Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 13
1.1. Биологические особенности физиологии пищеварения и кормления песцов и норок 13
1.2.Теоретические аспекты применения природных минеральных сорбентов в качестве кормовой добавки для оптимизации обмена веществ и повышения продуктивности пушных
зверей 20
1.2.1. Характеристика природных минеральных сорбентов (вулканогенные и осадочные цеолиты, цеолитовые и бентонитовые глины, диатомиты) 20
1.2.2. Использование природных минеральных сорбентов в рационах сельскохозяйственных животных и пушных зверей 36
2. Материалы и методы исследований 48
3.Результаты исследований и их обсуждение 62
3.1. Химический, минеральный состав и свойства природных минеральных сорбентов 62
3.1.1. Цеолитсодержащая мергельно-кремнистая порода (мергель) Татарско-Шатрашанского месторождения 62
3.1.2. Цеолитовая порода Холинского месторождения Читинской области 65
3.1.3. Цеолитсодержащая глина Татарско-Шатрашанского месторождения. 66
3.1.4. Бентонитовая глина Верхне-Нурлатского
месторождения 67
3.1.5. Диатомитовая порода Инзенского месторождения Ульяновской области 68
3.2. Оценка токсичности природных сорбентов 70
3.3. Оценка относительной биологической ценности рационов пушных зверей с различными дозами природных сорбентов... 73
3.4. Совершенствование технологии кормления молодняка норок с использованием в рационах природных минеральных сорбентов 76
3.4.1. Влияние скармливания природных минеральных сорбентов на сохранность, динамику роста и качество шкурок молодняка норок 76
3.4.2. Переваримость питательных веществ и использование азота рационов норками 85
3.4.3. Баланс и использование минеральных веществ кормов
в организме зверей 92
3.4.4. Морфологические и биохимические показатели крови норок 110
3.4.5. Химический состав печени и бедренной мышцы зверей 129
3.4.6. Динамика минеральных веществ в организме норок 133
3.4.7. Влияние природных сорбентов на элиминацию тяжелых металлов из организма зверей 143
3.4.8. Макро- и микроморфология внутренних органов норок . 160
3.4.9. Экономическая эффективность использования природных минеральных сорбентов в рационах молодняка норок 170
3.5. Совершенствование технологии кормления молодняка песцов с использованием в рационах природных минераль ных сорбентов 175
3.5.1. Влияние скармливания природных минеральных сорбентов на сохранность, динамику роста и качество шкурок молодняка песцов 175
3.5.2. Переваримость питательных веществ и использование азота рационов песцами 180
3.5.3. Морфологические и биохимические показатели крови зверей... 186
3.5.4. Химический состав печени и бедренной мышцы песцов 196
3.5.5. Динамика минеральных веществ в организме песцов 200
3.5.6. Влияние природных минеральных сорбентов на элиминацию тяжелых металлов из организма песцов 207
3.5.7. Макро- и микроморфология внутренних органов зверей 213
3.5.8. Экономическая эффективность использования минеральных природных сорбентов в рационах молодняка песцов 222
3.6. Производственная проверка 226
4. Заключение 229
5. Выводы 256
6. Предложения производству 259
7. Список литературы
- Биологические особенности физиологии пищеварения и кормления песцов и норок
- Характеристика природных минеральных сорбентов (вулканогенные и осадочные цеолиты, цеолитовые и бентонитовые глины, диатомиты)
- Цеолитсодержащая мергельно-кремнистая порода (мергель) Татарско-Шатрашанского месторождения
- Влияние природных сорбентов на элиминацию тяжелых металлов из организма зверей
Введение к работе
Актуальность исследований. Клеточное пушное звероводство - это одна из наиболее перспективных отраслей сельского хозяйства в нашей стране. Важнейшим фактором, оказывающим влияние на рост, развитие зверей, их воспроизводительные способности, формирование волосяного покрова и качество шкурок является кормление. Полноценное (сбалансированное по питательным веществам и энергии) кормление позволяет реализовать на практике генетически обусловленный уровень продуктивности зверей, является основой профилактики заболеваний обмена веществ и эффективного их лечения.
Однако в последние годы в связи с рядом объективных и субъективных факторов экономического характера в звероводстве нашей страны наблюдались негативные процессы, которые в первую очередь отразились на качестве рационов пушных зверей. Так, из-за удорожания кормов животного происхождения, сокращения поголовья скота и снижения улова непищевой рыбы в кормлении плотоядных зверей увеличилось количество неполноценных кормов низкого качества (отходы от переработки мясного сырья, ветеринарный брак и др.).
В связи с глобальным загрязнением атмосферы и поверхности Земли отходами с промышленных предприятий, корма и кормовые добавки, используемые в звероводстве, зачастую содержат большое количество тяжелых металлов, которые являются потенциально токсичными для организма животных. Однако содержание этих токсикантов в кормах практически не контролируется.
Поэтому в настоящее время стратегическая задача звероводства - это разработка и внедрение прогрессивных технологий кормления пушных зверей, позволяющих повысить биологическую полноценность кормов, коэффициент полезного действия рационов и значительно снизить их стоимость. С этой точки зрения, весьма перспективно использование в звероводстве нетрадиционных сырьевых ресурсов, в частности природных минеральных сорбентов, отличающихся относительной дешевизной, уникальными ионообменными и сорбирующими свойствами, таких как цеолитовые туфы, бентонитовые глины, диатоми-
6 ты и др. (Брек Д., 1976; Михайлов А.С., 1980). Благодаря строению и физико-химическим свойствам эти минералы хорошо сорбируют многие органические и неорганические вещества (Сазонов Н.Н. и др., 1984; Романов Г.А., 1992), они способны выводить из организма эндо- и экзотоксины, тяжелые металлы, радионуклиды и микроорганизмы. Природные сорбенты содержат большое количество биогенных макро-, микро- и ультрамикроэлементов (железо, медь, цинк, кобальт и др.), которые могут активно участвовать в самых разнообразных обменных процессах и осуществлять коррекцию биохимического и антигенно-структурного гомеостаза организма зверей (Грабовенский И.И., 1984; Калач-нюк Г.И. и др., 1986; Калюжнов В.Т. и др., 1988; Балакирев Н.А. и др., 1997; Улитько В.Е., 2003 и др.).
К настоящему времени проведены многочисленные исследования по использованию природных сорбентов в кормлении крупного рогатого скота, свиней и птиц. В частности доказана биологическая и экономическая эффективность использования в качестве кормовой добавки в рационах животных и птиц цеолитов вулканогенного происхождения (Бгатов В.И. и др., 1987; Васильев В.Ф. и др., 1990; Болтян В.А., 1991; Амелин С.Н. и др., 1992). Однако из-за удаленности этих месторождений широкое их использование в животноводстве центральных регионов России затруднено.
В тоже время Среднее Поволжье обладает большими запасами цеолитсодержащих пород осадочного типа, которые по своим свойствам схожи с вулканогенными породами, но отличаются пониженным содержанием цеолита и повышенным уровнем кальция (Татарско-Шатрашанское, Городищенское, Сиуч-Юшанское и другие месторождения). В Ульяновской области находится крупнейшее месторождение высококачественных диатомитов. Кроме того, на территории Республики Татарстан располагаются крупные месторождения бентонитовых и цеолитсодержащих глин. Исследованиями А.В. Якимова и др. (1998), М.С.Ежковой и др. (1999), Ф.И. Идиатуллина (2002), А.К. Садретдинова (2005), Р.Х. Абузярова (2005) установлено, что скармливание оптимальных доз цеолитсодержащих туфов и бентонитовых глин татарстанских месторождений
стимулирует рост и продуктивность крупного рогатого скота, свиней и птицы, повышает рентабельность производства мяса, молока и яиц. Однако эффективность использования этих минералов в рационах пушных зверей и их влияние на организм практически не изучены.
Работа является частью комплексных исследований по тематике научно-исследовательского центра «Корма» Республики Татарстан «Изучить влияние добавок агроминералов и ферментных препаратов в системе оптимизации кормления для коррекции обмена веществ и повышения продуктивности животных в Республике Татарстан» (№ гос. регистрации 01200306928).
Цель и задачи исследований. Цель исследований - научно обосновать и проверить в производстве эффективность применения природных минеральных сорбентов для оптимизации кормления молодняка песцов и норок с целью повышения качества шкурок и рентабельности производства продукции.
Исходя из этого, были поставлены следующие задачи:
изучить химический состав, физико-механические и токсические свойства цеолитсодержащего мергеля и глины Татарско-Шатрашанского месторождения, цеолитового туфа Холинского месторождения, бентонитовой глины Верх-не-Нурлатского месторождения, диатомитовой породы Инзенского месторождения, а также относительную биологическую ценность кормосмесей с различными дозами природных сорбентов для установления оптимального уровня их включения в состав рационов песцов и норок;
определить влияние скармливания рационов с разными дозами природных минеральных сорбентов на продуктивные показатели молодняка песцов и норок;
изучить переваримость питательных веществ и использование азота рационов при включении в них различных доз сорбентов;
изучить влияние скармливания рационов с различными дозами природных сорбентов на минеральный обмен в организме щенков песцов и норок;
установить степень влияния рационов с различными дозами изучаемых добавок на сохранность, физиологическое состояние, морфологические и биохимические показатели крови зверей;
определить влияние изучаемых кормовых факторов на морфо-функцио-нальное состояние внутренних органов песцов и норок;
изучить влияние природных минеральных сорбентов на динамику тяжелых металлов в органах и тканях пушных зверей;
дать экономическое обоснование производства шкурок при использовании в рационах молодняка норок и песцов природных сорбентов;
на основании результатов научно-хозяйственных опытов провести их производственную проверку и разработать техническую документацию на использование природных сорбентов в рационах пушных зверей.
Научная новизна. В представленной работе решена крупная научная проблема, имеющая важное народно-хозяйственное значение. Впервые научно и экономически обоснована технология кормления молодняка песцов и норок с использованием добавок природных минеральных сорбентов (цеолитсодержа-щего мергеля и глины Татарско-Шатрашанского месторождения, цеолитового туфа Холинского месторождения, бентонитовой глины Верхне-Нурлатского месторождения, диатомитовой породы Инзенского месторождения). Определены оптимальные дозы скармливания природных минералов при выращивании норок и песцов.
Экспериментально обосновано и доказано, что применение природных сорбентов в рационах позволяет оптимизировать кормление, улучшить морфологические и биохимические показатели крови, структурно-функциональное состояние внутренних органов, положительно влиять на пищеварение, обмен и использование питательных и минеральных веществ у норок и песцов, способствует профилактике экзогенных микроэлементных токсикозов (токсикопатий) и выведению из организма тяжелых металлов, повышению объемов производства пушнины, качества шкурок и рентабельности клеточного пушного звероводства. Установлены особенности пищеварения, состояние белкового и мине-
рального обмена, биохимического статуса и морфо-функционального строения органов пищеварения у пушных зверей при использовании в рационах природных минеральных сорбентов. Эти разработки являются важным вкладом в проблему совершенствования теории и практики кормления пушных зверей и производства шкурок в условиях Среднего Поволжья.
Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. Звероводству предложены дополнительные резервы увеличения производства пушнины в условиях Среднего Поволжья путем совершенствования технологии кормления молодняка норок и песцов с использованием в рационах оптимальных доз природных минеральных сорбентов Российской Федерации, которые повышают продуктивные показатели пушных зверей и снижают себестоимость шкурковой продукции. Так, включение в состав рационов 0,5% и 1,0% от массы корма цеолитсодержащего мергеля и глины Татарско-Шатрашанского месторождения, цеолитового туфа Холинского месторождения, бентонитовой глины Верхне-Нурлатского месторождения, диатомитовой породы Инзенского месторождения позволяет повысить среднесуточные приросты и массу норок к убою на 5,3-11,9% и песцов на 4,6-9,1%. Экономическая эффективность на 1 рубль дополнительных затрат составляет от 30,49 до 122,0 руб.
Результаты исследований апробированы и внедрены в зверохозяйствах «Кощаковский» и «Берсутский» Республики Татарстан, «Упшер» Республики Марий Эл. По результатам научных исследований разработаны, утверждены и используются в практике следующие технические условия ТУ 9291-006-27827667-2000 - «Шатрашанит» минеральная цеолитсодержащая добавка для сельскохозяйственных животных, птицы и пушных зверей; ТУ 9291-008-27827667-2000 - «Бентосмектит» - минеральная кормовая добавка для сельскохозяйственных животных, птиц и пушных зверей; получен приоритет на патент РФ № 2002126639 - кормовая добавка для сельскохозяйственных животных.
За значительный вклад и развитие гуманитарных, естественных и технических наук, разработку и внедрение принципиально новых технологий, выдаю-
щиеся производственные результаты, полученные на основе внедрения достижений науки и техники, указом Президента Республики Татарстан диссертанту в составе авторского коллектива присуждена Государственная премия Республики Татарстан 2003 года в области науки и техники и присвоено звание «Лауреат Государственной премии Республики Татарстан в области науки и техники»; «За разработку и внедрение ресурсосберегающих технологий в животноводстве с использованием местного агроминерального сырья» на Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (10-14 октября 2003 г.) автор награждена Золотой медалью и Дипломом I степени. Основные положения, выносимые на защиту:
результаты анализа химического состава, физико-механических и токсических свойств цеолитсодержащего мергеля и глины Татарско-Шатрашанского месторождения, цеолитового туфа Холинского месторождения, бентонитовой глины Верхне-Нурлатского месторождения, диатомитовой породы Инзенского месторождения характеризует их как перспективные кормовые добавки в кормлении пушных зверей, содержащие комплекс биогенных минеральных веществ и обладающих высокими сорбционными свойствами;
включение в состав рациона природных минеральных сорбентов в количестве 0,5% и 1,0% от массы корма повышает продуктивные показатели молодняка норок и песцов, что обусловлено улучшением переваримости питательных веществ, использования азота и оптимизацией минерального обмена в их организме;
применение добавок природных минералов при выращивании щенков песцов и норок способствует нормализации физиолого-биохимического статуса организма и улучшает структурно-функциональное состояние органов пищеварения;
природные минеральные сорбенты способствуют выведению тяжелых металлов из организма пушных зверей, осуществляя тем самым положительную коррекцию обменных процессов и физиологического состояния животных;
производственные проверки подтверждают достоверность и объективность результатов научно-хозяйственных опытов об эффективности производства шкурок при использовании в рационах молодняка песцов и норок оптимальных доз природных сорбентов;
экономическое обоснование целесообразности применения природных минеральных сорбентов в целях повышения продуктивности песцов и норок.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на заседании президиума АН и МСХ и П РТ (Казань, 1996); I международной конференции «Актуальные вопросы зоотехнической науки и практики как основа улучшения продуктивных качеств и здоровья с.-х. животных» (Ставрополь, 2001); Всероссийской научно-практической конференции Краснодарской НИВС (Краснодар, 2001); Всероссийской научно-производственной конференции по актуальным проблемам ветеринарии и зоотехнии (Казань, 2002); международной научной конференции, посвященной 40-летию ИВМ АГАУ (Барнаул, 2002); международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию ГНУ НИИПЗК им. В.А. Афанасьева «Проблемы восстановления и дальнейшего развития клеточного пушного звероводства и кролиководства России» (Родники, Московской обл., 2002); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 10-летию АН РТ «Агроэкологиче-ские проблемы с.-х. производства в условиях техногенного загрязнения агро-экосистем» (Казань, 2002); V научной конференции «Актуальные экологические проблемы РТ» (Казань,2002); Всероссийской научно-производственной конференции «Инновационные технологии в аграрном образовании, науке и АПК России» (Ульяновск,2003); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы кормления с.-х. животных и технология кормов» (Киев, 2003); II международной научно-практической конференции, посвященной 70-му выпуску зооинженеров «Актуальные вопросы зоотехнической науки и практики как основа улучшения продуктивных качеств и здоровья животных» (Ставрополь, 2003); Всероссийской III научно-практической конференции «Перспективные направления в производстве и использовании комби-
кормов и балансирующих добавок» (Дубровицы, 2003); Всероссийской научно-практической конференции по актуальным проблемам агропромышленного комплекса (Казань,2004); международной учебно-методической и научно-практической конференции, посвященной 85-летию МГАВМ и Б им. К.И. Скрябина (Москва, 2004); научно-практической конференции, посвященной 75-летию зооинженерного факультета КГАВМ им. Н.Э. Баумана (Казань, 2005).
Публикация результатов исследований. Материалы диссертации изложены в 31 публикациях, из них научных статей 25, в том числе четыре в центральной печати, двух ТУ, двух монографиях, одном практическом руководстве, одной заявке на выдачу патента, сборниках материалов международных, российских и республиканских научных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из следующих разделов: введение, обзор литературы, материал и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, выводы, предложения производству, список литературы и приложения. Диссертация изложена на 326 страницах компьютерного текста, содержит 70 таблиц, 16 рисунков. Список литературы включает 471 источник, в том числе 76 иностранных авторов.
Биологические особенности физиологии пищеварения и кормления песцов и норок
Важнейшим фактором, оказывающим влияние на рост, развитие пушных зверей, их воспроизводительные способности, формирование волосяного покрова и качество шкурок оказывает кормление. Полноценное (сбалансированное по питательным веществам и энергии) питание позволяет реализовать на практике генетически обусловленный уровень продуктивности зверей, является основой профилактики заболеваний обмена веществ и эффективного их лечения. При этом необходимо учитывать биологические потребности в питательных веществах и энергии, сезонную периодичность жизненных функций и обмена веществ. У норок и песцов производственно-биологические периоды протекают в одни и те же сезоны, с одинаковой последовательностью, поэтому их потребности в питательных веществах и энергии подчинены сходным закономерностям. Однако строение органов пищеварения и, следовательно, характер переваривания корма у этих видов пушных зверей имеет некоторые различия (Ильина Е.Д., 1975; Беляев Д.К., 1976; Колосов A.M. и др., 1979; Перельдик Н.Ш. и др., 1981; Абрамов М.Д., 1981; Милованов Л.В., 1981; Лоенко Н.Н., 1984; Neil М., 1986; Ахметов И.З., 1991; Яппаров А.Х., 1992, 1994; Мухамедя-нов И.М. и др., 1999; Демина Т.М., 2001; Тютюнник Н.Н., 2001; Куликов В.Н, 2006).
Процесс одомашнивания хищных зверей продолжается несколько десятилетий. За этот период разведения в неволе пушные звери сохранили в основном физиологические особенности и динамический стереотип своих предков - сезонность размножения, характер пищеварения и интенсивность обмена веществ (Берестов В.А., 2002; Эрнст Л.К., Тютюнник Н.Н, 2002).
В естественных условиях обитания хищные пушные звери питаются в основном животными кормами. Это наложило свой отпечаток на строение черепа, зубов и различных отделов пищеварительного тракта. Ротовая полость облада ет относительно малой вместимостью, в результате чего пища почти не пережевывается, а сразу же проглатывается. Вследствие анатомического строения желудка - его малого объема, тонких эластичных стенок - пища в нем не размельчается и не стирается.
Длина кишечника у хищных зверей значительно короче, чем у травоядных. У норок его длина 140-180 см. Отделы кишечника переходят один в другой без заметного изменения диаметра кишечной трубки. Отношение длины тела к длине кишечника у зверей семейства куньих колеблется от 1:4-5, собачьих 1:6. Малая длина кишечника у хищных зверей обусловливает быстрое прохождение пищи по желудочно-кишечному тракту. Непереваренные остатки съеденного корма появляются в кале норки спустя 1,5-2 ч, песца - 6,5-8 ч после кормления. Полностью переваривается пища у норок через 15-20 ч, у песцов через 24-30 ч (JaroszSJ., 1996).
Для нормальной жизнедеятельности, функционирования всех систем организма и формирования меха пушным зверям необходимо поступление определенного уровня энергии, протеина, жира, углеводов, витаминов и минеральных веществ.
Источником энергии для пушных зверей служат органические вещества корма. В кормлении пушных зверей за единицу энергетической питательности приняты 1 и 100 ккал обменной энергии. Потребность в энергии зависит от уровня обмена веществ в организме, физиологического состояния, температуры воздуха и других факторов. На 1 г прироста норки расходуют со второй половины июня 4 ккал, в июле - 5, августе - 7, сентябре - 9 и октябре около 10 ккал обменной энергии (Балакирев Н.А., 2001; Берестов В.А., 2002).
Исследований по научному обоснованию потребности песцов в энергии проведено мало. Имеющиеся данные свидетельствуют, что по типу обмена веществ и характеру питания песцы близки к серебристо-черным лисицам. Однако в связи с высоким многоплодием и повышенной энергией роста молодняк песцов обладает более интенсивным энергетическим обменом по сравнению с лисицами в среднем на 33-34% (Поздняков Е.В., 1954; Фирстов А.А., 1964; Ша-рафетдинов Р.К., 2003).
Незаменимым элементом питания зверей является протеин. Уровень и качество его в рационах должны соответствовать биологическим особенностям зверей, направлению и уровню их продуктивности, физиологическому состоянию (Берестов В.А., 2002). Сложившаяся в процессе эволюции высокая потребность пушных зверей в протеине обеспечивается в основном белком животного происхождения. Для расщепления мясных и рыбных кормов в пищеварительном канале 2-х месячных норок и песцов уже присутствует целый набор проте-олитических ферментов. В процессе одомашнивания хищные пушные звери все больше приспосабливаются к смешанным рационам из кормов растительного и животного происхождения с постепенным снижением уровня животного протеина (Цветкова В.А. и др., 1984; Олейник В.М., 1982, 1984; Олейник В.М., Ба-рабаш Б.А., 2000; Олейник В.М. и др., 2001).
В звероводстве было проведено много исследований по разработке и оптимизации протеинового питания песцов и норок (Абрамов М.Д., 1974; Афанасьев В.А., Перельдик Н.Ш., 1966; Казаков М.И. и др., 1973; Самков Ю.А., Коршунов С.С., 1979; Перельдик Д.Н. и др., 1981). В настоящее время считается, что потребность молодняка норок в протеине с июля по октябрь составляет 8-9 г на 100 ккал обменной энергии. По данным Н.Ш. Перельдика, Г.Г. Беседи-ной (1978), О.В. Растимешиной (1976) высокие показатели по росту молодняка и качеству шкурок обеспечивают рационы с более низким содержанием протеина 6-7 г на 100 ккал обменной энергии при условии, если в кормовых смесях достаточное количество энергии и незаменимых аминокислот. В рационах молодняка песцов норма протеина в рационах составляет 7,5-8,5 г на 100 ккал корма.
Характеристика природных минеральных сорбентов (вулканогенные и осадочные цеолиты, цеолитовые и бентонитовые глины, диатомиты)
Проблема изучения и использования природного адсорбционного сырья относится к числу наиболее приоритетных в отрасли неметаллических полезных ископаемых. Связано это с уникальными физико-химическими и адсорб-ционно-структурными свойствами, позволяющими использовать их в качестве эффективных адсорбционно-фильтрующих материалов в различных технологических процессах осушки и очистки газов, масел, сиропов, питьевых и сточных вод; в мероприятиях по экологической реабилитации загрязненных радионуклидами почв и вод с целью получения экологически чистой продукции растениеводства и животноводства; в качестве кормовых добавок, стимулирующих рост животных и их устойчивость к заболеваниям, как удобрений (кремнеземистых, магнезиальных, калийных), а также матрицы при создании органомине-ральных смесей, жидких удобрений и т.д. (Плюснин А.Н.и др., 1977; Овчаренко Ф.Д. и др., 1980; Прида В.А.и др., 1980,1991; Белевцева А.Н., 1986; Гумбаридзе Н.П. и др., 1986; Лапшин С.А. и др., 1 986; ДистановУ.Г., 1 991; Кальницкий Б.Д., Кузнецов С.Г., 1996; Козлов В.В., 1999). Большим достоинством природных адсорбентов является дешевизна, что открывает широкие возможности для их использования.
Классификация природных сорбентов. В группу природных адсорбентов принято относить горные породы, в которых определяющую роль играют минералы с высокими адсорбционными, ионообменными, каталитическими и фильтровальными свойствами. Наиболее интересны среди них цеолиты, опал-кристобалитовые породы (опоки, трепелы, диатомиты), бентониты, палыгор-скитовые глины и сепиолиты, глаукониты, вермикулиты, перлиты и цеолитсо-держащие кремнистые породы. Полезные свойства рассматриваемых пород неоднозначны, они зависят как от содержания породообразующих минералов, так и от особенностей их кристаллоструктурного состояния (Берент Н.Е., 1970; Грабовенский И.И., Калачнюк Г.И., 1984; Дистанов У.Г., Конюхова Т.П., 1990; Остапенко П.Е. и др., 1995; Гамко А.Н., 1997; Mumton F., Fischman Н., 1974; BarrerR.M., 1980; Bauer B.N., 1989).
По характеру кристаллической структуры и проявлению адсорбционных и других свойств природные адсорбенты подразделяются на две группы: 1) с кристаллической структурой слагающих их минералов и 2) с аморфной гелево-пористой структурой (табл.1). В пределах первой группы выделяются подгруппы: а) с каркасной структурой цеолитового типа и б) с ленточно-слоистой и слоистой структурой как разбухающих, так и неразбухающих глинистых минералов. Характерной особенностью подгруппы «а» слагающих их породообра
зующих минералов является жесткая трехмерная кристаллическая решетка с развитой системой внутренних микропор, обуславливающих высокую адсорбционную и обменную емкость, которая реализуется во внутрикристаллических полостях и соединяющих их каналах. К подгруппе «б» относятся минералы группы смектитов и палыгорскита (основных составляющих бентонитов и па-лыгорскитовых глин). Им присуща адсорбция и ионный обмен на плоскостях слоистых агрегатов. Неразбухающими (или слабо разбухающими) являются глаукониты и вермикулит, обладающие преимущественно ионообменными свойствами.
Во второй группе аморфных природных адсорбентов выделяют: а) силикатные адсорбенты опалового типа, в основе которых лежит молекулярный обмен, обусловленный поверхностно-гидроксильными активными центрами. Для данного типа промышленное значение как адсорбенты имеют опалкристобали-товые породы - диатомиты, опоки, трепелы; б) алюмосиликатные адсорбенты, представляющие природную смесь твердого геля (в основном гидроксидов кремния и алюминия) (Остроумова Г.В., 1979; Паничев A.M., Попов А.П., 1990; Конюхова Т.П., Дистанов У.Г. и др., 2000). К ним можно отнести бокситы и ал-лофаны. Различия в минеральном составе и кристаллоструктурных особенностях находят отражение в изменчивости величины адсорбционной емкости у различных видов природных адсорбентов и кинетики процессов адсорбции.
Таким образом, одни виды природных сорбентов можно отнести к минеральным образованиям с поверхностно-активными свойствами, обязанными взаимодействию частиц адсорбента с гидроксильными группами (кремнеземистые, алюмосиликатные с расширяющейся слоистой структурой). Другие могут вступать также непосредственно в реакцию в основе катионного обмена и рассматриваться как ионообменники (цеолиты, палыгорскиты, бентониты, глаукониты). Диапазон их промышленного использования более широк и разнообразен. Адсорбенты с расширяющейся слоистой структурой (с высокой степенью набухания) представляют интерес как стабилизаторы суспензий (бентониты, палыгорскиты). Некоторые разности природных адсорбентов в силу своей реакционной способности могут быть активными наполнителями различных композиционных материалов (Дубинин М.М., 1972; Унифицированные методы..., 1979; Дистанов У.Г., 1991; Отчет геолнеруд, 1995).
Цеолиты - это микропористые каркасные алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов кристаллической структуры, содержащие каналы и пустоты, занятые крупными ионами и молекулами воды. Последние имеют значительную свободу движения, что приводит к ионному обмену и обменной дегидратации. Первичной строительной единицей цеолитового каркаса является тетраэдр, центр которого занят атомом кремния и алюминия, а в вершинах расположены четыре атома кислорода.
Цеолитсодержащая мергельно-кремнистая порода (мергель) Татарско-Шатрашанского месторождения
Природные цеолиты являются водными каркасными алюмосиликатами щелочных и щелочноземельных металлов. К настоящему времени практическое значение имеют месторождения диагенетических и гидротермальных цеолитов, которые можно объединить в три основных геолого-промышленных типа: вулканогенный, вулканогенно-осадочный и осадочный.
Цеолитсодержащие породы Татарско-Шатрашанского месторождения относятся к осадочному типу. Общие запасы и ресурсы сырья составляют 325,7 млн.м3. Основными породослагающими компонентами являются цеолит, который представлен гейландит-клиноптилолитом (15-25%), кальцит (15-40%), глинистые минералы (20-30%), опал-кристобалит-тридимитовая фаза (25-35%), кварц, глауконит и полевые шпаты (3-10%) (табл. 14). Несмотря на относительно невысокое содержание цеолита, наличие в породах других адсорбционно-, ионообменно- и биоактивных минералов (опал-кристобалит, монтмориллонит, тонкодисперсный кальцит, глауконит) делает их сопоставимыми по качеству с богатыми цеолитовыми рудами вулканического происхождения.
Химический состав является одним из важных показателей качества цеолит-содержащего сырья. Так, от соотношения кремния к алюминию и катионного состава цеолитов зависят их ионообменные свойства, термо- и кислотоустойчивость и ряд других технологических характеристик. Содержания определяющих оксидов цеолитсодержащих пород находятся в следующих пределах (% масс): Si02 30,16-75,06, в том числе Si02 аморф. 4,31-41,28, Ті02 0,03-0,51, А1203 1,79-12,74, Fe203 общ. 0,85-6,16, МпО менее 0,01-0,04, СаО 2,29-31,89, MgO 0,2-3,62, К20 0,41-2,47, Na20 0,02-0,58, Р205 0,05-0,43, п.п.п. 7,57-31,39, в том числе С02 6,66-18,01.
Значительные колебания содержания основных компонентов вполне закономерны и объясняются изменениями содержания породообразующих минералов по разрезу продуктивной толщи месторождения (Цеолитсодержащие породы Татарстана..., 2001). Количество микроэлементов в цеолитсодержащей породе Татарско - Шатрашанского месторождения близко к показателям в аналогичных породах других месторождений европейской части России. Отличия же от цеолитовых пород вулканического происхождения заключаются в том, что концентрации большинства микроэлементов в цеолитсодержащей породе Татарско - Шатрашанского месторождения несколько понижены: олова, галлия, меди, циркония, стронция - в 2 раза; бериллия, марганца, иттрия, иттербия - в 3 раза ; мышьяка, свинца, бария - в 6-7 раз. Несколько повышенный уровень (в 1,6-2,5 раза) имеют ванадий, никель, хром и бор.
В пробе цеолитсодержащей породы Татарско-Шатрашанского месторождения (табл. 14), использованной в опытах, наибольший удельный вес занимали следующие элементы (%): Si - 27,0, А1 - 7,6, Fe - 3,5, Р - 0,03, Mg - 3,5, Са -13,5, Na - 0,6, К - 2,5. Содержание микроэлементов составило (мг/кг): Си - 34, Zn - 40, Мп - 180, Со - 17. Количество токсичных элементов в породе не превышает максимально допустимый уровень при кормлении животных и составляет (мг/кг): As - 28, Cd - 0,1, Сг - 5, Ni - 10, Pb - 10, Sn - 3, Sr - 490, Hg - 0,06, F - 630. Суммарная эффективная активность естественных радионуклидов (А эфф.) 226Ra, 232Th, 40К составляет 118-163 Бк/кг, что позволяет отнести эту породу к I классу применения, то есть считать пригодной во всех возможных видах использования.
Адсорбционные свойства пород зависят от их адсорбционно-структурных характеристик, определяемых в свою очередь видом породослагающих минералов-сорбентов (цеолит, монтмориллонит, опал-кристобалит и др.) и структурными особенностями пород. Для цеолитсодержащих мергелей Татарско-Шатрашанского месторождения данные показатели находятся в следующих пределах: плотность истинная - 2,1-2,45 г/см , плотность кажущаяся - 1,08-1,16 г/см3, общая пористость - 47-54%. Суммарная катионообменная (ионообменная) способность цеолитсодержащих мергелей - 23-30 мг-экв/100 г. Основная роль в обмене принадлежит кальцию (88 %).
Влияние природных сорбентов на элиминацию тяжелых металлов из организма зверей
Избыточные количества тяжелых металлов, выбрасываемые во внешнюю среду в результате работы промышленных предприятий, являются одними из наиболее опасных токсикантов. Тяжелые металлы обладают высокой миграционной способностью, склонностью к биоаккумуляции и специфическим токсическим действием. Попадая в корма и продукты питания, они ухудшают их санитарные качества, а при содержании выше МДУ представляют опасность для здоровья животных и человека. К токсичным микроэлементам относятся ртуть, свинец, фтор, кадмий, бериллий, мышьяк, хром и алюминий (Авцын А.П. и др., 1991; Тютиков С.Ф. и др., 1997, 1999; Толкачев И.С. и др., 1999). Однако вместе с тем установлено, что высокая токсичность этих микроэлементов не исключает их биологической эссенциальности. Так, во всех группах периодической системы Менделеева обнаружены элементы, стимулирующие рост и выживаемость животных. К ним относятся литий, титан, галлий, германий, рубидий, цирконий, сурьма, барий, золото, ртуть и многие элементы из семейства ланта-нидов (Friden Е., 1984).
В последние годы установлено, что для выведения токсических веществ из организма животных весьма целесообразно применять природные сорбенты минерального происхождения. Благодаря строго определенным размерам пор внутренних полостей эти минералы обладают молекулярно-ситовыми свойствами. Они являются хорошими адсорбентами для многих неорганических и органических веществ, способны поглощать и выводить из организма токсичные продукты пищеварения и токсичные вещества, вносимые с кормом. Вместе с тем, нельзя не учитывать тот факт, что сами природные сорбенты содержат в своем составе почти все элементы периодической системы Менделеева и поэтому могут быть для животных источниками различных ультрамикроэлементов, в том числе и высокотоксичных.
Однако в доступной нам литературе мы не нашли данных по влиянию природных сорбентов на обмен вышеназванных микроэлементов в организме пушных зверей. В связи с этим, в своих исследованиях мы изучили некоторые аспекты данной проблемы.
Опыт II. Скармливание рационов, обогащенных различными дозами цео-литсодержащего мергеля, способствовало изменению содержания тяжелых металлов в органах и тканях норок (табл. 37). При этом аккумуляция этих микроэлементов в бедренной кости, бедренной мышце и печени была неодинаковой.
По нашим данным, природные сорбенты способствовали, в основном, снижению содержания тяжелых металлов в организме норок. Так, в бедренной кости норок, получавших ЦМ, концентрация стронция уменьшилась на 10,22-21,13 мг/кг (7,5-15,5%), мышьяка - 0,86-2,33 мг/кг (16,3-44,3%), хрома 1,06-1,64 мг/кг (24,8-38,3%), свинца - на 0,71-1,02 мг/кг (23,9-34,3%). В пробах бедренной мышцы содержание стронция уменьшилось на 0,31-0,47 мг/кг или 45,6 69,1%, мышьяка - 0,06-0,09 мг/кг или 42,9-64,3% (Р 0,05), хрома 1,05-1,11 мг/кг или 67,7-71,6 % (Р 0,01), свинца (III и IV группа) - на 0,12-0,19 мг/кг или 20,0-31,7%). В пробах печени, концентрация стронция уменьшилась на 0,17-0,42 мг/кг (12,5-30,9%), мышьяка - 0,02-0,08 мг/кг (10,0-40,0%), хрома (III и IV группа) - 0,30-0,46 мг/кг (44,1-67,6%), свинца - на 0,16-0,26 мг/кг (31,4-50,9%). Однако по содержанию олова в бедренной кости и бедренной мышце зверей, получавших ЦМ наблюдалась обратная закономерность.
Данные химического анализа проб органов и тканей вполне согласуются с результатами балансового опыта (табл.38).
Из группы тяжелых металлов нами был изучен баланс олова, стронция, мышьяка, хрома и свинца. Исследованиями установлено, что при добавке в корм цеолитсодержащего мергеля в количестве 0,5%, 1,0% и 1,5% от массы корма, потребление олова у зверей, соответственно по группам, увеличилось на 0,027 мг, 0,034 и 0,033 мг, стронция - 0,64 мг, 2,03 и 3,22 мг, мышьяка - 0,181 мг, 0,383 мг (III и IV группа), хрома - 0,247 мг, 0,248 и 0,384 мг, свинца - на 0,046 мг, 0,174 и 0,287 мг.
Олово Расчет баланса олова показал, что у зверей, получавших сорбент, выделение этого элемента с калом увеличилось на 0,023-0,030 мг (Р 0,01), а с мочой - было примерно на уровне контроля. Однако в связи с большим поступлением олова с кормом, его удержание в организме норок, получавших добавку ЦМ, достоверно увеличилось по сравнению с контрольными зверями на 0,004 мг (II группа), 0,005 мг (III и IV группы). В расчете от принятого с кормом, удержание олова у норок II группы составило 10,87%, III группы - 11,32% и IV группы - 11,54%, что превышает контрольные данные на 5,61%, 6,06% и 6,28%. Стронций Нами установлено, что выделение стронция из организма норок происходило через желудочно-кишечный тракт в составе кала. При этом у зверей, получавших рацион с сорбентом, экскреция элемента с калом была достоверно выше, чем у контрольных норок. Так, при добавке в рацион цеолитсодержащего мергеля в дозе 0,5% выделение стронция из организма зверей увеличилось на 0,65 мг (Р 0,05), 1,0% - на 2,16 мг, 1,5% - на 3,79 мг (Р 0,01). Удержание элемента в теле норок I и II группы было примерно одинаковым 0,17-0,18 мг, а у зверей III группы уменьшилось до 0,05 мг. У норок IV группы баланс стронция был отрицательным и составил - 0,39 мг (-5,30%).
Мышьяк У контрольных норок с калом выделилось 0,038 мг, у зверей II группы (0,5% ЦМ) - 0,058 мг, III группы (1,0% ЦМ) - 0,186 мг и IV группы (1,5% ЦМ) - 0,311 мг мышьяка. Экскреция элемента с мочой соответственно по группам составила 0,028 мг, 0,023 мг, 0,097 мг и 0,151 мг. Абсолютное удержание мышьяка у контрольных норок составило 0,087 мг в сутки, а у зверей остальных групп уменьшилось до 0,016 мг (Р 0,01), 0,051 мги 0,074 мг. В расчете от принятого количества мышьяка его использование у зверей, получавших сорбент, по сравнению с контрольными норками достоверно уменьшилось на 40,37-43,05%. Так у норок II группы этот показатель составил 16,49%, III группы - 15,27% и IV группы - 13,81% (Р 0,01).
Похожие диссертации на Природные минеральные сорбенты в оптимизации кормления молодняка песцов и норок
