Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Распространение и нейтрализация ксенобиотиков в системе "почва-растения-животные-продукция животноводства"

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Распространение и нейтрализация ксенобиотиков в системе "почва-растения-животные-продукция животноводства""

На правах рукописи

005014894

ОНИСТРАТЕНКО НИКОЛАЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАСПРОСТРАНЕНИЕ И НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ КСЕНОБИОТИКОВ В СИСТЕМЕ «ПОЧВА-РАСТЕНИЯ-ЖИВОТНЫЕ-ПРОДУКЦИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА»

Специальность: 03.02.08 - «Экология» .

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 1 [і'.?

Москва 2012

005014894

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» .

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ Еськов Евгений Константинович

Официальные оппоненты:

Зубкова Валентина Михайловна

доктор биологических наук, профессор

Орлова Валентина Сергеевна

доктор биологических наук, профессор

Ведущая организация:

ГНУ Всероссийский НИИ животноводства РАСХН

Защита состоится «/20» марта 2012 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 220.056.01 при ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» по адресу: 143900, г. Балашиха 8 Московской области, ул. Юлиуса Фучика, 1; тел. 8(495)521-45-74.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет»

Автореферат разослан 9 февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент Сойнова ОЛ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Загрязнение окружающей среды химическими веществами и связанное с этим изменение экологического равновесия в природе является наиболее актуальным на сегодняшний день. Экологические проблемы являются лимитирующим фахтором, негативно влияют на живые организмы, на состояние здоровья людей и животных, в том числе и сельскохозяйственных. Основным источником производства продуктов питания животного происхождения являются сельскохозяйственные экосистемы. Наиболее опасным для здоровья человека является употребление продуктов питания, содержащих высокие концентрации тяжелых металлов (О.А. Соколов, В.А. Черников, 1999; Т.М. Гусева, 2001; Н.А. Черных, М.М. Озчаренко, 2002; А.В. Скальный, А.Т. Быков, 2003; И.М. Донник, 2005; С.Н. Кошелев, 2007 и др.).

Роль большинства тяжелых металлов (ТМ) двойственна, так как они необходимы для нормальной жизнедеятельности теплокровных, но в отличие от органических соединений ТМ не разрушаются в почве и воде, а накапливаются в объектах внешней среды и мигрируют по трофическим цепям в корма и продукцию сельскохозяйственных животных (И.А. Шкуратова, 2001; Батовская Е.К., 2002; Борцова И.Ю., 2007; Галатова Е.А., 2007 и др.). ТМ в случае их накопления в продуктах молочного и мясного животноводства могут являться причиной пищевых токсикозов, оказывать канцерогенный и мутагенный эффекты.

Производство продукции животноводства экономически выгодно в непосредственной близости от потребителей и предприятий переработки, но в то же время здесь возникает риск загрязнения ее различными токсикантами, особенно в зоне влияния промышленных центров. Поэтому актуальным является изучение загрязнения биотопов вблизи промышленных центров и влияние этого на продукцию животноводства.

Предмет исследований - объекты животноводства пригородной зоны г. Волгограда; объект исследований - экосистемы пригородной зоны г. Волгограда, территория которой подвергается техногенному загрязнению.

Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось определение связи между содержанием тяжелых металлов в объектах внешней среды и их распространением в системе - животное и продукция животноводства. Наряду с этим разрабатывали мероприятия, обеспечивающие повышение качества и экологической безопасности продуктов скотоводства в условиях пригородной зоны промышленного центра.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

- изучали загрязненность тяжелыми металлами пригородную зону г. Волгограда;

- определяли содержание тяжелых металлов: С4 2п, Нц, РЬ, Си, №, Бе, а также Ав в системе «почва - вода - корма - животное - продукция животноводства»;

- изучали качество и технологические свойства продуктов скотоводства в условиях техногенеза пригородной зоны;

- разрабатывали способы детоксикации тяжелых металлов, оказавшихся в организме животных и продукции крупного рогатого скота, на основе применения регионального сорбента.

Научная новизна. Впервые проведена комплексная оценка степени загрязнения тяжелыми металлами пригородной зоны крупного промышленного центра - Волгограда. Прослежена миграция ТМ в системе «почва -вода - корма - животные - продукция животноводства». Определено влияние накопления ТМ в продукции животноводства на ее качество в зависимости от породной принадлежности животных.

Практическая значимость. Разработан способ снижения концентрации ТМ в организме животных и продукции крупного рогатого скота на основе использования в качестве сорбента - льняного жмыха.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

- территория пригородной зоны г. Волгограда неравномерно загрязнена

ТМ;

- содержание ТМ в системе: почва - растение - вода - корма — животное -продукция скотоводства превышает ЦДК во всех звеньях этой цепи;

- продукция трех молочных пород коров (красной степной, черно-пестрой, красно-пестрой), содержащихся в пригородных зонах г. Волгограда, отличается по загрязненности ТМ, что, вероятно, обусловливается спецификой породных свойств животных;

- скармливание льняного жмыха способствует снижению содержания ТМ в организме и продукции крупного рогатого скота.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и одобрены на международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию Всероссийского НИИ агролесомелиорации «Агролесомелиорация: проблемы, пути их решения, перспективы» (Волгоград, 2001); на научно-практической конференции «Разработка адаптивных систем и природоохранных технологий производства сельскохозяйственной продукции в аридных районах России» во Всероссийском НИИ орошаемого земледелия (Волгоград, 2003); на научно-практической конференции аспирантов и молодых ученых «Оптимизация агроландшафтов, проблемы и перспективы развития агролесомелиорации и защитного лесоразведения» во Всероссийском НИИ агролесомелиорации (г. Волгоград, 2004); Международной научно-практической конференции «Научно-производственное обеспечение развития сельского социума» в ГНУ Прикаспийский НИИ аридного земледелия (с. Соленое Займище Астраханской обл., 2005); на Международных научно-практических конференциях в ГУ Волгоградский НИТИ мясо-молочного скотоводства и переработки продукции животноводства РАСХН: «Системные технологии продовольственного сырья и пищевых продуктов», «Стратегия научного обеспечения развития конкурентоспособного производства отечественных продуктов питания высокого качества», «Современные

технологии производства и переработки сельскохозяйственного сырья для создания конкурентоспособных пищевых продуктов» (г. Волгоград, 2003,2006, 2007).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 16 научных работ, в том числе 4 в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК РФ. Общий объем публикаций - 5,5 пл., лично соискателю принадлежит - 2,35 п.л.

Структура и объем работы. Работа изложена на 129 страницах стандартного компьютерного набора, состоит из введения, 4-х глав, заключения, выводов, предложений производству. Библиографический список включает 190 наименований, в том числе 41 - иностранных авторов. Материал иллюстрирован 15 рисунками, 44 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Литературный обзор. .

На основании анализа литературного материала дано представление о природно-ресурсном потенциале, экологической ситуации в г. Волгограде и его пригородной зоне.

В настоящее время загрязнение окружающей среды в промышленных центрах России и зарубежья приобрело катастрофические масштабы (Андерсон Дж, 1985, Ильин В.Б., 1990, Данилов-Данильян В Л., 1999, Черных H.A., 2002 и др.). Не является исключением и крупный промышленный центр Нижнего Поволжья - г. Волгоград. Экологическая ситуация по данным Комитета охраны природы Администрации Волгоградской области: объем выбросов в атмосферу в г. Волгограде составляет 226,9 тыс. т/год, объем сточных вод, поступающих в водные объекты достигает 206,5 млн. м3. Особую опасность для экологической обстановки в г. Волгограде (его южной части) представляют пруды -испарители и пруды - накопители жидких отходов, оказывающие загрязняющее воздействие на площадь 720 км2. Большое влияние на состояние окружающей среды г. Волгограда и его пригородной зоны оказывают отходы производства и потребления, ежегодно их образуется около 2,0 млн. тонн, а выбросы от транспорта составляют 100,9 тыс. тонн. Накопленный негативный экологический потенциал на промышленных территориях г. Волгограда отрицательно сказывается на здоровье населения.

На основании литературных данных рассмотрена существующая классификация тяжелых металлов по степени их опасности и влияния на окружающую среду, здоровье человека и животных. (Алексеев Ю.В., 1987; Маркин Б.М., Наумова Л.Г., 1995; Можайский Ю.А., Гусева Т.М., 2001; Давыдова С.Л., Тагасов В.И., 2002; Черных H.A., Овчаренко М.М., 2002 и др.).

По статистическим и литературным данным рассмотрено состояние скотоводства в России и Волгоградской области. Изучены способы детоксикации почвы, кормов и мясо-молочной продукции при контаминации тяжелыми металлами (Алиев A.A., 1997; Афанасьев Ю.А., 1998; Вяйзенен Г.Н.,

1999; Носов Е.Е.,1999; Рысина О.Н., 2003; Тимошкина Е.А., 2004; Могилев С.В., 2005 и др.).

В связи с этим исследования, направленные на предотвращение загрязнения окружающей среды, уменьшения поступления опасных токсикантов - ТМ в растения, организм теплокровных, и разработка методов их выведения являются очень актуальными и своевременными. Эти вопросы в регионе Нижнего Поволжья недостаточно изучены.

Глава 2. Материалы и методы исследований.

Исследования выполнены в период с 2002 по 2007 гг. в хозяйствах ОАО «Червленое», агрофирме «Обломово», расположенных в пригородной зоне г. Волгограда. Эти хозяйства расположены на расстоянии менее 10 км от нефтехимических предприятий южной промзоны г. Волгограда. На их территории сосредоточено поголовье 3-х пород крупного рогатого скота молочного направления численностью более 1200 голов. Молоко этих хозяйств поступает на молокозавод № 3 г. Волгограда и в торговую сеть. Схема исследований представлена нарис. 1.

Наиболее распространенными почвами на территориях сельхозпредприятий, где проводились исследования, являются светло-каштановые в комплексе с солонцами - от 10 до 50%. Обследование почв проводили в 2003-2004 гг., образцы почв для определения ТМ отбирались с глубины 0-20 см и 40-50 см на пастбищах, где выпасалось поголовье крупного рогатого скота в летний период и с посевов кормовых культур, которые заготавливались в хозяйствах: люцерна, ячмень, овес, горох, посевы многолетних трав, озимая рожь.Содержание ТМ (Сё, РЬ, Н§, Хп, Си, №, Бе) и Аб определяли в системе почва - вода - корма - животное (КРС) - продукты питания человека (молоко, мясо).

Анализы почв и кормов проводили в ФГУ ЦАС «Волгоградский испытательный центр пищевой и сельскохозяйственной продукции, кормов и комбикормов, почв». Для определения рН использовали потенциометр АПУ-ОФ, сырой протеин определяли по Къельдалю, сырой жир - по Сокслету, сырую клетчатку - по Генненбергу и Штоману, каротин - колориметрическим методом при помощи ФЭК, кальций - объемным методом, молочную, масляную, уксусную кислоту в силосе - методом Леппера-Флига, содержание ТМ на атомно-абсорбционном спектрофотометре фирмы «8е1ті». Содержание ТМ контролировали крови, шерсти, молоке и продуктах убоя 3-х молочных пород крупного рогатого скота. Технологические свойства молока и мяса определяли в комплексно-аналитической лаборатории ГУ Волгоградский НИТИ мясо-молочного скотоводства и переработки продукции животноводства Россельхозахадемии. Отбор проб питьевой воды, используемой в животноводстве пригородной зоны, проводили согласно ГОСТ 24481-80, анализировали отобранные пробы атомно-адсорбционнным методом.

Рис. 1. Схема исследований

При проведении химических анализов осуществляли контроль точности измерений путем проведения оперативного анализа сходимости, воспроизводимости и погрешности (Р=0,95, п=2). Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета прикладных программ на ЭВМ. В процессе выполнения работы было проанализировано 30 образцов почвы по 26 показателям; 22 образцов воды по 18 показателям; 98 образцов корма, представленного 26 видами растений, по 17 показателям; 55 образцов крови по 17 показателям; 18 образцов шерсти по 40 показателям; 34 образцов продуктов убоя по 12 показателям; 76 образцов молока по 57 показателям.

Глава 3. Результаты собственных исследований.

3.1. Содержание ТМ в пригородной зоне г. Волгограда.

3.1.1. Содержание ТМ в апиюсферном воздухе

Воздух г. Волгограда, и особенно его южной части, перенасыщен частицами тяжелых металлоа Это можно считать результатом деятельности промышленных предприятий, приводящей к загрязнению атмосферного воздуха их выбросами: ОАО «Лукойл-ВНП», ОАО «Каустик», ОАО «Химпром», ООО «Завод технического углерода». Вторичным источником загрязнения атмосферного воздуха являются пруды-накопители и испарители. В 2005-2006 гг. по хлористому водороду превышения ПДК достигали 1,45-1,95 ПДК, по аммиаку - 1,25 ПДК. Вместе с производственной пылью в воздух, далее в водоемы, в почвы, в растения попадают ТМ. По уровню содержания ТМ в атмосферном воздухе в 2004-2006 гг. превалируют цинк (до 3,90 мкг/м3), железо (8,0), медь (0,31), марганец (0,81).

3.1.2. Содержание ТМ в почве.

Результаты анализов выявили некоторое превышение существующих предельно допустимых концентраций, причем в большей степени под посевами кормовых культур: 1,22 ПДК по цинку, 1,1 ПДК - никелю, 1,12 - по меди. Это можно отчасти объяснить тем, что в процессе многолетнего возделывания сельскохозяйственных культур применяют различные ядохимикаты, удобрения, гербициды и др. химические вещества. Кроме того, пахотные земли подвергаются техногенному загрязнению за счет механического износа сельскохозяйственных машин и механизмов, выхлопов транспортных средств, в которых содержатся Мл, Сг, Со, V и др.

3.1.3. Содержание ТМ в водных источниках, используемых для водопоя крупного рогатого скота и полива кормовых культур.

Загрязнение воды, наряду с загрязнением почв, воздуха, растений, приводит к избыточному накоплению токсикантов в продукции животноводства, в том числе и тяжелых металлов. Ведь питьевая вода для животноводства нужна в значительных количествах - суточная норма потребления л актирующими коровами составляет 50-70 литров. Для выявления возможности получения экологически безопасных продуктов животноводства в пригородном Светлоярском районе было проведено исследование источников природной питьевой воды, применяемой для водопоя крупного рогатого скота в

зимний и летний периоды содержания.

Пробы воды были взяты из 3-х источников (2-х поверхностных: ВолгоДонского канала, водозабора - без очистки, применяемой для водопоя в зимний период; пруда - используемого для водопоя в летний период; подземного родника, предназначенного для водопоя спортивных лошадей и частично крупного рогатого скота).

Содержание цинка, никеля и меди было существенно ниже ПДК. В то же время, отмеченное в воде повышенное содержание хлоридов (1,4-3,3 ПДК) и железа на уровне ПДК при систематическом употреблении ее животными может неблагоприятно отразиться на их состоянии, вызвать болезни органов кровообращения, пищеварения и мочеполовой системы. То есть необходимы мероприятия, улучшающие качество питьевой воды для получения экологически безопасной продукции животноводства.

3.1.4. Содержание ТМ в кормах, выращиваемых в пригородной зоне. Наибольшее загрязнение кормов происходит в пастбищный период. В питании же человека поверхностное загрязнение растений тяжелыми металлами не играет существенной роли, поскольку их перед употреблением очищают и моют. Иначе дело обстоит с животными, которые поедают загрязненный поверхностно подножный корм или заготовленное из него сено. В этом случае ТМ, как отмечает В.Б. Ильин (1991), осевшие в пыли, следует рассматривать как часть потока, поступающего в пищевую цепь.

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов и мышьяка в кормах пригородной зоны __г. Волгограда (мг/кг сухой массы корма)__

Вид корма Металлы

н* Ая са РЬ 2л Си № Ре

Сено озимой ржи 0,01± 0,001 0,028± 0,0002 0,02± 0,002 0,3 5± 0,02 12Д± 0,04 3,7± 0,06 0,80± 0,01 127,2± 0,35

Сено люцерны н/обн 0,032± 0,0001 0,09± 0,002 0,40± 0,03 10,0± 0,09 9,0± 0,03 1,30± 0,08 177,0± 0,63

Солома ячменная 0,01± 0,001 0,028± 0,002 0,02± 0,001 0,30± 0,02 9,7± 0,03 2,0± 0,04 1,10± 0,06 130,1± 0,39

Сенаж (овсяно-гороховый) 0,01± 0,001 0,020± 0,002 0,03± 0,001 0,14± 0,01 11,7± 0,05 2,0± 0,05 3,92± 0,04 122,5± 0,23

Ячмень (дробленый) 0,01± 0,001 0,032± 0,0002 0,02± 0,001 0,3 0± 0,02 25,2± 0,32 5,1± 0,03 1,0± 0,01 102,8± 0,32

Пивная дробина н/обн 0,026± 0,002 0,03± 0,002 0,50± 0,03 104,0 ±0,52 9,5± 0,03 0,90± 0,02 343,7± №

Трава злакового пастбища н/обн 0.02± 0,001 0,02± 0,001 0,13± 0,01 9,4± 0,05 2,0± 0,14 7,00± 0,08 131,5± 2,6

Трава злаково-разно-травиого пастбища н/обн 0,03± 0,001 0,01± 0,001 0,04± 0,001 6,9± 0,08 1,1± 0,06 8,84± 0,03 176,9± 2,2

Злаково-бобовая травосмесь 0,01± 0,001 0,02± 0,001 0,03± 0,002 0,14± 0,01 11,7± 0,04 2,6± 0,08 3,92± 0,04 122,5± 0,35

ПДК 0,05 0,5 0.2 2,0 50 30 3.0 100

Особо опасные и токсичные металлы (Сё, РЬ, и и мышьяк в кормах не превышают установленных ПДК. В то же время в кормах зимнего рациона

обнаружено превышение железа (3 ПДК в пивной дробине) и цинка - 2 ПДК, в сенаже никеля 1,3 ПДК. В траве пастбищ также превышено содержание никеля и железа, соответственно до 2,8 ПДК и 1,7 ПДК. (табл. 1).

3.1.5. Концентрация ТМ в организме крупного рогатого скота (крови, волосяном покрове, продуктах убоя).

Исследования крови 3-х молочных пород коров-первотелок не выявило достоверных различий между ними как по биохимическому составу, так и по содержанию тяжелых металлов, которое составило: С<1 - 0,013-0,015; Нц -0,005-0,006; Аб - 0,022-0,0025; РЬ - 0,005; 1п -2,35-2,40; Си - 1,29-1,33; № -0,70-0,72 мг/кг. В то же время концентрация железа в крови красной степной породы составила 0,67 мг/кг, что выше на 8,8-8,2%, чем у красно-пестрой и черно-пестрой соответственно. Определение содержания 40 ТМ в волосяном покрове 3-х пород коров в летний период показало, что содержание большинства элементов соответствует нормативным показателям (табл. 2). В то же время отмечена повышенная концентрация железа у всех пород коров, особенно у красно-пестрой (в 5 раз выше нормативных показателей, у черно-пестрой - в 1,4, красной степной - 1,5 раза). Это в полной мере соответствует повышенному содержанию железа в пастбищной траве и воде (рис. 2).

Таблица 2

Концентрация ТМ н мышьяка в шерсти коров пригородной зоны, мг/кг

Металлы Порода коров Нормальная концентрация

красная степная черно-пестрая красно-пестрая

Макроэлементы:

кальций 3046 1964 1708 1500-3000

натрий 295,9 176,4 769,9 350-500

фосфор 237,7 205,8 156,4 300-700

магний 600,2 439,4 467,2 300-700

калий 4930 1040 1037

Микроэлементы:

железо 191,4 168,8 589 40-120

марганец 20,301 11,85 28,371 10-20

цинк 92,49 104.8 112 80-150

медь 5,326 6,901 7,468 8-20

молибден 0,2039 0,1429 0,1273 0,25-0,35

кобальт 0,1212 0,1022 0,2672 0,2-1,0

йод 1.5 1,8 1,8 1,5-3,0

селен 0,716 0,977 0,505 0,25-0,50

Опасные металлы:

ртуть <0,00018 <0,00018 <0,00018

кадмий 0,0143 0,0168 0,0159 0,03-0,05

мышьяк 0,075 0,156 0,242

свинец 0,3038 0,3226 0,6297

Определение содержания ТМ и мышьяка в продуктах убоя бычков показало, что оно существенно ниже ПДК у всех пород бычков и соответствовало их концентрации в рационе. В то же время повышенное содержание в кормах никеля и железа повлияло на их локализацию в мышечной ткани и внутренних органов бычков.

Цинк

%отПДК

200

ВЦш

100

50

0

'І —ПДК

11" >: * ■: і ¡1 Ж і И і Я і м ; — ; И 1 И 1 Ж 1 Я I И . Ш 13 14 15 Дії

%отЦДК

200 х

150 ■■ 100 --, 50 ||

1 1 п

і 4 5 і — і — ,

7 8 9 10 | 12

і Л і ІР і И! і ж

-пдк

Железо

Медь

%от

200 150 1 <30 50 О

■Мздь -пдк

_|

II 3 4 5 « 1 | 9 10 +*4-н-^-н— | И | ■ | И ; И |

и 12

Д. Л і ш

11 ■ 1 ■ I

Рис. 2. Содержание ереднеопасиых тяжелых металлов в компонентах экосистем (пищевой цепи лактирующих коров пригородной зоны Волгоградской агломерации) Условные обозначения:

Почвы: 1 - злаковое пастбище; 2 - посевы многолетних кормовых культур;

Водные источники: 3 - Волго-Донской канал; 4 - пруд; 5 - родник;

Корма: 6 - трава злакового пастбища; 7 - сено озимой ржи; 8 - сено люцерны; 9 - солома

ячменная; 10 - ячмень дробленый; 11- сенаж овсяно-гороховый; 12 - пивная дробина;

Кровь: 13 - кровь;

Молоко: 14 - летний (пастбищный) период; 15 - зимний (стойловый) период

Если в мышечной ткани бычков содержание никеля незначительно превышало ПДК (от 1,01 до 1,10 ПДК), то концентрация в сердце составляла у красных степных бычков - 1,69 ПДК, красно-пестрых - 1,76, черно-пестрых -1,79. Наименьшее содержание никеля в мясе и внутренних органах отмечена у бычков красной степной породы, та же закономерность наблюдалась и по содержанию железа: наибольшая концентрация его отмечена в печени - 1,7-1,8 ПДК. Медь и цинк не превышали ПДК, как в мясе, так и во внутренних органах. Исключение составляла концентрация цинка в печени у всех пород (1,12-1,17 ПДК). Следовательно, наиболее устойчивыми к воздействию ТМ оказались бычки красной степной породы. Они меньше накапливали ТМ как в мышечной ткани, так и во внугренних органах (рис. 3).

Рис. 3. Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани и внутренних органах бычков молочных пород крупного рогатого скота

медь

в 5

в 3 я

2

0

мышечная ткань сердце легкие печень селезенка

железо

100

80

80

70

60

1 s0 I

АО 30 20 10 О

мышечная ткань сердце fíeme печень селезенка

никель

1

0,9

0,8

0,7

0,6

І 0,6 s

0,4 0.3 0,2 0,1 о

мышечная ткань сердце лешие печень селезенка

ЦИНК

50 45

40

36

30

І26 х

20 15 10 5

О

мышечная ткань сеодце легкие печень селезенка

■*-5ычки красной степной породы -#-Бычки черно-пестрой породы

-бычки краско-пестрой порды

-пда

3.1.6. Минеральный состав молока в условиях техногенной нагрузки. Определение содержания металлов в молоке коров 3-х пород показало, что при одинаковом составе рациона и воды продукция красной степной породы содержит больше таких макроэлементов, как фосфор, магний и калий (соответственно на 9,0-9,4%, 8,0-8,9 и 1,0-8,6), а отмеченное в повышенных концентрациях в кормах и пастбищной растительности железо содержалось в 4 раза меньше, чем для красно-пестрой породы (табл. 3). Молоко красной степной породы содержало больше ценных микроэлементов - кобальта и молибдена, селена - в 2,0-4,0, йода - в 1,6-2,1 раза. Опасные (наиболее токсичные) металлы (ртуть, кадмий, мышьяк, свинец) не превышали ПДК и находились в следовых количествах у всех пород (табл. 3).

Таблица 3

Концентрация металлов в молоке коров 3-х пород, содержавшихся в пригородной

зоне Волгоградской агломерации, мг/л (п=10)

Элементы Порода коров Нормальная концентрация

красная степная черно-пестрая красно-пестрая

Макроэлементы:

кальций 1020 - 1015 1019 1100-1700

натрий 287,3 300,2 455,1 450-500

фосфор 830,7 746 784 900-1100

магний 125,7 101,1 111,8 100-150

калий 1311 1305 1134 800-1500

Микроэлементы:

железо 1,37 1,63 6,02 2,7-3,0

марганец 0,0314 0,048 0,049 0,2-0,4

цинк ззо 3,41 4,45 2,0-2,5

медь 0,34 0,32 0,20 0,2-0,35

селен 0,035 0,017 0,009

молибден 0,040 0,035 0,027

кобальт 0,0018 0,0012 0,00143

йод 0,19 0,12 0,09

Опасные металлы: ПДК, мг/кг

ртуть <0,00054 <0,00054 <0,00054 0,005

кадмий <0,00012 <0,00012 <0,00012 0,01

мышьяк 0,0074 0,0092 0,0086 0,05

свинец <0,00009 <0,00009 0,0204 0,1

Несмотря на то, что поступление ТМ с рационом в организм лактирующих коров трех пород незначительно, в то же время содержание ТМ в суточном удое существенно различалось: наименьшее содержание отмечено в молоке коров красной степной породы. У нее же отмечались наименьшие коэффициенты перехода (табл. 4) ТМ в молоко.

Таблица 4

Коэффициенты перехода тяжелых металлов в молоко коров районированных пород __ в условиях пригородной зоны г. Волгограда, %_

Породы коров Металлы

Сс1 Аб РЬ Ъх Си № Ре

Красная степная 1,46± 0.120 6,6± 0,290 4,4± 0,200 5,0± 0,210 2,04± 0,260 3,9± 0,220 0,23± 0,015

Черно-пестрая 1,57± 0,012 10,1± 0,066 6,0± 0,034 5,33± 0,023 3,25± 0,012 5,1± 0,042 0,2 8± 0,015

Красно-пестрая 1,62± 0,220 7,1± 0,720 5,48± 0,184 5,43± 0,190 2,07± 0,064 4,48± 0,201 0,36± 0,016

3.1.7. Качество, химический состав и технологические свойства молока и мяса крупного рогатого скота. Изучение химического состава проб молока 3-х молочных пород (красной степной, черно-пестрой, красно-пестрой) и проб мяса бычков на откорме этих пород показало, что их технологические свойства соответствовали в основном своим физическим и породным возможностям (табл. 5,6).

Таблица 5

Технологические свойства молока коров разных пород из пригородной зопы (п=10)

Показатели Порода коров, М±т

красная степная черно-пестрая красно-пестрая

Удой за лактацию, кг 4956±80 6188±95 5400±82

Жир, % 3,88±0,07 3,86±0,05 3.82±0,02

Белок, % 3,19±0,08 3,14±0,07 3,06±0,07

СОМО, % 8,69±0,14 8,51±0,13 8,61±0,18

Платность, % 1028±20 1027±20 1028±22

Влага, % 85,35±3,4 87,40±4,8 86,70±5,б

Зола, % 0,755±0,015 0,757±0,015 0,753±0,015

Сухое вещество, % 14,35±0,30 12,53±0,50 13,26±0,3

Казеин, % 2,65±0,07 2,49±0,06 2,50±0,06

Лактоза, % 4,69±0,15 4,84±0,12 4,59±0,13

Таблица б

Химический состав и технологические свойства маса бычков на откорме в условиях __техногенеза (д-10)___

Показатели Породы бычков

красно-пестрая красная степная черно-пестрая

Влага, % 70,47±0,18 63,14±0,21 69,95±0,24

Сухое вещество, % 29,53±0,31 31,96±0ДЗ 30,05±0,28

Зола, % 1,03±0,09 1,10±0,07 0,91 ±0,06

Белок, % 17Д8±0.21 19,60±0,22 19,87±0Д9

Жир, % 11,15±0,12 11,70±0,14 9,27±0,10

РН 5,92±0,08 5,88±0,07 5,87±0,06

Влагоудержание к мясу,% 60,42±0,44 61,64±0,39 60Д5±0,54

Увариваемость, % 36,10±0,19 36,0±0,21 15,70±0,18

КТП (кулинарно-технологичсский показатель) 1,67 1,71 1,69

Органолептическая оценка (средний балл) 4,29 4,55 430 '

Анализ образцов мышечной ткани бычков, взятых в конце стойлового периода в возрасте 14,5 месяцев, показал, что мясо бычков красной степной породы имело меньшую увариваемость, больший процент влагоудержания, вследствие чего более высокий кулинарно-технологический показатель - 1,71, что выше, чем у красно-пестрых и черно-пестрых, а органолептическую оценку -на 10,5-10,6%.

Глава 4. Эффективность льняного жмыха, как средства снижения загрязненности продукции животноводства

4.1 Физико-химические свойства льняного жмыха

Исходя из того, что наибольшее количество ТМ поступает в организм крупного рогатого скота с кормом, то его экологическая безопасность в условиях интенсивного техногенного загрязнения имеет особую значимость. В связи с этим исследования по эффективному использованию регионального сырья, обладающего абсорбционными и каталитическими свойствами, наиболее перспективны.

Таким региональным сырьем является льняной жмых, получаемый при производстве льняного масла, как для технических, так и для пищевых целей. Льняное семя входит в разряд нутрицевтиков, содержит на поверхности и клетках эпидермиса до 12% слизи, а в семядолях - 30-40% жирного масла, в котором содержатся ненасыщенные жирные кислоты: линолевая, линоленовая, арахидоновая (встречаемая лишь в животных тканях), объединенные под условным названием витамин F. Семена льна являются источником материала для образования в организме биологически активных веществ -простагландинов, регулирующих различные физиологические функции и поддержание гомеостаза. Слизь семян оказывает обволакивающее действие на пищевые массы и слизистую оболочку пищеварительного тракта, предохраняя ее от раздражения. Волгоградским НИТИ мясо-молочного скотоводства и переработки продукции животноводства Россельхозакадемии запатентован «Способ получения сорбента на растительной основе» (И.Ф. Горлов, И.Н. Пенькова, И.М. Осадченко, Т.Т. Ривняк, 2005). Теоретической предпосылкой разработки способа послужила способность семян льна набухать в кишечнике, увеличиваясь в объеме и тем самым усиливать перистальтику. Сорбент на основе льняного жмыха позволяет достигнуть степени очистки 75-91% растворов от кадмия, меди и других тяжелых металлов, что послужило основанием для применения его для снижения содержания ТМ в продукции и организме крупного рогатого скота.

В 1 кг сухого вещества содержится 1,8 кормовых единиц и 14,9 МДж.

В опытах нами был использован льняной жмых, полученный в ОАО «Сареггга» (г. Волгоград) после отжима семян при производстве льняного масла для пищевых целей. Химический анализ показал, что он соответствует ГОСТ 10974-95 (табл.7), а по составу и содержанию аминокислот превосходит уже использованные в качестве сорбентов тыквенный (тыквет) и арбузный жмыхи.

Химический состав и питательность льняного жмыха

Содержание питательных веществ в % на абсолютно сухое вещество

влага азот зола протеин жир клетчатка сухое вещество кальций фосфор

6.33 3,87 6,6 35,8 9,94 5,68 93,67 0,62 0,93

Металлы, мг/кг сухого вещества

са РЬ Аэ нё Си № Ее Со Мо 2л Мп Л

0,03 0,1 0,03 0,01 22,3 2,3 45,5 0,3 0,7 64,3 4,48 0,08

4.2. Валовое содержание ТМ в рационах крупного рогатого скота в опытный период.

При постановке лактирующих коров и бычков на откорме на опыт в стойловый период было определено валовое содержание тяжелых металлов в рационах. Установлено, что потребление питательных веществ в этот период соответствовало уровню норм их потребности, живой массе и продуктивности. Рацион коров включал: 17,6 кг сухого вещества, 1,7 кг переваримого протеина, 15,4 кормовых единиц и состоял из сена ржаного - 2 кг, люцернового - 2, соломы ячменной - 2, силоса овсяно-горохового - 20, ячменя дробленого - 5, пивной дробины - 10, поваренной соли - 0,12 кг, воды питьевой - 50 л. Рацион бычков содержал 10,22 кг сухого вещества, 1,24 кг сырого протеина, 9 кормовых единиц и состоял из сена люцернового - 2 кг, силоса овсяно-горохового - 20 кг, соломы пшеничной - 2, ячменя дробленого - 2, соли поваренной - 0,05 кг, воды питьевой - 50 л.

Валовое содержание ТМ, как в стойловый, так и в пастбищный периоды напрямую зависело от их количества в рационах (табл. 8). Причем, концентрация самых токсичных химических элементов (Н§, Сё, РЬ, Аэ) не превышала ПДК. В то же время повышенное содержание в рационе железа (3 ПДК) и никеля (4ПДК) в разной степени повлияло на их локализацию в продукции и находилось в прямой зависимости от содержания их в кормах.

Таблица 8

Валовое содержание тяжелых металлов в суточном рационе и продукции коров

и бычков красной степной породы в стойловый период (ОАО «Червленое»), мг/кг

Показатели Металлы

цинк медь никель железо

Содержание тяжелых металлов в суточном рационе: коровы бычки 1466,77 325,7 190,22 92,5 99,15 65,44 4515,03 196.6

Содержание тяжелых металлов в молоке и мышечной ткани: коров бычков 4,79 35,1 0,14 1,8 0,2 0,51 1,37 66,6

ПДК (в продукции) молоко мясо 5,0 40,0 1,0 5,0 0,1 0,5 3,0 50

43. Влияние скармливания льняного жмыха на содержание тяжелых металлов в молоке коров й продуктах убоя бычков красной степной породы.

Научно-производственное испытание по скармливанию льняного жмыха проводили в стойловый период в течение 120 дней на лактирующих коровах -первотелках и бычках красной степной породы на откорме в возрасте 14,5 мес. В опыте было сформировано две группы коров и бычков по 10 голов в каждой (опытная и контрольная). Коровам и бычкам опытных групп вместе с общехозяйственным рационом скармливали льняной жмых в количестве 1 г на 1 кг живой массы (уменьшая соответственно дачу концентрированных кормов).

В течение опытного периода ежемесячно проводился отбор крови для анализа у коров и бычков опытной и контрольной групп. По окончании опыта установлено, что скармливание льняного жмыха в течение 120 дней не выявило достоверных различий по биохимическому составу крови между опытной и контрольной группой коров - аналогов красной степной породы кроме содержания каротина: по окончании опыта его количество в крови опытной группы было выше 25% контрольных. Содержание ТМ в крови коров опытной группы уменьшилось: свинца - в 1,6; цинка - 2,0; меди - 1,2; никеля - 2,3 и железа в 1,4 раза. Концентрация ТМ в молоке коров контрольной группы, отмеченная в начале эксперимента, в течение опыта практически не изменилась. В опытной группе в конце опыта содержалось цинка в 1,8, меди - в 2,2, никеля в 2,5 и железа в 2,1 раза меньше, чем на начало опыта (табл. 9).

Таблица 9

Содержание тяжелых металлов в молоке коров красной степной породы (мг/кг)

при использовании льняного жмьиа

Группа (М ± т)

Тяжелые пдк контрольная опытная

металлы на начало по окончании на начало по окончании

опыта опыта опыта опыта

Медь 1,0 0,75±0,02 0,76±0,04 0,78±0,05 0,35±0,02

Цинк 5,0 4,54±0,16 4,50±0,18 4,60±0,15 2,51 ±0,12

Никель 0,1 0,25±0,04 0,26±0,05 0,28±0,08 0,11 ±0,007

Железо 0,3 1,38±0,07 1,39±0,06 1,37±0,06 0,65±0,02

Проведенный по окончании опыта забой по 3 бычка из каждой группы показал, что содержание высокоопасных элементов (Н§, РЬ, Сё, Аз) было практически одинаковым в продуктах убоя контрольной и опытной групп и составило: в мякоти - 0,02 мг/кг ртути, 0,07 - кадмия, 0,08 - мышьяка и 0,24 -свинца. Концентрация цинка, меди, никеля и железа существенно понизилась (табл. 10), соответственно, в 1,7; 2,2; 1,8 и 2,0 раза. Во внутренних органах (сердце, легкое, печень, селезенка) наибольшее снижение отмечено в печени и селезенке.

Содержание тяжелых металлов в продуктах убоя бычков красной степной породы

Продукты убоя Металлы, мг/кг

цинк медь никель железо

*К *0 К О К О К О

Мякоть 47,1± 27,3± 1,3 4± 0,6± 0,40± 0,22± 44,4± 22,3±

0,20 0,21 0,06 0,03 0,03 0,01 1,03 0,54

Сердце 9,4± 7,7± 2,3± 2,0± 0,34± 0,28± 2,1± 1,3±

0,17 0,12 0,09 0,02 0,01 0,03 0,09 0,03

Легкое 12,8± 10,1± 0,8± 0,4± 0,29± 0,14± 4,0± зд±

0,24 0,16 0,04 0,03 0,04 0,01 0,08 0,05

Печень 28,2± 12,2± 2,1± 0,6± 0,59± 0,29± 38,6± 22,8±

0,24 0,18 0,10 0,04 0,02 0,03 0,72 0,91

Селезенка 28,8± 14,2± 2,5± 2,0± 0,80± 0,60± 42,0± 28,0±

0,22 0Д5 0,11 0,14 0,02 0,01 2,02 0,71

пдк 40,0 5,0 0,5 50,0

■К - контрольная группа, *0 - опьгшая группа

4.4. Качество и технологические свойства продуктов скотоводства в опыте по скармливанию льняного жмыха.

Использование льняного жмыха положительно повлияло на технологические свойства молока коров: в нем содержалось на 2,3% больше сахара, на 2,12% сухого вещества и на 2,21% СОМО (Р>0,99), чем в контрольной группе. У бычков, получавших льняной жмых, повысилось количество протеин в мякоти туши на 15,3%, в то же время количество жира составило 9,5% по сравнению с контролем. Это объясняется высокой питательностью льняного жмыха, содержанием в нем незаменимых аминокислот, жира, макро- и микроэлементов.

4.5. Экономическая эффективность использования льняного жмыха в молочном скотоводстве пригородной зоны

Применение льняного жмыха в рационах коров - первотелок красной степной породы позволило повысить среднесуточные удои с 14,7 до 15,3 кг за 120 дней лактации, жира с 3,80 до 3,85%, белка с 3,18 до 3,24%. Удой за 120 дней лактации составил 1836 кг, что больше на 72 кг, чем в контрольной іруппе. Себестоимость производства 1 ц молока у коров опытной группы была меньше на 21,2 руб., чем у коров контрольной группы.

Прибыль от реализации молока на каждую корову в опытной группе была выше на 477,6 руб., чем в контрольной. Производство молока в хозяйстве является рентабельным, но в опытной группе рентабельность выше на 5,1% и составила 27,8%.

Выводы

1. Содержание химических элементов (С<1, РЬ, Н§, Аз, ¿л, Си, Ее) в пищевой цепи 3-х молочных пород коров и бычков в пастбищный и стойловый периоды (воздух - почва - вода - корма- организм крупного рогатого скота — молоко, продукты убоя) в пригородных экосистемах южной промзоны

Волгоградской агломерации превышало ПДК в почве по цинку и меди в 1,1-1,2 раза, в кормах зимнего рациона по свинцу - в 1,1, по цинку - в 2,0, по меди - в 1,1, по никелю - в 1,3 ПДК, по железу от 1,3 до 3,4 ПДК, а в кормах летнего рациона - по никелю от 1,3 до 2,9 ПДК, железу от 1,2 до 1,7.

2. В техногенно загрязненной пригородной зоне г. Волгограда коровы красной степной породы оказались более устойчивыми к воздействию ТМ. У их продукции содержание РЬ, їа, Ре и № было меньше чем у черно-пестрой и красно-пестрой пород соответственно в 1,2; 1,2; 1,3; 3,0; 2,0 раза, а концентрация Р, I, Со и Мо была выше на 12-20; 10-15; 35-50; 23-34 и 1333%.

3. По химическому составу, технологическим свойствам мяса и результатам его органолептической оценки мясо бычков красной степной породы превосходило мясо черно-пестрой и красно-пестрой пород. В продуктах убоя бычков красной степной породы отмечено наименьшее содержание металлов, превышающих ПДК по содержанию никеля и железа.

4. Наибольшим загрязнением отличаются корма в пастбищный период. Содержание ТМ в суточном рационе в это время превышало ПДК по железу -ЗПДК и по никелю - 4ПДК

5. Использование в рационах льняного жмыха снижало содержание в крови коров опытной ірушш РЬ, Ъь, Си, Бе соответственно в 1,6; 2,06; 1,2; 2,3 и 1,4 по сравнению с контролем; в молоке коров опытной группы по окончании опыта содержание Си, N1, Бе было меньше соответственно в 1,8; 2,2; 2,5 и 2,1 раза, чем на начало опыта. Скармливание льняного жмыха бычкам красной степной породы в течение 120 дней снизило концентрацию Ъл, Си, N1 и Ие соответственно в 1,7; 2,2; 1,8 и 2,0 раза.

6. Включение, в рационы бычков на откорме и лактирующим коровам льняного жмыха улучшило технологические свойства молока и мяса: в молоке содержание жира повысилось на 1,31%, бежа - на 1,88%, сахара - на 2,3%, сухого вещества - на 2,12%, СОМО - на 2,21%, в мясе - на 15,3% больше протеина.

8. В пригородных зонах промышленного центра использование в рационе крупного рогатого скота льняного жмыха экономически целесообразно: прибыль от реализации молока была выше на 477,6 руб., уровень рентабельности - на 5,1%.

Предложения производству

1. При интенсивном техногенном загрязнении пригородных зон промышленных центров необходим мониторинг кормов, потребляемых животными, и продукции животноводства на содержание элементов I и П класса опасности (Сё, РЬ, гп, Си, Бе).

2. В техногенно загрязненных зонах для производства экологически безопасных продуктов скотоводства целесообразно разводить породы крупного рогатого скота, устойчивые к воздействию опасных ксенобиотиков - тяжелых металлов. К числу таких пород относится красная степная.

3. Для снижения содержания ТМ в продуктах скотоводства и повышения его качества при техногенной нагрузке следует включать в рационы крупного рогатого схота льняной жмых из расчета 1 г на 1 кг живой массы.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК

1. Пенькова, И.Н. Мониторинг тяжелых металлов при производстве молока в условиях пригородной зоны Волгоградской агломерации / И.Н. Пенькова, Т.Т. Ривняк, Н.В. Онистратенко // Проблемы региональной экологии. - М.: «МК-Периодика», 2004, №6. - с.69-73

2. Пенькова, И.Н. Экологические аспекты производства молока в пригородной зоне Волгограда / И.Н. Пенькова, Т.Т. Ривняк, Н.В. Онистратенко // Зоотехния - М.: №6,2005. - с.20-24.

3. Пенькова, И.Н. Использование силоса, заготовленного с консервантом Бишокон-ндеал, в кормлении лактирующих коров / И.Н. Пенькова, Т.Т. Ривняк, Н.В. Онистратенко // Кормопроизводство - М.: №1,2011. - с.46-48.

4. Стребкова, З.В. Влияние экологических условий на качество продуктов животноводства / З.В. Стребкова, Н.В. Онистратенко, И.Н. Пенькова // Известия Нюкневолжского агроуниверситетского комплекса,-2011.-№3 (23). —с. 146-151.

Публикации в других журналах и изданиях

5. Пермякова, О.В. Газоустойчивость древесных растений, используемых в озеленении / О.В. Пермякова, Н.В. Онистратенко // Агролесомелиорация: Проблемы, пути их решения, перспективы: мат. межд. науч.-практ. конф., посвященной 70-летию ВНИАЛМИ. -Волгоград, 2001. - с. 302-304.

6. Онистратенко, Н.В. Сточные воды с урбанизированной территории как фактор антропогенного воздействия на состояние р. Волги / Н.В. Онистратенко, О.В. Пермякова // Системные технологии продовольственного сырья и пищевых продуктов: Мат. Международной научно-практической конференции. - М.: «Вестник РАСХН»,- с. 138-145.

7. Пенькова, И.Н. Оценка качества и экологической безопасности консервированных кормов из нетрадиционных растений в условиях техногенного загрязнения пригородной зоны Волгоградской агломерации / И.Н. Пенькова, В.А. Парамонов, Н.В. Онистратенко Н Адаптивные системы и природоохранные технологии производства с.-х. продукции в аридных районах Волго-Донской провинции. - М.: Современные тетради, 2003. - с.371-377.

8. Пенькова, И.Н. Качество и экологическая безопасность воды, применяемой в животноводстве пригородной зоны Волгоградской агломерации I И.Н. Пенькова, Т.Т. Ривняк, Н.В. Онистратенко // Системные технологии продовольственного сырья и пищевых продуктов.: Мат. межд. научно-практ. конф. - М.: Вестник РАСХН, 2003. - с.343-346.

9. Онистратенко, Н.В. Загрязнение тяжелыми металлами растительности пригорода Волгограда / Н.В. Онистратенко // Оптимизация агроландшафтов, проблемы и перспективы развития агролесомелиорации и защитного

лесоразведения: Мат. кауч.-практ. конф. асп. и мол. учен. - Волгоград: изд. ВНИАЛМИ, 2004. - с.139-143.

10. Пенькова, И.Н. Экологическая безопасность молока в условиях техногенного загрязнения пригородных зон промышленных центров Нижнего Поволжья (на примере Волгоградской агломерации) / ИЛ. Пенькова, Т.Т. Ривняк, Н.В. Онистратенко // Экологические и социально-экономические аспекты устойчивого развития Нижней Волги - М.: Изд-во «Современные тетради», 2005. -с.96-102.

11. Пенькова, И.Н. Улучшение качества и экологической безопасности продуктов скотоводства в пригородных зонах промышленных центров Северного Прикаспия/ И.Н. Пенькова, О.В. Пермякова, В.А. Парамонов, Т.Т. Ривняк, A.A. Мединцев, Н.В. Онистратенко // Эколого-мелиоративные аспекты научно-производственного обеспечения АПК. - М.: Изд-во «Современные тетради», 2005. -с. 557-564.

12. Пенькова, И.Н. Молочное скотоводство в условиях техногенного загрязнения пригородных зон промышленных центров Северного Прикаспия / И.Н. Пенькова, З.В. Стребкова, О.В. Пермякова, Н.В. Онистратенко, Т.Т. Ривняк // Эколого-мелиоративные аспекты научно-производственного обеспечения АПК. -М.: Изд-во «Современные тетради», 2005. - с. 568-578.

13. Пенькова, И.Н. Экотоксикологические аспекты производства молока в условиях пригородных зон промышленных центров Нижнего Поволжья (на примере Волгоградской агломерации) / И.Н. Пенькова, Т.Т. Ривняк, Н.В. Онистратенко, В .А. Парамонов // Экологические аспекты устойчивого развития Нижней Волги. - М.: Современные тетради, 2005. - с.91-96.

14. Пенькова, H.H. Качество и экологическая безопасность мяса бычков молочных пород крупного рогатого скота в условиях пригородной зоны г. Волгограда / И.Н. Пенькова, АА. Мединцев, Н.В. Онистратенко, О.С. Юрина // Стратегия научного обеспечения развития конкурентоспособного производства отечественных продуктов питания высокого качества: мат. межд. науч.-практ. конф. - Волгоград: ВолгГТУ, 2006. - 4.2. - с.264-267.

15. Пенькова, И.Н. Влияние пород коров на содержание тяжелых металлов в молоке и продуктах его переработки в условиях пригородной зоны г.Волгограда / И.Н. Пенькова, А.Г. Слюсарь, Н.В. Онистратенко, О.С. Юрина // Стратегия научного обеспечения развития конкурентоспособного производства отечественных продуктов питания высокого качества: мат. межд. науч.-практ. конф. - Волгоград: ВолгГТУ, 2006. - 4.2. - с.273-277.

16. Шишкунов, В.М. Уровни загрязнения тяжелыми металлами пищевой цепи крупного рогатого скота в пастбищный период / В.М. Шишкунов, И.Н. Пенькова, О.С. Юрина, Н.В. Онистратенко П Современные технологии производства и переработки сельскохозяйственного сырья дня создания конкурентоспособных пищевых продуктов: мат. межд. науч.-практ. конф. -Волгоград: ВолгГТУ, 2007.-4.2 - с.193-196.

Подписано в печать 07.02.2012 г. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Объем 1,0 пл. Заказ 91 Тираж 100 экз.

Издательство ФГБОУ ВПО РГАЗУ 143900, Балашиха 8 Московской области

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Онистратенко, Николай Владимирович, Москва

61 12-3/548

ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет»

На правах рукописи

Онистратенко Николай Владимирович

Распространение и нейтрализация ксенобиотиков в системе «почва-растения-животные-продукция животноводства»

03.02.08 - экология

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ Еськов Евгений Константинович

Москва 2012

Оглавление

Введение

1. Обзор литературы:

1.1. Тяжелые металлы, их классификация, влияние на окружающую среду, здоровье человека и сельскохозяйственных животных

1.2. Источники загрязнения окружающей среды промышленных центров и пригородных агроландшафтов тяжелыми металлами

1.3. Экологическая ситуация в г.Волгограде

1.4. Состояние скотоводства в Волгоградской области (Нижнем Поволжье)

1.5. Способы детоксикации компонентов пищевой цепи крупного рогатого скота при контаминации тяжелыми металлами

2. Материалы и методы исследований

3. Результаты собственных исследований

3.1. Экологический мониторинг содержания тяжелых металлов в пригородных экосистемах г.Волгограда

3.1.1. Содержание тяжелых металлов в атмосферном воздухе г.Волгограда

3.1.2. Содержание тяжелых металлов в почвах пригородной зоны г.Волгограда

3.1.3. Содержание тяжелых металлов в водных источниках, используемых для водопоя крупного рогатого скота и полива кормовых культур

3.1.4. Содержание тяжелых металлов в кормах, выращиваемых в пригородной зоне

3.1.5. Концентрация тяжелых металлов в организме крупного рогатого скота (крови, волосяном покрове, продуктах убоя)

3.1.6. Минеральный состав молока в условиях техногенной нагрузки, коэффициенты перехода тяжелых металлов в молоко

3.1.7. Химический состав и качественные показатели мясо-молочного сырья в условиях техногенеза

4. Использование льняного жмыха для снижения содержания тяжелых металлов в организме и продукции коров и бычков красной степной породы

4.1. Физико-химические свойства льняного жмыха.

4.2. Валовое содержание тяжелых металлов в рационах крупного рогатого скота в опытный период

4.3. Влияние скармливания льняного жмыха на содержание тяжелых металлов в молоке коров и продуктах убоя бычков красной степной породы

4.4. Качество и технологические свойства продуктов скотоводства в опыте по скармливанию льняного жмыха

4.5. Экономическая эффективность использования льняного жмыха в молочном скотоводстве пригородной зоны

Выводы

Предложения производству

Список использованной литературы

Введение

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Загрязнение окружающей среды химическими веществами и связанное с этим изменение экологического равновесия в природе является наиболее актуальным на сегодняшний день. Экологические проблемы являются лимитирующим фактором, негативно влияют на живые организмы, на состояние здоровья людей и животных, в том числе и сельскохозяйственных. Основным источником производства продуктов питания животного происхождения являются сельскохозяйственные экосистемы, а наиболее опасным для здоровья человека является употребление продуктов питания, содержащих высокие концентрации тяжелых металлов[3,10,30, 143].

Тяжелые металлы занимают первое место среди токсикантов, но роль большинства из них двойственна, так как они необходимы для нормальной жизнедеятельности теплокровных. В отличие от органических соединений тяжелые металлы не разрушаются в почве и воде, а накапливаются в объектах внешней среды и мигрируют по трофическим цепям в корма и продукцию сельскохозяйственных животных [7,57,154]. Тяжелые металлы в случае их накопления в продуктах животноводства могут являться причиной пищевых токсикозов, оказывать канцерогенный и мутагенный эффекты[25,31,160].

Экологическая обстановка в Волгоградской области, как и во всем регионе Нижнего Поволжья, остается напряженной. Основным источником загрязнения окружающей среды являются гг.Волгоград и Волжский. Общая площадь агропромзоны вокруг них, пораженной токсикантами, составляет более 47 тыс.га. Валовой выброс вредных веществ в воздух от стационарных источников составляет в г.Волгограде 330 тыс. тонн в год, а суммарный объем сброса сточных вод в водные объекты г.Волгограда достигает 206,5

млн. м [61,89,102]. Не случайно, что г.Волгоград является одним из самых

экологически неблагоприятных городов России[45].

Производство продукции животноводства экономически выгодно в непосредственной близости от потребителей и предприятий переработки, но в то же время здесь возникает риск загрязнения ее различными токсикантами, особенно в зоне влияния промышленных центров. Это в полной мере относится к пригородной зоне г.Волгограда, особенно ее части, находящейся под влиянием южной промзоны, где расположены крупные нефтехимические гиганты: ООО «Лукойл-Нефтепереработка», ОАО «Каустик», ОАО «Химпром», ТЭЦ-3 и др. По уровню экологического неблагополучия этот южный район (Красноармейский) условно считается 100% неблагополучным, а заболеваемость здесь выше в 1,5-4,0 раза, чем в Центральном районе города. В связи с этим, в целях обеспечения экологической безопасности продукции скотоводства, производимой в пригородной зоне г. Волгограда, назрела необходимость проведения оценки накопления тяжелых металлов в цепи: атмосфера

Это позволит уменьшить или устранить загрязнение продукции животноводства в пригородной зоне, что и определило актуальность нашей научно-исследовательской работы.

Предмет исследований - объекты животноводства пригородной зоны г.Волгограда; объект исследований - экосистемы пригородной зоны г.Волгограда, территория которой подвергается техногенному загрязнению.

Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось определение связи между содержанием тяжелых металлов в объектах внешней среды и их распространением в системе - животное и продукция животноводства. Наряду с этим разрабатывали мероприятия,

почва - корма - животное - продукция (молоко, мясо)

вода

обеспечивающие повышение качества и экологической безопасности продуктов скотоводства в условиях пригородной зоны промышленного центра.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

- изучали загрязненность тяжелыми металлами пригородную зону г. Волгограда;

- определяли содержание тяжелых металлов: Сс1, Ъъ, РЬ, Си, №, Бе, а также Аз в системе «почва - вода - корма - животное - продукция животноводства»;

- изучали качество и технологические свойства продуктов скотоводства в условиях техногенеза пригородной зоны;

- разрабатывали способы детоксикации тяжелых металлов, оказавшихся в организме животных и продукции крупного рогатого скота, на основе применения регионального сорбента.

Научная новизна. Впервые проведена комплексная оценка степени загрязнения тяжелыми металлами пригородной зоны крупного промышленного центра - Волгограда. Прослежена миграция ТМ в системе «почва - вода - корма - животные - продукция животноводства».

Определено влияние накопления ТМ в продукции животноводства на ее качество в зависимости от породной принадлежности животных.

На основании экспериментальных данных исследований разработан способ снижения концентрации тяжелых металлов в организме и продукции крупного рогатого скота, применив природный адсорбент - льняной жмых.

Обоснованность и достоверность результатов исследований обеспечена комплексностью проработки темы с использованием научно-обоснованных методик, большим объемом экспериментальных данных и подтверждается их математической и статистической обработкой, проведением полевых и производственных экспериментов в условиях пригородной зоны г. Волгограда.

Практическая значимость. Показана целесообразность проведения экологического мониторинга пищевой цепи крупного рогатого скота и использования льняного жмыха для обеспечения получения качественных и экологически безопасных продуктов скотоводства в условиях техногенеза пригородных зон промышленных центров Нижнего Поволжья (на примере пригородной зоны г. Волгограда). Даны рекомендации производству по использованию продуктов скотоводства, полученных от разных пород крупного рогатого скота в условиях техногенного загрязнения.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

- Территория пригородной зоны г. Волгограда неравномерно загрязнена

ТМ

- Содержание ТМ в системе: почва - растение - вода - корма - животное - продукция скотоводства превышает ПДК во всех звеньях этой цепи

- Продукция трех молочных пород коров (красной степной, черно-пестрой, красно-пестрой), содержащихся в пригородных зонах г. Волгограда, отличается по загрязненности ТМ, что вероятно, обуславливается спецификой породных свойств животных.

- Скармливание льняного жмыха способствует снижению содержания ТМ в организме и продукции крупного рогатого скота.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и одобрены на международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию Всероссийского НИИ

агролесомелиорации «Агролесомелиорация: проблемы, пути их решения, перспективы» (Волгоград, 2001); на научно-практической конференции «Разработка адаптивных систем и природоохранных технологий производства сельскохозяйственной продукции в аридных районах России» во Всероссийском НИИ орошаемого земледелия (Волгоград, 2003); на научно-практической конференции аспирантов и молодых ученых «Оптимизация агроландшафтов, проблемы и перспективы развития

агролесомелиорации и защитного лесоразведения» во Всероссийском НИИ агролесомелиорации (г.Волгоград, 2004); Международной научно-практической конференции «Научно-производственное обеспечение развития сельского социума» в ГНУ Прикаспийский НИИ аридного земледелия (с. Соленое Займище Астраханской обл., 2005); на Международных научно-практических конференциях в ГУ Волгоградский НИТИ мясо-молочного скотоводства и переработки продукции животноводства РАСХН: «Системные технологии продовольственного сырья и пищевых продуктов», «Стратегия научного обеспечения развития конкурентоспособного производства отечественных продуктов питания высокого качества», «Современные технологии производства и переработки сельскохозяйственного сырья для создания конкурентоспособных пищевых продуктов» (г. Волгоград, 2003, 2006, 2007).

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Тяжелые металлы, их классификация, степень опасности, влияние на окружающую среду, здоровье человека и животных.

Сам термин «тяжелые металлы», характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. Количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, варьирует в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде. В некоторых случаях к ним причисляют элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или даже металлоидам (например, мышьяк). Сейчас к тяжелым металлам относят более 40 металлов Периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой более 50: V, Сг, Мп, Бе, Со, N1, Си, Хп, Мо, Сё, вп, Нё, РЬ, В1 и др. [143, 148].

В классификации тяжелых металлов играет роль их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции [6, 100,128].

Тяжелыми считают металлы плотностью более 8 г/см , т.е. только 10: РЬ, Си, Хп, №, Сс1, Со, вЬ, Эп, В1, Щ [132].

Более 4,5 г/см3, ГОСТ 174.102-83:

1 - Аэ, Сё, Щ, РЬ, Бе, Ъп, Б;

2 - В1, Со, №, Мо, Си, БЬ, Сг;

2 - В, V, W, Мп, 8г.

Медико-санитарное воздействие химических элементов на жизнедеятельность пока изучено недостаточно: ПДК и другие нормы выведены эмпирически, при отсутствии общей теории. Не учитываются особенности химизма природных и техногенных систем, не всегда конкретные токсические свойства отнесены к определенным соединениям или формам элемента. Неизвестно суммарное влияние нескольких токсикантов, т.е. эффектов их «антагонистического» и «синергического» взаимодействия, т.к. в любой системе одновременно присутствуют разные токсичные металлы [79, 97, 169].

Поэтому микроэлементы и тяжелые металлы - понятия, которые относятся к одним и тем же элементам, основанные скорее на их содержании в объектах окружающей среды. Справедливо использовать понятие «тяжелый металл», когда идет речь об опасных для жизни концентрациях, и говорить о нем же, как о микроэлементе тогда, когда он находится в почве, воде, растениях и организме в малых концентрациях [97, 162, 183].

Тяжелые металлы можно разделить на фитотоксичные (токсичность для растений выше, чем для человека и животных), к ним относятся медь, никель, цинк, и токсичные для человека и животных. По способности аккумуляции для теплокровных установлен ряд Аэ, С<1 > Си, РЬ, Со, 8п > Мп,гп,№, Сг [120, 143, 165].

Источники поступления тяжелых металлов подразделяются на природные и техногенные: к природным относятся эрозионные процессы, выветривание горных пород и минералов, вулканическая деятельность; к техногенным - добыча и переработка ископаемых, сжигание топлива, влияние транспорта, удобрений.

В отличие от других техногенных загрязнителей влияние тяжелых металлов на среду обитания и человека десятилетия оставались незамеченными. Это было обусловлено отсутствием высокочувствительных методов анализа большинства тяжелых металлов. Но «металлы-токсиканты» очень опасны, т.к. обладают самой высокой стабильностью во времени и для полного разложения нужны столетия, а не годы [42, 43, 94], поэтому загрязнение биосферы токсичными веществами, к которым относятся тяжелые металлы, является одной из актуальных проблем современности и требует пристального внимания [ 161,164,173].

Роль тяжелых металлов двойственна: большинство из них необходимо для нормального протекания физиологических процессов, однако в повышенных концентрациях они токсичны, (табл. 1).

Таблица 1

Необходимые для живых организмов ионы металлов [по 42]

Содержание в Концентрация Дневное

Ион металла Форма при организме в плазме потребление

рН 7 человека крови

100 г 141 мМ 1-3 г

К+ К+ 140 г 4 мМ 2-5 г

м§2+ 25 г 0,9 мМ 0,7 г

Са2+ Са2+ 1100 г 1,3 мМ 0,8 г

• Сг3+ Сг(ОН)2+ 6 г 0,5 мкМ 0,1 мг

Мо6+ Мо042" 9 г - 0,3 мг

Мп2+ Mn2+ 12 г 1 мкМ 44 мг

Fe3+ FeO(OH)| 4-5 г 20 мкМ 10-20 мг

Fe2+ Fez+ 4-5 г 20 мкМ 10-20 мг

Сог+ Co2+ 1 мг 0,5 мкМ о * 3 мкг

Ni2+ m2+ 10 мг 0,05 мкМ -

Сиг+ CuOj 0,1 г 19 мкМ Змг

Zni+ Zn2+ 2 г 46 мкМ 15 мг

----

- Витамин В i2

Многие металлы проявляют высокую токсичность уже в следовых количествах и способны концентрироваться в живых организмах. Тяжелые металлы - ртуть, кадмий, мышьяк, свинец, относящиеся к первому классу опасности, вызывают сердечно-сосудистые расстройства, тяжелые формы аллергии, обладают канцерогенными свойствами. Они являются генетическими ядами, поскольку аккумулируются в организме с отдаленным эффектом действия, проявляющимся в наследственных заболеваниях, умственных расстройствах и т.д. (табл. 2) [81, 155, 186].

Не все тяжелые металлы токсичны, так как в эту группу входят медь, цинк, молибден, кобальт, марганец, получившие название микроэлементы и имеющие важное биологическое значение в жизни теплокровных животных и микроорганизмов (к примеру, в 1 кг сухого вещества рациона для молочных коров должно содержаться в мг: медь - 5-10, марганец - 40-60, цинк - 30-60, железо - 50-70, кобальт - 0,5-1,0, молибден - 0,2-2,5). Дефицит их вызывает ряд заболеваний [2, 21, 58]: железодефицит, железодефицитные состояния являются самым распространенным микроэлементозом человечества. Железодефицит колеблется от 20 до 95%. В Индии, Центральной Африке 50% популяции страдает анемиями, железодефицит зарегистрирован у населения Филиппин, Пакистана, Турции. В Западной Европе он колеблется у женщин и детей от 15 до 25. Цинкодефицит

зарегистрирован в Иране у молодых людей в виде отставания в росте и половом созревании. Лечение - сульфатом цинка.

Таблица 2.

Симптомы действия недостатка и избытка элементов на организм

теплокровных [по 42]

Элемент Недостаток Избыток

Литий Агрессивность, снижение содержания серотонина

Фтор Кариес зубов Флюороз, болезни органов дыхания, болезни печени, остеохондроз

Магний Аритмия сердечных сокращений, состояние беспокойства, чувство страха, бессонница, головные боли Заболевания сердечнососудистой системы и органов пищеварения, склероз, гипертония, желчно- и мочекаменная болезнь

Алюминий Нейротоксическое действие, болезнь Альцгеймера (разновидность преждевременного старения)

Хром Сахарный диабет Сухость и боль ротовой полости, затруднение дыхания, слабость

Марганец Сахарный диабет, задержка роста, замедление окостенения скелета, затруднение репродукции Атеросклероз, «марганцевая пневмония», нарушения в половой сфере, поражение ЦНС, цирроз печени, рак пищевода и желудка, эм