Содержание к диссертации
Введение
1. CLASS Обзор литератур CLASS ы 7
1.1. Экологические проблемы молочного животноводства и производства молочных продуктов на современном этапе 7
1.2. Пути загрязнения тяжелыми металлами и другими вредными веществами производимого молока 14
1.3. Содержание и формы соединения микроэлементов в молоке и молочных продуктах 18
1.4. Физиологическая роль некоторых микроэлементов 26
1.5. Влияние отдельных микроэлементов на качество молока и молочных продуктов 28
1.6. Методы коррекции аномального содержания тяжелых металлов в организме животных 37
2. Собственные исследования 44
2.1. Материалы и методы исследований 44
2.2. Экологический мониторинг состояния атмосферного воздуха, воды и почв Свердловской области 48
3. Результаты исследований 60
3.1. Молочная продуктивность коров в хозяйствах исследуемых экологических зон 60
3.2. Физико-химические показатели молока 61
3.3. Биохимические показатели крови коров в обследуемых хозяйствах 63
3.4. Уровень загрязненности тяжелыми металлами кормов в зимний и летний периоды 65
3.5. Концентрация токсикантов в молоке коров исследуемых хозяйств и их переход в молочные продукты 70
3.6. Технологические свойства молока и качество полученного масла 84
3.7. Сыропригодность исследуемого молока, качество полученного сыра 86
3.8. Экономическая оценка полученных результатов 88
4. CLASS Обсуждение полученных результато CLASS в 90
5. Выводы 97
6. Практические предложения 99
Список использованной литературы 100 Приложение 123
- Пути загрязнения тяжелыми металлами и другими вредными веществами производимого молока
- Экологический мониторинг состояния атмосферного воздуха, воды и почв Свердловской области
- Уровень загрязненности тяжелыми металлами кормов в зимний и летний периоды
- Экономическая оценка полученных результатов
Введение к работе
Актуальность темы. Интенсивное освоение природных ресурсов, развитие промышленности, сельского хозяйства и другие виды воздействия человека на окружающую среду порождают необходимость комплексного использования биосферы, охраны растительного и животного мира, получение безопасных продуктов питания людей.
Состояние здоровья населения непосредственно зависит от загрязнения продовольственного сырья и продуктов питания контаминантами химической природы. Нормирование загрязнения окружающей среды, пищи и соблюдение этих норм - один из способов поддержания здоровья. Результаты анализов, поступающих из многих регионов РФ свидетельствуют, что токсические элементы обнаруживаются в 90% исследуемых продуктов питания, а пестициды в пределах 10% исследуемых проб. Содержание в продовольственном сырье и продуктах питания наиболее токсических элементов (Pb, Cd, Си, Zn, As, Hg) в недопустимых количествах не выявлено лишь на 15 территориях РФ. В целом присутствие в продуктах питания кадмия в количествах, превышающих гигиенические нормативы, выявлено на 30 территориях России. Ртуть обнаружена в 15 и свинец -в 32 регионах России (Гос. доклад "О санитарно-эпидемиологической обстановке в РФ в 1998г.)
Активная антропогенная деятельность способствует созданию техногенных биогеохимических провинций с аномальным содержанием тяжелых металлов. Ощутимый вклад в их образование вносят ртуть, свинец, кадмий, железо, цинк, медь, мышьяк, фтор. Формирование антропогенных аномалий отрицательно сказывается на здоровье сельскохозяйственных животных, а вследствии этого на продуктивности и качестве молока (В.Т. Самохин, 1992, 2000; М.И. Рабинович и
др., 1996; A.M. Емельянов и др., 1995, 1998; М.Н. Аргунов, 1997, 2000; И.М.Донник, 1998, 1999; А.Ф. Колчина, 2000; И.А. Шкуратова, 2001).
Для Уральского региона данная проблема весьма актуальна. По загрязнению воздуха и воды Урал прочно удерживает первое место в России, а по контаминации почв - второе. Только в Свердловской области функционирует 2225 промышленных предприятий, выброс загрязняющих веществ с которых в атмосферу составляет 1320,5 тыс. тонн. Допустимые концентрации в почвах кадмия здесь превышают в 6 раз, меди в 4 и свинца в 2 раза. По степени суммарного накопления тяжелых металлов 71% почв являются чрезвычайно опасными.
В данных условиях актуален вопрос проведения токсико - экологической оценки накопления в организме продуктивных животных тяжелых металлов по цепи корм - корова - продукция животноводства (молоко и молочные продукты).
Цель и задачи исследований. Целью работы явилось сравнительная оценка по молочной продуктивности коров, качеству молока и молочных продуктов, в различных экологических зонах Свердловской области и рассмотрение механизма перехода токсичных элементов ( Zn, Cd, Си, Pb) корма - животное - молоко и молочные продукты.
Для реализации указанной цели были поставлены следующие задачи:
изучить экологическую ситуацию в различных зонах Свердловской области;
оценить молочную продуктивность коров в хозяйствах, отобранных в экологических зонах;
изучить степень загрязненности кормов солями тяжелых металлов в исследуемых хозяйствах;
определить уровень содержания тяжелых металлов в производимом молоке и выработанных из него молочных продуктах (масло, сыр).
»
Научная новизна. Научная новизна данной работы состоит в том, что проведен комплексные исследования Свердловской области по степени загрязненности солями тяжелых металлов в цепи корм - молоко - молочные продукты, что дает возможность своевременно осуществлять оздоровительные мероприятия биосферы и применять соответствующие сорбенты при содержании животных с целью получения экологически чистого молока и молочных продуктов.
Практическая значимость и реализация результатов исследования. Материалы, полученные в научно-производственных исследованиях, в условиях функционирующих молокопроизводящих хозяйств, могут быть использованы для дальнейшей разработки мероприятий, сокращающих содержание тяжелых металлов в продуктах питания. В результате проведенных работ полностью подтверждается зональное разделение области (5 зон) по экологическому воздействию на биосферу, в том числе на продукцию животноводства. Основные положения, выносимые на защиту:
зональная экологическая ситуация на территории Среднего Урала;
уровень загрязненности тяжелыми металлами кормовых средств;
молочная продуктивность коров;
присутствие тяжелых металлов в полученном молоке и их переход в молочные продукты;
5. экономическое обоснование проведенного мониторинга.
Пути загрязнения тяжелыми металлами и другими вредными веществами производимого молока
Мониторинг, т.е. система постоянных наблюдений за чистотой и уровнем загрязнения продовольственного сырья и пищевых продуктов экологически вредными веществами, свидетельствует о высоких уровнях загрязненности продуктов питания токсичными химическими соединениями, не соответствию требованиям стандартов по бактериальным показателям; от 1,5 до 10% проб пищевых продуктов содержат тяжелые металлы, уз них от 2,5 до 5% в концентратах, превышающих ПДК (Н.Н. Бугреева,1995).
Экологически вредные вещества попадают в молоко и молочные продукты через корову, непосредственно из окружающей среды, а также через немолочное сырье. Влияние экологического воздействия на корову обусловлено кормами, условиями содержания и климатом. Через корма и воду в организм коровы попадают вредные вещества, накапливаемые растениями из почвы, воздуха и воды. Большинство химических токсических элементов (ртуть, кадмий, свинец, мышьяк) попадая в организм сельскохозяйственных животных концентрируются в печени, почках и мышцах. Это ведет к снижению защитных функций организма, способности обезвреживать и выводить вредные вещества, поступающие из пищеварительного тракта (В.П. Иноземцев, И.И. Балкова и др., 1990; Е.А. Печкурова, 1994).
Кроме того, при повышении концентрации токсических соединений в организме молоко коров может содержать многие вещества, которые природно не характерны для него и которые отсутствуют при идеально чистой экологической обстановке. Однако следует отметить, что согласно данным ММФ (Международной молочной федерации) при секреции молока в организме здорового животного лишь одна тысячная часть поступивших с кормом и водой металлов переходит в молоко, т.е. организм коровы является своеобразным фильтром и удерживает большую часть токсичных веществ. Но у неблагополучных по здоровью животных коэффициент фильтрации может существенно снизиться и достичь всего лишь нескольких десятков (А.В. Васильев, В.Н. Кудрявцев, И.А. Морозов, Е.Г. Краснова, 1998; А.Н. Сироткин, 2000).
В настоящее время приобретают актуальность исследования качества кормов в условиях загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами и их влияния на качество молока и молочных продукции. Особое внимание следует обратить на корма промышленного производства (комбикорма, концентраты, жмыхи), а также на различного рода кормовые добавки и стимуляторы. Важными факторами, связанными с кормами, являются условия их доставки на ферму и сроки хранения. В сухих комбикормах и концентрированных кормах может происходить заплесневение, являющееся причиной образования и накопления опасных природных канцерогенов - афлатоксинов (Н.Н. Липатов, 1989).
Между тем, исследованиями ряда ученых (A.M. Смирнов, В.Г. Тюрин, 1994; И.М. Донник, 1996; 1999; A.M. Гертман, 1997; Н.А. Иванов, 1997; Г.Н. Вяйзенен и др., 2002) отмечено, что соли тяжелых металлов, загрязняя воду и почву по миграционным источникам, через растительную пищу попадают в организм животного, где аккумулируются в основных продуктах питания человека - молоке и мясе. Известно, что с продуктами питания в организм человека поступает 40-50% вредных веществ.
Однако содержание в молоке вредных и нежелательных компонентов объясняется не только тем, что они попадают в него еще в организме коровы. В молоко могут попадать вредные вещества непосредственно из окружающей среды (Н.В. Климова, 1997; В Мойса, 2000). Интенсивность попадания их в молоко предопределяется условиями его хранения и транспортирования. Если молоко хранится в открытых резервуарах, то благодаря своим абсорбционным свойствам оно поглощает из окружающего воздуха различные содержащиеся в нем газы, пары, в том числе и вредные. В этом случае на молоко оказывают нежелательное воздействие свет, солнечная и ионизирующая радиация (В.М. Карташов, 1990; В.Г. Мухина, И.Г. Бущуева, 1998.). При перевозке большое воздействие на качество молока оказывают климатические, прежде всего температурные условия. Это означает, что молоко с момента его получения до переработки не должно иметь непосредственного контакта с окружающей средой.
Все вещества, попавшие из вне в молоко через организм коровы, при его получении, хранении, транспортировании переходят в процессе переработки в молочные продукты (О.А Гейрамович, И.Р. Давыдова, Е.В. Шепелева, 1993; В.П. Головков, 1994;). Возможность попадания вредных веществ в молочные продукты зависит от других факторов. Первый из них связан с экологической чистотой немолочного сырья, используемого при производстве молочных продуктов (соль, сахар, соки, сиропы, молокосвертывающий фермент, фрукты, мука, шоколад, кофе и многие другие продукты). Если они выработаны из сырья недостаточной экологической чистоты и в неблагополучной промышленной экологической обстановке, то они могут в большей или меньшей степени содержать вредные и нежелательные вещества, переходящие в молочные продукты. Вторым существенным фактором, обусловливающим экологическую чистоту молочных продуктов, является техника и технология, используемые для их производства (СИ. Плященко, 1993; В.В. Левицкий, СВ. Рыжов, 1997; В. Романов, 1999).
Одним из важнейших условий повышения качества молока и молочных продуктов его переработки является высококачественная очистка машин и оборудования на всех стадиях технологического процесса. Наличие загрязнения на внутренних поверхностях молокопроводящих систем в доильном оборудовании приводит к механическому и бактериальному загрязнению молока и, следовательно, к снижению его сортности и цены при реализации. В условиях машинного производства молока на ферме около 90% микрофлоры также формируется за счет загрязнения этого оборудования (Г.П. Дегтярев, 1998, 1999).
Путей, по которым используемая техника может оказать экологическое воздействие на продукт, много (К Рейли, 1985). Это прежде всего остаточная вода, используемая для мойки оборудования. Она практически полностью переходит в продукт. Важна экологическая чистота материалов, из которых оборудование изготовлено. Особенно в тех случаях, когда они содержат растворимые в молочных средах вредные примеси. Далее экологическое воздействие на продукт оказывают конструктивные особенности того или иного аппарата. В частности большое значение имеют условия контактирования в аппаратах продукта с воздухом. Если этот контакт активный и поверхность контакта достаточно большая, то многие вредные вещества из воздуха переходят в продукт (В.Д. Харитонов, Е.В. Шепелева, 1997; А.В. Сергеев, 1998). В связи с этим в последние годы все большее распространение приобретает оборудование, в котором молоко и молочные продукты не имеют контакта с воздухом, например, герметические сепараторы, емкости асептического исполнения.
Наконец, экологическое загрязнение молочных продуктов может иметь место при их хранении и реализации. Если продукты хранятся и реализуются в условиях, когда они имеют непосредственный контакт с окружающей средой, то за счет адсорбционных свойств они могут поглощать из воздуха вредные вещества (О.А. Гейрамович, Е.В. Шепелева, 1993).
Таким образом, на основе вышеизложенного можно сделать вывод о том, что механизм экологического воздействия на молоко и молочные продукты очень сложен. Он многоступенчатый и на разных этапах производства проявляется по разному. Эту особенность необходимо брать во внимание при разработке мероприятий по экологической защите молока и молочных продуктов.
Экологический мониторинг состояния атмосферного воздуха, воды и почв Свердловской области
Глубокое и целенаправленное изучение экологической обстановки на Среднем Урале (Свердловская область) наиболее интенсивно началось в конце 80-х начале 90-х годов XX столетия. К этому времени научные организации, участвующие в экологическом мониторинге обстановки в регионе, определяются с внешними , границами районов различной степени загрязненности. Так, Уральский региональный аэрокосмоэкологическии центр, выполняющий комплексные экологические исследования на территории Урала, рекомендует пользоваться установленными им картографическими районами в Свердловской области с различной экологической ситуацией (катастрофической, критической, напряженной и условно-удовлетворительной), которые районированы на основе аэрокосмических наблюдений. Специальное содержание предложенной схемы составлено по данным ландшафтно-экоиндикационного дешифрирования материалов съемок с использованием информации областного комитета по охране природы, управления лесами, станции защиты растений, Уральского территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, санитарно-эпидемиологической станции, комитета по геологии и использованию недр (1993).
Несколько позже, в конце 90-х годов, группа ученых из ИЭРИЖ РАН Большаков В.Н., Свердловской НИВС Татарчук А.Т., ИЭВС и ДВ Смирнов П.Н. и УрГСХА Донник И.М. (1999), после проведения мониторинга ряда сельскохозяйственных предприятий нескольких Уральских областей, в т.ч. Свердловской, условно выделили пять вариантов территорий, различающихся по экологической характеристике: территории, загрязненные выбросами крупных промышленных предприятий (Богословский и Уральский алюминиевые заводы, крио лотовые и асбестовые производства, металлургические комплексы); территории Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРСа) (Каменский, Камышловский, Богдановический районы); территории, испытывающие нагрузку от промышленных предприятий и одновременно находящиеся в зоне ВУРСа (г. г. Каменск-Уральский, Камышлов); геохимические провинции с высоким природным содержанием тяжелых металлов (Zn, Си, N1) в почве, воде, территории, относительного благополучия в экологическом отношении, свободные от промышленных предприятий (Красноуфимский, Нижнесергинский, Шалинский районы). И, наконец, на современном этапе (2001-2002г.г.) по данным Института глобального климата и экологии от РАН и Гидромета РФ г. Екатеринбурга (Успин » А.А., 2002) условно определены три зоны экологического загрязнения области: С высоким воздействием техногенного характера (Карпинск - Первоуральск -Екатеринбург - Асбест - К-Уральский - Артемовск), со значительным влиянием (Сухой Лог - Полевской - Бисерть) и удовлетворительным (Тавда - Туринск -Талица - Михайловск - Нижние Серги - Красноуфимск - Шаля). Естественно, что это районирование не предполагает четких границ экологических зон, а только условно-графическую схему, которая, впрочем, на 65-70% близка к истинным показателям, учитывая розу ветров, охранную деятельность и другие факторы.
Таким образом, учитывая опыт недавних и современных разработок в этом, и познакомившись с мнениями ведущих экологов Урала, мы приняли усредненный вариант, отражающий современные тенденции подхода к условно-практическому определению степени загрязнения окружающей среды (экологической ситуации) для конкретной группы сельхозпроизводителей. Было решено остановиться на 5-ти зональной градации районов области, с учетом более поздних классификаций.
В результате определены пять зон по степени экологической ситуации: I -катастрофическая, II - критическая, III - напряженная, IV - условно-удовлетворительная, V - зона относительного благополучия Рассмотрим экологическую обстановку в каждой зоне Свердловской области отдельно.
Уровень загрязненности тяжелыми металлами кормов в зимний и летний периоды
Сравнительный анализ кормов, производимых в различных хозяйствах, по концентрации в них свинца, цинка, кадмия и меди показал, что их содержание колебалось в широких пределах (таблицы 5и 6).
Результаты анализов показали, что наибольшее количество этих токсикантов содержится в кормовых продуктах катастрофической зоны (рис. 3). В остальных экологических районах области концентрация тяжелых металлов в кормах была несколько ниже.
Особенно это можно отметить по содержанию цинка и меди в кормах. Так, количество цинка в зоне повышенной техногенной нагрузки на 75,9% выше I значений зоны относительного благополучия в стойловый период и на 75,1% - в пастбищный. Меди соответственно на 85,3% и 85,7%. Наблюдаемые различия обусловлены, видимо, агрохимическими особенностями почв и культурой ведения кормопроизводства. При биометрической обработке установлено, что по потреблению Zn, Си, Cd, Pb в пастбищный и стойловый периоды достоверна, Р 0,05;Р 0,01.
Наиболее высокие концентрации цинка, свинца, кадмия и меди обнаружены в сене многолетних трав, низкие - в силосе и сене, что подтверждается исследованиями Г.Н. Вяйзенена, А.А. Федотова, А.В. Некрасова (1995), А.Н. Сироткина (1997; 2000).
В летний период, когда большую часть рациона составляют зеленые корма, содержание этих элементов заметно снижается. Эту разницу можно объяснить, по-видимому, уменьшением содержания влаги в зимних кормах, что в результате приводит к увеличению концентрации тяжелых металлов в сухом веществе.
Сопоставление содержания цинка, свинца, кадмия и меди с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) этих металлов в кормах во всех исследуемых зонах кроме катастрофической свидетельствует о том, что ни в одном из хозяйств они не превышали допустимых значений.
В районе с катастрофической ситуацией уровень цинка, кадмия и свинца в сене многолетних трав превышал нормальные значения в 1,1 (ПДК 50 мг/кг), 1,5 (ПДК 0,3 мг/кг) и 1,53 (ПДК 5 мг/кг) раза соответственно. Основной причиной повышенных концентраций токсических соединений в кормах следует считать [ максимальную загруженность данного района крупными объектами горнообогатительной, металлургической и металлообрабатывающей промышленности. И как следствие, значительные накопления промышленных отходов, загрязняющих почву, реки и озера, расположенные вблизи животноводческих объектов.
Таким образом, сравнивая результаты исследований кормов в каждой экологической зоне можно утверждать, что прослеживается тенденция постепенного снижения концентраций всех полютантов из зоны повышенной техногенной нагрузки в районы с относительно благополучной экологической ситуацией.
Экономическая оценка полученных результатов
Расчеты экономической эффективности показывают, насколько полученные результаты исследований согласуются с затратами на их получение. В молочном скотоводстве это зависит от окупаемости затрат корма на производство молока, продуктивности животных и качества молока (содержание жира и белка) (табл. 18). Из данных таблицы видно, что большее количество молока в натуральном виде, при пересчете на базисную жирность (3,5%), молочного жира и белка было получено по IV экологической зоне. С учетом того, что базисная жирность в регионе ниже, чем фактическая, во всех экологических зонах молока было больше на 373, 359, 240, 385 и 466 кг соответственно.
Количество молочного жира было выше, в тех хозяйствах, где жирность молока была больше, аналогично и по молочному белку, что отмечается в IV экозоне.
Поскольку корма занимают наибольший удельный вес в затратах на производство молока, то мы определили экономическую эффективность производства молока и его компонентов в натуральном выражении, а именно в затратах корма на их производство (табл. 19).
Полученные данные показывают, что произведенные затраты существенной разницы не имеют (при сходных удоях и уровнях кормления) и их значения находятся в оптимальных приделах. 4. Обсуждение полученных результатов
Анализируя полученные результаты исследований, следует отметить, что сложная экологическая обстановка Свердловской области существенным образом отражается на состоянии здоровья сельскохозяйственных животных и качестве продуктов животноводства.
Область имеет один из самых высоких в России (второе после Московской) уровень территориальной концентрации промышленного производства. Здесь получили развитие промышленные гиганты с потенциально вредными и опасными производствами горнорудной и металлургической промышленности, тяжелого энергетического химического машиностроения, ядерно-топливного цикла и оборонного назначения. Их удельный вес в общем выпуске товарной продукции составляет около 80%.
Использование экстенсивных методов промышленности обусловило высокий уровень загрязнения природной среды вредными ингредиентами, достигшими критических уровней в большинстве промышленных центров.
По количеству вредных выбросов в атмосферу Уральский регион стоит на первом месте среди других экономически развитых регионов страны, а на Свердловскую область приходится около трети выбросов Урала. Неблагоприятная экологическая обстановка сложилась более чем в 20-ти городах Свердловской области, а города Нижний Тагил, Екатеринбург, Каменск-Уральский включены в списки городов России с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы (В.Н. Чуканов и др., 1994; И.М. Донник, 2001).
Основная доля загрязнения атмосферного воздуха приходится на предприятия металлургического промышленности - 51,2% и теплоэнергетики - 30,4%. Ежегодно около 60% жидких и газообразных веществ выбрасывается в атмосферу области без очистки, что связано с недостаточной оснащенностью источников выделения вредных веществ очистными установками. В Екатеринбурге выбросы вредных веществ в атмосферу от стационарных источников и автотранспорта г составляют 155 тыс. т. в год, в Каменск-Уральском - 74 тыс. т. в год. В городе Асбесте эмиссия в атмосферу вредных веществ составляет 512 тыс. т. в год, что даже превышает в три раза количество вредных выбросов в Екатеринбурге (Р.К. Сигнаевский , 1993; А.Л. Анфимов, С.Н. Бадьев, Л.С. Богоцвленский, 2000). В Свердловской области ежегодно в водоемы сбрасывается 1941 млн. м3 промышленных и бытовых сточных вод, из них 836,6 млн. м3, или 42%, являются загрязненными. В настоящее время несмотря на спад промышленного производства, в области продолжается загрязнение водных источников. Характеризуя состояние земельных ресурсов, можно отметить, что 70% территорий городов Каменск-Уральского, Нижнего Тагила, Екатеринбурга, Асбеста и других по суммарному показателю загрязнения почво-грунтов в единицах фона по тяжелым металлам (21 металл) квалифицируются как значительно и сильно загрязненные. Обобщая материал по экологической характеристике территорий Свердловской области, можно отметить, что вокруг крупных горнодобывающих и перерабатывающих центров в результате активного промышленного подъема сформировались обширные антропогенные очаги загрязнения атмосферного воздуха, почв токсичными и канцерогенными химическими соединениями, углеводородами и другими вредными веществами. Установлено, что в почвах очагов загрязнения содержание вредных веществ превышает уровни предельно допустимых концентраций. Естественные защитные функции почв не выдерживают такой техногенной нагрузки, почвы деградируют, а загрязняющие вещества находясь в миграционно-подвижных формах, проникают из почв в природные воды, растения, атмосферу и в конечном итоге, в организм человека и животных (В.Н. Большаков, Ю.Ю. Дгебуадзе, Б.Р. Стриганова, 1991; СИ. Феник, Т.Б. Трофимяк, 1995; Е.И. Волошин, 1998). Поэтому проблема получения в этих условиях экологически безопасной сельскохозяйственной продукции приобретает острую актуальность.
