CC BY
54
УДК 631.46; 631.5
Влияние промышленного загрязнения
фтором на систему «почва — корма — молоко»
Демиденко Галина Александровна, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой ландшафтной архитектуры и агроэкологии
e-mail: [email protected]
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Красноярский государственный аграрный университет»
Миронов Алексей Геннадьевич, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры психологии, педагогики и экологии человека, председатель Совета молодых ученых
e-mail: [email protected]
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Красноярский государственный аграрный университет»
Жбанчиков Дмитрий Олегович, аспирант кафедры ландшафтной архитектуры и агроэкологии
e-mail: [email protected]
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Красноярский государственный аграрный университет»
Аннотация. В статье рассматривается актуальный для индустриальных регионов России вопрос возможности использования сельскохозяйственных земель, находящихся в зоне загрязнения алюминиевой промышленности. По результатам мониторинговых исследований в системе «почва-корма-молоко» в зоне источника загрязнения — Красноярский алюминиевый завод (ОАО «РусалКрасноярск») — оценивалось содержание водорастворимого фтора в пахотном горизонте почв. Определены основания для ограничения сельхозпользования в данной зоне.
Ключевые слова: фтор, алюминиевый завод, промышленное загрязнение, сельскохозяйственные земли, пастбища, сенокосы, мониторинг, система «почва — корма — молоко», безопасная продукция.
Введение.
Мировое увеличение производства и потребления молока и молочной продукции, в особенности в развивающихся странах (ежегодный прирост в мире составляет 1,4 %, в развивающихся странах - 4,1 %, в Восточной и Юго-Восточной Азии - 7,4 %) [10], обусловливает перспективные направления исследований в сельском хозяйстве и экологии, связанные с качеством молока, его безопасностью и пользой для здоровья человека, возможностью получения безопасной продукции на территориях, находящихся под техногенным прессом.
Анализ научной литературы демонстрирует изученность вопросов загрязнения молока тяжелыми металлами, микропримесями, диоксинами, радионуклидами, бактериями [6, 7, 9, 12]. В отношении фтора и его соединений как фактора безопасности получаемого молока на территориях промышленного загрязнения сведений недостаточно. Отдельным направлением исследований следует выделить возможности безограничительного сельхозпользования на загрязненных фтором почвах, сельхозугодиях. Фтор - химический элемент, входящий в состав тканей живых организмов. С одной стороны фторирование молока предназначено для снижения риска кариеса в ряде регионов мира [11]. С другой стороны, повышенное содержание фтора в окружающей среде оказывает негативное воздействие на животных и людей. Данные Всемирной организации здравоохранения (World Health Organization) свидетельствуют о высокой токсичности фтора, высвобождаемого алюминиевой промышленностью, он вызывает отравления, аллергию, астму и другие тяжелые заболевания [8].
Город Красноярск и прилегающие к нему земли сельскохозяйственного использования находятся в зоне влияния производственной деятельности Красноярского алюминиевого завода (ОАО «РусалКрасноярск»). Красноярский алюминиевый завод является «гигантом» алюминиевой промышленности, основным компонентом выбросов которого является фтор и его соединения. Объем поступления фторидов и влияние фтора на организм животных и через продукцию животноводства на человека остается недостаточно изученным. Между уровнем загрязнения почв, загрязнением растений на сельскохозяйственных землях и наличием фтора в сельхозпродукции существует тесная связь [1, 2, 4, 5].
А W W V \jr
Опыт зарубежных исследователей молочной и мясной продукции, получаемой на территориях, загрязненных промышленными выбросами или радиоактивными веществами вследствие техногенных катастроф (аварий) убедительно свидетельствует о возможности получения безопасной продукции при управлении «чистым кормлением» («Clean feeding» Management) [7].
Несмотря на наблюдаемую тенденцию уменьшения содержания фтора за последние 10 лет в связи с совершенствованием технологии производственного процесса ОАО «РусалКрасноярск» [4], актуальность настоящего исследования, связанного с сельскохозяйственным использованием территории промышленного загрязнения, не вызывает сомнения.
Цель исследования — определить содержание фтора в системе «почва - корма (зеленая трава, сено) - молоко» в зоне влияния производственной деятельности Красноярского алюминиевого завода (ОАО «РусалКрасноярск»).
Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись почвы (чернозем обыкновенный); растения (корма) — кострец безостый, разнотравье (зеленая трава, сено), продукция животноводства - молоко (сырое).
Исследования проведены в 2012—2015 гг. на базе инновационной лабора-
тории «Экологический мониторинг сельскохозяйственных и лесных культур» при ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет» и лаборатории Красноярского филиала ЦЛАТИ.
Отбор проб выполнен в период май - сентябрь. Пробы объектов исследования отбирались на территории в зоне влияния производственной деятельности Красноярского алюминиевого завода (ОАО «РусалКрасноярск») с учетом господствующего направления ветра.
Загрязненная фтором территория представляет собой эллипс, вытянутый от источника загрязнения в северо-восточном направлении по розе ветров до 30 км. Общая площадь загрязнения составляет 39,8 тыс. га [2, 3, 5].
Полевой отбор образцов проводился на реперных участках (РУ), заложенных П.И. Крупкиным в 1997 году [5] для ведения мониторинга уровня загрязнения почв водорастворимым фтором, которые размещены на расстоянии от 2 до 30 км от источника загрязнения. В качестве фона (контроль) является РУ-15, расположенный в 30 км на север от источника загрязнения.
Для определения содержание фтора в растениях (кормах) отбирались сопряженные пары образцов (почва - растение) на РУ с разным уровнем загрязнения почвенного пахотного слоя. Пробы кормов отбирались по ГОСТ 27262-87. Пробы молока отбирали трижды в месяц в период с июня по сентябрь по общепринятой методике ГОСТ 1369-88. Отбор проб молока производился от коров частных хозяйств, расположенных на разных расстояниях от источника загрязнения (ИЗ): 6 км (д. Кубеково), 8 км (д. Ермолаево), 14 км (д. Худоногово), 18 км (д. Серебряко-во), 22 км (д. Частоостровское). В качестве фона (контроля) использовались пробы молока, полученные от коров на расстоянии 40 км (с. Сухобузимское). Определение массовой концентрации фторидов в объектах проводилось по ГОСТ 4386-89 потенциометрическим методом.
Статистическую обработку результатов исследования проводили общепринятыми методами математической статистики с использованием критерия Стьюдента.
Результаты исследования. Результаты исследования почв показали, что содержание фтора в них снижается по мере удаления от источника загрязнения (табл. 1).
Таблица 1. Содержание водорастворимого фтора в пахотном слое чернозема обыкновенного в зоне производственной деятельности ОАО «РусалКрасноярск», мг/кг
№ РУ Год Весна Осень
РУ-16 3 км на северо-восток 2012 74.8 41.2
2013 59.4 39.0
2014 47.2 40.4
РУ-24 4 км на северо-восток 2012 67.7 42.5
2013 63.9 43.9
2014 56.4 45.2
РУ-14 9 км на северо-восток 2012 22.8 17.6
2013 16.2 12.3
2014 10.9 7.4
РУ-22 24 км на северо-восток 2012 8.7 5.3
2013 7.4 5.1
2014 5.2 4.9
№ РУ Год Весна Осень
РУ-15 (контроль) 2012 4,4 4.8
30 км на север 2013 3.2 3.4
2014 1.9 2.1
Именно почва является основным «хранителем токсикантов». Фоновое содержание водорастворимого фтора составляет 5 мг/кг, что соответствует данным РУ-15 - фоновое (контроль). Содержание водорастворимого фтора в пахотном слое почв уменьшается при удалении реперных участков от источника загрязнения от РУ-15 (контроль) 1.9 - 4.4 до 67.7-74.8 на РУ-24 и РУ-16. Наибольшее содержание фтора отмечается в весеннее время за счет того, что при таянии снега весной фтор поступает в почву. К осени содержание фтора уменьшается из-за вымывания его летними дождевыми водами в нижележащие горизонты почвы. В соответствии с содержанием водорастворимого фтора в пахотном слое почв возможно выделение территорий с разным уровнем загрязнения почвы фтором: очень высокий (РУ-16,РУ-24) - 3-5 км от ИЗ; высокий (РУ-14) - 5-12 км от ИЗ; средний (РУ-22) - 12-25 км от ИЗ; допустимый (РУ-15) - 25-40 км от ИЗ.
Исследования кормов на пастбищах и сенокосах показывают также взаимосвязь между содержанием фтора и расстоянием до источника загрязнения (рис. 1-4).
25 20 15 10
5 О
2012 2013 2014
Ы РУ-16 и РУ-14 М РУ-22 Н РУ-15, контроль Рисунок 1. Содержание фтора (мг/кг) в зеленой массе костреца безостого на реперных участках различного
уровня загрязнения в 2012-2014 гг. (ПДК 2,5 мг/кг)
РУ-16 МРУ-14 М РУ-22 И РУ-15, контроль Рисунок 2. Содержание фтора (мг/кг) в сене костреца безостого на реперных участках различного уровня
загрязнения в 2012-2014 гг. (ПДК 2,5 мг/кг)
На расстоянии 3 км от ИЗ (РУ-16) и 4 км (РУ-24) содержание фтора в зеленой массе костреца безостого превышает ПДК в 9 раз, а в зеленой массе разнотравья в 1.5-2 раза. На расстоянии 9 км (РУ-14) от ИЗ содержание фтора в зеленой массе костреца безостого превышает ПДК в 7-8 раз, а в зеленой массе разнотравья в 1-1.5 раза. Даже на расстоянии 24 км (РУ-22) от ИЗ содержание фтора в зеленой массе костреца безостого превышает пДк в 2-3 раза.
6 5 4 3 2
1 О
2012 2013 2014
Ы РУ-16 У РУ-14 Ы РУ-22 Ы РУ-15, контроль Рисунок 3. Содержание фтора (мг/кг) в зеленой массе разнотравья на реперных участках различного уровня загрязнения в 2012-2014 гг. (ПДК 2,5 мг/кг)
2012 2013 2014
H РУ-16 H РУ-14 НРУ-22 H РУ-15, контроль Рисунок 4. Содержание фтора (мг/кг) в сене разнотравья на реперных участках различного уровня загрязнения в 2012—2014 гг. (ПДК 2,5 мг/кг)
Прослеживается тенденция увеличения содержания фтора в сене как костреца безостого, так и разнотравья. Анализ показал, что при уровнях загрязнения (очень высокий, высокий ) содержание фтора в зеленой массе костреца составляет 9 ПДК, а в сене - 14 ПДК. В сене разнотравья при этом же уровне загрязнения содержание фтора 7-8 ПДК. При среднем уровне загрязнения содержания фтора в зеленой массе костреца безостого составляет 3 ПДК, а в сене - 1.8 ПДК; в сене разнотравья при этом же уровне загрязнения содержание фтора не превышает ПДК.
Использование костреца безостого и разнотравья (зеленая масса и сено) с участков с очень высоким и высоким содержанием фтора в почве для скармливания животным недопустимо, даже при условии разбавления безопасной продукцией. При среднем уровне загрязнения (12—25 км до ИЗ) возможно использование сена костреца, но желательно разбавлять его безопасной продукцией. Сено разнотравья даже при среднем уровне загрязнения возможно использовать для скармливания животным.
Результаты исследования содержания фтора в сыром молоке коров, пасущихся на пастбищах, расположенных на территории с разным уровнем загрязнения, представлены на рисунке 5. Представлены средние значения показателей полученные в результате измерений в трех повторностях (уровень достоверности по отношению к контролю > 0,05).
д.Частоостровское(средний)
д.Серебрнково (средний)
д.Худоногово (средний)
д.Ермолаево (высокий)
д.Кубеково(высокий)
с.Сухобузимское (контроль)
О 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
Ниюнь В июль В август Рисунок 5. Среднее содержание фтора в молоке коров частных хозяйств в зоне производственной деятельности ОАО «РусалКрасноярск», мг/л (ПДК 0,75 мг/л).
В пробах молока (сырого) коров, пасущихся на территории с высоким и средним уровнем загрязнения почвы фтором (5—25 км от ИЗ), наблюдается превышение ПДК в 1.6-2.3 раза. Превышение ПДК почти в 2 раза в молоке (сыром) коров, пасущихся на пастбищах д. Частоостровское (22 км от ИЗ) говорит о том, что легкие соединения фтора оседают из атмосферы на значительном расстоянии. Они лучше усваиваются растениями. Молоко (сырое) необходимо пастеризовать. Содержание фтора во всех пробах сырого молока не превышает критической величины 2 мг/л, так как по многочисленным литературным данным существует способность фтора накапливаться в организме при поступлении его более 2 мг в сутки [4].
Заключение. Почва является основным «хранителем токсикантов». Содержание фтора в почвах снижается по мере удаления от источника загрязнения. В соответствии с содержание водорастворимого фтора в пахотном слое почв возможно выделение территорий с разным уровнем загрязнения почвы фтором: очень высокий (РУ-16,РУ-24) - 3—5 км от ИЗ; высокий (РУ-14) - 5—12 км от ИЗ; средний (РУ-22) - 12—25 км от ИЗ; допустимый (РУ-15) - 25—40 км от ИЗ.
Исследования кормов (зеленая масса и сено) демонстрируют взаимосвязь между содержанием фтора и расстоянием до источника загрязнения. Прослеживается тенденция увеличения содержания фтора в сене как костреца безостого, так и разнотравья. Использование костреца безостого и разнотравья (зеленая масса и сено) с участков с очень высоким и высоким содержанием фтора в почве для скармливания животным недопустимо, даже при условии разбавления безопасной продукцией. При среднем уровне загрязнения возможно использование сена костреца, но желательно разбавлять его безопасной продукцией. Сено разнотравья
J
J
при среднем уровне загрязнения допустимо использовать для скармливания животным.
В пробах сырого молока коров, пасущихся на территории с высоким и средним уровнем загрязнения почвы фтором, наблюдается превышение ПДК в 1.6-2.3 раза. Употребление молока (сырого), полученного от коров, пасущихся на территориях с высоком и средним уровнем содержания фтора не допустимо.
Для получения безопасной продукции (молока сырого) необходимо ограничить сельскохозяйственное использование земель под пастбища и сенокосы на расстояние до 25 км от источника загрязнения ОАО «РусалКрасноярск» по направлению господствующих ветров. Только сено разнотравья даже при среднем уровне загрязнения (12—25 км от ИЗ) возможно использовать для скармливания животным.
Список литературных источников:
1. Ерышова, О.В. Загрязнения почв фтором и тяжелыми металлами в пригородной зоне г. Красноярска: отчет / О.В. Ерышова // Рукопись, 1992. — 110 с. Фонды ГЦАС «Красноярский».
2. Демиденко, Г.А. Влияние водорастворимого фтора на загрязнение почв в зоне промышленных выбросов Алюминиевого завода / Г.А. Демиденко, Д.О. Жбанчиков // Вестник КрасГАУ. — 2014. — №5. — С. 116-120.
3. Демиденко, Г.А. Загрязнение фтором сельскохозяйственных земель и растений в зоне влияния производственной деятельности алюминиевого завода / Г.А. Демиденко, Д.О. Жбанчиков, А.Г. Миронов // В мире научных открытий. — 2016.
- №2 (74). - С. 148-158.
4. Коломейцев, А.В. Влияние повышенного поступления фтора на физиологическое состояние организма животных / А.В. Коломейцев, Л.И.Тарарина // Вестник КрасГАУ. — 2003. — №3. — С. 366-369.
5. Крупкин, П.И. Пути рационального использования почв, загрязненных фтором / П.И. Крупкин // Агрохимия. — 2005. — №3. — С. 78-87.
6. Agricultural Implications of the Fukushima Nuclear Accident. The first three years / Tomoko M. Nakanishi, Keitaro Tanoi. - Tokyo: Springer Open, 2016. - 263 p.
7. Bertocchi, L. Case-study and risk management of dioxins and PCBs bovine milk contaminations in a high industrialized area in Northern Italy / L. Bertocchi, S. Ghidini, G. Fedrizzi, V. Lorenzi // Environmental Science and Pollution Research, 2015. - July. -Volume 22. - Issue 13. - Pp. 9775-9785.
8. IPCS (1999). Aluminium fluoride (anhydrous). Geneva, World Health Organization, International Programme on Chemical Safety (International Chemical Safety Card 1324; http://www.inchem.org/documents/icsc/ icsc/eics1324.htm).
9. Meshref, Arafa M. S. Heavy metals and trace elements levels in milk and milk products / Arafa M. S. Meshref , Walaa A. Moselhy, Nour El-Houda Y. Hassan // Journal of Food Measurement and Characterization. — 2014. - December. - Volume 8. - Issue 4.
- Pp. 381-388.
10. Milk and dairy products in human nutrition / E. Muehlhoff, A. Bennett, D. McMahon.
- Rome: Food and agriculture organization of the United Nations, 2013. - 376 p.
11. Milk fluoridation for the prevention of dental caries / J. Bánóczy, PE. Petersen, AJ. Rugg-Gunn. - Geneva: World Health Organization, 2009. - 186 р.
12. Ren, J. A Piezoelectric Microelectrode Arrays System for Real-Time Monitoring of Bacterial Contamination in Fresh Milk / J. Ren, Y. Zhou, Y. Zhou et al. // Food and Bioprocess Technology. — 2015. - January. - Volume 8. - Issue 1. - Pp. 228-237.
References:
1. Eryshova O.V. Report "Soil contamination with fluorine and heavy metals in Krasnoyarsk suburban area" / O.V. Eryshova// Manuscript, 1992, 110 p.
2. Demidenko G.A. Water-soluble fluorine influence on soil contamination in area of industrial emissions of aluminum smelter / G.A. Demidenko, D.O. Zhbanchikov // Bulletin of Kras SAU, 2014, №5, p. 116-120.
3. Demidenko G.A. Fluorine contamination of agricultural lands and plants subjected to influence of aluminum smelter / G.A. Demidenko, D.O. Zhbanchikov, A.G. Mironov // In the world of scientific discoveries, 2016. - №2 (74). - p. 148-158.
4. Kolomeytsev A.V. Influence of increased fluorine entry on physiological condition of animal organism / A.V. Kolomeytsev, L.I. Tararina // Bulletin of Kras SAU, 2003, №3, p. 366-369.
5. Krupkin P.I. Ways of efficient use of soils contaminated with fluorine / P.I. Krupkin // - Agrochemistry, №3, 2005. - p. 78-87.
6. Agricultural Implications of the Fukushima Nuclear Accident. The first three years / Tomoko M. Nakanishi, Keitaro Tanoi. - Tokyo: Springer Open, 2016. - 263 p.
7. Bertocchi, L. Case-study and risk management of dioxins and PCBs bovine milk contaminations in a high industrialized area in Northern Italy / L. Bertocchi, S. Ghidini, G. Fedrizzi, V. Lorenzi // Environmental Science and Pollution Research, 2015. - July. -Volume 22. - Issue 13. - pp. 9775-9785.
8. IPCS (1999). Aluminium fluoride (anhydrous). Geneva, World Health Organization, International Programme on Chemical Safety (International Chemical Safety Card 1324; http://www.inchem.org/documents/icsc/ icsc/eics1324.htm).
9. Meshref, Arafa M. S. Heavy metals and trace elements levels in milk and milk products / Arafa M. S. Meshref , Walaa A. Moselhy, Nour El-Houda Y. Hassan // Journal of Food Measurement and Characterization, 2014. - December. - Volume 8. - Issue 4. - pp. 381-388.
10. Milk and dairy products in human nutrition / E. Muehlhoff, A. Bennett, D. McMahon. - Rome: Food and agriculture organization of the United Nations, 2013. -376 p.
11. Milk fluoridation for the prevention of dental caries / J. Bánóczy, PE. Petersen, AJ. Rugg-Gunn. - Geneva: World Health Organization, 2009. - 186 p.
12. Ren, J. A Piezoelectric Microelectrode Arrays System for Real-Time Monitoring of Bacterial Contamination in Fresh Milk / J. Ren,Y.Zhou, Y.Zhou et al. // Food and Bioprocess Technology, 2015. - January. - Volume 8. - Issue 1. - pp. 228-237.
Impact of fluorine industrial contamination on system
"soil - fodder - milk"
Demidenko Galina Alexandrovna, Doctor of Sciences (Biology), Professor, Head of the Department of Landscape Architecture and Agroecology
e-mail: [email protected]
the Federal State Budgetary Educational Institution "Krasnoyarsk State Agricultural University"
Mironov Alexey Gennadievich, Doctor of Sciencies (Agriculture), Associate Professor of the Department of Psychology, Pedagogics and Human Ecology, Head of Young Scientists Council
e-mail: [email protected]
the Federal State Budgetary Educational Institution "Krasnoyarsk State Agricultural University"
Zhbanchikov Dmitriy Olegovich, Postgraduate student of the Department of Landscape Architecture and Agroecology
e-mail: [email protected]
the Federal State Budgetary Educational Institution "Krasnoyarsk State Agricultural University"
Abstract. The article is devoted to the actual problem of the usage of agricultural lands located within the Russian industrial territories contaminated by aluminum industry. Due to the monitoring research findings in the system "soil - fodder - milk" (area of contamination - the Krasnoyarsk aluminum smelter OJSC "RusalKrasnoyarsk") the content of water-soluble fluorine in the plough layer of soils, awnless brome herbage and hay and in wild grasses. The foundations for restrictions concerning the agricultural usage within the contaminated area were determined was estimated.
Keywords: fluorine, aluminum smelter, industrial contamination, agricultural lands, pastures, hay harvesting, monitoring, system "soil - fodder - milk", safe food.
