силос (0,004-0,007).

Рассчитанный коэффициент химического загрязнения кормов показал наибольшую загрязненность тяжелыми металлами зелёной массы трав (0,85). Сенаж и силос загрязнены в равной степени. В меньшей степени загрязнены сено (0,52), солома (0,43) и зерно (0,32) (табл. 2).

Таблица 2 - Средний коэффициент химического загрязнения растительных _кормов юга Тюменской области, 2000-2008гг. _

Корма Pb Cd As Hg I К загр

сено 0,09 0,04 0,15 0,24 0,52

солома 0,0В 0,13 0,1 0,12 0,43

сенаж 0,11 0,26 0,17 0,12 0,66

зеленая масса 0,13 0,13 0,44 0,15 0,85

зерно 0,06 0,06 0,1 0,1 0,32

силос 0,08 0,23 0,22 0,12 0,65

3.4 Содержание тяжелых металлов в организме крупною рогатого

скота

Продукция животноводства является одним из основных источников снабжения населения продовольствием. В связи с этим она может являться доминирующим промежуточным звеном поступления ТМ в организм человека.

Максимальные значения свинца в мышечной ткани наблюдались в 2000 г. в Викуловском (0,43 мг/кг) и Омутинском районах (0,44 мг/кг). Аналогичное явление отмечалось в 2003 г. по Тюменскому и Тобольскому району - 0,42 мг/кг и 0,46 мг/кг соответственно. Концентрация мышьяка в говядине находилась в интервале 0,006-0,09 мг/кг. Концентрация ртути и кадмия в мышечной ткани была в несколько раз ниже ПДК.

Содержание свинца в паренхиматозных органах - печени и почках выше, чем в мышцах по всем пробам, представленным из хозяйств Тюменской области. Максимальные значения свинца в почках находились ниже ПДК в 2 раза, а в печени указанный металл по ряду районов достигал критических отметок и приближался к значениям близким ПДК.

Концентрация кадмия значительно выше в почках (0,015-0,17 мг/кг), чем в печени (0,008-0,13 мг/кг). Максимальное значение ртути в печени наблюдалось в Н-Тавдинском районе и составило 0,03 мг/кг. Аналогичное явление отмечалось в почках из выборки Тобольского района - 0,07 мг/кг.

Исследования молока коров показывают, что содержание свинца в некоторых образцах не соответствует ПДК. Концентрация этого элемента находилась в интервале от 0,007 до 0,13 мг/кг. Максимальные значения наблюдались в Тюменском районе и превышали ПДК в 30% проб. Такое же явление было отмечено в Викуловском районе - концентрация свинца составила 0,1-0,12 мг/кг (рис. 4).____

О Тюменский О Исетский

□ Голышчановскяй

□ Тобольский

В Н-Таадкнский Щ Викуловский аОмутинский

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

ГОЛ

ПДК 0.1 мг/кг

Рис. 4 - Содержание свинца (мг/кг) в молоке коров в административных районах

Тюменской области

Содержание ртути в молоке коров находилось в интервале от 0,0002 до 0,0091 мг/кг и в ряде случаев превышало ПДК (рис. 5). Рассчитанный коэффициент перехода ртути из кормов в молоко лактирующих коров указывает на повышенную миграцию этого элемента. Максимальные значения наблюдались в следующих районах: Исетском (1,06), Тобольском (0,78) и Омутинском (1,13).

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 год

ПДК 0,005 мг/кг

Рис.5 - Содержание ртути (мг/кг) в молоке коров в административных районах

Тюменской области

Накопление тяжелых металлов в организме крупного рогатого скота в порядке убывания было следующим: РЬ > Аэ > Сс) >

Коэффициенты загрязнения тяжелыми металлами мясной продукции образуют следующий убывающий ряд: молоко (2,34) > говядина (1,26) > печень говяжья (0,74) > почки говяжьи (0,39) (табл. 3).

Таблица 3 - Средний коэффициент химического загрязнения мясной продук-__ции крупного рогатого скота юга Тюменской области, 2000-2008гг.

Продукция РЬ Сд Аз Нй X К эагр

Мясо 0,36 0,42 0,47 0,01 1,26

Печень 0,49 0,07 0,11 0,07 0,74

Почки 0,25 0,08 0,05 0,005 0,39

Молоко 1,18 0,24 0,4 0,54 2,34

Рассчитанные коэффициенты химического загрязнения показали, что молоко в большей степени аккумулирует свинец и ртуть, а говядина - кадмий и мышьяк.

3.5 Тяжелые металлы в кормах свиней

Изучая рационы кормления свиней можно отметить, что все они состоят из одинаковых компонентов, только в разных соотношениях. В рационы свиней включают корма растительного, животного происхождения и минеральные подкормки.

Содержание тяжелых металлов в грубых, сочных и фуражных кормах, произрастающих в районах юга Тюменской области, не превышает санитарно-гигиенических норм.

Исследования минеральных кормов показали, что концентрация свинца в белково-минеральных витаминных комплексах (БМВК) находилась на уровне ПДК. Содержание мышьяка здесь варьировало от 0,0096 до 1,7 мг/кг. Среднее и максимальное его значение в белково-минеральных витаминных добавках (БМВД) производства России превышало ПДК на 15% и 72% соответственно. Наличие кадмия не превышало установленных ПДК, а содержание ртути в исследуемых пробах находилось в интервале от 0,0002 до 0,24 мг/кг. Максимальное значение этого элемента наблюдалось в БМВК производства России и превышало ПДК в 1,5 раза.

Концентрация тяжелых металлов в пивных дрожжах и добавках находилась ниже ПДК: свинца-4,6 раз, мышьяка- 10, кадмия - 20 и ртути - Юраз.

3.6 Содержание тяжелых металлов в организме свиней

В современных условиях развития животноводства одной из эффективных отраслей является свиноводство. В связи с этим нами было изучено содержание тяжелых металлов в мышечной ткани, печени и почках организма свиней на животноводческих комплексах юга Тюменской области.

Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани не превышало ПДК и отвечает требованиям СанПиН.

Максимальное значение свинца в печени наблюдалось в Викуловском районе и составило 0,52 мг/кг, а в почках свиней в Тюменском районе - 0,51 мг/кг.

Диапазон варьирования мышьяка в печени и почках свиней сильно варьировал. Выделяются районы с относительно высоким (0,04-0,18 мг/кг) и более низким (0,02-0,04 мг/кг) содержанием мышьяка в печени. Значения этого металла в почках животных также обнаружены с относительно высоким содержанием (0,13 мг/кг) в Исетском районе, средним (0,07 мг/кг) и низким (менее 0,03 мг/кг) в Абатском районе.

Содержание кадмия было в почках свиней выше, чем в печени. Максимальное значение этого металла в печени наблюдалось в Омутинском районе - 0,15 мг/кг, а в почках этот показатель составил 0,36 мг/кг. Ртуть в печени свиней варьировала в пределах 0,0009-0,035 мг/кг, а в почках - от 0,002 до 0,11 мг/кг.

Концентрации металлов в организме свиней по убыванию можно расположить в следующей последовательности: РЬ > Аб > С(3 >

Коэффициент химического загрязнения тяжелыми металлами свиноводческой продукции располагался следующим образом: мясо (1,4) > печень (0,75) > почки (0,54). Наибольшее количество свинца (0,5) наблюдалось в печени, а кадмия (0,3), мышьяка (0,5) и ртути (0,2) - в мышечной ткани свиней (табл. 4).

Таблица 4 - Средний коэффициент химического загрязнения мясной продукции от свиней юга Тюменской области, 2000-2008 гг. ___

Продукция РЬ са Ав У К загр

Мясо 0,4 0.3 0,5 0,2 1,4

Печень 0,5 0,05 0,1 0,1 0.75

Почки 0,3 0,07 0,07 0,1 0,54

4 Комплексная оценка загрязненности растительной, птицеводческой и животноводческой продукции по Тюменской области

4.1 Миграция тяжелых металлов в цепи почва-растение

Важнейшим показателем для расчета миграции тяжелых металлов в растения является коэффициент накопления (КН) (Сироткин, Ильязов, 2000 г.). Для расчета КН использованы данные содержания тяжелых металлов в почве (Судакова, 2006; Квашнина, 2007).

Анализ результатов исследований показал, что КН в растениях кормовых и зерновых культур варьировал по свинцу от 7 до 71% доступного металла, а по кадмию - 2-88%. Исследованиями выявлены определенные различия

в накоплении тяжелых металлов в растительных кормах, по районам Тюменской области, что объясняется биологическими особенностями растений разных видов и характеристикой почв.

Величина перехода свинца из почвы в сено составила 16-45%, солому 749%, сенаж 13-47%, силос 11-32%, зелёную массу 13-71% и зерно 10-23%. Максимальное значение коэффициента накопления наблюдалось по свинцу в зеленой массе в Викуловском районе и составило 71%.

Аналогичная закономерность миграции из почв в кормовые растения наблюдалась и по кадмию. Коэффициенты перехода из почв в сено, солому, сенаж, силос, зелёную массу и зерно составили соответственно 16-57%, 1154%, 16-56%, 9-47%, 16-88% и 2-50%. Самые высокие уровни накопления этого элемента отмечены в зелёной массе, и составили 66% (Тюменском), 68% (Омутинском) и 88% (Тобольском районах).

4.2 Миграция тяжелых металлов в цепи корма-молоко

Анализ суточного поступления тяжелых металлов в стойловый и пастбищный периоды в районах Тюменской области выявил, что свинца, кадмия и ртути с кормами поступает в организм коров больше в пастбищный период. Поступление мышьяка с рационами оставалось практически одинаково высоким как в стойловый, так и в пастбищный периоды.

Основываясь на результатах проведенных исследований по содержанию ТМ в кормовом рационе и молоке, нами были рассчитаны коэффициенты перехода данных элементов из растительных кормов в молоко (табл. 5).

Таблица 5 - Коэффициенты перехода ТМ из кормов в молоко коров в

районах юга Тюменской области (пастбищный период), 2000-2008 гг.

Районы РЬ Ав Ссі ня

Тюменский 0,32 0,55 0,14 0,69

Исетский 0,12 0,55 0,47 1,06

Голышмановский 0,24 0,44 0,35 0,66

Тобольский 0,26 0,62 0,12 0,78

Н-'Гавдинский 0,42 0,46 0,77 0,62

Викуловский 0,14 0,92 0,58 0,53

Омутинский 0.27 0,69 0,07 1,13

Наибольший переход тяжелых металлов из рациона в молоко был установлен для ртути - максимальное значение составило 1,13 в Омутинском районе. Миграция мышьяка варьировала в интервале 0,44-0,92, кадмия -0,07-0,77 и свинца - 0,12-0,42 в исследуемых административных районах юга Тюменской области.

4.3 Поступление тяжелых металлов в организм крупного рогатого скота (Тюменский район)

Растительные корма являются основой кормовой базы, входящей в рацион животных. Учитывая суточное поступление в организм животных растительных кормов, нами было рассчитано поступление тяжелых металлов в организм крупного рогатого скота при различных типах кормления по Тюменскому району (табл. 6).

Таблица 6 - Суточное поступление тяжелых металлов в организм коров в зимний период, Тюменский район, мг/сут, 2000-2008 гг.

„ Г-Г. - "-------- ' Мышьяк "'

Тин кормления

Сенажный

Силосный

Достав рациона

Сено сеянных трав

Солома овсяная

Сенаж

Зернофураж

Итого

Солома овсяная

Силос кукурузный

Зернофураж

Итого

Масса, кг

5,0

8,0

15,0

4,0

5,0

28,0

2,0

Свинец

3,6875

4,4256

1 1,7630

1,7756

21,6517

2,7660

6,8264

10,4802

0,1625

0,0992

0,5220

0,0484

0,8321

0,0620

4,6424

0,0242 4,7286

Кадмий

0,6450

0,0952

0,3600

0,1260

1,2262

0.0595

0,6440

0,0630 "0,7665

Ргуть 0J000"

0,0400

0,1080

0.0048

0,2528

0,0250

0,1232

0ДЮ24 0,1506

Анализ суточного поступления тяжелых металлов в организм коров с кормами показал, что при сенажном типе кормления свинца (21,6 мг/сут), кадмия (1,2 мг/сут) и ртути (0,3 мг/сут) поступало в два раза больше, чем при силосном. Содержание мышьяка в силосном типе было значительно больше по сравнению с сенажным.

4.4 Поступление тяжелых металлов в организм птицы с рационом кормлення

Суточная норма всех кормов на одну взрослую птицу (включая и сочные корма) составляет 180-230 грамм. Поступление тяжелых металлов в организм птицы с кормами в сутки следующее: свинца - 0,15-0,30 мг/кг; мышьяка-0,12-0,14 мг/кг; кадмия - 0,05-0,07 мг/кг; ртути - 0,001-0,002 мг/кг.

Миграция свинца из рациона в организм птицы варьировала от 0,49 до 0,65 в мышечной ткани, от 0,72 до 0,80 в паренхиматозных органах и от 0,30 до 0,46 в яйце.

Для оценки безопасности куриного яйца нами был рассчитан коэффициент химического загрязнения, коэффициент аккумуляции металлов в яйце, а также характер взаимосвязи между концентрацией элементов в яйце и мышечной ткани (табл. 7).

Таблица 7 - Характер взаимосвязи между содержанием тяжелых металлов в мышечной ткани птице и яйцах, 2000-2008 гг.__

Птицефабрики I^iarp г между содержанием ТМ в мышечной ткани и яйцах КА

Pb As 1 Cd Hp РЬ As Cd HR Pb As Cd Hg

«Боровская» 0,46 0,43 2,32 0.32 0,42 0,19 0,45 0,78 0,71 0,89 0,85 0,94

«Тюменский 0,30 0,44 1,46 0,23 0,31 0,40 0,31 0,33 0,6b 0,76 0,69 0.80

«Пышминская» 0,37 0,27 1,26 0,19 0,60 0,10 0,67 0,43 0,62 0,83 0,44 0,95

Содержание ТМ в курином яйце является следствием накопления металла в организме птицы. Это явление подтверждается коэффициентом аккумуляции металлов в курином яйце. Его значение по всем металлам варьировало от 0,44 до 0,95. Показатель коэффициента корреляции для представленных элементов свидетельствует о наличии прямой функциональной зависимости. По ряду металлов эта связь варьирует от слабой (0,10) до сильной (0,78).

4.5 Поступление тяжелых металлов с продуктами питания в организм человека Гигиеническими требованиями к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов согласно санитарным правилам и нормам предусмотрено проведение химико-токсикологических исследований на предмет содержания свинца, мышьяка, кадмия и ртути. При этом учитывается структура питания населения по семи основным компонентам рациона как источника поступления ТМ в организм человека (хлебные, молочные и мясные продукты, картофель, овощи, рыба, фрукты и ягоды) (табл.8).

Таблица 8 - Среднесуточное поступление тяжелых металлов в организм чело-

века с продуктами питания в Тюменском районе, 2010 г.

Продукты Аф, мг/кг V,. кг/су ІІ, мг/сут.

РЬ Ав Сс1 РЬ Аб Сії Н8

Молоко 0,20 0,03 0,03 0,004 0,210 0,042 0,007 0,006 0,0008

Мясо 0,22 0,02 0,02 0,013 0,170 0,037 0,003 0,003 0,0022

Яйцо 0,06 0,03 0,01 0,002 0,020 0,001 0,001 0,0002 0,0001

Рыба 0,12 0,01 0,01 0,004 0,087 0,01 0,001 0,001 0,0003

Картофель 0,34 0,01 0,01 0,006 0,230 0,08 0,002 0,0023 0,0014

Овощи 0,31 0,02 0,02 0,006 0,260 0,08 0,005 0,005 0,0016

Хлеб пшеничный 0,27 0,02 0,01 0,011 0,270 0,07 0,005 0,0027 0,0030

Хлеб ржаной 0,23 0,04 0,03 0,009 0,120 0,028 0,005 0,004 0,001

Фрукты и ягоды 0,20 0,05 0,02 0,005 0,100 0,02 0,005 0,002 0,0005

Всего: 0,298 0,035 0,026 0,011

Допустимое поступление (ФАО/ВОЗ), мг/сут 0,490 3,0 0,070 0,05

Фактическое суточное поступление с рационом продуктов питания тяжелых металлов не превышало нормируемого поступления в организм человека в Тюменском районе. Максимальное значение наблюдалось по свинцу и составило 0,298 мг/сут. Основной вклад внесли такие продукты как картофель (0,08 мг/суг), овощи (0,08 мг/сут) и хлеб пшеничный (0,07 мг/сут), что связано с их выращиванием на загрязненных тяжелыми металлами почвах возле автодорог, а также на кислых почвах.

Расчегг потоков мышьяка и кадмия, поступающих в организм человека показал, что наибольшую загрязненность этими элементами имеет молоко. Поступление ртути с рационом в организм человека происходило неравномерно. Наибольшее значение было характерно для мяса (0,0022 мг/сут), а наименьшее - для яйца (0,0001 мг/сут).

ВЫВОДЫ

1. Исследования кормов птицефабрик Тюменского района выявило высокое содержание свинца в зерне злаковых и бобовых культур (1,2-2,6 раза выше ПДК). Максимальное значение свинца наблюдалось в белково-витаминных добавках и составило 3,73 мг/кг при ПДК 0,5 мг/кг. Содержание свинца в ракушечной муке находилось в пределах от 2,16 до 4,85 мг/кг (ПДК 0,5 мг/кг). Концентрация мышьяка в рыбной муке составила 3,55 мг/кг (ПДК 2,0 мг/кг).

2. Содержание ТМ в птицеводческой продукции Тюменского района показало повышенную концентрацию мышьяка 0,12 мг/кг при Г1ДК 0,1 мг/кг в мышечной ткани (превышение из данной выборки образцов составило 2%). В паренхиматозных органах птицы содержание токсических элементов находилось на уровне ПДК. Порядок распределения ТМ в птицеводческой продукции располагался в порядке уменьшения в ряду РЬ > Аб > Сс1 > Н§.

3. Исследования ТМ в курином яйце показали, что концентрация свинца и ртути была ниже ПДК. Незначительное превышение ПДК наблюдалось по мышьяку, а значения содержания кадмия на всех исследуемых птицефабриках Тюменского района превышали ПДК в 1,4-8,2 раз. В целом для куриного яйца кумуляция веществ в порядке убывания располагается в следующей последовательности РЬ>Аб>Сс1> Н8.

4. Содержание кадмия, мышьяка, ртути и свинца в растительных кормах значительно ниже ПДК. В целом рассматриваемые кормовые компоненты аккумулируют тяжёлые металлы в следующей последовательности в порядке убывания: РЬ > Сс1 > Ав > Щ (сено, зеленая масса) и РЬ > Аб > Сс1 > Н§ (солома, сенаж, зерно). В зелёной массе содержится большее количество ТМ, чем в остальных кормах, выращиваемых на юге Тюменской области.

5. Накопление ТМ в мышечной ткани, печени и почках крупного рогатого скота не вызывают опасений в качестве использования данного продукта питания человеком. Цепь накопления элементов в организме крупного рогатого скота в порядке убывания была следующей: РЬ > Аб > Сс1 > Н§.

6. Исследования показали, что в отличие от мясной продукции молоко вызывает более высокую опасность по предрасположенности к кумуляции тяжелых металлов. Особенно напряженно в этом отношении складывалась ситуация по ртути (общее количество образцов превышающих предельно допустимые концентрации составило 37% проб из общей выборки). Несколько в меньшей степени такая закономерность проявлялась по свинцу: в 20% исследованных проб молока этот показатель превышал ПДК (0,005 мг/кг).

7. Содержание тяжелых металлов в организме свиней в районах Тюменской области находилось в пределах ПДК. Концентрации металлов в мышечной ткани, печени и почках животных по убыванию можно расположить в следующей последовательности: РЬ > Аб > Сс1 > Н§. По количеству накопления исследуемых элементов в органах и тканях животных аналогичная цепочка концентраций по убыванию следующая: почки > печень > мышцы.

8. Суточное поступление ТМ с продуктами питания не превышало нормируемого поступления в организм человека в Тюменском районе. Максимальное значение наблюдалось по свинцу и составило 0,298 мг/сут. Основной вклад вносили такие продукты как картофель (0,08), овощи (0,08) и хлеб пшеничный (0,07 мг/сут). Повышенное количество мышьяка и кадмия в организм человека поступало с молоком. Поступление ртути в организм человека происходило неравномерно: наибольшее значение было характерно для мяса (0,0022), а наименьшее - для яйца (0,0001 мг/сут).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Гаевая Е.В., Захарова Е.В., Скипин Л.Н. Возможности накопления тяжелых металлов в системе «корма-молоко» // Вестник КрасГАУ. №4. Выпуск 4(55). 201 1.С. 54-57.

2. Гаевая Е.В., Захарова Е.В. Содержание тяжелых металлов в организме крупного рогатого скота//Ползуновский вестник. № 4-2.2011. С. 119-121.

Список работ, опубликованных в других изданиях

3. Гаевая Е.В., Захарова Е.В. Сравнительная оценка отечественных и зарубежных продуктов на предмет содержания тяжелых металлов в ХМАО // Сб. трудов III Всерос. заочн. науч.-практич. конф. Тюмень: ТюмГНУ, 2009. С. 52-55.

4. Гаевая Е.В., Захарова Е.В., Скипин Л.Н. Биогеохимия элементов в объектах природной среды Северного Зауралья // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: Мат. VI Междунар. науч.-практич. конф. Семей. Республика Казахстан, 2010. Том 1. С. 343-347.

5. Гаевая Е.В., Захарова Е.В. Тяжелые металлы в растениях Тюменского района // Перспективы инновационного развития АПК: Сб. мат. междунар. науч.-практич. конф., посвященной 420-летию земледелия Зауралья. Тюмень: ТГСХА, 2010. С. 195-198.

6. Гаевая Е.В, Захарова Е.В. Оценка экологической безопасности пищевых продуктов животного происхождения Тюменской области // Мат. IV Всерос. науч.-практич. конф. ученых и аспирантов вузов. Тюмень: ТюмГНУ. 2011. С. 111-113.

7. Гаевая Е.В., Захарова Е.В., Скипин Л.Н. Содержание тяжелых металлов в растениеводческой продукции юга Тюменской области // Научные исследования - основа модернизации сельскохозяйственного производства: Сб. Междунар. науч.-практич. конф. Тюмень: ТГСХА, 2011. С. 32-34.

8. Гаевая Е.В., Захарова Е.В., Скипин Л.Н. Загрязненность свиноводческой продукции тяжелыми металлами в Тюменской области // Научные исследования - основа модернизации сельскохозяйственного производства: Сб. Междунар. науч.-практич. конф. Тюмень: ТГСХА, 2011. С. 201-203.

Подписано в печать 21.02.2012. Тираж 120 экз. Печать трафаретная. Заказ 083. Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г. Тюмень, ул. Республики

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Гаевая, Елена Викторовна, Тюмень

61 12-3/1184

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГАЕВАЯ ЕЛЕНА ВИКТОРОВНА

ЭКОЛОГО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ ЮГА

03.02.08 - Экология (биология)

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Л.Н. Скипин

На прг си

ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

Тюмень-2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение........................................................................................................................4

1. Обзор литературы........................................................................................................................8

1.1 Тяжелые металлы в окружающей среде..................................................................8

1.2 Изменение свойств почвы под действием тяжелых

металлов....................................................................................................................................................................................................15

1.3 Тяжелые металлы в растениях........................................................................................22

1.4 Тяжелые металлы в организме сельскохозяйственных

животных............................................................................................................................................................29

2. Методика и условия исследований............................................................................35

2.1 Методика проведения исследований..............................................................................35

2.2 Климатические и почвенные условия....................................................................41

3 Содержание тяжелых металлов в

сельскохозяйственной продукции....................................................................................50

3.1 Тяжелые металлы в кормах птицеводческой

продукции Тюменского района................................................................................................50

3.2 Содержание тяжелых металлов в мышечной

ткани птицы................................................................................................................................................60

3.3 Тяжелые металлы в паренхиматозных

органах птицы........................................................................................................................................65

3.4 Тяжелые металлы в курином яйце.......................................................................68

3.5 Тяжелые металлы в растительных

кормах крупного рогатого скота..............................................................................................74

3.5.1 Тяжелые металлы в сене естественных и сеяных трав..........................75

3.5.2 Тяжелые металлы в соломе............................................................................................77

3.5.3 Тяжелые металлы в сенаже..............................................................................................78

3.5.4 Тяжелые металлы в силосе..............................................................................................79

3.5.5 Тяжелые металлы в зеленой массе..........................................................................80

3.5.6 Тяжелые металлы в зерне злаковых культур..................................................81

3.5.7 Картограммы распределения тяжелых металлов

в зерновых культурах на юге Тюменской области............................................84

3.6 Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани

крупного рогатого скота......................................................... 88

3.7 Содержание тяжелых металлов в печени и почках

крупного рогатого скота......................................................... 93

3.8 Содержание тяжелых металлов в молоке крупного

рогатого скота............................................................................................................................................98

3.8.1 Картограммы распределения тяжелых металлов

в молоке крупного рогатого скота..........................................................................................104

3.9 Тяжелые металлы в кормах свиней..............................................................................109

3.10 Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани

свиней..........................................................................................................................................................................................................111

3.11 Содержание тяжелых металлов в печени и почках свиней....................114

4. Комплексная оценка загрязненности растительной,

птицеводческой и животноводческой продукции по

Тюменской области............................................................. 121

4.1 Миграция тяжелых металлов в цепи почва-растение................. 121

4.2 Миграция тяжелых металлов в цепи корма-молоко................... 124

4.3Поступление тяжелых металлов в организм крупного

рогатого скота по Тюменскому району.................. ..................... 127

4.4 Поступление тяжелых металлов в организм птицы с

рационом............................................................................. 128

4.5 Поступление тяжелых металлов с продуктами питания в

организм человека................................................................ 132

Выводы............................................................................. 135

Список использованной литературы....................................... 137

Приложение....................................................................... 155

Введение

Расширяющееся техногенное воздействие на окружающую среду относится к одной из важнейших проблем современности. Влияние хозяйственной активности человека, прежде всего, значимо для аграрных экосистем, так как связано с поступлением широкого спектра токсикантов в организм человека с сельскохозяйственной продукцией.

В зонах влияния промышленных источников загрязнения Российской Федерации наблюдается накопление в почвах, растениях, животных широкого спектра экотоксикантов, в первую очередь, тяжелых металлов. Основными источниками загрязнения сельскохозяйственного происхождения являются средства химизации и защиты растений, а также агропромышленные предприятия и объекты (склады химикатов, удобрений, мелиорантов, животноводческие фермы и комплексы). Существенный вклад в загрязнение почв, растений и животных тяжелыми металлами вносят интенсивно развивающаяся промышленность и автотранспорт (Соколов, 1999).

Тяжелые металлы относятся к числу наиболее опасных для природной среды химических загрязнителей. Действие их зачастую скрыто, но они передаются по трофическим цепям с выраженными кумулятивным эффектом, поэтому проявления токсичности могут возникать неожиданно на отдельных уровнях трофических цепей (Трофимов, Щербинин, Реймхе, 1989).

В связи с этим, возникает необходимость оценки последствий их накопления в почвенно-растительном покрове и в организме сельскохозяйственных животных, что позволит прогнозировать накопление токсикантов в продуктах растительного и животного происхождения, определить темпы миграции и нормировать их поступление в трофические цепи, а также разработать и внедрить новые технологии по снижению содержания загрязнителей в сельскохозяйственной продукции с целью

производства нормативно чистых и доброкачественных продуктов питания для населения (Таланов, 1998; Ильясов, 2000).

Комплексная оценка содержания тяжелых металлов в системе «почва-растения-животные», в полном объеме в Тюменской области еще не проводились, а имеющиеся данные носят разрозненный и фрагментарный характер, Такое исследование имеет важное значение как для научного осмысления процессов, протекающих в экосистемах, так и для решения многих практических задач, связанных с охраной здоровья человека, животных, окружающей среды и использованием природных ресурсов.

В связи с вышеизложенным, представленная работа посвящена изучению закономерностей накопления тяжелых металлов в почве, растительных кормах и организме животных.

Задачи исследований:

4. Наметить мероприятия по снижению количества тяжелых металлов в элементах трофической цепи.

крупного рогатого скота; мясо, печень и почки свиней) в административных районах юга Тюменской области.

Установлена закономерность накопления тяжелых металлов в зависимости от вида сельскохозяйственного животного и территориальной принадлежности, дана характеристика распределения в органах и тканях животных свинца, кадмия, мышьяка и ртути. Выявлены уровни загрязнения экотоксикантами сельскохозяйственной продукции.

Практическая значимость работы. Полученные результаты исследований позволяют оценить геохимическое состояние почв, продукцию растениеводства, животноводства, свиноводства и птицеводства на предмет содержания тяжелых металлов по административным районам юга Тюменской области. Данные исследования дают основание с высокой степенью достоверности контролировать и прогнозировать безопасность сельскохозяйственной продукции и сырья на юге Тюменской области с учетом техногенного воздействия, что может являться теоретической основой и базой наблюдений для последующего мониторинга. Материалы исследования могут быть использованы для характеристики экологической безопасности территории, производящей основной объём продуктов питания для населения Тюменской области.

Основные положения, выносимые на защиту:

- Повышенная концентрация свинца и ртути установлена в молоке крупного рогатого скота.

Международной научно-практической конференции «Перспективы инновационного развития АПК» (Тюмень, 2010), Международной научно-практической конференции «Научные исследования - основа модернизации сельскохозяйственного производства» (Тюмень, 2011), III Всероссийской заочной научно-практической конференции (Тюмень, 2009), VI Всероссийской научно-практитеской конференции ученых и аспирантов вузов (Тюмень, 2011).

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 187 страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, 4 глав и выводов. Список литературы включает 195 источников, в том числе 11 на иностранных языках. Работа содержит 72 рисунка, 35 таблиц и 42 приложения.

1 Обзор литературы

1.1 Тяжелые металлы в окружающей среде

Экологический кризис в плане загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами касается, прежде всего, каждого из нас потому что без решения вопроса, что мы должны изменить в себе, нам не выжить. Данная работа и направлена на решение этой проблемы, поскольку служит основой для осмысления того, что мы делаем, находясь на планете Земля.

Крайне опасными токсикантами являются тяжелые металлы и их соединения (Зигель, Зигель, 1993; Майсетренков, Хамитов, Будников, 1996). К тяжелым металлам относятся свыше 40 химических элементов таблицы Менделеева с атомными массами, превышающими 50 атомных единиц или химические элементы с удельным весом выше 5 г/см (Пилипенко, 1977; Ларина, 2004; Орлов, 2005).

Изучению свойств различных тяжелых металлов и их соединений, процессов их миграции, трансформации, аккумуляции и воздействия на природные объекты (в том числе на человека) посвящены многочисленные научные работы и исследования следующих авторов: (Алексеев, 1987; Мудрый, 1997; Маймулов, Нагорный, 2000; Авалиани и др., 2002; Блохин, Русанов, Зенина, 2002; Боев и др., 2004; Скальный, Рудаков, 2004; Айламазян, 2005; Курбатова, 2006).

Прежде всего представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьма и др. (Ильинских, Огородова и др., 2003).

Избыток даже жизненно важных микроэлементов в пище, обусловленный загрязнением окружающей среды или повышенным

геохимическим фоном, оказывает вредное воздействие на организм человека (Эмануэль, Зайков,1986).

Основные источники загрязнения природной среды тяжёлыми металлами можно разделить на естественные (природные) и искусственные (антропогенные). К естественным относят извержение вулканов, пыльные бури, лесные и степные пожары, морские соли, поднятые ветром, растительность и др. Главными и наиболее опасными источниками загрязнения природы тяжёлыми металлами являются антропогенные: предприятия по переработке чёрных и цветных металлов, тепловые электростанции и теплоцентрали, транспорт, машиностроительная и химическая промышленность, сельскохозяйственное производство, жилищно-коммунальные комплексы (Черных, Сидоренко , 2003).

Отличной характеристикой тяжелых металлов является их длительный период полураспада и способность к кумуляции в тканях и органах животных систем, что создает угрозу техногенной опасности для здоровья продуктивных животных, а по трофической цепи - для человека. Необходимо отметить, что степень загрязненности сельскохозяйственных угодий во многом зависит от степени развития промышленности регионов и от близости к крупным городам с высоким приоритетом металлургического производства, химической промышленности и машиностроения. Кроме того, степень загрязненности отдельных регионов резко отличается по составу выбросов тяжелых металлов и носит ярко выраженный региональный характер. Об этих особенностях техногенного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами сообщают большое число исследователей (Сидоров, 1995; Пестова, 2005; Хисматуллина, Ильязов, Каримов и др., 2005; Чулков, Тремасов, Иванов и др., 2005).

По данным авторов Протасова и Молчанова (1995), действие чужеродных для человека загрязнителей окружающей среды (ксенобиотиков) опосредуется через миграцию химических веществ по одной или нескольким экологическим цепям: ксенобиотики-воздух-человек; ксенобиотики-вода-

человек; ксенобиотики-пищевые продукты-человек; ксенобиотики-почва-вода - человек; ксенобиотики-почва-растение-человек; ксенобиотики-почва-растение-животное-человек. В отрасли сельского хозяйства наиболее вероятны последние четыре экологические цепи. При этом практические результаты исследований в данном направлении показывают, что чем длиннее миграционный путь, тем меньшую опасность для здоровья человека представляет экотоксикант. Это обусловлено процессами его деструкции и трансформации.

В процессе эволюции растения, животные и человек приспособились к природному (фоновому) содержанию тяжелых металлов в почве. Однако интенсивные выбросы промьппленности, транспорта и использование различных химических средств привело к накоплению тяжелых металлов на значительных территориях, что отрицательно влияет на почву, растения и другие живые организмы, и как следствие, фоновый уровень тяжелых металлов в биосфере постоянно возрастает (Соколов, 1999).

Тяжелые металлы обладают высокой токсичностью, способностью накапливаться в почвах, растениях и в опасных концентрациях по пищевым цепям поступать в организм человека. По некоторым оценкам, живые организмы не нуждаются в свинце, ртути, кадмии и т.д., поэтому эти элементы наиболее токсичны для живых организмов и человека (Дончева, Калуцков, 1976).

Одна из главных задач, связанных с предотвращением негативных последствий загрязнения отдельных компонентов окружающей среды, состоит в выяснении путей и условий локализации тяжелых металлов в них.

Несмотря на ряд закономерностей и свойств, объединяющих поведение тяжелых металлов в системе почва-растение, тем не менее выявлен целый комплекс отличительных и специфических особенностей их включения в пищевые цепи, воздействия на организм человека и животных (Соколов, Черников, 1999). Поэтому рассмотрим эти особенности в поведении каждого элемента отдельно.

Кадмий (С<1). Кадмий хорошо известен, как токсичный элемент относится к группе «новых» микроэлементов (кадмий, ванадий, кремний, олово, фтор) (Авцын и др., 1991).

Основные проблемы, связанные у человечества с этим элементом, обусловлены техногенным загрязнением окружающей среды и его токсичностью для живых организмов уже при низких концентрациях (Ильин, Сысо, 2001).

Исследованиями Давыдова (2002) установлено, что основными источниками загрязнения окружающей среды кадмием являются: производство цветных металлов, сжигание твердых отх�

Информация о работе

Гаевая, Елена Викторовна
кандидата биологических наук
Тюмень, 2012
ВАК 03.02.08

Диссертация

Эколого-токсикологическая оценка сельскохозяйственной продукции юга Тюменской области - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы