Миграция тяжелых металлов в биологической цепи «почва - растение - животное»

№ 6 (60), 2009 г.

Аграрный вестник Урала

49

МИГРАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЦЕПИ «ПОЧВА -РАСТЕНИЕ - ЖИВОТНОЕ»

Г.А. ЛАРИОНОВ,

доктор биологических наук, профессор,

Е.П. ЦАРЕВА, аспирант,

Н.В. ЩИПЦОВА,

ассистент, Чувашская ГСХА, Республика Чувашия

Ключевые слова: биологическая цепь, тяжелые металлы, осадки сточных вод, почва, токсичные элементы, морские свинки.

Экологическое состояние практически во всех регионах мира ухудшается. Во многом это вызвано антропогенными факторами и существенно отражается на безопасности сельскохозяйственной продукции. В связи с этим является актуальным изучение миграции токсичных элементов в системе почва - растение - животное.

Возрастающая потребность населения планеты в продуктах питания и ограниченность земельных ресурсов привели к интенсификации земледелия. Недостаточное внесение в почву органического вещества приводит к высокой степени минерализации гумуса -основного показателя плодородия [1]. Применение удобрений в научно-обоснованных технологических режимах не представляет опасности для природы, однако нарушение норм и технологических требований использования удобрений приводит к неблагополучным экологическим последствиям. Одной из причин поступления тяжелых металлов (ТМ) в биологическую цепь является ненормированное использование осадков сточных вод (ОСВ) в качестве удобрения [2].

Цель и методика исследований

Целью исследований является изучение влияния осадков сточных вод на миграцию тяжелых металлов в цепи почва - растение - животное.

Отбор, подготовка и анализ проб были проведены в соответствии с ГОСТ

17.4.3.01-83 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб», ГОСТ

17.4.4.02-84 «Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализов», а также в соответствии с «Методическими указаниями по агрохимическому обследованию почв сельскохозяйственных угодий» и «Методическими указаниями по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами».

Содержание кадмия, свинца, меди и цинка в исследуемых пробах определяли атомно-абсорбционным методом на спектрометре «Квант-7.ЭТА-1» в соответствии с ГОСТ 30178-96 «Сырье и про-

дукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов» и МИ 2339-95 «Пробы почв и биологических объектов. Методика подготовки путем минерализации в аналитическом автоклаве НПВФ “АНКОН-АТ-2”», ртути - на анализаторе «Юлия» по ГОСТ 26927-86 «Сырье и продукты пищевые. Методы определения ртути», МУ 517890 «Методические указания по обнаружению и определения общей ртути в пищевых продуктах методом беспламенной атомной абсорбции», мышьяка -колориметрическим методом на приборе КФК-3 по ГОСТ 26929-86 «Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения токсичных элементов» и ГОСТ 26930-86 «Сырье и продукты пищевые. Метод определения мышьяка».

Результаты исследований

Для проведения полевых опытов по внесению в почву в качестве удобрения использовали ОСВ биологического очистного сооружения г. Новочебок-сарск Республики Чувашия (РЧ), находящихся на захоронении в иловых площадках с 1997 года, влажностью 44,5% в дозах 30, 60, 120 и 240 т/га. Опытными полями служили серые лесные почвы Чебоксарского района РЧ. Отбор проб почвы на содержание тяжелых металлов проводили перед посевом. Содержание тяжелых металлов в опытных делянках сравнивали с контролем. Установили, что содержание меди, цинка и свинца с увеличением дозы внесения ОСВ в опытных почвах увеличивается в 2-3 раза, содержание кадмия - в 1,5 раза. При этом превышений ориентировочно-допустимых концентраций ТМ в почве не установили. На опытных почвах посеяли морковь Лосиноостровская 13 и столовую свеклу Бордо 237. Полученный урожай исследовали на содержание меди, цинка, кадмия, свинца, ртути и установили увеличение содержания ТМ в 1,3-2,4 раза в корнеплодах с повышением дозы внесения ОСВ. Однако превышений предельнодопустимых концентраций (ПДК) ТМ в корнеплодах моркови и столовой свеклы не выявили.

Для изучения миграции и накопле-

Биология

ния тяжелых металлов в мышечной ткани, печени и почках животных по принципу аналогов сформировали пять групп морских свинок по пять голов. Рацион кормления животных по корнеплодам в течение 90 дней на 100% содержал корма (морковь Лосиноостровская 13 и столовая свекла Бордо 237), выращенные на опытных делянках.

Первая группа животных служила контролем. Их рацион содержал корма, выращенные на опытных делянках без внесения ОСВ. Рационы второй, третьей, четвертой и пятой групп животных содержали корма, выращенные с использованием ОСВ в дозах 30, 60, 120 и 240 т/га соответственно. Для исследования мышечной ткани, печени и почек на содержание ТМ по истечении срока опыта провели убой морских свинок. При этом установили, что накопление токсичных элементов (ТЭ) в органах и мышечной ткани происходит неравномерно (табл.).

В среднем содержание кадмия в мышечной ткани составляет 0,048±0,006 при ПДК 0,05 мг/кг, в печени - 0,340±0,045 при ПДК 0,3 мг/кг, в почках - 1,130±0,043 при ПДК 1,0 мг/кг. Полученные результаты показывают, что тяжелый металл кадмий больше всего накапливается в почках и печени и превышает ДУ содержания в 1,13 раза.

Содержание свинца в органах и мышечной ткани опытных морских свинок пятой группы максимальное, так как в рацион этих животных включали корма, выращенные с максимальным внесением ОСВ в качестве удобрения, что ярко выражено по содержанию кадмия, ртути и мышьяка.

Максимальное содержание ртути (0,004±0,001 при ДУ 0,03 мг/кг) установили в мышечной ткани, печени, почках опытных животных пятой группы.

Содержание меди в мышечной ткани животных опытных групп составляет 1,932±0,211 при ДУ 5,0 мг/кг, в печени и почках - 7,988±0,208 и 7,823±0,401 мг/ кг соответственно при ДУ 20,0 мг/кг, то есть содержание в 2,5 раза ниже ДУ.

Содержание цинка в мышечной тка-

Biology chain, heavy metals, sewage sludge, soil, toxic elements, guinea pigs.

s0

Аграрный вестник Урала

№ В (ВО), 2009 г.

Биология

Таблица

Содержание токсичных элементов в мышечной ткани и органах животных, мг/кг

ни, печени и почках опытных животных составляет 33,983±4,356; 74,660±10,653; 66,771±16,130 мг/кг соответственно. Превышений ДУ в мышечной ткани и печени не установили, но в почках животных четвертой группы накопление цинка достигло 100,82±1,329 при ДУ 100 мг/кг.

Концентрация токсичного элемента мышьяка составляет 0,020±0,004; 0,172±0,016; 0,153±0,030 мг/кг соответственно в мышечной ткани, печени и почках, что в 5,0-6,5 раза ниже ДУ. Выводы. Рекомендации

1. Установили, что с увеличением дозы внесения осадков сточных вод в качестве удобрения концентрация токсичных элементов в почве возрастает. Миграция токсичных элементов в растения также зависит от количества внесенных осадков сточных вод в почву.

2. Накопление тяжелых металлов в мышечной ткани и органах животных происходит неравномерно. Максимальное их содержание выявили в печени и почках.

Рекомендуется разовое внесение осадков сточных вод в качестве удобрения для выращивания кормовых культур в строгих научно обоснованных дозах.

Литература

1. Васильев О. А. и др. Современный этап развития ноосферы: научно обоснованный возврат в биологический круговорот органического вещества и химических элементов осадков городских сточных вод. Чебоксары : Изд-во ФГОУ ВПО Чувашская ГСХА, 2005. С. 5-6.

2. Гостищев Д. П., Пилюгин В. А. Экологически безопасные технологии внесения ОСВ на орошаемых почвах при возделывании кормовых культур // Современные энерго- и ресурсосберегающие экологически устойчивые технологии и системы с.-х. производства. Рязан. гос. с.-х. акад, Рязань, 2003. Вып. 7. Ч. 1. С. 77-80.

ТЭ Мышечная ткань

ДУ 1 группа 2 группа 3 группа 4 группа 5 группа

Cd 0,05 0,035±0,002 0,040±0,002 0,039±0,001 0,050±0,002* 0,063±0,002*

Pb 0,5 0,038±0,003 0,057±0,003*** 0,064±0,003* 0,100±0,003* 0,192±0,010**

Hq 0,03 0,001 ±0,002 0,001 ±0,0002 0,002±0,002 0,003±0,003* 0,004±0,0003*

Cu 5,0 1,658±0,148 2,184±0,168 2,194±0,115 1,308±0,092* 2,042±0,070*

Zn 70,0 39,784±1,49 39,829±0,582 41,559±1,33 32,069±1,55* 22,476±0,898*

As 0,1 0,010±0,004 0,013±0,004 0,014±0,002 0,023±0,002* 0,032±0,003*

ТЭ Печень

ДУ 1 группа 2 группа 3 группа 4 группа 5 группа

Cd 0,3 0,208±0,007 0,216±0,011 0,332±0,013* 0,388±0,010* 0,422±0,015*

Pb 0,6 0,115±0,006 0,070±0,006 0,115±0,007 0,191 ±0,009 0,340±0,017

Hq 0,1 0,001 ±0,0002 0,001 ±0,0002 0,002±0,0002* 0,003±0,0002* 0,004±0,0002*

Cu 20,0 9,563±0,532 7,801 ±0,145 8,944±0,346 6,983±0,091* 8,424±0,334

Zn 100,0 52,183±1,769 53,509±2,239 60,964±0,785** 84,348±4,986** 99,819±2,456

As 1,0 0,150±0,001 0,152±0,002 0,147±0,018 0,175±0,004 0,217±0,016

ТЭ Почки

ДУ 1 группа 2 группа 3 группа 4 группа 5 группа

Cd 1,0 0,801 ±0,035 0,899±0,011* 1,014±0,020* 1,269±0,020* 1,326±0,040*

Pb 1,0 0,378±0,020 0,387±0,010 0,419±0,011 0,487±0,011* 0,585±0,010*

Hq 0,2 0,001 ±0,0002 0,001 ±0,0002 0,002±0,0002 0,002±0,0002 0,004±0,0002*

Cu 20,0 8,088±0,242 7,139±0,274* 8,945±0,136* 7,374±0,406 7,833±0,159

Zn 100,0 39,033±1,255 36,193±0,842 42,433±1,516 100,82±1,329* 87,636±1,650*

As 1,0 0,100±0,005 0,101 ±0,003 0,101 ±0,005 0,210±0,010* 0,199±0,005*

* - Р<0,05; ** - Р<0,01; *** - Р<0,001.

МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СЕЛЕЗЕНКИ И ПЕЧЕНИ ЦЫПЛЯТ-БРОЙЛЕРОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ В РАННИЙ ПОСТЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД РАЗНЫМИ ПРЕПАРАТАМИ СЕЛЕНА И ЙОДА Е.В. ШАЦКИХ,

кандидат биологических наук, доцент,

Уральская ГСХА, г. Екатеринбург

Ключевые слова: неорганическая и органическая формы селена и йода, предстартовый период, печень, селезенка, цыплята-бройлеры.

Одними из значимых микроэлементов в кормлении сельскохозяйственной птицы являются селен и йод. Между селеном и йодом в организме существует функциональная взаимосвязь: селен участвует в метаболизме йода, входя в состав трийодтиронин деиодиназы в виде селеноцистеина. Дефицит селена может усугублять риск развития и тяжесть гипотиреоза, возникающего на фоне йодной недостаточности [1, 2, 3]. В ранний постэмбриональный период онтогенеза птицы (предстартовый период) в связи с активным развитием пищеварительной, ферментативной, иммунной и других систем организма

необходим особый оптимальный подход к кормлению цыплят, позволяющий стимулировать их развитие и обеспечить интенсивный рост в ходе всего продуктивного цикла [4, 5].

Цель и методика исследований Нами была поставлена цель - изучить морфологическое состояние селезенки и печени цыплят-бройлеров при воздействии в ранний постэмбриональный период разными препаратами селена и йода. Описание одновременно этих органов сделано с таким расчетом, что они входят в единую гепато-лиенальную систему, так как имеют общую кровеносную систему. Процессы, происходя-

щие в печени, отражаются на морфологическом состоянии селезенки и наоборот, хотя эти органы относят к разным функциональным системам: печень - к системе пищеварения, селезенку - к лимфоидной системе.

Эксперимент проводили в производственных условиях ГУПСО «Птицефабрика «Среднеуральская» на цыплятах-бройлерах кросса «Смена-7» в 2007 году, а также на кафедре анатомии и гистологии УрГСХА. По принципу аналогов было сформировано 3 группы бройлеров: одна

Inorganic and organic forms of selenium and iodine, the prestarting period, a liver, a spleen, chickens-broilers.