ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО НАПРАВЛЕНИЮ «КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ДЕЙСТВИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ

В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ-ЖИВОТНОЕ»

А.В. Синдирева

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина»

Обобщены основные результаты исследования по направлению «Комплексная оценка действия микроэлементов в системе почва-растение-живот-ное»

Ключевые слова: микроэлементы, почва, растение, животное, нормирование.

The main results of research on the subject "Comprehensive assessment of the action of trace elements in the system soil-plant-animal"

A.V. Sindireva

Summarizes the main results of research on the subject "Comprehensive assessment of the action of trace elements in the system soil-plant-animal".

Key words: microelements, soil, plant, animal, rationing.

Одной из неотложных задач охраны окружающей среды является создание системы мониторинга – непрерывного контроля химического загрязнения среды. Законодательно допустимый уровень загрязнения среды химическими веществами определяется величиной ПДК для каждого вещества. Однако применение в качестве критерия ПДК, как правило, не обеспечивает должной безопасности живых организмов [1]. В связи с этим возникает необходимость разработки интегрированных критериев для прогноза и нормирования содержания и действия химических элементов в трофических цепях с учетом конкретных экологических условий.

Научное направление, посвященное разработке критериев и параметров оценки и прогноза действия микроэлементов в системе почва-растение-животное» функционирует в рамках научно-педагогической школы «Интег-рационная система почвенно-растительной оперативной диагностики питания растений» (ИСПРОД), руководителем которой является доктор сельскохо-зяйственных наук, профессор, Заслуженный деятель науки России Юрий Иванович Ермохин [2].

В рамках данного направления разработана методология нормирования содержания ряда микроэлементов (Cd, Ni, Zn, Se, I, Pb,Cr) на основе интегральных критериев прогноза и оценки их действия в системе почва–растение–животное с учетом определенных экологических условий [3,4].

Одним из основных и первостепенных основ для определения критериев и параметров действия микроэлементов является оценка их фактического содержания в почве, растениях, организме животных и человека (рис. 1) [5].

Рис. 1. Оценка содержания микроэлементов в системе

почва–растение–животное

В связи с этим в рамках данного направления дана оценка микроэле-ментного статуса объектов окружающей среды для конкретного региона. В частности, проведены системные исследования в 2008-2012 годах по оценке селенового статуса Омской области [6].

Данные исследования являются научным обоснованием для постановки мо-дельных экспериментов с целью оценки и прогноза действия микроэлементов в системе почва-растение-животное.

Следует отметить, что этап, направленный на установление матема-тических закономерностей действия микроэлементов в трофических цепях с учетом геохимических, агроэкологических условий, специфики влияния определенного химического элемента на растительный и животный организм, имеет особое значение при экологическом нормировании. Полученные в результате моделирования нормативы действия химических элементов в трофических цепях позволяют «управлять» процессом минерального питания растений и животных, а также диагностировать и предотвращать негативные процессы, вызванные избытком, недостатком или дисбалансом микроэлементов в объектах окружающей среды.

Анализируя имеющиеся на сегодняшний день данные по нормированию содержания тяжелых металлов в системе почва–растение–животное, большинство исследователей приходит к мнению, что разрабатывать ПДК должны совместно микробиологи, почвоведы, агрохимики, ветеринары, гигиенисты, медики [7].

С учетом проанализируемого теоретического материала по вопросам нормирования химических элементов, нами была установлена динамическая схема взаимодействия химических элементов в системе почва–удобрения–растения–животные на основе принципов ИСПРОД. Для каждого из изученных микроэлементов согласно данной схеме была разработана модель прогноза их действия в системе почва-растение-животное.

Первичным звеном для оценки являлась почва, где предусматривалось установление предельно допустимой концентрации микроэлемента. Согласно публикациям В.Б. Ильина (1982, 1991, 2001), нормирование содержания микро-элементов в почве может преследовать различные цели исходя из функциональной многозначности почвы (почва – природное тело, компонент биогеоценоза, почва – средство и объект сельскохозяйственного использования, почва – среда обитания) [7].

Известно, что для определения нормативов содержания микроэлементов в почве в первую очередь следует руководствоваться их подвижными формами. Поэтому нашими исследованиями установлен коэффициент интенсивности действия единицы внесенных элементов на содержание подвижных форм его в почве. Такой критерий зависит от многих свойств почвы и должен быть дифференцирован для определенного ее типа. Установленные нашими иссле-дованиями нормативы позволяют прогнозировать накопление химического или напротив, рассчитать дозировку внесения элемента, необходимую для достижения оптимальной или токсичной концентрации. Данный норматив используется для установления оптимального и критического содержания микроэлементов в растениях, применяемых для разных целей (агрономической или санитарно-гигиенической) нормирования.

Механизм нормирования химических элементов в почве зависит от его цели. Почвы, только начавшие загрязняться, должны быть подвергнуты жесткому контролю для полного сохранения их нативных свойств [7]. Поэтому если содержание нормируемого химического элемента не является высоким, требуются особо чувствительные методы. В связи с этим в рамках данного направления изучено влияние ряда микроэлементов на микробиологическую активность почвы. Особое внимание было уделено селену, поскольку данных о нормировании содержания селена в почве с позиций биоиндикации и биотестирования немного. Наши исследования позволили установить тесные корреляционные зависимости между уровнем селена в почве и численностью ряда агрономически важных микроорганизмов. Это дало возможность использовать микробиологические тесты в целях установления оптимальных и критических уровней влияния селена на почвенную микрофлору с целью сохранения и оптимизации природных свойств почвы как компонента биоценоза. Данные микробиологических тестов сопоставлялись с результатами, полученными при изучении реакции других организмов трофических цепей, учитывая как агрономический, так и санитарно-гигиенический аспекты.

Методология нормирования действия микроэлементов в системе почва-растение, в основу которой были положены принципы системы ИСПРОД, была разработана с учетом положений о наличии тесной взаимосвязи между внешними условиями питания и внутренними процессами обмена веществ в растениях, о тесной зависимости величины, качества урожая и поступления элементов питания в растения не только от абсолютного содержания, но и соотношения этих элементов между собой.

Разработанные оптимальные и критические уровни содержания и соотношения микроэлементов на основе математических связей между продуктивностью различных сельскохозяйственных культур и концентрацией в почве их доступных форм позволяют диагностировать условия питания микроэлементами, рассчитывать дозы их поступления. При оценке влияния микроэлементов на химический состав растений особое внимание уделялось взаимодействию ионов, при этом степень проявления антагонистических и синергетических отношений между макро- и микроэлементами в процессе поступления их в растения определяется преимущественно степенью отклонения концентрации взаимодействующих элементов в почве и растениях от оптимума, биологическими особенностями и фазой развития растений. Данные исследования позволили установить схемы взаимодействия химических элементов друг с другом в условиях повышенного поступления Cd, Ni, Zn, Se и других микроэлементов. В целом влияние исследуемых на химический состав растений зависело от метеорологических условий года, вносимого элемента, культуры [8].

Выявленные закономерности дают возможность оптимизировать поступление микроэлементов в растения с помощью использования разработанных нормативных параметров системы «ИСПРОД», и тем самым управлять процессом формирования величины и качества урожая выращиваемых культур, а также установить градации и соотношения химических элементов в почве и растении с учетом агрономического и санитарно-гигиенического аспектов.

Полученные результаты исследований необходимо учитывать при возделывании сельскохозяйственных культур и в дальнейшем при употреблении растений в пищу человека и животных. Выявление особенностей поведения микроэлементов в системе почва – растение – животный организм необходимо для профилактики и лечения болезней, вызванных избытком, недостатком или дисбалансом микроэлементов.

Поэтому в своих исследованиях по агроэкологической оценке мы особое внимание уделили третьему звену – влиянию микроэлементов почвы, дозированных от 0,5 до 2 ПДК применением микроудобрений на химический состав растениеводческой продукции и на метаболические и морфологические изменения органов животных, потреблявших ее.

При этом нами установлены функциональные и структурные преобразо-вания в печени и почках при введении в рацион животных кормов, выращенных на лугово-черноземной почве южной лесостепи Омской области в условиях моделирования антропогенного поступления кадмия, никеля, цинка, селена в почву. Являясь для многих химических элементов основными органами детоксикации, печень и почки сами служат мишенью их токсического действия, причем для некоторых микроэлементов эти органы служат одним из критических органов развития интоксикации в целом. Установлено, что морфологические изменения в печени и почках животных под влиянием токсического действия характеризуются дистрофическими, воспалительными и некробиотическими процессами. Степень выраженности структурных изменений в почках животных зависит от вида элемента, дозы, продолжительности интоксикационного периода.

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 иссле-дуемых микроэлементов, а также наметить пути их детоксикации.

Проведенные исследования являются научной базой для разработки системы детоксикации токсических количеств изученных микроэлементов. Она может быть основана на выборе химических-антагонистов с учетом характера взаимодействия ионов, установленного нашими исследованиями [3]. Установ-ленные молекулярные основы механизма интоксикации изученными элементами могут быть методологической основой для разработки приемов коррекции микроэлементозов в животном организме [3,9].

Таким образом, установленные закономерности действия микроэлементов в системе почва-растение-животное и разработанные на их основе нормативные показатели содержания элементов в компонентах трофических цепей являются научной основой для формирования комплекса природоохранных мероприятий, направленных на оптимизацию элементного статуса объектов окружающей среды, животных и в конечном итоге, человека [3, 10].

Библиографический список

1. Юрин В. М. Основы ксенобиологии / В. М. Юрин. – М.: Новое знание, 2002. – 267 с.

2. Научно-педагогическая школа «Интеграционная система почвенно-растительной оперативной диагностики питания растений»: руководитель Заслуженный деятель науки России, лауреат государственной премии им. Прянишникова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Юрий Иванович Ермохин / Сост. И.А. Бобренко, Н.В. Гоман, А.В. Синдирева, Л.М. Лихоманова. – Омск: Вариант-Омск, 2010. – 76 с.

3. Синдирева А. В. Критерии и параметры действия микроэлементов в системе почва – растение – животное: дис. … докт. биол. наук /А. В. Син-дирева. – Омск, 2012. – 455 с.

4. Ермохин Ю. И. Агроэкологическая оценка действия кадмия, никеля, цинка в системе почва–растение–животное / Ю. И. Ермохин, А. В. Синдирева, Н. К. Трубина. – Омск: ОмГАУ, 2002. – С. 38–41.

5. Синдирева А.В. Региональные особенности содержания кадмия и цинка в почвах Омской области / А.В. Синдирева, В.М. Красницкий, Ю.И.Ермохин // Плодородие – 2012. – № 1. – С. 47-50.

6. Синдирева А.В. Оценка селенового статуса территории Омской области / А.В. Синдирева, Н.А. Голубкина // Омский научный вестник – 2011. – № 1. – С. 192-196.

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

8. Синдирева А.В. Влияние микроэлементов (Cd, Ni, Zn, Cu, Pb) на химический состав растений в условиях южной лесостепи Омской области / А.В. Синдирева // Вестник Алтайского государственного аграрного университета – 2011. – № 9. – С. 35-39.

9. Селенозы: патогенез, диагностика, лечение: методические рекомендации / О. А. Зайко, А. В. Синдирева, В. Д. Конвай, И. Н. Путалова. – Омск: Вариант-Омск, 2011. – 28 с.

Сведения об авторе

Синдирева А.В., доктор биологических наук, профессор Омского ГАУ, телефон (3812) 65-46-27, sindireva72@mail.ru

A. V. Sindireva, Dr. Biol. Sci., Assoc. Prof., Omsk SAU, ph (3812) 65-46-27, sindireva72@mail.ru

УДК 378.22: 574: 378

МАГИСТЕРСКАЯ ПРОГРАММА «ЭКОЛОГИЯ РЕГИОНА»,

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: