CC BY
36
УДК 502.521.504.5:546.4/9
Курамшин Э.М.1, Богатова О.В.2, Нуртдинова Э.Э.3, Николаева С.В.3
1Уфимский государственный нефтяной технический университет 2Оренбургский государственный университет 3Уфимская государственная академия экономики и сервиса Е-mail: n-kuramshina@mail.ru; bov@mail.osu.ru
БИОЛОГИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ ГЕОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД ЮЖНОГО УРАЛА
Проведено комплексное изучение степени загрязнения почвенного покрова и кормовых ресурсов различных природно-сельскохозяйственных зон Башкортостана тяжелыми металлами (^, Zn, Mn, Pb, Cd). Обнаружено достоверное отличие морфологических и биохимических показателей крови лошадей, представляющих Северную лесостепную и Зауральскую степную зоны.
Ключевые слова: тяжелые металлы, загрязнения, экология, экомониторинг, ПДК, морфология, биология.
Республика Башкортостан является одним из крупнейших агропромышленных регионов России. Также большое развитие получили отрасли нефтедобывающей, горнорудной, химической и нефтехимической промышленности. Интенсивная разработка природных ресурсов, добыча полезных ископаемых открытым способом, сброс сточных вод в водные объекты, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу оказали прямое или опосредованное воздействие на экологические условия Башкирского Зауралья.
Тяжелые металлы (ТМ) относятся к наиболее опасным для природной среды химическим загрязнителям (экотоксикантам), что обусловлено физиолого-биохимическими особенностями их действия и передачей по трофическим цепям. Загрязнение окружающей среды ТМ в настоящее время приобретает все возрастающий характер, это в значительной мере способствует увеличению поступления ТМ по пищевой цепи в организм человека. В связи с ростом загрязнения биосферы особый интерес и важное практическое значение имеет познание закономерностей поведения и распределения ТМ в биоресурсах. Важность понимания проблемы загрязнения ТМ сельскохозяйственной продукции определяется тем, что животные находятся на более высоком уровне пищевой цепи, используются как продукты питания, а также для биоиндикации состояния экосистемы по загрязняющим веществам.
Экологическая безопасность продукции животноводства, в том числе и конины, имеющей большое значение в рационе населения Башкортостана, является одним из основных факторов сохранения здоровья населения.
В этой связи в данном проекте планируется исследование процесса миграции ТМ в биогеохи-мической цепочке: почва - растения - животные. В качестве исследуемой территории выбраны хозяйства Хайбуллинского района, расположенного в Башкирском Зауралье, испытывающие негативное воздействие предприятий горнодобывающей отрасли. Фоновой территорией служил Бирский район, расположенный на северо-западе Башкортостана и удаленный на значительное расстояние от промышленных центров.
Материалы и методы
Экспериментальная работа проводилась в Центре-лаборатории «Экомониторинг и экобезопасность территории РБ» при кафедре ООС и РИПР УГАЭС. Предметом исследований на содержание тяжелых металлов явились пробы почвы, кормов (сена лугового, соломы пшеничной, зернофуража) и мяса лошадей Бирского и Хайбуллинского районов, представляющих различные природно-сельскохозяйственные зоны Башкортостана. Исследования проводили в пастбищный период. Отбор проб почвы, грубых кормов и зерна на проведение экологических исследований осуществляли с использованием общепринятых методов, согласно ГОСТ 50686-94, ГОСТ 27997-88, ГОСТ 27995-88 соответственно. Отбор образцов мяса лошадей проводили в соответствии с ГОСТ 995991, 7269-79 «Мясо. Методы отбора образцов, органолептические методы определения свежести мяса», а также «Правила ветеринарного осмотра убойных животных и ветеринарно-санитарная экспертиза мяса и мясных продуктов» (1998). Количественное определение тяжелых
металлов в образцах почвы, кормов и мяса проводили в соответствии с ГОСТ 30178-96 «Сырье и продукты пищевые. Атомно-адсорбционные методы определения токсичных металлов». Гематологические методы исследования включали определение следующих показателей: содержание эритроцитов (1012/л) с использованием аппарата Панченкова (Наумова А.М., 1962); гемоглобинов (г/л) - гемометра Сали (Наджимит-динов С.Т.,1970); лейкоцитов (109/л) - камеры Горяева. В качестве биохимических показателей рассматривали общий белок (г/л), альбумины (%), глобулины (%), определяемые рефрактометрическим методом по Рейсу, 1984.
Результаты и обсуждение
Исследовано загрязнение почвенного покрова и кормовых ресурсов различных природно-сельскохозяйственных зон территории РБ тяжелыми металлами для оценки их биоаккумуляции и влияния на организм лошадей и выявления районов с приемлемыми условиями для получения экологически чистой продукции коневодства. С этой целью определено содержание ТМ в почвах, в кормах (сено луговое, солома пшеничная, зернофураж), применяемых для кормления лошадей в Бирском (Северная лесостепная зона) и Хайбуллинском (Зауральская лесостепная зона) районах. Проведена оценка содержания ТМ в мышечной ткани лошадей. Исследованы гематологические и биохимические показатели крови лошадей.
В природных средах Башкортостана наибольшее распространение получили высокотоксичные соединения тяжелых металлов -цинка, свинца, кадмия (I класс опасности); умеренноопасного металла - меди (II класс опасности) и малоопасного - марганца (III класс опасности) (ГОСТ 17.4.1.02-83). Поступление
ТМ в почву происходит с атмосферными осадками, металлосодержащими пестицидами и удобрениями. Значительное количество ТМ содержится в двойном суперфосфате (цинка - 38; свинца - 39; меди - 14; кадмия - 3,7 мг/кг). Основным поставщиком соединений цинка в почву служит навоз (111 мг/кг).
Результаты определения валового содержания ТМ в почвах различных природно-сельскохозяйственных зон РБ, полученные в ходе работы, представлены в таблице 1.
Эти результаты свидетельствуют, что в исследованных пробах содержание ТМ близко к существующим фоновым значениям, превышение содержания марганца и кадмия наблюдалось в пробах почв, представляющих Зауральскую степную зону. Установлено достоверное отличие в содержании цинка (^ = -2,03; Р<0,05) и кадмия (^= -3,09; Р<0,01) в образцах почв, представляющих Северную лесостепную и Зауральскую степную зоны. Для кормов сельскохозяйственных животных установлены нормативы содержания ТМ, при этом значения ПДК для различных кормов (грубых и сочных, зерна и зернофуража) приняты одинаковыми. Концентрация ТМ в кормах различного вида (сено луговое, солома пшеничная, зернофураж), произведенных в различных зонах РБ, свидетельствует об изменении показателя в широких пределах: 2,6-11,5 мг/кг для меди; 7,1-35,3 мг/кг для цинка; 28,8-102,6 мг/кг для марганца; 0,5-4,7 мг/кг для свинца; 0,03-0,41 мг/ кг для кадмия (таблица 2).
Из приведенных данных также следует, что максимальное содержание ТМ (меди, цинка, марганца и кадмия) характерно для кормов, произведенных в Зауральской степной зоне (Хай-буллинский район), наименьшей загрязненностью ТМ характеризуются корма, произведенные в Северной лесостепной зоне (Бирский район).
Таблица 1. Валовое содержание тяжелых металлов в почвах
№ Природносельскохозяйственная зона Башкортостана (район РБ) Концентрация ТМ в почвах, мг/кг
Медь M ± m Цинк M ± m Марганец M ± m Свинец M ± m Кадмий M ± m
1 Северная лесостепная зона -Бирский район 14,5 ± 2,8 23,5 ± 4,7* 655± 131 13,3 ± 2,7 0,18 ± 0,04**
2 Зауральская степная зона -Хайбуллинский район 24,0 ± 4,6 44,0 ± 9,0* 940± 190 15,5 ± 3,0 0,52 ± 0,10**
3 Фоновое содержание*** 8-25 28-68 800-860 6-20 0,05-0,24
4 ПЯК**** 30 50 1500 32 1,0
n=80; *Р<0,05, **Р<0,01; ***Т.М. Мосина, 2000, ****И.А. Ахатова, 2004
Наблюдается превышение концентрации кадмия над соответствующими значениями ПДК в грубых кормах Хайбуллинского района [2].
Загрязнение кормов тяжелыми металлами способствует увеличению их поступления в организм лошадей. Результаты исследования концентраций ТМ в мышечной ткани лошадей различных зон территории Башкортостана, приведены в таблице 3.
Из представленных данных следует, что наблюдается повышенное содержание ТМ в образцах Зауральской степной зоны. При этом имеет место достоверное отличие между средними значениями концентрации меди = -2,40;
Р<0,05), цинка (^ = -4,87; Р<0,001), марганца (^ = -2,19; Р<0,05) и кадмия (^ = -3,90; Р<0,001) в образцах Северной лесостепной и Зауральской степной зонами. Существенное превышение ПДК кадмия обнаружено в образцах мышечной ткани лошадей Хайбуллинского района [1].
Кровь в организме животного занимает особое место, осуществляя общую регуляцию жизненно важных функций организма путем переноса питательных веществ. Она совместно с лим-
фой и тканевой жидкостью, окружая клетки, образует внутреннюю среду организма, постоянство состава которой крайне необходимо для нормальной жизнедеятельности всех органов и тканей. Сохраняя постоянство состава, кровь тем не менее является лабильной системой, быстро отражающей происходящие в организме изменения как в норме, так и в патологии [3].
Наибольшее содержание эритроцитов (8,8-1012/л) и более высокий уровень гемоглобина (146,5 г/л) в крови наблюдались в пробах, отобранных у животных, представляющих наименее загрязненную тяжелыми металлами Северную лесостепную зону (таблица 4). Повышенное содержание тяжелых металлов в организме лошадей Зауральской степной зоны вызывает снижение количества эритроцитов до 5,8-1012/л и понижение уровня гемоглобина до 116,0 г/л. Показатели концентрации эритроцитов (^ = 2,24, Р<0,05) и уровня гемоглобина (^ = 2,43, Р<0,05) имеют достоверное отличие при сравнении образцов крови лошадей из Северной лесостепной и Зауральской степной зон.
Таблица 2. Концентрация тяжелых металлов в кормах
Природно- Концентрация ТМ в кормах, мг/кг
№ сельскохозяиственная зона Башкортостана (раИон РБ) Медь М ± т Цинк М ± т Марганец М ± т Свинец М ± т КадмиИ М ± т
1 Северная лесостепная зона, БирскиИ раИон: - сено 3,6 ± 0,8* 12,8 ± 2,8 62,3 ± 12,1* 2,0 ± 0,4 0,12 ± 0,04
- солома 6,7 ± 1,3 10,1 ± 2,4 47,7 ± 8,5 3,2 ± 0,6 0,10 ± 0,03
- зернофураж 4,2 ± 0,8 5,3 ± 1,2 38,1 ± 7,5 0,5 ± 0,1 0,03 ± 0,01
2 Зауральская степная зона, ХаИбуллинскиИ раИон: - сено 3,8 ± 0,8* 19,1 ± 4,0* 81,5 ± 16,2* 2,6 ± 0,5 0,41 ± 0,12
- солома 11,5 ± 2,3 35,3 ± 7,0 102,6 ± 20,5 3,6± 0,7 0,30 ± 0,10
- зернофураж 5,9 ± 1,2 13,8 ± 2,7 58,9 ± 11,8 0,6 ± 0,1 0,10 ± 0,03
3 ПДК** 30,0 50,0 - 5,0 0,3
п=18; *Р<0,05; **И.А. Ахатова
Таблица 3. Содержание ТМ в мышечной ткани лошадей
№ Природно-сельскохозяйственная зона Башкортостана (район РБ) Концент эация ТМ в мышцах, мг/кг
Медь М ± т Цинк М ± т Марганец М ± т Свинец М ± т Кадмий М ± т
1 Северная лесостепная зона -Бирский район 2,5 ± 0,2* 17,4± 2,3** 1,3 ± 0,1* 0,8 ± 0,2 0,08 ± 0,01**
2 Зауральская степная зона -Хайбуллинский район 3,6 ± 0,4* 42,0± 4,5** 2,2 ± 0,4* 1,0 ± 0,3 0,24 ± 0,04**
3 ПДК*** 0,5-5,0 10-70 0,1-2,5 0,5 0,05
п=8; *Р<0,05; **Р<0,001; ***И.А. Ахатова, 2004
Таблица 4. Морфологический состав крови лошадей территории РБ
№ Природно-сельскохозяйственная Показатели
зона Башкортостана (район РБ) эритроциты, 1012/л лейкоциты, 109/л гемоглобин, г/л
1 Северная лесостепная зона -Бирский (п=8) 8,8 ± 1,2* 6,5 ± 0,5* 146,5 ± 8,3*
2 Зауральская степная зона -Хайбуллинский (п=7) 5,8 ± 0,6* 8,2 ± 1,0* 116,0 ± 6,3*
3 Среднее значение нормативных показателей 6-9 9,1 7-12 9,22 80-130 110
*Р<0,05
Таблица 5. Содержание сывороточного белка в плазме крови лошадей
№ Природно-сельскохозяйственная зона Башкортостана (район РБ) Показатели
Общий белок, г/л Альбумины, % Глобулин, % Белковый коэффициент, А/Г
1 Северная лесостепная зона -Бирский (п=8) 83,2 ± 16,0* 38,3 ± 7,5 61,7 ± 7,6 0,62
2 Зауральская степная зона -Хайбуллинский (п=7) 70,5 ± 13,2* 33,2 ± 4,7 66,8 ± 4,1 0,70
3 Среднее значение нормативных показателей 72,0 27,0 45,0 0,50
*Р<0,01
В результате проведенных исследований было установлено достоверное различие между средними значениями числа лейкоцитов в крови лошадей из Северной лесостепной и Зауральской степной зон = 2,22; Р<0,05), представляющих территории с различной степенью негативного влияния тяжелых металлов. Значения данного показателя возрастают в интервале (6,5-8,2)109/л и не выходят за пределы нормальных колебаний (7-12)109/л.
Белки плазмы выполняют многообразные функции: обеспечивают оптимальную вязкость крови и водный баланс организма, являются резервом для построения тканевых белков, осуществляют перенос биологически активных веществ, участвуют в регуляции кислотно-щелочного равновесия крови, выполняют защитные функции. У исследованных животных содержание общего белка в плазме крови изменяется в интервале 70,5-83,2 г/л, наименьшее значение характерно для лошадей Зауральской степной зоны (таблица 5).
Уровень альбуминов для лошадей Северной лесостепной зоны выше и составляет 38,3% по сравнению с таковым для представителей Зауральской степной зоны (33,2%), что свидетельствует о более высоких темпах среднесуточных приростов.
Увеличение содержания глобулиновых фракций, характерное для лошадей Зауральской степной зоны, указывает на процесс жирообразования (Сатыев и др., 2001). Белковый коэффициент изученных лошадей меньше единицы (0,50-0,70), что характерно для животных данного вида.
Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Проведено комплексное изучение степени загрязнения почвенного покрова и кормовых ресурсов различных природно-сельскохозяйственных зон Башкортостана тяжелыми металлами (Си, Zn, Мп, РЬ, Сё) для оценки их биоаккумуляции, возможного негативного влияния на организм лошадей и выявления районов с приемлемыми условиями для получения экологически чистой продукции коневодства.
2. В результате изучения морфологических и биохимических показателей крови лошадей обнаружено достоверное отличие концентрации эритроцитов (^ = 2,24; Р<0,05) и уровня гемоглобина (^ = 2,43; Р<0,05) у образцов, представляющих Северную лесостепную и Зауральскую степную зоны. Снижение количества эритроцитов (до 5,8-1012/л) и уровня гемоглобина (до 116,0 г/л) связано с повышенным содержанием тяжелых металлов в биопробах Зауральской степной зоны.
16.08.2012
Работа выполнена при поддержке гранта РГНФ, проект №12-16-02005
Список литературы:
1. Ахатова, И.А. Молочное коневодство: Племенная работа, технология производства и переработки кобыльего молока. -Уфа: Гелем, 2004. - 324 с.
2. Кудрявцев А.А., Кудрявцева Л.А. Клиническая гематология животных. - М.: Колос, 1974. - С. 112-158.
3. Сатыев Б.Х., Махмутов К.З., Самохвалов В.И. Коневодство Башкортостана. - Уфа, 2001. - 236 с.
Сведения об авторах:
Курамшин Э.М., профессор кафедры физической и органической химии Уфимского государственного нефтяного технического университета, доктор химических наук, профессор г. Уфа, ул. Менделеева, 197, корп. 5, e-mail: n-kuramshina@mail.ru Богатова О.В., заведующий кафедрой технологии переработки молока и мяса Оренбургского государственного университета, доктор сельскохозяйственных наук, профессор 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, ауд. 2129, e-mail: bov@mail.osu.ru Нуртдинова Э.Э., соискатель кафедры ООС и РИПР Уфимской государственной академии
экономики и сервиса
Николаева С.В., заведующий кафедрой ООС и РИПР Уфимской государственной академии экономики и сервиса, кандидат химических наук, доцент 450078, г. Уфа, ул. Чернышевского, 145
UDC 502.521.504.5:546.4/9
Kuramshin E.M., Bogatova O.V., Nurtdinova E.E., Nikolayeva S.V.
Е-mail: n-kuramshina@mail.ru
STIMULATING FOOD SOURCE FOR BEE FAMILIES WITH A COMPLEX AMINO ACID AND PROBIOTIC PREPARATIONS
The defective food source leads to deficiency of aminoacids and it weakens a bee families. It is necessary to add in a forage of bees preparations filling deficiency of amino acids, vitamins, microcells, also, probiotics, forcing out rotten microflora after wintering.
Key words: heavy metals, pollution, ecology, ekomonitoring, maximum concentration limit, morphology, biology.
Bibliography:
1. Akhatova, I.A. Milk horse-breeding: Pedigree work, technology of milk production and treatment. - Ufa: Gelem, 2001. - 324 p.
2. Kudryavtsev A.A., Kudryavtseva L.A. Clinical hematology of animals. - M.: Kolos, 1974. - P. 112-158.
3. Satiyev B.H., Makhmutov K.Z., Samokhvalov V.I. Horse-breeding in Bashkortostan. - Ufa, 2001. - 236 p.
