Введение к работе
Актуальность темы. Техническое развитие общества привело к тому, что проблема загрязнения окружающей среды и выживания человечества в этих условиях стала центральной проблемой современности и коснулась всех сфер деятельности человека. В ряде случаев технологические процессы вышли из-под контроля, вследствие чего происходит стремительное накопление нехарактерных для биосферы химических веществ (техногенных радионуклидов, тяжелых металлов и других токсикантов).
Увеличение техногенной нагрузки на составляющие биосферу компоненты ухудшает качество природной среды и нарушает существующие в природе связи, что приводит к местным, а иногда и глобальным изменениям, имеющим, зачастую, необратимый характер.
Экологические последствия загрязнения для сельскохозяйственного производства представляет собой негативное влияние на состояние сельскохозяйственных земель, биологическую продуктивность и качество растениеводческой и животноводческой продукции и, в конечном итоге, оказывают отрицательное воздействие на здоровье человека.
При оценке источников и путей поступления поллютантов в организм человека, сельскохозяйственных животных следует рассматривать, как одно из наиболее значимых звеньев пищевой цепи загрязнения его рациона. В условиях техногенного загрязнения особое значение приобретает производство экологически безопасной сельскохозяйственной продукции и в частности продукции животноводства – молока. Известно, что в условиях радиоактивного загрязнения территории, молоко и молочные продукты являются основными поставщиками цезия – 137 в организм человека. Взрослое население от 50 до 80% дозы от внутреннего облучения получает за счет молока, а у части детского населения за счет молока и молочных продуктов радиационная нагрузка достигает 100%.
В условиях техногенного загрязнения производство молока соответствующего санитарным нормам является одной из основных задач животноводства, требующих неотлагательного решения. Анализ современного состояния показывает, что сложность решения этой задачи обусловлена дороговизной проводимых мероприятий, которые негативно отражаются на экономических показателях отрасли и сложным экономическим состоянием хозяйств. Кроме того, в отдельных регионах со своими природно-климатическими особенностями еще недостаточно полно изучена роль некоторых факторов, оказывающих влияние на переход радионуклидов и тяжелых металлов в организм лактирующих коров, а также недостаточно разработаны мероприятия направленные на снижение поступления элементов в травостой, рацион и продукцию животноводства (молоко). И наконец, естественные угодья, интенсивно используемые молочным скотоводством, в условиях техногенного загрязнения являются «критическими объектами», так как являются основными поставщиками поллютантов в организм животных и их продукцию (молоко). При этом их доля составляют около 30% от общего количества сельскохозяйственных угодий.
Решение этих задач возможно при установлении закономерностей миграции цезия-137, Cd и Pb в биологической цепи почва – растения – рацион – животное – продукция животноводства (молоко) и разработке технологий ведения молочного скотоводства в техногенных условиях. Кроме того, необходимо было подобрать средства, обеспечивающие уменьшение перехода элементов в отдельные звенья этой цепи. При этом средства и мероприятия должны быть просты и технологичны.
В связи с этим поиск доступных путей и способов, ограничивающих миграцию радионуклидов и тяжелых металлов в трофической цепи лактирующих коров, а также разработка технологии ведения молочного скотоводства в условиях техногенного загрязнения являются весьма актуальными и имеет большое научное и практическое значение.
Выход из создавшейся ситуации видится во внедрении в производство малозатратных, эффективных и безопасных технологий с использованием дешевых природных материалов (глины, цеолита, биополимера древесины – дигидроквертецина), снижающих миграцию поллютантов в трофической цепи лактирующих коров.
Предполагается, что применение природных материалов в качестве мелиорантов естественных лугов, используемых под пастбища или сенокосы, включение их в рацион лактирующих коров позволит не только произвести молоко, соответствующее нормативным требованиям по содержанию радионуклидов и тяжелых металлов, но увеличить его производство и повысить рентабельность отрасли.
Цель и задачи исследований. Разработка концептуально- методических основ экологической оценки и коррекции миграции поллютантов в системе «почва-растения-животные» на техногенно загрязненных территориях с целью получения экологически безопасной продукции животноводства.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- изучить распределение цезия – 137 по высоте травостоя и пахотному слою почвы на различных типах лугов;
- установить параметры перехода цезия – 137, Cd и Pb в отдельные звенья биологической цепи почва – травостой (сено) – животное – молоко на различных типах лугов;
- определить размеры перехода цезия – 137 в молоко коров в зависимости от высоты стравливания травостоя и способа пастьбы животных;
- изучить влияние местной глины и цеолита Хотынецкого месторождения при использовании их в качестве мелиорантов различных типов естественных лугов на переход цезия – 137 из почвы в травостой (сено), физико-химические и агрохимические показатели почвы, урожайность, химический состав и питательную ценность сена;
- выяснить влияние местной глины и цеолита Хотынецкого месторождения при использовании их в качестве ингредиентов в рационах лактирующих коров на молочную продуктивность, секрецию цезия – 137 с молоком, выведение радионуклида из организма, морфологические и биохимические показатели крови;
- оценить влияние биополимера древесины – дигидроквертецина на молочную продуктивность, секрецию цезия – 137 с молоком, выведение радионуклида из организма, морфологические и биохимические показатели крови и активность механизмов естественной резистентности коров;
- изучить влияние местной глины и цеолита Хотынецкого месторождения при использовании их в качестве мелиорантов различных типов естественных лугов на переход Cd и Pb из почвы в травостой (сено);
- определить влияние биополимера древесины – дигидроквертецина на переход Cd и Pb из рациона в молоко коров;
- рассчитать основные параметры экономической эффективности технологий производства молока с использованием природных материалов;
- на основе системного подхода обосновать экологически безопасные и экономически оправданные технологии производства молока в техногенных условиях.
Научная новизна и теоретическая значимость работы. Впервые в условиях высокой техногенной загрязненности сельхозугодий цезием-137, кадмием и свинцом обоснована оценка и приемы комплексной коррекции поллютантов в системе «почва-растения-животные», обеспечивающей получение экологически безопасной продукции молочного скотоводства.
Изучены закономерности миграции цезия – 137, Cd и Pb в биологической цепи лактирующих коров и выявлены средства, обеспечивающие снижения поступления этих токсикантов в молоко.
Проведена оценка влияния типа луга, распределения цезия – 137 по высоте травостоя, высоты его стравливания и способа пастьбы коров на поступление радионуклида в молоко.
Определена эффективность использования местной глины и Хотынецкого цеолита при внесении их на луга различного типа и включении в рацион лактирующих коров в качестве ингредиента.
Изучена эффективность и дана комплексная оценка применения биополимера древесины – дигидроквертецина в рационах коров при ведении молочного скотоводства в техногенных условиях.
Дана оценка экономической эффективности применения природных материалов при производстве молока на территориях с высокой техногенной загрязненностью.
Практическая значимость работы. Разработаны технологии производства молока соответствующего санитарным нормам в условиях интенсивного техногенного загрязнения. Предложены экологически безопасные и экономически выгодные технологии реабилитации сельхозугодий на основе применения природных материалов (глины, цеолита и биополимера древесины – дигидроквертецина). Применение этих технологий позволяет эффективно влиять на миграцию цезия – 137, Cd и Pb в биологической цепи почва – растения – молоко коров, подбирая материалы и дозы позволяющие производить корма и молоко соответствующие нормативным требованиям.
Научные результаты и разработанные на их основе способы и технологии включены в рекомендации «Применение природных сорбентов в рационах коров при производстве молока в зоне радиоактивного загрязнения» Брянск, 2009. - 62с.
Опубликованные по материалам диссертации рекомендации, учебное пособие и монография используются в учебном процессе при подготовке студентов сельскохозяйственных специальностей, а также слушателей системы профессиональной переподготовки и повышения квалификации руководителей и специалистов АПК.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Замена вольной пастьбы на загонную с ежедневным порционным способом использования пастбища позволяет исключить поступление наиболее загрязненных частиц дернинного слоя в организм животных, тем самым уменьшить содержание цезия – 137 в рационе и, как следствие в молоке.
-
Внесение глины и цеолита на поверхность естественных лугов загрязненных цезием – 137, Cd и Pb снижает поступление их в растения, оказывает положительное влияние на физико-химические и агрохимические показатели почвы и повышает урожайность травостоя (сена).
-
Включение в рацион коров глины и цеолита способствует повышению молочной продуктивности, снижает секрецию цезия – 137 с молоком, увеличивает его выведение из организма и нормализует морфологические и биохимические показатели крови.
-
Применение биополимера древесины – дигидроквертецина в качестве ингредиента рациона лактирующих коров увеличивает молочную продуктивность, снижает секрецию цезия – 137, Cd и Pb с молоком, способствует оптимизации картины крови и повышает функциональную активность механизмов естественной резистентности организма.
-
Экономическая эффективность применения природных материалов (глины, цеолита и биополимера древесины – дигидроквертецина) при ведении молочного скотоводства в техногенных условиях.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены, обсуждены и одобрены на: Всесоюзной конференции «Проблемы ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС в агропромышленном производстве – пять лет спустя: Итоги, проблемы и перспективы» (Обнинск, 1991); Всероссийской научно-практической конференции «Чернобыль: 10 лет спустя. Итоги и перспективы» (Брянск, 1996); Международной научно-практической и учебно-методической конференции «Наука и образование – возрождению сельского хозяйства России в ХХ1 веке» (Брянск, 2000); Международной научно-практической конференции «Использование достижений современной биологической науки при разработке технологий в агрономии, зоотехнии и ветеринарии» (Брянск, 2002); Международной научно-практической конференции «Производство экологически безопасной продукции растениеводства и животноводства» (Брянск, 2004); Международной научно-практической конференции «Научные проблемы производства продукции животноводства и улучшения ее качества» (Брянск, 2007); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы кормления сельскохозяйственных животных» (Дубровицы, 2007); Международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность региона» (Брянск, 2008); Международной научно-практической конференции «Селекционно-технологические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйственных животных в современныхусловиях аграрного производства (Брянск, 2008); ІІ Международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность региона» (Брянск, 2009); Международной научно-практической конференции «Климат, экология, сельское хозяйство Евразии» (Иркутск, 2009); VІ Международной научной конференции «Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК» (Брянск, 2009); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы аграрной науки» (Рязань, 2009); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии, защиты растений и экологического земледелия» (Саратов, 2009); Международной научно-практической конференции «Кормопроизводство в условиях ХХІ века: проблемы и пути их решения» (Орел, 2009); Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного производства» (Курск, 2010).
Диссертационная работа обсуждена и одобрена на расширенном заседании кафедры частной зоотехнии, технологии производства продуктов животноводства ФГОУ ВПО «Брянской ГСХА» (2010), на производственных семинарах и совещаниях сельскохозяйственных предприятий Брянской области, занимающихся ведением молочного скотоводства на загрязненных радионуклидами территориях.
В 2009 году на ХІ Российской агропромышленной выставке автор в соавторстве с Е. Я Лебедько, Ю. П. Фомичевым был удостоен Диплома ІІ – й степени и большой серебряной медали «За разработку технологии применения природных сорбентов в рационах коров при производстве молока в зоне радиоактивного загрязнения».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 50 научных работ, в том числе 14 в изданиях рекомендованных ВАК, рекомендации производству, учебное пособие и монография.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 265 страницах компьютерного текста, состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследований, результатов собственных исследований и их обсуждения, выводов и предложений производству, приложения, содержит 72 таблицы, 3 рисунка. Список литературы включает 357 источников, в том числе 95 на иностранных языках.
Личный вклад и участие автора. Автору принадлежит постановка, разработка и выполнение научной работы. Отдельные элементы научных исследований выполнены совместно с соавторами, что нашло отражение в опубликованном в автореферате списке работ.
Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту доктору сельскохозяйственных наук, профессору Е. Я. Лебедько, глубокую признательность докторам биологических наук, профессорам Ю. П. Фомичеву и Е. В. Крапивиной.
