CC BY
91
УДК 574:636.085
Перепёлкина Л.И., д.с.-х.н., доцент, ДальГАУ Ленчевский С.А., аспирант
РОЛЬ СЕЛЕНА В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ ОБОСНОВАНИИ ВЫВЕДЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОРГАНИЗМА ЖИВОТНЫХ
Изучено содержание селена и тяжелых металлов (Hg, Pb, Cd) в кормах Амурской области. Определены причины накопления и пути снижения их в кормовых культурах.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: РТУТЬ. СВИНЕЦ. КАДМИЙ. ПОЧВА. СЕЛЕН. КОРМА.
Perepyolkina L.I., Doctor of agricultural sciences,
Lenchevsky S.A., post-graduate student, FESAU
SELENIUM ROLE IN ECOLOGICAL SUBSTANTIATION OF EXCRETION OF HEAVY METALS FROM ORGANISM OF ANIMALS
The content of selenium and heavy metals (Hg, Pb, Cd) in forages of the Amur region was studied. It were defined the reasons of accumulation and the way of their decrease in forage crops.
KEYWORDS: MERCURY, LEAD, CADMIUM, SOIL, SELENIUM, FORAGES
Сельскохозяйственное производство во всех странах во многом зависит от биогеохимических и климатических условий. Экологические условия кормопроизводства и агротехника возделывания кормовых культур влияют на урожайность, химический состав и питательность местных кормовых культур. Рациональное ведение животноводства и птицеводства возможно лишь при оптимальном использовании имеющихся местных кормов и правильном балансировании рационов по органическим и минеральным веществам в соответствии с научно обоснованными для местных условий нормами кормления.
Приамурье относится к биогеохимической провинции с недостатком в биосфере нормируемых минеральных веществ и избытком ряда особо токсичных металлов (Cd, Pb, Hg), что отражается, в свою очередь, на содержании этих элементов в кормах сельскохозяйственных животных и продуктах животноводства.
Актуальность экологической проблемы в том, что поступление токсикантов в организм человека происходит чаще всего по сложной системе: почва - растение (корм, рацион) -животное - продукт животноводства - человек.
Цель наших исследований - изучение содержания селена, тяжелых металлов в почве и кормах Приамурья и определение причины их накопления в кормах.
Условия, материалы и методы. Содержание селена, ртути, свинца и кадмия в почве и кормах определяли спектрофотометриче-
ским методом в лаборатории кафедры кормления, разведения и генетики сельскохозяйственных животных ДальГАУ на спектрофотометре СФ-46.
Из-за дисбаланса в биосфере минеральных веществ Амурская область относится к крайне неблагоприятным экологическим зонам. Основные циклы миграции тяжёлых металлов в биосфере (водные, атмосферные, биологические) начинаются в почве. Ряд элементов, в том числе ртуть, свинец и кадмий, оказывают токсическое действие на биосферу в целом. Почва служит единственным барьером на пути тяжёлых металлов. Их количество постоянно контролируют. Естественным уровнем загрязнения можно считать фоновое содержание тяжёлых металлов. Если оно превышено, но не опасно для здоровья животных и человека, почвы считают слабозагрязнёнными.
Кроме того, Амурская область является селендефицитной биогеохимической провинцией. В связи с этим изучение содержания селена в биосфере даст возможность определить и научно обосновать оптимальные нормы скармливания селена животным в условиях Приамурья.
Основным источником минеральных веществ животных и птицы являются корма. Содержание селена в них в первую очередь зависит от типа почв и природно-климатических условий отдельных регионов.
Основная масса этого элемента в почвах находится в виде элементарного селена, селе-
24
нидов, селенатов и в составе сложных органических соединений.
Концентрация селена в почвах регионов страны различается в очень широких пределах. Рядом исследователей отмечено наличие селена в почвах Русской равнины (1х 10" 6%), в осадочных породах некоторых районах Тывы, в почвах Московской области: в песчаных и подзолистых почвах найдено 1,2х 10"6%
- 32х 10"6% селена; черноземы, дерновоподзолистые, серые лесные и торфяные почвы содержат значительно больше этого элемента. [2].
Важную роль играют селениты - основная форма растворимых соединений селена. Их усвоение растениями зависит от ряда факторов: культуры, наличия элемента в почве, формы солей, их растворимости, сезона, количества осадков, времени вегетации.
Кислые и слабокислые почвы, характеризуются небольшим содержанием водорастворимого селена. При рН почвы от 5,3 до 6,5 в белковые фракции растений мигрирует незначительное количество этого элемента.
В почвах с рН от 4 до 5 значительная часть селена находится в виде элементарного селена, а также в виде селенит-иона. Селенит-ион образуется при высокой щелочной среде, в которой он находится в стабильном состоянии, обеспечивающим его усиленную миграцию. Поэтому в растениях, растущих на почвах, содержащих натриевые солончаки, селена содержится намного больше, так как натрий повышает щелочность почв, при которой усиливается миграция селенит-иона в растения. Внесение в кислые почвы извести и органических удобрений создает лучшие условия для миграции селена в растения. [1]
Селениды тяжелых металлов (Cd, Pb, Hg) в природных условиях встречаются в составе многих минералов.
По нашим данным среднее содержание селена в Приамурье по всем группам сельскохозяйственных районов находится в пределах
- 0,085 мг/кг, в пахотном слое пашни - 0,063. Наибольшее количество его установлено в пахотном слое пашни лугово-черноземовидных и
Содержание тяжелых металлов и селена в пахотном
аллювиальных луговых почвах от 0,138 до 0,148 мг/кг. В пробах, взятых с глубины до одного метра, наименьшее количество селена содержится в группе бурых-таежных почв и северных районов - 0,052 - 0,061 мг/кг, а в пахотном слое пашни - 0,037 мг/кг. В нижних слоях почв концентрация селена большая, чем в верхних. Это можно объяснить залеганием селеноносных почвообразующих пород.
Для сравнения, в некоторых центральных черноземных областях России, которые являются эталонными зонами по содержанию всех нормируемых минеральных веществ, селена содержится от 9 до 30 мг/кг. [3]
Дефицит селена в почвах сказывается на его накоплении в растениях.
По нашим данным содержание селена в растениях колеблется в пределах от 0,04 до 0,08мг в кг воздушно-сухого вещества. Максимальное содержание селена (0,08мг/кг) было в астрагале. Концентрация селена отмечается в дикорастущих, в культурных зеленых растениях и в зерновых кормах. Что касается культурных пастбищ, то содержание в них селена такое же, как и в естественных дикорастущих зеленых растениях. Так, максимальное содержание селена находится в бобовых (0,028 мг/кг), а минимальное - в злаковых (0,014 мг/кг). В зерновых кормах содержание селена зависит, во-первых, от вида (бобовые и злаковые) и, во-вторых, от содержания селена в пахотном слое почв. По нашим многолетним исследованиям в зерновых злаковых культурах в центральных районах области содержание селена находится в пределах от 0,0025 до 0,004 мг/кг воздушносухого вещества, а в южных - от 0,0015 до 0,002 мг соответственно. Аналогичная картина наблюдается и по содержанию селена в бобовых: в центральных районах - от 0,03 до 0,05мг/кг, а в южных - от 0,019 до 0,024мг соответственно.
В связи с тем, что селен является антагонистом особо токсичных металлов ртути, свинца и кадмия нами изучено содержание всех названных элементов в почве и растительном покрове сельскохозяйственных районов Амурской области (табл.1).
Таблица 1
зонте почв южных и центральных районов, мг/кг
Вид с.-х. угодий Химический элемент
Hg РЬ Cd Se
подвижная валовая подвижная валовая подвижная валовая
Пашня 0,181-1,042 12,3-16,64 3,11-6,00 0,21-0,35 0,06-0,1 0,032-0,120
Сенокосы 0,042-0,237 9,2-11,3 3,02-4,40 0.17-0,34 0,03-0,09 0,120-0,132
Пастбища 0,056-1,01 11,4-13,7 3,72-5,10 0,20-0,35 0,05-0,1 0,032-0,036
25
Из таблицы 2 видно, что количество тяжелых металлов содержится в среднем - ртути 0,233 мг/кг; свинца 5.64 и кадмия 0,09 мг/кг.
Нами установлено, что содержание тяжелых металлов в кормах колеблется в широких пределах. Большой интервал изменений их содержания в кормах вызван как видом корма, так и условием его производства (технология производства и степень загрязнения агроэкосистем). Широкий диапазон содержания данных элементов свидетельствует также о том, что для предупреждения поступления больших количеств их в организм животных необходим постоянный контроль качества кормов.
В грубых кормах отмечается высокая концентрация ртути. Так, в соломе пшеничной -концентрация ртути составляет 0,062±0,031 мг/кг, это на 0,01 мг/кг выше ПДК. В соломе соевой содержание элемента входит в доверительный интервал (0,21 ± 0,01) мг/кг, а это на 0,16 мг/кг превышает ПДК. Самым низким уровнем содержания элемента отличались корнеклубнеплоды. Концентрация ртути здесь в среднем составляет 0,007 мг/кг, что ниже в сравнении с другими кормами этой же группы в 2,14 - 3,6 раза. Уровень содержания ртути в зерне пшеницы, овса и ячменя ниже ПДК в среднем в 0,58 раза. Количество ртути в семенах сои находится в пределах ПДК.
Содержание свинца в кормах не превышает ПДК, и находится в пределе 0,65±0,04 мг/кг.В сене луговом его больше, чем в других видах в 1,6 раза. Низким содержанием Pb отличается сено разнотравно-злаковое (в 1,41 раза ниже среднего значения). Ниже среднего значения в 1,38 раза, Pb обнаружено в сене ти-мофеечном.
В траве лугов и пастбищ уровень содержания Pb относительно выше, чем в сене за счет его содержания в клевере и в траве разнотравно-злакового луга, хотя и ниже ПДК. Так, в траве естественного луга содержание Pb в среднем составило 0,76±0,04 мг/кг.
Минимальным содержанием Pb из всех видов кормов отличаются корнеклубнеплоды, концентрация в них находится в пределах от 0,1 до 0,01 мг/кг.
Таким образом, наименьший уровень содержания Pb характерен для таких растительных кормов, как корнеклубнеплоды, которые относятся к группе объемистых сочных кормов, а наибольший - для кормов той же группы - травы лугов и пастбищ.
Результаты анализа кормов на содержание в них Cd показали, что концентрация этого элемента в кормах не превосходит предельно допустимой. Объемистые грубые корма (сено и солома) содержат достаточно высокое коли-
чество кадмия. В среднем концентрация его в соломе равна 0,21 ±0,01 мг/кг.
Самый высокий уровень Cd обнаружен в сене луговом и в среднем составляет 0,22 мг/кг, в сене тимофеечном - 0,15 мг/кг, в сене разнотравно-злаковом - 0,21 мг/кг и не превышает ПДК.
В анализируемом зерне содержание Cd в несколько раз ниже, чем в соответствующей соломе. Так в зерне пшеницы его содержится в среднем в 2,3 раза меньше, чем в соломе, в зерне сои - в 2,5 раза меньше.
Таким образом, уровень содержания элементов в кормах зависит от природноклиматических условий, агрохимического состава почвы, на которой возделывается культура, от видовой принадлежности растения, и содержания в них селена (табл.2).
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов и селена в кормовых культурах в условиях
сельскохозяйственных районов Амурской области
Корма Почвы Химический элемент (мг/кг) вещества сухого
Hg Pb Сd Se
Центральные районы
Сено разнотравно-злаковое 4,6 0,05 0,85 0,21 0,010
5,9 0,02 0,2 0,07 0,019
Силос кукурузный 4,6 0,02 0,89 0,2 0,021
5,9 0,015 0,14 0,05 0,025
Зерно злаковых 4,6 0,09 0,68 0,3 0,0012
5,9 0,02 0,12 0,08 0,015
Южные районы
Сено разнотравно-злаковое 4,6 0,04 0,45 0,05 0,019
5,9 0,01 0,12 0,01 0,023
Силос кукурузный 4,6 0,018 0,52 0,11 0,023
5,9 0,01 0,12 0,04 0,028
Зерно злаковых 4,6 0,05 0,48 0,09 0,0015
5,9 0,011 0,06 0,01 0,024
Данные таблицы подтверждают взаимосвязь содержания количества селена и тяжелых металлов от рН почвы. Так, при увеличении содержания селена в кормовых растениях в более щелочных почвах, содержание тяжелых металлов уменьшается. И наоборот, при увеличении кислотности почв содержание селена уменьшается, а количество тяжелых металлов увеличивается.
Кроме этого, выявлено низкое содержание в кормах кальция, фосфора, магния, серы. Связано это прежде всего с кислой реакцией почв, низкой степенью их минерализации и природных вод, а также повышенным содержанием токсичных элементов - стронция, кадмия, свинца и ртути. В свою очередь это стало причиной нарушения минерального обмена ве-
26
ществ у животных, развития связанной с ним эндемичной уровской болезни и заболевания эндокринной системы, которые наблюдаются не только у животных, но и у местных жителей, что свидетельствует о влиянии биогеохимических особенностей региона.
Таким образом, информация о тяжёлых металлах в растениях позволяет разрабатывать систему мероприятий, обеспечивающих получение экологически безопасной продукции при различном уровне загрязнения экосистем. Контроль токсичных элементов необходим также для блокирования их в любом участке экологической цепи, желательно на первоначальном уровне. Целесообразно снижать интенсивность их перехода в сельскохозяйственную продукцию (корма, продукты питания) или выводить токсичные элементы из живых организмов с помощью балансирующих добавок, например,
содержащих селен. Селен является антагонистом свинца, ртути и кадмия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 .Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях /А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас. -М.: Агропромиздат, 1989. - 362 с
2. Лопатин, Н.Г. Накопление некоторых микроэлементов в растительной массе Амурской области в зависимости от условий произрастания трав //Н.Г. Лопатин, М.И. Щегалев // Биологическая роль микроэлементов в организме человека и животных Дальнего Востока и Восточной Сибири. -Улан-Уде, 1963. - С. 38-39
3. Луганова, С.Г. Биогеохимические провинции с различным уровнем селена и серы в условиях РФ и экологическая роль селена / С.Г. Луганова // Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы: матер. Четвертой Российской биогеохимической школы (3-6 сентября 2003 г.). - М.: Наука, 2003. - С. 285-287.
УДК 612.1:37.037.1
Бердников П.П., д.б.н., профессор; Дьяченко Ю.А., аспирант ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ ДЕФИЦИТА СЕЛЕНА В ПРИРОДЕ РЕГИОНА НА УРОВЕНЬ ЗДОРОВЬЯ МОЛОДЕЖИ
В работе изучена экологическая роль дефицита селена в регионе на развитие наиболее важных физиологических показателей организма молодых людей как последнего звена экологической микроэлементной цепи.
Berdnikov P. P, Dr.Bio.Sci., professor; Dyachenko U.A., post-graduate student ECOLOGICAL INFLUENCE OF SELENIUM DEFICIENCY IN THE REGION NATURE ON THE LEVEL OF YOUTH HEALTH
In this work the ecological role of deficiency of selenium in region in development of the most important physiological indicators of an organism of young men as the last link of ecological microelement chain was studied.
Дефицитное поступление в организм селена отражается на интенсивности обмена веществ, нарушении функционирования щитовидной железы и снижении работоспособности на почве дистрофии не только скелетных мышц, но и миокарда [1, 4, 5, и др.].
Селенодефицитным регионом является и Амурская область. Из-за недостаточного содержания селена в почвах, воде, растениях, кормах у животных часто развивается беломышечная болезнь молодых животных с характерными дистрофическими поражениями сердечной и скелетных мышц. И начиная с 50х годов прошлого века ветеринарные специалисты области ведут постоянный поиск профилактики и лечения этой экологической болезни [3, 6, 8, 7 и др.].
Конечным звеном в экологической цепи недостатка селена в природе региона является
человек и в частности представители будущего российского государства - дети и молодежь.
Нами было выполнено обследование 1718-летней молодежи, поступившей на 1 курс ДальГАУ в 2006 году. Исследовали состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем у 171 девушки и 63 юношей [8]. Материалы показали, что у девушек показатели сердечнососудистой системы ниже средних норм для их возраста на 7 - 15%, а 5 показателей дыхательной системы ниже норм для нетренированных девушек на 20 - 40%. У юношей исследованные показатели ниже средних норм для нетренированных на 10 - 33%. То есть практически вся современная амурская молодежь является физиологически недоразвитой. Причины могут быть разными, их следует глубоко изучать и устранять.
27
