Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 11
1.1 Роль экологических факторов в обмене минеральных веществ в организме животных 11
1.2 Биологическая ценность минеральных веществ и типичные превращения в организме сельскохозяйственных животных 17
1.3 Физиологическая роль и значение воды для животных. Источники загрязнения природных вод 54
1.4 Распределение и использование энергии корма у жвачных животных " 73
1.5 Экологическая ситуация в Курганской области 95
2 Собственные исследования 103
2.1 Материал и методы исследований 103
2.2 Оценка хозяйственно-биологических особенностей технологии содержания и кормления коров Северо-запада Зауралья 112
2.2.1 Особенности экологической и природно-климатической ситуации изучаемых территорий 112
2.2.2 Особенности технологии содержания, оценка питьевой воды и кормов рационов коров Северо-запада Зауралья 122
2.2.3 Характеристика особенностей породного, возрастного состава, продуктивных и воспроизводительных способностей и динамики выбытия коров Северо-запада Зауралья 13 8
2.3 Характер комплексного воздействия факторов внешней среды на обмен энергии у популяции коров Северо-запада Зауралья 151
2.3.1 Сущность энергетического обмена 151
2.3.2 Динамика легочной вентиляции, потребления кислорода и выделения углекислоты, дыхательный коэффициент, участие углеводов и жиров в обмене, затраты обменной энергии на теплопродукцию и синтез молока у популяции коров в условиях техногенеза 153
2.4 Физиологические особенности популяции коров Северо западных территорий Зауралья 166
2.4.1 Оценка биохимического статуса популяции коров изучаемых территорий 168
2.4.2 Особенности формирования гомеостаза в организме коров Северо-западных территорий в условиях техногенеза 178
2.5 Оценка адаптивных реакций организма животных Северо запада Зауралья к факторам внешней среды 181
2.5.1 Факторы неспецифической защиты в организме популяции коров Северо-западных территорий в условиях техногенеза 183
2.5.2 Показатели дыхательной функции крови дойных коров Северо западных территорий 189 2.5.3 Влияния техногенных факторов внешней среды на адаптационные возможности популяции коров Северо-запада Зауралья 194
2.6 Накопление экотоксикантов в молочной продукции, внутренних органах и тканях крупного рогатого скота районированного на Северо-западе Зауралья 198
2.6.1 Динамика накопления химических элементов в молоке популяции коров исследованных территорий 200
2.6.2 Интенсивность отложения экотоксикантов во внутренних органах и тканях животных Северо-запада Зауралья 204
2.6.3 Особенности содержания тяжелых металлов в молочной продукции, внутренних органах популяции коров Северо-запада Зауралья 213
2.7 Комплексная система эколого-биологического контроля и оценки популяции крупного рогатого скота в условиях техно генеза 218
2.8 Снижение негативного действия факторов техногенеза путем использования в рационе коров биологически полноценных кормов 223
Заключение 237
Выводы 259
Практические предложения 263
Список использованной литературы 264
- Физиологическая роль и значение воды для животных. Источники загрязнения природных вод
- Экологическая ситуация в Курганской области
- Особенности экологической и природно-климатической ситуации изучаемых территорий
- Показатели дыхательной функции крови дойных коров Северо западных территорий
Введение к работе
Актуальность темы. Антропогенное загрязнение окружающей среды оказывает существенное влияние на рост, развитие, продуктивные и воспроизводительные качества организма (И.М.Донник, 1997; И.А.Шкуратова, 2000; А.Р.Таирова, 2001; Ю.М.Захаров, 2003; А.М.Смирнов, 2005; АБ.Трапезников,
2005, 2006). Поэтому, возникает настоятельная необходимость, изучения эколо-
го-биологических особенностей и характера обменных процессов, адаптацион
ных способностей у животных на региональном уровне, с учетом особенностей
загрязненных территорий.
В исследованиях биологической роли химических элементов, по мнению А.А.Криста (1987), все большую роль играют контроль, мониторинг, охрана природной среды и экология, поскольку здесь можно перейти от констатации факта более или менее существенного загрязнения звеньев природной среды к исследованию переноса токсичных металлов (в том числе в результате биологических процессов), миграции токсичных металлов по трофическим цепям, влияния длительного воздействия незначительного повышенных, субтоксичных доз, а также прогнозу ответных реакций биосферы и ее отдельных звеньев и элементов на растущие уровни загрязнений. Металлы являются наиболее опасными загрязнителями окружающей среды, так как металлы широко используются в промышленности и на транспорте, накапливаются в биологических объектах и оказывают на них отрицательное биологическое воздействие. Для этого необходимо знать потенциальную опасность различных металлов, закономерности их поведения в системе растение (корм) - животное - продукция, характер и интенсивность включения их в пищевые цепи (В.Г.Судаков, 2006, О.Р.Ильясов, 2005, И.М.Донник, 2005, И.А.Шкуратова, 2005, А.Л.Иванов,
2006, А.Г.Шахов, 2006).
По сложившемуся экономико-географическому районированию Курганская область относится к Уральскому экономическому району. В Уральском районе сосредоточена значительная часть предприятий отечественной индустрии, вклад которых в загрязнение окружающей среды особенно заметен. Экологические параметры многих производств и используемых на них технологий не соответствуют современным требованиям. Этот регион относится к числу наиболее загрязненных и «стрессовых» в экологическом отношении территорий России (Атлас "Окружающая среда и здоровье населения России", М. Феш-бах,1995).
Курганская область имеет равнинный рельеф и такие климатические особенности, как: нарастание континентальности с северо-запада на юго-восток, наличие преобладающих ветров юго-западного направления, влияние в зимнее время Сибирского антициклона. Это ведет к образованию мощных приземных инверсий и приводит к тому, что область является адсорбирующей загрязнения районом в Уральском регионе. Наибольшему техногенному воздействию подвержен Северо-запад Курганской области (Доклад...2004). Суровый климат Северо-запада Зауралья, высокая степень распаханности сельскохозяйственных угодий, используемых для выращивания зерновых культур (в основном пшеницы), затрудняющий выращивание кормовых культур и корнеплодов, создают ту
экологаческую среду, в которой животные должны жить, обладать высокой продуктивностью и размножаться.
Исследования, проведенные в разных регионах Российской Федерации, выявили общую закономерность: состояние животных на территориях с напряженной экологической обстановкой, отличаются по целому ряду показателей гомеостаза (А.С.Кашин,1997, И.М.Донник, 1997, 2001,2005, 2006, А.Г.Шахов, 1997, И.А.Шкуратова, 1999,2005). При этом, особо следует изучать влияние недостатка или избытка микроэлементов на изменчивость биогеохимических пищевых цепей и промежуточного обмена веществ, адаптацию организмов к геохимическим условиям среды, появлению биогеохимических эндемий (А.А. Ка-быш, 1967, 1986, 1989, 1990, В.В. Ковальский 1962, 1967, 1969, 1979, 1980, 1982, А.Н.Кособрюхов, 1962, 1976, Н.А.Уразаев,1990, А.А.Алиев, 1997, А.В. Трапезников, 2004, А.М.Смирнов, 2006).
В этой связи, проблема сохранения и дальнейшей направленной селекции крупного рогатого скота, адаптированного к условиям тех или иных территорий, остается актуальной проблемой не только ветеринарной и зоотехнической, но и в целом, биологической науках, занимающихся изучением проблемы адаптации живых организмов, особенно на популяционном уровне. Все выше перечисленное послужило основанием изучения влияния недостатка или избытка микроэлементов на меняющиеся биохимические пищевые цепи и промежуточный обмен веществ, адаптацию организма животного к геохимическим условиям среды обитания. Эти предпосылки определили цель исследований.
Цели и задачи исследования. Изучить механизмы и функциональные особенности проявления техногенных воздействий на эколого-биологические особенности и характер обменных процессов, адаптационные способности дойных коров. Разработать научно-обоснованную систему мероприятий, обеспечивающую производство качественной и безопасной животноводческой продукции в территориях техногенного воздействия на основе применения биологически полноценных кормов и, систему обоснованных мер, обеспечивающих получение своевременной, регулярной и достоверной информации об изменении экологической обстановки при производстве и качестве сельскохозяйственной продукции в условиях экологического неблагополучия.
Для реализации указанной цели определены следующие задачи:
дать оценку экологической ситуации в сельскохозяйственных предприятиях, расположенных на территориях, характеризующихся разными уровнями техногенного воздействия;
установить уровень загрязнения тяжелыми металлами питьевой воды, кормов, органов, тканей и молока коров из территорий с разной степенью экологической нагрузки;
выявить хозяйственно-биологические особенности и характер обменных процессов в организме коров из территорий с разным уровнем техногенных воздействий;
оценить адаптационные способности организма животных, обеспечивающие гомеостаз, путем изменения защитно-приспособительных реакций при комплексном воздействии тяжелых металлов;
проследить миграцию токсинов в цепи корм - животное - продукция;
разработать систему обоснованных технологических решений способствующих устойчивому развитию производства животноводческой продукции в зонах техногенного воздействия на основе применения биологически полноценных кормов;
- разработать научно-обоснованную систему эколого-биологического контроля
и оценки популяции крупного рогатого скота в условиях техногенеза.
Научная новизна. В условиях Северо-запада Зауралья в зависимости от техногенного воздействия впервые проведены комплексные исследования по изучению особенностей хозяйственного статуса, характера обменных процессов и энергетического статуса; адаптивных реакций популяции коров черно-пестрой породы. Показаны изменения химического состава молока и внутренних органов, животных в условиях техногенеза. Разработана научно-обоснованная система мониторинга за производством качественной и безопасной сельскохозяйственной продукции в условиях экологического неблагополучия. Обоснована экологическая целесообразность использования энергоемких, высокопротеиновых жмыхов масличных культур, в составе концентратных смесей, для кормления коров в условиях техногенеза. Предложены оптимальные критерии и рекомендации по технологии адаптивного животноводства в условиях техногенеза. Получен патент регистрационный номер 2005126284/029510,2005 г.
Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. Разработана научно-обоснованная система мероприятий, обеспечивающих коррекцию обменных процессов, повышение уровня естественной резистентности организма, которые позволяют снизить негативное воздействие неблагоприятных условий внешней среды. Разработаны рецепты концентратных смесей, включающих жмыхи масличных культур, восполняющие дефицит кормового протеина и жира, повышающие уровень энергетического и минерального обмена для получения экологически безопасной продукции в условиях техногенеза. Исследовано их воздействие на биологические особенности животных и отмечено активное включение их в метаболические процессы в условиях негативного воздействия внешней среды. Результаты исследований использованы в образовательных экологических программах подготовки специалистов агропромышленного комплекса в Курганской государственной сельскохозяйственной академии и Уральской государственной сельскохозяйственной академии. Материалы диссертационной работы обобщены в виде рекомендаций: «Оценка поверхностных, подземных водоисточников и снежного покрова в условиях техногенеза» (Курганский ИАЦ по УХО) и «Рекомендации по обеспечению продуктивного здоровья животных в условиях техногенеза» (Курганский НЦМАНЭБ)
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- особенности экологической и природно-климатической ситуации в Северо
западных геохимических провинциях Курганской области;
характеристика породного, возрастного состава, экстерьерных особенностей, продуктивных и воспроизводительных способностей дойных коров из Северозападных территорий;
среднесуточное количество микроэлементов, поступающее в организм с водой и кормами рациона и накопление их в органах, тканях и молоке коров;
оценка адаптивных реакций организма животных к условиям экологического неблагополучия и, особенностей энергетического обмена, протекающего в организме коров;
система научно-обоснованных рекомендаций эколого-биологического контроля и оценки популяции крупного рогатого скота в условиях экологического неблагополучия.
Апробация работы. Материалы работы доложены и обсуждены на межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы нейрогумораль-ной регуляции висцеральных систем», Омск (2000); на межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы животноводства Зауралья и Юго-западной Сибири», Курган (2001); пятой Межрегиональной научно-практической конференции ученых Урала и Сибири «Перспективные направления научных исследований Урала и Сибири», Троицк (2003); на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России», Уфа (2003); на Международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию образования Курганской государственной сельскохозяйственной академии им. Т.С. Мальцева «Научные результаты - агропромышленному производству», Курган (2004), Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию Оренбургского государственного аграрного университета, Оренбург (2005), межрегиональной научно-практической конференции «Экологическая политика в обеспечении устойчивого развития Челябинской области», Челябинск (2005), Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству», Барнаул (2006), Международной научно-практической конференции «Управление экономическим ростом в АПК: методология, теория и практика хозяйствования», Оренбург (2006).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 39 печатных работах, т.ч. 5 публикаций в изданиях рекомендованных ВАК РФ, 2 монографии, 1 патент РФ, 2 рекомендации.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 302страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследований, описания собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, практических предложений, списка литературы и приложений. Список литературы включает 433 источника, из которых 362 отечественных и 71 зарубежных. Материал иллюстрирован 16 рисунками, 38 таблицами. Приложения к диссертации содержат документацию, подтверждающую диссертационный материал.
Физиологическая роль и значение воды для животных. Источники загрязнения природных вод
До последнего времени развитие производительных сил общества полностью подчинялось требованиям экономики. Получение максимального экономического эффекта определяло пути развития промышленной и сельскохозяйственной сфер деятельности человека. Природоохранные аспекты этих процессов носили подчиненный характер, фактически не влияя на них. Экстенсивный характер развития производительных сил общества привел к рубежу локальных и региональных экологических кризисов и практически к повсеместному обострению угрозы экологических катастроф. В быстро прогрессирующей деградации природной среды, прямо угрожающей существованию человека, по определению уральских ученых В.С. Безеля, В.Н. Большакова, Е.Л. Воробейчика, И.Г. Важенин, (1983), И.М.Донник, (1997, 2001, 2003, 2005, 2006), И.А.Шкуратовой, (2000, 2003, 2005), А.Р.Таировой, (2001),; Ю.М.Захаровой, (2003), А.М.Смирнова, (2005), А.В.Трапезникова, (2005, 2006) агроэкосистемы испытывают негативное воздействие огромного количества факторов физических, химических, биологических. Публикациии, появившиеся в нашей стране и за рубежом еще в 70-е годы: "Безмолвная весна" Р. Карсон, выдержавшая в США 6 изданий; "Оскальпированная земля" О. Дугласа; “"Трехсотлетняя война: хроника экологического бедствия" Ю. Медведева; публикации Форрестера и Медоуза и др свидетельствуют об этом.
Необходимость выбора между постоянно возрастающими потребностями общества и экологическими требованиями ставит новые проблемы - быстрого и радикального пересмотра стратегии развития и размещения производств, перехода на новые "чистые" технологии и процессы. И, наконец, само состояние природных экосистем, подверженных интенсивному антропогенному воздействию, отражает главный аспект экологического кризиса. Сегодня очевидно, что дальнейший социальный прогресс в значительной степени будет определяться эффективностью мер по минимализа- ции экологического ущерба (И.Г. Важенин, 1984, Алексахин Р.Н.,2006).
В современном обществе зреет осознание того, что человечество (вместе с продуктами своей жизнедеятельности) - часть биосферы, эксплуатирующая другие части для своих потребностей. В наше время планетарная роль людей достигла критического уровня - темпы хозяйственного роста, связанного и с ростом численности людей таковы, что граница устойчивости биосферы уже пересечена. Дальнейшее развитие по прежнему пути (экстенсивная эксплуатация природы) чревато необратимыми разрушениями функционирования биосферы и, следовательно, изменением всего блика планеты.
Необузданная эксплуатация природных ресурсов, повышение реабилитационных возможностей живого вещества и другие эффекты, сопровождающие технико-экономическое развитие, могут привести к тому, что земля станет непригодной для жизни уже ближайших поколений (В.А. Большаков, Т.И. Борисочкина, 1991, А.В.Трапезников, 2005).
Свидетельством обеспокоенности мировой общественности положением на планете стало обсуждение и принятие в 1992 г. на конференции ООН по окружающей среде (проходивший в Рио-де-Жанейро) концепции всемирного устойчивого развития как приоритетного направления при решении политических, технологических и социально-экономических задач, которую приняли к исполнению подписавшие ее страны. Такая стратегия разрабатывается и для России в соответствии с Указом Президента Российской федерации от 1 апреля 1996 года (№440) и Постановлением Правительства России от 8 мая 1996 года (№559).
Под устойчивым понимают такое развитие, которое способно удовлетворять потребности настоящего поколения, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои потребности. Концепция устойчивого развития накладывает определенные ограничения на стремление к экономическому развитию «любой ценой». В связи с этим, региональные программы развития, учитывающую местную специфику, должны быть скоординированы между собой, а на межгосударственном уровне должно быть обязательное сотрудничество.
При решении проблемы природопользования приходится исходить из признания невозможности полного предотвращения в настоящее время антропогенного влияния на природную среду даже при условии совершенствования производства. Поступление в природные биоценозы загрязняющих отходов, по-видимому, неизбежно из-за чрезвычайных материальных затрат, необходимых для полной очистки промышленных выбросов. В связи с этим, изучение влияния антропогенного воздействия на живые организмы и меры по снижению их негативного действия требуют более внимательного изучения.
Как уже отмечалось ранее, современный этап развития производительных сил характеризуется невиданными до сих пор масштабами антропогенного воздействия на наземные и водные экосистемы в связи с чем, экологические проблемы в последнее время привлекают все большее внимание специалистов и мировую общественность в связи с угрожающими темпами загрязнения природы. Темп выброса вредных веществ продолжает нарастать, происходит накопление вредных веществ в почвах, атмосфере, водоемах. Возникает реальная угроза парникового эффекта, разрушения озонового слоя Земли, накопления канцерогенных и мутагенных продуктов, выпадение кислотных дождей. Все это пагубно влияет на окружающую среду, а следовательно, на здоровье населения.
Экологическая ситуация в Курганской области
Есть предложения оценивать обеспеченность жвачных животных энергией по величине коэффициента энергетической обеспеченности (КЭО), который вычисляется путем деления суммы концентраций в крови ЛЖК и КТ (кетоновые тела) на концентрацию НЭЖК, причем концентрация выражается в мг/100 мл: КЭО = ЛЖК+КТ/НЭЖК. ЛЖК и КТ в данном случае считаются метаболитами, имеющими в основном экзогенное происхождение, а НЭЖК — эндогенное. Величина КЭО у коров в первые сутки после отела равнялась 0,06, в середине лактации — 1,79, в конце — 0,62, т.е. понизилась в связи с развитием плода при продолжающейся лактации (В.В. Цюпко, 1984). Однако для оценки индивидуальных различий в энергетической обеспеченности животных при одинаковом физиологическом состоянии КЭО оказывается менее информативным. Более широкие цели преследуются при определении так называемых метаболических профилей по содержанию ряда метаболитов в крови. В их число входят глюкоза, общий белок, альбумины, глобулины, гемоглобин, мочевина и ряд минеральных веществ. Эти показатели дают возможность в общих чертах оценить интенсивность кормления, сбалансированность и резкие отклонения в обмене веществ (Б.Н. Пакулев, 1974).
Особенностью жвачных животных является участие в пищеварении сложной ассоциации микроорганизмов, обитающих в преджелудках. Благодаря им переваривается и всасывается значительное количество питательных веществ кормов с образованием специфического для жвачных спектра продуктов переваривания. Особенно большое значение для жвачных имеет способность переваривать в больших количествах клетчатку растительных кормов. В преджелудках жвачных «переваривается» до 70 % энергии от общего ее количества, перевариваемого в пищеварительном тракте. Почти полностью перевариваются в преджелудках лепсоферменти- руемые сахара. На 70%, а иногда и более, расщепляется протеин. В качестве конечных, всасывающихся из содержимого преджелудков продуктов ферментации образуется комплекс ЛЖК, являющийся, как уже указывалось, основным источником энергии у животных (В.Б. Решетов, 1985). В тонком кишечнике переваривается около 25% энергии и менее 1% клетчатки. В толстом кишечнике — соответственно около 5 и до 20%. При высоком содержании в рационе крахмала от 10 до 40% его может поступать в кишечник. В связи с этим при увеличении в рационе количества зерновых кормов доля энергии, переваривающейся в преджелудках, у коров может уменьшаться с 62-70% до 52-59%. Использование мелкоизмельченных кормов из растений, особенно при их гранулировании, уменьшает долю энергии и клетчатки, переваренной в желудке. В связи с этим потери энергии корма в преджелудках уменьшаются (А.И. Зотин, 1988; В.Ф. Вракин, 1989). Причины этого объяснены ниже. Переход молодняка с молочного питания на растительные корма сопровождается многократным усилением пищеварительных процессов в преджелудках, активизацией деятельности пищеварительных желез и увеличением затрат энергии на пищеварительные процессы. Ферментация корма в преджелудках обеспечивает непрерывное, хотя и колеблющееся поступление ЛЖК в кровь. После приема корма поток этот усиливается. Поэтому концентрация ЛЖК в периферической крови голодных коров на 79% ниже, чем у накормленных (В.В. Цюпко, 1984; С.В. Стояновский, 1985). В опытах на откармливаемых бычках установлено, что изменения интенсивности теплообразования в организме следовали непосредственно за сдвигами концентрации ЛЖК в рубцовом содержимом и артериальной крови после каждого кормления (Е.А. Надальяк, Л.А. Заболотнов, 1979). Продолжение исследований с дополнительным учетом содержания в крови глюкозы позволило выявить участие этого метаболита в регуляции использования ЛЖК. На смешанных рационах с сеном отмечены очень небольшие колебания глюкозы в крови. При этом коррелятивная связь между уровнем ЛЖК в крови и интенсивностью теплообразования отсутствовала. На рационах с сенажом концентрация глюкозы колебалалось значительно шире, а теплопродукция у животных при максимальных значениях концентрации ЛЖК возрастала почти на 18% на фоне снижения концентрации глюкозы (В.Б. Решетов, Е.А Надальяк, 1979). В опытах с инфузией раствора ацетата в рубец обнаружено сразу вслед за инфузией повышение концентрации ЛЖК в воротной вене и усиление теплообразования; бычков. Однако затем наступала фаза защиты животного от избыточного поступления ЛЖК в кровь. Это выражалось в уменьшении кровотока в воротной вене и усилении кровотока в печеночной артерии. В результате концентрация ЛЖК в периферической крови уменьшалась (В.Б. Решетов, Л.А. Заболотнов, 1975).
Основным источником энергии для микроорганизмов служат углеводы. В зависимости от вида образующихся при ферментации продуктов на единицу расщепленных углеводов образуется различное количество АТФ. Если это ацетат, то на 1 моль так называемых условных гексоз образуется 4 моля АТФ, а при образовании пропионата или бутирата — по 2 моля АТФ. При этом ярко видна разная энергетическая значимость образования тех или иных продуктов ферментации для хозяина и микроорганизмов. Ферментация с образованием ацетата выгоднее для микроорганизмов. Напротив, образование пропионата обеспечивает более высокую эффективность использования переваренной энергии корма тканями животных (А.М. Холманова, 1978). В настоящее время известны количественные соотношения между массой ферментированных углеводов и образованной дополнительно массой микробного сырого протеина. При соотношении 100 г: 20 г процесс биосинтеза оценивается как эффективный. Для синтеза 100 г сухой бактериальной массы необходимо около 10 молей АТФ. Затраты энергии для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов колеблются в интервале от 0,2 до 7 ммоль АТФ на 1 г сухого вещества микроорганизмов в час. В опытах с чистыми культурами определены приблизительные затраты АТФ на образование основных химических компонентов микроорганизмов: на 1 г полисахаридов нужно 122, бели — 366, липидов — 15, нуклеиновых кислот — 225 10-4 моль АТФ (В.Н. Иванов, 1981).
В экспериментах in vivo удобным приемом оценки эффективности синтеза биомассы является использование соотношения между количеством ферментированного в преджелудках органического вещества и образованного при этом микробного азота, точнее — количества азота, включившегося в вещества клеток микроорганизмов. По данным ряда исследований, оно колеблется в пределах 100 г органического вещества на 2-3,5 г микробного азота, поступившего в кишечник (В.Ф. Вракин, 1989). Для эффективного образования микробной массы нужно достаточное обеспечение, помимо энергии, доступными азотистыми веществами и кофакторами. При дефиците отдельных незаменимых факторов возможна интенсивная ферментация органического вещества при незначительном приросте микробной массы. Это явление называют несопряженной ферментацией. При этом потери тепла в расчете на единицу массы использованных углеводов могут увеличиться в 1,5-2 раза (В.Н. Иванов, 1981). В одном из экспериментов, проведенных автором, установлено, что эффективность использования энергии для биосинтеза микробного белка при кормлении коров рационом с сеном была на 35,1% выше, чем при использовании рациона с силосом. Расчет велся по расходу АТФ на единицу синтезированного микробного белка. Потенциально возможный выход АТФ в процессе ферментации органического вещества был рассчитан исходя из количества ферментированного в преджелудках органического вещества и молярного соотношения, образующихся ЛЖК, а количество синтезированного микробного белка принимали равным массе его, поступившей из сычуга в тонкий кишечник.
Особенности экологической и природно-климатической ситуации изучаемых территорий
Количественные показатели газообмена по отдельным составляющим получены нами методами прямого анализа. С помощью респирацион- ной маски и присоединяющейся к ней аппаратуры: шлангов, газовых мешков, счетчиков, газоотборников с целью изучения расхода энергии проводили 10-20 минутные отборы выдыхаемого воздуха. На их основе вычислены показатели дыхательного коэффициента и теплопродукции, отражающие качественные особенности газоэнергетического обмена у коров (табл. 14).Регулярные исследования обмена с помощью масок позволяют получить объективные данные о среднесуточных величинах теплопродукции.
По дыхательному коэффициенту можно судить о качественной стороне, характере обмена веществ. Дыхательным коэффициентом называют объемное соотношение выделенной углекислоты к потребленному кислороду за тот же промежуток времени. Дыхательный коэффициент характеризует тип «топлива» в организме, от которого зависит колориметрический коэффициент кислорода. Причем величина дыхательного коэффициента при окислении белков, жиров и углеводов различна, в зависимости от того, какие вещества в организме окисляются во время измерения. Так, при окислении углеводов до воды и углекислоты коэффициент равен 1, расходуется столько же молекул кислорода, сколько образуется молекул углекислого газа. При окислении глюкозы на каждую молекулу потребленного кислорода образуется одна молекула углекислого газа: С6Н1206+602= 6С02+6Н20
Это объясняется тем, что в углеводах внутримолекулярного кислорода достаточно на образование воды, а дополнительное количество кислорода требуется для окисления углерода.
При окислении жиров дыхательный коэффициент равен 0,7, потому что кислород нужен не только для окисления углерода, но и для образования воды (Е,П,Ващекин, 1977). При окислении молекулы жира (например, трипальмитина) кислорода затрачивается больше, чем выделяется углекислоты, что иллюстрируется следующим уравнением:
При одновременном окислении углеводов и жиров (а именно эти вещества являются основными биологическими субстратами) дыхательный коэффициент колеблется от 0,70 до 1,00, соответственно процент- ному соотношению окисляемых углеводов и жиров (В.И.Георгиевский, 1990). При окислении белков дыхательный коэффициент равен 0,80.
Дыхательный коэффициент у коров 3-территория+ОЭ составил 0,97±0,01, что свидетельствует о том, что на обменные Процессы животные расходовали 89,8% углеводов и 10,2% жиров (табл. 14). Дыхательный коэффициент у коров 1-территорий и коров 2-территорий - 0,95+0,01; 3- территорий - 0,96+0,01; 3-территория+ОЭ - 0,97±0,02.
Полученные результаты дают нам основание полагать, что в качестве основного источника энергии коровы 3-территория+ОЭ используют углеводы - 89,8%. Уровень углеводов в качестве источника энергии у коров 3- территорий - 86,4%, 1-территорий и животных 2-территорий -83,0%. Количество жиров, использованных животными, в промежуточном обмене составляет: 10,2 - 13,6 - 17,0 - 17,0% соответственно. Следовательно, факторы внешней среды оказывают влияние на уровень окисляемых углеводов и жиров (а именно эти вещества являются энергетическими субстратами), а соответственно их процентному соотношению колеблется величина дыхательного коэффициента.
Энергетический баланс - это разность между количеством энергии, поступающей с кормом, и количеством энергии, расходуемой организмом.
Поскольку энергия, затрачиваемая животным в покое эквивалентна его теплопродукции, энергетические расходы организма можно определить по количеству выделяемого им тепла. Этот метод носит названия калориметрии.
Нами, для сравнения уровня обмена энергии в организме дойных коров, использован метод непрямой колориметрии, основанный на определении энергетических затрат организма по его газообмену.
Определенному дыхательному коэффициенту соответствует определенное количество тепловой энергии, образовавшееся в процессе обмена веществ в организме. Следовательно, по калориметрической ценности ки- слорода можно рассчитать теплопродукцию в организме животного (В.И.Георгиевский, 1990).
Теплопродукция складывается из затрат энергии на поддержание жизни, переваривание и усвоение питательных веществ корма, на процессы жизнедеятельности организма (Е.А,Надальяк, В.И.Агафонов, 1988).
Калориметрический эквивалент кислорода, потребленного организмом животного, при дыхательном коэффициенте 0,96+0,01 равняется 31,83+0,23 кДж, коэффициенту 0,96±0,01 соответствует эквивалент 32,42+0,42 кДж, дыхательному коэффициенту 0,97 - 33,00+0,04 кДж (В.И.Георгиевский, 1990). Следовательно, по количеству потребленного кислорода и колориметрической ценности кислорода можно рассчитать теплопродукцию в организме животного.
Образование тепла происходит постоянно, его важнейшим источником являются окислительные процессы. Поскольку теплопродукция тесно связана с уровнем метаболической активности, ее называют еще химической терморегуляцией.
Известно, что доступная для обмена валовая энергия корма, поступившая во внутреннюю среду организма в составе продуктов переваривания, распределяется на обменную энергию, которая, в конечном итоге, выделяется в виде тепла, и на энергию продуктивности, содержащуюся в данном случае в молоке.
Количество тепла, выделенное в сутки, 3-территория+ОЭ составляет 100,54+2,78МДж. Величина теплопродукции у коров 1-территорий на 7,2%, 2-территорий - 3,23%, 3-территорий - 5,67% меньше, по сравнению с животными д.Осиновское.
За час, на 1 кг живой массы, коровы 3-территория+ОЭ также больше выделяли тепла, чем коровы 1-территорий, 2-территорий и 3-территорий.
Аналогичные изменения теплопродукции основного обмена по величине так называемой обменной или метаболической массы, то есть живой массы в степени 0,75 происходят в организме коров всех хозяйств.
Показатели дыхательной функции крови дойных коров Северо западных территорий
Таким образом, изменяя состав и питательность рационов кормления коров возможно обеспечить гомеостаз организма животных и повлиять на параметры миграции токсикантов в продукцию в условиях техногенеза.
Следовательно, включение в состав концентратной смеси жмыхов, позволяет решить проблему недостатка протеина в рационах коров Северо-запада.
В комбикорме, который готовится в хозяйствах Северо-запада из зерна выращенного на полях сельскохозяйственных предприятий в качестве ингредиентов, используются: пшеница, овес, ячмень (базовый рецепт смеси). В ЗАО «им.Калинина», д.Осиновское (3-территория+ОЭ) в состав комбикорма кроме ячменя, овса и пшеницы ввели жмых подсолнечнико- вый (опытный рецепт смеси), (табл. 38).
Основу базового комбикорма составляет зерно ячменя - 70%, зерно овса - 10%, зерно пшеницы - 20% от массы корма. . В состав опытного комбикорма, скармливаемого коровам д.Осиновское, кроме того, включен жмых подсолнечниковый. Массовая доля жмыха подсолнечникового в комбикорме составляет 22%, ячменя 55%, овса 10%, пшеницы 13%.
Энергетическая ценность сравниваемых концентратных кормов различается не значительно. Уровень сухого вещества в базовом и опытном комбикорме так же практически одинаков (табл. 37). Однако, в опытном комбикорме уровень сырого протеина выше на 26,9%, переваримого протеина - 40,3%, сырой клетчатки - 79,8%, сырого жира - 97,6%. Для жвачных животных, особенно высокопродуктивных коров, в условиях техногенеза особенно важно нормировать уровень и количество сырой клетчатки, поскольку исследования некоторых ученых показали, что содержание сырой клетчатки в рационах при разных типах кормления коров оказывает влияние на параметры миграции тяжелых металлов из рационов в молоко (Л.П. Зарипова, Р.Г. Ильязов, Ф.К. Ахметзянова, 2006 Таблица 38 - Рецептура концентратных смесей для коров
На основании проведенных исследований установлено, что обогащение кормовых рационов коров в период раздоя по норме протеином и энергией способствует нормализации обмена веществ, благоприятно влияет на течение биохимических процессов и, проявляется в оптимизации метаболических процессов в организме, увеличением продуктивности, обеспечении макро- и микроэлементного гомеостаза и повышения качества продукции.
Таким образом, продукты вторичной переработки при отжиме растительного масла - жмыхи - являются полноценными кормами, позволяю 235 щими обеспечить гомеостаз в организме животных в условиях техногенеза.
Следовательно, для получения экологически безопасной продукции в условиях техногенеза корма и рационы должны быть оценены не только по общепринятым показателям питательности, но и по содержанию в них приоритетных токсикантов (цинк, медь, свинец, кадмий, ртуть, мышьяк), а так же антипитательных веществ (глюкозинолатов и эруковой кислоты в жмыхах крестоцветных культур; Р-глюканов, резорцинолов в озимой ржи; антитрипсинового фактора в бобовых культурах). Кроме того, необходимо совершенствовать методы оценки кормов с учетом территориальных особенностей кормопроизводства и уровня техногенной нагрузки. Следует полнее раскрыть и уточнить энергетическую, протеиновую, минеральную и витаминную питательность кормов. Для жвачных животных, особенно важно нормировать не только уровень сырого и переваримого протеина, но и растворяемость и, расщепляемость его в рубце. Кроме того, при нормировании питания жвачных животных необходимо уточнять количество и качество структурных и неструктурных углеводов, поскольку от соотношения данных структур зависит эффективность усвоения клетчатки в целом. Отсутствие биологически полноценной среды обитания у животных вследствие возрастающего ее загрязнения оказывает, существенное влияние на продуктивность, состояние здоровья и воспроизводительную способность животных. Загрязнение окружающей среды происходит, в основном, в результате техногенных выбросов промышленных предприятий различного направления деятельности и отсутствия должной системы природоохранительных мер.
Растущая деградация среды обитания нарушает природный баланс в кормовой цепи, что ведет к накоплению в организме животных потенциально опасных химических веществ. Нарастающее воздействие техногенных факторов произошло в последнее десятилетие - срок ничтожно малый по сравнению с периодом эволюции животного мира. Поэтому адаптационные механизмы, выработанные в эволюционном процессе, оказываются несостоятельными, не способными обеспечить гомеостаз. Адаптация животных организмов к среде обитания - это ведущий процесс, определяющий биологическую эволюцию, происходящий благодаря взаимодействию изменчивости, наследственности и естественного отбора. Эта бесспорная истина трансформировалась своеобразно на современной, человеческой стадии развития биосферы, и возникла необходимость адаптации людей не только к природным условиям, но так же и к неизбежным последствиям их собственной деятельности (Р.Г.Ильязов,2006).
Постоянное воздействие на организм, химических, биологических и других факторов отдельно, а чаще в различных сочетаниях, приводит к стрессовому снижению резистентности, которое проявляется в многообразных нарушениях интеграции всех процессов в организме, деятельности отдельных систем и органов, в развитии различных аллергических реакций (Е.Н.Сковородин, Е.Г. Вехновская, 2003, И.М. Донник, И.А.Шкуратова 2005). Иными словами, нарушаются эволюционно сложившиеся отношения в самом живом организме.
Многообразие связей элементарного состава внешней и внутренней среды, а также высокая степень совершенства гомеостатических барьеров затрудняют поиск аналогичных закономерностей для организмов млекопитающих. Одним из возможных подходов является оценка Уровней поступления химических элементов с пищей.
Содержание химических элементов в живых организмах не является прямой функцией от их распространенности в природе. Вместе с тем известно, что прохождение химических элементов по пищевой цепи может привести как к их рассеиванию, так и к накоплению - биологическому концентрированию (Ю.Одум,1986).
Усвоение микроэлементов сельскохозяйственными животными связано преимущественно с поеданием растений, отчасти с водой, хотя возможно и влияние воздуха. Загрязнение объектов биосферы, в том числе пищевого сырья животного происхождения, солями различных металлов может иметь ряд серьезных последствий для здоровья человека.
Продукция животноводства используется человеком в пищу, и через нее человек может получать нежелательные вещества. Этим и определяется интерес к геохимической деятельности животных в биогенной миграции элементов: познание их роли в функционировании экосистем и биосферы, а также в накоплении и перераспределении продуктов техногенеза.
В развитии исследований биологической роли химических элементов, по мнению А.А.Киста (1987), все большую роль начинают играть контроль, мониторинг, охрана окружающей среды и экология, поскольку здесь можно перейти от констатации факта более или менее существенного загрязнения звеньев природной среды к исследованию процессов переноса токсичных элементов, миграции токсичных металлов по трофическим цепям, влияния длительного воздействия незначительно повышенных, субтоксичных доз элементов, а также к прогнозу ответных реакций биосферы и ее отдельных звеньев и элементов на растущие уровни загрязнений. Поэтому выявление закономерностей поведения химических элементов в живых системах весьма актуально.
Известно, что токсическое действие химических элементов проявляется при достижении в критическом органе концентрации достаточной для его нормального функционирования (Ю.А.Ершов,1989). Проведенный анализ на содержание химических элементов во внутренних органах (печень, почка, легкое, сердце, скелетная мышца) показал неравномерность распределения химических элементов в паренхиматозных органах, что согласуется с литературными данными.
