Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности в содержании тяжелых металлов в кормах и способы снижения их трансформации в организм коров в летний пастбищный период

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Особенности в содержании тяжелых металлов в кормах и способы снижения их трансформации в организм коров в летний пастбищный период"

, он

, Ц № «98

На правах рукописи

КАПИТАНОВА Татьяна Михайловна

ОСОБЕННОСТИ В СОДЕРЖАНИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В КОРМАХ И СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ИХ ТРАНСФОРМАЦИИ В ОРГАНИЗМ ЛАКТИРУЮЩИХ КОРОВ В ЛЕТНИЙ ПАСТБИЩНЫЙ ПЕРИОД

Специальность 03.00.16. - Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Великий Новгород 1998

Работа выполнена в Новгородском государственном университете имени Ярослава Мудрого

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки

Российской Федерации, доктор сельскохозяйственных наук, профессор ВЯЙЗЕНЕН Геннадий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор < биологических наук,

профессор ДМИТРИЕВ Владислав Борисович;

кандидат сельскохозяйственных наук КАЛИНИЧЕНКО Юрий Борисович

Ведущее предприятие: Управление ветеринарии Комитета по сельскому хозяйству и продовольствию Новгородской области

Защита диссертации состоится г. в 10 часов 00 минут на заседании диссертационного совета К 064.32. 09 в Новгородском государственном университете имени Ярослава Мудрого по адресу: 173003 г. Великий Новгород, ул. Большая Санкт-Петербургская, 41

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого

Автореферат разослан "_"_ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

ТОКАРЬ А.И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время не наблюдается тенденция к снижению загрязненности пищевого сырья тяжелыми металлами. Это связано как с техногенными загрязнениями природной среды (почвы, воздуха, воды), так и с недостаточной агротехнической культурой, имеющими место нарушениями действующих норм и правил производства продуктов.

Тяжелые металлы поступают в окружающую среду (атмосферный воздух, воду, почву) в виде элементов, солей и органических соединений. Наибольшей токсичностью обладают органические соединения тяжелых металлов.

В пищевом сырье, богатом белком (продукты животноводства), большая часть металлов соединена с металлотионеином, образуя белковые комплексы. В растительных продуктах тяжелые металлы содержатся в ионной форме или связаны преимущественно с растительным белком и пектином.

Организм человека усваивает 5-10% поступивших в пищевой тракт тяжелых металлов, причем действие их, связанных с белком, пролонгировано во времени.

Содержание тяжелых металлов в продовольственном сырье и продуктах питания регламентируется "Медико-биологическими и санитарными нормами качества продовольственного сырья и пищевых продуктов.

В связи с ростом антропогенного загрязнения природных сред тяжелыми металлами возникает необходимость в изучении их поведения в почвенно-растительном покрове и организме сельскохозяйственных животных, с целью прогнозирования накопления тяжелых металлов в продуктах растительного и животного происхождения, регламентации норм поступления в пищевые цепи миграции, разработки мероприятий по ограничению этого поступления для производства экологически чистого продовольствия.

В доступной нам литературе не удалось обнаружить каких-либо материалов по данной проблеме.

В этой связи необходимо разрабатывать и внедрять новые технологические приемы ведения пастбищного кормопроизводства и скотоводства, что возможно на основе изучения условий кормления и содержания молочного скота в летний пастбищный период с учетом перехода техногенных загрязнителей, в том числе и тяжелых металлов, в продукцию животноводства - молоко.

Цель и задачи исследований. Основной целью работы являлось определение степени загрязненности кормов тяжелыми металлами и активности трансформации их в организм лактирующих коров в летний пастбищный период.

В связи с этим нами поставлены следующие задачи:

- определить поглощение тяжелых металлов растениями пастбища многолетнего пользования;

- определить возможность использования в летнух рационах муки из щавеля конского и дробины пивной для снижения загрязненности организма лактирующих коров тяжёлыми металлами;

- установить степень загрязненности кормов, воды питьевой и кормовых добавок тяжелыми металлами;

- определить особенности обмена, тяжелых металлов организмом коров в летний пастбищный период;

- провести экологическую оценку кормления коров в различные периоды пастбищного содержания;

- определить экономическую эффективность использования муки из щавеля конского в рационе.

Тема является составной частью государственной научно-технической программы Департамента кадровой политики и образования МСХ и П РФ (госрегистрационные номера 372-36-2Ж; 95-34-2Ж; 1.129.99Ф - фундаментальные науки), тематического плана НИР Новгородского университета имени Ярослава Мудрого (код темы по ГАСНТИ 87.26.27).

Научная новизна. Впервые разработаны способы снижения активности трансформации тяжелых металлов в молоко из рационов кормления коров в летний пастбищный период. Впервые определены закономерности обмена тяжелых металлов организмом лактирующих коров в летний пастбищный период. Проведена экологическая оценка пастбищного кормопроизводства и производства молока в различные периоды пастбищного содержания лактирующих коров. ,

Практическая значимость работы. В результате исследований доказана высокая эффективность использования муки щавеля конского в летнем рационе лактирующих коров для снижения загрязненности организма тяжелыми металлами. Определены минимальная, оптимальная и максимальная концентрации тяжелых металлов в молоке коров в летний пастбищный период.

Муку щавеля конского рекомендуется использовать в качестве одного из компонентов при производстве комбикормов и сухих кормосмесей для кормления лактирующих коров в летний пастбищный период.

Разработаны справочные материалы по содержанию тяжелых металлов в летних кормах, добавках и в животноводческой продукции - молоке коров в пастбищный период содержания.

Реализация результатов исследований. Производство молока рекомендовано осуществлять с учетом содержания тяжелых металлов в летних кормах.

Результаты исследований рекомендуется использовать в учебных курсах "Кормление сельскохозяйственных животных", "Сельскохозяйственная экология" и " Кормоприготовление".

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 марта 1998 г., Новгород), на Международном Конгрессе по экологии животных в Хельсинкском университете 11...15 ноября 1998 г., научных конференциях Академии сельского хозяйства и природных ресурсов Новгородского госуниверситета имени Ярослава Мудрого (1996... 1998 гг.), опубликованы в периодической печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 156 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, собственных исследований, выводов, практических предложений и приложения (1 таблица и И диаграмм), включает 32 таблицы. Список литературы включает 196 источников, в том числе 10 на иностранных языках.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились на базе учебной фермы совхоза-техникума "Новгородский" в летний пастбищный период 1997 года в системе почва - растение (корма) - продукция животноводства.

Забор почвы пастбища многолетнего использования осуществлялся методом средней пробы буром на глубину до 15 см.

Пастбищная трава срезалась на высоте 1,5 -2,0 см от уровня земли (высота стравливания), то есть учитывалась только часть травы, поедаемая животными при пастьбе. Средние пробы травы пастбищной и зеленой массы отбирали в дни сбора выделений коров.

Исследования питьевой воды, почвы и кормов на загрязненность тяжелыми металлами ведутся сотрудниками и аспирантами кафедры кормления, разведения и животноводства Новгородской Академии сельского хозяйства и природных ресурсов с 1993 года по настоящее время.

Для опытов отбирались лактирующие коровы черно-пестрой породы с учетом возраста (2...3 лактации), живой массы 510±12 кг), уровня продуктивности, физиологического состояния (первая половина лактации) и происхождения (линии Аннас Адема 30587, Хильтис Адема 37910, Нико 31652; семейства Незабудка 1073, Звездочка 961, Волна 83). Аналогичность групп определялась в ос-

новном их фенотипическими качествами (энергией роста, уровнем продуктивности, телосложением, плодовитостью).

Научно-хозяйственные опыты проведены: первый - методом групп периодов, второй - методом групп аналогов с учетом общепринятых методик (А.И. Овсянников, 1979; П.И. Викторов, В.К. Менькин, 1991).

Выпас скота на пастбище осуществлялся с 7 до 12 и с 14 до 19 часов.

Исследования велись по схемам, представленным в табл. 1.

Первый научно-хозяйственный опыт был проведен в течение летнего пастбищного периода 1997 года и состоял из трех периодов: предварительного (10 суток), главного (учетного), который состоял из двух этапов (30 и 62 суток), и заключительного (10 суток). Подобранные лактирующие коровы были распределены в 3 группы по 10 гол. в каждой - контрольная, I опытная, II опытная. Рацион был основной (ОР), растительные добавки не вводились.

Таблица 1

Схема научно-хозяйственных опытов

Опыты Месяц Группа Количество голов Условия кормления

Контроль 10 ОР (сено, трава пастбищная,

июнь I опытная 10 зеленая масса, дробина пивная)

1 II опытная 10

а в г Контроль 10 ОР (трава пастбищная, зеленая масса, дробина пивная)

2 У с т I опытная 10 ОР + 30 г муки листьев и семян щавеля конского в смеси

II опытная 10 ОР+ЗО г муки стеблей щавеля конского

Второй научно-хозяйственный опыт был проведен в августе 1997 года, состоял из трех периодов: предварительного (10 суток), главного (учетного, 30 суток) и заключительного (10 суток). В рационы коров были введены растительные добавки: I опытной -мука листьев и семян щавеля конского, II опытной - мука стеблей щавеля конского.

Сбор дикорастущих трав осуществляли в Новгородском

районе.

Дробина пивная поступала с АО "Дека" г. Великого Новгорода.

Кормовые добавки скармливали в смеси с другим кормом (пивной дробиной или зеленой массой) во время дневного кормления коров. Учет расхода кормов в целом по каждой группе рассчитывался по первичным документам списания кормов хозяйства, учет молочной продуктивности велся индивидуально по результатам контрольных доений.

В конце каждого учетного периода отбирали для исследований средние пробы продуктов выделений коров - кал, мочу, молоко в течение двух смежных суток. Образцы кормов, добавок, продуктов выделений коров (молоко, кал, моча) не консервировали, чтобы исключить попадание в них тяжелых металлов с консервантами.

Определение концентрации тяжелых металлов в образцах - кормов, добавок, воде питьевой, почве, продуктах выделения коров - моче, кале, молоке проводилось на атомно-эмиссионном спектрометре фирмы Регкт-Е1тег (США), в химической лаборатории АО "Акрон" Новгородской области. Подготовку образцов и приготовление рабочих растворов для исследования осуществляли в лаборатории экологически чистой сельскохозяйственной продукции Академии сельского хозяйства и природных ресурсов Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого.

Статистическая обработка результатов исследований осуществлена по программе "М1сгоз1а1".

КОНЦЕНТРАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАЦИОНАХ Л АКТИРУЮЩИХ КОРОВ В ЛЕТНИЙ ПАСТБИЩНЫЙ ПЕРИОД 1997 ГОДА

Пастьба велась на пастбище долголетнего пользования учебной фермы совхоза-техникума "Новгородский". Для подкормки из кормушек использовалась зеленая масса и пивная дробина, поставляемая АО "Дека".

В начале и конце пастбищного периода в рационы лакти-рующих коров включали сено, чтобы избежать нарушения процессов пищеварения, а также снижения надоев молока и его жирности.

В летний пастбищный период 1997 года в качестве кормовых добавок в рацион животным вводили компоненты щавеля конского для того, чтобы определить насколько интенсивно компоненты муки щавеля конского будут способствовать выведению тяжелых металлов из организма лактирующих коров через желудочно-кишечный тракт и почки и уменьшать выведение тяжелых металлов с молоком коров.

Рацион имел следующую структуру (% по питательности):

- в июне: трава пастбищная - 56, зеленая масса - 16, дробина пивная -10, сено - 18;

- в августе: трава пастбищная-65, зеленая масса - 24, дробина пивная -11.

Концентрация тяжелых металлов в рационах лактирующих коров в расчете на единицу сухого вещества и на одну кормовую единицу отражена в табл. 2

Таблица 2

Концентрация тяжелых металлов в рационах коров, мг в расчете на 1 кг сухого вещества и 1 кормовую единицу

Группа коров На 1 кг СВ На 1 корм. ед.

РЬ № Бг Сг Сй Бп РЬ № 8г Сг Сс1 Бп

и 1С я ь Контроль 0,41 2,54 20,48 9,21 0,09 146,19 0,57 3,51 28,35 12,75 0,124 202,36

I опытная 0,41 2,54 20,48 9,21 0,09 146,19 0,57 5,51 28,35 12,75 0,124 202,36

II опытная 0,41 2,54 20,48 9,21 0,09 146,19 0,57 3,51 28,35 12,75 ; 0,124 202,36

а в : с т Контроль 1,85 1,14 30,81 2,34 0,10 96,80 2,20 1,36 36,64 2,78 0,121 115.1

I опытная 1,85 1,14 30,83 2,38 0,10 97,01 2,20 1,36 36,66 2,83 0,121 115,3

••II опытная 1,85 1,14 30,82 2,37 0,10 97,0 2,20 1,36 36,65 2,82 0,121 115,3

Примечание: * -1 опытная (ОР+ЗО г муки листьев и семян щавеля конского); **Н опытная (ОР+ЗО г муки стеблей щавеля конского).

При выявлении степени загрязненности рационов лактирующих коров тяжелыми металлами необходимо отразить наличие в них сухого вещества, всей воды в кормах, питьевой воды . В рационах содержалось в июне сухого вещества 16,68 кг, сочность кормов составляла 2,4; в августе - сухого вещества было 12,39... 12,413 кг, сочность кормов составляла 2,98.

Содержание питательных и минеральных веществ в рационе лактирующих коров находилось в пределах нормы для дойных коров массой 500 кг и суточным удоем 11-12 кг. Наблюдалось некоторое превышение норм по питательности , что допустимо при выпасе коров на пастбище с учетом их высокой двигательной активности.

В суточных рационах содержалось в расчете на сухое вещество (мг): свинца 6,84...22,91; никеля 14,12....42,33; стронция стабильного 341,751...381,97; хрома 29,01...153,67; кадмия 1,262... 1,493; олова 1199,39...2438,47.

Вклад кормов и воды питьевой в процентном отношении в суммарную загрязненность рационов кормления лактирующих коров тяжелыми металлами представлен в табл. 3 (июнь) и табл. 4 (август).

ТаблицаЗ

Суммарная загрязненность рационов кормления коров, %

Показатель Сено Сочные корма Дробина пивная Вода питьевая

Свинец 86 0 0 14

Никель 27 63 9,4 0,6

Стронций 26 68 4,9 1,6

Хром 51,4 31 17 0,6

Кадмий 23 67 0 9

Олово 5 70,8 24 0.2

Таблица 4

Суммарная загрязненность рационов кормления коров, %

Показа- Сочные Дробина Вода питье- Добавки

тель корма пивная вая щавеля конского

Свинец 95,8/95,7 0 4,19 0,09

Никель 69,87/69,75 28,25/28,14 1,7/1,69 0,42

Стронций 94,14/93,1 4,4/4,38 1,40/1,39 0,5

Хром 5,16/5,07 91,9/90,3 2,9/2,84 1,75

Кадмий 90,78/90,45 0 9,27/9,22 0.3

Олово 49,9/49,8 49,6/49,5 0,48 0,2

Примечание: В числителе - показатели группы контроль, в знаменателе - средний показатель опытных групп с добавками щавеля конского.

Таким образом, на долю каждого тяжелого металла -свинца, никеля, стронция, кадмия, олова, в добавках щавеля конского включенных в рационы кормления лактирующих коров, приходилось не более 0,5 % от общего их количества, за исключением хрома, доля которого составляла 1,75 %.

КОНЦЕНТРАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРОДУКТАХ ВЫДЕЛЕНИЙ ЛАКТИРУЮЩИХ КОРОВ В ЛЕТНИЙ ПАСТБИЩНЫЙ ПЕРИОД 1997 ГРДА

Задачей наших исследований было определение концентрации тяжелых металлов - свинца, кадмия хрома, никеля, стронция стабильного, олова - в молоке коров в динамике (в сравнении с данными за июнь и август 1997 года). Важно было также установить насколько эффективно способствуют выведению тяжелых металлов из организма животных с калом и мочой дешевые растительные добавки - мука щавеля конского - сухие листья, семена в смеси и стебли, вводимые в рацион лактирующих коров в количестве 30 г в расчете на 1 голову в сутки.

Концентрация тяжелых металлов в молоке лактирующих коров в летний пастбищный период 1997 года

Очень важно было определить концентрацию тяжелых металлов в молоке лактирующих коров в летний пастбищный период и выяснить, как будут влиять на выведение данных металлов используемые растительные добавки, так как молоко является ценным пищевым продуктом, содержащим полный комплекс витаминов, микро- и макроэлементов и незаменимым в питании детей.

В августе наибольшее суммарное накопление тяжелых металлов было отмечено в молоке лактирующих коров группы контроль (3,18 мг/кг), наименьшее - на фоне использования 30 г муки стеблей щавеля конского 1,58 мг/кг.

В молоке лактирующих коров в июне распределение тяжелых металлов выглядело следующим образом (в убывающей последовательности, % от общей суммы): олово 50,92...64,26 (в среднем 58,79%); стронций стабильный 29,55...37,49 (в среднем 34,27%); хром 0,79... 12,72 (в среднем 6,30%); никель 0,56...0,82 (в среднем 0,65%); свинец и кадмий не обнаружены (табл. 6).

Таблица 5

Концентрация тяжелых металлов и кальция в молоке лактирующих коров в июне 1997 года, мг/кг

Группа ко- Са РЬ № Бг Сг Сд Бп Са:8 Сум

ров г ма ТМ

и Контроль 22,97 0 0,02 1,277 0,454 0 1,818 17,99 3,57

ю I опытная 23,09 0 0,04 1,451 0,264 0 3,155 15,91 4,91

н II опытная 22,05 0 0,02 1,327 0,028 0 2,166 16,61 3,54

ь В среднем 22,70 0 0,027 1,35 0,248 0 2,38 16,84 4,01

а Контроль 19,41 0,081 0,016 1,815 0,093 0 1,175 10,49 3,18

в I опытная * 17,11 0,089 0,013 1,332 0,042 0,0005 0,813 12,85 2,29

г II опытная ** 14,79 0,058 0,008 0,702 0,079 0,001 0,732 21,07 1,58

У В среднем по 15,95 0,07 0,01 1,02 0,06 ),00075 0,77 16,96 1,93

с опытным

т группам

Наибольшее суммарное содержание тяжелых металлов отмечено в июне в килограмме молока лактирующих коров I опытной группы (4,91 мг/кг). В убывающей последовательности эти элементы рас-

пределились следующим образом (в % от общей суммы):

Группа олово > стронций > хром > никель

контроль 50,92 > 35,77 > 12,72 > 0,56

I опытная 64,26 > 29,55 > 5,38 > 0,82

II опытная 61,19 > 37,49 > 0,79 > 0,56

Таблица 6

Распределение тяжелых металлов в молоке лактирующих коров в июне 1997 года в убывающей последовательности, %

Группа коров Сумма ТМ Бп Бг Сг N1 РЬ Сс1

Контроль (ОР) 100 50,92 35,77 12,72 0,56 0 0

I опытная (ОР) 100 64,26 29,55 5,38 0,82 0 0

II опытная (ОР) 100 61,19 37,49 0,79 0,56 0 0

В среднем 100 58,79 34,27 6,30 0,65 0 0

В августе в молоке коров тяжелые металлы распределились (в убывающей последовательности, % от общей суммы) так: стронций 44,43...57,17 (в среднем этот показатель по молоку коров опытных групп 51,30%), олово 35,50...46,33 (в среднем - 40,92%), свинец 2,55...3,89 (в среднем - 3,78%), хром 1,83...5,0 (в среднем 3,42%), никель 0,50...0,57 (в среднем 0,54%), кадмий 0...0.06 (в среднем 0,04%) (табл. 7).

В августе распределение тяжелых металлов выглядело следующим образом (в убывающей последовательности, % от общей суммы), в частности в молоке коров контрольной группы: стронций > олово > хром > свинец > никель > кадмий 57,08 > 36,95 > 2,92 > 2,55 > 0,50 > 0 При введении в рационы лактирующих коров муки листьев и семян щавеля конского в смеси произошло некоторое перераспределение в нем тяжелых металлов:

стронций > олово > свинец > хром > никель > кадмий 58,17 > 35,50 > 3,89 >1,83 > 0,57 > 0,02 Мука стеблей щавеля конского так же способствовала перераспределению последовательности тяжелых металлов, которую можно изобразить в этом случае следующим образом (%, по убыванию):

олово > стронций > хром > свинец > никель > кадмий 46,33 > 44,43 > 5,0 > 3,67 > 0,51 > 0,06

Растительные добавки муки щавеля конского, изученные нами для возможного использования с целью выведения тяжелых металлов из организма лактирующих коров с калом с мочой, без накопления данных металлов в молоке, дали нам следующую картину. Способствовали уменьшению концентрации в молоке коров: мука листьев и семян щавеля конского никеля, стронция, хрома и олова, мука стеблей щавеля конского - свинца, никеля, стронция, хрома и олова При этом наблюдалось незначительное увеличение концентрации свинца (на 0,008 мг/кг) при использовании муки листьев и семян щавеля конского и кадмия в молоке коров в летний пастбищный период.

Таблица 7

Распределение тяжелых металлов в молоке лактирующих коров в августе 1997 года в убывающей последовательности, %

Группа коров Сумма ТМ Бг Бп РЬ Сг N1 Сё

Контроль (ОР) 100 58,08 36,95 2Т55 2,92 0,50 0

I опытная (ОР+ЗО муки листьев и семян щавеля конского) 100 58,17 35,50 3,89 1,83 0,57 0,02

II опытная (ОР+ЗО г муки стеблей щавеля конского) 100 44,43 46,33 3,67 5,0 0,51 0,06

В среднем по опытным группам 100 51,3 40,92 3,78 3,42 0,54 0,04

Ниже приведен анализ взаимосвязи концентрации тяжелых металлов в молоке коров в летний пастбищный период (мг/кг) и содержания в рационах кальция - Са (г), цинка - Хп, меди - Си ( мг) и витаминов каротина - Ка (мг) и О (МЕ):

РЬ = - 5,19Е-04х Са + 0,11; РЬ = 2.35Е-04 х2п + 5.77Е-04; РЬ =0,001 х Си-0,02; РЬ= 1,64Е-05хКа + 0,05; РЬ = - 6,70Е-05х Б + 0,11;

Бг = -0,006 х Са + 1,73; Бг = -0,002 х гп + 1,64; Бг = - 0,01 х Си + 1,93; Бг = - 5.66Е-04 х Ка + 1,87; Бг= 1,73Е-04хО+ 1,07;

N1 = 0,002 х Са - 0,12; N1 = 3.52Е-04 х Ъп - 0,05; № = 0,003 х Си-0,12; № = 4,98Е-05 х Ка - 0,01; № = - 1.76Е-05 х Б + 0,06;

Сг = 0,003 х Са - 0,15; Сг = - 1.36Е-04 хТп + 0,17 Сг = - 1,77Е-04 х Си + 0,14 Сг = - 1,57Е-06 х Ка + 0,13 Сг= 1.25Е-04 х О + 0,05;

Сс1 = - 1,85Е-05хСа +0,002; С<3 = - 1.69Е-06 х Тп + 6.43Е-04; Сй = - 1,56Е-05хСи + 0,001; Сё = - 7Д9Е-09 х Ка + 1.76Е-04; са = - 1,93Е-07 X Б +2.80Е-04;

Бп = 0,01 х Са + 0,17; 5п = - 0,004 х гп + 2,35; • Яп = - 0,03 х Си + 2,72; Бп = - 5.39Е-04 х Ка + 1,76; Бп = 0,001 х Б + 0,34.

Концентрация тяжелых металлов в капе дампирующих коров черно-пестрой породы в летний пастбищный период 1997 года

В кале лактирующих коров в июне по концентрации тяжелые металлов (% от общей суммы) распределились следующим образом: олово в пределах 58,63...69,36% (в среднем 65,5%); стронций -23,03...34,73% (в среднем 3,4%); никель - 2,82...3,69% (в среднем 3,14%); кадмий - 0,065...0,12% (в среднем 0,098%). Свинец не обнаружен. Наибольшее суммарное содержание тяжелых металлов в июне отмечено в 1 кг кала коров контрольной группы: 197,7 мг/кг. В убывающей последовательности (% от общей суммы) тяжелые металлы распределились следующим образом: олово (69,36%) > стронций (23,03%) > хром (4,72%) > никель (2,82%) > кадмий (0,065%). По суммарной концентрации тяжелых металлов в кале коров опытных групп в этот месяц просматривается следующая закономерность распределения, % от суммарной концентрации тяжелых металлов в кале коров:

олово > стронций > никель > хром > кадмий

I 68,53 > 25,80 > 2,91 > 2,64 > 0,12 опытная

II 58,63 > 34,73 > 3,69 > 2,84 > 0,11 опытная

В августе произошло перераспределение тяжелых металлов. Они расположились в убывающей последовательности следующим

образом: олово 59,61.„71,59% , (в среднем 60,73%); стронций 24,18...34,73% (в среднем 33,12%); хром 1,24...3,24% (в среднем 2,705%); свинец 1,46...2,41% (в среднем 2,21%); никель 0,83...1,41% (в среднем 1,105%); кадмий 0,10...0,16% (в среднем 0ЛЗ%). Наибольшая сумма тяжелых металлов, равная 11&46 мг/кг отмечена в кале коров, в рационах которых использовалась мука стеблей щавеля конского. Выбывающей последовательности распределение тяжелых металлов можно представить следующим образом (% от общей суммы тяжелых металлов): олово (61,85%) > стронций (31,51%) > хром (3,24%) > свинец (2,41%) > никель (0,83%) >'кадмий (0,16%).

В кале коров опытных групп в августе тяжелые металлы распределились в следующей последовательности (%):

олово > стронций > хром > свинец > никель > кадмий

I опытная 59,61 > 34,73 > 2,17 > 2,01 > 1,38 > 0,10 группа

II опыт- 61,85 > 31,51 > 3,24 > 2,41 > 0,83 > 0,16 ная группе

Растительные добавки (мука щавеля конского), которые изучались нами для возможного использования с целью выведения тяжелых металлов из организма лактирующих коров через желудочно-кишечный тракт дали нам следующую картину: в динамике, то есть при сравнении данных июня и августа, мука листьев и семян щавеля и мука стеблей щавеля конского способствовала увеличению концентрации свинца в кале лактирующих коров. Увеличение концентрации тяжелых металлов стрЬнция, олова, никеля, кадмия хрома в кале коров опытных групп не отмечено.

При сравнении данных, полученных в августе в результате проведения опыта методом групп аналогов, можно сделать следующие выводы. Мука листьев и семян щавеля конского способствовала увеличению концентрации тяжелых металлов в кале коров согласно следующей последовательности (с уменьшением концентрации элементов): стронций > олово > хром > свинец > никель > кадмий. Мука стеблей щавеля конского способствовала увеличению концентрации тяжелых металлов в кале животных в следующей последовательности (с уменьшением концентрации элементов): олово > стронций > хром > свинец > кадмий. Изменение концентрации никеля в кале лактирующих коров, при использовании в их рационах вышеуказанных компонентов не отмечено.

Ниже приведены уравнения регрессии, которые позволяют установить взаимозависимость между концентрацией тяжелых металлов в кале лактирующих коров мг/кг от содержания в рационах кальция( Са), цинка (2п), меди ( Си) и витаминов каротина ( Ка) и В.

Уравнения регрессий для определения зависимости содержания тяжелых металлов (мг/кг) в кале лактирующих коров от содержания в рационе кальция (г), цинка и меди (мг), витаминов - каротина ( Ка, мг) и Я (МЕ)

РЬ = 0,05 хСа- 1,21; № = 0,15 х Са - 9,48;

РЬ = 0,02 х Хп - 2,59; № = 0,01 х Хп + 0,60;

РЬ = 0,14 х Си -5,54; № = 0,12 х Си -2,93;

Р(1 = 0,003 х Ка - 0,69; N1 = 0,003 х Ка + 0,87;

РЬ = - 0,003x0 +4,62; N¡=0,002x0 + 2,81;

Бг= 1,88 хСа-99,75; Бг = 0,32 х Тп - 23,09; Бг = 2,54 х Си - 85,97; Бг = 0,06 х Ка - 2,36; Бг = - 0,01 х Б + 72,83;

Сг = 0,09 хСа-4,12; Сг = 0,002 х 2п + 3,56; Сг = 0,03 х Си + 2,04; Сг = 0,002 х Ка + 1,83; Сг = 0,002x 0+ 2,68;

Сс1 = - 0,01 хСа+ 1,44; •, Сс1 = - 0,002 хХп + 0,69; Сс! = - 0,01 х Си + 1,08; С(1 = - 6.98Е-04 х Ка + 1,08; Сс! = - 5.33Е-05 х Б + 0,25;

Бп = -0,21 х Са + 81,30; Бп = -0.30.xZn + 146,92; Бп = - 2,03 х Си + 184.39; Бп = - 0,03 х Ка + 99,68; Бп = 0,06 х О + 28,74.

Концентрация тяжелых металлов в моче лактирующих коров черно-пестрой породы в летний пастбищный период 1997 года

Изучаемые нами добавки оказывали влияние на изменение концентрации тяжелых металлов в моче лактирующих коров в динамике (в сравнении данных июнь - август 1997 года): мука листьев и семян щавеля конского способствовали увеличению концентрацию тяжелых металлов в моче лактирующих коров по следующей цепи с уменьшением концентрации элементов: стронция > олова > свинца > кадмия. Никеля и хрома в моче не обнаружено. Мука стеблей щавеля конского способствовала увеличению концентрации в моче лактирующих коров свинца и кадмия. Что касается олова, никеля, хрома, стронция, то для этих металлов такой закономерности не выявлено.

Сравнение данных августа позволило сделать следующие выводы: мука листьев и семян щавеля конского увеличивала концентрацию тяжелых металлов в моче лактирующих коров по следующей цепочке с уменьшением концентрации элементов: стронция > олова > свинца > кадмия. Никель и хром в моче лактирующих коров в августе не обнаружены. Мука стеблей щавеля конского увеличивала концентрацию следующих тяжелых металлов в моче коров по следующей цепочке с уменьшением концентрации элемен-

тов: олова > свинца > кадмия. Такой закономерности для никеля, хрома и стронция не выявлено.

Распределение тяжелых металлов в моче лактирующих коров в июне (в убывающей последовательности, % от суммы) было следующее: группа контроль

стронций (62,45%) > олово (36,13%) > хром (0,7%) > никель (0,7%);

I опытная

стронций (68,79%) > олово (29,35%) > хром (1,15%) > никель (0,7%);

II опытная

стронций (71,35%) > олово (25,57%) > хром (2,43%) > никель (0,47%).

В июне 1997 года распределение тяжелых металлов в моче лактирующих коров представлено в виде следующей убывающей последовательности (в среднем по группам, %): стронций (67,59 %) > олово (30,35 %) > хром (1,43 %) > никель (0,62 %). Свинец и кадмий в моче лактирующих коров обнаружены не были.

В моче лактирующих коров в августе (% от суммы тяжелых металлов) содержалось: стронция стабильного 74,03...77,32% (в среднем I и II опытные - 74,03%); олова 16,03...77.71% (в среднем -50,31%); свинца 2,40...21,6% (в среднем -10,16%); никеля 0,17...0,36% (в среднем - 0,17%); кадмия 0,01...0,33% (в среднем - 0,11%). Хром в моче лактирующих коров не обнаружен.

Наибольшая концентрация тяжелых металлов в моче лактирующих коров была на фоне использования в рационах добавок муки листьев и семян щавеля конского и составила 7,18 мг/кг.

Ниже приведены уравнения регрессии для определения зависимости содержания тяжелых металлов (мг/кг) в моче лактирующих коров в летний пастбищный период от содержания в рационе Са (г), Тп, Си (мг) и витаминов каротина (Ка, мг) и Б (МЕ).

РЬ = - 0,004 х Са + 0,45; РЬ = - 9.25Е-05 х + 0,12; РЬ = - 0,002 х Си + 0,19; РЬ = - 3,48Е -05 х Ка + 0,14; РЬ= - 1,02Е-04х 0 + 0,16;

8г = -1,02Е-04хСа + 2,40\ Бг = - 0,007 х Ъп + 4,26; Бг = - 0,04 х Си + 5,03; Бг = - 3.37Е-04 х Ка + 2,81; Бг = 0,001 х О + 1,54;

№ = 0,004 хСа-0,31; № = 3,81Е-04хгп-0,03; N1 = 0,004 х Си - 0,13; N1 = 7.50Е-05 х Ка - 0,01; № = 5.20Е-05 х Б + 0,05;

Сг = 0,003 х Са - 0,20; Сг = 2,21 Е-04 х гп - 0,01; Сг = 0,002 х Си - 0,08; Сг = 4.63Е-05 х Ка - 0,01; Сг = 3.85Е-05 х Б + 0,03;

Сс1 = - 4.44Е-05 х Са + 0,004; С<1 = - 4.07Е-06 х 2п + 0,002; С(1 = - 3.74Е-05 х Си + 0,003; С<3 = - 1.73Е-08 х Ка + 4,21 Е-04; С<1 = - 4.63Е-07 х О + 6,71 Е-04;

Бп = - 0,002 х Са + 1,03; Бп = - 0,004 х2п + 2,02; Бп = - 0,03 х Си + 2,52; Бп = - 9.64Е-05 х Ка + 0,99; Бп = 8.32Е-04 х Б + 0,39.

"Е-понятие", это выражение величины в виде числа с указанием соответствующей степени ± 10 ( например, 1Е- 04 = 0,0001, 1Е+04 =10000).

В результате проведенного анализа данных баланса можно сказать, что выбранный компонент - мука листьев и семян , также стеблей щавеля конского способствует выведению тяжелых металлов из организма лактирующих коров в летний пастбищный период. Причем, надо отметить, что в случае с такими металлами как никель, стронций, хром, олово, использование кормовых добавок способствовало очищению молока. Выведение никеля и стронция с молоком коров, которым ежесуточно в рацион добавлялось 30 г муки стеблей щавеля конского было минимальным. Использование в рационах лактирующих коров 30 г муки листьев и семян щавеля конского способствовало снижению выведения хрома до 0,41 мг и олова до 7,89 мг с молоком этих животных, что соответствует минимальному уровню. Исключение составил только показатель по хрому II опытной группы, равный 0,31 мг в июне.

Свинец и кадмий - элементы взаимосвязанные в обменных процессах. Выведение их из организма лактирующих коров в летний пастбищный период отличалось от выведения других элементов. В июне свинец и кадмий в молоке коров всех групп отсутствовали или их концентрация находилась ниже уровня предела чувствительности спектрометра, так как и свинец (в количестве 6,84 мг), и кадмий (1,49 мг) в организм коров с кормом поступали, и в случае с кадмием он выводился из организма коров только через желудочно-кишечный тракт. В августе, в сравнении, с июнем отмечено увеличение поступления с кормами и водой питьевой свинца в 3,3 раза и уменьшение - кадмия в 0,8 раза. В среднем выведение в августе из организма коров с калом, мочой и молоком составило: свинца -95,6; 3,1; 1,3%; кадмия -99,2; 0,6; 0,2 % соответственно. Большему выведению свинца и кадмия с калом и мочой способствовало добавление в рационы лактирующим коровам муки стеблей щавеля конского. Этот компонент позволил получить более чистое от свинца молока коров. Минимальное выведение кадмия с молоком лактирующих коров было отмечено при использовании в их рационах добавок муки листьев и семян щавеля конского.

УРОВЕНЬ ПЕРЕХОДА ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В МОЛОКО ЛАКТИРУЮЩИХ КОРОВ ИЗ СУТОЧНЫХ РАЦИОНОВ В

ЛЕТНИЙ ПАСТБИЩНЫЙ ПЕРИОД 1997 ГОДА

Очень важно было определить уровень перехода каждого тяжелого металла в отдельности, в процентном отношении, из суточного рациона в молоко коров, табл. 5

Таблица 8

Уровень перехода тяжелых металлов в молоко лактирующих коров, % от поступившего с суточным рационом

Элементы Месяц .Группа коров

Контроль Г опытная II опытная В среднем*

Свинец июнь 0 0 0 0

август 3,80 - 3,76 2,98 3,4

Никель июнь 0,52 1,04 0,52 0,69

август 1,2 0,89 0,66 0,78

Стронций июнь 4,07 4,63 4,23 4,31

август 5,10 3,38 2,17 2,78

Хром июнь 3,22 1,87 0,20 1,75

август 3,44 1,39 3,16 2,27

Кадмий июнь 0 0 0 0

август 0 0,39 0,95 0,67

Олово июнь 0,81 1,41 0,97 1,06

август 1,05 0,66 0,72 0,69

* - в июне по коровам всех групп, в августе - по коровам опытных групп

Мука листьев и семян щавеля конского в смеси и стеблей щавеля конского способствовала уровня перехода из суточных рационов в молоко коров следующих тяжелых металлов - свинца, никеля, стронция стабильного, хрома, и олова и не способствовала уменьшению уровня перехода в молоко.

ТРАНСФОРМАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В МОЛОКО ЛАКТИРУЮЩИХ КОРОВ ИЗ СУТОЧНЫХ РАЦИОНОВ

Необходимо было выяснить, какой процент тяжелых металлов трансформируется из суточного рациона лактирующих коров в 1 кг молока, при активизации всех обменных процессов в организме животных в летний пастбищный период 1997 года (табл. 9).

Таблица 9

Трансформация тяжелых металлов в молоко из суточных рационов лактирующих коров, %

Элементы Месяц Группа коров

Контроль I опытная II опытная В среднем

Контроль I опытная (ОР+ЗО г муки листьев и семя! щавеля) II опытная (ОР+ 30 г муки стеблей щавеля) В среднем по I и II, опытным

Свинец июнь 0 0 0 0

август 0,35 0,39 0,25 0,33

Никель июнь 0,05 0,09 0,05 0,06

август 0,11 0,09 0,06 0,07

Строи ций июнь 0,37 0,42 0,39 0,40

август 0,49 0,39 0,18 0,27

Хром июнь 0,29 0,17 0,02 0,16

август 0,32 0,14 0,27 0,21

Кадмий июнь 0 0 0 0

август 0 0,04 0,08 0,06

Олово июнь 0,07 0,13 0,09 0,10

август 0,10 0,07 0,06 0,064

Анализируя трансформацию тяжелых металлов в молоко лактирующих коров из рационов кормления в летний пастбищный период 1997 года следует отметить, что добавки листьев и семян щавеля конского способствовали уменьшению трансформации никеля, стронция, хрома и олова в молоко лактирующих коров и незначительно увеличили трансформацию свинца и кадмия в молоко коров. Добавка муки из стеблей щавеля конского способствовала уменьшению трансформации свинца, никеля, стронция, хрома, олова и незначительно увеличили трансформацию кадмия в молоко лактирующих коров.

СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ ПАСТБИЩА МНОГОЛЕТНЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЕ ИХ РАСТЕНИЯМИ ПАСТБИЩА В 1997 ГОДУ

Тяжелые металлы распределились в почве в следующей

убывающей последовательности мг/кг в июне:

%

Олово > Стронций>Хром >Свинец >Никель >Кадмий 64.05 18.74 14.81 9.77 5.70 0.149

56,57 16,55 13,08 8,63 5,03 ^ 0,13 в августе:

Олово > Хром > Стронций> Свийец > Никель > Кадмий 57.10 25.38 22.90 16.55 9.12 0.146

43,52 19,34 17,45 12,61 6,95 0,11

Сумма тяжелых металлов в почве составила в июне 113,22 мг/кг, в августе 131,20 мг/кг, то есть" концентрация их увеличилась в августе в 1,16 раза.

Таблица 10

Распределение тяжелых металлов в почве пастбища многолетнего пользования в 1997 году в убывающей последовательности, %

Период Сумма ТМ Олово Стронций Хром Свинец Никель! Садмий

Июнь 100 56,57 16,55 13,08 8,63 5,03 0,13

Август 100 43,52 17,45 19,34 12,61 6,95 0,11

В среднем 100 49,57 17,04 16,44 10,77 6,06 0,12

В пастбищной траве тяжелые металлы распределились в следующей убывающей последовательности мг/кг и в % и июне:

%

Олово > Стронций > Хром > Никель > Кадмий > Свинец

162,04 20,12 4.06 1.81 0.09 0

86,13 10,70 2,16 0,96 0,05 0

в августе:

Олово > Стронций > Хром > Никель > Кадмий >. Свинец

162,04 20,12 4.06 1.81 0.09 0

86,13 10,70 2,16 0,96 0,05 0

Сумма тяжелых металлов В13еленой массе пастбищной травы составила в июне 188,12 мг/кг, в августе 90,26 мг/кг, отмечено уменьшение концентрации всех анализируемых тяжелых металлов в 2 раза.

Наибольшее суммарное количество тяжелых металлов было отмечено в почве пастбища в августе ( 113,22 мг/кг в июне против 131,19 мг/кг в августе), а в зеленой массе пастбищных растений в июне (188,08 мг/кг в июне против 90,26 мг/кг в августе). Индекс поглощения тяжелых металлов растениями отражен в табл. 11.

По индексу поглощения тяжелые металлы расположились в следующей убывающей последовательности:

в июне1 :

олово > стронций > кадмий > никель > хром > свинец

2,5 > 1,1 > 0,6 > 0,3 > 0,3 > 0 в августе:

стронций > олово > кадмий > свинец > никель > хром. 1,4 > 0,9 > 0,8 > 0,1 > 0,1 > 0

Высокий индекс поглощения отмечен у олова, стронция, кадмия, низкий у хрома, никеля, свинца. Поглощение Свинца зеленой массой пастбищных растений в июне не выявлено, а в августе отмечалось незначительное поглощение.

Таблица 11

Поглощение тяжелых металлов растениями пастбища многолетнего

пользования в 1997 году

I .

Период Показатель Элементы

Олово Стронций Хром Свинец Никель Кадмий Сумма ТМ

Июнь Почва 64,05 18,74 14,81 9,77 5,70 0,149 113,22

Трава 162,04 20,12 4,06 0 1,81 0,09 188,12

Индекс поглощения 2,5 1,1 0,3 0 0,3 0,6

Август Почва 57,10 22,90 25,38 16,55 9,12 0,146 131,19

Трава 53,86 33,0 0,16 2,28 0,85 0,11 90,26

Индекс поглощения 0,9 1,4 J 0 0,1 0,1 0,8

Нами также выявлено, что на второй год после внесения ККС в почву наблюдалось увеличение накопления в зеленой массе многолетних злаков ( фаза цветения) свинца, стронция, никеля, кадмия и коэффициент накопления составил для овсяницы луговой 11, 10, 4, 2, ежи сборной - 10,6; 6,9 ; 4,6; 1,2 , пырея ползучего - 25; 14; 4; 1,1 соответственно. В зеленой массе бобовых культур в фазе бутонизации наблюдалось увеличение накопления никеля, стронция, хрома, и коэффициенты накопления составили в зеленой массе клевера лугового 2 ; 8 ; 1, в вике озимой 2 ; 8 ; 7 соответственно, накопление свинца зеленой массой бобовых культур не выявлено , накопление кадмия в зеленой массе клевера лугового на том же уровне, что и в первый год пользования после внесения ККС , накопление кадмия зеленой массой вики озимой увеличилось в 1,8 раза, но относительно фона 1996 года увеличение содержания не отмечено.

Тяжелые металлы, кумулируясь в организме животных и человека, обладают мутагенным, канцерогенным, тератогенным и токсическим действием, поэтому так важно сформировать единый или основной пакет документов по регламентации норм поступления их в пищевые цепи миграции. Вкладом в это может быть разработка граничных величин концентраций тяжелых металлов в молоке коров, в частности на летний пастбищный период (табл. 12).

Таблица 12

Ориентировочные параметры концентрации тяжелых металлов в молоке лактирующих коров в летний пастбищный период, мг/кг

Период Параметры Свинец -Гикель Стронций Хром Кадмий Олово

Начало летнего пастбищного периода тш 0 0,02 1,3 0,03 0 1,82

ор1 0 0,03 1,38 0,24 0 2,49

шах 0 0,04 1,45 0,45 0 3,16

Конец летнего пастбищного периода тш 0,06 0,01 0,7 0,04 0,0005 0,73

ор1 0,075 0,015 1,26 0,065 0,00075 0,96

шах 0,09 0,02 1,82 0,09 0,001 1,18

ВЫВОДЫ

1. В 1 кг сухого вещества рационов кормления лактирующих коров в пастбищный период содержалось следующее количество тяжелых металлов (мг): свинца 0,41...1,85; кадмия 0,09...0,1; хрома 2,34...9,21; стронция стабильного 20,48...30,834; олова 96,8...146,19; никеля 1,14...2,54. При такой степени загрязненности летних рационов кормления тяжелыми металлами имеется реальная возможность производить и реализовать экологически более чистую продукцию животноводства - молоко.

2. Концентрация тяжелых металлов в горизонте почвы 0...15 см составила (мг/кг): свинца 9,77...16,55; кадмия 0,146...0,149; хрома 14,81...25,38; стронция стабильного 18,74...22,90; олова 57,10...64,05; никеля 5,70...9,1-

3. Вклад кормов и воды питьевой в суммарную загрязненность рационов лактирующих коров тяжелыми металлами варьировал в широких пределах в зависимости от структуры рациона и кон-

кретного содержания в них тяжелых металлов. В сочных кормах на долю тяжелых металлов приходилось свинца 0...95.81 % , кадмия 67...90,9 % , хрома 31 ...51,6 % , олова 49,9...70,8 % , никеля 63...70.4 %, стронция стабильного 68...94,2 % ; грубых кормах - свинца 86 %, кадмия 23 % , хрома 51,4 % , никеля 27 % , стронция стабильного 26 % ; концентрированных кормах - свинца 0 % , кадмия 0 % , хрома 17...91,7 % , олова 24...49,9 % , никеля 9,4...28,3 % стронция стабильного 4,38...4,9 % ; воды питьевой - свинца 4,9... 14 % ; кадмия 9...9,27 %, хрома 0,6...2,9 % , никеля 0,6... 1,7 % , стронция стабильного 1,43... 1,6%.

4. Кормовые растительные добавки в загрязненности рационов лактирующих коров тяжелыми металлами составляли - свинец 0,09 %, кадмий 0,3 % , хром 1,75 %, олово 0,2 %, никель 0,42 %, стронций стабильный 0,5 %.

5. Применение в рационах лактирующих коров муки щавеля конского наряду с другими сочными кормами физиологически оправдано и она не оказала отрицательного влияния на обменные процессы, здоровье и молочную продуктивность лактирующих коров.

6. Использование в рационах лактирующих коров в летний пастбищный период добавок муки щавеля конского способствовало увеличению интенсивности выведения с калом коров свинца в 1,7...2,2; никеля в 1,2; стронция в 1,7...1,8; хрома в 1,6...3,5; кадмия в 1,7; олова 1,05...1,15 раза.

7. Мука щавеля конского способствовала снижению концентрации тяжелых металлов в молоке лактирующих коров черно-пестрой породы в летний пастбищный период, а именно: свинца, хрома, никеля, олова, стронция. При этом наблюдалось незначительное увеличение концентрации кадмия в молоке коров.

8. Добавки муки листьев и семян в смеси, а так же стеблей щавеля конского способствовали снижению уровня трансформации в молоко лактирующих коров из почвы - свинца, никеля, стронция, хрома, олова в летний пастбищный период и незначительно увеличили активность трансформации кадмия из почвы на 0,51 % в молоко коров.

9. Добавка из листьев и семян щавеля конского способствовала уменьшению трансформации из рационов кормления в молоко лактирующих коров никеля, стронция, хрома и олова, но на 0,04 % увеличили трансформацию свинца и кадмия в летний пастбищный период.

10. Мука стеблей щавеля конского способствовала уменьшению трансформации из рационов кормления в молоко лактирующих коров - свинца, никеля, стронция, хрома, олова, но на 0,08%

увеличили трансформацию кадмия в молоко коров в летний пастбищный период.

11. Экономический эффект от использования в летних рационах лактирующих коров щавеля конского составил 118,8 рубля.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Для производства молока высокого качества в летний период рекомендуется учитывать ориентировочные параметры концентраций тяжелых металлов в пастбищном корме и подкормках.

2. Для получения менее 1 загрязненного молока свинцом, кадмием, хромом, стронцием стабильным, оловом, никелем рекомендуется включать в рационы коров по 30 г/гол/сут муки листьев и семян и стеблей щавеля конского, на фоне летнего пастбищного содержания.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Г.А. Вяйзенен, P.M. Маринец, ,Т.М. Капитанова и др.// Концентрация радионуклидов и тяжелых металлов в молоке лактирующих коров в пастбищный период.- Миграция тяжелых металлов и радионуклидов в звене: почва-растение-продукт живоноводства- человек.- Новгород, 1998.-С.170-172

2. М.М.Прусак, Е.С.Минина, Т.М.Капитанова и др./Шараметры экологически допустимой концентрации (ЭДК) тяжелых металлов в продуктах скотоводства.- Миграция тяжелых металлов и радионуклидов в звене : почва- растение- продукт животноводства- человек.-Новгород, 1998.-С. 10-16

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Капитанова, Татьяна Михайловна, Новгород

/ . '

Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

На правах рукописи

КАПИТАНОВА Татьяна Михайловна

ОСОБЕННОСТИ В СОДЕРЖАНИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В КОРМАХ И СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ИХ ТРАНСФОРМАЦИИ В ОРГАНИЗМ ЛАКТИРУЮЩИХ КОРОВ В ЛЕТНИЙ ПАСТБИЩНЫЙ ПЕРИОД

Специальность 03.00.16. - 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

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

1. Цель и задачи исследований......................................................................................................................8

2. Обзор литературы........................................................................................................................................................11

2.1. Действие тяжелых металлов на почву..................................................................................11

'2.2. Биологические особенности растений и накопление ими тяжелых металлов..............................................................................................................................................................................14

2.3. Загрязнение природной среды токсичными элементами -тяжелыми металлами....................................................................................................................................................16

2.3.1. Свинец..............................................................................................................................................................................16

2.3.2. Олово..................................................................................................................................................................................21

2.3.3.Кадми й..............................................................................................................................................................................23

2.3.4. Никель............................................................................................27

2.3.5. Хром....................................................................................................................................................................................31

2.3.6. Стронций стабильный........................... ......................................................................35

2.4. Комплексное действие металлов................................................................................................37

2.5. Адаптация клеток животных к металлам....................................................................43

2.6. Адаптация сельскохозяйственных животных к среде обитания (заключение по обзору литературы)..................................................................................................44

2.7. Характеристика компонентов, используемых в рационах л актирующих коров черно-пестрой породы в летний пастбищный период 1997 года......................................................................................................................................................................48

3. Результаты исследований............................................................................................................................50

3.1 Материал и методика исследований....................................................................................50

3.2. Концентрация тяжелых металлов в рационах лактирующих коров черно-пестрой породы в летний пастбищный период 1997 года..........................................................................................................................................................................................................53

3.3. Концентрация тяжелых металлов в продуктах выделений л актирующих коров в летний пастбищный период............................. 58

3.3.1. Концентрация тяжелых металлов в моче л актирующих коров....................................................................................................... 58

3.3.2. Концентрация тяжелых металлов в кале лактирующих коров...................................................................................................... 66

3.3.3. Концентрация тяжелых металлов в молоке коров в летний пастбищный период ........................................................................ 73

3.4. Особенности обмена тяжелых металлов организмом лактирующих коров в летний пастбищный период 1997 года................. 82

3.5. Уровень перехода тяжелых металлов из рациона в продукты выделений коров в летний пастбищный период............................. 92

3.5.1. Уровень перехода тяжелых металлов в мочу коров из рациона........................................................................................................ 92

3.5.2. Уровень перехода тяжелых металлов в кал коров из рациона 94

3.5.3. Уровень перехода тяжелых металлов в молоко коров из рациона в летний пастбищный период............................................... 98

3.6. Трансформация тяжелых металлов в молоко коров из рациона 101

3.7. Содержание тяжелых металлов в звене; почва - растение - рацион - продукт животноводства....................................................... 104

3.7.1. Влияние внесения в почву карбоната кальция химического синтеза на содержание тяжелых металлов в зеленой массе злаковых и бобовых культур второго года пользования ния................... 106

3.7.2. Содержание тяжелых металлов в почве пастбища многолетнего пользования в 1997 году и поглощение их растениями пастбища................................................................................................... 113

3.7.3. Трансформация тяжелых металлов в звене: почва - растение

- рацион - продукт животноводства..........................................................................117

3,8. Экономическая эффективность использования в рационах лактирующих коров щавеля конского (производственная проверка результатов исследований в совхозе-техникуме

"Новгородский")................................................................................................................................................................120

4. Заключение.................................................................................................................................................123

5. Выводы....................................................................................................................................................................................124

6. Практические предложения............................................................................127

Библиографический указатель использованной литературы..........128

Приложения..........................................................................................................................................................144

ВВЕДЕНИЕ

Вредные вещества техногенных выбросов, к числу которых относят тяжелые металлы, попадая в почву, по биологическим (пищевым) цепям поступают в организм животных и человека. Опасность загрязнения сельскохозяйственной продукции возрастает в условиях комбинированного воздействия антропогенных факторов (современные технологии с использованием тяжелых металлов в металлургии, машиностроении, приборостроении, производство предметов бытового назначения, фармацевтике, а также выбросы промышленных предприятий, транспорта, сточные воды, пестициды, удобрения, осадки сточных вод, содержащие высокие дозы тяжелых металлов), поскольку в таких случаях возможно увеличение поступления одного токсиканта под влиянием другого.

Постоянное поступление тяжелых металлов в организм животных и человека чрезвычайно опасно для здоровья в связи с такими биологическими особенностями, как способность к кумуляции в организме, наличие длительного времени биологической полужизни, возможность мутагенного, канцерогенного, тератогенного, эмбрио- и гонадотоксического действия.

Особенно подвержены токсическому воздействию дети дошкольного и школьного возраста, беременные женщины.

Крайней степенью проявления токсического действия тяжелых металлов на человеческий организм считаются специфические заболевания: меркуализм и "Минимата55 (отравление ртутью), плюмбизм (отравление свинцом), итай-итай (отравление кадмием). Для человека, не связанного с производством, основным путем поступления тяжелых металлов в организм является потребление пищевых продуктов. Описанные в литературе вспышки м икроэлем ентозов в большинстве случаев вызваны систематическим использованием пищевых продуктов, сильно загрязненных тяжелыми

металлами (превышение ПДК в 6...10 раз). При этом неблагоприятным фоном являлось нерациональное питание (недостаток в питании населения белка, ряда минеральных элементов и др.).

В настоящее время не наблюдается тенденция к снижению загрязненности пищевого сырья тяжелыми металлами. Это связано как с техногенными загрязнениями природной среды (почвы, воздуха, воды), так и с недостаточной агротехнической культурой, имеющими место нарушениями действующих норм и правил производства продуктов.

Тяжелые металлы поступают в окружающую среду (атмосферный воздух, воду, почву) в виде элементов, солей и органических соединений. Наибольшей токсичностью обладают органические соединения тяжелых металлов.

В пищевом сырье, богатом белком (продукты животноводства), большая часть металлов соединена с металлотионеином, образуя белковые комплексы. В растительных продуктах тяжелые металлы содержатся в ионной форме или связаны преимущественно с растительным белком и пектином.

Организм человека усваивает 5-10% поступивших в пищевой тракт тяжелых металлов, причем действие их, связанных с белком, пролонгировано во времени.

Содержание тяжелых металлов в продовольственном сырье и продуктах питания регламентируется "Медико-биологическими и санитарными нормами качества продовольственного сырья и пищевых продуктов.

В связи с ростом антропогенного загрязнения природных сред тяжелыми металлами возникает необходимость в изучении их поведения в поч-венно-растительном покрове и организме сельскохозяйственных животных, с целью прогнозирования накопления тяжелых металлов в продуктах растительного и животного происхождения, регламентации норм поступления

в пищевые цепи миграции, разработки мероприятий по ограничению этого поступления для производства экологически чистого продовольствия.

В доступной нам литературе не удалось обнаружить каких-либо материалов по данной проблеме.

В этой связи необходимо разрабатывать и внедрять новые технологические приемы ведения пастбищного кормопроизводства и скотоводства, что возможно на основе изучения условий кормления и содержания молочного скота в летний пастбищный период с учетом перехода техногенных загрязнителей, в том числе и тяжелых металлов, в продукцию животноводства - молоко.

1. ЦЕЛЬ и ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Основной целью работы являлось определение степени загрязненности кормов тяжелыми металлами и активности трансформации их в организм лактирующих коров в летний пастбищный период. В связи с этим нами поставлены следующие задачи:

- определить поглощение тяжелых металлов растениями пастбища многолетнего пользования;

- определить возможность использования в летних рационах муки из щавеля конского и дробины пивной для снижения загрязненности организма лактирующих коров тяжелыми металлами;

- установить степень загрязненности кормов, воды питьевой и кормовых добавок тяжелыми металлами;

- определить особенности обмена тяжелых металлов организмом коров в летний пастбищный период;

- провести экологическую оценку кормления коров в различные периоды пастбищного содержания;

- определить экономическую эффективность использования муки из щавеля конского в рационе.

Тема является составной частью государственной научно-технической программы Департамента кадровой политики и образования МСХ и И РФ (госрегистрационные номера 372-36-2 Ж; 95-34-2 Ж; 1.129.99 Ф - фундаментальные науки), тематического плана НИР Новгородского университета имени Ярослава Мудрого (код темы по ГАСНТИ 87.26.27).

Научная новизна. Впервые разработаны способы снижения активности трансформации тяжелых металлов в молоко из рационов кормления коров в летний пастбищный период. Впервые определены закономерности обмена тяжелых металлов организмом лактирующих коров в летний пастбищный период. Проведена экологическая оценка пастбищного кормопро-

изводства и производства молока в различные периоды пастбищного содержания лактирующих коров.

Практическая значимость работы. В результате исследований доказана высокая эффективность использования муки щавеля конского в летнем рационе лактирующих коров для снижения загрязненности организма тяжелыми металлами. Определены минимальная, оптимальная и максимальная концентрации тяжелых металлов в молоке коров в летний пастбищный период.

Муку щавеля конского рекомендуется использовать в качестве одно-и

го из компонентов пр0 производстве комоикормов и сухих кормосмесеи для кормления лактирующих коров в летний пастбищный период.

Разработаны справочные материалы по содержанию тяжелых металлов в летних кормах, добавках и в животноводческой продукции - молоке коров в пастбищный период содержания.

Реализация результатов исследований. Производство молока рекомендовано осуществлять с учетом содержания тяжелых металлов в летних кормах.

Результаты исследований рекомендуется использовать в учебных курсах "Кормление сельскохозяйственных животных",

"Сельскохозяйственная экология" и " Кормоприготовление".

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 марта 1998 г., Новгород), на Международном Конгрессе по экологии животных в Хельсинкском университете 11... 15 ноября 1998 г., научных конференциях Академии сельского хозяйства и природных ресурсов Новгородского госуниверситета имени Ярослава Мудрого (1996... 1998 гг.), опубликованы в периодической печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 156 страницах машинописного текста состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, собственных исследований, выводов, практических предложений и приложения (1 таблица и 11 диаграмм), включает 32 таблицы. Список литературы включает 196 источников, в том числе 10 на иностранных языках.

2, ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 2.1. Действие тяжелых металлов на »очку

Тяжелые металлы, такие как Pb, Cd, Си, Zn, Cr, Ni, Со, Hg, Mg, Ti, Sn благодаря специальным химическим и биологическим свойствам, имеют тенденцию к гео- и биоаккумуляции. С экологической точки зрения их можно условно разделить на две группы: Zn, Си, Mo, Со, Mn, Ni, Cr, которые необходимы для нормального протекания биологических процессов; Cd, Hg, Pb, Sn, Ti, участие которых в различных биологических процессах до настоящего времени точно еще не доказано [162]. Однако надо отметить, что такое разделение становится все более условным, поскольку в последние годы доказана необходимость исследования второй группы тяжелых металлов. Например, добавление кадмия низкой концентрации в почвах имеет первоначально положительное биологическое влияние [195].

Естественные уровни тяжелых металлов в почвах подвержены колебаниям и зависят от их геохимического фона, рельефа, климата и антропогенного поступления на земную поверхность промышленных выбросов [111].

Первоначальным источником поступления тяжелых металлов в пахотный слой почвы являются почвообразующие породы. Именно их состав определяет геохимический фон тяжелых металлов в почвенном покрове.

Почва служит естественным барьером на пути тяжелых металлов. До тех пор пока тяжелые металлы связаны с составными частями почвы, они трудно доступны растениям, их отрицательное влияние на почву и растения незначительно. Однако, если изменяющиеся условия позволяют перейти тяжелым металлам в почвенный раствор, появляется прямая

опасность использования их растениями и миграции в сопредельные среды [111].

Тяжелые металлы поливалентны, хорошо сорбируются почвами, образуют плохо растворимые соединения с фосфатами и гидроокисями. Это требует постоянного контроля как в почвах, так и растительной продукции [9].

Выявлено, что почвы, загрязненные тяжелыми металлами, очень ОСДйЫ подвижными формами биогенных элементов первой необходимости - азотом, фосфором, иногда калием и марганцем. Нарушение естественного соотношения элементов питания и тяжелых металлов является, очевидно, одним из многочисленных факторов проявления хлороза и гибели культурных и декоративных многолетних насаждений [9].

Тяжелые металлы адсорбируются пахотным слоем почвы, особенно при высоком содержании гумуса и тяжелом гранулометрическом составе [67]. Гранулометрический состав почвы оказывает прямое влияние на закрепление и высвобождение тяжелых металлов, поэтому опасность их поступления в растения на тяжелых почвах меньше. Минимальное поступление тяжелых металлов в растение происходит при кислотности почвы 6,5. Тяжелые металлы способны к образованию сложных комплексных соединений с органическим веществом почвы, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса ионы менее доступны растениям. Чем выше емкость катионного обмена, тем больше удерживающая способность почвы по отношению к тяжелым металлам, что снижает доступность их растениям и другим организмам. Избыток влаги способствует появлению тяжелых металлов в более растворимых формах [100].

Степень загрязнения пищевой цепи и торможение процесса образования продукции находятся в прямой, но слабой корреляционной

зависимости от валового содержания тяжелых металлов в почве, потому что, во-первых, металлы накапливаются в почве преимущественно в форме нерастворимых или слабо растворимых соединений, во-вторых, почва и растения обладают защитными механизмами. Поэтому при установлении ПДК необходимо использовать не валовое количество тяжелых металлов, а содержание их подвижных соединений, зависящее от типа почв [139,175].

Прямое влияние избытка тяжелых металлов сопр�