Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности в содержании радионуклидов в кормах и способы снижения их перехода в организм лактирующих коров в летний пастбищный период

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата ветеринарных наук, Семина, Марина Анатольевна, Великий Новгород

Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

ОСОБЕННОСТИ В СОДЕРЖАНИИ РАДИОНУКЛИДОВ В КОРМАХ И СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ИХ ПЕРЕХОДА В ОРГАНИЗМ ЛАКТИРУЮЩИХ КОРОВ В ЛЕТНИЙ ПАСТБИЩНЫЙ ПЕРИОД

Специальность 03.00Л 6. - Экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки

Российской Федерации, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Г.Н. Вяйзенен

Великий Новгород, 1998

На правах рукописи

СЕМИНА Марина Анатольевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

С.

Введение.......................................................................................................................5

1. Цель и задачи исследований.....................................................................................7

2. Обзор литературы.......................................................................... 10

2.1. Источники радиоактивного загрязнения и действие радиации на организм человека и животных................................. 10

2.2. Цезий-137...................................................................................... 20

2.3. Калий-40....................................................................................... 26

2.4. Снижение поступления радионуклидов в организм

человека по пищевым цепям.................................................................29

2.5 Характеристика компонентов, использованных в рационах лактирующих коров в летний пастбищный период.............................35

2.5.1. Компоненты растительного происхождения......................... 35

2.5.2. Некоторые компоненты при производстве пива.................. 40

2.5.3. Сорбирующие добавки............................................................ 42

3. Результаты исследований..........................—..................—.......... 45

3.1. Материал и методика исследований......................................... 45

3.2. Концентрация радионуклидов в почве пастбищной и поведение их в звене почва - растение (рацион) - животное -продукт животноводства................................................................... 49

3.3. Концентрация радионуклидов в злаковых и бобовых культурах на второй год после внесения в почву карбоната кальция химического синтеза.........—............................................... 52

3.4. Концентрация радионуклидов в рационах лактирующих коров в пастбищный период............................................................. 57

3.4.1. Концентрация радионуклидов в рационах лактирующих коров в пастбищный период 1995 года........................................... 58

3.4.2. Концентрация радионуклидов в рационах лактирующих

коров в леший пастбищный период 1997 года.............................. 64

3.4.3. Концентрация радионуклидов в рационах лактирующих коров в июле 1998 года...................................................................... 67

3.4.4. Особенности содержания радионуклидов в рационах лактирующих коров в летний пастбищный период....................... 69

3.5. Поведение радионуклидов в звене рацион - продукт животноводства (молоко) в пастбищный период.......................... 69

3.5.1. Поведение радионуклидов в звене рацион - продукт животноводства (молоко) в пастбищный период 1995 года....................................................................................................... 70

3.5.1.1. Влияние сорбирующих добавок и муки дикорасгущих трав на поведение радионуклидов в звене рацион - продукт животноводства (молоко).................................................................. 70

3.5.1.2. Влияние компонентов пивоваренного производства на поведение радионуклидов в звене рацион - продукт животноводства (молоко).................................................................. 75

3.5.2. Поведение радионуклидов в звене рацион - продукт животноводства (молоко) в летний пастбищный период 1997

года...........................—........................................................................ 78

3.5.3. Поведение радионуклидов в звене рацион - продукт животноводства (молоко) в июле 1998 года................................... 83

3.5.4. Особенности содержания радионуклидов в молоке коров

в летний пастбищный период...............................................................85

3.6. Поведение радионуклидов в звене рацион - животное в

пастбищный период........................................................................... 89

3.6.1. Поведение радионуклидов в звене рацион - животное в

пастбищный период 1995 года.......................................................... 89

3.6.1.1. Влияние сорбирующих добавок и муки дикорастущих

трав на выведение радионуклидов с мочой лактирующих

коров.................................................................................................... 89

3.6.1.2. Влияние компонентов пивоваренного производства на вьюедение радионуклидов с мочой лактирующих коров............. 94

3.6..2. Выведение радионуклидов с мочой лактирующих коров в летний пастбищный период 1997 года.......................................... 94

3.6.3. Влияние муки кипрея узколистного и щавеля конского на выведение радионуклидов с мочой лактирующих коров............. 100

3.6.4. Выведение радионуклидов с калом лактирующих коров в летний пастбищный период 1997 года............................................. 103

3.6.5. Влияние муки кипрея узколистного и щавеля конского на вьюедение радионуклидов с калом лактирующих коров в июле

1998 года.....................................................................................................105

3.6.6. Особенности выведения радионуклидов из организма лактирующих коров в летний пастбищный период....................... 107

3.7. Обмен радионуклидов организмом лактирующих коров в пастбищный период........................................................................... 1 í i

3.8. Концентрация калия стабильного в траве пастбищной, молоке, моче и кале лактирующих коров в пастбищный период 119

3.9. Заключение........................................................................................122

3.10. Экономическая эффективность использования в рационах лактирующих коров муки щавеля конского (производственная проверка результатов исследований в совхозе-техникуме "Новгородский")................................................................................ 125

4. Выводы............................................................................................................128

5. Практические предложения........................................................... 131

Список использованной литературы............................................... 132

Приложения......................................................................................... 146

ВВЕДЕНИЕ

Охрана окружающей среды от загрязнения тяжелыми металлами и радионуклидами - крупнейшая социальная и экономическая проблема. В биосферу поступает свыше 500 тысяч разновидностей загрязняющих химических веществ, большая часть которых накапливается в почве. Максимальную опасность эти элементы представляют для человека, находящегося на вершине цепи питания, где он может получать продукты с концентрацией токсикантов в 1001000 раз более высокой, чем в почвах. Основные пути доставки токсических веществ к человеку: по цепям питания 40-50 %, с водой 2040 %.

Научными учреждениями проводится работа по изучению закономерностей поведения тяжелых металлов и радионуклидов в системе: почва - растение (корм, рацион) - животное - продукция животноводства - человек.

В связи с этим важнейшая задача - прослеживание потоков загрязнителей по всем возможным каналам их миграции, изыскание защитных механизмов от проникновения токсических элементов в последующее звено системы, поиск местных кормовых добавок, позволяющих получить экологически чистую сельскохозяйственную продукцию, разработка регламентации комплексного содержания вредных веществ в продуктах питания.

За летний пастбищный период проходит "ремонт" организма лактирующих коров и накопление впрок питательных и биологически активных веществ. Одновременно с пастбищной травой, подкормкой зеленой массой и водой питьевой в водоемах и автопоилках происходит накопление радионуклидов в их организме.

В этой связи необходимо изыскивать местные, дешевые, доступные и эффективные компоненты, способствующие ускорению выведения их из организма в летний пастбищный период.

Целесообразно провести экологическую оценку системе кормления молочного скота в пастбищный период.

Ту или иную концентрацию радионуклидов в рационах и молоке лактирующих коров можно считать зеркальным отражением экологической чистоты системы пастьбы и кормления в летний период в конкретном регионе.

В специальной литературе нам не удалось обнаружить сведения, материалы, которые хотя бы в малейшей степени отражали экологическую чистоту этой очень важной системы полноценного кормления лактирующих коров в летний пастбищный период.

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Основной целью исследований являлось определение возможности снижения загрязненности организма лактирующих коров в летний пастбищный период.

В связи с этим нами поставлены следующие задачи:

- установить степень загрязненности летних кормов, рационов, воды питьевой и ряда компонентов радионуклидами цезием-137 и калием-40;

- определить возможность использования в летних рационах адсорбентов, муки ряда дикорастущих растений и компонентов пивоваренного производства;

- выявить интенсивность трансформации радионуклидов в злаковые и бобовые кормовые культуры, летние рационы и молоко из почвенного горизонта;

- установить закономерности накопления и выведения радионуклидов из организма коров в зависимости от концентрации в рационах стабильного калия и кальция;

определить ориентировочные параметры концентрации радионуклидов в молоке коров в различные периоды пастбищного содержания;

- провести экологическую оценку пастьбы лактирующих коров;

- определить экономическую эффективность использования кормовой добавки в рационе коров в пастбищный период содержания.

Тема является составной частью государственной научно-технической программы Департамента кадровой политики и образования МСХ и П (госрегистрационные номера 372-36-2Ж; 95-34-2Ж; IЛ 29.99 Ф - фундаментальные науки), тематического плана НИР Новгородского госуниверситета имени Ярослава Мудрого (код темы по ГАСНТИ 87.26.27).

Научная новизна.

Установлена интенсивность трансформации цезия-137 и калия-40 в злаковые и бобовые кормовые культуры, рационы и молоко из почвенного горизонта. Впервые определена степень загрязненности радионуклидами рационов кормления лактирующих коров в различные периоды летнего пастбищного содержания. Установлены закономерности накопления и выведения радионуклидов цезия-137 и калия-40 из организма коров в зависимости от концентрации в рационах минеральных макроэлементов (стабильных калия и кальция).

Практическая значимость работы.

В результате исследований доказана высокая эффективность использования в рационах лактирующих коров в пастбищный период адсорбентов, муки ряда дикорастущих растений и компонентов пивоваренного производства для снижения загрязненности организма радионуклидами.

Определены минимальная, оптимальная и максимальная концентрации радионуклидов в молоке коров в начале, середине и конце пастбищного периода. Проведена экологическая оценка пастьбы лактирующих коров.

Реализация результатов исследований.

Организацию и проведение пастьбы лактирующих коров необходимо проводить с учетом экологической оценки степени загрязненности пастбищных культур радионуклидами после годичного периода внесения карбоната кальция химического синтеза (ККС) в почву.

Результаты исследований целесообразно использовать в учебных курсах "Кормление сельскохозяйственных животных*', "Основы сельскохозяйственной радиологии".

Апробация работ.

Основные положения нашли отражение на Первой Международной научной конференции "Миграция тяжелых металлов и радионуклидов в звене: почва - растение (корм, рацион) - животное -продукт животноводства - человек (23-25. 03. 1998 г., Новгород), на научно-практических конференциях Академии сельского хозяйства и природных ресурсов Новгородского госуниверситета имени Ярослава Мудрого (1997-1998 гг.), в Хельсинкском университете (1998 г.), опубликованы в периодической печати.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 157 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, выводов, практических предложений и приложения (2 таблицы и 9 диаграмм), включает 52 таблицы. Список литературы включает 135 источников, в том числе 9 на иностранных языках.

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

2.1. Источники радиоактивного загрязнение и действие радиации на

организм человека и животных

При комплексной оценке состояния окружающей среды обязательно должна включаться радиационная обстановка, включающая: суммарные дозы внешнего и внутреннего облучения населения на основании исследований объектов окружающей среды в биологической цепи почва - растение - животное - рацион человека [123,125].

Помимо ионизирующего излучения любая популяция всегда подвергается воздействию других генотокеических агентов, прежде всего химических (тяжелые металлы, полициклические ароматические углеводы и др.). Результатом сочетания агентов в ряде случаев может оказаться усиление выхода стохастических эффектов (синергизм). Учет действия сочетаний является необходимой составной частью оценки радиационного риска [75,84].

Радиация - жизненно необходимый фактор. Зарождение жизни и дальнейшая ее эволюция происходили при действии радиации, благодаря чему в процессе эволюции живые организмы, включая человека, выработали генетически врожденные защитные механизмы, защищающие живые организмы от чрезмерного вредного действия радиации [100,101].

Возникновение проблемы радиоактивности связано с освоением ядерной энергии и расширением ее использования в различных сферах деятельности человека. За последние десятилетия человек создал несколько сот искусственных радионуклидов, научился использовать энергию атома в различных целях: в медицине [21, 58, 135], энергетике [20,95,100, 101], сельском хозяйстве [9], обработке пищевых продуктов

[Я

Радиоактивное загрязнение природных сред на территории Российской Федерации в настоящее время обусловлено следующими источниками:

- глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами - продуктами испытаний ядерного оружия, проводившихся в атмосфере и под землей;

- выбросом радиоактивных веществ из четвертого блока чернобыльской АЭС в апреле - мае 1986 года;

- плановыми и аварийными выбросами радиоактивных веществ в окружающую среду от предприятий атомной промышленности;

- выбросами в атмосферу и сбросами в водные системы радиоактивных веществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации;

- привнесенной радиоактивностью (твердые радиоактивные отходы и радиоактивные источники) [93].

Количественную характеристику излучения можно дать, используя единицы измерения системы СИ, [21,84,118}:

1. Беккерель (Бк) - единица измерения активности радиоактивного образца, равная одному распаду в секунду.

2. Поглощенная доза (Грей) - энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым телом (тканями организма), в пересчете на единицу массы.

3. Эквивалентная доза (Зиверт) - поглощенная доза, умноженная на коэффициент, учитывающий разную чувствительность различных тканей к излучению.

4. Эффективная эквивалентная доза (Зиверт) - суммарный эффект облучения для организма.

5. Коллективная эквивалентная доза (человеко-Зиверт) - произведение эффективной эквивалентной дозы и числа подвергнутых излучению индивидуумов.

В табл. 1 отражена коллективная эквивалентная доза, полученная населением стран мира в период 1945-1992 гг. включительно.

Таблица 1

Коллективная эквивалентная доза облучения от природных и техноген-

ных источников радиации [45,54,88,95,96].

Источники облучения Мощность эффективной дозы(1992 г.), чел,-Зв/год Доля в общем облучении, %

1 2 3

Природные источники облучения

Космическое излучение 2,0x10« 11,9

Космогенные радионуклиды 6,4x104 0,4

Воздушные перелеты 1,0x104 0,06

Земное излучение 3,6x10« 21,4

внешнее облучение 2,4x10« -

внутреннее облучение 1,2x10« -

Радоновое облучение 6,9x10« 41,7

Продукты добывающих отраслей промышленности: 1,0х104 0,6

Всего... 1,3х! О7 76

Искусственные источники облучения

Производство электроэнергии на АЭС 4,0x104 0,2

Атмосферные испытания ядерного оружия практика завершена 3,6

Подземные испытания практика завершена <0,01

Производство оружия практика завершена 0,01

Производство радиоизотопов 4,0x105 0,01

Применение изделий с применением радиоизотопов 2,0x103 <0,01

Окончание таблицы 1

1 2 3

Аварии: - 0,07

Чернобыльская - 0,07

Уиндскейлская - «0,01

Кыштымская - «0,01

Применение радиации в медицине: 20,2

Профессиональное облучение: 1,3x1,5« 0,07

природные источники (исключая добычу урана) 8,6x103 -

ядерный топливный цикл 4,3x103

Всего... 3,3x10« 24

Причины миграции элементов подразделяют на две группы: 1) внутренние факторы, связанные со свойствами атомов и их соединений, и 2) внешние факторы, характеризующие обстановку, в которой находятся эти атомы или их соединения [107].

По мере выщелачивания радионуклидов из частиц выпадений протекают два процесса: первый - переход радионуклидов в растворимые формы и миграция их с почвенным раствором в нижележащие горизонты; второй - закрепление радионуклидов твердой фазой почвы верхнего слоя минеральной толщи под подстилкой.

Поведение и скорость миграции радионуклидов в почве зависят от ее физико-химических свойств: емкости поглощения, определяемой в первую очередь содержанием обменного кальция, кислотности, содержания гумуса, илистых фракций, минерального состава песка, водопроницаемости и т.д. Подвижность каждого радионуклида в почве определяется раствори