Тяжелые металлы в животноводстве

Обновлено: 13.05.2024

Реализация экологических проектов в животноводстве способствует повышению его продуктивности.

Урал занимает “почетные” первые места по выбросам загрязняющих веществ в окружающую среду. Объемы выбросов загрязняющих веществ в расчете на единицу общей площади региона оценивается: для Челябинской области в 180…230 (кг./кв.км.), для Свердловской – в 100…130 (кг./кв.км.), а, например, для Магаданской области – в 10 кг./кв.км. Загрязняющие вещества аккумулируются в почвах, водах и в донных отложениях водоемов. Масштабы техногенного загрязнения почвенных покровов Свердловской области достигают 2/3 площади зоны активного земледелия. Особенно неблагоприятная обстановка складывается в радиусе сорока километров вокруг металлургических предприятий. Уральский государственный институт ветеринарной медицины, г. Челябинск, провел работы в двух животноводческих хозяйствах Нагайбакского района. Там содержание никеля в сене и в силосе, идущих на откорм скота, превысило ПДК в 2…10 раз, содержание свинца – в 2…3 раза, кобальта – в 1,5…2 раза. Как следствие этому содержание никеля и свинца в мышечных тканях скота превысило ПДК в 2…3 раза, а в молоке – в 2 и 5 раз соответственно. Похожую картину Свердловская научно-исследовательская ветеринарная станция (СНИВС) установила в хозяйствах Первоуральского, Нижне-Тагильского и Каменск-Уральского районов Свердловской области. При таком положении вещей вопросы об экологической чистоте мясомолочных продуктов, производимых на Урале, становятся не уместными. Их стабильное качество не может гарантировать никто. Кроме того, ослабленное хроническими токсикозами поголовье скота становится своего рода черной дырой для любых инвестиций в животноводство. Сколько не корми ослабленное животное, отдачи от него не жди. На Урале каждая буренка вынуждена самостоятельно переносить последствия техногенного загрязнения окружающей среды.

“Ветеринарные службы – рассказывает Ангелина Малыгина, к.с.-х.н., зам. директора по науке СНИВС, г. Екатеринбург, - хорошо знакомы с проблемами отрицательного влияния техногенного загрязнения сельскохозяйственных угодий на продуктивность животноводства. Для промышленности Урала всегда были характерны большие объемы пылегазовых выбросов с повышенным содержанием тяжелых металлов. Они, поступая с кормом в кишечно-желудочный тракт животного, разносятся кровью по всем органам и оказывают непосредственное влияние на протекание метаболических процессов. Избыток свинца нарушает генетический аппарат клетки, вызывает патологии в развитии плода, отрицательно сказывается на центральной нервной системе и скелете. Растворимые соли других тяжелых металлов – ртути, кадмия, хрома, никеля, марганца, сурьмы, висмута и т.д. – вносят свою лепту в процесс разрушения органов животного.

В хозяйствах, вынужденных вести животноводство в зонах с повышенным содержанием тяжелых металлов в почве, у телок отмечается нарушения в воспроизводстве потомства (снижение оплодотворяемости, увеличение числа мертворожденных телят); отмечается повышенный падеж скота от не установленной патологии на фоне нарушения обменных процессов в организме; у телят на откорме отмечается пониженная поедаемость кормов и снижение среднесуточных привесов; все животные стада в целом имеют ослабленный иммунитет. У скота возникают хронические скрытые токсикозы, которые диагностируются с трудом”.

Растворимые соли тяжелых металлов мигрируют по трофическим цепочкам, одним из элементов которых является организм человека. Чем он лучше организма скота? Да ни чем. И различных патологий у человека развивается за жизнь куда больше. Скот же забивают при первых признаках нездоровья. Так как в одночасье экологическая обстановка не может быть изменена ветеринарная наука предлагает промежуточное решение проблемы, которое предусматривает введение в корм скоту энтеросорбентов

Ловушка для металлов

“Аспирантом физико-технического факультета Уральского политехнического института – рассказывает Виктор Ремез, д.т.н., начальник лаборатории ГУП УНИХИМ, г. Екатеринбург, - я начал работы по созданию новых видов селективных сорбентов. С 1978 года на их создание, разработку методик их использования и на создание технологии промышленного производства было затрачено не менее 5,3 миллионов долларов США. Исследовательские работы велись в рамках ряда государственных и межгосударственных программ. Это были программы МинВУЗа СССР “Человек и окружающая среда” и ”Мировой океан”, проект Минсредмаша СССР ”АЭС нового поколения НП-1000”, проект Минатома России ”ВВР-М”, программа главного управления по ликвидации аварии на ЧАЭС при Совминах СССР и России ”Ферроцианид”, программа в рамках совместного проекта Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН и МАГАТЭ ”Берлинская лазурь” и другие программы. Восемнадцать авторских свидетельств на изобретения подтверждают новизну выполненных работ. Пять патентов охраняют авторские права на использование вновь созданной интеллектуальной собственности. Один из них действует на территории США, другой – в странах Европейского Союза. К середине 1980-х годов для коммерческого использования были готовы две марки сорбентов, получивших торговые названия АНФЕЖ и ФЕЖЕЛ, которые используются организациями Гидромета и атомной промышленности. Чернобыльская катастрофа стала для работ по развития наших сорбентов “и войной, и матерью родной…”. Перспективы коммерческого использования ФЕЖЕЛ растворились в туманном будущем атомной энергетики.

Но катастрофа открыла возможности использования сорбентов в животноводстве. В 1989 году нами был создан ветеринарный препарат БИФЕЖ. Он к 1993 году прошел всесторонние испытания в институте биофизики Минздрава и ВНИИСХР России. Показал при этом наилучшие результата по сравнению с другими препаратами, в том числе и зарубежного производства. Он гарантирует получение экологически чистых мясомолочных продуктов от скота, получающего корма из зон с радиоактивным загрязнением почвы (РЗП). С 1993 года в районы Чернобыльского радиоактивного следа нами поставлено около 150 тонн препарата. Это позволило реабилитировать стадо скота в 90 000 голов. В лучший 1998 год мы поставили 20,5 тонн препарата. После этого года объемы заказов стали от года к году сокращаться. Животноводство в зонах с РЗП немедленно отреагировало увеличением поголовья скота, выдающего радиоактивно зараженные мясомолочные продукты, которые не могут быть использованы для питания человека. Наше же производство – уникальное хотя бы потому, что единственное в мире – встало перед перспективой ликвидации. И это при ежегодной минимальной потребности животноводства в зонах с РЗП в 13 500 тонн препарата.

Безысходность положения вынудила нас написать письмо в различные властные структуры России. Только администрация президента отреагировала на сложившуюся ситуацию и дала поручение аппарату Правительства разобраться в вопросе. В 2002 году мы вновь поставили в Брянскую область – наиболее пострадавшую от Чернобыльской катастрофы область России – 30 тонн препарата. В связи с этим и пользуясь, случаем, я выражаю свою признательность за не формальное отношение к своей работе начальнику Департамента энергетических и природных ресурсов аппарата Правительства России О.Пушкаревой и специалисту департамента Б. Магуськину. Правда, на 2003 год заказы так и не поступили.

В апреле 2003 мы получили уведомление от прокуратуры Брянской области о незаконности наших поставок в счет государственного заказа. Т.к. стоимость закупленных у нас препаратов превысила 200 тысяч рублей, а заказ был передан нам без конкурсных торгов, то контракт согласно уведомлению должен быть аннулирован. При этом мы обязаны вернуть полученные нами средства в федеральный бюджет. Понятно, что прокуратура не принимает во внимание то, что все мыслимые круги отбора мы прошли в период создания государственной программы реабилитации территорий, подвергшихся радиоактивному заражению вследствие Чернобыльской катастрофы, и то, что производство альтернативных препаратов просто не налажено. Получается, что в нашей стране административные барьеры блокируют развитие уже состоявшихся инновационных проектов”.

Изложенное наглядно показывает насколько затратен процесс реализации инновационного проекта и как капризна судьба его коммерческого использования. Но несмотря на то, что проект создания целлюлозно-неорганических сорбентов не использовал и одного процента своего коммерческого потенциала, приобретенные Россией выгоды уже сейчас на порядок превышают затраты на их создание. Не будь БИФЕЖ и 90 тысячное стадо скота, получающее корма с РЗП, не было бы способно произвести мясомолочной продукции на сумму 52,5 миллионов долларов США в закупочных ценах.

Но вернемся к нашим Уральским делам. В 1990-х годах авторы сорбента в инициативном порядке начали работы по оценке возможностей его использования при откорме скота, получающего корма с земель зараженных солями тяжелых металлов. Исследовательские работы были выполнены СНИВС и Уральской государственной сельскохозяйственной академией. Был установлен факт общего оздоровления животных. Статус их иммунной системы повышался. Химические исследования органов животных, проводимые после забоя скота, показали, что препарат не позволяет тяжелым металлам мигрировать из корма в ткани организма животного. Это позволяет получать экологически чистые мясомолочные продукты животноводства даже в зонах с высокой антропогенной нагрузкой на сельскохозяйственные угодья.

“СНИВС - рассказывает Ангелина Малыгина - постоянно пытается привить в животноводстве культуру грамотного применения ветеринарных препаратов. С этой целью систематически в различных хозяйствах Свердловской области мы проводим демонстрационные работы, в ходе которых животноводы непосредственно знакомятся с методиками, позволяющими вести продуктивное животноводство. Для проведения этих работ УНИХИМ безвозмездно предоставил около одной тонны своего препарата. При этом мы неизменно получаем очевидные положительные результаты в группах животных, находящихся на откорме под нашим наблюдением. В наших группах среднесуточные привесы у молодняка на откорме на мясо составляют 0,8 кг., а среднесуточные привесы остального молодняка хозяйств при этом составляют около 0,64 кг. Рацион питания не сбалансированный для всех групп животных. Но дальше демонстрационных работ дело не двигается. Животноводы Свердловской области даже комбикорма не всегда используют для кормления скота, что уж тут говорить об экзотических для них ветеринарных препаратах типа БИФЕЖ”.

Устранение источника общей токсикации организма животного немедленно сказывается на продуктивности мясного животноводства. Среднесуточные привесы при откорме бычков на мясо увеличиваются в 1,1…1,5 раз. Специалисты производственного сельскохозяйственного кооператива “Первоуральский” Свердловской области в своем акте об испытании БИФЕЖ самостоятельно произвели оценку эффективности его использования. Они расходовали на откорм одного животного 1,8 кг препарата и получали при этом 19 кг. дополнительных привесов. В денежном выражении: 90 рублей расходов на препарат оборачиваются дополнительным доходом в 950 рублей. Но вот парадокс современной жизни. Даже сельхозпроизводители, убедившиеся на собственном опыте в эффективности применения энтеросорбентов в животноводстве, не проявляют никакого интереса к их закупкам. Может быть, они находятся в настолько плохой экономической среде, созданной в России на селе, что ни какие дополнительные привесы, ни как не могут повлиять на их общую финансовую несостоятельность? А может быть, они настолько привыкли существовать за счет дотаций от государства, рассматривают любые работы по повышению продуктивности животноводства как никчемное и даже вредное занятие?

“С проблемой применения энтеросорбентов в животноводстве я знаком не понаслышке – рассказывает Григорий Колчин, к.с.-х.н., зав. Отделом животноводства и племенного дела Министерства сельского хозяйства Правительства Свердловской области. – Темой моей диссертации были исследования в этой области. Т.к. все энтеросорбенты, в том числе и БИФЕЖ, задаются в корм скоту в небольших количествах – не более 0,3% по массе от всех поедаемых кормов – на фермах не представляется возможным приготовить качественную кормовую смесь. Из пяти животных одному достается корм с сорбентом, остальным – без сорбента. Так зачем хозяйствам тратиться на его приобретение? Тем более что в области до сих пор слабо развита кормовая база, и в кормлении животных преобладают рационы неудовлетворительного качества. Вследствие этого в 2002 г. в целом по области среднесуточные привесы молодняка составили 0,49 кг., а среднегодовой надой на одну корову составил 3300 кг. молока. Передовые хозяйства области имеют гораздо лучшие показатели продуктивности животноводства, чем таковые имеются в целом по области. Например. В колхозе “Урал” Ирбитского района среднесуточные привесы не опускаются ниже 0,8 кг., а годовые удой на одну корову – не ниже 5200 кг. молока. Но положение начинает постепенно меняться в лучшую сторону. В хозяйствах начинают осваивать содержание скота без привязи. При такой форме содержания скота его откорм без использования комбикормов не целесообразен. Если в 2002 г. Богдановический комбикормовый завод продал всего 7,5 тысяч тонн комбикорма для скота и свиней, то с распространением новой системы содержания скота объемы поставок комбикормов животноводам будут расти.

Сейчас в области насчитывается 280 тысяч голов скота, о которых наше министерство располагает статистическими сведениями. При их рациональном вскармливании годовая потребность в комбикормах составит один миллион тонн. Поэтому, я думаю, авторам БИФЕЖ и других ветеринарных препаратов необходимо совместно с комбикормовыми заводами готовить к производству кормовые смеси, предназначенные для вскармливания скота в районах с повышенной техногенной нагрузкой на окружающую среду. Областное стадо мясного скота составляет примерно 85 тысяч голов. Если все оно будет иметь среднесуточные привесы в 0,8 кг., то ежегодное производство мяса в живом весе увеличится на 9,5 тысяч тонн. В область ежегодно завозится около 22 тысяч тонн говядины. Т.е. закупки можно сократить в 2 раза только за счет повышения продуктивности мясного животноводства. Правительство Свердловской области оказывает дотационную поддержку главным образом птицеводству. Животноводство области не датируется так хорошо, как птицеводство. Животноводы за каждый литр молока получают по 40 копеек, а за каждый килограмм мяса не получают ничего! Отметим, что на поддержку аграрного сектора Европейский Союз выделяет почти половину своего бюджета. Это что-то около 48 миллиардов евро в год. Бюджетные средства области на дотации сельскому хозяйству ограничены, и они вкладываются туда, где дают лучшую отдачу”.

Если все поголовье скота Свердловской области перейдет на рациональные формы кормления, то годовой объем рынка ветеринарных препаратов вырастет до 1,9 миллионов долларов США. В физическом объеме он составит – по БИФЕЖ – около 930 тонн.

Ловушка для животноводов

БИФЕЖ, разработан Уральским научно-исследовательским химическим институтом (УНИХИМ), г. Екатеринбург, и производится на его опытном заводе. БИФЕЖ задается в корм скоту из расчета 30 грамм в сутки. Попав в пищевод животного, он сорбирует из желудочного сока растворимые соли тяжелых металлов. Т.е. тяжелые металлы из корма не могут попасть в ткани органов животного, а уже имеющиеся в них тяжелые металлы со временем с навозом выводятся во внешнюю среду. У животных в крови повышается содержание глюкозы и понижается уровень холестерина. У коров повышается стельность. Новорожденные телята отличаются хорошим здоровьем и повышенной физической активностью, хорошо поедают корма. Т.е. они в полном объеме получают вещества, необходимые для роста. При этом стимулируются обменные и регенеративные процессы, протекающие в организме животного.

Широкое коммерческое использование этого инновационного проекта еще только ждет своего часа. Будущий успех инновации в животноводстве обусловлен двумя факторами. Первый фактор – гарантия получения экологически чистых мясомолочных продуктов. Второй фактор – повышение продуктивности мясного животноводства. Оценим второй фактор на следующем примере. Вес бычка после периода его молочного вскармливания 90 кг. При суточных привесах в 0,64 кг. вес в 450 кг. он наберет за 563 дня. Введение в корм бычка БИФЕЖ увеличивает суточные привесы до 0,8 кг. В этом случае вес в 450 кг. он наберет за 450 дней. Дополнительные затраты на БИФЕЖ составляют 900 рублей. Исходя из сложившейся у него структуры затрат любое животноводческое хозяйство может самостоятельно подсчитать дополнительный доход при сокращении срока откорма скота на мясо на 113 дней. Для всего мясного стада Свердловской области такой доход оценивается в 245 миллионов рублей в год.

Токсичность тяжелых металлов для животных.

Тяжелые металлы (свинец, медь, цинк, мышьяк, ртуть, кадмий, хром, алюминий и др.) в микроколичествах необходимы организму и в основном они находятся в активных центрах коферментов.

Количество биологически активных химических элементов в организмах животных и тканях в основном зависит от их места обитания и особенностей потребления кормов. В большинстве случаях сельскохозяйственные животные страдают от дефицита и несбалансированности микроэлементов.

При содержании тяжелых металлов в почве выше допустимых норм отмечают повышение поступления указанных металлов в рационы и соответственно в продукцию животноводства, ухудшение качества сельскохозяйственной продукции. Например, в пригородных хозяйствах при содержании в рационе тяжелых металлов - свинца, никеля, хрома в 2-7 раз выше ПДК содержание их в молоке оказалось в 1,25-2 раза выше допустимых норм. В Вологодской области из-за нехватки селена при избытке железа, марганца, кадмия отмечено поступление молока на молокозаводы с низкой титруемой кислотностью. Наличие тяжелых металлов влияет на качество сыра, при этом нарушается технология производства. В частности, ухудшается его вкус, запах становится нечистым, сыр легко крошится, творог становится мажущим. У овец, разводимых в промышленной зоне Ирака, отмечается депонирование в организме ртути, кадмия и свинца. У пятилетних овец содержание ртути и кадмия в мускулатуре выше МДУ (максимально допустимого уровня). На ингаляционное поступление этих тяжелых металлов указывали повышенные содержания кадмия и свинца в легких. У овец, разводимых в сельскохозяйственных районах Ирака, содержание тяжелых металлов в тканях и органах оказались в 2-7 раз меньше, чем у животных, разводимых в промышленной зоне.

Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в рамках Международной программы химической безопасности опубликованы «Гигиенические критерии состояния окружающей среды» для Hg, Be, Pb, Sn, Mn, Ti и других металлов.

Действие ТМ на организм человека

Тяжелые металлы и их соединения могут поступать в организм человека через легкие, слизистые оболочки, кожу и желудочно-кишечный тракт. Механизмы и скорость проникновения их через разные биологические барьеры и среды зависят от физико-химических свойств указанных веществ, химического состава и условий внутренней среды организма. В результате взаимопревращений между поступившими в организм металлами или их соединениями и химическими веществами различных тканей и органов могут образоваться новые соединения металлов, обладающие иными свойствами и по-другому ведущие себя в организме. При этом в разных органах, вследствие особенностей обмена, состава и условий среды, пути превращения исходных соединений металлов могут быть различными. Отдельные металлы могут избирательно накапливаться в определенных органах и длительно задерживаться в них. В результате накопление металла в том или ином органе может быть или первичным, или вторичным.

На примере отдельных металлов рассмотрим пути их поступления в организм через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) с продуктами питания (животного и растительного происхождения), а также токсическое действие.

1. Мышьяк (As).

1.1.Антропогенные источники загрязнения.

- металлургия (мышьяк – примесь во многих рудах): производство Pb, Zn, Ni, Cu, Sn, Mo, W;

- производство серной кислоты и суперфосфата;

- сжигание каменного угля, нефти, торфа;

- производство мышьяка и As-содержащих ядохимикатов;

Выбросы в воздух с дымом и со сточными водами.

Тиоловый яд - широкий спектр действия:

- нарушение обмена веществ;

- повышение проницаемости стенок сосудов разрушение эритроцитов (гемолиз);

- разрушение тканей в месте их прямого контакта с мышьяком;

- эмбриотоксический и тератогенный эффект.

В легких случаях – общее недомогание, головная боль, тошнота; затем – боли в правом подреберье и пояснице, тошнота, рвота.

При поступлении через рот – металлический привкус, жжение и сухость во рту, боли при глотании через несколько часов после отравления.

При поступлении через органы дыхания – раздражение верхних дыхательных путей и глаз – слезы, чихание, кашель, кровохарканье, боль в груди, отек лица и век.

Затем – сильная слабость, головокружение, головная боль, тошнота, рвота, боли в животе, онемение пальцев рук и ног. Затем – неукротимая рвота с кровью, судороги, носовые кровотечения, кровоизлияния в различных частях тела.

Повышенная утомляемость, исхудание, тошнота, головокружение, боли в конечностях, желудке, кишечнике, груди, горле, кашель, отек лица и век. Выпадение волос и ногтей, кровоизлияние, потемнение кожи. Раздражительность, рвота, неустойчивый стул, отсутствие аппетита.

2.1. Антропогенные источники поступления:

- получение ртути и ртутьсодержащих веществ;

- сжигание органического топлива;

- производство хлора и соды;

Поступление: в виде паров, водорастворимость солей и органических соединений.

2.2. Токсическое действие.

Тиоловый яд широкий спектр действия.

Проявление токсического эффекта зависит от формы, в которой ртуть поступила в организм.

Особенность паров ртути – нейтротоксичноть, действие на высшую нервную деятельность.

2.3. Острое отравление.

Общая слабость, головная боль, боль при глотании, повышение температуры, кровоточивость, воспаление в полости рта, боли в животе, поражение желудка (тошнота, рвота, жидкий стул), поражение почек.

2.4. Хроническое отравление.

В основном – действие на центральную нервную систему.

Снижение работоспособности, быстрая утомляемость, повышенная возбудимость. Ослабление памяти, беспокойство, неуверенность в себе, раздражительность, головные боли.

Далее – слабость, сонливость, апатия, эмоциональная неустойчивость, дрожание рук, языка, век (в тяжелых случаях всего тела). Повышенная психическая возбудимость, пугливость, общая подавленность, упрямость и раздражительность, ослабление памяти, невралгия.

3. Свинец (Pb).

3.1. Антропогенные источники поступления.

- свинцовые и свинцово-цинковые заводы (цветная металлургия);

- выхлопные газы автомобилей (тетраэтил свинец добавляют для повышения октанового числа);

- сточные воды следующих производств: металлообрабатывающего, машиностроительного,

нефтехимического, спичечного, фотоматериалов;

- сжигание каменного угля и бытового мусора.

3.2. Токсическое действие.

Тиоловый яд, но менее токсичен, чем ртуть и мышьяк.

Поражает ЦНС, периферическую нервную систему, костный мозг, кровь, сосуды, генетический аппарат, клетки.

3.3. Острое отравление.

Острые (отравление солями свинца): схваткообразные боли в животе, запор, общая слабость, головокружение, боли в конечностях и пояснице.

3.4. Хроническое отравление.

Внешне: свинцовая (черная) кайма по краю десен, землисто-серая окраска кожи.

Изменение нервной системы.: головная боль, головокружение, утомляемость, раздражительность, нарушение сна, ухудшение памяти, эпилептические припадки.

Двигательные расстройства: параличи отдельных мышц, дрожания рук, век и языка; боли в конечностях, изменения системы крови – свинцовая анемия, обменные и эндокринные нарушения, нарушения желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы.

4.1. Антропогенные источники поступления.

Выбросы предприятий, где добывают, получают, перерабатывают и применяют хром (в том числе гальванические и кожевенные производства).

4.2. Токсическое действие.

Токсичность зависит от валентности:

Cr (VI) > Cr (III) > Cr (II)

Поражает почки, печень, поджелудочную железу, обладает канцерогенным эффектом. Раздражающее действие, Cr (VI) – аллерген.

4.3. Острое отравление.

Аэрозольные соединения Cr (VI), хроматы, бихроматы – насморк, чихание, носовые кровотечения, раздражение верхних дыхательных путей; в тяжелых случаях – острая почечная недостаточность.

4.4. Хроническое отравление.

Поражение верхних дыхательных путей и развитие бронхитов и бронхиальной астмы; поражение печени (нарушение функций, развитие цирроза), аллергические заболевания кожи – дерматиты, язвы, «хромовые экземы».

Хроматы – главная причина производственных контактных дерматитов на кистях рук, предплечьях, лице, веках.

При длительном контакте с соединениями хрома возрастает вероятность раковых заболеваний.

5.1. Антропогенные источники поступления.

- предприятия цветной металлургии;

- сжигание угля и нефти.

5.2. Токсическое действие.

5.3. Острое отравление.

При попадании в желудок – тошнота, рвота с кровью, боль в животе, понос, нарушение координации движений, смерть от почечной недостаточности.

При вдыхании аэрозоля – приступы кашля, боли в животе, носовое кровотечение. Повышение температуры.

5.4. Хроническое отравление.

Расстройства нервной системы, печени почек, разрушение носовой перегородки.

6. Кадмий (Cd)

. 6.1.Антропогенные источники поступления.

Источниками большинства антропогенных загрязнений являются: выброс кадмия в сточные воды, производство и использование фосфатных удобрений, сжигание отходов, угля, бензина и т.д. Однако больше всего в окружающую среду кадмий поступает в виде побочного продукта при выплавке и электролитической очистке цинка

6.2. Токсическое действие.

Кадмий относится к числу высокотоксичных металлов. Он действует на самые разные органы и системы. Металл обладает очень высокой способностью накопления в организме. Пары кадмия, образуемые при плавлении, являются чрезвычайно опасными и представляют собой основную причину острых смертельных интоксикаций металлами. Установленные и подозреваемые эффекты кадмия (от гипертонии до развития опухолей) наряду с его широким и все возрастающим использованием и накоплением в окружающей среде заставляют предположить, что этот металл представляет наивысшую угрозу человечеству, как экополлютант

6.3. Острое отравление.

Острое отравление кадмием происходит после его проглатывания или ингаляции. Употребление воды, содержащей кадмий в концентрации 15 мг/л, с суммарной дозой 30 мг кадмия, вызывает рвоту, боли в животе, тяжелый понос и иногда шок. Острая ингаляция кадмия вызывает одышку, слабость, боли в грудной клетке, укорочение дыхания и кашель. Химический пневмонит приводит к отеку легких и дыхательной недостаточности

6.4. Хроническое отравление.

Проявления хронического воздействия кадмия наиболее отчетливо прослеживаются со стороны дыхательной системы и почек. Поражение легких возникает исключительно при ингаляционном способе воздействия, в то время как почки страдают при поступлении кадмия в организм всеми возможными способами.

Другими эффектами хронического действия металла являются поражения опорно-двигательного аппарата, нарушение функций сердечно-сосудистой системы.

Доказана роль кадмия в развитии инфаркта миокарда. Кадмий (как и свинец) накапливается в больших количествах и поражает клетки не только печени, но и всей мышечной системы, вызывает тромбоз сосудов, разрушает иммунитет.

Иммуносупрессивное действие кадмия может быть причиной канцерогенеза, встречающегося у работников, контактирующих с металлом.

Кадмий является специфическим антиметаболитом цинка (способен замещать цинк) и селен. Нарушенные кадмием метаболические процессы можно нормализовать или предупредить введением Se или Zn.

Табак во время своего роста очень активно и в больших количествах аккумулирует кадмий: его концентрация в сухих листьях в тысячи раз выше средних значений для биомассы наземной растительности. Поэтому с каждой затяжкой дымом вместе с такими вредными веществами, как никотин и окись углерода, в организм поступает и кадмий. В одной сигарете содержится от 1,2 до 2,5 мкг этого яда. Мировое производство табака, по данным Л.Г. Бондарева, составляет примерно 5,7млн т в год. Одна сигарета содержит около 1 г табака. Следовательно, при выкуривании всех сигарет, папирос и трубок в мире в окружающую среду выделяется от 5,7 до 11,4 т кадмия, попадая не только в легкие курильщиков, но и в легкие некурящих людей.

Соли цинка хорошо растворимы в воде. При их поступлении наблюдается задержка на некоторое время с последующим постепенным попаданием в кровь и распределением в организме. Цинк может вызывать «цинковую» (литейную) лихорадку.

Вопросы для самоподготовки

1. Какие вещества относятся к тяжелым металлам?

2. В чем опасность ТМ как экотоксикантов?

3. Перечислите металлы, относящиеся к 1, 2, 3 классам опасности.

4. Подтвердите опасность металлов 1 класса данными их основных биогеохимических свойств.

5. Назовите основные источники поступления ТМ.

6. При поступлении каких металлов в атмосферу основной вклад вносит антропогенный фактор?

7. Охарактеризуйте наиболее опасные производства с точки зрения эмиссии ТМ.

8.Что такое экологическая патология?

9. Токсичность ТМ для животных

10. Действие ТМ на организм человека

10. Какие методы удаления и детоксикации ионов тяжелых металлов вам известны?

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.02)

Тяжелые металлы в сельском хозяйстве

Почва - ценнейшее богатство человечества, основа сельскохозяйственного производства. Но, обрабатывая землю, человек все больше изменяет ее плодородные свойства. Химизация сельского хозяйства занимает далеко не последнее место в ряду антропогенных факторов воздействующих на почвы и природу в целом . В результате интенсивного использования удобрений в природой среде рассеивается ряд химических элементов, в том числе и тяжелых металлов, что приводит к нарушению круговорота веществ.
Цель моей работы - выяснить, какие тяжелые металлы имеют место в сельском хозяйстве, каково их отрицательное значение в почве сельскохозяйственных угодий, и как предотвратить дальнейшее загрязнение почв тяжелыми металлами.

Содержание

Введение………………………………………………………………. 3
Тяжелые металлы, их влияние на человека, животных и растения…
Условия попадания металлов в почву…………………………………
Решение проблем, связанных с тяжелыми металлами в сельском хозяйстве……………………………………………………………….
Заключение…………………………………………………………….
Список литературы………

Работа содержит 1 файл

курсач (Ав.docx

Поступающие в организм человека тяжелые металлы накапливаются в печени и выходят крайне медленно. Первоначально же они накапливаются главным образом в почвах. Особенно прочно фиксируют тяжелые металлы гумусодержащие горизонты, то есть наиболее плодородный слой. Продукция растениеводства , выращенная на слабозагрязненных почвах , способна вызвать аккумулятивный эффект обуславливая постепенное увеличение тяжелых металлов в организме животных и человека. Поступая в растения, они распределяются в органах и тканях неравномерно, следовательно, необходимо изучение особенностей тяжелых металлов.

Опасность загрязнения почвы химическими веществами определяется уровнем их возможного отрицательного влияния на продукты питания, а так же на биологическую активность и процессы самоочищения почв. Наиболее опасными тяжелыми металлами являются свинец, ртуть, никель, кадмий, мышьяк, цинк, медь. Примерно 90% тяжелых металлов , поступающих в окружающую среду, аккумулируется почвами. Затем они мигрируют в природные воды, поглощаются растениями и поступают в пищевые цепи. До 70% тяжелых металлов поступает в наш организм с пищей. Свинец, ртуть, кадмий и мышьяк являются основными загрязнителями, потому что техногенное их накопление в среде идет особенно быстрыми темпами. Данные элементы обладают большим сходством к физиологически важным органическим соединениям и способны подавлять наиболее значительные процессы метаболизма, тормозят рост и развитие. [агроэкология

Различные растения сосредоточивают в себе разное число микроэлементов: в большинстве случаев - избирательно. Так, медь усваивают растения семейства гвоздичных, кобальт - перцы. Высокий коэффициент биологического поглощения цинка характерен для березы карликовой и лишайников, никеля и меди - для вероники и лишайников. Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения атомной массы. Их токсичность проявляется по-разному. Многие металлы при токсичных уровнях концентраций ингибируют деятельность ферментов (медь, ртуть). Некоторые из них образуют хелатоподобные комплексы с обычными метаболитами, нарушая нормальный обмен веществ (железо). Такие металлы, как кадмий, медь, железо, взаимодействуют с клеточными мембранами, изменяя их проницаемость.

Особый интерес представляет изучение животных, являющихся чувствительным индикатором начальных стадий загрязнения тяжелыми металлами. Они аккумулируют элементы в доступных биологически активных формах и отражают фактический уровень загрязнения экосистем.

Почвенные животные, особенно сапрофитные группы, благодаря тесной связи с почвенными условиями и ограниченной территорией обитания могут быть хорошими индикаторами химического загрязнения биосферы. Среди животных такими индикаторами могут быть европейский крот, бурый медведь, лось, рыжая полевка. Располагая сведениями о содержании тяжелых металлов у млекопитающих, можно прогнозировать их влияние на организм человека.

Таблица №. Характеристика основных тяжелых металлов, оценка их влияния на организм человека.

Металл	Источники	Влияние на организм человека
Ртуть	Является естественной составной частью воды, почвы, воздуха. Основной источник попадания в организм человека- пищевые цепи.	При большом поступлении происходит токсикация (тошнота, рвота, боль при глотании, повышение температуры тела, кровотечение десен). Основными признаками хронического отравления являются бессонница, гастрит, дрожание пальцев.
Кадмий	Является редким элементом, содержится во многих минералах. В атмосферу попадает в результате деятельности заводов. Легко накапливается в растениях, а затем попадает в организм человека.	Обладает способностью накапливаться в организме. Накапливается главным образом в печени и почках, а также в селезенке, поджелудочной железе, костях. Может привести к нарушению работы почек (образование почечных камней). Хроническое отравление: насморк с постепенной потерей обоняния, окрашивание десен, потеря веса, плохой аппетит, слабость, рвота, тошнота, боли в костях, развитие носового кровотечения.
Свинец	Поступление в организм происходит через желудочно-кишечный тракт, также через дыхательные пути. Затем разносится кровью по всему организму .	Негативно сказывается при наличии в растениях, имеет способность подавлять фотосинтез. Из за этого снижается урожайность растений , качество произведенной продукции и как следствие, происходит негативное влияние на здоровье человека. При попадании в мягкие ткани свинец вызывает сатурнизм, развитие анемии, поражение кроветворной системы, почек, мозга, снижение интеллекта. При хроническом отравлении: серая кайма на деснах, расстройство нервной системы, кроветворной системы.
Мышьяк	О сновные источники: гербициды фунгициды, инсектициды .Также источниками являются химическая и фармацевтическая промышленность. При этом основное поступление в организм происходит через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт.	Накапливается в организме и образовывает депо в костях, печени, стенках желудка, почках, почках, коже, волосах, ногтях и даже в мозге. Симптомы острой интоксикации - тошнота, рвота, бои в желудке. При хронической интоксикации - сонливость, головная боль, судороги, спутанность сознания. Является причиной возникновения анемии, расстройства сердечнососудистой системы. Отравление мышьяком приводит к развитию различных опухолей, к летальному исходу.
Медь	Источниками часто служат полиметаллические руды. В организм попадает через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт (в основном в производственных условиях)	Накапливаясь в организме, образует депо преимущественно в печени. Основные признаки интоксикации: тошнота, рвота, зеленая кайма на деснах, окраска волос в зеленый цвет.

В сельскохозяйственном производстве высокое содержание тяжелых металлов приводит к снижению продуктивности и ухудшению качества животной(мясо, молоко, яйца, мед) и растительной продукции.

Молоко. Биологически полноценным является молоко, если оно не содержит посторонних веществ, получено от здоровых животных, потребляющих высококачественные корма и воду. Присутствие тяжелых металлов (цинк, свинец, кадмий, медь) в молоке и молочных продуктах связано с экологическим состоянием окружающей среды. Основными источниками являются корма и вода. Летом в организм животного поступает больше тяжелых металлов из-за дополнительного поступления их с дерниной и почвенными частицами, поскольку содержание металлов в них выше, чем растительности. В процессе переработки молока распределение тяжелых металлов в получаемых продуктах имеет определенную закономерность. К примеру, больше всего загрязнителей в обезжиренном молоке, казеине, сыворотке. Меньше всего – в молочном жире, сливочном масле и пахте. Концентрацию тяжелых металлов можно снизить путем сепарирования и переработки молока. Установлено, что медь, кадмий, ртуть, свинец сорбируются преимущественно творогом, следовательно из молока, загрязненного металлами, можно получать продукты, удовлетворяющие нормативам, перераспределяя ЗВ по отдельным фракциям в процессе заводской переработки молока, экстракцией тяжелых металлов, сорбированных творогом и растворимыми белками.

Мёд. Тяжелые металлы поступают организм пчелы с кормом, водой, и органы дыхания. Наибольшее количество их пчела получает при переработке нектара в мед. Медоносная пчела- хороший природный фильтр, задерживающий загрязнители, но при их высокой концентрации пчела погибает. Так же, как и в молочной продукции, продукты пчеловодства различаются по содержанию тяжелых металлов. Больше всего их наблюдается в организме пчелы, пыльце, и перге. Наименьшее содержание – в воске и меде.

Яица. В основном в яицах накапливается свинец. Для экологически чистых яиц необходимо использовать специальные добавки, смеси из растений (хвоя, местная растительность).

Растительность. Тяжёлые металлы больше всего содержатся в корнях, затем идут стебли и листья и, наконец, семена, клубни, корнеплоды. Иногда содержание тяжёлых металлов в корнеплодах сопоставимо с их содержанием в листьях и стеблях. Это объясняется тем, что на корнеплоде имеются корни с проводящей системой, пронизывающей его толщу. Наиболее чистыми от тяжёлых металлов будут клубни, так как они не имеют проводящих пучков.

На загрязнённых почвах картофель и томаты дают более чистую продукцию, чем корнеплоды – морковь и редис. Поэтому при выращивании продовольственных культур на почвах, содержащих заметные количества тяжёлых металлов, следует избегать размещения на них растений, у которых в пищу используются листья (салат, шпинат, лук, щавель), стебли и корнеплоды.

Для выращивания сельскохозяйственных культур на загрязнённых почвах осуществляют ряд профилактических мероприятий. В первую очередь проводится комплексное агрохимическое окультуривание, заключающееся в повышении содержания гумуса, нейтрализации почвенной кислотности. В дальнейшем на этих полях размещают культуры, у которых в пищу идут части растений, слабо накапливающие тяжёлые металлы (томаты, бахчевые культуры, картофель). Если по каким-либо причинам нецелесообразно комплексное окультуривание отдельных загрязненных полей, на них следует размещать технические культуры: лён, коноплю, клещевину, картофель для переработки на крахмал или спирт, сахарную свеклу для получения сахара. Нельзя использовать загрязнённые почвы для выращивания кормовых культур, так как на корм скоту идут чаще всего те части растений и в ту фазу развития, когда в них происходит заметное накопление металлов, а соответственно и накопление вредных веществ в мясе и молоке животных.

Также на загрязнённых почвах нельзя размещать овощи, перерабатываемые на продукты детского питания (шпинат, морковь и т.д.).

Допустимое количество тяжелых металлов, которое человек может потреблять с продуктами питания без риска заболеть колеблется в зависимости от металла: свинец-3мг, кадмий-0,4-0,5 мг,ртуть-0,3 мг в неделю. Эти уровни служат основой для контроля содержания в продуктах питания.

К примеру, ПДК металлов в мясе (мг/кг):

Свинец- 0,1; кадмий -0,3; мышьяк – 0,1; ртуть – 0,03; цинк- 5.

3.Причины попадания тяжелых металлов в почву.

Основными источниками загрязнения являются минеральные и органические удобрения, применяемые в больших дозах, особенно при длительном использовании, и содержащие балластные вещества, в том числе и тяжелые металлы.

Таблица № .Содержание тяжелых металлов в минеральных и органических удобрениях (мг/кг сухой массы):

Из таблицы следует, что в органических удобрениях содержание таких веществ, как кадмий , свинец, олово, никель, мышьяк меньше чем в минеральных. Из минеральных удобрений больше всего их в фосфорных удобрениях.

Влияние тяжелых металлов на урожайность сельскохозяйственных культур

07.06.2019

Всякий яд – лекарство, всякое лекарство – яд; всё зависит от дозы.
(Парацельс).

Хозяйственная деятельность человека зачастую способствует загрязнению окружающей среды. Особую опасность представляет загрязнение ее тяжелыми металлами, многие из которых являются чрезвычайно токсичными даже в минимальных количествах. Тяжелые металлы принципиально отличаются от органических веществ тем, что не подвергаются процессам разложения, а способны лишь перераспределяться между природными средами. Они способны концентрироваться в живых организмах, вызывая при этом различные патологии.

К тяжелым металлам относятся более 40 металлов с атомной массой свыше 50 атомных единиц. В соответствии с классификацией Н. Реймерса, тяжелыми металлами следует называть металлы с плотность более 8 г/см3: Cu, Zn, Ni, Pb, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg [Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и ее охрана/М.: «Просвещение». – 1985. – 192 с.]. Некоторые из них относятся к микроэлементам, т.е. химическим элементам, которые крайне важны для роста и развития растений и животных (Cu, Zn, Co). В растениях микроэлементы либо входят в состав ферментов, либо активируют их работу и необходимы в ничтожно малых количествах.

Увеличение или уменьшение концентрации микроэлементов в растворе сверх оптимальной приводит к угнетению или даже гибели организма. Отрицательное действие неоптимальных доз микроэлементов связано с нарушением деятельности ферментативного аппарата клеток, и, следовательно, обмена веществ в растениях.

Концентрация всех необходимых для жизни элементов в живом организме находится под строгим контролем комплекса физиологических процессов, называемого гомеостазом. Процесс поступления и выведения токсичных элементов контролируется организмом, при этом буферная емкость защитных систем организма ограничена.

Некоторые тяжелые металлы (As, Cd, Hg, Pb) не оказывают существенного влияния на рост растений, поскольку им не присуща какая-либо известная физиологическая функция в жизненном цикле растений, но такие металлы, как Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Zn являются жизненно важными элементами для растений. Избыток этих элементов может привести к существенному отравлению растения. Так, например, 1,5-2,5 кратное повышение подвижных форм тяжелых металлов (Cu, Zn, Pb, Cd) в почве вызывает снижение количества и качества продукции сельскохозяйственных культур [Потапов М.А. Влияние тяжелых металлов на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции в условиях лесных почв Чувашской Республики: дисс. На соискание научной степени канд. сельскохозяйственных наук: спец. 06.01.04 «Агрохимия»/Чебоксары. – 2005. – 155 с.]. Поглощение тяжелых металлов растениями и последующее накопление вдоль пищевой цепи представляет собой потенциальную угрозу для здоровья человека и животных.

Одним из основных путей поступления тяжелых металлов в растение является поглощение корнями растений различных химических соединений этих металлов (солей, гидроксидов, комплексов и т. п.) из почвы [Gaur N., Flora G., Yadav M., Tiwari A. A review with recent advancement on bioremediationbased abolition of heavy metals. Environ. Sci. Process. Impacts. 2014; 16:180-193/doi:10/109/C3EM00491K].

В 2006 году выборочно были исследованы на содержание промышленных токсикантов грунты 18 городов Украины. Высокие среднегодовые концентрации тяжелых металлов (свинца, кадмия, меди, цинка) в пределах 1,1-11,2 ПДК зафиксированы в грунтах городов Днепропетровск, Ялта, Константиновка и Мариуполь Донецкой области, Вишневое и Фастов Киевской области [Національна доповідь про стан техногенної та природної безпеки в Україні у 2006 році. – К.: ДП Агентство «Чорнобильінтерінформ». – 2007. – 236 с.].

Специфической особенностью загрязнения почвы тяжелыми металлами является очень низкая скорость самоочищения грунта. Что касается свинца, то его избыточное содержание в почве приводит к уменьшению количества и разнообразия почвенных микробиоценозов. В связи с этим возникает серьезная угроза массовой деградации украинских черноземов, сосредоточенных в областях с развитой промышленностью.

В Украине кроме черноземов имеются почвы других типов (серые лесные, дерново-подзолистые, песчаные и т. д.), в которых очищение от загрязнения тяжелыми металлами происходит еще медленнее, а кумуляция их, в связи с этим – быстрее. Поэтому даже небольшие количества тяжелых металлов в почвах могут привести к опасному загрязнению сельскохозяйственной продукции.

При попадании из почвы в растения через корневую систему тяжелые металлы могут перемещаться активно (метаболическим путем) или пассивно. В первом случае поглощение и перемещение ионов металлов осуществляется по системе, состоящей из протопластов клеток, связанных плазмодесмами. При пассивном транспорте ионы, достигнув поверхности корня, попадают в свободное пространство корня и далее с транспирационным током передвигаются по растению. С активным транспортом по растению передвигается часть металлов, которые выполняют некоторые биологические функции (медь, цинк, кобальт и др.), а также металлы, химически подобные необходимым элементам (кадмий является химическим аналогом цинка). Однако большая часть металлов, особенно те, которые не являются необходимыми для растений (свинец), перемещаются посредством диффузии. Вступая в контакт с клеточными стенками и рядом минеральных и органических соединений, содержащихся в клетках, металлы осаждаются и теряют биологическую активность. В то же время при загрязнении почвы большим количеством металлов некоторая их часть способна миновать защитные системы растения и оказать на него токсическое воздействие.

Результатом этого возможно проявление некоторых визуальных признаков токсичности. Основные признаки угнетения растений под влиянием токсикантов неспецифичны и проявляются в основном в снижении всхожести семян, замедленном росте, ненормальном развитии корневых систем, хлорозе, увядании, гибели растений. Однако в сельскохозяйственном производстве следует учитывать, что визуальные признаки токсичности начинают проявляться, когда концентрации токсичных элементов значительно превышают санитарно-гигиенические нормативы, установленные для продукции растениеводства. При этом содержание элементов в почве, при котором появляются признаки фитотоксичности, также значительно превышают ПДК.
Так, признаки ртутного отравления проявляются при концентрации элемента в почве 25-50 мг/кг (ПДК 2,1 мг/кг), кадмиевого - при 25-100 мг/кг (ОДК 0,5-2,0), свинцового - 250-2000 мг/кг (ОДК 32-130 мг/кг), мышьякового - при 25-50 мг/кг (ОДК 2-10 мг/кг). Поэтому визуальная диагностика загрязненности почвы и растений металлами не имеет смысла.

Все растительные (и животные) организмы нуждаются в постоянном пополнении микроэлементами. Однако последние должны вводится в живой организм в биологически активной форме, способной легко транспортироваться и усваиваться. В природе растения получают эти элементы в виде растворимых солей, присутствующих в почве. Однако это малоэффективно и значительно лучший результат можно достичь при использовании биологически активных комплексонов. Примером таких комплексонов может быть ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота) [Жаворонков Н.М. Комплексоны в решении Продовольственной программы СССР//ЖВХО имени Д.И. Менделеева – 1984. – Т.29. – Вып.3. – С.261-265.]. Однако, применение ЭДТА сопряжено с определенными рисками. Этот комплексон может сохраняться в почве без изменения в течение многих лет, продолжая поставлять в растения из почвы различные металлы (в том числе и тяжелые) образуя с ними хорошо растворимые комплексы. Тяжелые металлы, находящиеся в грунте в виде солей, обычно слабо усваиваются растениями. Образование же комплексов ЭДТА с тяжелыми металлами приводит к более интенсивному поглощению их растениями, что бывает крайне нежелательно.

Таким образом, применение ЭДТА (и подобных ему комплексонов) требует большой осторожности. Более эффективными могли бы быть комплексоны, которые подвергаются в почве биодеструкции и не накапливаются со временем. Это позволило бы исключить бесконтрольное извлечение из почвы тяжелых металлов растениями.