На правах рукописи
МИГРАЦИЯ СВИНЦА И КАДМИЯ В ТРОФИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
«ПОЧВА-РАСТЕНИЕ-СЕВЕРНЫЙ ОЛЕНЬ»
В ЗОНЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
(НА ПРИМЕРЕ ОЙМЯКОНСКОГО РАЙОНА ЯКУТИИ)
03.00.16 – Экология
Автореферат
диссертации на соискание учёной степени
кандидата биологических наук
Новосибирск 2007
Работа выполнена на кафедре сельскохозяйственных животных и экологии факультета ветеринарной медицины ФГОУ ВПО Якутская государственная сельскохозяйственная академия.
Научный руководитель: | доктор ветеринарных наук, профессор, заслуженный деятель науки Республики Саха (Якутия)
|
Официальные оппоненты: | доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ
доктор ветеринарных наук, профессор
|
Ведущая организация: | Институт почвоведения и агрохимии СО РАН |
Защита диссертации состоится «_____» __________2007 года в _____ ч. на заседании диссертационного совета Д 220.048.03 при ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет.
Тел., , http: www. nsau. *****
Автореферат разослан «______» ________________ 2007 года
Ученый секретарь
диссертационного совета
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. Республика Саха (Якутия) - крупнейший в территориальном и экономическом отношении регион Севера России. В российской сетке разделения регионов по специфике существования и развитию отраслей народного хозяйства республика относится к горнодобывающему региону. Сельское хозяйство Якутии имеет животноводческое
направление. Северное домашнее оленеводство является традиционным видом хозяйственной деятельности коренных народностей арктических и северных районов Республики Саха (Якутия).
Освоение территорий Республики Саха (Якутия) привело к формированию нескольких зон потенциального загрязнения среды обитания человека и животных. В каждом из этих регионов существуют свои техногенные факторы загрязнения среды, сочетающиеся с бытовыми антропогенными воздействиями на природу.
В настоящее время стало известно, что на территории Якутии, даже в последнее время, осуществлялись подземные ядерные взрывы, имеются масштабные отвалы пород с высоким содержанием урана и трансурановых элементов, расположение рудных тел на западе, северо-востоке и на юге территории привязаны к важнейшим рекам: Лене, Колыме, Алдану, Индигирке и их притокам (, 1996, , 2006).
Степень негативного воздействия горнодобывающих предприятий на крайне ранимую природу Севера еще недостаточно изучена. Данные научных исследований свидетельствуют о том, что любое техногенное воздействие может привести к серьезным сдвигам в биоценозах Севера (, , 2001; , 2006).
Особый интерес вызывают вопросы поступления и перераспределения в организме различных металлов, в том числе и токсичных. При этом самым актуальным является изучение содержание свинца и кадмия в объектах окружающей среды (в воде, почве, кормах) и в организме оленя, прежде всего из-за их исключительных свойств накапливаться в организме и вызывать, даже в относительно малых дозах нарушение иммунитета, неспецифических факторов защиты, а также функциональные нарушения и болезни.
Для получения объективной информации необходимы планомерные, комплексные, длительные наблюдения за состоянием атмосферы, воды, почвы, растительного и животного мира.
Цель работы: выявление содержания тяжелых металлов (свинца и кадмия) в трофической цепи « почва - вода - пастбищная растительность - северный олень» в зоне деятельности горнодобывающих предприятий Оймяконского района Якутии.
Задачи исследований:
1) выявить степень накопления свинца и кадмия в почве и воде;
2) определить уровень аккумуляции тяжелых металлов в пастбищной растительности в зависимости от типов почв;
3) установить концентрацию РЬ и СМ в органах, тканях и продуктах оленеводства;
4) дать сравнительную оценку содержания свинца и кадмия в организме северных оленей в зависимости от пола и возраста животных.
Научная новизна. Впервые в горнодобывающем Оймяконском районе Якутии проведены комплексные исследования миграции свинца и кадмия в трофической цепи «почва - вода - пастбищная растительность - северный олень». Дана сравнительная оценка накопления токсичных элементов (свинца, кадмия) в природных объектах, имеющих кормовое значение для оленеводства. Установлена возрастная динамика накопления свинца и кадмия в организме северных оленей разных половозрастных групп. Выявлена избирательность в аккумуляции свинца и кадмия в различных видах растений и органах животных.
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут использоваться для обоснования стратегии проведения природоохранных мероприятий, сравнительной характеристики отдельных территорий северного региона, а также в целях мониторинга накопления тяжелых металлов в объектах окружающей среды. Материалы диссертации использованы для ветеринарно-санитарной экспертизы продуктов оленеводства, в научно-исследовательской работе, в учебных курсах по экологии на факультетах ветеринарной медицины и зооинженерных.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы представлены на научных конференциях ЯГСХА (2004, 2005 гг.) и включены в информационный отчет Департамента по охране генофонда народов Республики Саха (Якутия) «Оценка состояния здоровья сельскохозяйственных животных и экологического качества животноводческой продукции Якутии» (2000г). Результаты научных исследований используются в учебных занятиях Института повышения квалификации кадров АПК для ветеринарных специалистов, а также для студентов факультета ветеринарной медицины ЯГСХА.
Публикация результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 4 статьи, в т. ч. в ведущем научном рецензируемом журнале – 1.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 117 страницах, состоит из введения, обзора литературы, материалов собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, практических предложений, списка литературы и приложения. Иллюстрирована 15 таблицами, 33 рисунками.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Содержание тяжелых металлов (свинца и кадмия) в почвах пастбищных растениях зависит от типа почв, вида растений и степени техногенной нагрузки территорий.
2. Органы, ткани животных и растений обладают избирательной кумулятивной способностью.
3. Установлена зависимость содержания свинца и кадмия в мышечной ткани, внутренних органах (сердце, печень, почки) животного от его пола и возраста.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Диссертационная работа выполнялась в течение г. г. в лаборатории НИИ ветеринарной экологии ФГОУ ВПО Якутская Государственная сельскохозяйственная академия и химико-токсикологическом отделе ГУ Якутская Государственная ветеринарно-испытательная лаборатория.
Исследования проводились на территории кочевой родовой общины «Мола» Оймяконского района, расположенной в зоне деятельности горнодобывающих предприятий и занимающейся традиционными видами хозяйственной деятельности: оленеводством, коневодством и охотничьим промыслом (рис.1).
Рис. 1. Карта общины «Мола»
В выбранном хозяйстве для исследований были подобраны группы из клинически здоровых животных (по 10 голов) четырех половозрастных групп: молодняк - самки и самцы в возрасте 6-7 месяцев, взрослые самцы и самки трех лет и старше. Отбор молодняка 6-7 месячного возраста обусловлен тем, что основной продукцией северного оленеводства является мясо 6-7-месячных телят и взрослых оленей.
В группах животных отбор проб крови, сыворотки крови, мочи для исследований проводился в осенне-зимний сезон (период усиленной нажировки оленей), молока – в весенне-летний сезон, отбор проб мяса и внутренних органов - в период заготовки мяса в ноябре.
Отбор проб почв, воды, растительных кормов (ягель, мох, тальник, сухая трава, грибы) проводили в осенне-зимний сезон с пастбищ рек Брюнгядэ, Кюбюме, где добыча золота не ведётся. С целью сравнительного анализа исследовали оленьи пастбища в долинах рек Эльги, Малый Тарын, Индигирки, где расположены золотодобывающие предприятия. Отбор проб проведён по ГОСТ Р , , 4979-49, . Подготовка их к испытаниям - по ГОСТ .
Определение свинца и кадмия проведились методом атомно-абсорбционной спектрометрии на приборе «Спектр-5-3». Метод основан на деструкции органической основы пробы способом сухой (термической) или мокрой (кислотой) минерализации с последующим определении содержания металлов в водных и органических растворах методом пламенной атомной абсорбции.
Для характеристики природно-климатических условий, выявления численности домашних северных оленей использованы данные метеостанции, и статистических бюллетеней, производственных показателей и нормативно-правовых актов по оленеводству МСХ РС(Я), Северного отдела Роснедвижимости по РС(Я), Индигирского лесхоза управления лесного хозяйства РС(Я).
Полученные результаты обработаны с применением стандартных программ для персональных компьютеров.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Характеристика почв Оймяконского улуса
Почва создается под влиянием горных пород, климата, растительности, животного мира, рельефа местности и возраста страны. На почвообразование в Якутии большое влияние оказывает вечная мерзлота. Формирование почвы начинается с морозного выветривания, в результате чего образуются каменистые россыпи. Типы почв района: скелетные супесчаные почвы (в средних частях горных склонов); легкие супесчаные и суглинистые почвы с примесью щебня (в подножьях гор); лесные дерновые почвы песчаного или глинистого состава (на крутых склонах холмов); наносные супесчаные почвы (по долинам крупных рек).
Нами исследованы почвы с пастбищ по долинам рек Эльги, Брюнгяде, Кюбюме, Индигирки, Малого Тарына. Концентрация свинца в почвах исследуемых территорий составила от 1,650 до 12,186 мг/кг; кадмия - от 0,099 до 0,441 мг/кг, среднее содержание 6,991 и 0,280, соответственно (табл. 1). В песчаных почвах содержание свинца составило 1,650 и 1,75мг/кг (Кюбюме 2 и 1), кадмия - 0,109 и 0,320 мг/кг (Кюбюме 1 и 2). Концентрация свинца и кадмия в лёгких супесчаных почвах варьировала от 4,838 и 0,305 мг/кг Эльги) до 7,738 и 0,441 мг/кг (Малый Тарын, Булгунньах), соответственно. По долинам рек Индигирка и Брюнгяде, где в основном преобладают наносные супесчаные почвы, концентрация свинца составляла от 7,481 (Индигирка) до 9,091 мг/кг (тундровая зона), кадмия - от 0,296 (Индигирка) до 0,432 мг/кг (Брюнгяде).
Таблица 1. Содержание свинца и кадмия в почвах пастбищ, мг/кг (n =10)
Почвы | Пастбища | Свинец | Кадмий |
Легкая супесчаная | Эльги | 4,838 ±0,0153 | 0,305 ± 0,0095 |
Наносно-супесчаная | Брюнгяде | 8,873 ± 0,4590 | 0,432 ± 0,0050 |
Песчаная | Кюбюме №1 | 1,750 ±0,2185 | 0,320 ±0,01 80 |
Песчаная | Кюбюме №2 | 1,650 ±0,1602 | 0,109 ±0,0065 |
Наносно - супесчаня | Индигирка | 7,481 ±0,0435 | 0,296 ±0,0190 |
Легкая супесчаная | Малый Тарын (Булгунньах) | 7,738 ±0,1540 | 0,441 ±0,0061 |
Легкая супесчаная | Малый Тарын | 5,319±0,1615 | 0,309 ±0,0120 |
Суглинистая | Лесная зона (Малый Тарын) | 12,186±0,1120 | 0,135 ±0,0160 |
Супесчаная | Тундровая зона (Малый Тарын) | 9,093 ±0,0182 | 0,099 ± 0,0020 |
В среднем | 6,548 ±1,1920 | 0,272 ± 0,0420 |
Максимальное количество свинца отмечалось в суглинистых почвах лесной зоны (12,186 мг/кг), а минимальное - в лёгких супесчаных почвах пастбища Кюбюме (1,65 мг/кг). Наряду с этим в последних выявлено более высокое содержание кадмия - 0,441 мг/кг (Малый Тарын). Супесчаные почвы тундровой зоны характеризовались умеренной концентрацией свинца (9,093мг/кг) и минимальной - кадмия (0,099мг/кг).
Концентрация подвижных форм свинца в почвах пастбищ Индигирка (7,481мг/кг), Малый Тарын (Булгуннях) (7,738мг/кг), Брюнгяде (8,873мг/кг), тундровой (9,093±0,0182 мг/кг) и лесной (12,186 мг/кг) зон превышала ориентировочно-допустимый показатель (ОДК - 6 мг/кг) от 1,2 до 2,0 раз.
ПДК кадмия в почве разных стран колеблется от 2 до 5 мг/кг. В наших исследованиях содержание кадмия составило от 0,05 до 0,22 минимальных ПДК, то есть почвы района по СИ соответствовали фоновому уровню (0,099-0,441 мг/кг). Согласно Раge (1981) на фоновых пространствах вдали от рудных тел концентрации кадмия на поверхности почвы составляют 0,1-0,4 мг/кг.
3.2. Содержание свинца и кадмия в естественных водоемах
На содержание и миграцию химических элементов в природных водах влияет комплекс факторов. Миграция любого химического элемента зависит от внешних факторов (количества выпадающих осадков, окислительно-восстановительного, кислотно-щелочного и температурного режимов, интенсивности поглощения элемента организмами, степени дренированности территории и др.) и внутренних факторов (, , 1961).
Река Индигирка - третья по величине река Якутии, её длина составляет 1977 км, а бассейн занимает 11% площади республики (362 тыс. км2). Она берет начало с Сордоннохского плато, образуясь слиянием рек Хастах (Туора-Урях) и Тарын-Урях. На территории Оймяконского района имеет притоки Пера, Агаякан, Иньяни, Эльга, Кюенте, Куйдусун, которые в своем течении перерезают горные массивы, образуя узкие, глубокие поймы или раскинувшиеся на несколько километров широкие долины. На верхнем течении реки Индигирка на ее притоках - р. Куйдусуне и Агаякане встречаются «эйюмэ» - талики (незамерзающие ключи), мороз которых не сковывает в лед и тарыны-льдины, при 60-тиградусных морозах всегда покрытые водой, а летом не тающие до самой зимы (Обручев, 1931; , 1965). Поверхностные воды имеют сравнительно низкую температуру, характеризуются малой минерализацией и низким содержанием кислорода. Грунтовое питание здесь почти отсутствует, и пополнение запасов воды происходит в основном из атмосферного воздуха.
При исследовании рек Малого Тарына, Эльги, Брюнгяде, Кюбюме, Индигирки, ручья Ампор и проб талого снега нами были получены следующие показатели (табл.2).
Максимальное содержание свинца и кадмия выявлены в пробах воды из р. Малый Тарын (0,0820 и 0,0372 мг/л соответственно), минимальные - в р. Брюнгяде (0,0125 и 0,0006мг/л). В пробах воды из р. Малый Тарын концентрация свинца превышает средний показатель элемента в исследованных водоёмах в 3 и ПДК в питьевой воде - в 2,7 раза, по кадмию соответственно - в 2,6 и 37,2 раза.
Примечательно то, что талая снеговая вода с пастбищ содержала такое же количество свинца, как и большинство исследованных водоисточников (0,0127мг/л), а кадмия - 0,0204мг/л, уступая только р. Малый Тарын (0,0372 мг/л). При этом концентрация кадмия в талой снеговой воде превышала предельно допустимые нормы в 20,4 раза (ПДК-0,001 мг/л).
Таблица 2. Содержание свинца и кадмия в водоисточниках, мг/л (n =10)
Водоемы | Свинец | Кадмий |
р. Малый Тарын | 0,0820 ±0,0101 | 0,0372 ± 0,0070 |
р. Эльги | 0,0 142 ±0,0090 | 0,0032 ±0,001 2 |
р. Брюнгядэ | 0,0125 ± 0,0020 | 0,0006 ±0,0001 |
р. Кюбюме | 0,0 174 ±0,0023 | 0 |
р. Индигирка | 0,0244 ±0,00 13 | 0,0066 ± 0,0002 |
Ручей Ампор | 0,0 129 ±0,0020 | 0,0072 ±0,0001 |
Снег | 0,0 127 ±0,00 17 | 0,0204 ±0,00 13 |
Среднее содержание | 0,0251 ±0,0090 | 0,0 107 ±0,0050 |
По содержанию свинца исследуемые воды в порядке убывания расположились следующим образом: р. Малый Тарын > р. Индигирка > р. Кюбюме > р. Эльги > р. Ампор > снеговая вода > р. Брюнгядэ; по кадмию - р. Малый Тарын > снеговая вода > р. Ампор > р. Индигирка > р. Эльги > р. Брюнгядэ > р. Кюбюме.
3.3. Характеристика кормов и содержание в них свинца и кадмия
Характер и особенности питания северных оленей возникли в процессе эволюции как приспособление организма к разнообразным условиям среды обитания. Широкий ареал, дальние миграции, сезонные смены рациона привели к тому, что северный олень оказался приспособленным к разнообразному по химическому составу, пищевым качествам и систематической принадлежности кормам.
Исследование кормовых растений (ягель, мох, трава, грибы) показало, что микроэлементный состав их зависит от очень многих факторов и варьирует в широких пределах. Исследовались сфагновый мох (Sphagnum), исландский мох (Cetraria islandica), ягель (Cladonia rangiferina), осока прямостоящая (Сагех stans Drej), хвощ топяной (Equisetum heleocharis Ehrh), брусника обыкновенная (Vaccinium vitisidaea), грибы (маслята).
Исследование оленьих пастбищ показало, что мхи характеризовались относительно низким содержанием свинца (в среднем 0,469 мг/кг) и кадмия (0,046 мг/кг). Однако концентрация свинца во мхах была выше, чем у травянистых растений (0,469 > 0,122мг/кг), а кадмия - чем в побегах брусники (0,046> 0,026мг/кг) и в сухой траве (0,046> 0,033 мг/кг). Накопление свинца во мхах по сравнению с грибами (0,469 < 3,440мг/кг), кустарниками (0,469< 1,361 мг/кг), ягелем (0,469< 0,949мг/кг), листьями ивы (0,469< 0,937мг/кг), побегами брусники (0,469 < 0,784 мг/кг), была ниже в 1,6 - 7,3 раза. Аккумуляция кадмия во мхах также находится на относительно низком уровне по сравнению с грибами (0,046< 1,409мг/кг), кустарниками (0,046< 1,055мг/кг), листьями ивы (0,046< 0,600мг/кг) и ягельным кормом (0,046< 0,073/кг). Соотношение между свинцом и кадмием во мхах выражалось в среднем как 10:1.
Ягель, или олений мох (Cladonia rangiferina) вместе с цетрарией исландской и другими лишайниками является основным кормом северных оленей. Высота растений - 2-4 см. В исследованных пробах исландского мха и ягеля концентрация свинца находилась в пределах от 0,041 до 3,012 мг/кг, кадмия - от 0,001 до 0,243 мг/кг сухого веса. Среднее содержание свинца в ягельных кормах (0,949мг/кг) было ниже, чем в побегах кустарников (1,361 мг/кг), грибах (3,440мг/кг) и выше, чем в листьях ивы (0,937мг/кг), побегах брусники (0,784мг/кг), мхах (0,469мг/кг) и травянистых растениях (0,122 мг/кг). По накоплению кадмия ягель занимает промежуточное положение между грибами, кустарниками, листьями ивы и остальными растениями, подвергнутыми исследованию. Среднее содержание кадмия в ягеле в 19 раз меньше, чем в грибах (0,073 < 1,409мг/кг), в 14 раз - чем в кустарниковом корме (0,073< 1,055мг/кг), и в 8 раз - чем в листьях ивы (0,073< 0,600мг/кг). Анализ количественных показателей показал следующее соотношение свинца и кадмия в ягельном корме - от 12:1 до 24:1.
С целью установления содержания свинца и кадмия в травянистом корме проведены исследования таких широко распространённых видов, как осока прямостоящая и хвощ топяной. Осоковые широко распространены и создают значительные запасы кормов для оленей. Многолетние растения из семейства осоковых (осоки, пушицы) олени поедают во все сезоны года. Осоки отличаются способностью накапливать в надземной массе большое количество углеводов.
Нами выявлено, что Сагех stans Drej и Equisetum heleocharis Ehrh накапливают незначительное количество свинца (от 0,071 до 0,285 мг/кг) и кадмия (от 0,011 до 0,069 мг/кг сухого веса) по сравнению с другими исследованными растениями оленьих пастбищ. Средний показатель кадмия в травянистых был выше, чем в побегах брусники (0,033 > 0,026 мг/кг). В травянистых кормах соотношение свинца и кадмия выражалось как 3:1 или 4:1.
Листва брусники относится к разряду поддерживающих кормов северного оленя, особенно в осенний и зимний сезон. Концентрация свинца в побегах брусники составила от 0,429 до 1,072 мг/кг сухого веса (средний показа,784мг/кг), что ниже, чем в грибах (3,440мг/кг), кустарниковых побегах (1,361мг/кг), ягеле (0,949мг/кг) и листьях ивы (0,937мг/кг), но выше, чем во мхах (0,469мг/кг) и травянистом корме (ОД22 мг/кг). В Vaccinium vitis-idaea L. нами выявлено минимальное содержание кадмия по сравнению с другими кормами - от 0,009 до 0,059 мг/кг (средняя концентрация - 0,026 мг/кг). Соотношение кадмия к свинцу в побегах брусники составило в среднем 1:26.
Олени хорошо поедают молодые побеги и листву кустарниковых ив. Наиболее охотно поедаются Salix bebbiana, Salix taraikensis, преобладающие в приречных зарослях ивняков. В побегах ив содержание свинца варьировало в пределах 0,981 2,146, а в листьях - 0,,653 мг/кг сухого веса. Средний показатель элемента в побегах уступал только аналогичному показателю в грибах (1,361< 3,440мг/кг). В листьях же среднее содержание свинца было немного ниже, чем в стеблях растения (0,937< 1,361 мг/кг) и выше, чем в побегах брусники (0,784мг/кг), мхах (0,469мг/кг) и травянистых (0,122мг/кг). Выявлено, что соотношение свинца и кадмия в ивах составляет 1:1 или 1,5:1 (рис.2).
По степени накопления кадмия Salix bebbiana, по нашим данным, занимает второе место после грибов: в молодых побегах концентрация составляет 0,,394, в листьях - 0,,975 мг/кг (в грибах - 0,,006 мг/кг). Среднее содержание элемента в листьях (0,600 мг/кг) достоверно меньше (р<0,05), чем в стеблях (1,055мг/кг).
С целью выявления распределения свинца и кадмия в органах растений и соотношения между ними исследованы брусника и съедобные виды грибов (рис.3, 4, 5). В результате установлено, что наибольшее накопление кадмия происходит в стеблях брусники, в то же время в них отмечается наименьшее количество свинца (0,035 и 1,714 мг/кг сухого веса соответственно). Листья содержат в 1,79 раз меньше РЪ, чем корни ив 1,48 раз больше, чем стебли растения, а кадмия - в 17,5 и 12,5 раза меньше, чем стебли и корни (рис.3).
Грибы представляют собой ценный корм, богатый питательными веществами, они содержат до 40% белка, столько же крахмала и сахара, 3-5% жира. Исследования показали, что грибы содержали достоверно большее количество свинца (от 2,004 до 4,56 мг/кг) и кадмия (от 0,850 до 2,006 мг/кг) по сравнению с другими группами кормовых растений (табл. 3). Анализ полученных данных показал, что соотношение свинца и кадмия в грибах составляет 3:1. В плодовых телах пластинчатых и трубчатых грибов наблюдалось различное распределение свинца и кадмия (рис.4, 5).
Таблица 3. Содержание свинца и кадмия в пастбищных кормах,
в мг/кг сухой массы (n =10)
Вид корма | Свинец | Кадмий |
Кустарники (побеги) | 1,361±0,137 | 1,055±0,063 |
Листья ивы | 0,937±0,182 | 0,600±0,090 |
Побеги брусники | 0,784±0,079 | 0,026±0,005 |
Ягель | 0,949±0,323 | 0,073±0,025 |
Мох | 0,469±0,091 | 0,046±0,009 |
Сухая трава | 0,122±0,023 | 0,033±0,005 |
Грибы (маслята) | 3,440±0,276* | 1,409±0,132* |
* Разница с другими группами растений достоверна Р >0,99 за исключением кустарников по кадмию.
Шляпки плодового тела грибов накапливают в 1,6 раза больше свинца и кадмия, чем пеньки (в среднем Рb и Сd - 2,507 и 0,455 мг/кг в шляпках и 1,53 и 0,275 мг/кг в пеньках). Причём пластинчатые грибы (сыроежки) содержали наибольшее количество свинца и наименьшее кадмия (2,709±0,498 и 0,210±0,003 мг/кг, соответственно. В то время как трубчатый гриб (поберёзовик) наоборот - наименьшую концентрацию Рb и наибольшую Сd (1,24±0,029 и 0,405±0,140 мг/кг соответственно. Распределение кормовых растений по концентрации свинца выглядело следующим образом: грибы > побеги кустов > ягель > листья ивы > побеги брусники > мох > трава. По содержанию кадмия выявлена следующая последовательность: грибы > побеги кустов > листья ивы > ягель > мох > трава > побеги брусники.
Таким образом, грибы, побеги кустарниковых, ягель являются основными накопителями тяжёлых металлов в условиях Севера.
3.4. Концентрация свинца и кадмия в организме северных оленей и их
экскреция с мочой
В цельной крови северных оленей концентрация свинца и кадмия варьировала соответственно от 0,085 до 0,110 мг/л., при этом в крови самок содержание свинца было ниже, чем у самцов (телята 6 - 7 месяцев: самки - 0,039самцы - 0,049 мг/л; взрослые: самки - 0,089, самцы - 0,107 мг/л).
Относительно высокий уровень свинца в крови самцов можно объяснить разностью в количестве эритроцитов между самками и самцами. Как известно, свинец концентрируется в большей степени в красных кровяных тельцах.
В крови взрослых животных отмечался более высокий уровень свинца (в среднем 0,049 мг/л), чем у молодняка (0,098 мг/л). Уровень кадмия также выше в крови у взрослых оленей, у животных разных полов существенных различий между группами не выявлено (табл. 4).
Таким образом, исследование северных оленей по половозрастным группам показало, что концентрация свинца и кадмия в цельной крови зависит от возраста животных, а содержание свинца, кроме того, от их половой принадлежности.
Таблица 4. Содержание свинца и кадмия в цельной крови
северных оленей разных половозрастных групп, мг/л (n =10)
Половозрастная группа | Свинец | Кадмий |
Телята самки, 6-7 мес. | 0,039±0,002 | 0,006±0,003 |
Телята самцы 6-7 мес. | 0,049±0,007 | 0,006±0,002 |
Важенки 3-х лет | 0,089±0,011 | 0,032±0,005 |
Третьяки | 0,07±0,014 | 0,035±0,008 |
В сыворотке крови исследуемых животных наблюдается обратная картина: среднее содержание свинца и кадмия было достоверно выше у самок. Между молодым и взрослым поголовьем самок существенной разницы в концентрации свинца не выявлено (0,032и 0,033мг/л), в то время как у телят-самцов среднее содержание элемента было ниже, чем у взрослых (0,011и 0,026 мг/л; табл. 5). Содержание кадмия в сыворотке крови самок (телята - 0,013, самки 3-х лет -0,038мг/л) достоверно превышало таковой у самцов (телята - 0,007, самцы 3-х лет -0,016 мг/л).
Таблица 5. Содержание свинца и кадмия в сыворотке крови северных оленей разных половозрастных групп (мг/л), n =10
Половозрастная группа | Свинец | Кадмий |
Телята самки, 6-7 мес. | 0,032±0,008 | 0,013±0,004* |
Телята самцы 6-7 мес. | 0,011±0,009 | 0,007±0,003 |
Важенки 3-х лет | 0,033±0,005 | 0,038±0,020* |
Третьяки | 0,026±0,019 | 0,016±0,012 |
* По кадмию между самцами и самками р<0,05
Известно, что кадмий, поступающий реr оr, лучше усваивается в организме самок и 95% его обнаруживается в составе альфа-глобулинов, альбумина и других белков с молекулярной массой (Козеп, 1974).
Итак, у самок концентрация свинца и кадмия в сыворотке крови была существенно выше. По возрастному критерию между группами самок не выявлено значимой разницы в содержании свинца в сыворотке крови, в то же время установлено, что у взрослых самок уровень кадмия выше в 2,9 раза, чем у телят-самок. У взрослых самцов (третьяков) наблюдался более высокий уровень свинца и кадмия в сыворотке крови, чем у 6-7- месячных самцов в 2,3 и 1,2 раза, соответственно.
Анализ мышечной ткани и внутренних органов показал, что наибольшее количество исследуемых элементов накапливается в так называемых «критических» органах животных - почках и печени. Превышение ПДК по свинцу составляет в печени в 1,7 раза, по кадмию в почках - 1,2 (табл. 6).
Таблица 6. Содержание свинца и кадмия в мышечной ткани
и внутренних органах северных оленей, мг/кг (n =10)
Органы и ткани | Свинец | Кадмий |
Мышечная ткань | 0,485±0,078 | 0,028±0,006 |
Легкие | 0,258±0,067 | 0,028±0,009 |
Сердце | 0,715±0,095 | 0,037±0,005 |
Печень | 1,028±0,083 | 0,351±0,027 |
Почки | 1,071±0,111* | 1,210±0,091* |
* По Рb - между почками и легкими, Сd - между почками и другими органами и тканями - р<0,05.
При фоновых концентрациях кадмия и свинца в окружающей среде они накапливаются в первую очередь в почках и печени.
Сравнительный анализ внутренних органов показал, что концентрация тяжелых металлов (РЬ, Сd) в «критических» органах молодняка меньше (печень - 0,434 и 0,099, почки - 0,381 и 0,183 мг/кг, соответственно), чем у взрослых животных (печень - 0,998 и 0,260, почки - 0,878 и 0,375 мг/кг, соответственно). Существенной разницы в концентрации свинца в лёгких между возрастными группами не выявлено (0,250 у взрослых и 0,266мг/кг - у молодняка). Мышечная ткань сердца взрослых животных содержит большее количество исследуемых металлов (РЬ и Сd - 0,420 и 0,030 против 0,030 и 0,012 мг/кг у молодняка. В легких взрослых колебания концентрации свинца и кадмия были более значительны, чем у молодых животных (табл.7).
Таблица 7. Содержание свинца и кадмия во внутренних органах северных оленей в зависимости от возраста, мг/кг (n =10)
Орган | Свинец | Кадмий | ||
Взрослые | Молодняк | Взрослые | Молодняк | |
Легкие | 0,250 ± 0,075 | 0,266 ± 0,058 | 0,027 ±0,0021* | 0,019 ±0,0005 |
Сердце | 0,420 ± 0,024* | 0,292 ± 0,027 | 0,030 ±0,0012* | 0,012 ±0,0013 |
Печень | 0,998 ± 0,203* | 0,434 ± 0,024 | 0,260 ±0,0 180* | 0,099 ±0,00 И |
Почки | 0,878 ±0,1 04* | 0,381 ±0,035 | 0,375 ± 0,0260* | 0,183 ±0,0019 |
* Разность между группами достоверна Р>0,95 (свинец), Р>0,99 (кадмий).
Исследование коркового и мозгового вещества почек показало, что последнее содержит кадмия 0,233, свинца 0,368мг/кг, в то время как концентрация в корковом составила 0,465 и 0,111 мг/кг, соответственно.
Таким образом, различные органы и ткани животных аккумулируют разное количество микроэлементов, в зависимости от физиологических и биохимических особенностей. Почки и печень, являясь органами накопления и элиминации излишков элементов, содержат наибольшее их количество. В нашем случае распределение свинца и кадмия по органам и тканям выглядело следующим образом: почки > печень > сердце > мышечная ткань > легкие.
При избыточном поступлении микроэлементов вступает в действие система элиминации. В частности, может происходить блокирование процессов их всасывания в желудочно-кишечном тракте. Всосавшийся в кровь избыток микроэлемента откладывается в депо, выводится с желчью, потом, молоком, фекалиями и мочой.
В наших исследованиях количество свинца, выделяемого с мочой, составило 0,032-0,091 мг/л (средний показа,057±0,005 мг/кг), кадмия - 0,009-0,016 мг/л (средний показа,013±0,001 мг/л).
3.5. Содержание свинца и кадмия в продукции оленеводства
Мясо является одним из основных продуктов оленеводства. Оленина имеет мелкозернистую нежную структуру, легко разваривается и хорошо усваивается организмом человека. Обладает высокими вкусовыми и пищевыми качествами, значительной калорийностью. Употребляется как в свежем виде, так и в виде различных копчёностей, полуфабрикатов и консервов. Для выявления влияния технологических процессов на уровень свинца и кадмия провели исследование различных копчёностей из оленины (мясной рулет, грудная и бедренная часть туши).
При этом существенных различий между мясопродуктами не установлено. Концентрация свинца и кадмия в исходном продукте (сырая оленина) существенно варьировала (РЬ - 0,485 и Сd - 0,028 мг/кг) в отличие от копчёностей мясной рулет: РЬ - 0,443 и 0,024 мг/кг; бедренная часть туши: 0,552 и 1 - 0,028 мг/кг; грудная часть туши: 0,466 и 0,024 мг/кг (табл.8).
Таблица 8. Концентрация свинца и кадмия в мясной продукции, мг/кг
Продукт | Кол-во проб | Содержание элементов, в мг/кг | |
Свинец | Кадмий | ||
Оленина сырая | 10 | 0,485 ± 0,078 | 0,028 ± 0,0060 |
Мясной рулет | 3 | 0,443 ±0,012 | 0,024 ± 0,0020 |
Бедренная часть | 3 | 0,552 ±0,017 | 0,028 ±0,00 19 |
Грудная часть | 3 | 0,466 ±0,0 15 | 0,024 ±0,0021 |
Сведений, касающихся накопления тяжёлых металлов в молоке крайне мало, имеющиеся данные порой сильно разняться между собой. В этой связи мы провели исследование молока домашних северных оленей. Молоко является дополнительной продукцией оленеводства. Это
единственный источник питательных веществ для оленят (тугутов) в первые месяцы жизни. От важенок получают около 0,2 - 0,3 литра молока в день. Консистенция молока напоминает сливки и содержит 67,7% воды, 32,3% сухого вещества, в т. ч. 17,1% жира, 10,9% казеина, 2,8% сахара и 1,5% золы.
Концентрация свинца в молоке варьировала в пределах 0,,682 мг/л, кадмия 0,,390 мг/л, среднее содержание составило, соответственно, 0,495±0,0468 и 0,205±0,028 мг/л. Согласно СанПиН 2.3.2.1078-01 ПДК свинца - 0,1 мг/л; кадмия - 0,03 мг/л, таким образом по нашим исследованиям в молоке северного оленя превышение по свинцу составляет в среднем 4,95 ПДК, по кадмию - 6,8 ПДК. Возможно, это вызвано тем, что молоко северного оленя по сравнению с продукцией других сельскохозяйственных животных Якутии (коровы, кобылы) более концентрированное (по жиру, белковому составу, калорийности, макро - и микроэлементам, в т. ч. свинцу и кадмию).
2.6. Миграция РЬ и Си в цепи «почва-вода-корм-животное»
На основе установленных концентраций свинца и кадмия провели сравнительный анализ миграции исследуемых элементов в трофической цепи «почва - вода - корм - животное». Исследования показали, что концентрация элементов в объектах анализа зависит от очень многих факторов и высокий уровень в водной среде не всегда обусловлен повышенным содержанием в почвенном покрове. Так, например, при минимальной концентрации свинца и кадмия в почве пастбища Кюбюме (соотвественно 1,65 и 0,109 мг/кг) наблюдалось максимальное их содержание в р. Малый Тарын (0,082 и 0,037 мг/л; рис.8, 9).
При максимальном показателе свинца в почве пастбища Брюнгяде (8,87 мг/кг) в воде одноимённой реки выявлено минимальное количество элемента - 0,014 мг/л (рис.8, 9). Как видно из рисунка 9 в пастбищах Эльги, Брюнгяде тенденция аккумуляции кадмия в воде соответствует динамике элемента в почве.
Содержание свинца в воде пастбищ Эльги, Брюнгяде находится почти на одном уровне в отличие от динамики элемента в почве этих территорий (рис.10).
Растения являются промежуточным звеном в цепи «почва-растение-животное». Для выявления поступления Рb и Сd из растений в организм оленей провели расчёт потребляемого животными корма. Так как в осенне-зимний период на долю ягеля приходится предположительно 78,5%, мхов и травы - по 10,0%, а в этот период они поедают в среднем 5,2 кг воздушно-сухого веса в сутки (Федорова, 1956), из чего следует, что в сутки олень потребляет в среднем 4,082 кг ягеля, по 520 г мха, сухой травы и 78 г иных кормов.
Количество поступающего в сутки свинца и кадмия составляет в среднем 5,555 и 0,298 мг, соответственно, в т. ч. с ягельным кормом, 0,244 и 0,024 мг, со мхами, 0,063 и 0,017 мг, с сухой травой. За восемь месяцев (243 дня) осенне-зимнего периода с ягельным кормом поступает свинца и кадмия 1,349 г и 72,414 мг, с мхами - 59,292 и 5,838 мг, с травами - 15,309 и 4,131 мг, соответственно. Итого за осенне-зимний период с ягельным, мховым и травяным кормом в организм оленей поступает приблизительно 1,424 г свинца и 0,082 г кадмия, без учёта степени усвояемости корма.
Итак, результаты наших исследований указывают на имеющееся локальное загрязнение водоемов, растительных кормов свинцом и кадмием в зоне влияния горнодобывающих предприятий, что представляет угрозу экологической безопасности продукции, получаемой от оленеводства, и здоровью местного населения. Полученные данные могут служить основанием для дальнейших мониторинговых исследований районов Севера, подвергшихся антропогенному воздействию.
Выводы:
1. Содержание свинца и кадмия в почвах оленьих пастбищ зависит от типа почв, влажности и других факторов. Так, пойменные участки характеризовались меньшим количеством исследуемых элементов (РЬ - 1,65 - 1,75 мг/кг, Сd - 0,,32 мг/кг) по сравнению с почвами каменистых россыпей и дернистых почв (РЬ - 8,873-12,186 мг/кг, Сd 0,135-0,432 мг/кг).
2. Вода рек Оймяконского улуса в целом соответствует требуемым к питьевой воде нормативам (СанПиН, ГОСТ 2874-73), но имеются локальные загрязнения по свинцу (р. Малый Тарын 2,7ПДК) и кадмию (3-37ПДК), что предположительно связано с техногенным и антропогенным воздействием горнодобывающих предприятий.
3. Исследование кормовых растений показало, что кумулятивными свойствами по свинцу и кадмию обладают в первую очередь грибы (шляпочные), затем побеги, листья кустарниковых и ягель. При этом выявлена повышенная концентрация кадмия в кустарниковом корме (5,3 ПДК) и грибах (7,0 ПДК).
4. С возрастом в организме животных происходит накопление тяжелых металлов. В крови взрослых оленей содержание свинца 0,098 мг/л и кадмия 0,034 мг/л выше, чем у молодняка свинец - 0,044, кадмий - 0,006 мг/л (Р>0,95).
5. Установлено, что уровень свинца в крови самцов достоверно выше (третьяки - 0,107 и тугуты - 0,049 мг/л), чем у самок (важенки - 0,089±0,011 и тугуты - 0,039 мг/л).
6. Концентрация свинца и кадмия в органах и тканях убывает в ряду: почки >печень > сердце > мышечная ткань > легкие. Почки и печень являются «критическими» органами, в которых отмечается наибольшее количество поступающего свинца и кадмия, при этом у взрослых оно достоверно превышает (почки - 0,878 и 0,375 мг/кг; печень - 0,998 и 0,260 мг/кг соответственно) уровень молодых животных (почки - 0,381 и 0,183 мг/кг; печень - 0,434 и 0,099 мг/кг соответственно).
7. Корковое вещество почек содержит больше кадмия (0,465 и 0,233 мг/кг) и меньше свинца (0,111 и 0,368 мг/кг) по сравнению с мозговым слоем.
8. Молоко оленей наряду с повышенным содержанием жира, белка, высокой калорийностью является также источником повышенного поступления свинца и кадмия в организм. В молоке оленей установлено превышение уровня ПДК по свинцу в 4,95, а кадмию - в 6,8 раз.
Практические предложения
Материалы диссертации могут быть использованы для ветеринарно-санитарной экспертизы продуктов оленеводства, в научно-исследовательской работе, на лекциях и практических занятиях ветеринарных факультетов, курсах повышения квалификации. Результаты исследований могут использоваться для сравнительной характеристики, как отдельных территорий северного региона, так и в целом мониторинга за накоплением тяжелых металлов в объектах окружающей среды.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Таркова накопления свинца и кадмия в организме северного оленя и обеспеченность цинком и медью./ , , //Bетеринария/Сибири№12. - С.47.
2. Таркова сывороточных аминотрансфераз северных оленей. /, , // Ветеринария Сибири№12.-С.48.
3. Таркова организма северного оленя селеном. / , , // Ветеринария Сибири№12. - С.48.
4. Таркова свинца и кадмия в кормах и организме северных оленей./, , . // Зоотехния№10. - С.13-14.
