Содержание тяжелых металлов в говядине при различной степени техногенной нагрузки

УДК 616:574-636.2

А. М. Ежкова, А. Х. Яппаров, В. О. Ежков, Р. Н. Файзрахманов, Г. Я. Сафиуллина, Д. В. Ежков, М. Г. Газизов

СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ГОВЯДИНЕ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНИ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ

Ключевые слова: техногенная нагрузка, кадмий, свинец, почва, растение, мясо коров, коэффициент биологического

поглощения.

Встатье показано, что степень техногенной нагрузки территорий зависит от количества загрязнителей в объектах окружающей среды. Установлено, что в зонах с повышенной степенью техногенной нагрузки содержание кадмия и свинца превышает допустимые концентрации в растениях в 1,2-1,5 раз, говядине в 1,21,7 раза. Определены коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов в растениях и мясе коров из зон наименьшей, средней и наивысшей степени техногенной нагрузки. Показано, что накопление загрязнителей существенно зависит от объекта и метаболизма химических элементов в растениях и организме животных.

Keywords: technogenic load, cadmium, lead, soil, plants, meat cows, biological absorption coefficient.

The article shows that the degree of anthropogenic impact area depends on the amount of pollutants in the environment. It was found that in areas with a high degree of anthropogenic impact of cadmium and lead content exceeds the allowable concentration in plants 1.2-1.5 times, beef in 1.2-1.7 times. The coefficients of biological absorption of heavy metals in plants and meat cows from the lower zones, the middle and the highest degree of anthropogenic impact. It was shown that the accumulation of contaminants depends essentially on the object and metabolic chemicals in plants and animal organisms.

Актуальность

Загрязнение окружающей среды токсичными веществами, такими как тяжелые металлы, является особенно опасным[1]. Ежегодно на поверхность земли только от деятельности металлургических предприятий поступает (т): меди - 154650, цинка -121500, свинца - 89000, никеля - 12000, кобальта -765, молибдена - 1500, ртути - 30,5. Вследствие сжигания угля и нефти ежегодно выпадает (т): ртути - 1600, свинца - 3600, меди - 2100, цинка - 7000, никеля - 3700. Выхлопные газы автотранспорта привносят на поверхность земли 260000 т свинца ежегодно [2]. Стабильность ситуации усугубляется длительным периодом распада веществ, продолжительностью более полутора тысяч лет [3].

Наибольшую опасность тяжелые металлы представляют для человека и сельскохозяйственных животных, вызывая нарушение метаболизма, необратимые изменения в организме, являются факторами снижения продуктивности животных и ухудшения качества животноводческой

продукции [4, 5].

В связи с чем, целью исследований стало определение загрязненности основных объектов окружающей среды - почвы, растений и продукта питания - говядины солями кадмия и свинца в регионах с различной степенью техногенной нагрузки. А так же прогнозирование ожидаемого уровня загрязненности продукции животноводства на основании загрязнения почв и растений.

Материалы и методы

Объектами исследований стали почва, растения (вико-овсяная смесь), говядина.

Отбор проб проводили в зоне наименьшей степени техногенной нагрузки в Атнинском районе СХТ «Тукаевский», в зоне средней степени

техногенной нагрузки в Пестречинском районе ООО «Газовик», зоне наивысшей степени техногенной нагрузки в Альметьевском районе ООО «Агрофирма «Васильевский» Республики Татарстан [6].

Взятие проб почвы осуществляли методом маршрутного хода с отбором точечных проб буром на глубине пахотного слоя.

Отбор проб растений проводили по методике, используемой для культур сплошного сева. На поле с многолетними травами выделяли пять площадок размером 1м2, на них скашивали растения на высоте 3-5 см от почвы. Общий объем скошенных трав тщательно перемешивали и отбирали средний образец для исследований.

Исследование образцов почв и растений проводили экспресс методом количественного спектрального анализа на спектрометре ЭС-1 на базе дифракционного спектрографа ДФС-458С и фотоэлектронного регистрирующего устройства типа ФП-4.

Образцы говядины получали от коров молочного направления продуктивности в возрасте старше 5 лет, отбирали идентичные кусочки длиннейшей мышца спины.

Определение содержания токсичных элементов в говядине проводили атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре «Квант-АФА» и спектрометре AAS (Германия), с предварительной минерализацией проб.

Полученные данные по почве, растениям и говядине сравнивали с показателями нормативных документов, которыми являлись: «Предельно-допустимые количества (ПДК) химических веществ в почвах, мг/кг», утвержденные в России Минздравом № 1968-79 от 21.02.79, № 25546-82 от 13.05.82, № 3210-85 от 10.02.85; Временный максимально-допустимый уровень (МДУ) некоторых химических элементов в кормах для

сельскохозяйственных животных, мг/кг корма (СанПиН 2.1.7.573-96, СанПиН 2.3.2.1078-01); СанПиН 2.3.2.1078-01. Продовольственное сырье и пищевые продукты. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Утв. главным государственным санитарным врачом РФ 06.11.2001 [7]; «Предельно допустимые концентрации тяжелых металлов в некоторых видах продовольственного сырья и пищевых продуктов для России мг/кг (Медико-биологические требования №5061-89).

Для количественной характеристики

способности поглощать и кумулировать химические элементы использовали безразмерный коэффициент биологического поглощения (КБП):

КБПо=Со/Сп, где КБПо - коэффициент биологического поглощения элементов объектом;

Со - содержание элементов в золе исследуемого объекта;

Сп - содержание элементов в золе предыдущего в звене объекта.

Цифровые показатели, полученные при выполнении работы, анализировали по стандартным программам вариационной статистики согласно пакету программ Microsoft Office Excel-2007.

Результаты и их обсуждение

Республика Татарстан по степени техногенного и антропогенного прессинга подразделяется на зоны наименьшей, средней, значительной и наивысшей степени загрязненности [8].

Моделью зоны наименьшей степени техногенной нагрузки избрали зону относительного экологического благополучия - Атнинский район, в котором ежегодный выброс загрязняющих веществ в атмосферу составляет около 0,25 тыс. тонн [9]. Основными загрязнителями окружающей среды являются предприятия агропромышленного комплекса.

Территория Пестречинского района относится к зоне средней степени техногенной нагрузки с общим выбросом в атмосферу около 3,0 тыс. тонн загрязняющих веществ в год. Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят предприятия пищевой отрасли и

агропромышленного комплекса. Экологическая ситуация района усугубляется розой ветров, преобладающее направление которых - до 72 % реализовывается со стороны крупного промышленного мегаполиса - г. Казани и полигона бытовых отходов [9, 10].

В зоне наивысшей степени техногенной нагрузки располагается Альметьевский район, суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составляют около 100 тыс. тонн в год [9]. Значительную техногенную нагрузку на окружающую среду оказывают компании при первичном обустройстве новых и при активной разработке действующих нефтяных и газовых месторождений. Основными загрязнителями

окружающей среды являются предприятия нефтегазодобывающей отрасли и сельское хозяйство.

Анализ экологической обстановки на территории трех районов Республики Татарстан показал различные уровни загрязненности объектов окружающей среды и продуктов животноводства (табл. 1).

Таблица 1 - Содержание тяжелых металлов в почве, растениях и говядине в зонах различной степени техногенной нагрузки Республики Татарстан, мг/кг

Показатель Норма Степень техногенной нагрузки

меньшая средняя высшая

Почва

Кадмий 3,0 0,01±0,01 0,03±0,01 0,11±0,02

Свинец 32,0 14,9±0,80 16,7±2,40 28,30±1,06

Растение^=12)

Кадмий 0,3 0,03±0,01 0,46±0,06 0,37±0,06

Свинец 5,0 0,38±0,07 2,52±1,37 5,94±0,87

Мясо

Кадмий 0,05 <0,01 0,06±0,03 0,07±0,04

Свинец 0,5 0,17±0,01 0,65±0,09 0,79±0,05

Установлено, что содержание кадмия и свинца в почвах в зонах различной степени техногенной нагрузки находилось в пределах допустимых концентраций (ПДК) для почв. Однако наблюдали существенное количественное различие в зависимости от степени техногенеза. Выявили, что концентрация кадмия в почвах Альметьевского района в 11 раз, Пестречинского района в 3 раза превышала показатели Атнинского района - зоны относительного экологического благополучия. Подобную тенденцию наблюдали при исследовании содержания свинца. В зоне наивысшей степени техногенной нагрузки количество свинца было больше в 1,9 раза, в зоне средней степени - в 1,1 раза в сравнении с показателями почв зоны наименьшей степени техногенной нагрузки.

При исследовании растений установлено, что содержание кадмия в зонах средней и наивысшей степени техногенной нагрузки было больше МДУ для растений в 1,2-1,5 раза. Содержание его в вико-овсяной смеси зоны наименьшей степени техногенной нагрузки было в допустимых границах МДУ. Наивысшую концентрацию кадмия отмечали в растениях региона средней степени техногенной нагрузки. Установлено, что в Пестречинском районе содержание кадмия в растениях было выше, чем в Альметьевском и Атнинском районах в 15,3 и 12,3 раза. Превышение показателя этой зоны в сравнении со значениями региона наивысшей степени техногенного прессинга, по нашему мнению, указывает на аэрогенный путь распространения

кадмия, что хорошо согласуется с близостью мегаполиса с развитой промышленностью [11]. Содержание свинца в растениях из зон наименьшей и средней степени техногенной нагрузки было в пределах нормативных значений, в растениях из зоны наивысшей степени техногенной нагрузки превышение МДУ составило в 1,2 раза. Концентрация свинца в растениях Пестречинского района была выше в 1,1, Альметьевского района - в 2,5 раза в сравнении с показателями Атнинского района.

При исследовании говядины из зон средней и наивысшей степени техногенной нагрузки выявили превышение СанПИН по содержанию солей кадмия и свинца в 1,2-1,6 раза [7]. Содержание кадмия было выше нормативных значений в говядине из Пестречинского района в 1,2 и Альметьевского района в 1,4 раза, превышение концентрации свинца составило в 1,3 и 1,6 раза, соответственно. Установлено, что в мясе коров из зоны наименьшей степени техногенной нагрузки кадмий содержался в следовых концентрациях. Количество свинца в говядине из Пестречинского района в 3,8, Альметьевского района - в 4,6 раза было выше, чем в мясе коров зоны наименьшей степени техногенной нагрузки.

В регионах техногенеза при получении экологически безопасных растительной и животноводческой продукции необходимо прогнозирование и оценка ожидаемых уровней загрязненности [12]. Критерием этого являются установленные в натуральных условиях соотношения, связывающие концентрации токсикантов в природных средах и продуктах питания (табл. 2).

Таблица 2 - Коэффициент перехода тяжелых металлов в мясо

Показатель Степень техногенной нагрузки

меньшая средняя высшая

Кадмий

Почва-расте ние 0,3 0,06 0,3

Растение-мясо 3,0 7,6 5,3

Свинец

Почва-растение 6,2 6,6 4,8

Растение-мясо 5,9 3,9 7,5

Как видно из данных таблицы, коэффициенты перехода тяжелых металлов варьируют в широких пределах, и зависят как от особенностей метаболизма элементов, так и от объекта в котором они находятся. Наибольшим коэффициентом накопления в растениях и организме животных характеризовался свинец, его коэффициент был более 1,0 и отражал кумуляцию элемента. Кадмий активно накапливался в организме животных, практически не кумулируясь в растительной продукции.

Выводы

1. Содержание кадмия и свинца в почве, растениях и говядине в зонах различной степени техногенной нагрузки неодинаковое, с усилением степени техногенеза увеличивается загрязненность объектов.

2. Содержание загрязнителей в почве, растениях и говядине в зоне наименьшей степени техногенной нагрузки значительно ниже допустимых количеств; в зоне средней степени техногенной нагрузки превышает допустимые концентрации в растениях -в 1,5 раза, в говядине - в 1,2-1,3 раза; в зоне наивысшей степени техногенной нагрузки превышение составляет в растениях - в 1,2 раза, в говядине - в 1,6-1,7 раза.

3. В загрязнении продукции животноводства существенную роль играют почва, растения и особенности метаболизма токсикантов в организме животных.

Литература

1. А.М. Ежкова, А.Х. Яппаров, И.А. Яппаров, В.О. Ежков. Коррекция содержания солей тяжелых металлов бентонитами в системе «почва-растение-животное-животноводческая продукция» в регионах различной степени техногенной нагрузки. Центр инновационных технологий. Казань, 2008. 340 с.

2. М.М. Овчаренко. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение. Химия в сельском хозяйстве. 4, 816 (1995).

3. Р.М. Алексахин. Проблемы техногенного воздействия на агропро-мышленный комплекс и реабилитация загрязненных территорий. - М.: Россельхозакадемия, 2003. 67-85.

4. А.М. Ежкова, А.Х. Яппаров, М.С. Ежкова. Морфология почек дойных коров в регионах различной степени техногенной нагрузки. Морфология, 136, 4, 54 (2009).

5. А.М. Ежкова, А.Е. Нефедьев, Г.О. Ежкова. Исследование биологической полноценности говядины от животных, получавших кормовую добавку бентонита. Вестник Казанского технологического университета, 1, 118-122, (2006).

6. А.Х. Яппаров, А.М. Ежкова, Т.Ю. Мотина. Биологическое поглощение химических элементов в системе «почва-растение-животное-животноводческая продукция». Достижения науки и техники АПК, 3, 6466, (2014).

7. СанПиН 2.3.2.1078-01. Продовольственное сырье и пищевые продукты. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Утв. главным государственным санитарным врачом РФ 06.11.2001. М., 2002. 272 с.

8. В.Г. Петров, В.А. Власов, А.М. Трофимов, Г.Ф. Гравченко. Республика Татарстан. Предрасположенность территории к проявлению неблагоприятных ситуаций (природных и техногенных) / Гл. ред. В.Г. Петров М.: ПКО Картография, 2002. 1 к.

9. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2015 году [Электронный ресурс]. -Электрон.дан. - 2106. - URL: http://eco.tatarstan.ru/rus/gosdoklad-2015.htm (24.06.2016).

10. К.Х. Папуниди, И.А. Шкуратова. Техногенное загрязнение окружающей среды как фактор

заболеваемости животных. Ветеринарный врач, 2, 5660, (2000).

11. А.М. Ежкова. Биогеоценоз системы «почва-растение-животное» в различных техногенных зонах Республики Татарстан и коррекция ее местными бентонитами: Автореф. дисс... докт. биол. наук / Казань, 2006, 40 с.

12. А.М. Ежкова, Р.Н. Файзрахманов, Ш.К. Шакиров, Р.Н. Файзрахманов-мл. Повышение эффективности молочного скотоводства и улучшение качества молока при использовании природных минералов. Вестник Казанского технологического университета,!!, 10, 149151, (2014).

© А. М. Ежкова - д-р биол. наук, зав. отделом животноводства и ветеринарии, «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», egkova-am@mail.ru; И. А. Яппаров - д-р биол. наук, врио директора, «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», niiaxp2@mail.ru; В. О. Ежков - д-р вет. наук, проф. каф. пищевой инженерии малых предприятий КНИТУ, egkov-vo@mail.ru; Р. Н. Файзрахманов - канд. с/х наук, доц. каф. экономики и организации предприятий КГАВМ имени Н.Э. Баумана, ramil140679@mail.ru; Г. Я. Сафиуллина - асп. каф. ТММП КНИТУ; Д. В. Ежков - студ. КНИТУ; М. Г. Газизов - асп. каф. пищевой инженерии малых предприятий КНИТУ.

© A. M. Ezhkova - Doctor of Biological Sciences, Head of the Animal Production and Health Division of Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry, egkova-am@mail.ru; I. A. Yapparov - Doctor of Biological Sciences,Acting Director Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry,niiaxp2@mail.ru; V. O. Ezhkov - Doctor of Veterinary Sciences, Professor of the Department of Food Engineering of Small Enterprises of Kazan National Research University of Technology, egkov-vo@mail.ru; R. N. Faizrakhmanov - Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, Department of Economics and Organization of Federal state budgetary educational institution of higher education Kazan State Academy of Veterinary Medicine named after NE Bauman, ramil140679@mail.ru; G. Y. Safiiillina - Postgraduateof Department of Technology of meat and meat products of KNRTU; D. V. Ezhkov - Student of the Department of Food Engineering of Small Enterprises of KNRTU; M. G. Gazizov - Postgraduate of Department of Food Engineering of small enterprises of KNRTU.