|
МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ
БІЛОЦЕРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ХАРЧИШИН Віктор Миколайович
УДК 573.6 : [595.142+549.65]: 639.122
Інтенсифікація біотехнології вермікультивування і шляхи оптимізації використання черв’ячної біомаси та цеолітів у виробництві м'яса і яєць перепелів
03.00.20 – біотехнологія
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата сільськогосподарських наук
Біла Церква – 2005Дисертацією є рукопис
Робота виконана в НДІ екології і біотехнології у тваринництві Білоцерківського державного аграрного університету Міністерства аграрної політики України
Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор, академік УААН, заслужений діяч науки і техніки України Герасименко Віктор Григорович, Білоцерківський державний аграрний університет, директор НДІ екології і біотехнології у тваринництві, проректор з навчально- виховної роботи
Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор, член.-кор. УААН Коваленко Віталій Петрович, Херсонський державний аграрний уні- верситет, завідувач кафедри генетики і розведення сільськогосподарсь- ких тварин, проректор з наукової роботи;
доктор біологічних наук, професор, академік УААН Сахацький Мико- ла Іванович, Національний аграрний університет, професор кафедри птахівництва
Провідна установа – Державний науково-дослідний контрольний інститут ветеринарних препаратів та кормових добавок Міністерства аграрної політики Украї ни, відділ фармакології і токсикології, м. Львів
Захист відбудеться 06.09.2005 року о 14______ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 27.821.01 у Білоцерківському державному аграрному університеті за адресою: 09117, Україна, Київська обл., м. Біла Церква, пл. Соборна 8/1, ауд. № 14 .
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Білоцерківського державного аграрного університету, м. Біла Церква, пл. Соборна 8/1.
Автореферат розісланий 05.09.2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради В.В. Малина
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Утилізація органічних відходів за допомогою вермікультури набуває все більшої актуальності (Ігонін А.М., 1995; Sulzberger R., 1998) і дозволяє з 1 т гнойової біомаси отримати протягом року 600 кг цінного органічного добрива – біогумусу та 100 кг повноцінної за амінокислотним складом черв’ячної біомаси (Городній М.М., 1990).
Ефективність біотехнології вермікультивування залежить від багатьох факторів, у тому числі від якості субстрату, на якому вирощуються каліфорнійські черв’яки (Мельник І.А., 1991), зокрема, від наявності та співвідношення у живильному середовищі макро- і мікроелементів (Городній М.М., 1990).
Останнім часом все більше уваги приділяється застосуванню у різних галузях народного господарства природних цеолітів вітчизняних родовищ, які мають абсорбційні, детоксикаційні та іммобілізуючі властивості і містять близько 40 макро- та мікроелементів (Герасименко В.Г., Прокопишина Т.Б., 1991; Цвіліховський М.І., 2005).
Враховуючи те, що до складу природних цеолітів входять крім металів-біотиків і метали-токсиканти, виникає потреба у проведенні досліджень щодо з’ясування впливу як черв’ячної біомаси, вирощеної на субстраті із цеолітами, так і самих цеолітів на продуктивність птиці.
Отже, з огляду на вищезазначене, перспективним напрямом досліджень є, з одного боку, вивчення фізико-хімічних властивостей цеолітів та їх застосування з метою вдосконалення біотехнології вермікультивування і впливу субстрату на продуктивність каліфорнійських черв’яків та якість вирощеної біомаси, а з іншого – вивчення можливості використання цеолітів та вермікультури у годівлі перепелів.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконана робота є фрагментом теми “Фізико-хімічні, фізіолого-біохімічні та біотехнологічні підходи щодо використання сапонітів і цеолітів вітчизняних родовищ для вирощування біомаси гібрида червоного каліфорнійського черв’яка та її застосування в годівлі курчат-бройлерів і курей-несучок” (№ держреєстрації 0102U005276), а також теми “Розробка ДСТУ У – Біомаса гібрида червоних каліфорнійських черв’яків як кормова добавка до раціонів сільськогосподарських тварин та птиці. Технічні умови” (№ держреєстрації 0104U007452), що виконувалися в Науково-дослідному інституті екології і біотехнології у тваринництві Білоцерківського державного аграрного університету.
Мета і завдання дослідження. Метою роботи є вивчення фізико-хімічних властивостей цеоліту Сокирницького родовища та цеолітовмісного базальтового туфу родовища “Полицьке-ІІ”, зокрема кількісних показників елімінації з мінералів металів-біотиків і металів-токсикантів; інтенсифікації біотехнології вермікультивування шляхом оптимізації мінерального складу живильного середовища за рахунок використання цеолітів та вивчення їх впливу на метаболічні процеси; продуктивності черв’яків і вмісту металів у черв’ячній біомасі та біогумусі; дії добавок черв’ячної біомаси, вирощеної на субстраті з додаванням мінералів, до комбікорму і самих цеолітів на обмін речовин в організмі перепелів та показники їх продуктивності й якості продукції.
Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити наступні завдання: визначити вміст рухомих і малорухомих форм металів-біотиків (купруму, цинку, мангану, феруму і магнію) та металів-токсикантів (кадмію і плюмбуму) у цеолітах; дослідити процес вилучення металів із мінералів у середовищах з різним значенням рН і залежно від часу експозиції; вивчити вплив добавок цеолітів до живильного середовища на стан метаболізму в організмі каліфорнійських черв’яків та встановити оптимальну концентрацію природних мінералів у субстраті, яка сприяє реалізації їх генетичного потенціалу щодо продуктивності; з’ясувати вплив добавок цеолітів на вміст важких металів у черв’ячній біомасі; одержати відомості про здатність добавок природних мінералів до живильного середовища змінювати мінеральний склад біогумусу; вивчити вплив черв’ячної біомаси та цеолітів у складі раціонів на продуктивність перепелів і на підставі одержаних результатів досліджень зробити аргументовані висновки й дати пропозиції виробництву.
Об’єкт дослідження – природні цеоліти, як чинник інтенсифікації процесів утилізації органічних відходів шляхом використання можливостей вермікультури, та біомаса каліфорнійських черв’яків і цеоліти у складі раціону при вирощуванні перепелів.
Предмет дослідження – цеоліти та цеолітовмісні базальтові туфи, гібрид червоних каліфорнійських черв’яків, субстрат для вермікультури, біогумус, перепели, органи і тканини перепелів.
Методи дослідження – хімічний аналіз цеолітів з метою визначення в їх складі металів-біотиків і металів-токсикантів;
– біохімічні дослідження – визначення вмісту металів-біотиків і металів-токсикантів, загальних, білкових сульфогідрильних груп та HS-груп низькомолекулярних сполук, загального білка та активності ферментів в організмі черв’яків і перепелів;
– зоотехнічні – з’ясування впливу досліджуваних факторів на показники продуктивності черв’яків і птиці;
– математично-статистичний аналіз з метою обґрунтування кількісної оцінки отриманих експериментальних даних та визначення економічної ефективності
використання цеолітів і черв’ячної біомаси в раціонах для перепелів.
Наукова новизна одержаних результатів. Уперше проведено дослідження можливості використання природних цеолітів вітчизняних родовищ у вермікультивуванні. Проведено удосконалення біотехнології вермікультивування шляхом внесення природних цеолітів до живильного середовища каліфорнійських черв’яків. Доведено, що цеоліт Сокирницького родовища Закарпатської області у кількості 3 %, а цеолітовмісний базальтовий туф родовища “Полицьке-ІІ” Рівненської області – 4,5 % від маси живильного середовища позитивно впливають на анаболічні процеси в організмі каліфорнійських черв’яків.
Вперше досліджено вплив черв’ячної біомаси, вирощеної на різних за мінеральним складом живильних середовищах, і самих цеолітів на продуктивність перепелів. Встановлено, що включення до складу раціонів перепелів черв’ячної біомаси, вирощеної на живильному середовищі із вмістом 4,5 % цеолітовмісного базальтового туфу родовища “Полицьке-ІІ”, впливає на показники живої маси перепелів (р<0,05) та не справляє негативного впливу на якість одержаної продукції.
Уперше встановлено оптимальні концентрації цеолітів у раціоні, які позитивно впливають на перебіг біосинтетичних процесів у організмі перепелів та їх продуктивність.
Особистий внесок дисертанта. Автором особисто проведено підбір методів і методик, аналіз літературних джерел, експериментальні дослідження, статистичну обробку та аналіз одержаних результатів. Розробку програми наукових досліджень та її обґрунтування зроблено спільно з науковим керівником.
Практичне значення одержаних результатів. Проведеними дослідженнями експериментально доведено можливість використання біотехнології вермікультивування для вирішення практичних завдань тваринництва та проблем, пов’язаних із захистом навколишнього природного середовища від забруднення.
Результати вивчення вмісту рухомих та малорухомих форм макро- і мікроелементів та металів-токсикантів дають підстави стверджувати, що природні цеоліти вітчизняних родовищ можуть бути використані як джерело макро- і мікроелементів у технології виробництва екологічно чистої продукції.
Визначено оптимальні дози добавок цеоліту та цеолітовмісного базальтового туфу до живильного середовища (послід птиці й солома озимої пшениці) для червоних каліфорнійських черв’яків, які сприяють кращій реалізації генетичного потенціалу вермікультури щодо підвищення її продуктивності.
Також визначено оптимальну частку цеоліту та цеолітовмісного базальтового туфу в раціонах перепелів з метою підвищення продуктивності останніх.
Експериментально доведено, що включення черв’ячної біомаси, вирощеної на різних за мінеральним складом живильних середовищах, до раціону перепелів приводить до підвищення їх продуктивності та не впливає негативно на якість продукції.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися на засіданнях ради зооінженерного факультету Білоцерківського державного аграрного університету (2002–2003 рр.), засіданнях ради екологічного факультету БДАУ (2003–2004рр.). Результати досліджень, включені до дисертації, оприлюднено на науковій конференції докторантів і аспірантів “Тиждень науково-дослідної роботи молодих учених та студентської молоді” у травні 2002 р. (Біло-церківський державний аграрний університет, м. Біла Церква), ІІІ міжвузівській науково-практичній конференції аспірантів “Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи” 17–19 березня 2003 року (Вінницький державний аграрний університет, м. Вінниця), науково-практичній конференції “Нові технології та екологічні аспекти виробництва продукції тваринництва” 13 листопада 2003 року (БДАУ, м. Біла Церква), Міжнародній науково-технічній конференції “Біоекотехнології та біопалива в агропромисловому виробництві” 3–4 червня 2004 року (Національний аграрний університет, м. Київ), науково-практичній конференції “Екологічні проблеми України та шляхи їх вирішення” 21–22 жовтня 2004 року (БДАУ, м. Біла Церква), IV Міжнародній науковій конференції аспірантів та студентів “Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів” 12–14 квітня 2005 року (Донецький національний технічний університет, м. Донецьк), науково-практичній конференції “Проблеми становлення галузі тваринництва в сучасних умовах” 23–25 травня 2005 року (Вінницький державний аграрний університет, м. Вінниця).
Публікації. Основні положення і результати досліджень опубліковані в
12 наукових працях, у тому числі: 6 статтях у фахових виданнях, 2 – у тезах доповідей конференцій та 2 – в методичних рекомендаціях; розроблено ДСТУ У 15.7-00493712-010-2004 „Біомаса гібрида червоних каліфорнійських черв’яків як кормова добавка до раціонів сільськогосподарських тварин та птиці” і одержано деклараційний патент України на корисну модель. Прийнято до розгляду Державним департаментом інтелектуальної власності 3 заявки на видачу деклараційного патенту України на корисну модель.
Структура та об’єм дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, огляду літератури, загальної методики і основних методів досліджень, результатів досліджень та їх обговорення, узагальнення результатів досліджень, висновків, рекомендацій виробництву, списку літератури і додатків.
Дисертація викладена на 125 сторінках машинописного тексту, містить 45 таблиці, 9 малюнків. Список літератури включає 304 джерела, із яких 57 – іноземних авторів. Додатки до дисертації – на 34 сторінках.
МАТЕРІАЛ І МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Робота виконувалась упродовж 2001–2004 рр. у проблемній науково-дослідній лабораторії Науково-дослідного інституту екології та біотехнології у тваринництві Білоцерківського державного аграрного університету.
З теми дисертації проведено модельні експерименти, науково-господарський дослід на вермікультурі й три науково-господарських досліди на перепелах породи Фараон, а також здійснено виробничу перевірку ефективності використання цеолітів як компонента живильного середовища для гібрида червоних каліфорнійських черв’яків у ПП “Бабій”; виконано виробничі досліди для підтвердження ефективності використання оптимальних доз цеолітів у раціонах перепелів в умовах господарства “Агросоюз-Фенікс”.
Для вивчення вмісту кислоторозчинних форм феруму, магнію, мангану,
цинку, купруму, кадмію та плюмбуму в природних цеолітах нами використані як екстрагент 1н і 6н розчини гідрогенхлориду (НСl). При застосуванні 1н розчину НСl як універсального групового екстрагента елімінуються рухомі форми металів; застосування 6н розчину НСl дозволяє поряд з рухомими формами металів вилучати значну їх валову кількість, що дає інформацію про вміст малорухомих форм, які досить міцно зв’язані в кристалічних гратках мінералів (Розпутній О.І., 2000). Для проведення аналізу готували суспензію у співвідношенні цеоліт і розчин гідрогенхлориду відповідно 1 (за масою) : 10 (за об’ємом). Суспензію струшували протягом однієї години, далі її фільтрували і в одержаному фільтраті визначали вміст металів.
З метою визначення рівня елімінації феруму, магнію, мангану та купруму із цеолітів використовували ацетатний, фосфатний та гліциновий буфери з рН середовища від 1,0 до 8,0 (Лур’є Ю.Ю., 1971), потім готували суспензію (0,6 г цеоліту та 30 мл буферу), яку струшували на лабораторній гойдалці протягом 40, 60, 80, 120 та 180 хв при температурі 41 °С (температура тіла птиці), фільтрували і в одержаному фільтраті визначали вміст металів із застосуванням атомно-абсорбційної спектрофотометрії на приладі ААS-3 (Брицке М.Э., 1982).
Для вивчення ефективності використання цеоліту Сокирницького родовища Закарпатської області (А) та цеолітовмісного базальтового туфу родовища “Полицьке-ІІ” Рівненської області (В) при оптимізації мінерального складу живильного середовища вермікультури проведено перший науково-господарський дослід у віварії Білоцерківського державного аграрного університету за схемою (табл. 1). Ложа формували за кількістю черв’яків, їхньою масою, площею субстрату і його масою. Дослідному передував підготовчий період, упродовж якого ложа вирівнювали за масою і кількістю черв’яків.
Мінерали у дослідні ложа додавали залежно від маси субстрату за встановленою схемою. Першу порцію цеолітів вносили у приготовлені ложа і перемішували з живильним середовищем. У подальшому мінерали додавали разом із підкормкою. У дослідні групи-ложа вносили цеоліт (А) та цеолітовмісний базальтовий туф (В) у дозах 1,5; 3; 4,5 та 6 % від маси субстрату. Після завершення досліду з кожного ложа відбирали пробником середні проби (100см2) у десяти місцях і підраховували кількість черв’яків, співвідношення молодняку і статевозрілих особин та їх середню масу (Городній М.М., 1990).
Таблиця 1 – Схема постановки досліду щодо вивчення впливу цеолітів
вітчизняних родовищ (А і В) на продуктивність вермікультури
Наступним етапом досліджень було проведення науково-господарських дослідів на перепелах породи Фараон (табл. 2.).
Досліди проводили методом збалансованих груп-аналогів. Групи птиці по 100 голів формували у добовому віці (Кононенко В.К., Ібатулін І.І. та ін., 2000). Годівлю дослідних перепелів віком 0–30 діб проводили комбікормом ПК 2-6П, а старше 30 діб – ПК 1-18П виробництва “Київ-Атлантік” м. Миронівка. За схемою досліду частину комбікормів замінювали різними дозами цеоліту А (перший науково-господарський дослід) та цеоліту В (другий науково-господарський дослід), а також черв’ячною біомасою, вирощеною на різних за мінеральним складом живильних середовищах (третій науково-господарський дослід).
Збереженість перепелів, як різницю між кількістю голів на початок та на кінець облікового періоду, визначали груповим методом окремо у кожній групі птиці. Живу масу перепелів знаходили індивідуальним зважуванням (Бесулін В.І. та ін., 2003).
З метою з’ясування впливу добавок (цеоліт А, цеоліт В, черв’ячна біомаса) на яєчну продуктивність перепелів формували групи птиці у віці 60 діб у співвідношенні самців і самок відповідно 1:4 (Кононенко В.К., Ібатулін І.І. та ін., 2000). Добір яєць для оцінки проводили за принципом випадкової вибірки в кінці кожного місяця досліду. Індекс форми яйця визначали як відношення його поперечного діаметра до поздовжнього у відсотках. Для вимірів діаметра користувалися штангенциркулем. Товщину шкаралупи вимірювали мікрометром на трьох ділянках: екваторіальній частині, тупому та гострому кінцях яйця (Бесулін В.І. та ін., 2003).
Таблиця 2 – Схема постановки дослідів щодо оптимізації концентрації
цеолітів, цеолітовмісних базальтових туфів і черв’ячної
біомаси у раціонах перепелів
Для вивчення стану метаболічних процесів в організмі перепелів досліджували кров та печінку на вміст загального білка – за O.H. Lowry et al. (1951), активність аспартат- (АсАт) (К.Ф.2.6.1.1) і аланінамінотрансфераз (АлАт) (К.Ф.2.6.1.2) – з використанням стандартного набору реактивів за методом Райтмана-Френкеля (Reitman S., Frankel S., 1957), лужної фосфатази (ЛФ) (К.Ф.3.1.3.1) – за методикою, запропонованою Кінгом (King J.,1954), а також концентрацію загальних, білкових сульфогідрильних груп і HS-груп низькомолекулярних сполук (Ellman G.L.,1959).
У тканинах перепелів і біомасі черв’яків визначали вміст макро- та мікроелементів методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії на приладі ААS-3 (Брицке М.Э., 1982).
При визначенні біологічної цінності м’яса перепелів та черв’ячної біомаси як тест-об’єкт використовували війчасту інфузорію Tetrachimena piriformis, лабораторний штам WH 14, яка реагує на дію хімічних та біологічних факторів адекватно вищим тваринам і дає можливість отримати об’єктивну інформацію (Микитюк П.В., 1987).
Основні показники досліджень оброблені біометрично (Плохинский Н.А., 1969). Значення критерію вірогідності за Стьюдентом визначали при трьох порогах р<0,05; р<0,01; р<0,001 (Монцевичюте-Эрингене Е.В., 1964).
Під час аналізу табличних матеріалів нами використані такі умовні
позначення: *– р<0,05; ** – р<0,01; *** – р<0,001.
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Модельні досліди щодо з’ясування вмісту у природних мінералах рухомих,
валових і малорухомих форм металів та визначення рівня елімінації
макро- і мікроелементів залежно від реакції середовища та експозиції
З метою визначення вмісту рухомих та малорухомих (різниця між валовими і рухомими) форм металів, встановлення кількості макро- та мікроелементів, які можуть бути вилучені з природних цеолітів під час проходження через шлунково-кишковий канал, що залежить від реакції середовища та експозиції, проведено модельні дослідження.
Встановлено, що цеоліт А та цеоліт В містять різну кількість кислоторозчинних форм металів (табл. 3).
Вміст рухомих форм феруму у цеоліті А становить 324,1±4,74 мг/кг, що у 4,99 разів менше порівняно із цеолітом В (р<0,001). Валовий вміст феруму у цеоліті В на 2592,2 мг/кг вищий, ніж у цеоліті А (р<0,001). Також відмічено, що у мінералі А вміст малорухомих форм феруму становить 53,8 %, а у мінералі В – 50,8 %. З-поміж вивчених металів найбільший валовий вміст магнію виявлено у цеолітовмісному базальтовому туфі родовища “Полицьке-ІІ”, який у 24,8 разів (р<0,001) був вищий, ніж у цеоліті А. Співвідношення між рухомими і малорухомими формами цього металу становить 1:1,17 та 1:1,04 відповідно у цеолітах А і В.
Інша ситуація спостерігається із манганом – у цеоліті В 87 % металу знаходиться в рухомій формі, а в мінералі А – лише 65,3 %. Кількість цинку, яка вилучається 1н розчином гідрогенхлориду із цеоліту А, у 5,9 разів менша від концентрації цього елемента, що елімінується з цеоліту В. Встановлено, що валова кількість купруму, яка вилучається з цеоліту В, складає 14,3±0,47 мг/кг; це у 11 разів більше порівняно із кількістю вилученого мікроелемента з мінералу А. Водночас відмічено, що 95,8 % купруму знаходиться в рухомій формі у цеоліті В, і лише 30,7 % – у цеоліті А. Кадмій і плюмбум є металами-токсикантами і їх вилучення розчинами 1н та 6н гідроген хлориду показало, що вміст рухомих форм цих металів у цеоліті А складає відповідно 0,02±0,002 мг/кг і 3,4±0,17 мг/кг. При цьому у цеоліті В вищезгадані
метали перебувають лише у малорухомій формі і їх вміст становить 4,2±0,33 та 0,009±0,001 мг/кг відповідно.
Таблиця 3 – Вміст рухомих, валових та малорухомих форм металів у цеоліті
Сокирницького родовища (А) та цеолітовмісному базальтовому
туфі родовища “Полицьке-ІІ” (В), мг/кг, n=5
Встановлено, що за вмістом вилучені із цеоліту Сокирницького родовища
макро- і мікроелементи знаходяться у такій послідовності: Fe> Mg> Mn> Zn> Cu> Pb> Cd, а елементи, еліміновані з цеолітовмісного базальтового туфу родовища „Полицьке-ІІ”, формують наступний регресійний ряд – Mg> Fe> Mn> Zn> Cu> Pb> Cd.
Кількісні показники вилучення металів 1н розчином НСl свідчать про можливість використання цеоліту А й цеоліту В як джерела цих макро- і мікроелементів для балансування раціонів. Одночасно виявлено, що кількість металів-токсикантів, які перебувають у рухомій формі, набагато нижча від гранично допустимої концентрації (ГДК) цих елементів. За даними В.А. Копілевича та ін. (2004), ГДК плюмбуму в ґрунті знаходиться на рівні не більше 20 мг/кг, а кадмію – не більше 8 мг/кг. Отже, кількість рухомих форм плюмбуму, що вилучається 1 н розчином НСІ із цеоліту А у 5,88 разів, а малорухомих із цеоліту В – у 4,76 разів відповідно нижча від ГДК. Вміст рухомих форм кадмію у цеоліті А в 400 разів нижчий за ГДК цього металу-токсиканту у ґрунті.
З метою вивчення динаміки та визначення рівня елімінації металів із цеолітів залежно від умов (реакція середовища та експозиція), що в комплексі моделюють ситуацію у шлунково-кишковому каналі птиці, використовували буферні розчини з рН від 1,0 до 8,0. Модельними дослідженнями доведено, що при підвищенні рН середовища з 1,0 до 8,0 та часу експозиції із 40 до 180 хв кількість вилученого феруму, магнію, мангану та купруму змінюється. Концентрація вилучених металів із цеоліту Сокирницького родовища коливається в межах, відповідно: феруму – 5,4±1,53ч480,7±16,19 мг/кг; магнію – 56,5±17,46ч ч783,5±61,50 мг/кг; мангану – 6,7±1,83ч131,3±9,28 мг/кг; купруму – 1,8±0,31ч9,3±0,60 мг/кг, а з цеолітовмісного базальтового туфу родовища “Полицьке-ІІ” в межах: феруму – 10,3±2,25ч5808,7±524,60 мг/кг; магнію – 83,0±17,00ч6730,5±1019,55 мг/кг; мангану – 9,7±1,92ч132,7±12,14 мг/кг і купруму – 1,5±0,50ч26,7±0,96 мг/кг мінералу відповідно.
Разом з тим отримані дані свідчать про вищу потенційну можливість цеоліту В щодо забезпечення раціонів мікроелементами за рахунок більшої кількості рухомих форм макро- і мікроелементів у цеолітовмісному базальтовому туфі родовища „Полицьке-ІІ”.
Результати модельних досліджень дають можливість при використанні цеолітів як мінеральної добавки до раціонів сільськогосподарських тварин та птиці враховувати вміст рухомих форм металів, а не їх валову концентрацію. Це є науковим підґрунтям при оптимізації процесу використання цих мінералів.
Оптимізація концентрації цеоліту і цеолітовмісного базальтового туфу
у складі живильного середовища для вермікультури
Проведені дослідження підтверджують, що природні цеоліти в біотехнології вермікультивування можна використовувати для оптимізації параметрів живильного середовища. Встановлено, що при додаванні 3 % цеоліту А до субстрату черв’яків спостерігається підвищення маси популяції на 23,3 % (р<0,05) та на 16,5 % (р<0,05) – за умови внесення 4,5 % цеолітовмісного базальтового туфу В порівняно з контрольною групою-ложем (табл. 4).
Дані таблиці 4 свідчать про недостовірне збільшення маси популяції у ІІІ, V та VI дослідному ложах. Відмічено, що у VIII дослідному ложі кількість молодих особин складає 32,9 %, тоді як у інших – від 57,7 до 42,9 %. Це є показником зниження фізіологічної активності популяції у VIII дослідному ложі, де концентрація цеоліту В у субстраті становила 6 %.
Результати виробничої перевірки в умовах ПП “Бабій” підтверджують результати, отримані нами у науково-господарському досліді (табл. 4).
Одним із найбільш інформативних показників інтенсивності білкового обміну є активність аспартатамінотрансферази і аланінамінотрансферази, які належать до основних представників піридоксальфосфатовмісних ферментів і каталізують перенесення аміногруп між аміно- та кетокислотами.
Таблиця 4 – Показники життєдіяльності популяції каліфорнійських
черв’яків залежно від кількості введених до
живильного середовища мінералів (А і В)
Примітка: різниця вірогідна *– р<0,05
Із даних таблиці 5 видно, що введення до складу субстрату цеолітовмісного базальтового туфу сприяє підвищенню активності АсАт у V дослідному ложі на 21,8 % (р<0,05), VI – 32,1 (р<0,05), VII – 41 (р<0,001) та VIII ложі – на 36,5 % (р<0,001). Також нами встановлено підвищення активності АлАт від 15,4±0,83 мкмоль/год/г тканини у черв’яків контрольного ложа до 23,6±0,82 (р<0,001) – у черв’яків першого; до 31,4±0,96 (р<0,001) – другого; до 29,0±2,72 (р<0,01) – третього; до 27,9±3,71 (р<0,05) – четвертого та до 45,2±2,84 (р<0,001) – сьомого відповідно (табл. 5). Отримані результати є свідченням впливу різних концентрацій цеоліту (А) і цеолітовмісного базальтового туфу (В) на активність ферментів переамінування, які із показниками продуктивності мають прямий сильний кореляційний зв’язок (r>0,75).
Загальновідомо, що фосфатази належать до ферментів, які каталізують реакцію відщеплення фосфорної кислоти від її органічних сполук. Нашими дослідженнями встановлено зниження активності лужної фосфатази з 45,9 до 29,7 % (І–ІV дослідні групи-ложа) при додаванні цеоліту А і з 43,7 до 17,3 % (V–VІІІ дослідні групи-ложа) – цеоліту В (табл. 5). У ІІ дослідному ложі (ОС з 3 % цеоліту А), де відмічено вірогідне збільшення маси популяції на 104,8 г (р<0,05), виявлено зниження активності цього ферменту в 1,75 разів (р<0,01) та у VII дослідному (ОС з 4,5 % цеоліту В), де маса популяції збільшилася на 80,8 г (р<0,01), порівняно з масою вермікультури контрольного ложа у 1,79 разів (р<0,001).
Таблиця 5 – Активність аспартат- і аланінамінотрансфераз та лужної фосфатази
у черв’ячній біомасі, М±m, n=5
Примітка: різниця вірогідна *– р<0,05; **– р<0,01; *** – р<0,001
Нашими дослідженнями встановлено, що вміст загального білка в біомасі черв’яків коливається від 613,0±69,67 г/ кг сухої речовини (IV дослідна – ОС з 6 % цеоліту А) до 643,4±93,69 г/ кг сухої речовини черв’ячної біомаси (VII дослідна – ОС з 4,5 % цеоліту В). Водночас не виявлено вірогідної різниці вмісту білка в біомасі черв’яків, вирощеній на різних за мінеральним складом живильних середовищах.
Нами доведено, що зі збільшенням концентрації цеолітів у живильному середовищі зростає вміст металів у черв’ячній біомасі та біогумусі. Так, спостерігали вірогідне підвищення вмісту магнію від 5299,8±69,22 (V дослідна група-ложе) до 5789,2±53,10 мг/ кг сухої речовини черв’ячної біомаси (р<0,01) у VІІІ дослідній групі-ложі за умови внесення 6 % цеолітовмісного базальтового туфу. При додаванні цеоліту А у кількості 1,5; 3; 4,5 та 6 % від маси субстрату відбувалося вірогідне підвищення рівня цього елемента у ІІ (р<0,05), ІІІ (р<0,001) та ІV (р<0,001) дослідних групах. Також відмічено вірогідне збільшення концентрації феруму за умови внесення різних доз цеоліту В відповідно у VІ дослідному ложі – в 1,23 раза (р<0,01); у VІІ – 1,54 (р<0,001) та у VІІІ – в 1,68 раза (р<0,001). Нами встановлено збільшення рівня мангану в біомасі черв’яків на 12,7 % (р<0,05) та 16,5 % (р<0,05) при додаванні до живильного середовища 4,5 та 6 % цеоліту А, а також на 12,1 % (р<0,05) і 20,4 % (р<0,01) – при внесенні до субстрату відповідної кількості цеоліту В. Вірогідне збільшення кількості купруму у черв’ячній біомасі встановлено у VІІ (р<0,05) та VІІІ (р<0,01), а цинку, відповідно, у VІІ (р<0,05) та VІІІ (р<0,05) дослідних ложах. При додаванні цеоліту А до живильного середовища вміст плюмбуму коливався у межах від 0,28 до 0,12 мг/ кг та від 0,25 до 0,16 мг/ кг сухої речовини – при додаванні цеоліту В. Вміст кадмію у біомасі черв’яків І – IV дослідних лож знаходився на рівні від 0,12 до 0,14 мг/ кг сухої речовини та від 0,10 до 0,13 мг/ кг сухої речовини у V – VІІІ дослідних ложах.
При визначенні вмісту металів-токсикантів у біогумусі встановили, що додавання цеоліту А та цеолітовмісного базальтового туфу В до живильного середовища у кількості від 1,5 до 6 % приводить до зменшення концентрації плюмбуму відповідно на 12,1–23,4 % та на 19,1–33,9 %. У ІІ дослідному ложі, де встановлено найвищий позитивний вплив цеоліту А на показники життєдіяльності популяції черв’яків, рівень кадмію становив 0,78±0,099 мг/ кг сухої речовини біогумусу та 0,72±0,086 мг/ кг сухої речовини за умови внесення 4,5 % цеоліту В (VII дослідне ложе) при ГДК кадмію у біогумусі 2 мг/ кг сухої речовини. Концентрація плюмбуму була відповідно 0,26±0,019 (ОС з 3 % цеоліту А) та 0,18±0,023 мг/ кг сухої речовини біогумусу (ОС з 4,5 % цеоліту В) при ГДК плюмбуму 20 мг/ кг сухої речовини біогумусу (Городній М.М., 1990).
Таким чином, проведені дослідження з вивчення впливу добавок цеоліту Сокирницького родовища та цеолітовмісного базальтового туфу родовища „Полицьке-ІІ” до субстрату на рівень металів-біотиків і металів-токсикантів у біогумусі свідчать про те, що цеоліти є джерелом таких макро- і мікроелементів, як магній, ферум, манган, купрум та цинк. Крім того, використання їх при вермікультивуванні приводить до зниження вмісту в біогумусі металів-токсикантів кадмію і плюмбуму, що підвищує якість цього органічного добрива й створює при його використанні передумови отримання екологічно чистої продукції.
Оптимізація концентрації цеолітів, цеолітовмісних базальтових туфів
і черв’ячної біомаси у раціонах перепелів
Встановлено, що жива маса птиці першої дослідної групи порівняно з контрольною на 4,1 % була вищою (р<0,05) при введенні до раціону 1,5 % цеоліту Сокирницького родовища (табл. 6). Збереженість птиці І дослідної групи на 1 % виявилася вищою порівняно з контролем.
Таблиця 6 – Жива маса перепелів, до раціону яких додавали природний
цеоліт Сокирницького родовища, М±m, n=80–87
Примітка: різниця вірогідна *– р<0,05
При визначенні біохімічних показників встановили, що найвищий вміст загального білка крові, активність аспартат- і аланінамінотрансфераз та лужної фосфатази спостерігався у першій дослідній групі, де до складу раціону вводили 1,5 % цеоліту Сокирницького родовища. Виявлено, що яєчна продуктивність І дослідної групи (ОС з 1,5 % цеоліту А) на 5,6 % (р<0,01) була вищою порівняно з продуктивністю у контрольній групі птиці. Одночасно яєчна продуктивність ІІ, ІІІ та ІV дослідних груп була нижчою на 6,5; 11,9 та 18,7 %. Є підстави вважати, що заміна комбікорму 3; 4,5 та 6 % цеоліту Сокирницького родовища призводить до зниження поживності раціону та невідповідності його нормам за показниками живої маси.
Крім того, вивчали вплив цеолітовмісного базальтового туфу родовища “Полицьке-ІІ” на показники продуктивності птиці (табл. 7).
Таблиця 7 – Жива маса перепелів, до раціону яких додавали природний цеолітовмісний базальтовий туф родовища “Полицьке-ІІ”, М±m, n=83–86
Примітка: різниця вірогідна *– р<0,05
Із даних таблиці випливає, що додавання мінералу В до раціону перепелів приводить до збільшення живої маси птиці у 2-місячному віці на 4,08 % (р<0,05). Жива маса птиці ІІ дослідної групи була нижчою на 2,2 %, ІІІ – на 3,1 %, а ІV – на 9,9 %, що теж, на нашу думку, є наслідком незбалансованості раціону у зв’язку із додаванням до його складу 3; 4,5 та 6 % мінералу В. Збереженість
перепелів становила 96 %, що на 3 % вище порівняно з контролем.
На підставі наших досліджень можна зробити висновок, що добавка 1,5 % цеолітовмісного туфу родовища „Полицьке-ІІ” вірогідно впливає на прирости живої маси перепелів породи Фараон.
При визначенні біохімічних показників на 21-й день виявлено вірогідне підвищення у сироватці крові птиці І дослідної групи загального білка (р<0,05) та активності лужної фосфатази (р<0,05). Тенденція підвищення вмісту загального білка (р<0,001), активності АсАт (р<0,001) та ЛФ (р<0,05) зберігається й у печінці І дослідної групи птиці на 21-й день, а жива маса перепелів перебуває із цими показниками у прямій сильній кореляційній залежності (r> 0,75).
Вивчення впливу цеолітовмісного базальтового туфу родовища „Полицьке-ІІ” на показники яєчної продуктивності показало, що продуктивність птиці І дослідної групи була на 7,7 % вищою (р<0,001) порівняно з контрольною; у ІІ дослідній групі несучість була також вищою на 4,3 %, але ця різниця виявилася статистично невірогідною.
Проведені нами дослідження довели, що добавки цеолітів вітчизняних родовищ до раціону впливають на ріст і розвиток перепелів, але їх концентрація є лімітуючим фактором – масова частка цеолітів має складати не більше 1,5 %.
Наступним етапом наших досліджень було визначення доцільності й ефективності використання черв’ячної біомаси, одержаної на субстраті з 3 % цеоліту Сокирницького родовища (І дослідна група) та 4,5 % цеолітовмісного базальтового туфу родовища “Полицьке-ІІ” (ІІ дослідна група), при згодовуванні її перепелам (табл. 8).
Результати досліджень вказують на те, що заміна 2 % комбікорму еквівалентною за вагою кількістю черв’ячної біомаси, вирощеної на живильному середовищі із вмістом 4,5 % цеолітовмісного базальтового туфу родовища „Полицьке-ІІ”, приводить до вірогідного збільшення живої маси перепелів у 2-місячному віці на 4,4 % (р<0,01) порівняно з контрольною групою (табл. 8). Заміна 2 % комбікорму черв’ячною біомасою, вирощеною на живильному середовищі з 3 % цеоліту Сокирницького родовища, приводить до підвищення живої маси на 1,9 %, але ця величина не є статистично вірогідною. За період досліду яєчна продуктивність перепелів ІІ групи виявилася на 6,8 % (р<0,01), а збереженість поголів’я була на 2 % вищою порівняно з контрольною.
Таблиця 8 – Жива маса перепелів, до раціону яких додавали біомасу черв’яків,
М±m, n=82–85
Примітка: різниця вірогідна **– р<0,01
При визначенні біохімічних показників встановлено, що введення до раціонів перепелів 2 % черв’ячної біомаси, вирощеної на живильному середовищі із вмістом 3 % цеоліту Сокирницького родовища (І дослідна група), та 2 % черв’ячної біомаси, одержаної на живильному середовищі із вмістом 4,5 %
цеолітовмісного базальтового туфу (ІІ дослідна група), вірогідно не вплинуло на вміст загальних HS-груп, сульфогідрильних груп білкових та низькомолекулярних сполук. Це переконливий аргумент того, що черв’ячна біомаса не є джерелом металів-токсикантів, які можуть у ній накопичуватись, і, з огляду на високу спорідненість важких металів до HS-груп, їх блокувати.
Економічна ефективність отриманих результатів. При визначенні економічної ефективності встановлено, що додатковий прибуток на одне ложе складає 15,2 грн за умови додавання до субстрату 3 % цеоліту Сокирницького родовища та 73,9 грн – у результаті застосування з цією ж метою 4,5 % цеолітовмісного базальтового туфу родовища “Полицьке-ІІ”.
З метою підвищення продуктивності перепелів породи Фараон та одержання додаткового прибутку доцільно вводити до складу раціону цеоліт Сокирницького родовища Закарпатської області або цеолітовмісний базальтовий туф родовища „Полицьке-ІІ” Рівненської області у кількості 1,5 %. При цьому додатковий прибуток на 1000 гол. складає 150,8 та 223,3 грн відповідно.
Впровадження біотехнології вермікультивування для утилізації органічних відходів з подальшим введенням вирощеної черв’ячної біомаси у раціони перепелів дозволяє одержати 275,2 грн додаткового прибутку у розрахунку на 1000 голів птиці.
ВИСНОВКИ
1. Вивчено фізико-хімічні властивості природних цеолітів вітчизняних родовищ та вдосконалено біотехнологію вермікультивування шляхом оптимізації мінерального складу живильного середовища для черв’яків, проведено перевірку впливу використання черв’ячної біомаси, одержаної на субстраті з додаванням 3 % цеоліту Сокирницького родовища Закарпатської області А та 4,5 % цеолітовмісного базальтового туфу родовища “Полицьке-ІІ” Рівненської області В, а також самих цеолітів А і В на м’ясну й яєчну продуктивність перепелів та якість одержаної продукції.
2. Модельними дослідженнями доведено, що при підвищенні рН буферного середовища з 1,0 до 8,0 та часу експозиції із 40 до 180 хв кількість елімінованих з цеоліту А макро- та мікроелементів коливається у межах: феруму 5,4÷480,7; магнію 56,5ч783,5; мангану 6,7ч131,3 та купруму 1,8ч9,3 мг/кг, а вилучених із цеолітовмісного базальтового туфу – відповідно 10,3ч5808,7; 83,0ч6730,5; 9,7ч132,7; 1,5ч26,7. Крім того встановлено, що з підвищенням рН середовища концентрація вилучених елементів зменшується, а зі збільшенням часу експозиції – збільшується.
3. Визначено, що в цеоліті Сокирницького родовища у рухомій формі знаходиться 324,1±4,74 мг/кг феруму; 230,0±9,00 мг/кг магнію; 48,9±0,74 мг/кг
мангану; 3,1±0,16 мг/кг цинку; 0,4±0,041 мг/кг купруму; 0,02±0,002 мг/кг кадмію та 3,4±0,17 мг/кг плюмбуму, а в цеолітовмісному базальтовому туфі відповідно, 5850,0±480,00 мг/кг магнію; 1618,8±158,41 мг/кг феруму; 33,0±1,02 мангану; 18,3±1,36 мг/кг цинку та 13,7±0,35 мг/кг купруму. Отримані дані щодо вмісту рухомих форм металів-біотиків у цеолітах можуть слугувати підґрунтям при балансуванні раціонів за мінеральним складом, а за концентрацією плюмбуму і кадмію – бути підставою для одержання екологічно безпечної продукції.
4. Проведеними дослідженнями щодо удосконалення вермікультивування доведено, що додавання цеоліту Сокирницького родовища в концентрації 3 % та цеолітовмісного базальтового туфу родовища “Полицьке-ІІ” в кількості 4,5 % від маси субстрату забезпечує зростання біомаси вермікультури відповідно на 23,3 % (р<0,05) та 16,5 % (р<0,05).
Встановлено прямий задовільний кореляційний зв’язок між зростанням біомаси вермікультури і активністю аспартатамінотрансферази (r=0,25ч0,75), а лужної фосфатази – зворотний задовільний (r= –0,25ч –0,75).
5. Додавання до живильного середовища гібрида червоних каліфорнійських черв’яків цеоліту Сокирницького родовища у кількості 1,5; 3; 4,5 та 6 % від маси субстрату супроводжується підвищенням вмісту у вермікультурі магнію, феруму, мангану, цинку та купруму у межах 0,3÷3,6; 8,7ч48,8; 5,8ч16,6; 1,0ч14,9; 9,3ч46,7 % відповідно, а за умови внесення аналогічних доз цеолітовмісного базальтового туфу – 1,0÷7,0; 4,2ч68,6; 6,7ч20,0; 0,6ч29,8; 7,5ч104,6 %. Крім того, наявність цеолітів А і В у субстраті зумовила зниження в біомасі вермікультури вмісту металів-токсикантів кадмію і плюмбуму, про що свідчать дані кореляційного аналізу. Так, встановлено зворотну високу кореляційну залежність між
|
