CC BY
55
КОРМОПРОИЗВОДСТВО
УДК 633.2/.3.033:581.5:636.22/.28
Оценка экологического благополучия территории пастбищ
Горчаков Владимир Викторович, кандидат биол. наук, вед. научный сотрудник ФГБНУ «НИВИ НЗ России», г. Нижний Новгород, Россия
E-mail: nivinzrf@mail.ru
При содержании скота на пастбищах проявляется очень тесная взаимосвязь качества корма и животноводческой продукции. Увеличение содержания экотоксикантов в окружающей среде ведёт к их накоплению в растениях. Суммарное содержание тяжёлых металлов в рационах коров в течение пастбищного периода превосходит зимне-стойловый период по свинцу в 2,2 раза. Установлено, что при загрязнении почв тяжёлыми высокоопасными металлами - кадмием (Cd), свинцом (Pb), цинком (Zn) и умеренноопасными, например, медью (Cu) наблюдается их повышенная подвижность в трофической цепи и накопление в животноводческой продукции. Цель исследования - проведение токсикологического мониторинга выпасных угодий с помощью биотестирования для использования в оценке экологического состояния территорий при создании пастбищ. Биотестирование проводили с использованием половозрелых гидробионтов. В качестве биоиндикаторов использовали пресноводных моллюсков семейства катушек (Gastropoda Pulmonata Planorbidae) Planorbarius corneus L. или Planorbis planorbis L., которым в течение 30 суток скармливали листья клёна остролистного (Acer platanoides L.), собранные в начале листопада и выдержанные в дистиллированной воде при температуре 20-25оС в течение 3-5 суток. При гибели 30% и более улиток, отсутствии или прекращении яйцекладки и прекращении развития зародышей в яйцах уровень загрязнения оценивали как высокий. При гибели менее 30% катушек, прекращении яйцекладки и остановке развития зародышей в яйцах - как средний. При отсутствии гибели, сохранении яйцекладки и развития зародышей в яйцах - как низкий. Точность оценки подтверждалась химическим анализом на содержание тяжёлых металлов: Pb, Cd, Zn и Cu, которые относятся к числу приоритетных как для фонового мониторинга окружающей среды, так и для экологической оценки территории.
Ключевые слова: пастбища, крупный рогатый скот, экология, экотоксиканты, тяжёлые металлы, биотестирование, биоиндикаторы, пресноводные моллюски, растения
При выборе земельного участка под создание долговременного, однолетнего или окультуренного пастбища решающее значение имеет экологическая обстановка на данной территории. Увеличение содержания экотоксикантов в окружающей среде ведёт к их накоплению в растениях. Установлено, что при загрязнении почв тяжёлыми металлами (высокоопасными - кадмием, свинцом, цинком и умеренноопасными, например, медью) наблюдается их повышенная подвижность в трофической цепи и накопление в животноводческой продукции. Так, концентрация экотокси-канта свинца в молоке прямо пропорциональна его содержанию в рационе коров [1]. Особенно быстро все неблагоприятные изменения качества корма проявляются на количестве, составе, вкусовых и технологических свойствах молока и продуктов его переработки. Существует прямая корреляция между содержанием тяжёлых металлов в органах коров и их плодами. В наиболее загрязнённых районах ^ в сумме с другими техногенными загрязнителями, особенно в комбинации с Zn и Cd, скапливающимися на пастбищах вследствие, промышленных выбросов, вполне обосновано может усиливать токсическое воздействие, и при миграции в пищевой цепи «вода-
почва-корма-молоко» является причиной острой интоксикации у людей [1, 2]. Постепенное поступление тяжёлого металла ^ с кормами и накопление его в организме животного сопровождается глубокими патоморфологическими изменениями во внутренних органах. Повышенное содержание тяжёлых металлов выявляется уже у 30-дневных телят, и с возрастом происходит их кумуляция, что приводит к хронической интоксикации животных [2]. При воздействии этого фактора диагностировано хроническое отравление медью овцематок в перинатальный период [3]. Большое значение для обеспечения безопасности кормов, производимых на сенокосах и пастбищах, имеет изучение влияния природных и антропогенных факторов на продуктивность и производительную устойчивость угодий [1, 4, 5].
В настоящее время оценка качества природной среды осуществляется на основе экологического мониторинга. Физические и химические методы оценки состояния окружающей среды, давая количественные и качественные характеристики факторов воздействия, об их действии на биологические объекты позволяют судить лишь косвенно. Методы биотестирования, основанные на ответной реакции живых организмов на негативное воздей-
ствие загрязняющих веществ, способны давать достоверную информацию о качестве окружающей среды, прежде всего, живых организмов. Причём изменения этого состояния регистрируются на самых ранних стадиях деградации. Широкое распространение имеет фито-индикация. В силу прикреплённого образа жизни растения особенно зависимы от состояния двух сред - наземно-воздушной и почвенной, в которых происходит их рост и развитие. Поэтому на жизнедеятельность растительного организма загрязнения атмосферы и почвы оказывают самое непосредственное влияние. В качестве фитоиндикаторов могут выступать как высшие, так и низшие формы растений. Наибольшее применение для оценки уровня техногенного загрязнения в лесу получили эпифитные лишайники и мхи, обладающие повышенной чувствительностью к агрессивным элементам [4]. При оценке уровня техногенного загрязнения отдельными поллютанта-ми проводят листовой анализ химического состава лиственных и хвойных древесных пород [4, 6]. Предпочтительными в качестве фи-тоиндикаторов являются лиственные породы деревьев, у которых в условиях агротехноген-ного загрязнения содержание Zn, Cd и Pb во всех органах значительно выше, чем у хвойных [6, 7], что позволяет использовать лист в качестве высокочувствительного индикатора на более открытых сухопутных пространствах.
Цель исследований - проведение токсикологического мониторинга выпасных угодий с помощью биотестирования для использования в оценке экологического состояния территорий при создании пастбищ.
Материал и методы. Исследования проводили в лаборатории, аквариальной ФГБНУ «НИВИ НЗ России», НИИ Нижегородского национального исследовательского университета им. Н.И. Лобачевского и на площадках под создание пастбищ в Нижегородской области.
Материалом для биоанализа в качестве фитоиндикатора использовали остролистный клён (Acer platanoides L.) - повсеместно распространённое сухопутное древовидное растение, листья которого являются предпочтительным кормовым объектом для моллюсков сем. Planorbidae - обитателей пресноводных территорий экосистем среднерусских пастбищ. Роль тест-организмов выполняли катушки (Gastropoda Pulmonata Planorbidae) - обитающие в пресноводных водоёмах. Моллюски питаются нитчатыми водорослями, отмираю-
щими частями высших водных растений, листовым опадом и другими органическими остатками. Могут содержаться в аквариумах для поддержания биологического равновесия. Уничтожают налёт микроскопических водорослей на стенках аквариума и грунте, съедают остатки корма и разные органические образования. Использовали половозрелых особей Р. еогпвш (диаметр раковины 10-11 мм) или Р. planorbis (диаметр раковины 8-11 мм), культивируемых в лабораторных условиях, для повышения достоверности и обеспечения воспроизводимости.
В начале листопада по периметру площадки под пастбище собирали листья клёна остролистного (по 50 шт. от 2-3 деревьев). Собранные листья высушивали в течение 5 суток в проветриваемом тёмном помещении при температуре 20-25оС, после чего их промывали, выдерживали в дистиллированной воде при комнатной температуре из расчёта 10 шт./0,5 л в течение 3-5 суток. В сосуд ёмкостью 10 л, заполненный отстоянной за 3 суток водопроводной нейтрально-кислой и средней жёсткости водой (использовали 2/3 верхнего слоя), помещали 30 экз. пресноводных моллюсков семейства катушек Р1апогЫёае и 25 шт. подготовленных листьев клёна. Скармливание осуществляли в течение 30 дней, листья под-кладывали по мере поедания без замены воды. Уровень техногенного загрязнения оценивали по основным показателям физиологического состояния катушек: гибель моллюсков (%); отсутствие или прекращение яйцекладки; нормальное развитие зародышей или прекращение эмбриогенеза в яйцах кладок. Содержание тяжёлых металлов ^^ Cd, Zn и в растениях определяли методами атомно-абсорбционной спектрофотометрии с использованием прибора АА-7000F, а также стандартных методик общего химического анализа трав [8].
Результаты и их обсуждение. Биоанализ 1. Испытано при выборе площадки № 1 для строительства пастбища в сентябре-октябре на территории, находящейся на расстоянии 70-100 м от автомагистрали и в непосредственной близости от лесонасаждений. Гибель катушек Р. еогпеш составила 30%. На 4-е сутки отмечали прекращение яйцекладки, а на 5-е сутки - прекращение развития зародышей в яйцах. Уровень загрязнения окружающей среды оценили как высокий. Проводили химический анализ на содержание Pb, Cd, Zn и ^ в листьях клёна остролистного и надзем-
ных частях пастбищных растений тимофеевки луговой (Phleum pratense L.) и клевера лугового (Trifolium pratense L.), собранных в проекции листопада клёна (табл. 1). Выбор тимофе-
евки луговой и клевера лугового обусловлен тем, что содержание ^ и Zn тесно в них коррелирует с содержанием обменной формы этих элементов в почве [5].
Таблица 1
Результаты химического анализа листьев клёна остролистного и надземных частей пастбищных трав с площадки № 1
Растение Кратность превышения ПДК
Pb Cd Zn Cu
Листья клёна остролистного в 2,10 раза в 1,27 раза в 1,57 раза в 1,35 раза
Пастбищные травы (тимофеевка, клевер) в 1,75 раза в 1,18 раза в 1,38 раза в 1,15 раза
Как видно из данных таблицы 1, концентрации Pb, Cd, Zn и ^ в листьях клёна остролистного и пастбищных травах превышали предельно допустимые концентрации (ПДК), что соответствовало высокому уровню загрязнения.
Биоанализ 2. Испытано при выборе новой площадки № 2 для строительства пастби-
ща в сентябре-октябре на территории, находящейся на расстоянии 800-1200 м от автомагистрали и в непосредственной близости от лесонасаждений. Гибель катушек P. planorbis составила 16,7%. На 8-10-е сутки отмечали прекращение яйцекладки, а на 10-12-е сутки -остановку эмбриогенеза в яйцах. Уровень загрязнения оценивали как средний (табл. 2).
Таблица 2
Результаты химического анализа листьев клёна остролистного и надземных частей пастбищных трав с площадки № 2
Растение Кратность превышения ПДК
Pb Cd Zn Cu
Листья клёна остролистного в 1,71 раза на уровне ПДК в 1,23 раза на уровне ПДК
Пастбищные травы (тимофеевка, клевер) в 1,34 раза на уровне ПДК в 1,12 раза на уровне ПДК
Как видно из данных таблицы 2, концентрации Pb и Zn превышали предельно допустимые, а концентрации Cd и ^ были на уровне предельно допустимых норм, что соответствовало среднему уровню загрязнения.
Биоанализ 3. Проведён при повторном выборе новой площадки № 3 для строительства пастбища в сентябре-октябре на территории, находящейся на расстоянии 4500-5000 м от автомагистрали и в непосредственной близости от лесонасаждений. Методы проведения однотипны предыдущим исследованиям. Отмечали отсутствие гибели катушек P. comeш и P. planorbis, сохранение их яйцекладки, а в отложенных яйцах - нормальное развитие зародышей. Уровень загрязнения оценивали как низкий.
Результаты химического анализа подтвердили результаты лабораторного исследования по определению уровня загрязнения окружающей среды методом биотестирования. Корреляция результатов биотестирования и химического анализа показывает возможность использования предлагаемой оценки экоток-сикологического состояния территорий для создания пастбищ.
Заключение. Таким образом, при гибели 30% и более пресноводных моллюсков вида Planorbarius corneus L. или Planorbis planorbis L. (Gastropoda Pulmonata Planorbidae) при биотестировании, отсутствии или прекращении ими яйцекладки и прекращении развития зародышей в яйцах уровень загрязнения территорий под пастбища оценивали как высокий. При гибели менее 30% катушек, прекращении яйцекладки и остановке развития зародышей в яйцах - как средний. При отсутствии гибели, сохранении яйцекладки и развития зародышей в яйцах - как низкий. Точность оценки подтверждалась химическим анализом на содержание тяжёлых металлов: Pb, Cd, Zn и Cu, которые относятся к числу приоритетных как для фонового мониторинга окружающей среды, так и для экологической оценки территории.
Список литературы
1. Ненашев Р.А., Калиниченко С.А., Яноч-кин И.В. Влияние различных видов кормов на содержание тяжёлых металлов в рационе и молоке коров // Зоотехническая наука Белоруссии. 2006. Т. 41. С. 272-277.
2. Шкуратова И.А., Донник И.М., Верещак Н.А. Накопление тяжёлых металлов у крупного рогатого скота в онтогенезе в условиях техногенного загрязне-
ния // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2008. №11. С. 200-203.
3. Matsumoto Y., Kinouchi R., Kabeya M., Hara M. et al. Choronic copper poisoning in Suffolk ewes at the perinatal period. J. Japan Veter. Med. Assn. 2014. Vol. 67. №8. P. 587-592.
4. Дубенок Н.Н., Евтюхин В.Ф. Закономерности распределения тяжёлых металлов в почвах лесных экосистем (на примере центральной части Рязанского региона) // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2011. №3. С. 26-30.
5. Сосорова С.Б., Кашин В.К., Ширеторова В.Г. Микроэлементы (Mn, Cu, Zn) в почвах и растениях дельты реки Селенга // Агрохимия. 2008. №6. С. 51-62.
6. Гиниятуллин Р.Х., Кулагин А.Ю. Оценка содержания металлов в надземных органах берёзы повислой в условиях полиметаллического загрязнения окружающей среды // Аграрная Россия. 2010. №6. С. 21-25.
7. Савинцева Л.С. Показатели флуктуирующей асимметрии берёзы повислой (Betula pendula Roth.) в условиях антропогенного воздействия на примере г. Кирова // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2011. №5. С. 24-28.
8. Motuzas A.J., Trimirka V., Vaisvalavicius R., Butkus V. et al. Methodological aspects of the assessment of roadside luvisol contamination with heavy metals. Zemes ukio mokslai. 2008. Vol. 15. №3. P. 1-7.
Assessment of ecological well-being of the territories of pastures Gorchakov V.V., PhD in Biology, Leading Researcher
Research Veterinary Institute of the Non-Chernozem Zone of the Russian Federation, Nizhny Novgorod, Russia
The pasture management of livestock shows the close correlation between the quality of forage and the quality of animal products. The increase in the content of toxicants in the environment leads to their accumulation in plants. The total content of heavy metals in the diets of cows for lead during the grazing period is 2.2 times higher than that during the winter-stall period. It is established that soil pollution with heavy highly hazardous metals as cadmium (Cd), lead (Pb), zinc (Zn) and moderate hazardous metals (for example copper (Cu)) leads to their increased mobility in the food chain and accumulation in animal products. The aim of the current study was to conduct environmental monitoring of grazing area by a bioassay for the use in rapid assessment of environmental state of the territories for creation of pastures. The bioassay was performed at using of sexually mature aquatic organisms. Bioindicators were freshwater mollusks of the family orb snails (Gastropoda Pulmonata Planorbidae) Planorbarius corneus L. or Planorbis planorbis L. which were fed for 30 days long with leaves of Norway maple (Acer platanoides L.) collected at the beginning of the leaf fall and soaked in the distilled water at a temperature 20-25°C for 3-5 days. At the death of 30% or more of the snails, the absence or cessation of egg laying and termination of development of embryos in the eggs the level of pollution is estimated as high, at the death of less than 30% of snails, cessation of egg laying and termination of development of embryos in the eggs - as medium, at the absence of death, maintenance of egg laying band development of embryos in the eggs - as low. The accuracy of the assessment was justified by chemical analysis on the content of heavy metals Pb, Cd, Zn and Cu which are among the priorities for both the background environmental monitoring as well as for environmental assessment of the territories.
Key words: pastures, cattle, ecology, toxicants, heavy metals, bioassay, bioindicators, freshwater mollusks, plants
References
1. Nenashev R.A., Kalinichenko S.A., Yanoch-kin I.V. Vliyanie razlichnykh vidov kormov na soderz-hanie tyazhelykh metallov v ratsione i moloke korov. [Impact of various forages on the content of heavy metals in diets and milk of cows]. Zootekhnicheskaya nauka Belorussii. 2006. Vol. 41. pp. 272-277.
2. Shkuratova I.A., Donnik I.M., Vereshchak N.A. Nakoplenie tyazhe-lykh metallov u krupnogo rogatogo skota v ontogeneze v usloviyakh tekhno-gennogo zagryaz-neniya. [Accumulation of heavy metals in cattle in ontogenesis in the conditions of technogenic pollution]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2008. no. 11. pp. 200-203.
3. Matsumoto Y., Kinouchi R., Kabeya M., Hara M. et al. Choronic copper poisoning in Suffolk ewes at the perinatal period. J. Japan Veter. Med. Assn. 2014. Vol. 67. №8. pp. 587-592.
4. Dubenok N.N., Evtyukhin V.F. Zakonomernosti raspredeleniya tya-zhelykh metallov v pochvakh lesnykh ekosistem (na primere tsentral'noy chasti Ryazanskogo regiona). [Regularities of distribution of heavy metals in soils of forest ecosystems (on the example of the Central part of the Ryazan region)]. Doklady Rossiyskoy akademii sel'skokhozyaystvennykh nauk. 2011. no. 3. pp. 26-30.
5. Sosorova S.B., Kashin V.K., Shiretorova V.G. Mikroelementy (Mn, Cu, Zn) v pochvakh i rasteniyakh del'ty reki Selenga. [Microelements (Mn, Cu, Zn) in soils and vegetation in the delta of the Selenga river]. Agrokhimiya. 2008. no. 6. pp. 51-62.
6. Giniyatullin R.Kh., Kulagin A.Yu. Otsenka soderzhaniya metallov v nadzemnykh organakh berezy povisloy v usloviyakh polimetallicheskogo zagryazneniya okruzhayushchey sredy. [Evaluation of the content of metals in aeral organs of the common birch in the conditions of environmental polymetallic pollution]. Agrarnaya Rossiya. 2010. no. 6. pp. 21-25.
7. Savintseva L.S. Pokazateli fluktuiruyushchey asimmetrii berezy povisloy (Betula pendula Roth.) v usloviyakh antropogennogo vozdeystviya na primere g. Kirova. [Indicators of fluctuating asymmetry of common birch (Betula pendula Roth.) in the conditions of anthropogenic impact on the example of the Kirov city]. Agrarnaya naukaEvro-Severo-Vostoka. 2011. № 5. pp. 24-28.
8. Motuzas A.J., Trimirka V., Vaisvalavicius R., Butkus V. et al. Methodological aspects of the assessment of roadside luvisol contamination with heavy metals. Zemes ukio mokslai. 2008. Vol. 15. №3. pp. 1-7.
