|
Міністерство агропромислового комплексу України
Білоцерківський державний аграрний університет
Розпутній Олександр Іванович
УДК 636.2|.4.033:612. 014.46]573.6
Трансформація важких металів у біотехнологічних системах
з виробництва яловичини і свинини
03. 00.20 – біотехнологія
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора сільськогосподарських наук
Біла Церква –1999
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Білоцерківському державному аграрному університеті Міністерства агропромислового комплексу України.
Науковий консультант – доктор біологічних наук, професор, член-кор. УААН,
заслужений діяч науки і техніки України
Герасименко Віктор Григорович,
Білоцерківський державний аграрний університет,
проректор з навчальної роботи
Офіційні опоненти: доктор ветеринарних наук, професор
Нікітенко Анатолій Мефодійович,
Білоцерківський державний аграрний університет,
завідувач кафедри зоогігієни та основі ветеринарії;
доктор сільськогосподарських наук, професор
Мазуренко Микола Олександрович,
Вінницький державний сільськогосподарський інститут,
завідувач кафедри технології і виробництва продуктів
тваринництва;
доктор біологічних наук, професор
Чумаченко Володимир Юхимович,
Національний аграрний університет,
професор кафедри терапії і клінічної діагностики
Провідна установа – Державний науково-дослідний контрольний інститут ветеринарних препаратів і кормових добавок Міністерства агропромислового комплексу України, м. Львів.
Захист дисертації відбудеться 6 жовтня 1999 року
о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 27.821.01 в Білоцерківському державному аграрному університеті за адресою: 256400,
м. Біла Церква, Соборна площа, 8/1, в ауд. 22.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Білоцерківського державного аграрного університету.
Автореферат розісланий “3“ вересня 1999 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
професор Рухляда В.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Тваринництво є важливою складовою частиною сільськогосподарського виробництва України. Ця галузь сприяє задоволенню потреб людини у продуктах харчування, цінній сировині, є джерелом органічних добрив для землеробства тощо. У процесі інтенсифікації тваринництва виявилося ряд недоліків і прорахунків щодо діяльності спеціалізованих господарств з виробництва м’яса, молока, продукції птахівництва. Розв’язання першочергових проблем галузі сприяло б підвищенню резистентності, продуктивності, відтворної здатності тварин та забезпечувало б екологічне благополуччя в зоні промислового тваринництва (Богданов Г.О., 1990; Герасименко В.Г.,1987; Чумаченко В.Ю.,1997; Звєрева Г.В.,1976; Злобін Ю.А.,1998).
Однак, сільськогосподарське виробництво здійснюється в умовах зростаючого антропогенного впливу на біосферу, що призводить до небажаних змін у кількісних і якісних характеристиках агроекосистем. У свою чергу промислова технологія виробництва продукції тваринництва на комплексах поки що не враховує буферні можливості агроекосистем, внаслідок чого виникають порушення природного кругообігу хімічних елементів. Розробка технологій знешкодження токсичних елементів і речовин шляхом регуляції їх біологічного кругообігу та опрацювання біотехнологічних підходів до переробки відходів тваринницької галузі потребує проведення фундаментальних досліджень, спрямованих на з’ясування біотрансформації і біоконверсії різних елементів та сполук в організмі великої рогатої худоби, свиней, птиці тощо. Особливо гостро ця проблема постала в умовах функціонування великих тваринницьких комплексів, коли у виробничому процесі використовується значна кількість кормів, що зумовлює нагромадження величезних об’ємів гнойової біомаси. Щоб забезпечити мінімальний вплив таких комплексів на стан навколишнього середовища виробництво продукції тваринництва має бути максимально наближене до моделей функціонування природних екосистем.
У складі кормів та води містяться, а отже і трансформуються у тваринний організм та гнойову біомасу, різні хімічні елементи. Серед них особливе місце посідають важкі метали. Інтенсивність, з якою ці елементи розсіюються в об’єктах зовнішнього середовища, та їх надзвичайно висока біологічна активність створили реальну небезпеку забруднення металами ланок харчового ланцюга людини та погіршення екологічної ситуації (Добровольський В.В.,1983; Алексєєв Ю.В.,1987; Бабенко Г.О.,1990; Малінін О.О.,1998; Мельничук Д.О. та ін., 1998).
Важкі метали мають високу токсичність, негативно впливають на живі організми навіть при дуже низьких концентраціях, здатні нагромаджуватися в організмі людини і тварин. Тому в програмі глобального моніторингу, прийнятій ООН, важкі метали були віднесені до найбільш небезпечних забруднювачів біосфери, контроль за якими потрібно проводити в першу чергу ( Munn R.E.,1973).
У тваринництві важкі метали – мідь, цинк, марганець та інші додатково вводяться у комбікорми як есенціальні фактори живлення. В умовах промислової технології для стимулювання анаболічних процесів з метою підвищення продуктивності, вносяться значні добавки солей міді і цинку, які іноді значно перевищують фізіологічні потреби тварин. Поряд з металами-біотиками у біогенну трансформацію залучаються метали-токсиканти (кадмій, свинець). Тому визначення стану трансформації важких металів в умовах функціонування біотехнологічних систем з виробництва яловичини і свинини дозволить вирішити ряд теоретичних і практичних питань щодо інтенсивності міграції цих металів, якості одержуваної продукції, екологічної безпеки довкілля. Ці дослідження необхідні для планування максимальних навантажень поголів’я тварин на одиницю сільськогосподарських угідь, розробки нових біотехнологічних підходів до переробки відходів тваринництва.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є частиною наукових досліджень теми “Дослідити динаміку важких металів у ланках харчового ланцюга, впровадити рекомендації з одержання екологічно чистої продукції, а також вивчити хіміко-біологічні основи і розробити методи конструювання препаратів біологічно активних речовин”, № держреєстрації 0193U042483, що виконувалася НДІ екології і біотехнології у тваринництві Білоцерківського державного аграрного університету на замовлення Управління організації наукових досліджень та зв’язків з УААН Міністерства агропромислового комплексу України впродовж 1992–1998 років.
Мета і завдання дослідження. Метою нашої роботи є оцінка стану біогенної міграції важких металів у великих промислових комплексах з виробництва яловичини і свинини, з’ясування ролі тваринного організму у біотрансформації металів для підготовки пропозицій щодо забезпечення екологічного благополуччя при функціонуванні зазначених вище біотехнологічних систем.
Для досягнення цієї мети були визначені такі завдання:
– вивчити надходження важких металів (міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю) при водоспоживанні біотехнологічними системами з виробництва яловичини і свинини в розрахунку на одну тварину за увесь період вирощування і відгодівлі і в розрахунку на повну потужність промислових комплексів на 15 тис. бичків і 108 тис. свиней на рік;
– вивчити надходження важких металів у складі кормів у біотехнологічні системи з виробництва яловичини і свинини в розрахунку на одну тварину і в розрахунку на повну потужність промислових комплексів;
– визначити сумарне надходження важких металів з водою і кормами у біотехнологічні системи з виробництва яловичини і свинини в розрахунку на одну
тварину і в розрахунку на повну потужність комплексів та дати оцінку шляхам надходження важких металів у біотехнологічні системи ;
– вивчити вміст важких металів в органах і тканинах молодняку великої рогатої худоби і свиней після завершення вирощування і відгодівлі і визначити сумарний вміст окремих металів в організмі тварин;
– визначити коефіцієнти біотрансформації важких металів із кормів і води за час вирощування і відгодівлі однієї голови молодняку великої рогатої худоби і свиней в умовах промислової технології та встановити кількість важких металів, які містилися у воді і кормах, витрачених на вирощування однієї голови, і елімінувалися із організму цих тварин;
– вивчити концентрацію важких металів у компонентах розподілу гнойових стоків біотехнологічних систем з виробництва яловичини і свинини з урахуванням удосконалених прийомів їх переробки ;
– дослідити вміст рухомих форм важких металів у грунтах сільськогосподарських полів та у рослинницькій продукції у зоні діяльності тваринницьких комплексів з виробництва яловичини і свинини;
– визначити навантаження поголів'я молодняку великої рогатої худоби і свиней на одиницю площі сільськогосподарських угідь для утилізації гнойової біомаси за вмістом важких металів;
– на підставі отриманих результатів науково обгрунтувати стан трансформації важких металів у біотехнологічних системах з виробництва яловичини і свинини, зробити висновки і дати пропозиції виробництву.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше одержано дані щодо надходження міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю у складі води і кормів в організм молодняку великої рогатої худоби і свиней за час вирощування і відгодівлі в умовах промислової технології. Визначені величини акумуляції важких металів в організмі молодняку великої рогатої худоби і свиней, вміст окремих металів в органах і тканинах. Вперше визначені коефіцієнти біотрансформації важких металів із кормів і води в організм тварини за повний виробничий цикл вирощування і відгодівлі молодняку великої рогатої худоби і свиней в умовах промислової технології. Доведено, що функціонування біотехнологічних систем з виробництва яловичини і свинини супроводжується залученням у біогенну міграцію значних кількостей важких металів, основна частка яких потрапляє не у тваринницьку продукцію, а у гнойову біомасу. Обгрунтована необхідність посилення уваги до вмісту важких металів у компонентах переробки гнойових стоків біотехнологічних систем з виробництва яловичини і свинини з тим, щоб їх подальше використання було безпечним з точки зору екологічного благополуччя. На основі одержаних результатів вперше розроблено екологічно обгрунтований підхід до визначення навантаження поголів'я тварин на одиницю площі сільськогосподарських угідь для утилізації гнойової біомаси за вмістом важких металів.
Практичне значення одержаних результатів. Дослідженнями доведено, що біотехнологічні системи з виробництва яловичини і свинини є потужними локальними джерелами надходження важких металів, зокрема міді, цинку, марганцю із кормів через гнойову біомасу в навколишнє середовище. Це зумовлює необхідність при проектуванні і розміщенні великих тваринницьких комплексів ураховувати потреби цих біотехнологічних систем у використанні достатньої площі сільськогосподарських угідь для утилізації відходів за вмістом важких металів. Тобто, поля під внесення гнойової біомаси є обов’язковою складовою цих спеціалізованих тваринницьких господарств. Отримані вперше коефіцієнти біотрансформації міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю із кормів у тваринний організм при вирощуванні і відгодівлі молодняку великої рогатої худоби і свиней в умовах промислової технології були низькими. Це підтверджує необхідність розробки прийомів підвищення біодоступності металів-біотиків (мідь, цинк, марганець) із кормів для зниження кількості внесення у комбікорми їхніх мінеральних сполук, особливо міді і цинку, які є гостродефіцитними мікроелементами для України.
Виконані дослідження показали необхідність проведення моніторингу за динамікою вмісту важких металів у грунтах сільськогосподарських угідь і якістю рослинницької продукції у зоні діяльності тваринницьких комплексів з виробництва яловичини і свинини. Результати досліджень було використано при розробці “Вихідних вимог на комплексну технологію виробництва нетрадиційних кормів і кормових добавок на основі біотехнологічної переробки відходів тваринницьких ферм та комплексів“ Вт 46.16.33.11–98, затверджених Міністерством агропромислового комплексу України 26.10.1998 р., а також при виконанні робіт за темою 3.3 “Розробити технологічний проект комплексного виробництва нетрадиційних кормів і кормових добавок для тваринництва на основі біотехнологічної переробки вторинної сільськогосподарської сировини“ (договір № 21/3 з Мінагропромом України).
На основі одержаних результатів складено і видано методичні рекомендації щодо контролю за біогенною міграцією важких металів у біотехнологічних системах з виробництва яловичини і свинини.
Одержані дані з трансформації важких металів у цих біотехнологічних системах використовуються при викладанні біотехнології студентам зооінженерного факультету і факультету ветеринарної медицини Білоцерківського державного аграрного університету. Також ці дані необхідні для планування розвитку тваринництва і для проведення природоохоронних заходів у зонах інтенсивного тваринництва.
Особистий внесок здобувача. В дисертаційній роботі особисто дисертантом обгрунтуваний напрям досліджень, розроблені робочі програми і методики, проведені експеременти, проаналізовані і узагальнені одержані результати, підготовлені до друку матеріали, проведено їх апробацію, формулювання висновків і пропозицій виробництву. Створення лабораторної бази НДІ екології і біотехнології у тваринництві при Білоцерківському державному аграрному університеті, що сприяло виконанню дисертаційної роботи, здійснювалося при безпосередній участі автора дисертації під керівництвом наукового консультанта чл.-кор. УААН Герасименка В. Г.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідались на засіданнях вченої ради зооінженерного факультету і факультету ветеринарної медицини Білоцерківського державного аграрного університету (1992–1998), секції ветеринарної медицини науково-технічної ради Мінагропрому України (1994–1998), на республіканській науково-практичній конференції “Проблеми підвищення продуктивності тварин та ефективності їх лікування“ (м. Дніпропетровськ, 1994), науково-практичній конференції “Вчені Білоцерківського державного сільськогосподарського інституту – виробництву“ (м. Біла Церква, 1994), Всеукраїнській конференції з фізіології і біохімії тварин (м.Львів, 1994), республіканській конференції з тваринництва і ветеринарної медицини (м. Вітебськ, 1994), 6-й і 7-й міждержавних міжвузівських науково-практичних конференціях “Нові фармакологічні засоби у ветеринарії“ (м. Санкт-Петербург, 1994, 1995), науково-практичній конференції, присвяченій 75-річчю Білоцерківського державного сільськогосподарського інституту (м. Біла Церква, 1995), науково-практичній конференції “Неінфекційна патологія тварин“ (м. Біла Церква, 1995), Першій всеукраїнській конференції ветеринарних патологів (м. Київ, 1996), міжнародній науково-практичній конференції “Ветеринарні і зооінженерні проблеми тваринництва“ (м. Вітебськ, 1996), науково-практичній конференції, присвяченій 45-річчю Гродненського державного сільськогосподарського інституту “Наука – виробництву“ (м. Гродно, 1996), на 7 Українському біохімічному з’їзді (м. Київ, 1997), міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми ветеринарної медицини, зооінженерії та технологій продуктів тваринництва“ (м. Львів, 1997), Першій всеукраїнській науково-методичній конференції фармакологів і токсикологів (м. Київ, 1998), 2-й міжнародній конференції “Проблеми неінфекційної патології тварин“ (м. Біла Церква, 1998), міжнародній науково-виробничій конференції, присвяченій пам’яті професора П. О. Ковальського (м. Біла Церква, 1998).
Публікації. Основні положення і результати досліджень опубліковані у 37 наукових працях, у тому числі у 19 статтях (3 статті у наукових журналах, 16 статей – у збірниках наукових праць), у 10 збірниках матеріалів конференцій, у 6 випусках тез конференцій та в 2 методичних рекомендаціях.
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, огляду літератури,загальної методики та основних методів досліджень, результатів досліджень і їх обговорення, узагальнення результатів досліджень, висновків та пропозицій виробництву, списку використаної літератури, додатків. Робота викладена на 295 сторінках комп’ютерного набору, містить 1 рисунок, 44 таблиць, 3 додатки. Список літератури включає 348 джерел.
ЗАГАЛЬНА МЕТОДИКА І ОСНОВНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Вирішення поставлених завдань здійснювалося в умовах комплексу з вирощування і відгодівлі молодняку великої рогатої худоби Обухівського радгоспу-комбінату Київської області (потужність комплексу 15 тисяч бичків на рік), свинокомплексів радгоспу-комбінату “Калитянський” Київської області, радгоспу-комбінату “Нивотрудівський” Дніпропетровської області і радгоспу “Росія” Черкаської області (потужність перших двох – 108 тисяч свиней на рік, а останнього – 24 тисячі свиней на рік). Ці господарства є спеціалізованими підприємствами з виробництва яловичини і свинини.
Виробничий процес вирощування і відгодівлі молодняку рогатої худоби грунтується на безперервному, поточно-цикловому графіку. Тривалість повного циклу вирощування і відгодівлі становить 416 днів. Середня жива маса бичків, що завозилися, становить 54 кг, а середня жива маса тварин наприкінці виробничого циклу дорівнює 418 кг. Годівля тварин здійснюється згідно з прийнятою на комплексі технологією, напування за допомогою автонапувалок артезіанською водою. Утримання тварин безприв’язне, групове. Гнойова біомаса видалялася за допомогою гідрозмивної системи через щілинну підлогу у вигляді стоків. На очисних спорудах комплексу гнойові стоки переробляються на окремі компоненти і утилізуються як органічне добриво у грунт сільськогосподарських угідь поблизу комплексу. На вибраних свинокомплексах вирощування і відгодівлі молодняку свиней триває 221 день, жива маса тварин становить 112 кг. Годівля різних груп свиней здійснюється повнораціонними комбікормами СК. На свинокомплексах гнойова біомаса видаляється з приміщень у вигляді гнойових стоків.
Дослідження виконані у 1990-1998 роках. Проведення досліджень у спеціалізованих тваринницьких комплексах має певні особливості, коли на перший план виступає технологічна група тварин. Поряд з цим, нами використаний системний аналіз, завдяки чому розроблена блок-схема функціонування біотехнологічних систем з виробництва яловичини і свинини (рис.1). Згідно з блок-схемою біотехнологічна система має вхід і вихід, що дозволяє характеризувати напрям міграції важких металів. На вході у систему важкі метали потрапляють до складу води та кормів. Тому вивчення концентрації металів у воді та кормах з урахуванням їх витрат дозволяє оцінити потоки надходження хімічних елементів із цих джерел. Оскільки у функціонуванні зазначених біотехнологічних виробництв центральним елементом системи є тваринний організм, то слід вивчити надходження цих металів з водою і кормами за виробничий цикл та визначити вміст даних елементів у тваринному організмі наприкінці вирощування і відгодівлі. Такий підхід дає змогу оцінювати потік важких металів у складі тваринницької продукції, а також стан трансформації цих елементів у склад гнойової біомаси. Поряд з цим, утилізація гнойової біомаси як добрива у грунти сільськогосподарських угідь потребує характеристики стану останніх щодо вмісту
важких металів. Одночасно необхідно проаналізувати показники якості рослинницької продукції, отриманої з полів, в які вноситься гнойова біомаса з промислових тваринницьких комплексів .
Грунтуючись на такому підході, ми проводили систематичний відбір зразків кормів, води, органів і тканин організму молодняку великої рогатої худоби і свиней, компонентів переробки гнойових стоків згідно з відповідними методичними рекомендаціями і нормативними документами. Проведено було також польові дослідження. Дослідним варіантом було поле, яке з самого початку функціонування комплексу використовувалося для утилізації гнойової біомаси як добрива. За контрольний варіант правило поле, що належить цьому ж господарству, але куди не потрапляла гнойова біомаса з комплексу. Грунти контрольного і дослідного полів були одного виду і є типовими для цих господарств. На фоновому і дослідному полях відібрали грунтові зразки по шарах через 20 см до метрової глибини. В період збирання врожаю з контрольного і дослідного варіантів, де вирощувалися однакові культури, відбиралися середні зразки рослинницької продукції.
Корми, воду, тканини і органи тварин, рослини, компоненти переробки гнойових стоків висушували (випарювали) до абсолютно сухої речовини, потім озолювали в муфельній печі при температурі не вище +450оС. З метою вилучення рухомих форм важких металів із грунту використовували груповий екстрагент – 1н розчин соляної кислоти, що за даними І.Т.Важеніна (1980) найкраще характеризує стан забруднення грунту металами. Концентрацію важких металів у підготовленому матеріалі визначали методом полуменневої атомно-абсорбційної спектрофотометрії на приладі ААS-3 в НДІ екології і біотехнології у тваринництві Білоцерківського державного аграрного університету. Отримані результати опрацьовували біометрично, вірогідність різниці оцінювали за допомогою критерія Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ
- Дослідження трансформації важких металів у біотехнологічній
системі з виробництва яловичини
- Роль води в міграції важких металів в умовах комплексу
з виробництва яловичини.
Створення великих тваринницьких комплексів спричинило різке зростання використання води. Крім напування тварин, водокористування на промислових комплексах пов’язане зі значними витратами води на технологічні потреби (гідрозмивна система видалення гнойової біомаси, санітарна очистка секцій, миття тварин, дезінфекція приміщень тощо). Це зумовлює необхідність з’ясування стану міграції важких металів з водою.
В умовах промислового комплексу Обухівського радгоспу-комбінату для напування тварин використовувалася лише артезіанська вода, а для інших технологічних потреб – артезіанська вода і вода із Дніпра, яка за вмістом сухого залишку міді, цинку, марганцю і свинцю відповідала вимогам державного стандарту (ГОСТ 2874–82). Витрати води на одну тварину за повний виробничий цикл вирощування і відгодівлі становили 37145 л, у тому числі на напування – 7705 л,на технологічні потреби – 29440 л. На підставі даних щодо використання води і концентрації важких металів визначено показники надходження важких металів у складі води. При вирощуванні і відгодівлі одного бичка на напування та інші технологічні потреби витрачаються наступні кількості металів (мг): міді – 93,3 (у воді для напування –12,0); цинку – 784,6 (130,7); марганцю – 638,3 (85,9); кадмію – 4,26 (0,42); свинцю – 43,0 (10,4). Загальний вміст металів у воді, що використовується при вирощуванні і відгодівлі 15 тисяч бичків становив (кг): міді – 1,40; цинку –11,77; марганцю – 9,58; кадмію – 0.064; свинцю – 0,645.
Оцінюючи в цілому надходження важких металів у складі води у біотехнологічну систему з виробництва яловичини, слід зазначити, що їх кількість не може істотно вплинути на стан кругообігу металів. Однак постійне розсіювання в навколишньому середовищі важких металів потребує і надалі систематичного контролю за надходженням їх з водою.
1.2. Надходження важких металів у складі кормів у біотехнологічну
систему з виробництва яловичини.
Із кормів відбувається основна трансформація окремих речовин і хімічних елементів до складу тваринного організму та гнойової біомаси. Це потребує вивчення надходження важких металів з кормами в організм молодняку великої рогатої худоби, особливо в умовах високої концентрації тварин на спеціалізованих комплексах. Годівля тварин проводиться згідно з промисловою технологією вирощування і відгодівлі. Комбікорми від загальної маси кормів становлять лише 31,4%, а від загальної поживності – 66,1%. Витрати кормів на одну тварину у цілому за виробничий цикл становлять (кг): замінник незбираного молока – 28; комбікорми КР-1 – 80, КР-2 – 170, КР-3 – 310, КР-4 – 1220; сіно люцерно-конюшинове – 37; силос кукурудзяний – 1880; солома ячмінно-пшенична – 220. Концентрації важких металів у кормах, що згодовувались тваринам у період дослідження, наведені у таблиці 1. Отримані дані свідчать, що корми з токсикологічної точки зору були доброякісними за концентрацією важких металів. На основі даних щодо витрат кормів за виробничий цикл та показників концентрації важких металів визначили вміст металів у розрахунку на одну тварину (таблиця 2 ). З даних таблиці 2 видно, що основна маса металів-біотиків зосереджена у комбікормах. Вміст металів-токсикантів (кадмій і свинець) у комбікормах становив більше половини від загальних величин. Це свідчить про те, що важкі метали надходять в організм молодняку великої рогатої худоби насамперед за рахунок комбікормів. Розрахунки середньодобових надходжень важких металів у складі кормів в організм молодняку великої рогатої худоби показали, що на 1 кг живої маси тварин припадає (мг): міді – 0,24; цинку – 0,76; марганцю – 2,10; кадмію – 0,0011; свинцю – 0,0123.
Надходження важких металів у складі кормів при повній потужності промислового комплексу (15 тис. бичків) за виробничий цикл становлять: міді – 353,70 кг; цинку – 1114,05; марганцю – 3072,75; кадмію – 1,65 і свинцю – 17,92 кг. Ці дані слід
Таблиця 1 – Вміст важких металів у кормах, що згодовувалися молодняку великої рогатої худоби на промисловому комплексі Обухівського радгоспу-комбінату, М±m, n=16, мг/кг абсолютно сухої речовини
* - мкг/кг
Таблиця 2 – Вміст важких металів у кормах, що витрачаються на одну тварину за виробничий цикл
вирощування і відгодівлі
враховувати при оцінці біогенної міграції важких металів у зоні діяльності біотехнологічної системи з виробництва яловичини, а також при подальшій трансформації цих металів у органи і тканини тварин та у гнойову біомасу.
1.3. Вміст важких металів в організмі молодняку великої рогатої худоби.
Організм тварин виступає важливою ланкою в харчовому ланцюзі, до якої у складі кормів і питної води потрапляють важкі метали. Ці елементи після всмоктування затримуються в окремих органах і тканинах, забезпечуючи певний мікромінеральний гомеостаз тваринного організму. Для оцінки ролі тваринного організму в асиміляції окремих металів нами проведено визначення вмісту важких металів у наступних органах і тканинах бичків при забої: печінці, нирках, легенях, серці, селезінці, скелетних м’язах, кістках, язиці, шкірі, шерстному покриві, внутрішньому і брижовому жирі, стінках передшлунків, тонкому і товстому кишечнику, стінці сечового міхура, сім’яниках, статевому члені, вухах, голові, діафрагмі, ногах, хвості. З токсикологічної точки зору концентрація важких металів в органах і тканинах, що використовуються як продовольча сировина, була нижче регламентованих /гранично допустимих концентрацій – (ГДК)/ (Медико-биологические требования…,1990). Отримані дані щодо концентрації важких металів в органах і тканинах бичків слід оцінювати з точки зору акумуляційних властивостей цих тканин відносно металів та з урахуванням участі окремих металів у метаболізмі в певних органах і в організмі в цілому.
Виходячи з одержаних результатів, можна зробити висновок, що печінка виступає нагромаджувачем міді (7,9±0,57мг/кг). Найвища концентрація цинку встановлена в скелетних м’язах, кістках і печінці, що відповідно становило (мг/кг): 48,1±8,37; 42,8±3,31; 29,6±6,33. Марганець, концентрація якого в кормах значна, у тваринному організмі знаходиться на невисокому рівні. Щодо кадмію і свинцю, то їх найвищу концентрацію було виявлено в кістках. Загальна оцінка концентрації важких металів показала значну різницю в акумуляції окремих металів різними органами і тканинами. Жирова тканина характеризувалася найменшою концентрацією в ній більшості металів.
За масою окремих органів і тканин та концентрацією в них важких металів проведені розрахунки вмісту окремих металів. Це дозволило отримати показники сумарного вмісту окремих металів в організмі бичків наприкінці виробничого циклу. Ці узагальнені дані наведено в таблиці 3. Вони свідчать, що більша половина сумарного вмісту міді, цинку, кадмію і свинцю зосереджена у туші тварин На основі проведених нами досліджень вперше визначено сумарний вміст окремих металів в організмі бичків. В наявних джерелах літератури така інформація відсутня. Отримані нами дані є суттєвими для з’ясування участі організму молодняку великої рогатої худоби у трансформаційних процесах важких металів у біотехнологічній системі з виробництва яловичини. На основі даних щодо вмісту важких металів в організмі однієї тварини можна характеризувати тваринницький комплекс у цілому. Загалом при повній потужності комплексу в організм 15-ти тисяч бичків буде трансформуватись і акумулюватись у тканинах та органах тварин 3,13 кг міді; 176,12 кг цинку; 7,06 кг марганцю; 0,23 кг кадмію; 0,56 кг свинцю.
Таблиця 3 – Вміст і відносний розподіл важких металів в організмі молодняку великої рогатої худоби
Ці показники дозволяють кількісно оцінювати міграційний потік важких металів при функціонуванні потужної біотехнологічної системи з виробництва яловичини.
1.4. Оцінка вмісту важких металів у гнойовій біомасі.
Гнойова біомаса входить до першої трійки відходів, які забруднюють природне середовище при сільськогосподарському виробництві (Злобін Ю.А. 1998). З іншого боку, гнойова біомаса містить значну кількість біогенних елементів, що є джерелом поповнення їх у грунтах сільськогосподарських угідь. Гнойова біомаса тваринницьких комплексів має істотні відмінності за хімічним складом порівняно з підстилковим гноєм. Це зумовлено тим, що в умовах комплексів не використовують підстилковий матеріал і застосовують гідрозмивну систему видалення гною. В гнойову біомасу із кормів через організм тварини трансформуються різні сполуки і хімічні елементи. Однак, дослідження гнойової біомаси тваринницьких господарств на вміст важких металів ще поодинокі. З огляду на те, що поряд з традиційними шляхами утилізації гнойової біомаси зростає інтерес до її використання як біотехнологічної сировини для одерження біогазу, вермікультивування, вирощування мікроводоростей тощо, до першочергових показників, які характеризують якість гнойової біомаси, слід віднести вміст важких металів.
Нами визначені концентрації міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю у твердій і рідкій фракціях і розрахований їх сумарний вміст у річному об’ємі гнойової біомаси промислового комплексу з виробництва яловичини. Отримані дані наведені в таблиці 4. Вони свідчать про те, що у твердій фракції знаходиться 82,4% загальної маси сухої речовини гнойових стоків комплексу, одночасно частка металів в осаді (процент від сумарної кількості їх у гнойовій біомасі) була значною: міді – 73,6; цинку – 71,6; марганцю – 82,0; кадмію – 71,4; свинцю – 84,7. В рідкій фракції зосереджено лише 17,6% загальної кількості сухої речовини гнойових стоків, а відносна частка в ній металів від сумарної кількості становила (%): міді – 26,4; цинку – 28,4; марганцю – 18,0; кадмію – 28,6; свинцю – 15,3. Ці дані свідчать про тісний взаємозв’язок між вмістом сухої речовини і концентрацією важких металів у компонентах гнойових стоків. Отримані дані свідчать про наявність у гнойовій біомасі значного вмісту важких металів. Для стічних вод і осаду гнойових стоків тваринницьких комплексів при внесенні їх у грунти сільськогосподарських угідь окремо визначених ГДК важких металів не існує. Тому, внаслідок систематичного надходження великих доз гнойових стоків у грунти полів комплексу слід проводити моніторинг за вмістом важких металів у зоні діяльності цих потужних біотехнологічних систем. Виходячи з того, що більше двох третин загального вмісту важких металів припадає на тверду фракцію, утилізації осаду слід приділяти більшу увагу з точки зору раціонального і безпечного використання наявних в ньому металів-біотиків (мідь, цинк, марганець). Проте, не слід нехтувати і контролем за рідкою фракцією гнойових стоків, бо довготривале внесення її на одних і тих самих площах сільськогосподарських угідь може негативно вплинути на фізико-хімічні властивості, хімічний склад грунту і екологічний стан довкілля.
1.5. Характеристика вмісту важких металів у грунтах.
Нами проведені польові дослідження в умовах Обухівського радгоспу-комбінату. Грунт контрольного і дослідного полів – чорнозем типовий малогумусний на карбонатному лесі. Отримано результати щодо вмісту рухомих форм важких металів і реакції водної та сольової ( 1н розчин хлориду калію) витяжок грунту. Дані, що стосуються вмісту рухомих форм міді, показали, що різниця між аналогічними шарами контрольного та дослідного поля є вірогідною величиною в шарі 0 – 20 см (Р < 0,01), де міді було більше у грунті дослідного поля Різниця між контрольним і дослідним полями за рівнем рухомого цинку виявлена в шарах 0 – 20 і 60 – 80 см (Р < 0,05); у першому випадку його вміст у грунті дослідного поля був вищим, а у другому випадку – нижчим порівняно з контролем. Щодо вмісту рухомого марганцю, то показники його виявилися вищими у грунтовому профілі дослідного поля порівняно із контрольним варіантом, у таких шарах : 0 – 20 см (Р < 0,01), 40 – 100 см (Р < 0,05). Відмінність за вмістом кадмію в аналогічних шарах грунтового профілю між контрольним і дослідним полем виявлено лише в шарі 40 – 60 см, де цього елемента було більше у грунті дослідного поля порівняно з контрольним варіантом (Р < 0,05).
Таблиця 4 – Вміст важких металів у гнойовій біомасі комплексу з вирощування і відгодівлі бичків
Обухівського радгоспу-комбінату, М±m
* - мкг/кг або мкг/л
** - мг на 1 кг абсолютно сухої речовини
Оцінюючи показники вмісту рухомих форм важких металів у грунтах полів Обухівського радгоспу-комбінату згідно з “Суцільним грунтово-агрохімічним моніторингом сільськогосподарських угідь України” (1994), слід зазначити, що грунт контрольного поля можна вважати не забрудненим важкими металами, оскільки він характеризується фоновим вмістом їхніх рухомих форм. Грунт дослідного поля мав фоновий вміст рухомих форм цинку, кадмію та свинцю. За кількістю рухомої форми міді в орному шарі грунт дослідного поля займав проміжне місце між фоновою і першою групою (слабкий рівень забруднення). А за вмістом марганцю в орному шарі грунт дослідного поля уже слід відносити до першої групи щодо забруднення цим металом.
Проведені польові дослідження виявили певні особливості розподілу концентрації рухомих форм важких металів у грунтовому профілі контрольного і дослідного варіантів. Так, щодо металів-біотиків (мідь, цинк, марганець), то на дослідному полі, де постійно використовувалися гнойові стоки, орний шар грунту містив вірогідно більшу кількість рухомих форм цих елементів порівняно з орним шаром контрольного поля. Щодо металів-токсикантів (кадмій, свинець), то подібної закономірності не було виявлено. Рухомі форми кадмію і свинцю більшою мірою концентруються у глибших шарах грунтового профілю контрольного і дослідного варіантів. Там виявлені і вищі концентрації кадмію і свинцю в окремих шарах дослідного поля порівняно із контрольним варіантом. Ці дані свідчать, що при контролі стану міграційних процесів важких металів у грунтах ріллі, яка використовується для утилізації гнойової біомаси тваринницьких комплексів, слід проводити дослідження вмісту рухомих форм важких металів не лише в орному шарі , але й глибше у грунтовому профілі. Загалом більш високий вміст рухомих форм міді, цинку і марганцю в орному шарі грунту дослідного поля зумовлений систематичним внесенням гнойової біомаси.
1.6. Вміст важких металів у рослинницькій продукції.
Поля сільськогосподарських угідь поблизу комплексу використовують під кормові культури. На дослідному та контрольному полях у 1993 році вирощували люцерну другого року використання на зелений корм. У зразках зеленої маси люцерни визначили концентрацію важких металів у рослинах та винос з урожаєм біомаси цих елементів за рік. Різниці в концентрації важких металів в люцерні між контрольним і дослідним варіантами не встановлено. Отримані корми є доброякісними за вмістом важких металів (Хмельницький Г.О. зі співавт., 1998). За вмістом міді, цинку та марганцю зелена маса люцерни є досить збалансованим кормом для великої рогатої худоби.За рахунок більшої врожайності зеленої маси люцерни на дослідному варіанті, куди систематично вносилася гнойова біомаса з комплексу, відмічається і більша елімінація важких металів з 1га дослідного поля порівняно з контрольним. Така ситуація потребує проведення не лише моніторингу за якістю продукції, але й оцінки виносу цих металів з урожаєм рослинної біомаси.
| 
