Міграція важких металів у біотехнологічній системі з виробництва м’яса курчат-бройлерів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство аграрної політики України

Білоцерківський державний аграрний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

03.00.20 - Біотехнологія

Міграція важких металів у біотехнологічній системі з виробництва м'яса курчат-бройлерів

Куркіна Світлана Василівна

Біла Церква 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Білоцерківському державному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник доктор сільськогосподарських наук, доцент Розпутній Олександр Іванович, Білоцерківський державний аграрний університет, завідувач кафедри безпеки життєдіяльності

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, доцент Цехмістренко Світлана Іванівна, Білоцерківський державний аграрний університет, професор кафедри органічної та біологічної хімії;

кандидат сільськогосподарських наук Таргоня Василь Сергійович, Український науково-дослідний інститут по прогнозуванню та випробуванню техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва, завідувач лабораторії наукових досліджень біотехнологічних процесів

Провідна установа Державний науково-дослідний контрольний інститут ветеринарних препаратів і кормових добавок Міністерства аграрної політики України, м. Львів.

Захист дисертації відбудеться 2 липня 2002 року о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 27.821.01 в Білоцерківському державному аграрному університеті за адресою: 09117, м. Біла Церква, Соборна площа, 8/1, в ауд. 14

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Білоцерківського державного аграрного університету.

Автореферат розісланий “30” травня 2002 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,доцент Малина В.В.

1. Загальна характеристика роботи

біогенний птиця бройлер мідь

Серед окремих галузей тваринництва найбільш динамічною його складовою частиною виступає птахівництво. Ця галузь тваринництва є основним виробником у світі відносно дешевих та біологічно повноцінних харчових продуктів для людини [Семенчук В., 2001; Сахацький М., 2001; Мельник Ю.Ф., Степаненко І.А., 2001]. Тому в умовах відродження тваринництва України птахівництву буде приділятися особлива увага. При цьому збільшення виробництва продукції птахівництва буде здійснюватися на основі промислових технологій з подальшою інтенсифікацією галузі [Семенчук В., 2001]. Діяльність потужних птахокомплексів спричинила ряд зоотехнічних, ветеринарних і екологічних проблем. Розв'язання цих проблем у промисловому птахівництві сприятиме підвищенню продуктивності птиці, одержанню доброякісної продукції і забезпечуватиме належний екологічний стан у місцях функціонування великих птахогосподарств [Паникар И.И., 1988; Лукьянова В.Д., 1989 ].

Актуальність теми. Сучасне сільське господарство функціонує в умовах постійно зростаючого техногенного впливу на різні об'єкти біосфери, що негативно позначається на діяльності агросистем. На стан довкілля справляє негативну дію і саме сільськогосподарське виробництво. Це зумовлено тим, що існуючі на сьогоднішній день промислові технології в аграрному секторі народного господарства передусім спрямовані на одержання значної кількості продукції тваринництва і птахівництва. Тому постає питання розв'язання екологічних проблем шляхом розробки відповідних технологій знешкодження токсичних речовин і окремих хімічних елементів через регуляцію їх міграції організмом тварин та птиці, використання біотехнологічних підходів до переробки відходів тваринництва і птахівництва. Вирішення цих проблем вимагає проведення глибоких теоретичних досліджень, спрямованих на з'ясування показників трансформації і біоконверсії різних сполук в організмі птиці. Ця проблема є особливо гострою в умовах діяльності великих спеціалізованих птахогосподарств, де у біологічний кругообіг залучаються великі кількості кормів, що призводить в подальшому до нагромадження значних обсягів посліду і породжує питання його раціонального використання та утилізації. Щоб зменшити негативний вплив на довкілля таких господарств, слід ураховувати буферні можливості даних агросистем щодо переробки відходів, а також не допускати порушення природного кругообігу хімічних елементів. Тобто, діяльність агроекосистем з інтенсивним птахівництвом має максимально враховувати принципи функціонування природних екосистем.

Серед різних хімічних елементів, наявних у складі кормів та води, які трансформуються в органи і тканини організму птиці і переходять у склад посліду, особлива роль належить важким металам. Темпи розсіювання і залучення цих елементів у біогенний кругообіг за останні десятиріччя значно зросли, а їх надзвичайно високий вплив на живі організми дає підставу віднести їх до особливо небезпечних забруднювачів біосфери. Це зумовлено тим, що важкі метали характеризуються високою токсичністю при низьких концентраціях, акумулюються в окремих ланках трофічного ланцюга людини і тварини і створюють довготривалу реальну небезпеку існуванню цих організмів. Тому в програмах щодо глобального моніторингу ці елементи і їх сполуки визнані такими, що потребують першочергового контролю [Munn R. E., 1973].

У практиці годівлі сільськогосподарських тварин і птиці окремі метали (метали-мікроелементи) широко використовуються як незамінні фактори живлення. У біогенному кругообігу знаходяться також метали, які справляють чітко виражену токсичну дію на організм птиці (кадмій, свинець). Вивчення показників трансформації важких металів при діяльності біотехнологічних систем з виробництва продукції птахівництва, якими виступають потужні птахокомбінати, дозволить з'ясувати ряд питань щодо інтенсивності міграційного процесу важких металів, якості продукції птахівництва та екологічної ситуації за цими показниками в агроекосистемах. Ці дослідження необхідні також для визначення оптимальних навантажень поголів'я птиці на 1 га сільськогосподарських угідь при утилізації відходів, а також для розробки нових біотехнологічних методів переробки посліду.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є частиною теми, що виконувалася у Білоцерківському державному аграрному університеті на замовлення Міністерства аграрної політики України впродовж 1999-2001 років (№ держреєстрації 0199U002433).

Мета і задачі дослідження. Метою нашої роботи є оцінка стану біогенної міграції важких металів у великих птахокомбінатах з виробництва м'яса курчат-бройлерів, з'ясування ролі організму птиці у біотрансформації металів для підготовки пропозицій щодо забезпечення екологічного благополуччя при функціонуванні даних біотехнологічних систем. Для досягнення цієї мети були визначені наступні завдання:

- оцінити надходження важких металів (міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю) при водоспоживанні птахокомбінату з виробництва м'яса курчат-бройлерів у розрахунку на 1 голову за період вирощування і в розрахунку на повну потужність промислового комплексу - 3 млн курчат-бройлерів на рік;

- визначити концентрацію важких металів у компонентах комбікормів, а також у складі повнораціонних кормосумішок, що використовуються на промисловому птахокомбінаті, і вивчити надходження важких металів у складі повнораціонних комбікормів у біотехнологічну систему з виробництва м'яса курчат-бройлерів у розрахунках на 1 голову і на повну потужність промислового птахокомбінату;

- розрахувати сумарні показники залучення важких металів з комбікормами і водою у біотехнологічну систему з виробництва м'яса курчат-бройлерів у розрахунках на 1 голову і на повну потужність комплексу, дати оцінку цим джерелам надходження важких металів у біотехнологічну систему;

- визначити вміст важких металів в органах і тканинах курчат-бройлерів після завершення вирощування та сумарний вміст окремих металів в організмі птиці;

- розрахувати коефіцієнти біотрансформації міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю із комбікормів і води за час вирощування одного курчати-бройлера в умовах промислової технології та встановити кількість важких металів, які містилися у комбікормах і воді, що були витрачені на вирощування 1 голови і елімінувалися із організму птиці;

- вивчити концентрацію важких металів у посліді з пташників птахокомбінату з урахуванням системи утримання курчат, а також при зберіганні його у гноєсховищі;

- дослідити вміст рухомих форм важких металів у ґрунтах сільськогосподарських угідь та у рослинницькій продукції у зоні діяльності птахокомбінату з виробництва м'яса курчат-бройлерів;

- на основі отриманих результатів науково обґрунтувати стан трансформації важких металів у біотехнологічній системі з виробництва м'яса курчат-бройлерів, дати пропозиції виробництву щодо навантаження поголів'я курчат-бройлерів на одиницю площі сільськогосподарських угідь для утилізації посліду за вмістом важких металів.

Об'єкт дослідження - закономірності міграції важких металів в умовах функціонування біотехнологічної системи з виробництва м'яса курчат-бройлерів.

Предмет дослідження - комбікорми, вода, органи і тканини курчат-бройлерів, послід, ґрунт, рослини, в яких визначали вміст важких металів.

Методи дослідження - елементи системного аналізу для характеристики функціонування окремих ланок біотехнологічної системи з вирощування курчат-бройлерів;

хімічний аналіз для визначення кількісних показників умісту важких металів в елементах біотехнологічної системи;

математично-статистичний аналіз для об'єктивного обґрунтування кількісної оцінки отриманих експериментальних даних;

розрахунковий - визначення максимального навантаження поголів'я птиці на одиницю площі сільськогосподарських угідь для утилізації посліду за вмістом важких металів.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше було отримано дані щодо надходження міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю у складі комбікормів і води в організм курчат-бройлерів за час вирощування в умовах промислової технології. Визначені показники вмісту важких металів у різних органах і тканинах організму курчат-бройлерів. Розраховані коефіцієнти біотрансформації важких металів із кормів та води в організм птиці за виробничий цикл вирощування в умовах промислової технології. Доведено, що діяльність біотехнологічної системи з виробництва м'яса курчат-бройлерів супроводжується залученням у біогенний кругообіг значних кількостей важких металів, основна частка яких потрапляє у послід. На основі одержаних результатів обґрунтовується необхідність посилення уваги до вмісту важких металів у посліді птиці з біотехнологічної системи, що вивчається, з тим, щоб його використання як добрива було безпечним з погляду екологічного благополуччя. Вперше розроблені екологічно безпечні орієнтовні норми навантаження поголів'я птиці на одиницю площі сільськогосподарських угідь для утилізації посліду за вмістом важких металів.

Практичне значення одержаних результатів. Дослідженнями доведено, що біотехнологічна система з виробництва м'яса курчат-бройлерів є потужним локальним джерелом надходження важких металів, зокрема міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю із кормів через послід у навколишнє середовище. При проектуванні і розміщенні птахівничих комплексів необхідно розраховувати їх потребу щодо використання площі сільськогосподарських угідь для утилізації відходів за вмістом важких металів. Обов'язковою умовою функціонування цих біотехнологічних систем є наявність достатньої площі сільськогосподарських угідь під внесення посліду. Одержані вперше коефіцієнти біотрансформації міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю із комбікормів в організм птиці за час вирощування в умовах промислової технології виявилися досить низькими. Це підтверджує необхідність розробки методів підвищення біологічної доступності міді, цинку і марганцю із комбікормів, що дозволить знизити кількість внесення у премікси їх неорганічних сполук (особливо міді та цинку), які закуповуються за кордоном і є гостродефіцитними в Україні. Виконані дослідження показали необхідність проведення моніторингу за динамікою вмісту важких металів у ґрунтах сільськогосподарських угідь та якісними показниками рослинницької продукції у зоні функціонування промислових птахокомплексів. На основі одержаних результатів підготовлені і видані методичні рекомендації щодо контролю за біогенною міграцією важких металів у біотехнологічних системах з виробництва м'яса курчат-бройлерів. Ці дані слід використовувати при плануванні розвитку птахівництва та здійсненні природоохоронних заходів у зонах інтенсивного птахівництва.

Особистий внесок здобувача. Весь обсяг експериментальних досліджень за темою дисертаційної роботи, добір та аналіз даних літератури, статистична обробка та теоретичне обґрунтування одержаних результатів, їх аналіз виконані здобувачем особисто. Програма наукових досліджень розроблялася разом з науковим керівником.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися на засіданнях ученої ради зооінженерного факультету і факультету ветеринарної медицини Білоцерківського державного аграрного університету (1999-2001), на науково-методичній раді Державного департаменту ветеринарної медицини Міністерства аграрної політики України (1999-2001), міжнародній науково-практичній конференції “Дослідження молодих учених у вирішенні проблем тваринництва” (м. Вітебск, 2001), на 67-й науковій конференції молодих учених, аспірантів та студентів Українського державного університету харчових технологій (м. Київ, 2001), науковій конференції аспірантів Вінницького державного аграрного університету “Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи” (м. Вінниця, 2001), на IV міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих учених Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” “Екологія. Людина. Суспільство” (м. Київ, 2001), 13-й міжнародній міжвузівській науково-практичній конференції “Нові фармакологічні засоби у ветеринарії” (м. Санкт-Петербург, 2001), науковій конференції молодих учених зооінженерного факультету, присвяченій 90-річчю з дня народження доктора біологічних наук, професора Смирнова І.В. (м. Біла Церква, 2001), міжнародній науковій конференції “Сучасна аграрна наука: напрямки, проблеми і шляхи їх вирішення”, присвяченій 120-річчю від дня заснування ветеринарної школи у Львові (м. Львів, 2001), міжнародній науковій конференції “Біологічні основи підвищення продуктивності тварин” (м. Львів, 2001), науковій конференції “Нові методи дослідження у тваринництві” (м. Харків, 2001).

Публікації. Основні положення і результати досліджень опубліковані у 15 наукових працях, у тому числі 9 статей у збірниках наукових праць і 5 - у матеріалах конференцій; за результатами досліджень видані методичні рекомендації.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, загальної методики та основних методів досліджень, результатів досліджень, узагальнення результатів дослідження, висновків, пропозицій виробництву, списку використаної літератури, додатків. Робота викладена на 152 сторінках комп'ютерного набору, містить 8 рисунків, 17 таблиць, 4 додатки. Список літератури включає 228 джерел, у тому числі - 32 на іноземних мовах.

1. Загальна методика і основні методи досліджень

Дослідження проводилися у відкритому акціонерному товаристві “Птахокомбінат “Бершадський” Вінницької області (потужність 3 млн курчат-бройлерів). Це господарство є спеціалізованим підприємством з виробництва м'яса птиці. Виробничий процес вирощування курчат-бройлерів триває 42 дні. Наприкінці виробничого циклу середня жива маса бройлерів дорівнює 1,8 кг. Годівля курчат-бройлерів здійснюється повнораціонними комбікормами. Витрати корму становлять 2,3 кг на виробництво 1 кг пташиного м'яса.

При проведенні великомасштабних досліджень у спеціалізованих птахогосподарствах, що функціонують за промисловою технологією, необхідно брати до уваги певні особливості. У цьому зв'язку вивчення стану біогенної міграції важких металів в умовах функціонування потужної біотехнологічної системи з виробництва м'яса птиці має ґрунтуватися на даних середньозважених величин щодо характеристики однієї голови птиці і на використанні системного аналізу.

На основі принципів системного підходу нами запропонована блок-схема функціонування біотехнологічної системи з виробництва м'яса курчат-бройлерів. Згідно з нею ця біотехнологічна система має вхід і вихід, що дозволяє прослідкувати за напрямом міграційних процесів важких металів в окремих її ланках. Важливими ланками на вході у систему є повнораціонні комбікорми та вода, які залучаються для годівлі та напування птиці. Тому вивчення вмісту металів у комбікормах (компонентах комбікормів) і воді, а також урахування їх витрат при діяльності птахокомплексу дозволяє оцінювати як джерела і величини надходження важких металів, так і роль окремих компонентів кормосумішок у цьому процесі. Потребує значної уваги з'ясування ролі організму курчат-бройлерів у міграції важких металів як основного елементу біотехнологічної системи. Щоб дати характеристику вмісту окремих металів в організмі птиці у цілому, необхідно визначити показники концентрації важких металів у окремих органах, тканинах та частинах тіла вирощеної птиці, з'ясувати масу цих органів і тканин та розрахувати вміст кожного металу в окремому органі та тканині організму. Після цього можна визначити загальний вміст важких металів в організмі однієї птиці і, узагальнивши отримані дані, з'ясувати роль курчат-бройлерів у трансформації певних елементів.

У процесі життєдіяльності із організму птиці виділяються екскременти у вигляді посліду, тому вивчення концентрації важких металів у посліді курчат-бройлерів і урахування кількісних показників утворення цих відходів протягом року дозволяє характеризувати величини міграції важких металів. У зв'язку з тим, що послід в подальшому використовується як органічне добриво і надходить в ґрунти сільськогосподарських угідь, необхідна оцінка залучення важких металів при виробництві рослинницької продукції через характеристику таких елементів цієї системи, як ґрунт та рослини.

Дослідження виконані у 1999-2001 роках. У ВАТ “Птахокомбінат Бершадський” проведені науково-виробничі досліди з метою оцінки стану біотрансформації важких металів при діяльності комплексу та при вирощуванні курчат-бройлерів. На основі раніше поданої блок-схеми функціонування біотехнологічної системи з виробництва м'яса курчат-бройлерів здійснювався систематичний відбір комбікормів, компонентів комбікормів, води, що використовуються у господарстві. Було проведено відбір під час забою органів і тканин вирощених курчат-бройлерів. У період вирощування курчат-бройлерів періодично відбирався послід з приміщень і з гноєсховища птахокомбінату.

Польові досліди проведені у зоні діяльності птахокомбінату. За дослідний варіант було взято поле, яке з самого початку функціонування комплексу (15 років) використовувалося для утилізації посліду як добрива. Як контрольний варіант служило поле, розташоване на відстані 2 км від комплексу і до складу господарства залучене у 1999 році на правах оренди після розпаювання землі сусіднього колективного господарства. На контрольне поле періодично вносився підстилковий гній великої рогатої худоби і мінеральні добрива. На фоновому і дослідному полях відібрали ґрунтові зразки по шарах (5 середніх зразків із кожного шару через 20 см до метрової глибини). У період збирання врожаю з контрольного і дослідного варіантів, де вирощувалася озима пшениця, з кожної ділянки відбиралося по 5 середніх зразків рослин (зерно, солома).

Після відбору дослідний матеріал (комбікорми, компоненти комбікормів, вода, органи і тканини курчат-бройлерів, послід, ґрунт, рослини) доставляли в НДІ екології і біотехнології у тваринництві Білоцерківського державного аграрного університету, де проводили хімічний аналіз. Зразки кормів, води, органів і тканин, зерно і солому, послід висушували (випарювали воду) при температурі +105°С до абсолютно сухої речовини, потім спалювали у муфельній печі при температурі не вище +450°С. Золу зразків кормів, тканин і органів курчат-бройлерів, води, посліду, рослин розчиняли при підігріванні у 6н розчині соляної кислоти, розбавляли бідистильованою водою, фільтрували і використовували для визначення вмісту важких металів.

У зразках ґрунту визначали вміст рухомих форм важких металів і реакцію середовища. Для вилучення рухомих форм металів із ґрунту застосовували як екстрагент 1н розчин соляної кислоти у співвідношенні ґрунт і розчин 1:10. Концентрацію важких металів у підготовлених кислотних витяжках з різного дослідного матеріалу визначали методом полуменевої атомно-абсорбційної спектрофотометрії на приладі ААS-3. Показники концентрацій важких металів біометрично обробляли. Вірогідність різниці оцінювалася за допомогою коефіцієнта t розподілу Стьюдента.

Результати досліджень

1. Роль води у міграції важких металів при функціонуванні птахокомбінату з виробництва м'яса курчат-бройлерів

На великих птахівничих комплексах вода використовується у великих кількостях, що вимагає з'ясування питань міграції важких металів у складі води. Нами вивчено вміст важких металів у воді, яка використовується на птахокомбінаті. Результати цих досліджень показали, що за вмістом сухого залишку, міді, цинку, марганцю і свинцю вода, що використовується у господарстві, відповідає вимогам державного стандарту (ГОСТ 2874-82). Концентрація кадмію, у питній воді поки що не регламентується державним стандартом. ВОЗ визначила гранично допустиму концентрацію цього елемента у питній воді - 10 мкг/л. Воду птахокомбінату за цим показником слід вважати доброякісною.

Витрати води на одне курча за виробничий цикл вирощування становили 33 л, у тому числі на напування - 11 л, на технологічні потреби - 22 л. На підставі даних щодо використання води і концентрації в ній важких металів визначені показники надходження важких металів у складі води. Загальна кількість металів, що залучаються у міграційний процес у складі води при діяльності птахокомбінату протягом року, характеризується наступними величинами (г): міді - 263,54; цинку - 1448,37; марганцю - 2038,61; кадмію - 8,28 і свинцю - 116,52. При цьому у складі води, яка витрачається на напування птиці, зосереджено 30,3% від загальної кількості важких металів у воді, що витрачається протягом року у господарстві.

Оцінюючи в цілому надходження важких металів у складі води у біотехнологічну систему з виробництва м'яса курчат-бройлерів, слід зазначити, що їх величини є відносно незначними і не можуть істотно вплинути на стан загальної міграції металів. Проте оскільки важкі метали постійно надходять в об'єкти навколишнього середовища, слід і надалі проводити контроль за вмістом цих металів і величиною їх міграції при виробництві продукції птахівництва.

2. Надходження важких металів у складі комбікормів при виробництві м'яса курчат-бройлерів

Із комбікормів окремі речовини та хімічні елементи трансформуються до складу організму птиці та посліду. Це потребує з'ясування надходження важких металів з комбікормами в організм курчат-бройлерів. Годівля курчат на птахокомбінаті проводиться за прийнятими програмами по трьох періодах виробничого циклу вирощування. Окремі важкі метали (мідь, цинк, марганець) спеціально додаються у комбікорми через премікси для стимулювання метаболізму і, відповідно, для підвищення біоконверсії поживних речовин корму у склад речовин органів і тканин птиці. Тому потрібно вивчати стан надходження важких металів у складі комбікормів у відкриту систему, якою є організм птиці.

У зв'язку з цим ми визначили концентрацію важких металів в основних компонентах кормосумішок та у повнораціонних комбікормах, що згодовуються курчатам-бройлерам на промисловому птахокомбінаті.

Поряд з вивченням вмісту важких металів у компонентах комбікормів, які використовуються для приготування кормосумішок, нами вивчено вміст важких металів у повнораціонних комбікормах для курчат-бройлерів (табл. 1). Як показують дані, у комбікормах найбільше містилося цинку та марганцю. Їх рівень у кормосумішках у розрахунку на суху речовину був вищим за 100 мг. Це зумовлено тим, що комбікорми збагачуються металами-мікроелементами (мідь, цинк, марганець) за рахунок преміксів.

Таблиця 1 Вміст важких металів у комбікормах, що згодовуються курчатам-бройлерам на птахокомбінаті “Бершадський”, Mm, n=9

Кадмій не є есенційним фактором живлення птиці, а тому у комбікорми потрапляє за рахунок різних компонентів кормосумішок. Його рівень у комбікормах виявився найменшим з усіх досліджуваних важких металів. Свинець, як і кадмій, відомий своїм токсичним впливом на живі організми. Концентрація свинцю у проаналізованих комбікормах виявилася у 2 - 3 рази вищою за вміст кадмію.

Проаналізовані комбікорми характеризуються високим рівнем забезпеченості металами-мікроелементами (мідь, цинк, марганець). Це сприяє нормальному метаболізму та високій продуктивності птиці. Комбікорми для курчат-бройлерів за вмістом важких металів були доброякісними (Хмельницький Г.О. зі співавт., 1998).

На основі витрат комбікормів за виробничий цикл вирощування курчат-бройлерів та даних концентрацій важких металів у кормосумішках, призначених для різних періодів визначено вміст важких металів у складі кормів, що згодовуються птиці. На підставі отриманих даних розрахували величину залучення важких металів через комбікорми при функціонуванні птахокомплексу протягом року. Загальні витрати комбікормів на вирощування 3 млн птиці дорівнюють 10983 т або майже 11 тисяч тонн. За рік через комбікорми для курчат-бройлерів у дану біотехнологічну систему надходить (кг): міді - 131,7, цинку - 1109,7, марганцю - 1075,5, кадмію - 1,17, свинцю - 2,97. Це свідчить, що через корми залучаються досить значні кількості цинку, марганцю і міді. Щодо кадмію і свинцю, то кількість їх надходження через корми значно менша, порівняно з металами-біотиками.

Визначені показники надходження важких металів у складі комбікормів в організм птиці за період вирощування потребують урахування їх при біогенній міграції.

3. Вміст важких металів в організмі курчат-бройлерів

Організм курчат-бройлерів виступає останньою ланкою у трофічному ланцюзі і є відкритою системою, в яку з кормами і водою надходять різні речовини та хімічні елементи. Тому з'ясувати роль птиці у міграційному процесі важких металів в умовах діяльності промислових птахокомбінатів можна лише визначивши величини вмісту цих елементів у самому організмі курчат. Визначення концентрації важких металів у різних органах і тканинах птиці з урахуванням маси органів дозволяє розрахувати сумарний вміст важких металів в організмі курчат після вирощування.

З токсикологічної точки зору концентрація важких металів в органах і тканинах, що використовуються як продовольча сировина, була нижче регламентованих гранично допустимих концентрацій (ГДК) [Медико-биологические требования…, 1990].

На основі даних визначення маси органів, частин тіла курчат і концентрації в них важких металів проведені розрахунки вмісту міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю як в окремих органах і частинах тіла, так і в цілому в організмі курчат після вирощування. Отримані результати, де узагальнено абсолютний вміст важких металів та розподіл їх між окремо взятими частинами організму курчат (тушкою, групою внутрішніх органів і групою інших органів), наведені у таблиці 2.

Аналіз даних таблиці 2 показує, що основна кількість металів зосереджена в тушці, відносна частка маси якої становить 80,1% від загальної маси курчати. Так, вміст міді у тушці становить 66,6%, цинку - 75,9, марганцю - 56,9, кадмію - 77,3, свинцю - 46,8% від їх загальної кількості в організмі

Таблиця 2 Показники абсолютного і відносного розподілу вмісту важких металів в організмі одного курчати-бройлера

птиці. Виходячи із загального вмісту важких металів, що визначений за їх кількістю в органах, тканинах і частинах тіла курчат-бройлерів після вирощування в умовах промислового птахокомбінату, слід зауважити, що ця сумарна кількість металів зменшується у наступній послідовності: цинк > марганець > мідь > свинець > кадмій.

На основі отриманих даних були проведені розрахунки вмісту важких металів в організмі курчат-бройлерів, що вирощуються на комплексі. При повній потужності промислового птахокомплексу (3 млн курчат-бройлерів на рік) ці величини становили (г): міді - 1380; цинку - 86580; марганцю - 2670; кадмію - 105 та свинцю - 321. Такі показники характеризують стан акумуляції важких металів в організмі курчат-бройлерів за виробничий цикл їх вирощування на птахокомбінаті протягом року і дозволяють оцінити загальний міграційний потік важких металів та роль у ньому організму птиці.

4. Оцінка вмісту важких металів у посліді птиці на птахокомплексі з виробництва м'яса курчат-бройлерів

Екскременти тварин і птиці є ланкою в міграційному процесі хімічних елементів, на яку ще недостатньо звертається увага при виробництві продукції тваринництва і птахівництва. Тому ми згідно з блок-схемою функціонування біотехнологічної системи з виробництва м'яса курчат-бройлерів дослідили роль посліду в кругообігу важких металів в умовах інтенсивного ведення птахівництва.

На птахокомбінаті використовуються технології вирощування курчат з клітковим та підлоговим утриманням птиці. Нами визначена концентрація важких металів в посліді з пташників і гноєсховища. За величинами концентрації в посліді, метали розміщувались у наступній послідовності: цинк > марганець > мідь > свинець > кадмій. Це збігається з послідовністю концентрацій цих металів у повнораціонних комбікормах (табл. 2), що свідчить про взаємозалежність показників концентрацій окремих металів у відходах з їх вмістом у кормах.

Одержані нами показники щодо концентрації важких металів у посліді курчат-бройлерів наближалися до середніх значень вмісту металів у посліді птахівничих господарств Росії, які наведені В.Лисенком (2001). Основний шлях використання посліду на сьогоднішній день - це внесення його у ґрунти як швидкодіючого органічного добрива (Карасюк І.М.зі співавт., 1995). Послід з пташників використовується як сировина для біотехнологічних методів переробки (вермикультивування, метаногенез, вирощування личинок синантропних мух та водоростей тощо) (Герасименко В.Г.,1986).

Отримані нами дані щодо вмісту важких металів у посліді курчат-бройлерів при порівнянні з наведеними гранично допустимими концентраціями їх у ґрунті, які затверджені Міністерством охорони здоров'я колишнього СРСР (мг/кг ґрунту: свинцю - 20, кадмію - 3, цинку - 85, марганцю - 1500) показують, що використання відходів птахівництва як добрив не дає таких величин концентрацій свинцю, кадмію і марганцю. Виняток становить лише цинк, концентрація якого у посліді була більшою у два рази за ГДК у ґрунті. Однак, за рахунок ефекту розбавлення концентрації металів у посліді при внесенні у ґрунт, це не викликає занепокоєння.

При функціонуванні птахокомбінату “Бершадський” протягом року нагромаджується близько 10 тис. т посліду. Виходячи з цього, у посліді буде міститися така кількість важких металів (кг): міді - 191,0; цинку - 1852,0; марганцю - 1767,0; кадмію - 2,0; свинцю - 40,0. Це підтверджує, що послід є важливою ланкою у міграційному процесі важких металів. Тому використання посліду як органічного добрива чи сировини для переробки біотехнологічними методами (вермикультивування, метаногенез, вирощування водоростей тощо) потребує врахування надходження важких металів у наступні ланки біогенної міграції цих елементів.

5. Характеристика вмісту рухомих форм важких металів у ґрунті сільськогосподарських угідь в зоні функціонування птахокомплексу

Нами проведено вивчення вмісту рухомих форм важких металів у ґрунтах сільськогосподарських угідь, які розташовані біля птахокомплексу. Тип ґрунту на досліджуваних полях - чорнозем опідзолений. Були вивчені концентрації рухомих форм важких металів, які вилучаються 1н розчином соляної кислоти у ґрунтовому профілі (0-100 см) контрольного та дослідного полів по шарах через 20 см. Водночас визначили рН водної витяжки ґрунту в цих зразках.

Реакція середовища водної витяжки із ґрунту контрольного і дослідного полів змінювалася від слабокислої до слаболужної (значення рН від 6,7 до 7,8) в глибину ґрунтового профіля, що створює умови, які стримують вертикальну міграцію важких металів. Істотної різниці між аналогічними шарами ґрунтового профілю контрольного і дослідного поля за значенням рН водної витяжки ґрунту не виявлено. Це пояснюється тим, що чорноземи мають досить значні буферні властивості, які підтримують постійне значення рН.

Різниця між контрольним та дослідним полем за вмістом рухомої міді між аналогічними шарами ґрунту мала вірогідну величину лише в шарі 80-100 см (Р<0,005), де цього металу було більше у ґрунті контрольного поля. Вміст рухомої міді у ґрунті коливався в межах від 3,7 до 6,1 мг/кг повітряно сухої маси. Показник вмісту рухомого цинку, що вилучався 1н розчином соляної кислоти із ґрунту, наближався до показників вмісту рухомої міді. Різниця між контрольним і дослідним полями за вмістом рухомих форм цинку спостерігалася в шарах 0-20 см (Р<0,005), 20-40 см (Р<0,05), 80-60 см (Р<0,05). У перших двох шарах дослідного поля його вміст у ґрунті був вищим, а у шарі 80-100 см - нижчим порівняно із контрольним варіантом. Показники вмісту рухомого марганцю були значно вищими порівняно із вмістом рухомих форм міді та цинку у ґрунті. Різниця між контрольним і дослідним полем за вмістом рухомого марганцю між аналогічними шарами ґрунту спостерігалася у шарі 0-20 см (Р<0,05), де його виявилося більше на дослідному полі. Вміст кадмію у ґрунті був найнижчим з-поміж досліджених металів (0,03-0,12 мг/кг). Вміст рухомих форм свинцю у ґрунтах контрольного і дослідного поля коливався у межах від 1,3 до 4,2 мг/кг повітряно-сухої речовини. Різниці у вмісті кадмію, свинцю в аналогічних шарах ґрунтового профілю контрольного і дослідного полів не виявлено. Таким чином, за нашими даними, систематичне внесення посліду змінює кількість рухомих форм цинку і марганцю у верхній частині ґрунтового профілю.

Оцінюючи отримані результати щодо вмісту рухомих форм важких металів у ґрунтах птахокомбінату за нормативним документом “Суцільний ґрунтово-агрохімічний моніторинг сільськогосподарських угідь України” (1994), слід вважати, що ґрунти контрольного і дослідного полів характеризувалися фоновим вмістом цинку, марганцю, кадмію. За кількістю рухомих форм міді та свинцю ґрунт обох варіантів займав проміжне місце між фоновою групою і першою групою зі слабким рівнем забруднення. Підвищений вміст рухомих форм цинку і марганцю у ґрунті дослідного поля свідчить про те, що комбікорми для курчат-бройлерів значною мірою збагачуються металами-мікроелементами, які після трансформації в організмі птиці переходять у послід, а систематичне внесення його у ґрунт призводить до нагромадження там важких металів. Це потребує у подальшому вивчення динаміки вмісту важких металів у ґрунтах сільськогосподарських угідь у зоні діяльності промислових птахокомбінатів.

6. Міграція важких металів з рослинницькою продукцією у зоні діяльності птахокомбінату

У зразках зерна і соломи пшениці з дослідного і контрольного полів визначали концентрацію важких металів. На основі даних урожайності пшениці і концентрації важких металів розрахували показники виносу цих елементів з рослинною біомасою. Різниці концентрацій важких металів у пшениці між контрольним і дослідним варіантами не встановлено. Порівнюючи отримані величини вмісту міді, цинку, кадмію і свинцю у зерні пшениці як продовольчій сировині з ГДК (Медико-биологические требования…, 1990), слід відзначити доброякісність зерна з контрольного та дослідного полів. Розглядаючи зерно і солому як корми, слід теж зазначити їх доброякісність за вмістом важких металів (Хмельницький Г.О. зі співавт., 1998). За рахунок вищої урожайності зерна і соломи пшениці на дослідному варіанті, куди систематично вносився послід з птахокомплексу, відмічається більша елімінація важких металів з 1 га дослідного поля порівняно з контрольним. Це потребує проведення моніторингу не лише за якістю продукції, але й оцінки виносу важких металів з урожаєм рослинної біомаси.

Узагальнення результатів дослідження

Інтенсифікація птахівництва і перехід його на промислову основу спонукають до з'ясування ролі великих птахокомбінатів як складних потужних біотехнологічних систем у функціонуванні агроекосистем. У зв'язку з цим постає питання щодо вивчення участі організму курчат-бройлерів у складних процесах біотрансформації і біоконверсії хімічних сполук і окремих елементів, що дозволяє глибше розкрити механізм взаємозв'язку організму птиці і об'єктів навколишнього середовища. Це необхідно для забезпечення сталого функціонування складних біотехнологічних систем з виробництва м'яса курчат-бройлерів протягом тривалого часу.

Як відзначалося нами раніше, центральним елементом у функціонуванні біотехнологічної системи з виробництва пташиного м'яса є організм курчат-бройлерів. На основі виконаних досліджень ми узагальнили середні показники надходження та вмісту цих металів в організмі однієї птиці за час її вирощування в умовах промислової технології (табл. 3).

Як видно з даних таблиці, частка надходження металів у складі питної води дуже незначна, порівняно з кормами і становить у процентах до сумарного вмісту: міді - 0,07%; цинку - 0,04; марганцю - 0,06; кадмію - 0,26; свинцю - 1,20%. Це пояснюється тим, що комбікорми для курчат-бройлерів істотно збагачуються міддю, цинком і марганцем, що збільшує їх частку надходження з кормами, порівняно з водою.

Порівнюючи вміст важких металів в органах і тканинах курчат-бройлерів із кількістю металів, що надійшли з кормами і водою за час вирощування (табл. 5), слід звернути увагу на певні закономірності. По-перше, відбувається вибіркове засвоєння окремих металів. Так, хоч кількість марганцю у складі кормів і води майже така ж як і цинку, однак вміст марганцю в організмі курчат-бройлерів у 32,4 рази менший, ніж цинку. По-друге, основна кількість металів у складі корму і води не затримується в органах і тканинах курчат-бройлерів.

Таблиця 3 Надходження важких металів в організм одного курчати-бройлера за період вирощування на птахокомбінаті “Бершадський”, мг

В останні роки для характеристики величин надходження і затримки важких металів із кормів окремими дослідниками пропонується використання інтегральних показників стану трансформації і транслокації токсичних елементів і сполук по окремих ланках харчового ланцюга. Так, Ю.І.Савченко та ін. (2000), А.В.Васильєв та ін. (1998), характеризуючи стан нагромадження і переходу радіонуклідів і важких металів із кормів у тваринницьку продукцію, використовують коефіцієнт переходу техногенних забруднювачів у молоко і м'ясо великої рогатої худоби, або показник трансформації. За коефіцієнт біотрансформації важких металів пропонується використовувати процент вмісту металу в організмі тварини від його сумарної кількості у кормах і воді, які використані за період вирощування тварин.

Нами розрахований коефіцієнт біотрансформації важких металів при вирощуванні курчат-бройлерів. Так, для курчат-бройлерів коефіцієнт біотрансформації (процент вмісту металу в організмі від його сумарної кількості у кормах і воді) порівняно невисокий і становив: міді - 1,05%, цинку - 7,80, марганцю - 0,25, кадмію - 8,95, свинцю - 10,72%. Вивчено також стан переходу важких металів в окремі частини організму птиці (тушка, група внутрішніх органів, група інших органів).

За нашими даними (див. табл. 3), кількість металів, що надходять з кормами і водою і не затримуються в організмі, становить: міді - 98,95%, цинку - 92,20, марганцю - 99,75, кадмію - 91,05, свинцю - 85,72%. Не асимільовані організмом елементи виділяються назовні з екскрементами, з яких формується послід. У зв'язку з цим проблема раціонального використання відходів промислового птахівництва потребує сьогодні комплексного розв'язання. Використання посліду має не порушувати існуючий кругообіг хімічних елементів та речовин у природних господарських системах у зоні інтенсивного птахівництва. Загалом отримані дані щодо концентрації важких металів у посліді курчат-бройлерів птахокомбінату свідчать, що при біотрансформації важких металів в організмі птиці з кормів у послід надходить велика кількість металів, насамперед міді, цинку, марганцю. Це потребує відповідального підходу до подальшого використання цих відходів як органічного добрива чи як сировини для біотехнологічних методів переробки. При цьому кількість внесення посліду необхідно нормувати з урахуванням вмісту важких металів. Вноситися має така кількість посліду, з якої важкі метали виноситимуться урожаєм, що створюватиме рівновагу (нульовий баланс) між надходженням та виносом цих елементів з ґрунтів. При нормуванні внесення відходів птахівництва слід виходити з максимальних показників виносу металів урожаєм рослин і враховувати ступінь забезпеченості ґрунтів рухомими формами важких металів. При утилізації посліду від 3 млн бройлерів на птахокомбінаті “Бершадський” за розрахунками в першу чергу по цинку потрібно мати площу 2550 га.

Це дозволятиме забезпечити стабільне функціонування інтенсивних агроекосистем та підтримувати екологічне благополуччя за вмістом важких металів.

Висновки

З інтенсифікацією птахівництва, особливо в умовах промислової технології виробництва м'яса курчат-бройлерів, постало ряд питань, серед яких важливе місце займає проблема трансформації важких металів при виробництві продукції птахівництва і з'ясування ролі птиці у біогенній міграції цих елементів з метою регулювання кругообігу цих металів за допомогою організму курчат. Результати проведених досліджень та їх аналіз дозволяють зробити наступні висновки.

1. Визначені показники трансформації важких металів - міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю в умовах діяльності біотехнологічної системи з виробництва м'яса птиці, яким є птахокомбінат з вирощування 3 млн курчат-бройлерів. Одержані результати свідчать про те, що при виробництві продукції птахівництва в біогенний кругообіг залучаються значні кількості важких металів.

2. На основі системного аналізу встановлено роль і місце основних складових елементів біотехнологічної системи з виробництва м'яса птиці (повнораціонних комбікормів та їх окремих компонентів, води, організму курчат, посліду) у біогенній міграції важких металів при діяльності промислового птахокомплексу. Одержані вперше результати щодо надходження міді, цинку, марганцю, кадмію і свинцю у складі комбікормів, води, вмісту їх в органах і тканинах організму птиці, продукції птахівництва, посліду можуть слугувати як орієнтовні норми при промисловій технології вирощування курчат-бройлерів.

3. У біотехнологічну систему з виробництва м'яса курчат-бройлерів за період вирощування 3 млн курчат-бройлерів протягом року у складі комбікормів і питної води залучається (кг): міді - 131,79, цинку - 1110,15, марганцю - 1076,13, кадмію - 1,17, свинцю - 3,01. Корми є основним джерелом надходження важких металів в організм курчат. На частку комбікормів і води припадає відповідно (процент від сумарного вмісту металу у кормосумішках і воді) : міді - 99,93 і 0,07, цинку - 99,96 і 0,04, марганцю - 99,94 і 0,06, кадмію - 99,74 і 0,26, свинцю - 98,80 і 1,20.

4. Повнораціонні комбікорми і питна вода, які використовуються на птахокомбінаті, є доброякісними за рівнем важких металів. Комбікорми характеризуються високим рівнем забезпеченості металами-біотиками (мідь, цинк, марганець). Основним джерелом надходження мікроелементів у комбікорми виступають премікси, за рахунок яких частка міді у кормосумішках від загального вмісту становить 42,8-52,4%, цинку - 59,7-68,4, марганцю - 68,7-76,7%. Рівні кадмію і свинцю в комбікормах відповідають їх вмісту в компонентах кормосумішок.

5. При вирощуванні 1 голови курчати-бройлера за промисловою технологією залучаються наступні кількості важких металів у складі комбікормів (мг): міді - 43,90, цинку - 369,90, марганцю - 358,50, кадмію - 0,390, свинцю - 0,990; у складі питної води (мг): міді - 0,03, цинку - 0,15, марганцю - 0,21, кадмію - 0,001, свинцю - 0,012.

6. Вміст важких металів в організмі курчат-бройлерів після завершення вирощування дорівнював (мг/голову): міді - 0,46, цинку - 28,86, марганцю - 0,89, кадмію - 0,035, свинцю - 0,107. Процент вмісту металів в організмі курчат-бройлерів становить: міді - 0,000026%, цинку - 0,00165, марганцю - 0,000051, кадмію - 0,0000020, свинцю - 0,0000061%.

7. Коефіцієнт біотрансформації важких металів із комбікормів і води в організм курчат-бройлерів за час вирощування в умовах промислової технології був таким: міді - 1,05%, цинку - 7,80, марганцю - 0,25, кадмію - 8,95, свинцю - 10,72%.

8. Виявлена підвищена концентрація рухомих форм металів-біотиків (цинк, марганець) у ґрунті сільськогосподарських угідь птахокомбінату, де постійно утилізується послід, потребує систематичного моніторингу за динамікою міграції важких металів у зоні діяльності промислових птахокомплексів.

9. Оптимальне навантаження поголів'я птиці на 1 га сільськогосподарських угідь, за якого при утилізації посліду як добрива не порушується екологічне благополуччя за вмістом цинку, становить 1172 курчат-бройлерів.

10. При використанні посліду як сировини при біотехнологічних методах переробки потрібно враховувати в ньому вміст важких металів, особливо металів-біотиків (мідь, цинк, марганець).

Пропозиції виробництву

При проектуванні, будівництві та експлуатації спеціалізованих птахокомбінатів з виробництва м'яса курчат-бройлерів на промисловій основі включати як обов'язковий елемент цих біотехнологічних систем достатню площу сільськогосподарських угідь для утилізації посліду. Розрахунок необхідних площ під послід птахокомплексів слід здійснювати, враховуючи вміст важких металів, що трансформуються із комбікормів і води у послід при вирощуванні курчат-бройлерів.

При застосуванні посліду птахокомплексів як органічних добрив потрібно контролювати надходження важких металів у ґрунти сільськогосподарських угідь. При використанні посліду для переробки біотехнологічними методами (метаногенез, вермикультивування, вирощування мікроводоростей тощо) слід оцінювати концентрацію важких металів у початковій сировині та кінцевих продуктах.

У зоні діяльності великих птахокомбінатів періодично здійснювати моніторинг (один раз на 5-10 років) за рівнем вмісту важких металів у ґрунтах, воді, організмі птиці, рослинах з метою збереження екологічного благополуччя і одержання якісної продукції.

Птахокомбінату “Бершадський” запропоновано збільшити площі сільськогосподарських угідь до 2550 га для безпечного використання посліду за вмістом важких металів.

Спеціалістам птахокомплексів у питаннях екологічного благополуччя довкілля пропонуємо керуватися “Методичними рекомендаціями щодо контролю за біогенною міграцією важких металів в умовах функціонування промислових птахокомплексів з виробництва м'яса курчат-бройлерів”. (Біла Церква, 2002), які підготовлені за результатами наших досліджень і затверджені Державним департаментом ветеринарної медицини Міністерства аграрної політики України 27.12.2001р.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Куркіна С.В. Надходження і розподіл вмісту важких металів в органах і тканинах курчат-бройлерів //Науково-технічний бюлетень Інституту біології тварин УААН. - Вип. 1-2. - Львів, 2001. - С.119-122.

2. Розпутній О.І., Куркіна С.В. Оцінка вмісту металів-мікроелементів у комбікормах та питній воді птахокомбінату // Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.-Вип.14.- Біла Церква, 2000. - С. 93-97. (Проведення досліджень, обробка та аналіз даних, написання статті).

3. Розпутній О.І., Куркіна С.В. Характеристика вмісту важких металів у посліді курчат-бройлерів птахокомбінату // Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.-Вип.15.- Біла Церква, 2001. - С. 139-144. (Проведення досліджень, обробка та аналіз даних, написання статті).

4. Розпутній О.І., Куркіна С.В. Показники вмісту важких металів у компонентах комбікормів для птиці // Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць.-Вип.17.- Біла Церква, 2001.- С.96-101. (Проведення досліджень, обробка та аналіз даних, написання статті).

5. Куркіна С.В., Розпутній О.І. Характеристика вмісту важких металів в органах і тканинах курчат-бройлерів // Науковий вісник Львівської державної академії ветеринарної медицини імені С.З.Гжицького - Том 3 (№3). - Львів, 2001. - С.170-173. (Проведення досліджень, обробка та аналіз даних, написання статті).

6. Розпутній О.І., Куркіна С.В. Використання системного підходу при вивченні міграції важких металів в умовах промислової технології виробництва яловичини, свинини і м'яса птиці // Науково-технічний бюлетень Інституту тваринництва УААН.- Вип.80. - Харків, 2001. - С.101-104. (Проведення досліджень, обробка та аналіз даних, написання статті).

7. Розпутній О.І., Куркіна С.В. Вміст рухомих форм важких металів у ґрунтах в зоні діяльності промислового птахокомбінату // Вісник Білоцерків. держ. аграр. ун-ту: Зб. наук. праць. - Вип. 19.- Біла Церква, 2001.- С.82-87. (Проведення досліджень, обробка та аналіз даних, написання статті).