Оптимизация контроля загрязнения экотоксикантами объектов окружающей среды в аграрных предприятиях

Беспамятных Е.Н., Кривоногова А.С. Уральская ГСХА, г. Екатеринбург

Производство экологически безопасной продукции является наиболее важной задачей, стоящей перед всем аграрным производством. Это, прежде всего, связано с тем, что экологическая обстановка ухудшается с каждым годом. Наибольший вред окружающей среде наносят физические и химические техногенные загрязнения. В реальных условиях эти виды антропогенных нагрузок встречаются в многообразных сочетаниях, что осложняют проблему их ограничения [1, 2]. Основную угрозу в плане загрязнения окружающей среды оказывают тяжелые металлы и радиоактивные вещества, которые, в отличие от органических соединений, не разрушаются в почве и воде, а накапливаются в объектах внешней среды и мигрируют по трофическим цепям в корма сельскохозяйственных животных [3, 4, 5].

При осуществлении мониторинга загрязнения почв токсичными элементами на глобальном и региональном уровнях, возникает трудность в определении тенденций развития этого загрязнения во времени из-за различного фонового содержания потенциального загрязнителя. Поэтому наблюдения за поступлением металлов в почву на глобальном уровне строят путем сочетания периодических пространственных съемок загрязнения почв с систематическим определением величины атмосферных выпадений.

В связи с этим, животноводческая продукция, получаемая в экологически неблагополучных районах, будет иметь низкое качество и не соответствие санитарно-гигиеническим нормам [6, 7]. Уровень содержания в ней тяжелых металлов и радионуклидов зависит от степени загрязнения окружающей среды регионов, где эта продукция производится.

Изучение накоплений токсичных элементов в биосфере в настоящее время является одним из важных аспектов в решении проблемы, связанной с экологической безопасностью пищевых продуктов [8, 9].

Однако, существующие и используемые методы контроля за окружающей средой трудоёмки и дорогостоящи.

Поэтому, перед нами была поставлена цель оптимизировать систему контроля загрязнения радионуклидами и тяжелыми металлами молочно-товарных ферм в районах с разным уровнем техногенных эмиссий в Уральском регионе.

Чтобы решить данную проблему были изучены следующие задачи:

1. Определить экологические особенности высокотоварных молочных ферм в зонах с разной степенью антропогенной нагрузки;
2. Изучить динамику эмиссий радионуклидов и тяжелых металлов на территориях ферм крупного рогатого скота на основе анализа снеговых осадков;
3. Изучить динамику накопления экотоксикантов в объектах окружающей среды (растительных кормах, организме животных, животноводческой продукции) этих территорий и влияние их на организм сельскохозяйственных животных.
4. Разработать оптимизированную систему контроля загрязнения молочно-товарных ферм радионуклидами и тяжелыми металлами.

Экологическая оценка проводилась в течение 5 лет путем определения уровней содержания радионуклидов искусственного и космического происхождения, тяжелых металлов в питьевой и снеговой воде, кормах и тканях крупного рогатого скота в сельскохозяйственных предприятиях Среднего Урала. Для оценки степени нагрузки на экосистему и ежегодное поступление экотоксикантов в неё использовали тестирование снеговых осадков, которые отражают валовое накопление экополлютантов за зимний период, что ориентировочно позволяет судить о годовых выпадениях. Переход токсикантов по трофической цепи в организм животного исследовали радиохимическими и токсикологическими методами пробы костей скелета и мышечной ткани от животных 5-ти летнего возраста после убоя. В указанных пробах определяли 90Sr, 137Cs и 210Pb общепринятыми радиохимическими методами. В пробах также определяли содержание Cd,Co, Cr, Cu, Fe, Mn, As, Hg, Mg, Mo, Ni, Pb, Zn.

Всего отобрано 458 проб тканей и молока животных, выполнено 4678 радиохимических и токсикологических исследований.

Отличительной особенностью Уральского региона является плотная концентрация промышленных предприятий. Для снабжения населения животноводческой продукцией ранее размещение молочно-товарных ферм проводили по принципу близости к рабочим поселкам и городам. При этом не учитывался характер и степень антропогенного воздействия на окружающую среду и организм животных.

В связи с этим, вблизи крупных промышленных центров в настоящее время сосредоточено большинство сельскохозяйственных предприятий.

Установлено, что наименьшие уровни стронция-90 в течение всего периода наблюдения отмечены в животноводческих хозяйствах из северных и западных территорий региона. В то время как в хозяйствах, расположенных в зоне Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРСа), концентрации 90Sr превышали минимальные в 5-6 раз. При этом, 2005 год являлся критическим по 90Sr в выпавших осадках. Вблизи крупных промышленных центров - в Н.Тагиле, Белоярском и в окрестностях Екатеринбурга также отмечали значительные уровни содержания стронция в снеговых осадках. Наибольшее загрязнение отмечали в южных и юго-западных районах.

За период исследования в изученных предприятиях максимальная концентрация стронция-90 отмечена в 2005 г, минимальная - 2007 г. Низкая концентрация стронция-90 в 2007 объясняется, по видимому, аномальным многократным таянием снежного покрова в течение зимы с 2006-2007г.г. Полученные данные согласуются с исследованиями А.В. Трапезникова [10].

Одним из наиболее токсичных радионуклидов природного характера является свинец-210, он обладает нейротокси-ческим действием, снижает активность ряда ферментов. Тем не менее, нормирование его действующими НРБ-99 и СанПиН 2.3.2.1078-01 не предусмотрено.

Мы выявили наибольшее содержание этого элемента в снежном покрове сельскохозяйственных предприятий, расположенных в черте г. Екатеринбурга, что, вероятно, связано с деятельностью промышленных предприятий и продуктами сгорания автомобильного топлива. Особенно высокую эмиссию свинца-210 выявили в 2007 г., что возможно связано с горизонтальным переносом с поверхности оттаявших почв.

Результаты определения основных путей эмиссий тяжелых металлов и других элементов в снеговой воде показали, что максимальное выпадение большинства металлов отмечено в 2005г. во всех исследованных предприятиях, независимо от их расположения, как в южном, так и северном направлении. В этот период, согласно данным представленным в Государственных докладах по состоянию окружающей среды (2005, 2006) отмечена повышенная эмиссия промышленных выбросов на всей территории Среднего Урала, что связано с активизацией и подъемом уровня производства металлургических холдингов и комбинатов (СУАЛ-холдинг, УГМК и прочие).

Считается, что основными источниками поступления радиоактивных веществ и токсических элементов в организм животных и продукты питания животного происхождения, наряду с атмосферным воздухом, являются растительные корма и питьевая вода.

Исследования содержания радионуклидов в растительных кормах и тканях животных выявили неоднородные концентрации радионуклидов. Максимальное содержание всех радионуклидов отмечено в костях, причем увеличение содержания радионуклидов в снеговой воде коррелирует происходит с повышение его уровня в костях.

В разные периоды наблюдения в районах Восточно-уральского радиоактивного следа выявлено превышение ПДК по стронцию-90: в траве - от 1 до 8 раз, в сене - в 3-4 раза, в сенаже - в 7 раз, соломе - 1,5-2,5 раза.

Также, отмечено значительное содержание свинца-210 во всех растительных кормах, кроме зерна.

Как отмечали многие авторы, в результате действия токсикантов происходят существенные сдвиги в функциях отдельных систем организма, проявляющиеся появлением атипических форм течения заболеваний, новых нозологических форм [11, 12].

Накопление значительного количества ксенобиотиков не может не оказывать негативного влияния на организм животных.

Корреляционный анализ содержания экополлютантов в снеговой воде, растительных кормах и организме животных показал, что повышение их в растительных кормах наблюдается на следующий год после выпадения осадков, а в тканях животных, через 1,5-2 года после выпадения в осадках. Накопление радионуклидов в тканях животных коррелирует с содержанием их в осадках, выпавших в предыдущем году. Поэтому можно использовать радиохимическое и химическое исследование снеговой воды как метод контроля содержания радионуклидов и тяжелых металлов в продукции животноводства. В случае повышенной эмиссии какого либо поллютанта необходимо принять адекватные меры, препятствующие контаминации им растительных кормов, питьевой воды, а также применять методики, снижающие негативное действие токсикантов на организм животного [13].

Оптимизация системы контроля за экополлютантами позволит удешевить исследования, а также снизить количество сельскохозяйственной продукции ненадлежащего качества и способствовать получению более качественной продукции животноводства даже в экологически неблагоприятных территориях.

Список литературы:

1. Важенин И.Г. Почва как активная система самоочищения токсического воздействия тяжелых металлов-инградиентов технологических выбросов / И.Г. Важенин // Химия в сельском хозяйстве. - 1995. - N° 5. - С. 38-40.
2. Донник И.М. Биологические особенности и устойчивость к лейкозу крупного рогатого скота в различных экологических условиях урала. Автореферат диссертации на соискание ученой стерени доктора биологических наук /Новосибирск, 1997.
3. Воробейчик Е.Л. Экологическое нормирование токсических нагрузок на наземные экосистемы / Е.Л. Воробейчик // Автореф. дисс.доктор. наук. - Екатеринбург, 2004.
4. Донник И.М, Шкуратова И.А, Верещак Н.А, Ряпосова М.В, Шушарин А.Д. Методологические подходы оценки влияния окружающей среды на состояние здоровья животных. Аграрная наука Евро-Северо-Востока.2006.N°8. с.169-173.
5. Донник И.М, Шкуратова И.А.. Динамика накопления тяжелых металлов у крупного рогатого скота Ветеринария. 2008.N°4.с.37-40.
6. Донник И.М. Оценка здоровья животных в территориях химического и радиоактивного загрязнения. Зоотех-ния.2003.N°10.с.20-23.
7. Донник И.М, Шкуратова И.А. Окружающая среда и здоровье животных. Ветеринария Кубани. 2011.N°2. с.12-13.
8. Романенко Г.А. Проблемы техногенного воздействия на агропромышленный комплекс и реабилитации загрязненных территорий / Г.А. Романенко // Сб. мат. науч. сессии РАСХН. - М., 2003. - С.3 - 9.
9. Таланов Г.А. Система мероприятий по охране окружающей природной среды, кормов и продуктов животноводства от загрязнений выбросами промышленных предприятий / Г.А. Таланов // Сб. мат. науч. сессии РАСХН. - М., 2003. - С.30 - 39.
10. Трапезников А.В. Радиоэкологическая ситуация в Уральском регионе / А.В. Трапезников, В.Н. Трапезникова // Научные основы профилактики и лечения болезней животных, 2005. - С. 563 -566
11. Шахов А.Г. Экологические проблемы патологии сельскохозяйственных животных / А.Г. Шахов // Экологические проблемы патологии и терапии животных. - Мат. коорд. совещ. 19 - 23 мая1999г. - Воронеж, 1999. - С.209 - 214.
12. Смирнов П.Н. Теоретические и практические аспекты проблем экологии и адаптации животных / П.Н. Смирнов // Научное обеспечение ветеринарных проблем в животноводстве. - Новосибирск, 1999. - с. 36 - 48.
13. Донник И.М. Биологические особенности продуктивных животных в разных экологических зонах уральского региона. Аграрная Россия. 2000.N°5.с.14

Резюме. В связи с тем, что с каждым годом экологическая обстановка ухудшается, животноводческая продукция, получаемая в экологически неблагополучных районах, имеет низкое качество и не соответствует санитарно-гигиеническим нормам. С целью оптимизации системы контроля загрязнения радионуклидами и тяжелыми металлами молочно-товарных ферм в районах с разным уровнем техногенных эмиссий в Уральском регионе авторами были определены экологические особенности высокотоварных молочных ферм в зонах с разной степенью антропогенной нагрузки, изучена динамика эмиссий радионуклидов и тяжелых металлов на территориях ферм крупного рогатого скота на основе анализа снеговых осадков и динамика накопления экотоксикантов в объектах окружающей среды (растительных кормах, организме животных, животноводческой продукции) этих территорий и влияние их на организм сельскохозяйственных животных. Также, представлена разработанная оптимизированная система контроля загрязнения молочно-товарных ферм радионуклидами и тяжелыми металлами.

Для оценки степени нагрузки на экосистему и ежегодное поступление экотоксикантов в неё использовали тестирование снеговых осадков, которые отражают валовое накопление экополлютантов за зимний период, что ориентировочно позволяет судить о годовых выпадениях. Общепринятыми радиохимическими методами в пробах определяли наличие стронция, цезия, свинца, кадмия, кобальта, хрома, меди, железа, марганца, ртути, магния, молибдена, никеля, цинка, мышьяка.

Результаты исследований показали, что отличительной особенностью Уральского региона является плотная концентрация промышленных предприятий. Оптимизация системы контроля за экополлютантами позволит удешевить исследования, а также снизить количество сельскохозяйственной продукции ненормативного качества и способствовать получению более качественной продукции животноводства даже в экологически неблагоприятных территориях.

Ключевые слова: экотоксиканты, окружающая среда, радионуклиды, тяжелые металлы, техногенная эмиссия, антропогенное воздействие, контаминация, токсикология.

Сведения об авторах:

Кривоногова Анна Сергеевна, кандидат биологических наук, доцент кафедры инфекционной и незаразной патологии ФГБОУ ВПО "Уральская государственная сельскохозяйственная академия"; 620075, Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, 42; тел.: 8 (343)371-33-63, 8(952) 651-2934.

Беспамятных Елисей Николаевич, кандидат биологических наук, доцент кафедры анатомии и физиологии ФГБОУ ВПО "Уральская государственная сельскохозяйственная академия"; 620219, г. Екатеринбург, ул.Карла Либкнехта, 42; тел.: 8 (922)6198659; e-mail: demonorth@mail.ru.

Ответственный за переписку с редакцией: Беспамятных Елисей Николаевич, кандидат биологических наук, доцент кафедры анатомии и физиологии ФГБОУ ВПО "Уральская государственная сельскохозяйственная академия"; 620219, г. Екатеринбург, ул.Карла Либкнехта, 42; тел.: 8 (922) 619-86-59; e-mail: demonorth@mail.ru.

UDC 619: [616.9+616-92] OPTIMIZING CONTROL OF POLLUTION OF THE ENVIRONMENT WITH ECOTOXICANTS IN AGRICULTURAL ENTERPRISES

Bespamyatnykh E.N., Krivonogova A.S.

Summary. In order to optimize the control of radionuclide contamination with heavy metals in areas with different levels of anthropogenic emissions in the Ural region authors in the period of 5 years conducted environmental assessment of radionuclide content of artificial and cosmic origin, heavy metals in drinking and snow water, fodders and tissues of cattle at dairy farms in the Middle Urals.

In the samples authors determined strontium, cesium, lead, cadmium, cobalt, chromium, copper, iron, manganese, mercury, magnesium, molybdenum, nickel, zinc, arsenic. Optimization of control systems for ecotoxicants will reduce the cost of research, as well as reduce the number of non-normative quality of agricultural products and contribute to obtaining higher quality livestock products, even in ecologically adverse areas.

Key words: ecotoxicants, environment, radionuclides, heavy metals, anthropogenic emissions, anthropogenic impact, contamination, toxicology.

References:

1. Vazhenin I.G. Pochva kak aktivnaya sistema samoochishcheniya toksicheskogo vozdeystviya tyazhelykh metallov - ingradientov tekhnologicheskikh vybrosov [Soil as an active system of self-purification of toxic effects of heavy metals ingredients for process emissions]. - Agricultural chemistry. -Moscow, 1995 (5). - pp. 38-40.
2. Donnik I.M. Biologicheskie osobennosti i ustoychivost k leykozu krupnogo rogatogo skota v razlichnykh ekologicheskikh usloviyakh Urala [Biological characteristics and resistance to bovine leukosis under different environmental conditions of the Urals]. - Novosibirsk, 1997.
3. Vorobeychik E.L. Ekologicheskoe normirovanie toksicheskikh nagruzok na nazemnye ekosistemy [Environmental regulation of the toxic load on terrestrial ecosystems]. -Yekaterinburg, 2004.
4. Donnik I.M., Shkuratova I.A., Vereshchak N.A., Ryaposova M.V., Shusharin A.D. Metodologicheskie podkhody otsenki vliyaniya okruzhayushchey sredy na sostoyanie zdorovya zhivotnykh [Methodological approaches of assessment of environmental effect on animal health]. - Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. - 2006 (8). - pp. 169-173.
5. Donnik I.M., Shkuratova I.A. Dinamika nakopleniya tyazhelykh metallov u krupnogo rogatogo skota [Dynamics of heavy metals' accumulation in cattle]. - Veterinariya. - Moscow, 2008, (4). - pp. 37-40.
6. Donnik I.M. Otsenka zdorovya zhivotnykh v territoriyakh khimicheskogo i radoiaktivnogo zagryazneniya [Evaluation of animal health in areas of chemical and radioactive contamination]. - Zootekhniya. - Moscow, 2003 (10). - pp. 20-23.
7. Donnik I.M., Shkuratova I.A. Okruzhayushchaya sreda i zdorovye zhivotnykh [Environment and animal health]. - Veterinariya Kubani. - Krasnodar, 2011 (2). - pp. 12-13.
8. Romanenko G.A. Problemy tekhnogennogo vozdeystviya na agropromyshlenny kompleks i reabilitatsii zagryaznennykh territoriy [Problems of anthropogenic impact on the agro-industrial complex and the rehabilitation of contaminated areas]. - Moscow, 2003. - pp. 3-9.
9. Talanov G.A. Sistema meropriyatiy po okhrane okruzhayushchey prirodnoy sredy, kormov i produktov zhivotnovodstva ot zagryazneniy vybrosami promyshlennykh predpriyatiy [System of measures for the protection of environment, fodders and livestock products from industrial pollution]. -Moscow, 2003. - pp. 30-39.
10. Trapeznikov A.V., Trapeznikova V.N. Radioekologicheskaya situatsiya v Uralskom regione [Radioecological situation in the Urals]. - 2005: 563-566.
11. Shakhov A.G. Ekologicheskie problemy patologii selskokhozyastvennykh zhivotnykh [Environmental problems of pathology of farm animals]. - Voronezh, 1999. - pp. 209 - 214. 12. Smirnov P.N. Teoreticheskie i prakticheskie aspekty problem ekologii i adaptatsii zhivotnykh [Theoretical and practical aspects of ecology and adaptation of animals]. - Novosibirsk, 1999. - pp. 36 - 48.
12. Donnik I.M. Biologicheskie osobennosti produktivnykh zhivotnykh v raznykh ekologicheskikh zonakh Uralskogo regiona [Biological peculiarities of productive animals in different ecological zones of the Urals region]. - Agrarnaya Rossiya. - Moscow, 2000 (5). - p. 14.

Author affiliation:

Krivonogova Anna S., Ph.D. in Biology, docent of the department of infectious and non-infectious pattthology of the Urals State Agricultural Academy; 42, Karla Libknekta st., Yekaterinburg, Sverdlovsk area, 620075; ph.: 8 (343) 371-33-63, 8(982) 651-29-34.

Responsible for correspondence with the editorial board: Bespamyatnykh Elisey N., PhD in Biology, docent of the department of anatomy and phisiology of the Urals State Agricultural Academy; 42, K.Libknekhta st., Yekaterinburg; ph.: 8 (922) 619-86-59; e-mail: demonorth@mail.ru.

	Полезные ссылки
Департамент ветеринарии Краснодарского края Ассоциация Практикующих Ветеринарных Врачей