science-review.ru
В связи с увеличивающимися масштабами производственной деятельности человечества возрастает актуальность решения проблем ведения агропромышленного производства на техногенно загрязненных сельскохозяйственных угодьях. Являясь основой сырья промышленного производства, тяжелые металлы (ТМ) стали приоритетными загрязнителями окружающей среды [1]. Среди данных экотоксикантов такие металлы, как свинец, кадмий, ртуть, а также мышьяк, являются наиболее опасными по тяжести негативных эколого-биологических последствий при ведении животноводства на территориях с повышенными уровнями содержания этих токсикантов. Получаемая в таких экологически неблагополучных регионах животноводческая продукция часто не соответствуют требованиям санитарно-гигиенических нормативов, и ее употребление может негативно влиять на здоровье людей. В связи с этим при производстве молока и мяса необходимо максимально ограничить переход ТМ в пищевые продукты животного происхождения.
Цель данной работы – выявление основных факторов, определяющих величину перехода тяжелых металлов из рационов кормления сельскохозяйственных животных в производимую продукцию (молоко и мясо) на основе изучения и анализа литературы по вопросам ведения животноводства на техногенно загрязненных территориях. Знание и учёт влияния данных факторов имеет важное значение для решения многих практических задач, связанных с организацией содержания и кормления животных, охраной окружающей среды и здоровья человека, рационального использования природных ресурсов.
Основные факторы, определяющие переход тяжёлых металлов из кормов в продукцию животноводства
Тип рациона кормления
Является самым важным и существенным фактором. Структура рациона определяет переход тяжелых металлов из кормов и кумуляцию в организме животных.
При проведении научно-хозяйственных опытов в экологически неблагополучных хозяйствах Тульской и Орловской областей по оценке перехода тяжелых металлов из рациона КРС в молоко для различных типов рационов выявлено существенное влияние различных типов рационов на поступление токсикантов с кормом в организм коров. Самые низкие значения коэффициента перехода (КП) отмечены при использовании сенного и силосно-концентратного рационов для откорма лактирующих коров, а самые высокие – при силосном и смешанном рационах [2].
Результаты мониторинга накопления тяжелых металлов в кормовых растениях и говядине, получаемой в хозяйствах Новокубанского района Краснодарского края, показали, что свинец в большей степени накапливается в люцерне и других бобовых травах, а в меньшей степени – в кукурузе [3]. Установлено, что даже при незначительном содержании ТМ в силосе происходит их существенное накопление в мясном сырье.
При разработке научных обоснований для оптимизации подбора кормов и составления рациона, гарантирующих производство экологически безопасной продукции животноводства на техногенно загрязненных территориях, результаты пятилетних исследований по содержанию тяжелых металлов в кормах и молоке лактирующих коров в зимний и летний периоды в хозяйствах Альметьевского, Заинского и Нижнекамского районов Республики Татарстан позволили установить, что с увеличением доли содержания сырой клетчатки в рационах коэффициенты перехода ТМ из рациона в молоко уменьшаются [4].
Приведены результаты оценки содержания тяжелых металлов в пищевой цепи крупного рогатого скота и оптимизации рациона КРС с использованием льняного, тыквенного и горчичного жмыхов для животных агропромышленного комплекса юга пригородной зоны Волгограда [5]. Включение в рационы нетрадиционных жмыхов сопровождалось уменьшением содержания свинца и кадмия как в организме коров, так и в молоке, что объясняется сорбционными свойствами жмыхов из-за наличия в их составе клетчатки. Величина снижения концентрации тяжелых металлов в молоке коров в 1,2-2,5 раза, в мясе – в 1,7-2,2 раза.
Выполнен анализ зависимости перехода тяжёлых металлов из рациона в молоко в экологически осложненной Северо-Восточной зоне Республики Татарстан в зависимости от состава и типа кормления, содержания клетчатки в кормах, позволяющих регулировать темпы снижения токсикантов и использовать их в качестве способа получения нормативно чистой продукции животноводства в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем [6].
Возрастная группа животных
При проведении оценки экологической чистоты мяса, полученного при убое баранчиков, валушков и ярочек цигайской породы, по комплексу экотоксикантов установлено, что с возрастом отмечается увеличение концентрации содержания всех тяжёлых металлов по всем наблюдаемым половозрастным группам [7].
Представлены результаты исследований, выполненных в хозяйствах Свердловской области, расположенных в регионах с повышенным уровнем загрязнения свинцом, кадмием и другими тяжелыми металлами [8]. Для изучения возрастной динамики накопления свинца и кадмия в организме крупного рогатого скота были обследованы коровы возраста 5-6 лет, телки и бычки в возрасте 6 и 12-14 месяцев, а также телята до 30-дневного возраста. Подтверждено, что с возрастом происходит значительная кумуляция экотоксикантов. У телят в возрасте до 1,5 лет содержание свинца в мышцах увеличилось в 1,5 раза. У коров содержание свинца в мышцах превысило этот показатель для нетелей на 22,7%. Содержание кадмия также значительно увеличивается по мере взросления животных.
Особенностям формирования мясной продуктивности молодняка овец цигейской породы с учетом химического состава мяса баранчиков посвящено исследование, выполненное на животных из хозяйств Саратовской области [9]. При оценке количества свинца, кадмия, ртути и мышьяка в мясе установлено, что с возрастом кумуляция токсичного свинца в организме овец возрастала.
Проведен анализ состояния биогеоценоза системы «почва – растение – животное» в различных техногенных зонах Республики Татарстан на предмет содержания солей тяжёлых металлов в органах и тканях крупного рогатого скота [10]. Установлены более низкие показатели количества ксенобиотиков в печени и почках, но большие в крови у ремонтных телок и откормочных бычков сравнительно с таковыми у дойных коров. Предполагается, что это связано с изменением возрастных адаптационных барьерных и антитоксических возможностей органов молодняка КРС к условиям техногенной нагрузки, а также с кумуляцией солей тяжёлых металлов в организме взрослых животных [10].
Определение содержания свинца и кадмия в молоке разновозрастных коров проведено в Белгородской области и Домодедовском районе Московской области [11]. Средний уровень соединений кадмия у животных в возрасте от 2,5 до 3,5 лет составляет 0,20 мг/л, в возрасте от 4 до 6 лет – 0,031 мг/л и в возрасте от 6 лет и старше – 0,053 мг/л. Примерно такое же соотношение и по уровню соединений свинца. У молодых животных он составляет 0,075 мг/л, особей среднего возраста – 0,169 мг/л и у старых животных 0,333 мг/л.
Для молодняка овец бурятского типа забайкальской породы, выращиваемого в хозяйствах Джидинского района Республики Бурятия, выполнен анализ трофической цепочки «почва – вода – корма – мышечная ткань овец», а также определено содержание тяжелых металлов (ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, медь, цинк) в мышцах овец и кормах зимнего и летнего рационов. Установлено, что с повышением возраста у молодняка овец содержание тяжёлых металлов в мясе имеет тенденцию к возрастанию [12].
С целью изучения возможности производства экологически чистой органической продукции животноводства проводился научно-хозяйственный эксперимент на овцах цигейской породы, выращиваемых в хозяйствах Марксовского, Базарно-Карабулакского и Питерского районов, находящихся под негативным воздействием выбросов промышленного производства г. Саратов. Установлено влияние возраста животных на органолептические показатели качества и уровень безопасности мяса овец [13].
При оценке уровней содержания тяжелых металлов в почве, воде, кормах, мясе и внутренних органах молодняка бакурских овец хозяйств Саратовской области установлено, что поступление ТМ в организм животных и их накопление зависит от возраста овец: при незначительной кумуляции изучаемых токсикантов у животных 6-месячного возраста уже к возрасту 12 месяцев содержание тяжелых металлов превысило предельно допустимый уровень [14].
Содержание тяжелых металлов в рационе
В ходе анализа миграции токсических веществ в цепи «почва – растения (корма) – молоко» установлено, что рост концентрации ТМ в молоке коров зависел от увеличения их содержания в кормах [15].
Для изучения взаимосвязи между содержанием свинца и кадмия в образцах мышц, печени и почек КРС и потребляемых кормах проведены исследования [16]. В результате установлены положительные корреляции между концентрациями свинца (р < 0,05, r = 0,163) и кадмия (р < 0,01, r = 0,303) в кормах и исследуемых органах.
При проведении исследований в хозяйствах «Чабрец» и «Сокулук» Чуйской области установлено, что избыток мышьяка в растительных кормах приводил к росту концентрации As в крови опытных животных до 40 мг/л, что в 8 раз превышало показатель контрольной группы (0,05 мг/л) [17].
Показано, что увеличение содержания тяжелых металлов в кормах крупного рогатого скота отражается на уровне их концентрации в молоке коров независимо от того, стойловый это или пастбищный период года [18].
Представлены сведения об экологическом состоянии ряда объектов окружающей среды четырех областей Центрального региона Нечернозёмной зоны России: Вологодской, Ивановской, Костромской и Ярославской [19]. Отмечено, что переход тяжелых металлов в молоко коров зависит от величины их содержания в кормах.
Дана характеристика основных физико-химических и технологических свойств молока в зависимости от породы, сезона года при разных способах содержания коров в хозяйствах, расположенных в зонах экологического риска [20]. Отмечено, что концентрация тяжёлых металлов в молоке коров находится в прямой зависимости от содержания их в кормовых рационах и не зависит от породных особенностей.
Для изучения уровня концентрации солей тяжёлых металлов (медь, цинк, свинец и кадмий) в молоке в зависимости от содержания их в рационе коров проведен научно-хозяйственный опыт в «Заречье» Смолевичского района Минской области. Анализ полученных данных показал, что концентрация солей тяжёлых металлов в молоке находится в зависимости от содержания их в рационе коров. Установлены коэффициенты перехода из кормов рациона в молоко [21].
Проведен анализ экологической обстановки ряда районов Алтайского края и пригорода г. Барнаул. Установлена зависимость увеличения КП токсикоэлементов в мышечную ткань при более низком их содержании в рационе [22].
Длительность поступления тяжелых металлов с кормом
С целью изучения уровня накопления экотоксикантов и разработки системы их коррекции в объектах «трофической цепи» для повышения биологического потенциала животных в аграрных предприятиях промышленного региона проводили экспериментальные исследования в зоне Урала [8; 23]. Установлено, что в районах металлургических комбинатов и крупных автомагистралей ежедневное поступление тяжёлых металлов в организм животных с кормами ведёт к накоплению их в органах и тканях. Наиболее токсичные элементы – свинец и кадмий.
В связи с высокой концентрацией различных сельскохозяйственных и промышленных предприятий как на одних территориях, так и по соседству происходит загрязнение почв, воды, воздуха сельскохозяйственных угодий. Отмечается, что длительное воздействие негативных факторов приводит к снижению естественной резистентности организма и качества производимой животноводческой продукции [24].
С целью изучения возможности производства экологически чистой органической продукции животноводства проводился научно-хозяйственный эксперимент на овцах цигейской породы, выращиваемых в зонах различной степени экологической неблагополучности и с минимальной экологической нагрузкой. Отмечено, что баранина, полученная в зоне с минимальной экологической нагрузкой, содержала токсичных элементов (свинец, кадмий, ртуть, мышьяк) в 2 раза меньше, чем мясо овец из зон с напряженной и умеренной экологической нагрузкой [13].
Результаты проведения химико-токсикологических исследований подтверждают важность длительности техногенного воздействия на величину накопления токсикантов в организме сельскохозяйственных животных [25]. Отмечена прямая зависимость уровня содержания тяжелых металлов в органах и тканях животных от экологической ситуации в регионе, где они выращиваются. При этом количество соединений ртути, свинца и кадмия в органах и тканях взрослых особей больше, чем у молодняка. Это свидетельствует о постоянном поступлении и накоплении токсикантов в организме животных и медленном их выведении.
Технология содержания и кормления животных
На территории Татарстана проводились агроэкологические исследования по проблеме оптимизации рационов для лактирующих коров в целях уменьшения поступления ТМ в молоко [4]. Установлено, что при пастбищном содержании коров свинец, кадмий, медь и цинк переходят из рациона в молоко в 1,6, 2,2, 2,1, и 2,1 раза соответственно больше по сравнению со стойловым содержанием, что обусловлено потреблением животными во время пастьбы почвенных частиц, загрязненных солями тяжелых металлов. Рассчитанные параметры миграции ТМ в трофической цепи лактирующих коров доказывают возможность снижения загрязнения молока в 1,5-2 раза при переводе животных с пастбищного содержания на стойлово-выгульное.
В хозяйствах Приволжского, Фурмановского и Ивановского районов Ивановской области проведена оценка уровня загрязнения свинцом и кадмием молока и мяса крупного рогатого скота, производимых в указанном регионе [26]. При сравнении результатов исследований разных лет отмечается, что максимальные концентрации Pb и Cd наблюдаются в «летних» пробах рассматриваемой продукции, минимальные – в образцах, полученных зимой, что может быть связано с особенностями рациона и содержания животных в эти периоды.
Исследования влияния выбросов техногенного характера на молочную продукцию проведены в населенных пунктах, расположенных в пойме реки Исеть, на протяжении протекания её по территории Курганской области [27]. В результате анализа содержания тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, свинца) в молоке коров по сезонам года установлено, что наблюдается уменьшение токсикантов в ряду весна-лето-осень-зима. Делается вывод, что заливные пастбища и сенокосы, расположенные в бассейне реки Исеть, испытывающей техногенную нагрузку, являются территориями экологического риска по кумуляции поллютантов в молоке коров. Коэффициенты перехода тяжёлых металлов из рациона в молоко коров в стойловый и пастбищный периоды показали отсутствие прямой связи между наличием тяжёлых металлов в кормах и молоке. Предполагается, что при увеличении токсичности рациона барьерные функции организма животных усиливаются, коэффициент перехода снижается.
Рассмотрены вопросы экологической безопасности животноводческой продукции в Республике Беларусь [28]. Значения коэффициента перехода тяжелых металлов из рациона в молоко в летне-пастбищный период выше, чем в зимне-стойловый период, и объясняются дополнительным поступлением техногенных загрязнителей в организм животных с дерниной и почвенными частицами, поскольку содержание тяжелых металлов в них значительно выше, чем в растениях.
Отмечена сезонная зависимость уровней содержания тяжёлых металлов в молоке коров путём сравнения концентраций тяжелых металлов в молоке коров по различным регионам мира за 2010-2020 гг. [29].
Оценка фактического содержания соединений свинца и кадмия в молоке крупного рогатого скота, выращенного в разных хозяйствах Белгородской области и Домодедовском районе Московской области, показала, что уровень токсикоэлементов в летний период содержания животных больше, чем в зимний период [30].
Проведен мониторинг содержания тяжёлых металлов в продуктах животноводства Западной Сибири в зависимости от экологических условий их производства [31]. Изучена динамика распределения металлов в молоке в зависимости от сезона года. Среднее содержание Cd в молоке в пастбищный период выше, чем в стойловый, в 6,5 раза (Р < 0.05). Также результаты анализа свидетельствуют о небольшом влиянии сезона года на уровень аккумуляции Cd в молоке.
Скармливание рационов с различным уровнем свинца молодняку крупного рогатого скота в сравнении с аналогами, получавшими общехозяйственный рацион, сопровождалось более низкими коэффициентами переваримости питательных веществ – на 0.9-4.7%, способствовало его большему накоплению в продуктах убоя: сердечной мышце – в 3.2-4.1 раза, печеночной ткани – в 3.7-5.9, легочной – в 2.6-3.2, почечной – в 3.6-5.3, мышечной – в 8,6-11,2 (Р<0.05) [32].
Вид животных
Выявлено, что в организме лошадей кадмий кумулируется в десятки раз больше, чем у крупного рогатого скота, выращенного в тех же хозяйствах. При этом количество соединений ртути, свинца и кадмия в органах и тканях взрослых особей больше, чем у молодняка. Это свидетельствует о постоянном поступлении и накоплении токсикантов в организме животных и медленном их выведении [25].
Установлено, что одно и то же токсическое вещество у биологических организмов разных видов вызывает неоднозначные клинические проявления болезни [33]. Это обусловлено не самим токсическим веществом, а средой, в которую оно проникло и где происходит его метаболизм и биологическая трансформация.
При проведении санитарно-токсикологической оценки сельскохозяйственной продукции, производимой в экологических условиях юга Тюменской области, установлена закономерность накопления тяжёлых металлов в зависимости от вида сельскохозяйственного животного [34]. Дана характеристика распределения в органах и тканях животных свинца, кадмия, мышьяка и ртути.
Многочисленные исследования химического состава органов и тканей млекопитающих выявили видовую специфичность кумуляции химических элементов. Эти различия проявляются по мере увеличения содержания тяжелых металлов в окружающей среде, а уровни кумуляции тяжелых металлов в организме зависят от экологии вида, и прежде всего от состава рационов кормления [35].
Содержание тяжелых металлов в организме
Вопрос о сроках убоя животных с учетом времени выведения токсиканта из организма является важным для получения экологически безопасной продукции. Его решение может быть достигнуто путём прижизненной количественной оценки соединений токсикантов в органах и тканях животных. Описанию состояния данной проблемы, различных подходов, позволяющих тестировать у животных содержание тяжёлых металлов, возможности оценить и скорректировать экологическую безопасность животноводческой продукции, посвящен обзор [36].
Заключение
Таким образом, на основе обзора научно-исследовательской литературы по вопросам ведения животноводства на разных по техногенной нагрузке территориях выявлены факторы, определяющие переход тяжёлых металлов из рационов кормления сельскохозяйственных животных в животноводческую продукцию. Изложенная информация может представлять интерес и быть полезной для зооинженеров, студентов экологических и аграрных вузов, специалистов в области сельского хозяйства.