Оценка и экологическое обоснование комплексных приемов коррекции поллютантов в системе «почва растение животное»

Вид материала

Содержание

Результаты исследований
Применение природных сорбентов на лугах
Применение природных сорбентов в рационах лактирующих коров

Подобный материал:

1 2 3 4

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Организация пастьбы – путь к снижению поступления цезия-137 в молоко коров

Исследования, проведенные на естественных лугах загрязненных радионуклидами, показали, что доступность цезия-137 растениям длительное время остается высокой, что увязывается с повышенным содержанием его в дернинной части (Санжарова Н. И., 1977; Белоус Н. М., Шаповалов В. Ф., 2006; Романенко А. А., 2008).

Таблица 1 - Распределение цезия-137 по профилю почвы, %

Слой почвы	Тип луга
	1990			2006
	Суходоль ный	Поймен ный	Низин ный	Суходль ный	Поймен ный	Низин ный
0 - 5	80,0±1,8	80,0±1,9	85,0±1,4	53±8	26±6	27±6
5 - 10	14.0+1.2*	16,0+0.8*	11.0+1.5*	34±6*	27±6	23±8
10-15	4,0+0.5*	3.0+0.2*	3.0+0,3*	9±7*	25±7	20±5
15-20	2.0+0,2*	1.0+0.2*	1.0+0,2*	4±3*	22±5	30±6

* - достоверно

Анализ данных таблицы показывает, что на естественных лугах в первые годы после аварии на Чернобыльской АЭС основное количество цезия-137 сосредоточено в 0 – 5 см слое почвы (80 - 85%). Ниже этого слоя концентрация радионуклида существенно снижается. Со временем происходит перераспределение радионуклидов по профилю почвы. По данным 2006 года в слое почвы 0 - 5 см сосредоточено на пойменном луге 26%, на низинном 27% и на суходольном 53 %. На суходольном луге ниже этого уровня идет резкое снижение содержания радионуклида достигшее на уровне 15 – 20 см 4%. На пойменном и низинном лугах радионуклиды по пахотному слою распределяются относительно равномерно, что обусловлено типом почвы и условиями увлажнения. Обработка естественных лугов почвообрабатывающими орудиями приводит к разрушению дернины и перемещению ее вместе с радионуклидами более или менее равномерно по профилю почвы на глубину обработки (Мартюшов В. З., Рерих Л. А., 1991; Ратников А. Н. и др., 1991). Посеянные травы, после обработки лугов, как правило, в несколько раз меньше содержат цезия-137, Cd и Pb, чем естественные травостои (Алексахин Р. М., Моисеев И. Т., Тихомиров Ф. А., 1977; Анненков Б. Н., Юдинцева Е. В., 1991; Гулякин И. В., Юдинцева Е. В., 1973).

Знание характера распределения цезия-137 по высоте травостоя имеет особое значение при пастбищном содержании животных. Оно позволяет изыскать пути уменьшения поступления радионуклида в рацион, организм и молоко коров посредством рационального использования пастбищ.

Таблица 2 - Распределение цезия-137 по высоте травостоя, %

Тип луга	Уровень травостоя, см
Тип луга	0-1,5	1,5-3,0	3,0-5,0	5,0-10,0	> 10,0
Суходольный: естественный сеяный	69,0±3,3 66,0±3,4	10,0±1,2٭ 13,0±2,5٭	8,0±0,8٭ 7,0±1,4٭	8,0±1,0٭ 6,0±1,0٭	5,0±0,6٭ 8,0±1,0٭
Низинный: естественный сеяный	24,0±0,6 41,0±3,0	18,0±0,3٭ 16,0±1,5٭	19,0±0,7٭ 14,0±2,4٭	19,0±0, ٭ 14,0±1,2٭	20,0±0,6٭ 15,0±1,6٭
Пойменный: естественный	34,0±1,1	16,0±0,5٭	17,0±0,7٭	16,0±0,5٭	17,0±0,3٭

٭ - достоверно

Из таблицы видно, что в приземном 0 – 1,5 см слое на естественных лугах находится от 24 до 69 % цезия-137 от его содержания во всей наземной части растений. Отсюда становится ясно, что интенсивное стравливание травостоя животными не допустимо, так как при скусывании растений близко к поверхности почвы в организм животных с частицами почвы и растительными остатками будет вовлекаться радионуклидов больше. Этот вывод в дальнейшем подтвердился полностью при проведении опытов на суходольном пастбище.

Таблица 3 - Изменение содержания цезия-137 в травостое и молоке коров в зависимости от высоты стравливания (естественный суходольный луг)

Концентрация цезия-137 в почве, Бк/кг	Высота стравливания травостоя, см	Концентрация цезия-137, Бк/кг (л)		КН травостой – молоко
Концентрация цезия-137 в почве, Бк/кг	Высота стравливания травостоя, см	травостой	молоко	КН травостой – молоко
3885,0±411,0	до 10	321,9±27,2٭	66,6±7,0٭	0,20±0,01
	до 5	358,9±39,2٭	77,7±7,0٭	0,22±0,01
	до 3	458,8±40,8٭	96,2±10,0٭	0,21±0,02
	до 1,5	599,4±0,6	133,2±12,0	0,22±0,02

٭-достоверно

Из таблицы следует, что стравливание травостоя до 1,5 см от поверхности почвы повышало в два раза содержание радионуклида в молоке по сравнению с вариантом, где уровень стравливания растений был до 10 см.

Второй опыт, по изучению влияния способов пастьбы животных на поступление цезия-137 в молоко коров, подтвердил вывод о том, что поступление радионуклидов в молоко зависит от высоты стравливания травостоя.

Рис. 1. Динамика выделения цезия – 137 с молоком коров

Как видно из рисунка, концентрация цезия-137 в молоке коров, где использовался вольный выпас, со временем увеличивается. В то же время концентрация цезия-137 в молоке, полученном при загонном использовании пастбищ, на протяжении всего опытного периода практически не менялась. В частности, уже через трое суток концентрация цезия-137 в молоке коров, где применялась вольная пастьба, увеличилась по сравнению с молоком, полученным при загонной пастьбе, в 1.3 (Р<0.05) раза. В дальнейшем наблюдалось увеличение их различий, достигшее на 5-е сутки 1.7 (Р<0.05) кратной величины. На 10-е сутки концентрация цезия-137 в молоке существенно не изменилась, при этом их различие составило 1.8 (Р<0,05) кратную величину.

В научной литературе вопросы технологии пастьбы животных на лугах загрязненных продуктами ядерного деления, практически не обсуждались. Во многих рекомендациях по ведению сельского хозяйства на территориях загрязненных радиоактивными веществами рекомендуется выпас животных исключить или ограничить. Наши исследования несколько ослабляют такую трактовку, так как пастьба животных без перетравливания травостоя (загонный способ пастьбы с выделением на каждый день определенной площади выпаса) дает возможность уменьшить поступление цезия-137 в молоко коров в 1,8 раза, по сравнению с бесконтрольным (вольным) выпасом, когда животные в отдельных местах поедают молодые вкусные растения до сомой поверхности почвы, захватывая при этом ингредиенты с повышенной концентрацией радионуклида.

Применение природных сорбентов на лугах

Поиск уменьшения поступления радиоактивных продуктов деления в растения был выполнен на естественных лугах различного типа в юго-западных районах Брянской области, загрязненных в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Опыты с использованием дешевых природных материалов показали, что накопление цезия-137 в растениях находятся в определенной зависимости от количества глины и цеолита внесенных на поверхность лугов (Романенко А. А., 2004, 2009).

Таблица 4 – Влияние глины на содержание цезия – 137 в сене, Бк/кг

Варианты	Тип луга
	Пойменный			Низинный			Суходольный
	Поч ва	Сено	Кн	Поч ва	Сено	Кн	Поч ва	Сено	Кн
Фон - (контроль)	2855± 83	1364	0,48	3017± 185	4274	1,42	2476± 120	1286	0,52
Фон+1% глина		716	0,25		2353	0,78		1045	0,46
Фон+0,5% глина		894	0,31		3117	1,03		1148	0,46
Н. С. Р. ₀₅	-	300	-	-	1441	-	-	662	-

Данные показывают, что внесение местной глины на поверхность естественных лугов в количестве 1 % от массы пахотного слоя почвы уменьшило содержание радионуклида в травостое (сене) суходольного луга в 1,23 раза, пойменного в 1,90 раза и низинного в 1,82 раза по сравнению с контролем. Кроме того, глинование лугов способствовало повышению урожайности сена (Юдинцева Е. В., Гулякин И. В., 1968; Моисеев И. Т, и др., 1988; Алексахин Р. М. и др., 1992) .

Таблица 5 - Влияние глины на урожайность сена естественных лугов, ц/га

Варианты	Тип луга
Варианты	Пойменный	Низинный	Суходольный
Фон (контроль)	33,0	74,0	23,0
Фон+1% глины	43,0	94,0	30,0
Фон+0,5% глина	33,0	82,0	26,0
Н. С. Р. ₀₅	9,0	15,6	9,6

Из таблицы видно, что внесение глины в количестве 1 % увеличило урожайность сена на суходольном луге на 7 ц/га, пойменном – на 7 ц/га и низинном – на 20 ц/га по сравнению с контролем. Глинование естественных лугов оказало положительное достоверное влияние на отдельные физико-химические и агрохимические показатели почвы (Hove K., 1993; Ivanov Yu. at al., 1997) и показатели химического состава и питательной ценности сена. При этом емкость катионного обмена при внесении глины в количестве 1% от массы пахотного слоя увеличилась на низинном луге в 1,36 раза, на пойменном в 1,03 раза и на суходольном в 1,23 раза.

Показатели рН, органическое вещество, содержание калия и фосфора также увеличились. При этом наибольший эффект получен при внесении глины в количестве 1% от массы пахотного слоя почвы на низинном луге. В частности эти показатели увеличились по сравнению с контролем в 1,14, 1,31, 1,28 и 1,76 раза соответственно.

Данные о влиянии цеолита Хотынецкого месторождения на миграцию цезия-137 в системе почва – растение естественных лугов представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Содержание цезия – 137 в сене, Бк/кг

Варианты	Тип луга
	Пойменный			Низинный			Суходольный
	Поч ва	Сено	Кн	Поч ва	Сено	Кн	Поч ва	Сено	Кн
Фон (контроль)	2855± 83	1364	0,48	3017± 185	4274	1,42	2476± 120	1286	0,52
Фон+1% цеолита		753	0,26		2671	0,89		1201	0,49
Фон+0,5% цеолита		1117	0,39		2825	0,94		1151	0,46
Н. С. Р. ₀₅	-	300	-	-	1441	-	-	662	-

Анализ таблицы показал, что внесение цеолита на поверхность луга в количестве 1 % снижает поступление цезия-137 из почвы в растения на пойменном луге в 1,85 раза, низинном в 1,60 раза и суходольном в 1,07 раза по сравнению с контролем (Белоус Н. М., Шаповалов В. Ф., 2006). При этом повышает урожайность сена на пойменном луге на 22,4 ц/га, низинном – на 15,7 ц/га и суходольном – на 6,4 ц/га по сравнению с контролем (таблица 7).

Поверхностное внесение цеолита оказывает положительное влияние на физико-химические и агрохимические показатели почвы лугов, химический состав и питательную ценность сена.

Таблица 7 - Влияние цеолита на урожайность сена естественных лугов, ц/га

Варианты	Тип луга
Варианты	Пойменный	Низинный	Суходольный
Фон (контроль)	33,0	74,0	23,0
Фон+1% цеолита	55,4	89,7	29,4
Фон+0,5% цеолита	56,0	83,4	30,0
Н. С. Р. ₀₅	9,0	15,6	9,6

Из проведенных исследований напрашивается вывод, что в систему культуртехнических мероприятий по уходу за лугами на территориях загрязненных цезием-137 необходимо включать помимо общепринятых операций (внесение удобрений, срезание кочек и др.) поверхностное разбрасывание глины и цеолита.

Применение природных сорбентов в рационах лактирующих коров

Другое не менее важное направление использования природных материалов на загрязненных радиоактивными веществами территориях – это включение их в рацион животных в качестве ингредиента.

В частности уникальные свойства цеолитов (сорбционные, ионообменные), а также большой набор в них макро- и микроэлементов выдвигают их в ряд перспективных кормовых добавок. Результаты многочисленных исследований (Байкова С. Н., Балакирев Н. А., Богерук А. К. и др., 2000; Рачиков С. В., 2007; Романенко А. А., 2009) свидетельствуют о том, что введение цеолитов в оптимальных дозах в рационы сельскохозяйственных животных оказывает положительное воздействие на биохимические и физиологические процессы в их организме, способствует повышению их биологической активности и жизнеспособности, продуктивности, улучшению качества продукции, сокращению ресурсов на ее производство. В основе положительного действия цеолитов на организм животных лежат их сорбционные и ионообменные свойства, а также возможное пополнение рациона различными макро- и микроэлементами, которых в них свыше 40. Цеолиты выводят из организма тяжелые металлы и радионуклиды, снижают заболеваемость животных тимпаниней, предотвращают отдельные расстройства желудочно-кишечного тракта, повышают качество животноводческой продукции. Выявлено, что емкость катионного обмена природных цеолитов разных месторождений, размолотых до высокой степени дисперсионности (1 - 0,5 мм и мельче) составляет 1 - 6 мг-экв/г.

В связи с тем, что цеолиты обладают способностью поглощать радиоизотопы, скармливание их животным в зонах с повышенным уровнем радиоактивности представляется весьма перспективным.

Таблица 8 - Влияние цеолита на молочную продуктивность коров

Показатели	Группы животных
	Контрольная, n=5		Опытная, n=5
	начало	конец	начало	конец
Суточный надой, кг	11,9±0.5	9,3±0,4	11,9±05	9,7±0.5
Молочный жир, %	3,34±0,27	3,30±0,25	3,29±0,21	3,29±0,24
Суточный надой базисной (3,4%) жирности, кг	11,7±0,5	9,0±0,4	11,5±0,5	9,4±0,5
СОМО, %	7,71±0,2	7,71±0,2	7,70±0,2	7,82±0,2

Исследовательская работа по использованию цеолита Хотынецкого месторождения в качестве ингредиента рациона дойных коров проводилась в СХПК «Родина» Новозыбковского района Брянской области, подвергшемся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС.

Исследования показали, что включение в рацион 250 г/гол./сутки цеолита повышает молочную продуктивность коров на 4,3 % (таблица 8).

Кроме того, скармливание животным цеолита снижает секрецию цезия-137 с молоком в 1,7 раза (таблица 9), увеличивает его суммарное выведение из организма в 1,55 раза (таблица 10) и оказывает положительное влияние на морфологические и биохимические показатели крови доводя их до уровней физиологической нормы.

Таблица 9 – Влияние цеолита на выведение радионуклида из организма лактирующих коров

Группы животных	Концентрация цезия – 137, Бк
	молоко		кал		моча		всего
	В 1кг	Σ	В 1кг	Σ	В 1кг	Σ
Контрольная, n=5	24,1±2,0	224,1	22,5±2,5	416,3	32,0±3,2	288	928,4
Опытная, n=5	14,2±1,1	137,7	56,5±6,3	1017	32,0±2,5	288	1442,7

Таблица 10 – Влияние цеолита на выведение радионуклида из организма лактирующих коров

Группы животных	Концентрация цезия – 137, Бк
	молоко		кал		моча		всего
	В 1кг	Σ	В 1кг	Σ	В 1кг	Σ
Контрольная, n=5	24,1±2,0	224,1	22,5±2,5	416,3	32,0±3,2	288	928,4
Опытная, n=5	14,2±1,1	137,7	56,5±6,3	1017	32,0±2,5	288	1442,7

Включение глины в рацион сельскохозяйственных животных – достаточно распространенное явление. В традиционной зоотехнической практике она включается в рацион при анемии молодняка свиней и крупного рогатого скота в качестве источника минеральных веществ (Аракелян Ф. Р., 1991; Кармацких Ю. А., 2007). Природные глины сорбируют NH₃, NH₄, H₂S, CH₄, CO₂ и воду, фенолы, тяжелые металлы, радионуклиды и некоторые микроорганизмы (Ильин Л. А., 1977; Булатов А. П., Лушников Н. А., 2003).

Способность глины связывать цезий – 137 в желудочно-кишечном тракте животных, тем самым снижая его всасывание и секрецию с молоком (Berth J. еt el.,1969; J. ven den Hock, 1976; Романенко А. А., 2009), была использована в опыте на коровах, который проводился в Новозыбковском районе. Исследования показали, секреция цезия-137 с молоком имеет тесную обратную связь с количеством глины включенной в рацион животных. При этом наибольший эффект (1,8 раза) получен при включении в рацион коров глины в количестве 600 г/гол/сутки.

Следующий опыт по использованию глины в качестве ингредиента рациона коров был выполнен в СХПК «Родина» Новозыбковского района в летне-пастбищный период.

Таблица 11 - Влияние глины на молочную продуктивность коров

Показатели	Группа животных, (n=3)
Показатели	Контрольная	Опытная 1	Опытная 2
Удой за 60 дней лактации, кг	726	756	768
Суточный надой, кг	12,1	12,6	12,8
Жирность молока, %	3,75	3,78	3,81
Удой за 60 дней лактации в пересчете на базисную (3,4%) жирность , кг	800	840	860
Суточный надой базисной (3,4%) жирности, кг	13,3	14,0	14,3

Исследования показали, что включение в рацион глины оказывает положительное влияние на молочную продуктивность коров. В частности, включение в рацион лактирующих коров глины в количестве 250 и 500 г/гол/сутки увеличило суточный надой молока в опытных группах на 0,5 и 0,7 кг/сутки соответственно по сравнению с контрольной.

Использование глины в качестве ингредиента в рационе животных снижает секрецию цезия-137 с молоком. Включение в рацион коров глины в количестве 500 г/гол/сутки уменьшило выведение цезия-137 с молоком в 1,9 раза по сравнению с контролем (таблица 12) и увеличило суммарное его выведение из организма в 1,06 раза (таблица 13).

Таблица 12 - Влияние глины на секрецию цезия-137 с молоком

Группа животных	Концентрация цезия – 137 в молоке, Бк/кг
Контрольная, n=3	56,8
Опытная 1, n=3	40,0
Опытная 2, n=3	31,7
Н С Р₀₅	16,6

Кроме того, включение глины в рацион лактирующих коров благоприятно сказывается на физиологическом состоянии животных, о чем свидетельствуют основные морфологические и биохимические показатели крови, достигшие физиологической нормы.

Таблица 13 – Влияние глины на выведение радионуклида из организма

Группа животных	Концентрация цезия – 137, Бк/кг
	в молоке		в кале		в моче		Всего
	В 1кг	Σ	В 1кг	Σ	В 1кг	Σ	Всего
Контрольная, n=3	56,8	687,3	114,0	2223,0	135,0	1215,0	4125,3
Опытная 1, n=3	40,0	504,0	134,0	2613,0	136,0	1224,0	4341,0
Опытная 2, n=3	31,7	405,8	146,0	2847,0	128,0	1152,0	4404,8

Известно, что многие положительные эффекты (в том числе антиоксидантный и антигипоксантный), которые оказывают на организм человека и животных комплексные растительные экстракты, объясняются присутствием в них разнообразных полифенольных соединений, в том числе биофлавоноидов (Смирнова М.И., 1974). К их числу относится дигидроквертецин, который может способствовать восстановлению антиоксидантной защиты организма, что особенно актуально в условиях повышенной плотности загрязнения почвы радиоцезием, так как известно, что облучение организма приводит к повышенному образованию в тканях радикалов и снижению уровня естественной резистентности у животных (Романенко А. А. и др., 2007).

Эффективность применения побочного продукта (биополимера древесины с содержанием дигидроквертецина до 1,5 %) в рационе лактирующих коров была изучена в опытах выполненных в СХПК «Родина» и ОХ «ВИУА» Новозыбковского района Брянской области, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС.

Первый опыт, выполненный в СХПК «Родина» проводился в зимне-стойловый период на коровах черно-пестрой породы. Исследования показали, что включение в рацион лактирующих коров 50г/гол./сут. биополимера древесины - дигидроквертецина оказывает положительное влияние на молочную продуктивность коров.

Таблица 14 - Влияние БД-ДКВ на молочную продуктивность коров

Показатели	Группы животных
	Контрольная, n=5		Опытная, n=5
	начало	конец	начало	конец
Суточный надой, кг	11,9±0.5	9,3±0,4	12,1±0.6	11,5±0,5
Молочный жир, %	3,34±0,27	3,30±0,25	3,29±0,24	3,48±0,27
Cуточный надой базисной (3,4%) жирности, кг	11,7±0,5	9,0±0,4	11,7±0,6	11,8±0,5
СОМО, %	7,71±0,2	7,71±0,2	7,76±0,2	8,21±0,2

Из таблицы видно, что в опытной группе суточный надой увеличился на 2,2 кг молока, а его жирность на 0,18 % по сравнению с контрольной.

Известно (Романенко А. А., 2007), что биополимер древесины – дигидроквертецин обладает сорбционной способностью, что позволяет использовать его в качестве сорбента цезия-137 при включении в рацион лактирующих коров. Данные о влияние биополимера древесины – дигидроквертецина на секрецию цезия -137 с молоком приведены в таблице 15.

Таблица 15 - Влияние БД - ДКВ на секрецию цезия-137 с молоком коров

Группы животных	Концентрация цезия - 137		Кн
	в рационе, Бк/рацион	в молоке, Бк/кг
Контрольная, n=5	2003,2	24,1±2,0	0,012
Опытная, n=5		18,3±1,6	0,009

Табличные данные показывают, что секреция цезия – 137 с молоком у коров опытной группы уменьшилась по сравнению с контрольной в 1,3 раза.

В ходе исследовательской работы было установлено, что включение в рацион животных биополимера древесины – дигидроквертецина оказывает влияние на выведение цезия-137 из организма с молоком, калом и мочой. Данные о выведении радионуклида из организма приведены в таблице 16.

Таблица 16 – Влияние БД – ДКВ на выведение радионуклида из организма коров

Группы животных, (n=3)	Концентрация цезия – 137, Бк
	молоко		кал		моча		всего
	в 1кг	Σ	в 1кг	Σ	в 1кг	Σ	всего
Контрольная	24,1±2,0	224,1	22,5±2,5	416,3	32,0±3,2	288	928,4
Опытная	18,3±1,6	210,5	37,0±4,0	777	37,0±4.0	333	1320,5

Данные таблицы показывают, что суммарное выведение цезия-137 из организма увеличилось в 1,5 раза по сравнению с контролем.

Применение препарата также оказало положительное влияние на морфологические и биохимические показатели крови, которые у животных получавших БД-ДКВ стали соответствовать физиологической норме.

В исследовательской работе выполненной в ОХ «ВИУА» в пастбищный период было изучение применения БД – ДКВ в качестве сорбента цезия – 137 при производстве молока и влияние его на функциональную активность механизмов естественной резистентности у коров в условиях повышенной плотности загрязнения почв радиоцезием. Результаты исследования показали, что включение в рацион лактирующих коров биополимера древесины – дигидрокверцетина снижает секрецию радионуклида с молоком в 1,45 раза. Скармливание коровам в течение 60 суток по 50 г/гол. биополимера древесины даурской лиственницы, содержавшей до 1,5 % дигидроквертецина обусловило выраженную тенденцию к оптимизации картины крови и к повышению функциональной активности механизмов естественной резистентности организма.

Blog

Оценка и экологическое обоснование комплексных приемов коррекции поллютантов в системе «почва растение животное»

Содержание