CC BY
57
Содержание тяжелых металлов в биоресурсах природно-сельскохозяйственных зон Башкортостана и их влияние на экологическую безопасность продукции коневодства
Н. Г. Курамшина, А. Б. Латыпов, Башкирский ГАУ
Коневодство Башкортостана — традиционная отрасль животноводства, имеющая исторические корни, многовековой опыт и традиции. Среди экологических проблем современности важную роль играет экологическая безопасность. Контроль за безопасностью жизнедеятельности человека и качеством продукции животноводства входит в перечень приоритетных направлений развития науки и техники в сфере производства сельскохозяйственного сырья (Приказ от 25.12.1999 г. №295/892/Ш-Министерство науки и техники РФ и Президиума РАСХН).
В целях обеспечения развития коневодства Кабинетом Министров Республики Башкортостан приняты Закон «О коневодстве» и Постановление «О Программе развития коневодства и конного спорта в РБ на 2001—2005 гг.», направленные на сохранение и совершенствование генофонда башкирской, орловской и русской рысистых, русской тяжеловозной пород; разведение племенных лошадей чистокровной верховой породы на территории РБ; полное обеспечение потребности
сельскохозяйственных предприятий лошадьми. В результате реализации принятой Программы предполагается интенсификация продуктивного коневодства — организация на всех конефермах производства конины и кумыса, нагула и откорма, расширение ассортимента продуктов из конины. Эффективное развитие коневодства требует комплексных исследований и рационального использования биологических ресурсов. Однако в связи с их недостаточной изученностью для развития коневодства и получения высококачественной экологически чистой продукции назрела необходимость исследования степени загрязнения компонентов природных сред и кормовых ресурсов в различных природно-сельскохозяйственных зонах территории Башкортостана для оценки биоаккумуляции и негативного влияния экотоксикантов на организм лошадей.
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 [1,
2, 3, 4, 5, 6]. Это в значительной мере способствует увеличению поступления ТМ и по пищевой цепи в организм человека. В связи с увеличивающимся загрязнением биосферы особый интерес и важное практическое значение имеет, с одной стороны, познание механизмов и закономерностей поведения и распределения ТМ в окружающей среде [7], с другой — тот факт, что более 90% всех болезней человека прямо или косвенно связано с состоянием окружающей среды [8]. Важность понимания проблемы загрязнения продукции ТМ определяется тем, что сельскохозяйственные животные находятся на более высоком уровне пищевой цепи, используемые ими продукты питания служат и для биоиндикации состояния экосистемы по загрязняющим веществам [9, 10, 11, 12]. В этой связи необходимо изучение процессов миграции ТМ в биогеохимической цепочке: почва — растения — животные — человек. Экологическая безопасность продукции животного происхождения, в том числе и конины, имеющей важное значение в рационе населения Башкортостана, является одним из факторов сохранения здоровья населения.
Цель настоящего исследования — изучение загрязнения почвенного покрова и кормовых ресурсов природно-сельскохозяйственных зон территории РБ ТМ для оценки их биоаккумуляции, влияния на организм лошадей и выявления районов с приемлемыми условиями для получения экологически чистой продукции коневодства. Экспериментальная работа проводилась в Центре-лаборатории «Экомониторинг и экобезопасность территории РБ» при кафедре общей биологии и экологии ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет». Исследовали на содержание ТМ пробы почвы, кормов (сена лугового, соломы пшеничной, зернофуража), крови и мяса лошадей Бирского, Уфимского, Кармаскалинско-го, Туймазинского, Хайбуллинского районов, представляющих различные природно-сельскохозяйственные зоны Башкортостана (рис. 1). Количественное определение ТМ в образцах почвы, кормов и мяса проводили в соответствии с ГОСТом 30178-96 «Сырье и продукты пищевые. Атомноадсорбционные методы определения токсичных металлов».
В природных средах Башкортостана наибольшее распространение получили высокотоксичные соединения ТМ — цинка, свинца, кадмия (I класс опасности); умеренно опасного 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 [1]. Значительное количество ТМ содержится в двойном суперфосфате (цинка — 38; свинца — 39; меди — 14; кадмия — 3,7 мг/кг). Ос-
□ Северная лесостепная
I I Северо-восточная
лесостепная
I I Южная лесостепная
I I Предуральская степная
I I Зауральская степная
I I Горно-лесная
Административные районы:
1. Абзелиловский
2. Альшеевский
3. Архангельский
4. Аскинский
5. Аургазинский
6. Баймакский
7. Бакалинский
8. Балтачевский
9. Белебеевский
10. Белокатайский
11. Белорецкий
12. Бишбулякский
13. Бирский
14. Благоварский
15. Благовещенский
16. Буздякский
17. Бураевский
18. Бурзянский
19. Гафурийский
20. Давлекановский
21. Дуванский
22. Дюртюлинский
23. Ермекеевский
24. Зианчуринский
25. Зилаирский
26. Иглинский
27. Илишевский
28. Ишимбайский
29. Калтасинский
30. Караидельский
31. Кармаскалинский
32. Кигинский
33. Краснокамский
34. Кугарчинский
35. Кушнаренковский
36. Куюргазинский
37. Mелеузовский
38. Mечетлинский
39. Mишкинский
40. Mиякинский
41. Нуримановский
42. Салаватский
43. Стерлибашевский
44. Стерлитамакский
45. Tатышлинский
46. Tуймазинский
47. Уфимский
48. Учалинский
49. Федоровский
50. Хайбуллинский
51. Чекмагушевский
52. Чишминский
53. Шаранский
54. Янаульский
Рис. 1 - Природно-сельскохозяйственные зоны Республики Башкортостан
новным поставщиком соединений цинка в почву служит навоз (111 мг/кг) [2]. Результаты определения валового содержания ТМ в почвах различных природно-сельскохозяйственных зон РБ, полученные в данной работе, представлены в табли-
це 1. Из этих данных следует, что в исследованных пробах содержание ТМ близко к существующим фоновым значениям, превышение содержания марганца и кадмия наблюдалось в пробах почв, представляющих Зауральскую степную зону. Для образцов этой зоны также характерны довольно высокие значения отношения концентрации ТМ (СТМ) к соответствующим значениям ПДК (СТМ/ПДК), возрастающие в ряду следующим образом:
РЬ : Cd : Мп : Си : гп : =
0,47 : 0,52 : 0,63 : 0,80 : 0,88
Установлено достоверное отличие в содержании цинка (1^ = -2,03; Р<0,05) и кадмия (1^ = -3,09; Р<0,01) в образцах почв, представляющих Северную лесостепную и Зауральскую степную зоны.
Тяжелые металлы, поступая в растения, неравномерно распределяются в их органах и тканях. Уровень накопления ТМ в репродуктивных органах растений значительно ниже, чем в вегетативных, и определяется биологическими особенностями культуры, физиологической ролью элемента, его содержанием в почве и доступностью растениям. Для кормов сельскохозяйственных животных установлены нормативы содержания ТМ, при этом значения ПДК для различных кормов (грубых и сочных, зерна и зернофуража) приняты одинаковыми. Выполненные в данной работе исследования содержания ТМ в кормах различного вида (сено луговое, солома пшеничная, зернофураж), произведенные в различных зонах РБ, свидетельствуют об изменении показателей в широких пределах (таблица 2): от 2,6 до 11,5 мг/кг для меди; от 7,1 до 35,3 мг/кг — для цинка; от 28,8 до 102,6 мг/кг — для марганца; от 0,5 до 4,7 мг/кг для свинца; от 0,03 до 0,41 мг/кг — для кадмия. Из представленных данных также следует, что максимальное содержание ТМ (меди, цинка, марганца и кадмия) характерно для кормов, произведенных в Зауральской степной зоне Республики Башкортостан (Хайбуллинский район). При этом от-
ношения концентраций ТМ (СТМ) к соответствующим значениям ПДК для различных кормов Хайбуллинского района изменяются следующим образом:
сено (Си : гп : РЬ : Cd = 0,13 : 0,38 : 0,52 : 1,4); солома (Си : гп : РЬ : Cd = 0,38 : 0,38 : 0,72 : 1,0); зернофураж (Си : гп : РЬ : Cd = 0,20 : 0,70 : 0,12 : 0,3)
Наблюдается превышение концентрации кадмия над соответствующими значениями ПДК в грубых кормах Хайбуллинского района. Имеет место повышенное содержание свинца в кормах (сено, солома), производимых в Южной лесостепной зоне (Уфимский, Кармаскалинские районы), для которых значения параметра СРЬ/ПДК изменяются в интервале: 0,70—0,80 и 0,76—0,94 соответственно. В целом, наименьшей загрязненностью тяжелыми металлами характеризуются корма, произведенные в Северной лесостепной зоне (Бирский район). Загрязнение кормов тяжелыми металлами способствует увеличению их поступления в организм лошадей. Результаты исследования концентраций ТМ в мышечной ткани лошадей, представляющих различные зоны территории Башкортостана, приведены в таблице 3. Наблюдается повышенное содержание ТМ в образцах, представляющих Зауральскую степную зону. При этом имеет место достоверное отличие между средними значениями концентрации меди (1, = -2,40; Р<0,05), цинка (1, = -4,87; Р<0,001), марганца (1, = -2,19; Р<0,05) и кадмия (1, = -3,90; Р<0,001) в образцах мяса Северной лесостепной и Зауральской степной зон. Полученные данные свидетельствуют о превышении нормативных значений концентрации свинца и кадмия в мясе конины различных районов РБ, отношение их концентрации к соответствующим значениям ПДК (Стм/ПДК) больше единицы и возрастает в рядах следующим образом:
— Бирский : Туймазинский : Хайбуллинский : Уфимский : Кармаскалинский = 1,6 : 1,8 : 2,0 : 2,4 : 2,8 (РЬ);
1. Валовое содержание тяжелых металлов в почвах различных природно-сельскохозяйственных зон Башкортостана*
Природно-сельскохозяйственная зона Башкортостана (район РБ) Концентрация ТМ в почвах, мг/кг
Медь М±т Цинк М±т Марганец М±т Свинец М±т Кадмий М±т
Северная лесостепная зона - Бирский 14,5±2,8 23,5±4,7 655±131 13,3±2,7 0,18±0,04
Южная лесостепная зона - Уфимский 19,7±3,9 34,4±6,8 765±153 16,2±3,2 0,38±0,07
- Кармаскалинский 21,8±4,4 36,2±7,2 740±148 19,8±4,0 0,21±0,04
Предуральская лесостепная зона - Туймазинский 14,2±2,7 32,4±6,4 790±158 15,2±3,0 0,34±0,06
Зауральская степная зона -Хайбуллинский 24,0±4,6 44,0±9,0 940±190 15,5±3,0 0,52±0,10
Фоновое содержание 8-25 28-68 800-860 6-20 0,05-0,24
ПДК 30 50 1500 32 1,0
* п=80
2. Концентрация тяжелых металлов в кормах, производимых в различных зонах Башкортостана*
Природно-сельскохозяйственная 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
Северная лесостепная зона - Бирский:
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
Южная лесостепная зона - Уфимский:
сено 3,3±0,7 14,1±3,0 73,4±15,0 3,5±0,7 0,33±0,10
солома 4,2±0,8 11,4±2,3 58,5±12,0 4,0±0,8 0,21±0,06
зернофураж 4,7±0,9 7,7±1,5 46,8±10,0 0,6±0,1 0,07±0,02
- Кармаскалинский:
сено 5,2±1,1 17,2±3,5 68,2±14,0 3,8±0,8 0,16±0,05
солома 6,8±1,3 15,3±3,0 61,4±12,3 4,7±1,0 0,12±0,04
зернофураж 3,1±1,0 7,1±1,5 42,6±8,5 0,8±0,2 0,04±0,01
Предуральская лесостепная зона - Туймазинский:
сено 2,6±0,5 13,0±2,6 56,3±11,3 2,1±0,4 0,26±0,08
солома 5,5±1,1 10,1±2,0 46,2±9,2 3,4±0,7 0,18±0,05
зернофураж 3,3±0,7 8,5±1,7 28,8±5,8 0,7±0,2 0,06±0,02
Зауральская степная зона - Хайбуллинский:
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
* n=80
3. Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани лошадей различных природно-сельскохозяйственных зон Башкортостана*
Природно-сельскохозяйственная 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
Северная лесостепная зона: - Бирский 2,5±0,2 17,4±2,3 1,3±0,1 0,8±0,2 0,08±0,01
Южная лесостепная зона: - Уфимский 2,0±0,1 20,5±2,6 1,6±0,3 1,2±0,3 0,20±0,02
- Кармаскалинский 2,6±0,3 24,4±3,2 1,5±0,2 1,4±0,4 0,10±0,02
Предуральская лесостепная зона: - Туймазинский 1,8±0,1 19,5±2,0 1,2±0,1 0,9±0,2 0,16±0,03
Зауральская степная зона: - Хайбуллинский 3,6±0,4 42,0±4,5 2,2±0,4 1,0±0,3 0,24±0,04
ПДК 0,5-5,0 10-70 0,1—2,5 0,5 0,05
* n=18
— Бирский : Кармаскалинский : Tуймазинс-кий : Уфимский : Хайбуллинский = 1,6 : 2,0 : 3,2 : 4,0 : 5,2 (Cd);
Наибольшее содержание свинца характерно для образцов мяса лошадей, выращенных в Южной лесостепной зоне (У фимский и Кармаскалинский районы), существенное превышение ПДК кадмия обнаружено в образцах мяса Уфимского и Хайбуллинского районов.
Кровь в организме животного занимает особое место, осуществляя общую регуляцию жизненно важных функций организма путем переноса питательных веществ. Сохраняя постоянство состава, кровь, тем не менее, является лабильной системой, быстро отражающей происходящие в организме
изменения как в норме, так и в патологии. Наибольшее содержание эритроцитов (8,8-1012/л) и более высокий уровень гемоглобина (146,5 г/л) в крови наблюдались у животных, представляющих наименее загрязненную ТМ Северную лесостепную зону. Повышенное содержание ТМ в организме лошадей вызывает снижение количества эритроцитов до 5,8-1012/л и понижение уровня гемоглобина до 116,0 г/л (табл. 4). Показатели концентрации эритроцитов (1, = 2,24, Р<0,05) и уровня гемоглобина (1,=2,43, Р<0,05) имеют достоверное отличие при сравнении образцов крови лошадей из Северной лесостепной и Зауральской степной зон (табл. 4).
В результате проведенных исследований было установлено достоверное различие между средни-
4. Mорфологический состав крови лошадей территории Башкортостана
Природно-сельскохозяйственная зона Башкортостана (район РБ) Показатели
эритроциты, х1012/л лейкоциты, х109/л гемоглобины, г/л
Северная лесостепная зона:
- Бирский 8,8±1,2 6,5±0,5 146,5±8,3
Южная лесостепная зона:
- Уфимский 6,5±0,8 5,6±0,6 128,4±6,8
- Кармаскалинский 6,9±0,9 6,1±0,7 124,1±8,1
Предуральская лесостепная зона:
- Туймазинский 7,5±1,0 6,6±0,8 190,0±7,5
Зауральская степная зона:
-Хайбуллинский 5,8±0,6 8,2±1,0 116,0±6,3
Среднее значение нормативных показателей 6-9 7-12 80-130
* п=18
ми значениями числа лейкоцитов в крови тест-животных из Северной лесостепной и Зауральской степной зон (1, = 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 нормы (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 (табл. 5), наименьшее значение характерно для лошадей Зауральской степной зоны. Более высокий уровень альбуминов, характерный для тест-животных Северной лесостепной зоны (38,3%), по сравнению с таковым для представителей Зауральской степной зоны (33,2%) свидетельствует о более высоких темпах среднесуточных приростов. Увеличение содержания глобулиновых фракций, характерное для лошадей Зауральской степной зоны, указывает на процесс жирообразования [13]. Белковый коэффициент изученных лошадей меньше единицы (0,50—0,70), что характерно для животных данного вида.
Выводы
1. Проведено комплексное изучение степени загрязнения почвенного покрова и кормовых ресурсов различных природно-сельскохозяйственных зон Башкортостана тяжелыми металлами (Си, гп, Мп, РЬ, С,) для оценки их биоаккумуляции, возможного негативного влияния на организм лошадей и выявление районов с приемлемыми условиями для получения экологически чистой продукции коневодства.
2. Определено валовое содержание ТМ в почвах Северной, Южной лесостепной, Предураль-ской лесостепной и Зауральской степной зон. Установлено, что в исследованных образцах почв содержание ТМ близко к соответствующим фоновым значениям. Найдено достоверное отличие в концентрации цинка (1, = -2,03, Р<0,05) и кадмия (1, = -3,90, Р<0,01) в пробах почв, представляющих Северную лесостепную и Зауральскую степную зоны. Значения СТМ/ПДК для почвы Зауральской степной зоны возрастают в ряду:
РЬ : Са : Мп : Си : гп : =
0,47 : 0,52 : 0,63 : 0,88 : 0,88.
3. Исследовано содержание ТМ в кормах (сено луговое, солома пшеничная, зернофураж), произведенных в четырех природно-сельскохозяйственных зонах РБ. Концентрация ТМ в кормах изменяется в широких пределах: Си = 2,6—11,5; гп = 7,1-35,3; Мп = 28,8-102,6; РЬ = 0,5-4,7; С, = 0,03-0,41 мг/кг. Установлено, что наибольшее со-
5. Содержание сывороточного белка в плазме крови лошадей территории Башкортостана
Природно-сельскохозяйственная зона Башкортостана (район РБ) Показатели
общий белок, г/л альбумины, % глобулины, %
Северная лесостепная зона:
- Бирский 83,2±16,0 38,3±7,5 61,7±7,6
Южная лесостепная зона:
- У фимский 72,4±14,3 34,5±6,1 65,5±6,1
- Кармаскалинский 75,6±15,1 35,3±7,0 64,7±7,0
Предуральская лесостепная зона:
- Туймазинский 77,2±14,7 41,3±8,6 58,7±8,6
Зауральская степная зона:
-Хайбуллинский 70,5±13,2 33,2±4,7 66,8±4,1
Среднее значение нормативных показателей 72,0 27,0 45,0
* n=18
держание ТМ (Си, Хп, Мп, Сё) характерно для Зауральской степной зоны, для которых отношение СХМ/ПДК изменяется следующим образом: сено (Си: Хп: РЬ: Сё = 0,13:0,38:0,52:1,4); солома (Си: Хп: РЬ: Сё = 0,38:0,38: 0,72:1,0); зернофураж (Си: Хп: РЬ: Сё = 0,20:0,70:0,12:0,3)
Повышенное содержание свинца обнаружено в кормах (сено, солома) Южной лесостепной зоны (Уфимский, Кармаскалинскийрайоны), величина отношения СРЬ/ПДК составляет 0,70—0,80 и 0,76—0,94 соответственно.
4. Определена концентрация ТМ в мышечной ткани лошадей из различных зон Республики Башкортостан, показано повышенное их содержание в образцах, представляющих Зауральскую степную зону, по сравнению с таковой для Северной лесостепной зоны: Си = 3,6; 2,5; 2п=42,0; 17,4; Мп = 2,2; 1,3; РЬ = 1,0; 0,8; Сё = 0,24; 0,08 мг/кг соответственно.
5. Установлено превышение нормативных значений концентрации свинца и кадмия в исследованных образцах, отношение СХМ/ПДК для изученных территорий — больше единицы и возрастает в рядах следующим образом:
— Бирский : Туймазинский : Хайбуллинский : Уфимский: Кармаскалинский = 1,6:1,8:2,0:2,4 : 2,8 (РЬ);
— Бирский : Кармаскалинский : Туймазинский : Уфимский: Хайбуллинский = 1,6:2,0:3,2: 4,0:5,2 (Сё).
Литература
1 Григорян, К. В. Влияние загрязненных промышленными отходами оросительных вод на содержание ТМ в почве и в некоторых с/х культурах // Изд-во почвовед. 1989. № 9.
С. 99-103.
2 Хазиев, Ф. X. / Ф. X. Хазиев, Ф. Я. Багаутдинова, А. 3. Саха-утдинова // Экотоксиканты в почвах Башкортостана. Уфа: Гилем, 2000. С. 62.
3 Мосина, Л. В. Агроэкология. Модуль 7. Сельскохозяйственная экология. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2000. 184 с.
4 Никанорова, А. М. Экология / А. М. Никанорова, Т. А. Хо-ружая. М.: Изд-во ПРИОР, 2001. 304 с.
5 Онищенко, Г. Г. Влияние состояния окружающей среды на здоровье населения, нерешенные проблемы и задачи // Гигиена и санитария. 2003. № 1. С. 3—10.
6 Маликова, М. Г. Химический состав, питательность кормов Республики Башкортостан и пути их рационального использования / М. Г. Маликова, Н. Г. Фенченко. Уфа: БНИИСХ, 2002. 250 с.
7 Безель, В. С. Популяционная экотоксикология / В. С. Безель, В. Н. Большаков, Е. Л. Воробейчик. М.: Наука, 1994. 80 с.
8 Соколов, О. А. Книга 1. Атлас с распределением тяжелых металлов в объемах окружающей среды / О. А. Соколов, В. А. Черников. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1989. 164 с.
9 Мартынов, А. А. Содержание тяжелых металлов в мясе жеребят якутской породы по природно-климатическим зонам Республики Саха (Якутия): автореф. дис... канд. биол. наук. Новосибирск, 2005. 22 с.
10 Курамшина, Н. Г. Степень загрязнения и экотоксичность поверхностных вод РБ и оценка влияния этого фактора на здоровье населения / Н. Г. Курамшина, Р. Ф. Халимов // Водохозяйственный комплекс РБ: экологические проблемы, состояние, перспективы: сб. докл. Респ. науч.-практ. конф. Уфа, 2005. С. 100-105.
пСтарова, Н. В. Комплексные решения экологических проблем Башкортостана в пространственно-временном единстве // Труды международного форума по проблемам науки и техники. М., 1998. С. 115—139.
12Ахатова, И. А. Молочное коневодство: Племенная работа, технологии производства и переработки кобыльего молока. Уфа: Гилем, 2004. 324 с.
13Сатыев, Б. X. Коневодство Башкортостана / Б. X. Сатыев, К. 3. Махмутов, В. И. Самохвалов. Уфа, 2001. 262 с.
