БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ

ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ

ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ

КАРТА САЙТА

НА ГЛАВНУЮ

Сельскохозяйственная биология, 2010, № 2, с. 3-17.

УДК 631.95:57.04:57.081

МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТОВ В АГРОЭКОСФЕРЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ТЕХНОГЕНЕЗА

Р.Г. ИЛЬЯЗОВ¹, Р.М. АЛЕКСАХИН², В.И. ФИСИНИН², А.М. СМИРНОВ²,
У.Г. ГУСМАНОВ³

Изложены основные принципы и положения методологии исследований, которые необходимо проводить на загрязненных территориях для практического решения одной из сложнейших проблем современности — проблемы экологической безопасности и рационального природопользования в агропромышленном производстве в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем. Полученные данные позволяют разработать научно обоснованный комплекс мероприятий, гарантирующий производство экологически безопасной, биологически полноценной продукции и защиту населения в условиях возможных техногенных катастроф.

Ключевые слова: техногенез, агроэкосфера, тяжелые металлы, радионуклиды, экологически безопасная продукция, агроландшафты, животноводство.

 

Опыт развития атомной промышленности и ядерной энергетики показывает, что, несмотря на принимаемые меры, существует вероятность радиационных (Кыштым — 1957, Чернобыль — 1986 год) и ядерных аварий, сопровождающихся выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду. Авария на Чернобыльской АЭС оказалась самой крупной техногенной радиационной катастрофой XX века, в результате которой радиоактивному загрязнению в наибольшей степени подверглись территории Беларуси, Украины и России (загрязнение 137Сs свыше 37 кБк/м2 соответственно 23,0; 5,0 и 0,6 % площади). Особенно пострадало от Чернобыльской катастрофы сельское хозяйство, в частности животноводство.
В регионах нефтегазодобычи и нефтехимического производства установлено существенное загрязнение агроландшафтов различного рода токсикантами, которые впоследствии мигрируют не только в среде обитания, но и переходят по пищевым цепям к продуктивным животным и человеку.
Продукция животноводства как основной источник формирования доз внутреннего облучения населения и поступления солей тяжелых металлов, а также других токсикантов в организм человека предопределяет особое внимание к разработке и реализации системы защитных мероприятий.
К настоящему времени выявлено 11 типов техногенеза: агроядохимизационный (повсеместно распространенное в сельских местностях глубокое преобразование ландшафтов и почвенного покрова под влиянием агропроизводства с применением агрохимикатов); радиационный (охватывает территории, пострадавшие от выбросов радиоактивных веществ); нефтегазовый (наблюдается в регионах добычи и переработки нефти и газа, а также в окрестностях тепловых электростанций, работающих на этом топливе); каменноугольный (охватывает территории угледобычи, а также окрестности электростанций, использующих это топливо); чернометаллургический (регионы добычи, обогащения железных руд и размещения заводов по производству чугуна, стали, проката и др.); цветнометаллургический (территории добычи, обогащения руд цветных металлов и размещения предприятий по их извлечению); целлюлозно-деревоперерабатывающий (окрестности целлюлозно-бумажных комбинатов и заводов по производству фанеры, древесно-стружечных, древесно-волокнистых материалов и т.п.); транспортный (обычно накладывается на другие типы техногенеза, но есть территории, где его воздействие является основным, — междугородные автострады, центры логистики, аэропорты, морские, озерные и речные порты, объекты трубопроводных систем); мегаполисный (охватывает ландшафты в окрестностях крупных городов); гидроэнергетический (наблюдается на территориях, подверженных влиянию крупных гидроэнергетических объектов); военный (в регионах, где среда обитания существенно преобразована военной деятельностью).
Из перечисленных типов техногенного воздействия наиболее распространены первые три, поэтому в методологии исследований и экспериментов по оценке влияние техногенеза на агропроизводство их эффект приходится учитывать в первую очередь.
В условиях техногенного загрязнения агроэкосферы организация производства продукции животноводства должна гарантировать ее биологическую полноценность и экологическую безопасность для населения, проживающего на этой территории. Для снижения содержания токсикантов в продуктах животноводства необходимо применять различные защитные мероприятия, направленные, с одной стороны, на уменьшение потребления радионуклидов (РН) цезия и стронция, а также солей тяжелых металлов с кормом, с другой — на предотвращение всасывания поллютантов в желудочно-кишечном тракте и ускорение их выведения из организма животных.
С аграрным сектором, как правило, связано формирование основных дозовых нагрузок на население. Этим обусловлена необходимость расширения агроэкологических исследований в сфере сельскохозяйственного производства, кормопроизводства и животноводства с учетом региональных природно-климатических особенностей территорий размещения атомных электростанций, ядерно-энергетических установок, предприятий ядерно-топливного цикла, нефтегазодобывающей и нефтехимической промышленности и других техногенно опасных объектов. Такие исследования призваны внести вклад в обеспечение экологической безопасности человека и окружающей среды в период дальнейшего развития ядерной энергетики и использования радиационных технологий в агропромышленном комплексе, добычи и переработки нефти и природного газа, каменноугольной и металлургической промышленности и применения различных агроядохимикатов в сельском хозяйстве.
О б щ и е  т р е б о в а н и я  к  п р о в е д е н и ю  и с с л е д о в а н и й  и  о р г а н и з а ц и и  э к с п е р и м е н т о в. Агроэкологические исследования в регионах техногенного загрязнения должны включать мониторинг объектов окружающей среды на содержание радионуклидов и токсических веществ, который проводится в течение ряда лет отбором и анализом проб почвы, кормов и конечной продукции. Из радионуклидов опасны для животных ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr, из химических элементов — ртуть, кадмий, свинец, никель, медь, кобальт, мышьяк и фтор в токсичных концентрациях. При постановке диагноза на отравление либо для изучения миграции радионуклидов и токсикантов в среде обитания и организме животных, а также при проведении ветеринарно-санитарной оценки кормов и продуктов питания используют, как правило, радиологические и химико-аналитические методы исследования.
Главное требование при постановке и проведении опытов по выявлению оптимальных способов получения экологически безопасной продукции в зонах техногенеза — это обеспечение максимальной объективности и возможности статистической оценки достоверности полученных результатов.
Исследования необходимо планировать с учетом полного цикла производства молока в молочном и мяса — в мясном скотоводстве (в последнем случае — в период от рождения теленка до реализации молодняка).
С б о р,  а н а л и з  и  о б о б щ е н и е  м а т е р и а л о в  п р о-
ш л ы х  и с с л е д о в а н и й  и  э к с п е р и м е н т о в. По материалам прошлых исследований и экспериментов, проведенных в районах техногенного загрязнения агроэкосистем, нужно сформировать банк данных по следующим разделам: техногенные загрязнения территорий, в том числе водных объектов; сведения о чрезвычайных ситуациях, нанесенном ими ущербе и многосторонних последствиях; результаты исследований и экспериментов по рекультивации и восстановлению плодородия почв, нарушенного при добыче или транспортировке нефти и газа; результаты исследований по обработке почв, удобрению полей и защите растений, а также сведения о применявшихся ядохимикатах; урожайность сельскохозяйственных культур и сортов, а также качество продукции в регионе по материалам сортоиспытаний и производственного опыта; состояние животноводства и ветеринарного обслуживания животных, случаи отравления животных и заболевания лейкозом, выявление генетических и иммунных нарушений, применяемые в ветеринарной практике препараты и технологии, состояние кормовой базы, качество и экологическая безопасность местных и привозных кормов, их доля в рационах; продуктивность животных, качество молока и мяса, передовой опыт; состояние здоровья населения в связи с техногенными загрязнениями.
В ы б о р  б а з о в ы х  х о з я й с т в  д л я  п р о в е д е н и я  и с с л е-
д о в а н и й  и  э к с п е р и м е н т о в. При выборе базовых хозяйств должны учитываться ландшафтные особенности, расположение по отношению к источникам загрязнения и организационно-производственные условия. В начале исследований составляется агрогеохимическая карта, на которой отображают ландшафтно-геохимические фации, геохимические барьеры, геохимические концентры, а также (по мере накопления данных) места, где сконцентрированы токсические загрязнения (поллютанты); на ее основе формируется карта эколого-агрогеохимического дифференцирования земель.
О б с л е д о в а н и е  и с т о ч н и к о в  з а г р я з н е н и й  н а
т е р р и т о р и и  и  о ц е н к а  р и с к о в  а в а р и й н ы х  с и т у а-
ц и й. Необходимо учесть все имеющиеся на территории источники загрязнения, спектры выделяемых ими поллютантов и их количество, а также особенности режима (годовая, сезонная, суточная динамика).
Ключевую роль в процессах трансформации и дальнейшей судьбе техногенных загрязнений играет почвенный покров, так как от его свойств и плодородия зависят, во-первых, размеры ущерба, наносимого поллютантами растительности, животным и человеку, во-вторых, возможности реализации тех или иных способов его уменьшения и проведения дезактивации и детоксикации среды обитания. Поскольку почва становится своеобразным депо, где накапливаются поллютанты, поступающие главным образом из воздуха, следует перечислить имеющиеся в окрестностях хозяйства источники загрязнений, по-разному влияющие на почвенный покров (и по каждому — виды загрязняющих веществ), в соответствии со следующей классификацией:

Итак, главное внимание обращается на следующие группы поллютантов: токсичные химические элементы, к которым относятся тяжелые металлы (ТМ) с удельной массой выше 4,5 г/см³, а также мышьяк, сурьма, фтор, селен в соответствующих опасных дозах (в некоторых условиях алюминий, когда он чрезмерно насыщает организм, оказавшись в особо доступной для живых объектов форме); радионуклиды; органические токсиканты, включающие полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), из которых наиболее известен бенз(а)пирен, полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД), полихлорированные дибензофураны (ПХДФ), полихлорированные бифенилы (ПХБ), полибромированные дибензодиоксины (ПБДД) (несколько сотен упомянутых соединений превосходят по токсичности нервно-паралитические газы и могут мигрировать по пищевым цепям); агроядохимикаты, в том числе пестициды, дефолианты, гормональные и антибиотические добавки к кормам и т.п. (пестициды накапливаются в почве в том случае, если интервал между повторными внесениями значительно меньше периода их полуразложения); микотоксины.
В окрестностях базовых хозяйств обследуются источники техногенных загрязнений и выявляются их следующие характеристики: вид переноса (ветром, поверхностными или грунтовыми водами); спектр загрязняющих веществ (поллютантов), их количество, режим поступления на территорию; характер рассеяния в зависимости от ландшафта.
П р и н ц и п ы  и  м е т о д ы  о ц е н к и  т е х н о г е н н о г о  
з а г р я з н е н и я  а г р о э к о с ф е р ы. Методика установления этого норматива для почв до сих пор должным образом не отработана, из-за чего возникают противоречия, с которыми мы, в частности, столкнулись в своей работе. В результате пришли к выводу, что величину ПДК по содержанию ТМ и других токсичных элементов, как и по другим токсикантам, необходимо устанавливать в рамках целостной системы нормативов, обоснованных с помощью сопряженных агроэкосистемных исследований во всех звеньях пищевой цепи: в почве, растениях, кормах, продовольствии растительного и животного происхождения.
Сопряженные агроэкосистемные исследования распределения ТМ в почвах и их миграции по пищевым цепям к растениям, животным и человеку показали, что нередко при содержании токсичных элементов (Pb или Cd) в почве ниже ПДК они, тем не менее, переходят в растениеводческую и животноводческую продукцию в количествах, значительно превышающих ПДК для кормов и продовольствия, в том числе для молока, мяса, яиц. В то же время, например, медь, содержание подвижных форм которой в почве примерно в 2,0-2,5 раза больше ПДК, накапливается в продукции в дозах намного ниже ПДК. Из этого следует, что приводимые в литературе величины ПДК для почвы не соответствуют разнообразным природно-климатическим условиям России. Поэтому необходимо корректировать эти нормативы по каждому региону, исходя из принципа первичности определения значений ПДК для рационов питания человека, которые обосновываются экспериментами на лабораторных животных.
По нашим данным, указываемые в научной литературе величины ПДК ТМ в почвах по меди занижены примерно втрое, по кадмию — завышены в два-три, по свинцу — в полтора-два раза. Для более точного установления этих нормативов для конкретного региона необходимо совместно с гигиенистами выполнить специализированные целенаправленные системные исследования.
Л а н д ш а ф т н о - г е о х и м и ч е с к и е  п р и н ц и п ы  о т-
б о р а  п р о б  п о ч в ы,  с н е г а,  р а с т и т е л ь н о с т и,  к о р м о в  и  п р о д у к ц и и. При отборе проб почвы для определения содержания радионуклидов или токсикантов следует в каждой точке отбирать образцы из пахотного и (обязательно) подпахотного горизонтов, а на сенокосах и пастбищах — из дернины и слоя, находящегося под ней.
Наличие токсикантов в сельскохозяйственной продукции в регионах техногенного загрязнения агроэкосистем нужно постоянно контролировать. Главным методом при этом остается сопряженный анализ, то есть на одних и тех же объектах определяется содержание токсикантов в пробах почвы, а также продукции растениеводства и животноводства с уточнением коэффициентов их перехода по пищевой цепи. На этом основании оценивается: спектр токсикантов, обнаруживаемых в продукции, и соотношение их количества с ПДК; различие в накоплении токсикантов разными культурами и сортами; влияние почвенных условий и агротехнологий на накопление токсикантов в растениях; влияние метеорологических условий на накопление токсикантов.
Отбор и подготовку проб почвы, кормов, молока и молочных продуктов для исследования на содержание тяжелых металлов проводят в соответствии с ГОСТами.
С целью определения характера миграции тяжелых металлов в трофической цепи и выявления влияния на него различных факторов определяют коэффициенты перехода ТМ в звеньях почва—корма, корма—животноводческая продукция, почва—животноводческая продукция. При этом исследования должны проводиться сопряженным методом с одновременным охватом показателей нескольких объектов, связанных между собой звеньями трофической цепи.
Для определения коэффициентов накопления ТМ в растениеводческой продукции одновременно отбираются смешанные образцы почв и зеленых кормов в местах отбора почвы. Коэффициенты накопления тяжелых металлов в кормах и зерне рассчитывают по формуле, предложенной А.Н. Сироткиным и Р.Г. Ильязовым (1996):

где КНi — коэффициент накопления i-го элемента из 1 кг почвы в 1 кг корма; Сi(К) — содержание i-го элемента в корме, мг/кг; Сi(П) — содержание i-го элемента в почве, мг/кг.
Коэффициент перехода ТМ из корма в молоко определяют как отношение концентрации токсичного элемента в молоке к его суточному поступлению с рационом по формуле:

где КПi — коэффициент перехода i-го элемента из суточного рациона в 1 кг молока; Сi(М) — концентрация i-го элемента в молоке, мг/кг; Пi(Р) — суточное содержание i-го элемента в рационе, мг/сут.
В летний период образцы зеленых кормов отбирают на пастбищах, где выпасаются дойные коровы. Одновременно проводят отбор проб молока от коров.
Поскольку выделение токсикантов из организма животных — процесс, происходящий неравномерно, коэффициент перехода вычисляют как среднее из нескольких (не менее трех) определений.
А н а л и з  р а д и о н у к л и д н ы х  и  т о к с и ч н ы х  з а г р я з-
н е н и й  п о ч в е н н о г о  и  р а с т и т е л ь н о г о  п о к р о в а,  а  
т а к ж е  п р о д у к ц и и  р а с т е н и е в о д с т в а  и
 ж и в о т н о в о д с т в а  о б щ е п р и н я т ы м и  м е т о д а м и. На основании агроэкологических обследований земель составляются две группы картограмм: первая — радиологические, эколого-геохимические или токсикологические карты, картограммы и картодиаграммы пространственного распределения радионуклидов (РН), ТМ, других токсичных или, напротив, необходимых растениям микроэлементов, а также отдельных химических токсикантов, значимых для региона; вторая — полученные в результате натурных обследований с использованием уже имеющихся в хозяйствах почвенно-эрозион-ных карт, агрохимических, токсикологических и других картограмм дополнительные картографические материалы, необходимые для разработки системы агро-, луго-, лесо- и гидромелиоративных мероприятий по восстановлению нарушенных ландшафтно-экологических балансов.

Одним из главных результатов обследования становится экологическое ранжирование территории по следующим зонам: экологического благополучия (обеспечивается выращивание продукции для детского и лечебного питания без специальных мер защиты); экологической нормы (территории, пригодные для производства экологически безопасной продукции без специальных мер защиты); экологического риска (возможно производство безопасной продукции благодаря специальным мерам защиты); экологического кризиса (допустимо возделывание ограниченного ассортимента культур, в основном технических, с применением специальных защитных мер); экологического бедствия (катастрофы) (территории, непригодные для возделывания сельскохозяйственных культур, ибо на них невозможна либо экономически невыгодна организация производства безопасной продукции, и поэтому подлежащие постоянной или временной консервации). С учетом результатов всех почвенных, агроландшафтных и агроэкологических обследований осуществляется районирование территорий, создающее реальную основу для целенаправленной разработки адаптивных систем земледелия и животноводства.
Анализ и контроль безопасности сырья животного происхождения, а также биологическая оценка продуктов питания проводятся по общепринятым методам ветеринарно-санитарной экспертизы молока и мяса
 П р и н ц и п ы  о р г а н и з а ц и и  а г р о э к о с и с т е м н ы х
и с с л е д о в а н и й  в  у с л о в и я х  т е х н о г е н е з а.  Поскольку техногенные загрязнения воздействуют на все звенья агроэкосистем (или пищевой пирамиды), высшей формой эксперимента становятся сопряженные опыты, охватывающие основные отрасли производства в рамках базовых хозяйств, расположенных в регионах техногенеза. В таких опытах устанавливаются коэффициенты накопления РН и ТМ в растительной продукции, коэффициенты их перехода в продукты животноводства и рационы питания людей, а также оценивается состояние здоровья населения. Следовательно, агроэкологические исследования должны проводиться комплексно при совместном участии почвоведов, агрономов, зоотехников, ветеринаров, гигиенистов и врачей.
О с о б е н н о с т и  п р о в е д е н и я  э к с п е р и м е н т о в  в
у с л о в и я х  р а д и а ц и о н н о г о  т е х н о г е н е з а. Обычно роль пускового механизма при радиационном техногенезе играет авария на объекте. Каждая из них отличается от других спектром выброса радионуклидов в окружающую среду, однако общие для всех аварий характеристики — периодичность (наличие периодов развития радиационного поражения территории) и зональность.
Как правило, в развитии радиационного поражения выделяют три периода. Первый (начальный, или развертывание аварии) характеризуется поражающим воздействием большого числа РН, включая относительно короткоживущие (в условиях Чернобыля он получил название периода йодной опасности). Второй — период аэрального загрязнения, когда происходит выпадение радиоактивных осадков из атмосферы (продолжается до конца первого вегетационного периода). Третий, или отдаленный, наступает со второго вегетационного периода, когда, по сути, и начинают принимать меры по преодолению радиационного загрязнения территории долгоживущими радиоизотопами — преимущественно 137Cs и 90Sr, к которым добавляется небольшое количество изотопов плутония и других элементов, период полураспада которых составляет века и тысячелетия. В течение третьего периода из-за естественного распада РН и постепенного уменьшения их подвижности в пищевых цепях, а также вследствие защитных мероприятий идет понижение содержания радиоизотопов в кормах и продукции животноводства.
Зональность — следующая характеристика радиационного техногенеза, означающая необходимость разделения пострадавшей территории на зоны в зависимости от уровня радиации. Впервые этот принцип был применен на Южном Урале после Кыштымской аварии, когда территория восточно-уральского радиоактивного следа (ВУРС) была разделена на три зоны для того, чтобы по каждой зоне дифференцировать и оптимизировать необходимые защитные мероприятия. В дальнейшем такое зонирование проводили после Чернобыльской катастрофы, разделив подвергшуюся радиационному воздействию территорию на четыре зоны. В основу выделения зон был положен уровень радиации, порождаемый приоритетным радионуклидом (90Sr — в ВУРС, 137Cs — в Чернобыльской зоне).
Любой эксперимент в животноводстве должен занимать определенное место в рамках создания адаптивной системы, поэтому необходимо при его планировании исходить из алгоритма разработки технологий адаптивного животноводства в условиях радиационного техногенеза (рис. 1).

Рис. 1. Алгоритм разработки технологий адаптивного животноводства в условиях радиационного техногенеза.

Такой алгоритм реализуется в виде эстафеты технологий с учетом биологических возможностей животных, природно-экономического, климатического и хозяйственного потенциала агроландшафтов, загрязненных

радиоактивными веществами, а также требований к качеству кормов и продуктов питания. В этой связи перечисленные звенья и этапы не могут быть шаблонными. При разработке любой технологии следует исходить из закономерностей, установленных в экспериментах по изучению метаболизма РН у животных, а также знания общих физиологических реакций организма и изменений в отдельных системах, сопровождающихся ухудшением здоровья, снижением продуктивности, сокращением срока хозяйственного использования и увеличением содержания изотопов в продукции животноводства.
О с о б е н н о с т и  п р о в е д е н и я  э к с п е р и м е н т о в  в
у с л о в и я х  н е ф т е г а з о в о г о  т е х н о г е н е з а. Тяжелые металлы и другие токсичные элементы — бенз(а)пирен, различные ароматические углеводороды — стали приоритетными загрязнителями окружающей среды и продуктов питания при многих типах техногенеза: нефтегазовом, черно- и цветнометаллургическом, каменноугольном, мегаполисном, целлюлозно-деревоперерабатывающем. Поэтому создание технологий ведения животноводства, обеспечивающих производство нормативно чистой продукции и доброкачественных продуктов питания животного происхождения, в настоящее время стало одной из главных задач агроэкологии. Алгоритм разработки таких мероприятий и технологий для условий различных типов техногенеза представлен на рисунке 2.
При техногенном загрязнении агроэкосистем тяжелыми металлами, бенз(а)пиреном, ароматическими углеводородами и другими токсикантами первоочередным должно быть решение экологических проблем, гарантирующее нормативную чистоту и биологическую полноценность продуктов питания, в том числе детского и диетического, а также сырья для получения фармпрепаратов. При этом надо учитывать, что тот или иной тип техногенеза с характерным спектром поллютантов накладывается на особенности определенных биогеохимических провинций, каждая из которых обладает геохимическим своеобразием, в частности дефицитом одних и избытком других элементов питания растений, определяющим химический состав кормов в рационах животных.
О р г а н и з а ц и я  с о д е р ж а н и я,  к о р м л е н и я  и  н а-
б л ю д е н и я  з а  п р о д у к т и в н ы м и  ж и в о т н ы м и. В каждом конкретном случае технологии молочного и мясного скотоводства необходимо строить на глубоком знании местных условий и ресурсов, тщательном анализе приемов максимального использования характерных для хозяйства или зоны положительных факторов.
Исследования по рациональному использованию земель в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем должны выполняться по ряду направлений: 1) сравнительное изучение технологии молочного скотоводства и производства говядины, качества молочной и мясной продукции в зонах, подвергшихся техногенному загрязнению, для контроля — в чистой зоне; 2) сравнительная оценка адаптации мясного скота разных пород в зависимости от факторов окружающей среды; 3) разработка методов подготовки скота к убою с целью получения чистой мясной продукции, соответствующей нормативно-техническим требованиям; 4) определение эффективности использования разных видов и доз сорбентов для снижения концентрации радионуклидов и тяжелых металлов в молочных продуктах; 5) анализ эффективности различных систем содержания молочного скота в помещениях разного типа и стоимости (капитальные здания стоечно-ба-лочной, арочной, рамной конструкций и др.), в помещениях облегченного типа, трехстенных навесах и на площадках; 6) оценка способов содержания молочного и мясного скота с минимальными затратами труда и присутствием обслуживающего персонала; 7) сравнение различных типов кормления, способов содержания подопытных животных в стойловый и пастбищный периоды в помещении, на выгульно-кормовом дворе, на пастбище с максимальным использованием пастбищного травостоя и т.д.; 8) изучение эффективности различных вариантов технологии доращивания и откорма молодняка (нагул молодняка на пастбищах, подвергшихся техногенному загрязнению, откорм на чистых кормах и др.); 9) определение наиболее эффективного сезона отела коров в зависимости от природно-экологических и хозяйственных условий; 10) изучение способов очистки животных от токсикантов на заключительном этапе откорма.
П р и н ц и п ы  н о р м и р о в а н и я  р а д и о н у к л и д о в  и  т я ж е л ы х  м е т а л л о в  в  к о р м а х  и  п р о д у к ц и и  ж и в о т-
н о в о д с т в а. Нормирование поступления радионуклидов в организм животных, определение их предельных концентраций в кормах. Вопрос о предельно допустимом поступлении (ПДП) в организм сельскохозяйственных животных РН и их ПДК в кормах возник вскоре после радиационной аварии на Южном Урале и особенно обострился после Чернобыльской катастрофы, когда из-за высокого содержания РН в продуктах животноводства, прежде всего в молоке и мясе, суммарное количество РН в рационе людей нередко превышало допустимые значения. Продукты животноводства (в первую очередь, молоко и мясо) — главные источники радионуклидов в рационе человека, в связи с чем проблема нормирования их содержания в объектах сельскохозяйственного производства весьма актуальна.
Производство молока и мяса, удовлетворяющих нормативным требованиям, предусматривает установление допустимого содержания радионуклида в почве, кормах и рационах продуктивных животных. Сложность проблемы в том, что разнообразие ситуаций, обусловленное конкретными почвенно-климатическими и хозяйственными условиями, не позволяет унифицировать эти нормативы. Их расчет должен проводиться для каждой конкретной зоны или хозяйства с учетом типа почв, кормовых угодий, направления продуктивности животных, структуры их рационов и вклада отдельных кормовых продуктов в суммарную активность рациона.
Для определения ПДП радиоизотопов 90Sr и 137Cs в организм продуктивных животных предлагается в качестве исходных использовать нормы содержания указанных РН в продуктах животноводства, установленные органами санитарно-эпидемиологической службы Минздравсоцразвития РФ. Эти нормы со временем постоянно уточняются, что само по себе является основанием для пересмотра и уточнений ПДП и ПДК РН в рационах и кормах сельскохозяйственных животных. Расчет ПДП в рационе проводится по формуле:

где ПДП — предельно допустимое содержание РН в рационе сельскохозяйственных животных, Бк; ПДКП — предельно допустимое содержание РН в продуктах животноводства (молоко, мясо и др.), Бк/кг(л); КП — коэффициент перехода РН из рациона животных в продукты животноводства.
Нормирование содержания тяжелых металлов в кормах и их поступления в организм продуктивных животных. Предельно допустимые концентрации (ПДК) тяжелых металлов в кормах, сельскохозяйственной и пищевой продукции и нормы их поступления в организм продуктивных животных рассчитываются так же, как для радионуклидов.
Пока что принципы и критерии нормирования содержания ТМ в звеньях трофических цепей у сельскохозяйственных животных не разработаны. Производство молока и мяса, соответствующих нормативным требованиям, предусматривает установление допустимого содержания ТМ в почве, кормах и рационах продуктивных животных, но действующие нормативы несовершенны, так как не гарантируют нормативной чистоты продукции животноводства. Их расчет должен проводиться для каждой конкретной зоны или хозяйства с учетом типа почв, кормовых угодий, направления продуктивности животных, структуры рационов кормления, спектра поллютантов, степени загрязнения почв и кормов и их вклада в суммарное загрязнение рациона. Иными словами, необходимо разработать агроэкологические ПДК на содержание ТМ в почве и кормах, гарантирующие получение продуктов питания, которые отвечают требованиям СанПиН.
Учеными Академии наук Республики Татарстан под руководством Р.Г. Ильязова впервые на основании результатов пятилетних (2000-2005 годы) исследований проведен расчет предельно допустимого содержания (ПДС) ТМ в кормах, рационах и молоке лактирующих коров в зимний и летний периоды в регионе нефтегазового техногенеза (табл. 1). Оказалось, что ПДС для Zn, Pb и Cd в рационах коров летом в 1,3-7,9 раза выше, чем зимой. Исключение составляет лишь медь, для которой, наоборот, ПДС в летних рационах в 1,5 раза меньше, чем в зимних. Колебания ПДС ТМ в рационах в пределах одного сезона связаны с разной биологической доступностью токсикантов в зависимости от типа кормления, состава рациона и географического расположения хозяйств, в которых проводились исследования.

Имея экспериментальные данные о ПДС ТМ в рационах, можно определить их среднее допустимое содержание (СДС) в растительных кормах, входящих в состав этих рационов. Результаты расчетов СДС ТМ в кормах, используемых для лактирующих коров летом и зимой в исследуемых хозяйствах (табл. 2), свидетельствуют, что требования, предъявляемые к кормам, в том числе принадлежащим к одной группе, разные и зависят от вида кормовых культур, из которых они приготовлены.

Выращенные в зоне техногенного загрязнения корма должны использоваться дифференцированно для разных половозрастных групп животных в зависимости от содержания токсикантов. Корма, в которых нормативы по количеству ТМ превышены, следует использовать для выращивания ремонтного молодняка или на ранних стадиях откорма животных на мясо, а также для рабочего скота.
Подчеркиваем, что установленные нами нормативы содержания ТМ в кормах привязаны к характерным почвенно-климатическим и производственно-технологическим особенностям ведения животноводства в исследованных хозяйствах и не являются унифицированными, поскольку зависят от типа почв кормовых угодий, структуры рационов кормления животных, вклада отдельных кормовых продуктов в загрязнение рационов. Эти нормы должны устанавливаться в соответствии с приведенной методикой нормирования для конкретных условий с учетом перечисленных факторов.
М е т о д ы  с н и ж е н и я  п е р е х о д а  р а д и о н у к л и д о в
и з  р а ц и о н а  в  п р о д у к ц и ю  ж и в о т н о в о д с т в а. К таким методам относится, во-первых, предотвращение поступления радионуклидов в организм крупного рогатого скота (за счет соответствующего использования пастбищ, содержания и кормления коров в летне-пастбищный период, особенностей откорма крупного рогатого скота в пастбищный период, содержания скота в зимний период), во-вторых, использование сорбентов (природные цеолиты и ферроцианиды) для снижения всасывания радионуклидов в пищеварительном тракте продуктивных животных с прижизненной оценкой содержания радиоактивного цезия в мышечной ткани крупного рогатого скота.
Натурные исследования кормовых угодий, кормов, молока и мяса крупного рогатого скота в зоне радиоактивного загрязнения после Чернобыльской катастрофы показали, что снижение количества радионуклидов цезия и стронция в кормах и рационах зависело от качества мелиоративных мероприятий в растениеводстве и зоотехнических — в животноводстве, направленных на уменьшение поступления радионуклидов из почвы в кормовые культуры и продукцию животноводства.
Предложенная методология научных исследований позволяет разработать и предложить систему мониторинга, результаты которого можно использовать для прогноза и контроля возможных изменений антропогенных потоков токсикантов из атмосферы и почвы в растения кормовых культур, организм сельскохозяйственных животных и продукты животноводства. Следует отметить, что на переход токсикантов в трофической цепи у продуктивных животных способны существенно влиять многие факторы, например характер использования кормовых угодий (вольная пастьба, выпас в загонах, стойлово-выгульное и стойловое содержание животных), тип рационов (сенной, смешанный, концентратный и т.д.).
Эффективное снижение поступления радионуклидов в организм животных и продукты животноводства достигается за счет коренного улучшения сенокосов и пастбищ (преобразование естественных угодий в искусственные, культурные, подбор видов и сортов для возделывания, мелиорация земель, оптимальные способы использования продукции). Составление и использование рационов, направленных на снижение поступления токсических веществ в организм животных и получаемую от них продукцию, обязательно должно проводиться с учетом сбалансированности по основным питательным веществам, микро- и макроэлементам, витаминам.
В системе мероприятий по снижению количества токсических веществ (радионуклидов и тяжелых металлов) в продуктах животноводства наряду с традиционными, ранее разработанными приемами важную роль играют сорбенты. В частности, проведенные испытания селективных ферроцианидсодержащих препаратов выявили высокую эффективность их применения в виде добавок к комбикормам, в составе соли-лизунца, болюсов для снижения количества радиоцезия в молоке — в 3-10 раз, в мясе — в 3-5 раз в хозяйствах, расположенных в зоне с повышенной плотностью загрязнения сельскохозяйственных угодий радиоцезием.
Итак, организационные, агротехнические и зоотехнические мероприятия, разработанные на основании комплексных исследований на загрязненных территориях, обеспечат производство экологически безопасной и полноценной продукции, отвечающей нормативным требованиям. Прекращение осуществления или снижение интенсивности контрмер на загрязненных территориях может привести не только к изменению существующей динамики, но в некоторых случаях даже к увеличению поступления радионуклидов в продукцию животноводства. Систему защитных мероприятий, направленную на снижение поступления токсикантов в корма и продукцию животноводства, необходимо разрабатывать только на основании результатов комплексных исследований, проведенных в конкретных агроэкологических условиях. Эти исследования должны быть общими для всей территории Российской Федерации и выполняться по единой методологии, обеспечивающей объективность информации о закономерностях поведения токсикантов в пищевой цепи и изменении характера их миграции при воздействии определенных факторов. Основные принципы и положения этой методологии изложены в нашей работе. Предлагаемый перечень необходимых исследований на загрязненных территориях укрепит научный фундамент для решения практических задач, связанных с экологической безопасностью и рациональным природопользованием в сфере агропромышленного производства, а полученные данные помогут решить одну из сложнейших проблем современности — ведение животноводства в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем и разработать научно обоснованный комплекс мероприятий, гарантирующий производство экологически безопасной, биологически полноценной продукции и защиту населения в условиях возможных техногенных катастроф.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. А л е к с а х и н  Р.М.,  У л ь я н е н к о  Л.Н.,  Ж и г а р е в а  Т.Л. и др. Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем В сб.: Актуальные проблемы агроэкологии на техногенно загрязненных сельскохозяйственных угодьях. Казань, 2001.
2. А л е к с а х и н  Р.М.,  Ф е с е н к о  С.В.,  Г е р а с ь к и н  С.А. и др. Методика оценки экологических последствий техногенного загрязнения агроэкосистем. М., 2004.
3. А н н е н к о в  Б.Н.,  Е г о р о в  А.В.,  И л ь я з о в  Р.Г. Радиационные аварии и ликвидация их последствий в агросфере /Под ред. Б.Н. Анненкова. Казань, 2004.
4. И л ь я з о в  Р.Г. Получение экологически безопасных продуктов животноводства в зоне радиоактивного загрязнения. Вест. РАСХН, 2001, 6: 82-83.
5. И л ь я з о в  Р.Г.,  С и р о т к и н  А.Н.,  К р у г л и к о в  Б.П. и др. Экологические и радиобиологические последствия Чернобыльской катастрофы для животноводства и пути их преодоления /Под ред. Р.Г. Ильязова. Казань, 2002.
6. И л ь я з о в  Р.Г.,  Б о г д е в и ч  И.М.,  А г е е ц  В.Ю. и др. Руководство по ведению сельскохозяйственного производства на радиоактивно загрязненных территориях Республики Беларусь и Российской Федерации. Минск-М., 2005.
7. И л ь я з о в  Р.Г.,  А в е р и н  В.С.,  Ц ы г в и н ц е в  П.Н. Радиоэкологические проблемы животноводства после Чернобыльской катастрофы и пути их преодоления. Сб. докл. Межд. конф. «Радиоактивность после ядерных взрывов и аварий». СПб, 2005.
8. И л ь я з о в  Р.Г. Ветеринарно-радиологические аспекты Чернобыльской катастрофы и последствия радиоактивного загрязнения в животноводстве (посвящена 20-й годовщине аварии на ЧАЭС). С.-х. биол., 2006, 2: 3-17.
9. И л ь я з о в  Р.Г.,  Ш а к и р о в  Ф.Х.,  Ф и с и н и н  В.И. и др. Адаптация агроэкосферы к условиям техногенеза. Казань, 2006.
10. А л е к с а х и н  Р.М.,  И в а н о в  А.Л.,  С а н ж а р о в а  Н.И. и др. Концепция обеспечение устойчивого развития агропромышленного производства в условиях техногенеза. М., 2003.
11. И л ь я з о в  Р.Г.,  Х а с а н о в  М.Х.,  Х а й б у л л и н  И.Б. и др. Концепция обеспечение агроэкологической безопасности в Республике Татарстан. Казань, 2006.
12. И л ь я з о в  Р.Г.,  Ф и с и н и н  В.И.,  Г у с м а н о в  У.Г. и др. Методическое руководство по организации научных исследований для производства экологически безопасной и биологически полноценной продукции животноводства в условиях техногенного загрязнения агроэкосферы. М.-Казань, 2008.
13. С и р о т к и н  А.Н.,  И л ь я з о в  Р.Г. Радиоэкология сельскохозяйственных животных. Казань, 2000.
14. Ш а к и р о в  Ф.Х.,  И л ь я з о в  Р.Г.,  З а й с а н о в  Р.Р. и др. Агроландшафтное землеустройство. Казань, 2004.

 

METHODOLOGY OF INVESTIGATIONS AND EXPERIMENTS IN AGROECOSPHERE AT DIFFERENT TECHNOGENESIS TYPES

R.G. Il’yazov¹, R.M. Aleksakhin², V.I. Fisinin², A.M. Smirnov²,
U.G. Gusmanov³

The main laws and states of investigation methodology were presented, which must be carry out on polluted territory for the practical solution one of complicated current problem — the problem of ecological safety and rational nature management in agroindustrial production in the condition of anthropogenic pollution of agro ecosystems. The obtained data permit to develop a scientifically grounded complex of measures which guarantee the manufacturing of ecologically safety and biologically full-fledged production, the protection of consumers in the conditions of possible anthropogenic accidents.

Key words: technogenesis, agroecosуstem, heavy metals, radionuclide, ecologically safe production, agrolandscapes, livestock.

1Академия наук Республики Татарстан, 420503 Республика Татарстан, г. Казань, ул. Баумана, 20, e-mail: r230@mail.ru; 2Российская академия сельскохозяйственных наук, 117218 г. Москва, ГСП-1, ул. Кржижановского, 15, корп. 2, e-mail: fisinin@land.ru; 3Академия наук Республики Башкортостан, 450077 Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Кирова, 15, e-mail: gusmanov_u@mail.ru

Поступила в редакцию 6 октября 2009 года

 

Оформление электронного оттиска

От эксперимента — к практике Всероссийский НИИ селекции и семеноводсва овощных культур Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства и питомниководства Всероссийский НИИ cельскохозяйственной биотехнологии РАСХН Биотехнический научно-экспериментальный комплекс "ГосНИИсинтезбелок"