1.7. Загальний аналіз впливу біотехнологічної системи з виробництва яловичини на динаміку міграції важких металів.
На підставі проведених досліджень щодо вмісту важких металів у кормах, воді, органах і тканинах організму, проведено узагальнення щодо трансформації цих елементів у біотехнологічній системі у розрахунку на одну голову молодняку великої рогатої худоби за виробничий цикл вирощування і відгодівлі. Отримані результати наведено у таблиці 5. Як видно з даних таблиці, корми виступають основним джерелом надходження важких металів в організм тварини. З кормами потрапляє 99,95 % загальної кількості міді, 99,82 – цинку, 99,96 – марганцю, 99,64 – кадмію і 99,14 % – свинцю. Серед кормів найбільшу питому вагу за вмістом важких металів мають комбікорми, з якими потрапляє в організм основна частка металів. Так, у комбікормах міститься 82,5 % міді, 72,3 – цинку, 78,0 – марганцю, 63,4 – кадмію та 56,0 % – свинцю від загальної їх кількості у кормах. Іншим джерелом надходження важких металів в організм бичків є питна вода. Порівняно з кормами частка металів, які надходять в організм тварин з питною водою, була дуже незначною і становила від сумарного вмісту у складі кормів та води лише (%): міді – 0,05; цинку – 0,18; марганцю – 0,04; кадмію – 0,36 та свинцю – 0,86.
Порівнюючи сумарні кількості важких металів у кормах і питній воді, які були витрачені на вирощування і відгодівлю однієї тварини, із сумарною кількістю металів в органах і тканинах тварини наприкінці відгодівлі, слід відзначити певні закономірності. По-перше, основна маса металів, що надходить з кормами і водою, не затримується в органах і тканинах. Для характеристики стану переходу металів із кормів та води в організм тварини необхідно використати показник, який є коефіцієнтом біотрасформації. За коефіцієнт біотрансформації приймається відношення вмісту металу в організмі до його сумарного вмісту в кормах і воді, виражене у процентах. В даному випадку він становитиме (%): для міді – 0,9; цинку – 15,8; марганцю – 0,2; кадмію – 14,1; свинцю – 3,1. По-друге, відбувається вибіркове засвоєння та затримка окремих металів. Так, хоч кількість марганцю в кормах і воді у 2,8 рази більша, ніж кількість цинку, однак вміст марганцю в організмі бичків у 28,8 рази менший від кількості асимільованого цинку. Це дозволяє твердити, що серед металів-біотиків (мідь, цинк, марганець) найвищою міграційною і депонуючою активністю відзначається цинк. Щодо асиміляції свинцю і кадмію, то слід відмітити більші акумуляційні властивості останнього. Його коефіцієнт біотрансформації, порівняно із свинцем, був вищим у 4,5 рази і наближався до коефіцієнта біотрансформації цинка.
Порівняння кількості металів, яка не затримується в органах і тканинах тварини, із загальним вмістом їх у кормах та воді, що були витрачені за час вирощування і відгодівлі тварин, слід зазначити, що і у відносних величинах перша була значною і становила (%): міді – 99,1; цинку – 84,2; марганцю – 99,8; кадмію – 85,7; свинцю – 96,9.
Таблиця 5 – Надходження важких металів в організм молодняку великої рогатої худоби за час вирощування і відгодівлі ( мг на 1 тварину)
Це показує, що основна кількість металів, які знаходяться у кормах і питній воді, переходить в екскременти і у вигляді гнойової біомаси потрапляє за межі комплексу. Тобто, через тваринний організм, що є відкритою системою, постійно йде потік речовин і енергії, зокрема важких металів. Тому у гнойову біомасу будуть переходити з кормів і води (з урахуванням вмісту металів у воді, витраченій на інші технологічні потреби крім напування) такі кількості важких металів у розрахунку на одну тварину (г): міді – 23,5; цинку – 63,5; марганцю – 205,5; кадмію – 0,099; свинцю – 1.20. При вирощуванні і відгодівлі 15 тисяч бичків у зовнішнє середовище буде надходити відповідно більша кількість металів (кг): міді – 352,5; цинку – 952,5; марганцю – 3082,5; кадмію – 1,49; свинцю – 18,0. Проведений аналіз вмісту важких металів у компонентах переробки гнойових стоків, вмісту рухомих форм у грунтах сільськогосподарських угідь та вмісту важких металів у рослинах і виносу металів біомасою рослин свідчить, що необхідно вести постійний моніторинг за динамікою міграції важких металів. Тобто, діяльність великого промислового комплексу слід оцінювати як функціонування потужної біотехнологічної системи з виробництва яловичини, яка справляє значний вплив на стан біогенної міграції важких металів.
- Дослідження трансформації важких металів у біотехнологічній
системі з виробництва свинини
2.1. Роль води в міграції важких металів в умовах функціонування свинокомплексів.
Досліджень, які б з’ясовували стан залучення у міграційний процес важких металів, що знаходяться у воді, при функціонуванні потужних систем з виробництва свинини немає. Нами вивчені концентрації важких металів у воді, що використовувалася на промислових свинокомплексах та кількісні показники надходження важких металів при водокористуванні в умовах свинокомплексу потужністю 108 тис. свиней на рік.
Аналіз вмісту важких металів у воді, яка використовувалася на свинокомплексах радгоспів-комбінатів “Калитянський”, “Нивотрудівський”, радгоспу “Росія”, показав, що за вмістом сухого залишку міді, цинку, марганцю, свинцю вона відповідає вимогам державного стандарту (ГОСТ 2874-82). У загальних витратах на напування свиней припадає лише 36,5 %, а на технологічні потреби – 63,5 % води. Витрати на одну голову молодняку свиней за період вирощування і відгодівлі становили: на напування – 2192 л, на інші технологічні потреби – 3920 л, а загальна кількість витраченої води становить 6112 л. Добові витрати води на тварин на свинокомплексі радгоспу-комбінату “Калитянський” (потужністю 108 тис. свиней на рік) становили 2168,5 м3, а річні витрати – 791,5 тис. м3. Вміст важких металів у воді, що витрачається на вирощування і відгодівлю однієї голови молодняку свиней цього свинокомплексу, становив відповідно (мг): міді – 8,0; цинку – 130,2; марганцю – 1056,2; кадмію – 0,122; свинцю – 14,7; у тому числі на напування (мг): міді – 2,9; цинку – 46,7; марганцю – 378,8; кадмію – 0,044; свинцю – 53. Надходження важких металів у складі води, використаної на тварин при діяльності свинокомплексу радгоспу-комбінату “Калитянський” за рік, становить (кг): міді – 1,0; цинку –16,9; марганцю – 136,8; кадмію – 0,016; свинцю – 1,9.
2.2. Стан надходження важких металів з кормами у біотехнологічну систему з виробництва свинини.
Потребує також вивчення надходження важких металів у складі кормів в організм однієї тварини, що вирощується і відгодовується, та визначення загальної кількості важких металів,що надходять з кормами, при функціонуванні комплексу. Згідно з промисловою технологією годівля свиней різних вікових і виробничих груп здійснюється лише повнораціонними комбікормами. Результати визначення концентрації важких металів у комбікормах свинокомплексу радгоспу-комбінату “Калитянський” наведені в таблиці 6. Отримані дані показують, що комбікорми збагачуються металами-біотиками, бо лише за рахунок природного вмісту міді, цинку, марганцю в основних інгредієнтах корму виявленого рівня досягти не можна. У цілому концентрація важких металів у повнораціонних комбікормах для свиней знижується у такій послідовності: цинк > марганець > мідь > свинець > кадмій.
Таблиця 6 – Концентрація важких металів у повнораціонних комбікормах свинокомплексу радгоспу-комбінату“Калитянський”, М±m, n=22, мг/кг абсолютно сухої речовини
Таблиця 7 – Витрати повнораціонних комбікормів за період вирощування і відгодівлі однієї тварини
на свинокомплексі радгоспу-комбінату “Калитянський”
Комбікорми з токсикологічної точки зору за вмістом важких металів були доброякісними (Хмельницький Г.О. зі співавт., 1998).
Проведено також вивчення витрат комбікормів на одну тварину різних вікових і виробничих груп свиней, добові і річні витрати комбікормів по групах тварин та в цілому на комплексі. В таблиці 7 наведені витрати комбікормів за період вирощування і відгодівлі однієї тварини на свинокомплексі радгоспу-комбінату “Калитянський”. Добові витрати комбікормів на цьому свинокомплексі становили 153,6 т, а річні – 56075 т. Це дозволило оцінити вміст важких металів у комбікормах, що витрачені на вирощування і відгодівлю однієї голови молодняку свиней, та вміст металів у комбікормах, витрачених на все поголів’я свиней комплексу. В таблиці 8 наведено дані вмісту важких металів у комбікормах, що витрачаються на вирощування і відгодівлю однієї голови молодняку свиней комплексу радгоспу-комбінату “Калитянський”.
Таблиця 8 – Вміст важких металів у комбікормах, що витрачаються на вирощування і відгодівлю однієї тварини на свинокомплексі радгоспу-комбінату “Калитянський”, мг
З даних таблиці 8 видно, що у період вирощування і у період відгодівлі в організм тварини надходить різна кількість металів. Так, за відгодівельний період виробничого циклу з основною масою кормів надходить і основна кількість вивчених металів. За цей період витрачається 80,2 % загальної кількості кормів, а відносний вміст важких металів від їх загального вмісту буде наступним (%): міді – 64,3; цинку – 80,5; марганцю – 77,9; кадмію – 80,2; свинцю – 81,4. З наведених даних випливає, що у цей період з комбікормами менше надходить міді, порівняно з вмістом інших металів. Більше міді вноситься в комбікорми у період вирощування поросят, про що свідчать високі концентрації цього елемента в комбікормах СК–11, СК–16, СК–21 (див. табл. 6). Це зумовлено стимулюванням анаболічних процесів високими дозами міді, що властиво промисловій технології, і використовується як у нашій країні, так і за кордоном для збільшення приростів живої маси свиней (Герасименко В. Г., 1981; Bowland J. P., 1990). Визначення кількості металів у загальних річних обсягах комбікормів, які витрачаються на все поголів’я свинокомплексу радгоспу-комбінату “Калитянський”, показало, що там міститься (кг): міді – 625,1; цинку – 3184,0; марганцю – 2585,8; кадмію – 2,62; свинцю – 20,1.
Визначення вмісту важких металів у річних витратах кормів показало, що у процесі функціонування таких біотехнологічних систем, як промислові свинокомплекси, залучається велика кількість важких металів. Це потребує уваги до подальшого міграційного шляху цих біологічно активних елементів.
2.3. Вміст важких металів в організмі свиней.
Нами проведено визначення концентрації важких металів у різних органах і тканинах організму свиней після забою наприкінці виробничого циклу вирощування та відгодівлі. За токсикологічною оцінкою, концентрація важких металів в органах і тканинах, що використовуються як продовольча сировина, була меншою за ГДК (Медико-биологические требования…, 1990). Отримані дані щодо концентрації важких металів в організмі свиней показали різні акумуляційні властивості окремих органів і тканин. За масою окремих органів і тканин та концентрацією важких металів у них проведено розрахунки вмісту окремих елементів. Це дозволило отримати показники сумарного вмісту окремих металів в організмі свиней наприкінці виробничого циклу. Ці узагальнені дані наведені у таблиці 9. Вони свідчать, що більша частина важких металів зосереджена у туші тварин.
Таблиця 9 – Вміст і відносний розподіл важких металів в організмі тварин
після вирощування і відгодівлі в умовах свинокомплексу радгоспу-комбінату “Калитянський”
Виконані дослідження дозволяють визначити роль організму молодняку свиней у трансформаційних процесах важких металів у біотехнологічній системі з виробництва свинини. Так, загалом при повній потужності комплексу в організм 108 тис. свиней буде трансформуватися і акумулюватися у тканинах і органах тварин (кг): міді – 3,96; цинку – 272,97; марганцю – 3,69; кадмію – 0,222; свинцю – 1,06.
Отже, в органах і тканинах тварин із кормів і води затримується незначна частка важких металів, а значно більша їх кількість залишає тваринний організм.
2.4. Оцінка вмісту важких металів у гнойовій біомасі комплексів з виробництва свинини.
Гнойова біомаса свинокомплексів за рахунок гідрозмивної системи перетворюється у стоки. З кінця 80-х років на очисних спорудах свинокомплексів здійснюється розподіл гнойових стоків за допомогою дугових сит на тверду і рідку фракції. Рідку фракцію в умовах свинокомплексів потужністю 54 тис. і більше свиней на рік направляють на біологічну обробку, в результаті якої отримують освітлену рідку фракцію та надлишковий активний мул. Нами в умовах трьох промислових свинокомплексів вивчені концентрації важких металів у компонентах переробки гнойових стоків. Отримані дані показують, що при натуральній вологості тверда фракція мала найвищу концентрацію важких металів, порівняно з іншими компонентами переробки гнойових стоків. Але при визначенні вмісту важких металів з розрахунку на 1 кг сухої речовини найвищі показники відмічаються в надлишковому активному мулі, а рідка фракція характеризувалася відносно низькою концентрацією важких металів. Компоненти переробки гнойових стоків трьох свинокомплексів мали близькі показники концентрації важких металів.
Сумарний вміст важких металів у річному об’ємі компонентів гнойової біомаси свинокомплексу радгоспу-комбінату “Калитянський” наведено в таблиці 10. Отримані дані свідчать про те, що основна частка важких металів міститься у твердій фракції та надлишковому активному мулі. У твердій фракції частка окремих важких металів від їх сумарних величин становить (%): міді – 73,3; цинку – 67,3; марганцю – 74,6; кадмію – 51,8; свинцю – 56,7. Надлишковий активний мул, який за об'ємом становить лише 4,9 % від загальної кількості гнойової біомаси, містить (%): міді – 25,1; цинку – 29,9; марганцю – 25,5; кадмію – 44,2; свинцю – 34,0. У рідкій фракції показники вмісту важких металів є найменшими, і у процентах до сумарної величини становлять: міді – 1,6 %; цинку – 2,8; марганцю – 2,9; кадмію – 4,0; свинцю – 9,3 %. Водночас за об’ємом на рідку фракцію припадає 88,4 % від сумарного об’єму компонентів гнойових стоків. Це дає змогу твердити, що розподіл гнойових стоків на окремі компоненти і біологічна переробка початкової рідкої фракції забезпечують зниження вмісту металів у рідкій фракції та зосередження їх в осаді і надлишковому активному мулі.
Таблиця 10 – Вміст металів у річному об’ємі компонентів гнойових стоків промислового свинокомплексу радгоспу-комбінату “Калитянський”, кг
Загалом у річному об’ємі гнойової біомаси промислових свинокомплексів міститься велика кількість важких металів, насамперед металів-біотиків. Тобто, гнойова біомаса виступає основною ланкою, куди переходять важкі метали із кормів та води після проходження через організм свиней.
2.5. Характеристика вмісту рухомих форм важких металів у грунтах.
Нами проведено вивчення вмісту рухомих форм важких металів у грунтах сільськогосподарських угідь, які розташовані біля свинокомплексів радгоспу-комбінату “Калитянський” і радгоспу “Росія”.
В умовах радгоспу-комбінату “Калитянський” польові дослідження проведені на світло-сірому супіщаному грунті, який є основним для цього господарства і типовим для даного регіону. Визначено вміст рухомих форм важких металів і реакція водної та сольової витяжок грунту. Дані щодо вмісту рухомих форм міді показали, що їх було більше в шарі 20 – 80 см грунту дослідного поля порівняно з аналогічним шаром контрольного поля (P < 0,05). Концентрація цинку у верхній частині грунтового профілю (0 – 40 см) мала істотну різницю між контрольним і дослідним варіантом – цинку було більше на дослідному полі (P < 0,05). Щодо різниці вмісту марганцю між аналогічними шарами контрольного і дослідного варіантів, то вірогідною вона була лише в шарах 40 – 60 см (P < 0,05) і 80 – 100 см (P < 0,01). У першому випадку на дослідному полі рівень марганцю був вищим, а у другому – нижчим порівняно із контрольним полем. У шарі грунту 0 – 20 см дослідного поля кадмію було більше, а у шарі 40 – 60 см його виявилося менше порівняно з показниками контрольного варіанта (Р < 0,05). Щодо вмісту рухомих форм свинцю, то він був вищим у шарах 40–80 см дослідного поля порівняно з аналогічним шаром грунту контрольного варіанта (P < 0,01).
Виконані дослідження виявили певні розбіжності щодо вмісту рухомих форм важких металів у грунтовому профілі контрольного варіанта і поля, куди постійно надходили гнойові стоки свинокомплексу. Оцінюючи отримані результати за нормативним документом “Суцільний грунтово-агрохімічний моніторинг сільськогосподарських угідь України” (1994), слід вважати дослідне та контрольне поля радгоспу-комбінату “Калитянський” як такі, що не забруднені важкими металами. Однак, виявлення підвищеного вмісту рухомих форм металів, насамперед міді та цинку, в окремих шарах грунту дослідного поля, куди утилізується гнойова біомаса із свинокомплексу, свідчить про необхідність проведення моніторингу за концентрацією важких металів у грунтах сільськогосподарських угідь поблизу великих промислових комплексів з виробництва свинини. Тобто, у грунти сільськогосподарських угідь, розташованих поблизу комплексів, які є обов’язковим елементом біотехнологічних систем з виробництва свинини, у складі гнойової біомаси будуть постійно надходити важкі метали, трансформовані із кормів і води. Це потребує регулярного контролю за підтриманням у грунті рівноваги між надходженням і виносом цих елементів, щоб відвернути забруднення сільськогосподарських угідь і забезпечити екологічне блогополуччя за цими показниками.
2.6. Міграція важких металів з рослинницькою продукцією у зоні функціонування свинокомплексів.
При проведенні польових досліджень в умовах радгоспу-комбінату “Калитянський” і радгоспу “Росія” визначили концентрацію важких металів в зразках рослинницької продукції, і на основі даних урожайності цих культур провели розрахунки величини елімінації металів з рослинною біомасою.
На дослідному та контрольному полях радгоспу-комбінату “Калитянський” у 1993 році вирощували кукурудзу на силос. Отримані дані свідчать, що вірогідна різниця між варіантами щодо концентрації важких металів у кукурудзі виявилася лише за марганцем, рівень якого був вищим у рослин дослідного поля, куди вносилися гнойові стоки свинокомплексу (P < 0,05). Кукурудза на силос з полів обох варіантів була доброякісною за вмістом важких металів з точки зору максимально допустимих рівнів для кормових культур (Хмельницький Г. О. зі співавт., 1998).
2.7. Загальний аналіз впливу біотехнологічної системи з виробництва свинини на міграцію важких металів.
На основі проведених досліджень щодо вмісту важких металів у кормах, воді, органах і тканинах організму проведені узагальнення щодо трансформації цих елементів у біотехнологічній системі у розрахунку на одну голову молодняку свиней за виробничий цикл вирощування і відгодівлі. Отримані результати наведені в таблиці 11. Як видно з даних таблиці, основним джерелом надходження важких металів в організм свиней виступають корми. На них припадає 99,94 % вмісту міді, 99,80 – цинку, 98,00 – марганцю, 99,79 – кадмію і 99,64 % – свинцю від загальної кількості цих елементів, що надходять в організм свиней у складі кормів та питної води. З цього випливає, що частка надходження важких металів у складі питної води дуже незначна, порівняно з кормами, і становить у процентах від сумарного вмісту: міді – 0,06 %, цинку – 0,20, марганцю – 2,00, кадмію – 0,21, свинцю – 3,36 %.
Таблиця 11 – Надхоження важких металів в організм свиней за період вирощування і відгодівлі на промисловому комплексі радгоспу-комбінату “Калитянський”, мг/тварину
При порівнянні показників вмісту важких металів в органах і тканинах свиней із кількістю металів, що надійшли з кормами і водою за час вирощування і відгодівлі, відмічаються закономірності, які характерні і для великої рогатої худоби. По-перше, це те, що основна кількість металів, які надходять в організм з кормами і водою, не затримується в органах і тканинах. Запропонований нами показник переходу металів із кормів та води в організм тварини – коефіцієнт біотрасформації (відношення вмісту металу в організмі до його сумарного вмісту в кормах і воді, виражене у процентах) – для свиней становитиме: міді – 0,8 %, цинку – 10,6, марганцю – 0,2, кадмію – 10,8, свинцю – 6,2 %. По-друге, спостерігається вибіркове засвоєння організмом окремих металів. Наприклад, при високому рівні надходження марганцю з кормами та водою в організмі затримується дуже незначна його кількість. Поряд з цим, навіть при невеликій кількості кадмію в кормах і воді його коефіцієнт біотрансформації найвищий з поміж вивчених важких металів.
Порівнюючи кількість металів, яка не затримується в органах і тканинах тварини, із загальною кількістю їх у кормах і воді, що були витрачені за час вирощування свиней, слід зазначати, що у відносних величинах перший показник був значним і становив: міді – 99,2 %, цинку – 89,4, марганцю – 99,8, кадмію – 89,2 та свинцю – 93,8 %. Це свідчить про те, що важкі метали мало затримуються в органах і тканинах свиней. Не асимільовані організмом елементи виділяються назовні з екскрементами, з яких формується гнойова біомаса. Поряд з цим, у гнойові стоки потрапляють і важкі метали у складі води, яка використовується на технологічні потреби (крім напування). Тому загалом за весь виробничий цикл вирощування і відгодівлі однієї голови в умовах свинокомплексу радгоспу-комбінату “Калитянський” з кормів та води трансформується у гнойові стоки така кількість металів (г): міді – 4,8; цинку – 21,3; марганцю – 19,6; кадмію – 0,017; свинцю – 0,16. При вирощуванні і відгодівлі 108 тис. свиней в зовнішнє середовище надходить (кг): міді – 518,4; цинку – 2300,4; марганцю – 2116,8; кадмію – 1,84; свинцю – 17,28. Щодо комплексу потужністю 24 тис. свиней на рік, кількість металів у складі гнойової біомаси є пропорційно меншою.
Оцінка вмісту важких металів у складі компонентів переробки гнойових стоків, вмісту рухомих форм металів у грунтах сільськогосподарських угідь навколо свинокомплексів та вмісту важких металів у рослинах і виносу металів біомасою рослин свідчить, що слід постійно проводити моніторинг за динамікою міграції важких металів, насамперед міді та цинку. Тобто, діяльність цих промислових свинокомплексів слід оцінювати як функціонування потужних біотехнологічних систем з виробництва свинини, які справляють істотний вплив на стан біогенної міграції важких металів.
УЗАГАЛЬНЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ
Вивчення участі тварин у біогенному кругообігу хімічних елементів розпочалося лише в середині 70-х років двадцятого століття ( Криволуцький Д.А., Покаржевський А. Д., 1986). Основними мотивами, що зумовили розвиток цього напряму досліджень, було зростання техногенного навантаження на біосферу, розвиток ядерної промисловості, забруднення природного середовища.
Проблема трансформації важких металів при виробництві продукції тваринництва знаходиться на початку вивчення. В окремих роботах трансформацію важких металів із кормів у тваринницьку продукцію досліджували в умовах забруднення середовища радіонуклідами, нітратами тощо ( Савченко Ю.І., Савчук І.М.,1998; Васильєв А.В. зі співавт., 1998 ). В той же час питання міграції важких металів при виробництві тваринницької продукції є дуже актуальним з господарської та екологічної точок зору.
Наші дослідження дозволили оцінити стан біогенної міграції важких металів при діяльності промислових комплексів з виробництва яловичини і свинини, з’ясувати роль організму молодняку великої рогатої худоби і свиней за час вирощування і відгодівлі у біотрансформації міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю. З’ясовано роль води і кормів у надходженні важких металів і показано, що саме корми є основним джерелом у цьому процесі. Тваринний організм трансформує із кормів та води в органи і тканини лише незначну частку важких металів, а решта їх переходить у склад гнойової біомаси. Це потребує раціонального підходу до утилізації відходів тваринництва за вмістом важких металів, відповідного планування поголів’я тварин, від яких гнойова біомаса буде використовуватись як добриво на певних площах сільськогосподарських угідь. При цьому за основу слід брати кількість внесення з гнойовою біомасою міді, цинку і марганцю; вона має відповідати величині елімінації урожаєм рослин цих елементів. Грунти полів в зоні діяльності тваринницьких комплексів уже сьогодні містять високі концентрації рухомих форм металів-біотиків. Вплив антропогенних факторів, що спричиняють підкислення грунтів, може призвести до підвищення вмісту рухомих форм важких металів до критичних величин і надходження їх у рослинницьку продукцію. Враховуючи, що на полях біля тваринницьких комплексів вирощують кормові і продовольчі культури, слід нормувати внесення гнойових стоків за показниками максимального виносу металів рослинами та контролювати якість продукції. Такий підхід дозволить підтримувати екологічне благополуччя у зоні діяльності потужних біотехнологічних систем з виробництва яловичини і свинини.
ВИСНОВКИ
1. Визначені кількісні показники трансформації важких металів – міді, цинку, марганцю, кадмію, свинцю в умовах функціонування біотехнологічних систем з виробництва яловичини і свинини, якими є комплекс з вирощування і відгодівлі великої рогатої худоби та свинокомплекси з промисловою технологією.Вони свідчать про те, що при виробництві тваринницької продукції в біогенну міграцію залучаються значні кількості важких металів.
2. Встановлена роль і місце основних складових елементів біотехнологічних систем з виробництва яловичини і свинини (кормів, води, тваринного організму, гнойової біомаси) у біогенній міграції важких металів при діяльності промислових комплексів. Отримані вперше результати щодо надходження міді, цинку, марганцю,кадмію, свинцю у складі води, кормів, вмісту їх в органах і тканинах організму, тваринницькій продукції, гнойовій біомасі можуть використовуватися як орієнтовані норми для промислової технології вирощування і відгодівлі великої рогатої худоби і свиней.
3. У біотехнологічну систему з виробництва яловичини у складі кормів і води за період вирощування і відгодівлі 15 тисяч бичків залучається (кг): міді – 355,1; цинку – 1126,0; марганцю – 3082,4; кадмію – 1,71; свинцю – 18,57. Корми виступають основним джерелом надходження важких металів. На частку води і кормів припадає відповідно ( % від сумарного вмісту металу у кормах і воді ): міді – 0,4 і 99,6; цинку – 1,0 і 99,0; марганцю – 0,3 і 99,7; кадмію – 3,5 і 96,5; свинцю – 3,5 і 96,5.
4. При вирощуванні і відгодівлі однієї голови великої рогатої худоби за промисловою технологією залучаються наступні кількості важких металів: у складі кормів (г): міді – 23,58; цинку – 74,28; марганцю – 204,85; кадмію – 0,11; свинцю – 1,20; у складі води (мг): міді – 81,3; цинку – 633,9; марганцю – 552,4; кадмію – 3,84; свинцю – 32,6; у тому числі з питною водою надходить (мг): міді – 12,0; цинку – 130,7; марганцю – 85,9; кадмію – 0,42; свинцю – 10,4.
5. Визначені показники вмісту та розподілу важких металів в органах і тканинах бичків та сумарна кількість в організмі міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю. Вміст важких металів у організмі молодняку великої рогатої худоби після завершення вирощування і відгодівлі становив ( мг/тварину ): міді – 208,5; цинку – 11741,2; марганцю – 470,7; кадмію – 15,52; свинцю – 37,61.Загальний вміст важких металів, залучених в організми 15 тисяч бичків, становить (кг): міді – 3,13; цинку – 176,12; марганцю – 7,06; кадмію – 0,23; свинцю – 0,56.
6. Коефіцієнт біотрансформації важких металів із кормів і води в організм молодняку великої рогатої худоби за час вирощування і відгодівлі в умовах промислової технології становить: міді – 0,9%; цинку – 15,8; марганцю – 0,2; кадмію – 14,1; свинцю – 3,1%.
7. Основна частка вмісту важких металів із кормів і води ( міді – 99,1%; цинку – 84,2; марганцю – 99,8; кадмію – 85,9; свинцю – 96,9%) не затримується в організмі бичків і трансформується у гнойову біомасу. При вирощуванні і відгодівлі 15 тисяч бичків у гнойову біомасу із кормів і води переходить (кг): міді – 352,5; цинку – 949,5; марганцю – 3082,5; кадмію – 1,49; свинцю – 18,0.
8. У біотехнологічну систему з виробництва свинини потужністю 108 тисяч свиней свинокомплексу радгоспу-комбінату “ Калитянський “ за рік з кормами і водою надходить ( кг ): міді – 626,1; цинку – 3200,9; марганцю – 3722,6; кадмію – 2,64; свинцю – 22,0. При цьому на частку кормів і води відповідно припадає
(процент від сумарного вмісту металу у воді і кормах ): міді – 99,8 і 0,2; цинку – 99,5 і 0,5; марганцю – 95,0 і 5,0; кадмію – 99,4 і 0,6; свинцю – 91,4 і 8,6. Корми є основним джерелом надходження металів при діяльності свинокомплексу.
9. При вирощуванні і відгодівлі однієї голови молодняку свиней за промисловою технологією залучаються наступні кількості важких металів: у складі кормів (г): міді – 4,80; цинку – 23,68; марганцю – 18,55; кадмію – 0,019; свинцю – 0,152; у складі води (мг): міді – 8,0; цинку – 130,2; марганцю – 1056,2; кадмію – 0,122; свинцю – 14,7; у тому числі з питною водою (мг) : міді – 2,9; цинку – 46,7; марганцю – 378,8; кадмію – 0,044; свинцю – 5,3.
10. Вивчено вміст важких металів в різних органах і тканинах свиней і визначено сумарну кількість в організмі міді, цинку , марганцю, кадмію і свинцю.
Вміст важких металів в організмі молодняку свиней після закінчення вирощування і відгодівлі становив (мг/тварину): міді – 36,7; цинку – 2527,5; марганцю – 34,2; кадмію – 2,06; свинцю – 9,8. Загальний вміст важких металів, залучених в організми 108 тисяч вирощених свиней, становить (кг): міді – 3,96; цинку – 272,97; марганцю – 3,69; кадмію – 0,222; свинцю – 1,06.
11. Коефіцієнт біотрансформації важких металів із кормів і води в організм молодняку свиней за час вирощування і відгодівлі в умовах промислової технології становить: міді – 0,8%; цинку – 10,6; марганцю – 0,2; кадмію – 10,8; свинцю – 6,2%. Коефіцієнти біотрансформації важких металів у свиней близькі до коефіцієнтів біотрансформації важких металів у великої рогатої худоби.
12. Основна частка вмісту важких металів у складі кормів і води, витрачених на вирощування і відгодівлю свиней ( міді – 99,2%; цинку – 89,4; марганцю – 99,8; кадмію – 89,2; свинцю – 93,8% ), не затримується в організмі і трансформується у гнойову біомасу. Це свідчить, що гнойова біомаса свиней, як і гнойова біомаса великої рогатої худоби, виступає важливою ланкою у біогенній міграції важких металів.
13. Виявлена підвищена концентрація рухомих форм важких металів (мідь, цинк, марганець) у грунтах сільськогосподарських угідь комплексів, де утилізуються гнойові стоки, потребує постійного моніторингу за динамікою міграції цих елементів у зоні діяльності даних господарств.
14 Оптимальне навантаження поголів’я тварин на 1 га сільськогосподарських угідь, за якого при утилізації гнойової біомаси не порушується екологічне благополуччя, за вмістом металів-біотиів (мідь, цинк, марганець) на 1 га ріллі становить 4 голови молодняку великої рогатої худоби або 16 голів молодняку свиней.
ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ
1. При проектуванні, будівництві та експлуатації спеціалізованих тваринницьких комплексів з виробництва яловичини і свинини на промисловій основі слід включати як обов’язковий елемент цих біотехнологічних систем достатню площу сільськогосподарських угідь для утилізації гнойової біомаси. Розрахунок необхідних площ під відходи тваринницьких комплексів слід здійснювати і за вмістом важких металів, що трансформуються із кормів і води у гнойову біомасу при вирощуванні і відгодівлі великої рогатої худоби і свиней.
2. При застосуванні компонентів переробки гнойових стоків тваринницьких комплексів як органічних добрив насамперед слід контролювати надходження важких металів при внесенні осаду (твердої фракції) і надлишкового активного мулу. При використанні компонентів гнойових стоків для переробки біотехнологічними способами (метаногенез, вермікультивування, вирощування мікроводоростей тощо) слід оцінювати концентрацію металів у початковій сировині та у кінцевих продуктах.
3. У зоні функціонування великих промислових комплексів з виробництва яловичини і свинини слід здійснювати моніторинг (один раз на 5–10 років) за динамікою вмісту важких металів у грунтах, воді, тваринних організмах, рослинах для забезпечення екологічного благополуччя і одержання доброякісної продукції.
Отримані результати досліджень використані в наступних матеріалах, що пропонуються виробництву:
1. Методичні рекомендації щодо контролю за біогенною міграцією важких металів в умовах функціонування промислових тваринницьких комплексів з виробництва яловичини. – Біла Церква, 1999;
2. Методичні рекомендації щодо контролю за біогенною міграцією важких
металів в умовах функціонування промислових тваринницьких комплексів з виробництва свинини. – Біла Церква, 1999;
3. Вихідні вимоги на комплексну технологію виробництва нетрадиційних кормів і кормових добавок на основі біотехнологічної переробки відходів тваринницьких ферм та комплексів. Вт 46.16.33.11–98, затверджені Міністерством агропромислового комплексу України 26.10.1998 р.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Розпутній О.І. Оцінка надходження важких металів в організм молодняку великої рогатої худоби за період вирощування і відгодівлі// Вісник аграрної науки.– 1998.– № 7.– С.39–41.
- Розпутній О. Вміст важких металів в організмі свиней // Тваринництво України.
–1997.– № 6. – С.21.
3. Розпутній О.І. Важкі метали в органах і тканинах свиней з промислових комплексів //Ветеринарна медицина України.–1997.– № 4.– С.40–41.
4. Розпутній О.І. Оцінка вмісту важких металів у раціонах свиней промислового комплексу // Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.–Вип.1.– Біла Церква, 1996. – С. 68–72.
5. Розпутній О.І.Концентрація важких металів у кормах промислового тваринного комплексу по виробництву яловичини //Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.–Вип.2.– Ч .1. – Біла Церква, 1997. – С. 201–205.
6. Розпутній О.І.Міграція важких металів у складі води в умовах тваринницького комплексу по виробництву яловичини //Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.–Вип.2.– Ч .1. – Біла Церква, 1997.– С.205–209.
7. Розпутній О.І. Вміст важких металів в організмі бичків після вирощування і відгодівлі в умовах промислової технології // Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць. – Вип.3. – Ч .1. – Біла Церква, 1997. – С.263–267.
8. Розпутній О.І. Концентрація важких металів в організмі бичків після вирощування і відгодівлі //Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.– Вип.3. – Ч .1. – Біла Церква, 1997. – С.267–272.
9. Розпутній О.І. Надходження важких металів з кормом в організм бичків при вирощуванні і відгодівлі //Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.–Вип.3.– Ч .1.– Біла Церква, 1997. – С.272–276.
10. Розпутній О.І. Концентрація важких металів у питній воді промислових свинокомплексів //Вісник Білоцерків. держ аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.–Вип.4.– Ч.1.– Біла Церква, 1998.– С.294–297.
11. Розпутній О.І. Концентрація важких металів у гнойових стоках промислового комплексу по вирощуванню і відгодівлі бичків //Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.–Вип.4.– Ч .1.– Біла Церква, 1998. – С.289–293.
12. Розпутній О.І. Важкі метали в компонентах переробки гнойової біомаси свинокомплексу //Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.–Вип.4. –Ч.2.– Біла Церква, 1998. – С.93–96.
13. Розпутній О.І. Вміст рухомих форм важких металів у грунтах в зоні діяльності промислового тваринницького комплексу // Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.–Вип.4.– Ч .2.– Біла Церква, 1998. – C.96–101.
14. Розпутній О.І. Характеристика вмісту важких металів у гнойових стоках промислового комплексу по вирощуванню і відгодівлі бичків //Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.–Вип.4. – Ч .2. – Біла Церква, 1998. – C.101–104.
15. Розпутній О.І. Важкі метали у повнораціонних комбікормах для свиней // Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун–ту: –Вип.5.–Ч .1.– Біла Церква, 1998. – C.281–283.
16. Розпутній О.І. Оцінка концентрації важких металів в органах і тканинах свиней та великої рогатої худоби //Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.– Вип.6.–Ч.2. – Біла Церква, 1998.– C. 199–201.
17. Розпутній О.І., Герасименко В.Г. Екологічна оцінка міграції важких металів у ланках харчового ланцюга при вирощуванні великої рогатої худоби //Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту : Зб. наук. праць.–Вип.7.–Ч .1.– Біла Церква, 1998. – C.239–242.
18. Розпутній О.І., Герасименко В.Г. Кількісні показники надходження важких металів з кормами при вирощуванні та відгодівлі свиней //Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.–Вип.7.–Ч.1.– Біла Церква, 1998. – С.242–248.
19. Розпутній О.І. Оцінка надходження важких металів в організм свиней в умовах промислової технології вирощування і відгодівлі //Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.–Вип.8.–Ч.2.– Біла Церква, 1999.– С. 154–159.
20. Методичні рекомендації щодо контролю за біогенною міграцією важких металів в умовах функціонування промислових тваринницьких комплексів з виробництва яловичини /Білоцерків. держ. аграр. ун–т; О.І.Розпутній, В.Г. Герасименко. – Біла Церква, 1999. – 26 с.
21. Методичні рекомендації щодо контролю за біогенною міграцією важких металів в умовах функціонування промислових тваринницьких комплексів з виробництва свинини / Білоцерків. держ. аграр. ун–т; О.І.Розпутній, В.Г. Герасименко.– Біла Церква, 1999.– 31с.
Розпутній О.І. Трансформація важких металів у біотехнологічних системах з виробництва яловичини і свинини.– Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.20 – біотехнологія. Білоцерківський державний аграрний університет, Біла Церква, 1999.
Дисертація присвячена оцінці стану біогенної міграції важких металів у біотехнологічних системах з виробництва яловичини і свинини, з’ясуванню ролі організму молодняку великої рогатої худоби і свиней у біотрансформації міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю за час вирощування і відгодівлі тварин і підтриманню екологічного благополуччя у зоні функціонування зазначених біотехнологічних систем. На основі проведених досліджень з’ясована роль окремих ланок (корми, вода, тваринний організм, гнойова біомаса) у біогенній міграції важких металів. Визначені коефіцієнти біотрансформації міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю із кормів і води в організм бичків і свиней за час їх вирощування і відгодівлі. Показано, що основна частка вмісту важких металів з кормів і води переходить у гнойову біомасу. Розрахована кількість тварин на 1 га сільськогосподарських угідь, при утилізації від яких гнойової біомаси не порушуватиметься екологічне благополуччя.
Ключові слова: важкі метали, біотрансформація, велика рогата худоба, свині, промислові тваринницькі комплекси.
Распутний А.И. Трансформация тяжелых металлов в биотехнологических системах по производству говядины и свинины.– Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.20 – биотехнология. Белоцерковский государственный аграрный университет, Белая Церковь, 1999.
Диссертация посвящена оценке биогенной миграции тяжелых металлов в биотехнологических системах по производству говядины и свинины, выяснению роли организма молодняка крупного рогатого скота и свиней в биотрансформации меди, цинка, марганца, кадмия и свинца за время выращивания и откорма животных и обеспечению экологического благополучия в зоне функционирования обозначенных биотехнологических систем. На основании проведенных исследований выяснена роль отдельных звеньев (корма, вода, животный организм, навозная биомасса) в биогенной миграции тяжелых металлов. Установлены коэфициенты биотрансформации меди, цинка, марганца, кадмия и свинца из кормов и воды в организм бычков и свиней за время их выращивания и откорма. Показано, что основная часть содержания тяжелых металлов из кормов и воды переходит в навозную биомассу. Рассчитано количество животных на 1га сельскохозяйственных угодий, при утилизации от которых навозной биомассы не нарушается экологическое благополучие.
Ключевые слова: тяжелые металлы, биотрансформация, крупный рогатый скот, свиньи, промышленные животноводческие комплексы.
Rozputniy O. I. Transformation of heavy metals in biotechnological systems on beef and pork production. – Manuscript.
The dissertation for obtaining scientific title of Doctor of agricultural sciences on specialty 03.00.20. - biotechnology. Bila Tserkva State Agrarian University, Bila Tserkva, 1999.
The dissertation is devoted to evaluation of condition of biogene migration of heavy metals at big industrial complexes on pork and beef production, determination of role of organism of young cattle and pigs in bio-transformation of copper, zinc, manganese, cadmium and lead for the period of growing and fattening of animals, and providing the ecological welfare at the zone of functioning biotechnological systems.
On the basis of conducted research, the role of individual links (forage, water, animal organism, manure biomass) in biogene migration of heavy metals was defined. Quantitative indexes of transformation of heavy metals under the condition of functioning of complexes on pork and beef production were studied.
The following quantities of heavy metals are attracted by the industrial technology on growing and fattening per head of young cattle: - in the structure of forage (grams): copper – 23,58, zinc – 74,28, manganese – 204,85, cadmium – 0,11, lead – 1,20; - in the structure of water (milligrams): copper – 81,3, zinc - 633,9, manganese – 552,4, cadmium – 3,84, lead – 32,6; and in the structure of drinking water (milligrams): copper – 12,0, zinc – 130,7, manganese – 85,9, cadmium – 0,42, lead – 10,4.
Quantity of heavy metals in different organs and tissues of bulls was studied, that allowed to determine the total content of copper, zinc, manganese, cadmium and lead. Content of heavy metals in an organism of young cattle, when growing and fattening was finished, was (milligrams per animal): copper – 208,5, zinc – 11741,2, manganese – 470,7, cadmium – 15,52, lead – 37,61.
Coefficients of biotransformation of heavy metals from forage and water into an organism of young cattle for the period of growing and fattening are: copper – 0,9 %, zinc – 15,8 %, manganese – 0,2 %, cadmium – 14,1, lead – 3,1 %.
The following quantities of heavy metals are attracted by the industrial technology on growing and fattening of one head of pigs: - in the structure of forage (grams): copper – 4,80, zinc – 23,68, manganese – 18,55, cadmium – 0,019, lead – 0,152; - in the structure of water (milligrams): copper – 8,0, zinc – 130,2, manganese – 1056,2, cadmium – 0,122, lead – 14,7; and in the structure of drinking water (milligrams): copper – 2,9, zinc – 46,7, manganese – 378,8, cadmium – 0,044, lead – 5,3.
Content of heavy metals in different organs and tissues of pigs is examined. The total quantity of copper, zinc, manganese, cadmium and lead in an organism is also determined. Content of heavy metals in an organism of young pigs, when growing and fattening is finished, was (milligrams per animal): copper – 36,7, zinc – 2527,5, manganese – 34,2, cadmium – 2,06, lead – 9,8.
Coefficients of biotransformation of heavy metals from forage and water into an organism of young pigs for the period of growing and fattening in the conditions of industrial technology are: copper – 0,8 %, zinc – 10,6 %, manganese – 0,2 %, cadmium – 10,8, lead – 6,2 %.
The main part of content of heavy metals of forage and water, used for growing and fattening of young cattle and pigs, is not left for a long in an organism of animals and transform into manure biomass. It testifies that manure biomass of cattle and pigs is an important link in biogene migration of heavy metals. Quantitative indexes of content of heavy metals in forage, water, an animal’s organism, manure biomass, under the condition of functioning of the industrial complexes on growing and fattening of bulls (capacity: 15 thousands bulls per year) and pigs (108 thousands pigs per year), were calculated.
The analysis of content of heavy metals in components of processing manure biomass on beef and pork production complexes was conducted. There was examined condition with content of moving forms of copper, zinc, manganese, cadmium and lead in the soil of agricultural land around complexes, where manure biomass was utilized. There was discovered increased concentrations of copper, zinc and manganese in some layers of soil profile at experimental fields in comparison with control fields. The difference in quality of plant products from the fields, where manure biomass is utilized from complexes and control fields, as to content of heavy metals is not defined yet.
The functioning of big biotechnological systems on beef and pork production, as huge animal industrial complexes are, is accompanied by entering into external environment in the structure of manure biomass a great quantity of heavy metals (copper, zinc, manganese). In connection with the fact that manure biomass of animals is used as organic fertilizer, it is necessary to regulate the quantity of heavy metals, which is brought in with it, and for the first turn copper, zinc, manganese. On the basis of data as for the evaluation of heavy metals’ transformation in biotechnological systems on pork and beef production, quantity of animals per 1 ha of agricultural land was defined for utilization their manure biomass according to content of heavy metals with the purpose of ecological welfare maintenance. As for metals-biotics (copper, zinc, manganese) it is necessary to utilize manure biomass from 4 heads of young cattle or from 16 heads of young pigs for 1 ha of agricultural land around complexes. According to this, sufficient square of agricultural land is an obligatory element of functioning of big industrial complexes on beef and pork production.
During processing of manure biomass with help of biotechnological methods it is also necessary to evaluate content of heavy metals in initial raw materials as well as in the final products of processing. Among components of processing of manure biomass it is important to pay attention, for the first turn, to content of heavy metals in sediment (hard fraction) and in excessive active mule, where the main part of content of heavy metals of manure is concentrated.
The key words: heavy metals, biotransformation, cattle, pigs, industrial animal complexes.
|
