Мультипроект ОМ • Включайтесь!
2020.07.04 · 19:28 GMT · КУЛЬТУРА · НАУКА · ЭКОНОМИКА · ЭКОЛОГИЯ · ИННОВАТИКА · ЭТИКА · ЭСТЕТИКА · СИМВОЛИКА ·
Поиск : на сайте


ОМПубликацииБюллетень ЭКОКУЛЬТЭкопром • Новации
2012 — Синдирева А.В. — Эколого-физиологические критерии нормирования содержания микроэлементов в трофических цепях
.
Сетевое издание по вопросам экологической культуры
Бюллетень ЭКОКУЛЬТ
ЭКОПРОМ • НОВАЦИИ


Синдирева
Анна Владимировна

доцент кафедры «Экология и биология»
Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина,
кандидат сельскохозяйственных наук


Эколого-физиологические критерии
нормирования содержания микроэлементов
в трофических цепях


Одной из неотложных задач охраны природы является разработка системы нормативов, которые могли бы эффективно использоваться для контроля химического состава объектов окружающей среды. В различных экосистемах в результате антропогенного воздействия возникают территории с избытком ряда элементов, которые могут оказать токсическое воздействие на живые организмы. В то же время для системы почва–растение–животное опасны провинции и с недостатком химических элементов. В связи с этим возникает необходимость разработки интегрированных критериев для прогноза и нормирования содержания и действия химических элементов в трофических цепях с учётом конкретных экологических условий.
Объектами исследования являлись овощные и кормовые культуры, выращиваемые в условиях моделирования антропогенного поступления кадмия, никеля, цинка, селена на лугово-чернозёмной почве южной лесостепи Омской области. Дозы внесения микроэлементов рассчитаны с учётом установленных ПДК и их фактического содержания в почве и соответствуют 0,5; 1; 2 ПДК.
Для каждого из изученных микроэлементов на основе проведённых исследований была разработана модель прогноза их действия в системе почва–растение–животное.

Первичным звеном для оценки являлась почва. При этом оценивали не только химический состав почвы, но и её биологическую активность. Известно, что для определения нормативов содержания микроэлементов в почве в первую очередь следует руководствоваться их подвижными, доступными для растений формами. В рамках проведённых многолетних исследований при моделировании поступления Cd, Ni, Zn, Se в почву разработаны коэффициенты «b» интенсивности изучаемых микроэлементов на химизм лугово-чернозёмной почвы. Так, при внесении 1 кг/га кадмия, никеля, цинка, селена содержание подвижных форм этих элементов увеличивается соответственно в среднем на 0,011; 0,005; 0,011; 0012 мг/кг слоя почвы 0-30 см. Кроме того, дополнительно внесённые микроэлементы способны изменять подвижность других химических элементов, что с точки зрения экологии почв является немаловажным. Представленные коэффициенты позволяют прогнозировать содержание подвижных форм микроэлементов в случае их дополнительного поступления при антропогенной деятельности (формула 1).
(1)
Сн = Сф + D × b
где:
Сн, Сф – накопленное (Сн) и фоновое (Сф) содержание подвижной формы микроэлемента в почве, мг/кг сухого вещества;
D – доза поступившего элемента, кг/га;
b – коэффициент интенсивности действия единицы поступившего микроэлемента в почву.

Установленные закономерности влияния поступивших элементов на их мобильность в почве имеют особое значение для проведения экологического мониторинга почв и прогноза накопления химических элементов при антропогенном поступлении микроэлементов.
Для предотвращения загрязнения почв, они должны быть подвергнуты жёсткому контролю для сохранения их нативных свойств. В данном случае необходимо использовать довольно чувствительные тесты. Учитывая, что наиболее информативными показателями являются азотфиксация, ферментативная активность, дыхание и другие процессы, связанные с биологической активностью почв, в процессе исследований изучено влияние Cd, Ni, Zn, Se на микробиологическое состояние лугово-чернозёмной почвы. В частности, наши исследования позволили установить тесные корреляционные зависимости (r = 0,7-0,95) между уровнем селена в почве и численностью ряда агрономически важных микроорганизмов (на МПА, КАА, олигонитрофилов, целлюлозоразрушающих, нитрификаторов, грибов). Реакция микробного сообщества на дополнительное поступление микроэлементов неоднозначна и в значительной мере определяется биохимическим механизмом воздействия конкретного элемента, его дозой, видом организма и другими факторами. На основании проведённых исследований и установленных зависимостей определено, что для большинства микроорганизмов оптимальными уровнями содержания селена в почве являются 2,5-10 мг/кг, с увеличением концентрации селена до 80 мг/кг почвы снижается численность микроорганизмов, изменяется интенсивность и направленность процессов трансформации биогенных элементов и органического вещества в почве. Всё это в дальнейшем сказывается на химическом составе лугово-чернозёмной почвы, и, как следствие, на урожайности и качестве растениеводческой продукции.
Нормирование содержания микроэлементов в растениеводческой продукции должно преследовать две цели: агрономическую и санитарно-гигиеническую. Агрономическая цель нормирования состоит в том, чтобы связать урожай с содержанием в почве подвижной формы микроэлементов. Санитарно-гигиеническая цель нормирования связана с регламентацией потребления микроэлементов с растительной пищей человеком (животными) [1].
Исследования показывают, что действие химических элементов на урожайность сельскохозяйственных культур во многом определяется культурой, химическим элементом, его дозой, метеорологическими условиями года. В условиях проведённых экспериментов установлены оптимальные соотношения элементов, при которых отмечена наибольшая продуктивность. В таблице 1 данное соотношение показано на примере культур столовой свеклы и моркови, выращенных в условиях применения кадмия, никеля, цинка.

Таблица 1.

Оптимальное соотношение химических элементов в столовой свекле и моркови
Культура Оптимальное соотношение
Макроэлементов Микроэлементов
Надземная масса
Свекла N = 3,4 × P = 0,7 × K Zn=45×Cd=8,3×Ni=3,9×Cu=7×Pb
Морковь N = 4,2 × P = 0,7 × K Zn=42×Cd=8,1×Ni=4,4×Cu=5×Pb
Корнеплод
Свекла N = 2,9 × P = 0,7 × K Zn=56×Cd=8,3×Ni=3,4×Cu=7×Pb
Морковь N = 1,9 × P = 0,4 × K Zn=52×Cd=8,3×Ni=2,7×Cu=6×Pb

Увеличение урожайности сельскохозяйственных культур при внесении микроудобрений не может быть свидетельством пригодности их в пищу. Это связано с различной толерантностью растений к накопленному избытку химических элементов. Например, растения могут быть толерантны к такому количеству тяжёлых металлов в своих тканях, который рассматривается как, безусловно, опасный для здоровья человека и животных [1]. Поэтому значительное внимание при прогнозе действия микроэлементов должно уделяться гигиенической оценке растениеводческой продукции, и в первую очередь, микроэлементному составу. В условиях моделирования содержания микроэлементов в границах от 0,5 до 2 установленных ПДК в почве рассчитаны коэффициенты «b» интенсивности их действия на химизм произрастающих на лугово-чернозёмной почве растений. Полученные нормативы позволяют прогнозировать содержание исследуемых микроэлементов в случае дополнительного поступления микроэлементов в почву (формула 2).
(2)
J = D × b
где:
J – накопление микроэлемента в растении, мг/кг сухого вещества;
D – доза поступившего элемента в почву, кг/га;
b – коэффициент интенсивности действия единицы поступившего элемента в растение.

В частности, для корнеплодов столовой свеклы коэффициенты «b» составляют по кадмию, никеля, цинку соответственно 0,0067; 0,12; 0,13 мг/кг, для моркови bCd = 0,0019, bNi = 0,03, bZn = 0,079 мг/кг.
Наши исследования показали, что при внесении расчётных количеств Cd, Ni, Zn, Se в почву наблюдается изменение содержания элементов в кормовых и овощных культурах по сравнению с контролем, превышение ПДК наблюдается только по кадмию. Причём за счёт явлений антагонизма-синергизма изменяется весь химический состав растений. Поэтому можно предположить, что даже если содержание микроэлементов не превышает ПДК, но выше фоновых концентраций в растении, это тоже может представлять определённую опасность при введении данной продукции в пищу животным и человека.
В связи с этим были проведены исследования по моделированию поступления микроэлементов в организм лабораторных животных (крыс) и изучению распределения их по органам.
При этом животные были разделены на группы согласно вариантам полевых опытов с внесением в почву микроэлементов.
Поскольку одним из основных депо микроэлементов являются печень и почки, необходимо определить их содержание именно в этих органах. Наши исследования показали, что наибольшее количество кадмия отмечено у крыс, потреблявших корма, выращенные с применением Cd в дозе 2 ПДК (группа «Cd 2 ПДК»): в печени содержание этого элемента выше уровня контроля в 2,5 раза, а в почках – в 5 раз.
В печени животных группы «Zn 2 ПДК» содержание цинка выше уровня контроля на 37%. Наибольшее накопление цинка в почках отмечено у животных групп «Zn 1 ПДК» и «Zn 2 ПДК» и превышает аналогичный показатель у животных контрольных групп в среднем на 25-27%.
Проведённые нами исследования по моделированию действия селена в системе почва–растение–животное позволили установить наиболее тесную взаимосвязь между уровнем его поступления с кормами и содержанием микроэлемента в сыворотке крови. В сыворотке животных опытных групп «Se 1 ПДК» и «Se 2 ПДК» отмечали превышение содержания этого элемента по сравнению с контролем в 3,2 и 3,7 раза соответственно.
Знание закономерностей накопления и поведения микроэлементов в трофических цепях позволит установить критерии токсического действия микроэлементов на организм животных, что в дальнейшем может стать основой для нормирования их содержания в системе почва–растение–животное.
Совместно с сотрудниками Института Ветеринарной медицины и Медицинской академии исследовали структурные и биохимические изменения органов белых беспородных крыс.
Одним из перспективных направлений работы по оценке степени реакции всей системы клеточного метаболизма у организмов под влиянием отдельных микроэлементов, является изучение процессов перекисного окисления липидов. Они постоянно протекающих в живой клетке при её нормальной жизнедеятельности и являющихся «откликом» на окислительный стресс, возникающий при изменении условий окружающей среды.
В эритроцитах крови, печени, почках определяли активность ферментов антиоксидантной защиты (СОД, каталазы, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы), а также продукты перекисного окисления липидов.
Установлено, что высокое содержание микроэлементов селена, кадмия, никеля, цинка (свыше 1 ПДК) в почве приводит к нарушению энергетического обмена в организме, усилению процессов липопероксидации мембранных структур, и в последствии к разрушению клеток. Проведенные биохимические исследования нашли подтверждение при гистологическом исследовании органов животных.
Полученные данные позволили найти критические уровни содержания микроэлементов в растениеводческой продукции, вызывающие воспалительные процессы в местах их первичного проникновения и деструктивные изменения в органах, установить молекулярные механизмы токсического действия ряда микроэлементов, а также наметить пути их детоксикации.
Таким образом, установленные закономерности действия микроэлементов в системе почва–растение–животное и разработанные критерии и параметры содержания элементов в компонентах трофических цепей являются теоретической основой для формирования комплекса природоохранных мероприятий, направленных на оптимизацию элементного статуса объектов окружающей среды, растений, животных и в конечном итоге человека.

___________________________
1. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. – Новосибирск: Наука, 1991. – 151 с.

© А.В. Синдирева, 2012
адрес эл.почты автора: sindireva72@mail.ru



УДК 631.8:631.95
Опубликовано:

01.10.2012
Бюллетень ЭКОКУЛЬТ • Рубрика «Идеи и концепции»

 
 
Автор : Синдирева Анна Владимировна  —  Каталог : Экопром • Новации
Все материалы, опубликованные на сайте, имеют авторов (создателей). Уверены, что это ясно и понятно всем.
Призываем всех читателей уважать труд авторов и издателей, в том числе создателей веб-страниц: при использовании текстовых, фото, аудио, видео материалов сайта рекомендуется указывать автора(ов) материала и источник информации (мнение и позиция редакции: для порядочных людей добрые отношения важнее, чем так называемое законодательство об интеллектуальной собственности, которое не является гарантией соблюдения моральных норм, но при этом является частью спекулятивной системы хозяйствования в виде нормативной базы её контрольно-разрешительного, фискального, репрессивного инструментария, технологии и механизмов осуществления).
—  tags: контроль, микроэлементы, природоохранные мероприятия, нормативы
OM ОМ ОМ программы
•  Программа TZnak
•  Дискуссионный клуб
архив ЦМК
•  Целевые программы
•  Мероприятия
•  Публикации

сетевые издания
•  Альманах Эссе-клуба ОМ
•  Бюллетень Z.ОМ
мусейон-коллекции
•  Диалоги образов
•  Доктрина бабочки
•  Следы слова
библиособрание
•  Нообиблион

специальные проекты
•  Версэтика
•  Мнемосина
•  Домен-музей А.Кутилова
•  Изборник вольный
•  Знак книги
•  Новаторство

OM
 
 
18+ Материалы сайта могут содержать информацию, не подлежащую просмотру
лицами младше 18 лет и гражданами РФ других категорий (см. примечания).
OM
   НАВЕРХ  UPWARD