WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

КРИТЕРИИ И ПАРАМЕТРЫ ДЕЙСТВИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В СИСТЕМЕ ПОЧВА – РАСТЕНИЕ – ЖИВОТНОЕ

Автореферат докторской диссертации

 

На правах рукописи

 

 

Синдирева Анна Владимировна

 

 

КРИТЕРИИ И ПАРАМЕТРЫ ДЕЙСТВИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ

В СИСТЕМЕ  ПОЧВА – РАСТЕНИЕ – ЖИВОТНОЕ

 

03.02.08 – экология (биология)

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора

биологических наук

 

 

 

 

 

Тюмень – 2012

Работа выполнена в ФБГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет  им. П.А. Столыпина»

Научный консультант:        

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Заслуженный деятель науки РФ 

Ермохин Юрий Иванович

Официальные оппоненты:

Петухова Галина Александровна, доктор биологических наук, профессор Тюменского государственного университета

Сысо Александр Иванович, доктор биологических наук, зав. лабораторией Института почвоведения и агрохимии СО РАН

Калиненко Николай Алексеевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Омского государственного педагогического университета

Ведущая организация:  

Пермский государственный национальный            исследовательский университет

Защита состоится «28» мая 2012 г. в «1000» часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.02 в Тюменской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7

Тел./факс (3452) 46-87-77, E-mail: dissTGSHA@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменской государственной сельскохозяйственной академии

                      Автореферат разослан «____» апреля 2012 г.

Ученый секретарь                                             Литвиненко Наталья Владимировна                                                                          

диссертационного совета,

кандидат с.-х.наук      

  1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях возрастающей антропогенной нагрузки на окружающую среду все большую актуальность приобретают экологические проблемы, тесно взаимосвязанные с  вопросами биогеохимии, сформулированными В. И. Вернадским  и его последователями  А. П. Виноградовым, В. В. Ковальским, В. В. Ермаковым. Современный период развития биосферы характеризуется увеличением миграции ряда микроэлементов (Ермаков, 2008). В различных экосистемах  в результате техногенного воздействия возникают территории с избытком  таких  элементов как Cd, Ni, Pb, Zn, Cu, As, Hg. Крупные промышленные центры формируют значительный объем загрязняющих веществ, трансформируемых в окружающую среду на территории региона.

В то же время для системы почва-растение-животное опасны провинции  с недостатком  химических элементов. Для почв Омской области, по мнению ряда экспертов, отмечен дефицит микроэлементов: Cu, Zn, Mo, Mn, Se, I (Ермохин, 1998; Ильин, Сысо, 2001; Красницкий, 2002; Орлова, Пыхтарева, 2007; Турчанинов, 2009). Ситуация усугубляется постоянным снижением содержания гумуса, возрастанием площадей почв с повышенной  кислотностью, развитием эрозионных процессов, других негативных явлений, связанных с деградацией почв, что также приводит к развитию дисбаланса содержания химических элементов в системе почва-растение-животное.

В связи с этим должны разрабатываться мероприятия по коррекции недостатка, избытка или дисбаланса микроэлементов в трофических цепях. Решение выше перечисленных задач сопряжено с поиском эффективных приемов нормирования содержания элементов в объектах окружающей среды. К сожалению, современные нормативные показатели не учитывают комплекс экологических условий исследуемой территории, вид организма, эффект взаимодействия элементов друг с другом при поступлении в живой организм, явления биотрансформации при продвижении по пищевым цепям.  В связи с этим необходима разработка интегральных показателей зонального нормирования, установленных с использованием методов моделирования закономерностей действия химических элементов в системе почва-растение-животное с учетом  биогеохимической  ситуации конкретной экосистемы.

Цель исследований: разработка научно-обоснованной интеграционной системы нормативов оценки и прогноза действия микроэлементов (Cd, Ni, Zn, Se) в трофических цепях в условиях Западной Сибири.

Задачи исследований:

- дать эколого-агрохимическую оценку содержания и распределения микроэлементов в системе почва-растение-животное с учетом биогеохимических условий Западной Сибири (Омской области);

- оценить влияние микроэлементов на химический состав и микробиологическую активность лугово-черноземной почвы Западной Сибири;

- установить агрохимические и физиологические нормативные количественные характеристики потребности растений в микроэлементах, интенсивность действия Cd, Ni, Zn, Se на химический состав почвы и растений кормовых и овощных культур, их продуктивность и качество, на данной основе определить оптимальные и критические уровни содержания и соотношения макро- и микроэлементов в системе почва-растение;

- изучить антагонизм и синергизм ионов макро- и микроэлементов при поступлении их в растения в зависимости от уровня и соотношения микроэлементов в почве, физиологической потребности растительного организма на разных стадиях онтогенеза и технологии применения элемента;

- дать оценку морфофункциональных изменений в печени и  почках животных при кормлении растениеводческой продукцией, выращенной при различном содержании кадмия, никеля, цинка и селена в лугово-черноземной почве;

- обосновать методологию использования интегрального подхода к нормированию действия микроэлементов системе почва-растение-животное.

Научная новизна исследований.  Впервые в условиях Западной Сибири с использованием методов моделирования разработана интеграционная система критериев и параметров действия микроэлементов в системе почва-растение-животное, позволяющая учитывать разные цели нормирования с учетом экологических,  агрохимических, биохимических, токсикологических параметров.

На основе системного подхода проведена оценка содержания микроэлементов (Сd, Ni, Zn, Se) в биогеохимической цепи почва-растение-животное в условиях Западной Сибири. Изучен селеновый статус населения всех районов Омской области.

Определены оптимальные и критические уровни влияния селена на микробное сообщество и ферментативную активность лугово-черноземной почвы. Впервые в условиях Западной Сибири составлены модели действия Cd, Ni, Zn, Se на концентрацию и соотношение ряда макро- и микроэлементов в почве и растениях кормовых и овощных культур, их продуктивность и качество, разработаны нормативные физиолого-агрохимические характеристики, позволяющие оптимизировать микроэлементное питание растений на основе принципов комплексного метода «Интегральной системы почвенно-растительной оперативной диагностики (ИСПРОД)». Установлены  особенности метаболических и структурных изменений в органах и тканях животных при введении в их рацион кормов с различной концентрацией Cd, Ni, Zn, Se, выращенных на лугово-черноземной почве южной лесостепи Омской области. Определены оптимальное и предельное содержание элементов (ПСЭ) в системе почва-растение-животное с учетом агроэкологических условий региона. 

Теоретическая значимость результатов исследования. Выявлены на основе моделирования антропогенного поступления микроэлементов Cd, Ni, Zn, Se в трофических цепях  количественные закономерности содержания, распределения и действия микроэлементов в системе почва-растение-животное (человек) с учетом биогеохимических условий региона.

Представленный материал уточняет и углубляет сведения о биологической роли Cd, Ni, Zn, Sе в растительном и животном организмах с учетом их взаимодействия с другими макро- и микроэлементами, молекулярных механизмов их токсического действия, структурных преобразований печени и почек.

 

Практическая значимость результатов исследования и их реализация.

Результаты изучения микроэлементного статуса региона и факторов, влияющих на их распространение, используются при разработке научно-обоснованной системы критериев и параметров оценки современного состояния окружающей среды.

Разработанные на основе комплексного метода «ИСПРОД» нормативы   дают возможность оптимизировать поступление микроэлементов в растения и тем самым управлять продукционным процессом в агроэкосистеме, предотвращать негативные последствия избыточного поступления микроэлементов в почву и растения. Полученные результаты являются методологической основой для получения биологически ценной по химическому составу растениеводческой продукции, что соответствует требованиям экологической и продовольственной безопасности.

Новые результаты, полученные с помощью интегрального подхода к оценке действия микроэлементов в системе почва-растение-животное, могут быть использованы для разработки регионально-ориентированных программ проведения экологического мониторинга, в целях  обеспечения экологической безопасности.

Результаты исследования внедрены и используются в производственной деятельности: ФГБУ Центр агрохимической службы «Омский», Центра мониторинга состояния окружающей среды с региональными функциями, Управления Россельхознадзора, хозяйствах области, в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет им. П.А.Столыпина», ГБОУ ВПО «Омская государственная медицинская академия».  

На основе полученных данных разработаны методические рекомендации «Селенозы: патогенез, диагностика, лечение».

Материал диссертационной работы может использоваться при написании учебников, справочников, изданий атласов.

Защищаемые положения:

- закономерности зонального распределения и действия микроэлементов в системе почва-растение-животное, физиолого-агрохимические параметры и критерии плодородия почв, химического состава растений являются основой моделирования управления продукционными процессами в агроэкосистемах;

- избыточное количество кадмия, никеля, цинка, селена, содержащееся в кормах, влияет на метаболизм животных, структуру и функции  печени и почек, способствует нарушению энергетического обмена в организме и интенсификации процессов липопероксидации мембранных структур клеток;

- разработанный интеграционный подход к оценке и прогнозу действия химических элементов позволяет рассматривать триаду почва-растение-животное как единое целое и устанавливать нормативы исходя из разных целей экологического нормирования.

Обоснованность выводов и достоверность результатов работы обеспечены значительным объемом фактического материала, полученным в результате многолетних полевых и лабораторных экспериментов, проводимых  с использованием современных экологических, агрохимических, биохимических и физиологических методов исследования, обоснованным методическим подходом к разработке математических моделей связи в интеграционной системе почвенно-растительной оперативной диагностики.

Апробация исследований. Основные результаты исследований излагались и обсуждались на научно-практических конференциях и форумах:  Международных (Великий Новгород, 2000; Санкт-Петербург, 2003, 2008; Семипалатинск, 2004, 2006, 2008; Новосибирск, 2008;  Омск, 2009, 2010), Всероссийских (Омск, 2000, 2008, 2009), региональных (Омск, 1999, 2001, 2003, 2006, 2008, 2009), ежегодных (1996-2011 гг.) профессорско-преподавательского состава и аспирантов ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина.

Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 382 страницах основного текста, состоит из введения, 9 глав, выводов, практических рекомендаций, 55 приложений, содержит 105 таблиц, 88 рисунков. Библиографический список включает 414 источников, в том числе 117– на иностранном языке.

Публикации. Материал, представленный в диссертации, отражен в 96 публикациях, включая 6 монографий и 19 статей в  ведущих научных  изданиях и журналах, перечень которых утвержден ВАК Министерства образования России.

Личный вклад автора. Формулирование проблемы, постановка целей, задач и методов исследования, выполнение экспериментальной части (полевых и лабораторных исследований), анализ, теоретическое обобщение и интерпретация полученных результатов, формирование научных положений и выводов,  подготовка научных публикаций осуществлялись лично автором.

При анализе распределения микроэлементов в объектах окружающей среды были использованы собственные исследования и агрохимические данные ФГБУ ЦАС «Омский». Селеновый статус территории и населения определяли  совместно с д.с.-х. наук Голубкиной Н.А. (ФГБУ «НИИ Питания РАМН»).

Исследования по влиянию микроэлементов на метаболизм и структурные преобразования органов животных проводились лично автором совместно с сотрудниками Института ветеринарной медицины и  биотехнологии ФГБОУ ВПО ОмГАУ и кафедры анатомии человека ГБОУ ВПО ОГМА.

Исследования по теме диссертации проводились по плану научно-исследовательской работы факультета агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВПО «Омский государственный  аграрный университет им. П.А. Столыпина» по темам: «Оптимизация минерального питания и моделирование продуктивности сельскохозяйственных культур в условиях Западной Сибири» (№ гос. регистрации 1.2007 04064), «Агроэкологическая оценка применения удобрений и других средств химизации в условиях Западной Сибири» (№ гос. регистрации 1.2007 04066).

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность за научно-методическое руководство и всестороннюю помощь своему учителю, научному консультанту доктору с.-х. наук, профессору, Заслуженному деятелю науки РФ, лауреату государственной премии имени акад. Д.Н. Прянишникова РФ            Ю.И. Ермохину.

Проведение экспериментальных исследований по влиянию микроэлементов на метаболизм животных, а также написание соответствующей главы диссертации осуществлялось под руководством д.м.н., профессора кафедры химии ФГБОУ ВПО ОмГАУ им П.А.Столыпина Конвая В.Д., за что автор выражает глубокую благодарность.

Автор выражает искреннюю признательность за помощь при  проведении исследований, ценные методические советы: директору ФГБУ ЦАС «Омский», д.с.-х. наук, профессору  Красницкому  В.М., начальнику отдела Авериной Г.Д. и другим сотрудникам организации;  д. с.-х. наук Голубкиной Н.А. (ФГБУ «НИИ Питания РАМН»);  к.б.н., Хамовой О.Ф. (ГНУ СибНИИСХ);  д.м.н. профессору, заведующей кафедрой анатомии человека Путаловой И.Н., ассистенту кафедры Зайко О.А. (ГБОУ ВПО ОГМА), к. вет. наук Зайнчковскому В.И. и коллективу лаборатории резистентности животных, к.с.-х. н. Трубиной Н.К., к. вет. наук Гоноховой М.Н., старшему лаборанту Котельниковой Л.Ю. (ФГБУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина).

Автор благодарит коллектив факультета  агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина за организационную и методическую помощь на протяжении всех лет исследования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Микроэлементы в системе почва-растение-животное (обзор литературы)

В обзоре литературы рассмотрены современные вопросы экологической биогеохимии и  сопряженные с ними проблемы развития дефицита, избытка и дисбаланса содержания микроэлементов в объектах окружающей среды, пути их решения. Представлены различные подходы к экологическому нормированию содержания и действия микроэлементов в  трофических цепях. Подробно представлен обзор данных, характеризующих действие кадмия, никеля, цинка, селена в системе почва-растение-животное.

2 Объекты, условия и методика проведения исследований

В соответствии с поставленной целью и задачами в 1997-2011 гг. были проведены полевые и лабораторные исследования, включающие следующие основные блоки (рис. 1).

Объектами исследований являлись: микроэлементы Cd, Ni, Zn, Se; основные  типы почв южно-таежной лесной, лесостепной (с подразделением ее на северную и южную) и степной зон Омской области;  растения кормовых  и овощных культур; лабораторные и сельскохозяйственные животные; сыворотка крови взрослого населения Омской области.

Метеорологические условия в годы исследований были различны как по тепло-, так и по влагообеспеченности. В целом они отражали основные черты климата: недостаток влаги, высокие летние температуры и резкие их колебания.

Решение поставленных задач в эксперименте осуществлялось с использованием методов полевых, лабораторных, аналитических и статистических исследований.

              

 

 

 

 

Микроэлементный статус      

  объектов окружающей среды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Моделирование действия

микроэлементов в почве и растениях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Агрохимические и микробиологические свойства почвы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние микроэлементов на растительный организм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продуктивность

 

Химический состав растений

 

Качество

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние микроэлементов на животный организм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исследования: биохимические, гистологические, морфологические

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оптимальное и предельное содержание элементов (ПСЭ) Cd, Ni, Zn, Se

в системе почва-растение-животное

 

 

Интеграционная система нормативов  оценки и прогноза действия

Микроэлементов

Рисунок 1 – Общая схема исследований

Оценка микроэлементного статуса объектов окружающей среды на территории Омской области. В процессе исследования во всех природно-климатических зонах на основных типах почв системно были отобраны и проанализированы пробы почв (n=129), растений (n=350), мяса сельскохозяйственных животных (n=42), сыворотка крови местного населения (n=637). Отбор почвенных и растительных образцов и пробоподготовка их для химического анализа осуществлялись в соответствии с требованиями агрохимических методов.

Для анализа геохимических особенностей распределения исследуемых микроэлементов (Cd, Ni, Zn, Se) в системе почва-растение использовали собственные исследования и данные ФГБУ ЦАС «Омский». Содержание селена в отобранных образцах определяли в ФГБНУ Питания РАМН.

         Моделирование действия микроэлементов в почве  и растениях. В качестве культур, используемых при исследовании, были выбраны: столовая свекла (Betavulgaris), столовая морковь (Daucussativus), рапс яровой (Brassicanapus), астрагал галеговидный (Astragalusgalegiformis).

Полевые опыты с микроэлементамипроводили на опытном поле ФГБОУ ВПО ОмГАУ им П.А. Столыпина на лугово-черноземной маломощной среднегумусовой тяжелосуглинистой почве.

Варианты полевых опытов 1997-1999 гг.: морковь (сорт Витаминная 6):

1. Р90 - фон, 2. фон + Cd (7 кг/га), 3. фон + Ni (22 кг/га), 4. фон + Zn (36 кг/га);

свекла (сорт Бордо 237):

1. N45 Р90 - фон; 2. фон+ Cd (7 кг/га); 3. фон+Ni (22 кг/га);  4. фон+Zn (36 кг/га).

Варианты полевых опытов с рапсом 2004-2006 гг.: на фоне N90P90:

1. Фон; 2.фон + Cd 1ПДК; 4. фон + Ni 1ПДК; 5.фон+Zn 1ПДК; 6. фон+Se  1ПДК;

без фона: 1. Контроль; 2. Cd 0,5ПДК; 3. Cd 1ПДК; 4. Cd 2ПДК;  5. Ni 0,5ПДК;   6. Ni 1ПДК; 7. Ni 2ПДК; 8. Zn 0,5ПДК; 9. Zn 1ПДК; 10. Zn 2ПДК;                              11. Se.0,5 ПДК, 12. Se 1 ПДК; 13. Se 2 ПДК.

Cd, Ni, Zn в виде сухих ацетатных солей, Se в виде селенита натрия, азот и фосфор в виде аммиачной селитры и двойного гранулированного суперфосфата  вносили  до посева. После внесения и заделки в почву элементов проводился посев свеклы (20 кг/га), моркови (7кг/га), рапса (20 кг/га).

Дозы (в кг/га) внесения кадмия (3,5; 7,1; 14,3), никеля (3,6; 8,4; 18), цинка (26,2; 53,3; 109), селена (11,7; 23,7; 47,7), рассчитанные с учетом установленных ПДК (ГН 2.1.7. 2041 - 06, Ильин В. Б., 1991) и фактического содержания элементов в почве, соответствуют 0,5;  1; 2 ПДК.

Полевой опыт по изучению действия различных способов применения селена на кормовые культуры (рапс яровой сорта Золотонивский и астрагал галеговидный) проводился в 2004-2009 гг. по следующей схеме:

1. фон (N90P90); 2. фон + намачивание семян Н2О; 3. фон + опрыскивание семян Н2О; 4. предпосевная обработка семян раствором с концентрацией Se (%.): 0,005; 0,01; 0,02; 5. некорневая подкормка растений раствором с концентрацией Se (%): 0,005; 0,01;  0,02; 6. основное внесение Se в почву в дозах: 0,5; 1; 2 ПДК.

Опыты мелкоделяночные, площадь каждой делянки 10 м2, повторность   6-ти кратная, расположение вариантов систематическое.

В качестве предпосевной обработки семян использовали намачивание  (время экспозиции составляло 12 часов). Некорневую подкормку растений путем опрыскивания проводили  в период вегетации для рапса ярового в фазу розетки, астрагала галеговидного – в фазу отрастания.

Закладку опытов с микроудобрениями, все учеты,  наблюдения, отбор, анализ растительных и почвенных образцов на содержание макро- и микроэлементов (N, P, K, Cd, Ni, Zn, Se, Cu, Pb) проводили по общепринятым методикам. Лабораторные исследования проводили на базе лаборатории кафедры агрохимии, в ФГБУ ЦАС «Омский», ФГБУ «НИИ Питания РАМН».

Уборку производили сплошным способом с учетной площадки.

Биоэнергетическую и экономическую эффективность применения микроэлементов рассчитывали согласно рекомендациям (Ермохин, Неклюдов, 1994).

Количественную характеристику микроорганизмов и ферментативную активность лугово-черноземной почвы определяли в полевых условиях и лабораторным методом в ГНУ СибНИИСХ в 2004-2010 гг. Лабораторный опыт с Se в расчетных дозах 2,5, 5, 10, 20, 40, 60, 80, 100 мг/кг заложен в 4-х кратной повторности по следующей схеме соответственно: 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 6; 8; 10 ПДК. Компостирование почвы с инкубацией 21 сутки проводили по методике Кравкова. По окончании эксперимента в  почве определяли численность микроорганизмов, их ферментативную активность, содержание нитратного азота, подвижного фосфора и калия  общепринятыми методами.

         Влияние микроэлементов на животный организм. Действие микроэлементов на животный организм изучалось на подопытных животных – белых беспородных крысах (n=150), которым ежесуточно в течение шести месяцев на фоне стандартного лабораторного рациона вводили столовую свеклу, морковь, яровой рапс и астрагал, выращенные в полевых опытах с применением Cd, Ni, Zn, Se в дозах 0,5; 1; 2 ПДК.

Ежегодно животных включали в эксперимент после двух недель адаптации к условиям вивария. Экспериментальные исследования осуществляли в соответствии с нормативными актами, прописывающими требования об обеспеченности принципов гуманного обращения с животными.

По окончании эксперимента проводили биохимические, гематологические, гистологические исследования.  Органы животных  исследовали на содержание селена в ФГБУ НИИ Питания РАМН флуорометрическим методом,  тяжелых металлов в ГБУ «Омская областная ветеринарная лаборатория» атомно-абсорбционным методом. 

Биохимические исследования. У животных контрольной и опытных групп производили забор крови (из бедренной артерии) и органов под эфирным наркозом. Полученную кровь разделяли на плазму и эритроцитарную массу. В плазме крови определяли содержание: общего белка и его фракций, глюкозы, общего билирубина, холестерола,  креатинина, молочной и мочевой кислот, мочевины, активность ферментов аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартатаминотрансферазы (АСТ), а также тимоловую пробу  унифицированными методами.

Из органов (печени и почек) готовили надмитохондриальную фракцию –гомогенат, в нём, а  также в эритроцитарной массе определяли активность супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, содержание глутатиона, малонового диальдегида, общего белка, в печени – уровень гликогена. Исследования проводили в Центральной научно-исследовательской лаборатории ГБОУ «Омская медицинская академия» и в лаборатории резистентности животных ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина.

Морфологические исследования. В качестве материала исследования использовали печень, почки. Приготовление красителей, буферных растворов, постановку соответствующих контролей выполняли по стандартной методике.       С парафиновых блоков изготавливали серийные срезы толщиной 4-5 мкм с использованием ротационного микротома Microm HM-340E. Для изучения общей гистоморфологической картины срезы окрашивали гематоксилином и эозином и по методу Ван Гизона.

Статистические методы. Оценку опытных данных и выявление взаимосвязей в системе почва-удобрение-растение-животное производили методами дисперсионного, регрессионного и корреляционного анализов. Математическая обработка результатов осуществлялась стандартными статистическими методами с использованием компьютерного пакета программ STATISTIKA, MATHCAD,  EXCEL.  

 

3 Микроэлементы (Cd, Ni, Zn, Se) в биогеохимической цепи

«почва–растение–животное» в условиях Западной Сибири

Микроэлементы в основных типах почв Омской области. С целью прогноза действия Cd, Ni, Zn, Se в системе почва-растение-животное был сделан анализ содержания валового и подвижных форм микроэлементов в пахотном горизонте основных типов почв Омской области: подзолистой (дерново-подзолистой, глубокоподзолистой), серой лесной (светло-серой и темно-серой), лугово-черноземной, черноземе (обыкновенном, южном, выщелоченном, оподзоленном). Из интразональных почв был исследован солонец лугово-черноземный. Наши исследования показали, что исходя из среднего валового содержания микроэлементов (мг/кг)  основные типы почв Омской области можно расположить в следующий ряд: чернозем > лугово-черноземная > серая лесная > подзолистая. Подробный анализ и количественная характеристика описаны в диссертационной работе. Обобщенные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1– Содержание Cd, Ni, Zn, Se в почвах Омской области (2007-2010 гг.)

Элемент

Содержание микроэлементов (lim) , мг/кг

Подвижная форма и валовое

содержание

валовое

содержание

подвижная форма

соотношение, %

взаимосвязь, r

Кадмий

0,2-0,65

0,03-0,12

9-18

0,60

Никель

16,5-45,2

0,5-1,0

1,9-2,6

0,34

Цинк

23,5-69,4

0,2-4,5

0,4-10

-

Селен

0,16-0,51

0,02-0,11

10-16

0,66

Содержание микроэлементов не превышает установленных значений ПДК, однако имеются территории, как с избытком, так и недостатком исследуемых элементов. Процентное соотношение подвижного и валового содержания микроэлементов изменяется в широком диапазоне и зависит от типа почв, их кислотности, количества гумуса и других факторов. Тесная корреляционная связь установлена  для  подвижного и валового Cd (r=0,60), Se (r=0,66).

Среди исследуемых почв самым высоким содержанием микроэлементов имеют почвы черноземного ряда, обладающие большим потенциальным запасом органического вещества (табл. 2). Однако данные почвы отличаются низким содержанием подвижного Zn, что объясняется природными особенностями черноземов (Красницкий,  2002; Орлова, 2007).

Таблица 2 – Содержание Cd, Ni, Zn, Se в почвах черноземного ряда

Омской области (2007-2010 гг.)

Почва

Содержание микроэлементов, ± Sd мг/кг

кадмий

никель

цинк

селен

Лугово-черноземная

0,074±0,01*

0,49±0,08

0,71±0,12

34,1±3,30

0,31±0,05

58,3±6,3

0,052±0,02

0,326± 0,091

Чернозем обыкновенный

0,08±0,02

0,43±0,11

0,68±0,05

31,3±8,5

0,30±0,05

33,5±14,5

0,049±0,014

0,435± 0,043

Примечание: * – в числителе содержание подвижных форм, в знаменателе – валовое содержание

В зависимости от характера элемента корреляционные связи их валового содержания в почве установлены с уровнем гумуса, физической глины, ила,  полуторных окислов (табл. 3).

Таблица 3– Зависимости содержания микроэлементов  (у)

от физико-химических показателей почвы (х)

Показатели

Уравнения зависимости

r, ?

Кадмий

Гумус

у = 0,038x + 0,26              

0,42

физическая глина (<0,01мм)

у = 0,0054x + 0,196            

0,61

Никель

Гумус

у = 2,72x + 20,4                   

0,47

физическая глина (<0,01мм)

у=0,013x2+1,55x-11,6         

0,82

ил (<0,001мм)

у=0,06x2+3,59x-19,3            

0,82

Fe2O3

у = 1,35x + 27,02                 

0,43

Цинк

Гумус

у = 4,01x + 32,7                  

0,41

физическая глина (<0,01мм)

у=0,024x2+2,73x-18,7         

0,77

ил (<0,001мм)

у= - 0,11x2+6,57x-35,7       

0,81

Селен

Гумус

у= 36,3 х+241,7                 

0,80

SO2

у=1171,3 x-105,3               

0,75

Fe2O3

у = 63,7 x+116,9                

0,42

SiO2

у=-36,6x2+5762x-225398  

0,61

Al2O3

у=-58,2x2+1234x-6136,7   

0,36

физическая глина (<0,01мм)

У= - 0,41x2+34,7x-232,4   

0,77

ил (<0,001мм)

у= - 1,16x2+57,1x-210,7  

0,89

На подвижность Cd, Ni, Zn, Se влияют рН, сумма поглощенных оснований, взаимодействие с макро- и микроэлементами (N-NO3, P2O5, K2O, Ca2+, Mg2+, Na+, Cd, Ni, Zn, Cu, Pb, Cr, Hg, As, B, Mo, Co, Mn, S, F), что подтверждается установленными коэффициентами корреляции. Полученные показатели позволяют утверждать, что при разработке нормативов следует учитывать не только тип почвы, но и ее агрохимические и гранулометрические показатели, которые также определяют накопление исследуемых микроэлементов.

 Геохимические особенности накопления Cd, Ni, Zn, Se в растениях. Содержание микроэлементов в растениях зависит от типа почв, на которых они произрастают, их видовой принадлежности, внутреннего и внешнего антагонизма между ионами. В зависимости от данных показателей коэффициент накопления (Кн) изменяется в пределах двух порядков.  Содержание исследуемых элементов в растениях не превышает установленных ПДК. Согласно классификации В.В. Ермакова и В.В. Ковальского (1974), содержание Se, Zn в растениях, произрастающих в различных биогеохимических условиях Омской области, находится на границе, близкой к дефициту (табл. 4).

Таблица 4 – Содержание микроэлементов (lim) в растениях, произрастающих

на почвах  Омской области (2007-2010 гг.)

Элемент

Содержание в растениях, мг/кг

 Кн

Кадмий

0,03-0,15

0,1-0,2

Никель

0,15-2,6

0,02-0,07

Цинк

6,7-28,6

0,3-0,6

Селен

0,03-0,17

0,07-0,77

Не выявлено корреляции содержания микроэлементов в системе почва-растение по всем типам почв области ввиду значительной вариабельности факторов, влияющих на их распределение. В пределах одного типа почв для ряда видов растений такая зависимость установлена. Это позволяет рассчитать предельное содержание элемента в почве (ПСЭ), не представляющее опасности загрязнения растениеводческой продукции, которое зависит от вида растения и типа почвы (табл. 5).

Таблица 5 –  ПСЭ микроэлементов (в мг/кг)  в лугово-черноземной почве

Вид растения

Формула прогноза

ПДК в растениях

ПСЭ в почве

Кадмий

Овес

y= 0,41x + 0,027, r=0,58                                        

0,1

0,18

Кострец

y= 1,02x + 0,017, r=0,72                                             

0,1

0,08

Пшеница

y = 0,4x + 0,01, r=0,87                                             

0,1

0,23

Цинк

Овес

y = 1,88x + 15,4, r = 0,76                                                         

50

18,4

Кострец

y= 19,23x + 5,84, r = 0,73                                                          

50

2,3

Ячмень

y = 71x + 10,3, r = 0,68                                                                 

50

0,6

Селен

Овес

y = 0,55x + 0,02, r = 0,83                                                          

3,0

5,4

Пшеница

y = 0,12x + 0,026, r = 0,99                                                           

3,0

24,8

После определения ПСЭ в почве его необходимо сравнить с фактическим содержанием данного элемента. Если фактическое содержание в загрязненной почве не превышает ПСЭ в почве, значит, эта почва не опасна для выращивания растений, что и указывают проведенные исследования.

Оценка селенового статуса населения. Оценка отдельных звеньев пищевой цепи переноса селена в условиях Омской области выявила вариации в содержании микроэлемента  в почве, в растениях и мясе сельскохозяйственных животных. Между содержанием селена в мясе крупного рогатого скота и его уровнем в сыворотке крови жителей установлена прямая корреляция (рис. 2).

Географическое распределение уровней обеспеченности селеном населения по содержанию в сыворотке крови исследуемого региона позволяет выделить: 1) северо-восточные районы значительного недостатка содержания Se (менее 75 мкг/л); 2) расположенные на западе районы маргинальной недостаточности со средними концентрациями Se от 80 до 88 мкг/л и 3) территории со сравнительно высокой обеспеченностью селеном (от 89 до 116 мкг/л сыворотки крови), расположенные на юго-востоке. Такая мозаичность селенового статуса характерна в целом для России (Голубкина, 2008).

Рисунок  2 – Зависимость концентрации селена  в сыворотке крови человека от его содержания в мясе сельскохозяйственных животных

Однако, среди  областей Западно-Сибирского региона, на настоящее время низкие уровни обеспеченности селеном (менее 75 мкг/л сыворотки крови) выявлены только в Омской области. Полученные данные свидетельствуют о необходимости дифференцированного подхода к экологической оценке и применению микроэлементов в сельском хозяйстве и медицине в связи с неоднозначным их распределением в регионе, обусловленным природными и антропогенными факторами. Анализ микроэлементного статуса объектов окружающей среды для  конкретного региона формирует научно- обоснованную основу для проведения

модельных экспериментов с целью оценки и прогноза действия микроэлементов в системе почва-растение-животное.

4 Содержание химических элементов в почве и  ее микробиологическая       активность при применении микроэлементов

Влияние Cd, Ni, Zn, Se на баланс химических элементов в почве. При поступлении дополнительных количеств микроэлементов в почву наблюдаются явления антагонизма и синергизма между ионами, находящимися в почве, что объясняется множеством факторов (реакцией почвенно-поглощающего комплекса, конкуренцией ионов, хелатообразованием, микробиологической активностью и т.д.). На основе установленных закономерностей рассчитаны коэффициенты «b», позволяющие оценить изменение подвижной формы ряда микроэлементов (Cd, Ni, Zn, Se, Cu, Pb) при применении 1 кг/га кадмия, никеля, цинка, селена (табл. 6).

Таблица 6 – Коэффициент «b» интенсивности действия микроэлементов, мг/кг

на химический состав почвы (1997-2006 гг.)

Элементы, вносимые в почву

Cd

Ni

Zn

Cu

Pb

Cd

0,011

0,003

0,011

-

-0,031

Ni

0,015

0,005

-0,004

-0,003

0,017

Zn

-

-

     0,011

-0,003

- 0,002

    Se

0,0005

0,014

- 0,024

0,0021

   0,043

Установленные коэффициенты «b» позволяют произвести оценку и прогноз изменения концентрации подвижных форм микроэлементов в лугово-черноземной почве при антропогенном поступлении Cd, Ni, Zn, Se (формула 1):

С мг/кг = Сф + Д .  b,                                              (1)                                           

где    Сф – фактическое содержание подвижного кадмия, никеля, цинка, селена в почве, мг/кг почвы;

С  –содержание подвижного кадмия, никеля, цинка, селена в почве после применения элемента, мг/кг почвы;

Д – доза антропогенного поступления элемента, кг/га;

b – коэффициент интенсивности действия кадмия, никеля, цинка, селена мг/кг почвы.

Данный норматив используется для установления оптимальных и критических показателей в растениях, применяемых для разных целей нормирования (агрономической или санитарно-гигиенической). Для этого можно использовать предложенные нами формулы  расчета (Срасч) содержания микроэлементов в почвах с учетом ПДК и региональных особенностей почв:

С расч = (ПДК - С факт)/b(2)

В данном случае приведен пример с Se (табл. 7).

Таблица 7 – Расчетная доза Se для достижения ПДК элемента в почве

(по валовому содержанию)

Элемент

ПДК, мг/кг

b, мг/кг

С факт, мг/кг

С расч, кг/га

Se

10

0,44

0,46

21,7

Количественная характеристика и ферментативная активность микроорганизмов лугово-черноземной  почвы в связи с применением микроэлементов.

Наши исследования позволили установить тесные корреляционные зависимости между уровнем селена в почве и численностью ряда агрономически важных микроорганизмов (табл. 8).

Таблица 8 – Математические модели зависимости содержания

микроорганизмов в почве (у) от дозы поступления селена (х, мг/кг)

Микроорганизмы

Уравнение зависимости

r, ?

Микроорганизмы, растущие на МПА

у = -0,006x2 + 0,99x + 20,01   

0,95

Микроорганизмы, растущие на КАА

у = 0,32x + 26,48                    

0,77

Олигонитрофилы

у = -0,014x2 + 1,67x + 80,83  

0,65

Целлюлозоразлагающие

у = -0,17x + 31,04                   

-0,79

Фосфатмобилизирующие

у = -0,047x2 + 0,69x + 68,51  

0,35

Нитрификаторы

у = -0,0005x2 - 0,02x + 2,16   

0,81

Грибы

у = -0,19x + 18,07                   

- 0,71

Общее количество

микроорганизмов

у = 1,33x + 138,14                  

0,81

Исследования позволили установить зависимости между содержанием селена и активностью ферментов почвы с разной величиной корреляции: каталазы (r= - 0,74), уреазы (? = 0,77), инвертазы (? = 0,94).

Для большинства микроорганизмов оптимальными являются дозы 0,5-10 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.

5 Химический состав растений и применение микроудобрений

Содержание и соотношение микроэлементов в овощных и кормовых культурах. При нормировании содержания микроэлементов в растениях учитывался как агрономический (связь урожайности растений с содержанием микроэлементов),  так и санитарно-гигиенический (качество получаемой продукции) аспекты. В таблице 9 показано изменение микроэлементного состава растений при антропогенном поступлении 1 кг/га Cd, Ni,  Zn, Se в почву.

Таблица 9– Коэффициенты «b» интенсивности действия Cd, Ni, Zn, Se, мг/кг

на химический состав растений (1997-2008 гг.)

Культура

Cd

Ni

Zn

Se

               Корнеплоды

 

Столовая свекла

0,0067

0,12

0,13

-

Столовая морковь

0,0019

0,03

0,079

-

            Надземная масса

 

Рапс яровой

0,027

0,06

0,34

0,11

Астрагал

-

-

-

0,11

Нормативные коэффициенты «b» интенсивности действия поступивших микроэлементов позволяют прогнозировать химический состав растений по формуле 3:

Jмк/кг =Сф+( Dxb),                                                (3)

где J– содержание Cd, Ni, Zn  в растении, мг/кг сухого вещества;

Сф – фактическое содержание Cd, Ni, Zn  в растении, мг/кг сухого вещества;

D – доза поступившего элемента в почву, кг/га;

b– коэффициент интенсивности действия единицы поступившего в почву элемента на химический состав  растения, мг/кг.

Эти критерии могут использоваться в практической экологии и агрохимии при расчете оптимальных доз микроэлемента и оценки его накопления в культурных растениях в случае антропогенного поступления.

При оценке влияния макро- и микроэлементов на химический состав растений особое внимание уделялось взаимодействию ионов  в процессе поступления их в растения (табл. 10).

Таблица 10 – Взаимодействие микроэлементов при поступлении в растения

Рапс

Столовая свекла

Морковь

Ni = 3,33Cd + 2,63, r=0,77

Ni = 0,43?Cd + 0,56,  г=0,94

Ni = 3,5?Cd + 0,17, r =0,97,

Zn = 48,4Сd + 13,5, r=0,73

Zn=9,44?Cd - 123,ЗCd2 +0,013

Zn =107,3?Cd + 2,04,  r = 0,87

Cu = -9,01 Сd 2+13,3 Сd+0,71

Сu=2,06?Cd + 4,99, r=0,99

Сu = 7,4-28,5?Cd,  r=-0,97

Pb = -30,5 Сd 2 + 50,8 Сd-15,4  

Рb = 14,З?Сd - 19?Cd2 + 0,014

Рb = 4,95-23,5?Cd, r=-0,99

Zn = 8,28Ni + 2,69, r= 0,71

Zn= 714,1?Ni – 498?Ni2 - 238,6

Zn= 106,1? Ni-51,8?Ni2-32,3

Cu = 0,61 Ni + 1,86, r= 0,57

Сu = 0,92?Ni+ 5,09, r = 0,69

Сu = 29,7? Ni - 13?Ni2 - 12,2

Pb = 0,81 Ni + 0,89, r=0,59

Рb = 1,46?Ni - 0,64?Ni2 + 1,67

Рb = 12,6 ?Ni - 5,5?Ni2- 5,02

Cu = -0,005Zn2 + 0,55Zn -9,18  

Сu = 1,27?Zn - 0,024?Zn2 –3,94

Сu = 4,24-0,093?Zn,  r=- 0,86

Pb = -0,003Zn2 + 0,33Zn -4,02  

Рb = 0,082 ?Zn - 1,13, r = 0,96

Рb = 2,5-0,086?Zn, r=- 0,98

Отношения между макро- и микроэлементами в овощных и кормовых растениях в условиях обогащения Cd, Ni, Zn, Se. Направленность взаимодействия между ионами может быть различной в зависимости от культуры, фазы ее развития, дозы и способа применения элемента. Исследования позволили установить схемы взаимодействия химических элементов друг с другом в условиях повышенного поступления  Cd, Ni, Zn, Se в растения. В таблице 11 представлены схемы на примере рапса ярового  и астрагала галеговидного (основное внесение Se).

Таблица 11 – Взаимосвязи в питании растений при основном способе

применения селена

Элемент

Характер взаимодействия

антагонизм

антагонизм-синергизм

синергизм

Астрагал галеговидный

Cd

N

Pb, K

Se, Ni, Zn, Cu, P

Ni

Se, Zn, Cu, Pb, N, P

Ni, K

Zn

Pb, Ni

Se, Cd

Cu

P

Ni, N

Se, Cd, Pb

Pb

Se, Cd, Zn, Ni

Cu

Se

Ni, Pb

Cd, Zn, Cu

Рапс яровой

Cd

Ni, Cu

Se

Pb

Ni

Zn, Cd, Se

Zn

Pb, Ni, Se

Cu

Cu

Pb, Cd, Se, N, P, K

Zn

Pb

Zn, Cu, N, P, K

Cd, Se

Se

Ni, Zn, Cu, N, P, K

Cd

Pb

По мнению ряда исследователей, явления взаимодействия ионов в растительном организме имеют такое же значение как явления дефицита и токсичности элементов. Поэтому выявленные закономерности позволяют прогнозировать и управлять процессом формирования величины и качества урожая возделываемых культур.

6 Диагностика потребности растений в  микроудобрениях

Диагностика потребности кормовых и овощных культур в микроудобрениях на основе полевого опыта. Действие микроэлементов на урожайность различных сельскохозяйственных культур определялось: физиологическими особенностями микроэлемента и  биологической потребностью культуры, дозой вносимого элемента (можно выделить зону  дефицита, оптимальных  и токсичных дозировок Cd, Ni, Zn, Se), способом его применения.

Согласно  данным полевых опытов  1997-1999 гг. на урожайность корнеплодов столовой свеклы и моркови оказало благоприятное действие внесение никеля в дозе 22 кг/га  и цинка 36 кг/га. Прибавка составила по свекле  соответственно 14,4 т/га (20,3%), 8,7 т/га (12,2%), моркови – 12,4 т/га (22,0%), 13,0 т/га (23,1%).

По результатам полевого опыта 2004–2006 гг. максимальная прибавка урожайности рапса от Cd наблюдалась при его применении в дозе 7,1 кг/га    (2,7 т/га, 9,8 %); никеля – в дозе 3,6 кг/га  (4,3 т/га, 15,6%); цинка26,2 кг/га      (4,7 т/га 17,1%), с дальнейшим увеличением дозы вносимых микроэлементов урожайность рапса снижается (рис. 3).

У = -0,072x2+ 0,9x + 27,5

? =0,99

y = -0,04x2 + 0,73x + 28,2

?=0,84

y = -0,002x2+0,13x+28,11

?=0,91

Рисунок 3 –  Влияние различных доз Cd, Ni, Zn на урожайность рапса ярового

Согласно данным полевых опытов 2005-2009 гг., оптимальным способом применения селена является некорневая подкормка с концентрацией элемента 0,01% и основное внесение в дозе 0,5 ПДК (11,7 кг/га). При этом прибавка по рапсу и астрагалу составляла 12–15%. 

В области оптимальных дозировок микроудобрений установлены  коэффициенты «b»  интенсивности действия единицы поступивших кадмия, никеля цинка и селена в почву (кг д.в./га) на формирование величины урожая зеленой массы кормовых культур (табл. 12).

Полученные нами «нормативы» эффективности микроудобрений также позволяют рассчитать дозу вносимых микроудобрений для получения планируемой прибавки урожайности (табл. 13) по формуле 4:

                                                              (4)                                                         

где Д – доза применяемого микроудобрения, кг/га

П – планируемая прибавка урожая, ц/га

b– коэффициенты интенсивности действия, т/га.

Таблица 12 – Коэффициенты «b» интенсивности действия единицы 

поступивших  Cd, Ni, Zn и Se в почву (кг д.в./га)  на формирование величины урожая  сельскохозяйственных культур (т/га)

Культура

Коэффициенты интенсивности действия («b»), т/га

Cd

Ni

Zn

Se

Корнеплоды

Свекла

0,56

0,65

0,24

-**

Морковь

н*

0,56

0,36

-

Зеленая масса

Рапс

0,38

1,19

0,18

0,37

Астрагал

-

-

-

0,077

Примечание * н – отсутствует прибавка урожайности, ** – нет данных

Таблица 13 – Дозы внесения Cd, Ni, Zn, Se в почву (кг д.в./га) для получения                1 тонны товарной продукции овощных и кормовых культур

Культура

Cd

Ni

Zn

Se

Корнеплоды

Свекла

1,79

1,54

4,17

-

Морковь

н*

1,79

2,78

-

Зеленая  масса

Рапс

2,63

0,84

5,56

2,7

Астрагал

-

-

-

13,0

Примечание * н – отсутствует прибавка урожайности

Почвенная диагностика и расчет потребности культур в микроудобрениях. Определение способности почв удовлетворять потребность растений в питательных веществах является одним из основополагающих принципов диагностики минерального питания, в т.ч. и микроэлементного. Полученные данные позволили сделать вывод об оптимальном содержании (С, мг/кг) и соотношении микроэлементов в почве для  питания культур (на примере рапса) с учетом фактического содержания микроэлементов в почве (Сф, мг/кг), оптимальных доз микроэлементов (Cd, Ni, Zn, Se, кг/га), разработанных коэффициентов «b» интенсивности действия микроэлементов на химический состав почвы:

СCd= Сф + Д· b= 0,063+7,1·0,011= 0,14                                     (5)     

CNi= Сф + Д· b= 0,51+3,6·0,005=0,53                                        (6)

CZn= Сф + Д·b= 0,66+26,2·0,011=0,95                                       (7)

CSe= Сф + Д·b= 0,052+11,7·0,0012=0,066                                  (8)

Оптимальное соотношение элементов в лугово-черноземной почве:

Микроэлементы: Zn ? 6,8 . Cd ? 1,8. Ni ?14,4 Se

Макроэлементы: P2O5 ? 10 . N-NO3 ? K2O

По фактическому соотношению между элементами питания в почве и их отклонению от уравновешенного питания (стандарта) можно достаточно точно прогнозировать положительное действие и расчетную дозу микроэлемента с целью обеспечения оптимальной продуктивности культур.

Оптимальные уровни и соотношения основных элементов питания и Cd, Ni, Zn, Se в растениях, их связь с урожаем. На основании данных химического состава растений, выявленных математических зависимостей нами были установлены оптимальные уровни содержания макро- и микроэлементов в растениях соответствующие максимальной урожайности (табл. 14). Полученные уровни и соотношения позволяют нормировать химический состав растений с целью создания оптимальной продуктивности и качества растениеводческой продукции, т.е. соответствуют агрономической цели нормирования.

Таблица 14 – Оптимальное содержание химических элементов в культурных растениях

Растение

Оптимальное содержание

макроэлементы, %

микроэлементы, мг/кг

N

P

K

Se

Cd

Ni

Zn

Cu

Pb

Надземная масса

 Рапс

 3,7

0,6

 3,3

  1,2

  0,9

5,1

44,0

3,6

3,5

Астрагал

3,6

0,7

2,0

1,9

0,04

  1,4

7,0

  2,6

1,0

Свекла

1,8

0,5

2,5

-*

0,6

3,2

26,9

6,9

3,8

Морковь

1,9

0,4

2,6

-

0,4

2,0

17,3

4,4

3,6

Корнеплод

Свекла

1,4

0,5

1,9

-

0,3

1,1

17,3

5,6

2,6

Морковь

1,0

0,6

2,4

-

0,2

1,0

22,5

3,7

1,3

Примечание: –* данные отсутствуют

Биоэнергетическая оценка использования микроэлементов в растениеводстве. Применение Cd, Ni, Zn, Se в оптимальных дозах  на лугово-черноземной почве под различные культуры энергетически эффективно, т. к. энергоотдача превышает единицу. Однако использование микроэлементов в сельскохозяйственном производстве должно быть сопряжено с оценкой качества растениеводческой продукции.

Потребность в микроэлементах при формировании урожая овощных  и кормовых культур. На основе установленной модели баланса (табл. 15) видно, что растения способны  усваивать лишь незначительную часть от поступившего в почву количества микроэлементов, при этом может возникнуть экологическая проблема, связанная с избыточным накоплением данных элементов в почве.

Таблица 15 –  Модель баланса микроэлементов при внесении их под кормовые

и овощные культуры

Показатели

Свекла

Морковь

Рапс

Астрагал

Cd

6,8*/7000**

4,6/7000

3,79/7100

 

Ni

39,7/22000

24,1/22000

20,7/3600

 

Zn

426,5/36000

254,8/36000

214,6/26200

 

Se

 

 

7,6/11700

5,4/11700

Примечание: *в числителе – вынос микроэлемента, ** в знаменателе – внесенное  количество элемента, г/га

По способности использовать Cd, Ni, Zn, Cu  из почвы исследуемые культуры можно расположить  в следующий ряд: свекла > рапс  > морковь; а по способности использовать свинец: рапс > свекла  > морковь. В отношении Se рапс яровой обладает большей способностью усваивать его из почвы по сравнению с астрагалом (табл. 16).

Таблица 16 – Процент использования микроэлементов из почвы

Культура

     Cd

     Ni

   Zn

     Se

     Cu

      Pb

Свекла

2,92

1,4

12,9

-

9,8

1,84

Морковь

0,11

0,12

0,81

-

0,28

0,06

Рапс

0,99

0,92

5,3

1,13

1,0

4,2

Астрагал

 0,89

Коэффициент использования элементов из удобрений в зависимости от культуры и микроэлемента отличается на 3 порядка (табл. 17).

Таблица 17 – Процент использования микроэлементов растениями из удобрений

Элемент

Свекла

Морковь

Рапс

Астрагал

Cd

0,0014

0,026

0,022

-

Ni

0,053

0,019

0,180

-

Zn

0,390

0,220

0,340

-

Se

-

-

0,059

0,042

Полученные агрохимические нормативные характеристики позволяют оптимизировать эффективность применяемых элементов в системе почва-удобрение-растение.

7 Микроэлементы и качество урожая культурных растений

Исследования показали, что внесение Ni22 и Zn36 способствует стимулированию процессов биосинтеза сахаров в корнеплодах, а также накоплению нитратов  за счет способности этих элементов угнетать восстановительный процесс внутри растительного организма. При этом содержание общего сахара увеличивается на 5-10%. Превышение ПДК по нитратам наблюдается в корнеплодах столовой свеклы при применении никеля, а моркови – цинка.

Установленные при обобщении многолетних исследований системы «удобрение-качество урожая» математические зависимости позволяют осуществить прогноз содержания протеина, сухого вещества (у)  в зависимости от дозы  антропогенного поступления в почву Cd, Ni, Zn, Se (х) (табл. 18).

 

 

Таблица 18 –  Математические модели содержания протеина и сухого вещества  в рапсе в зависимости от применения микроэлементов

Показатель

Уравнения регрессии

r, ?

Кадмий

Сырой протеин

y = -0,1x2 + 1,6x + 17,9             

0,99

Белок

y = -0,09x2 + 1,49x + 16,7           

0,99

Урожайность сухого вещества

y = -0,011x2 + 0,13x+ 3,77      

0,99

Никель

Сырой протеин

y = -0,03x2 + 0,42x + 19,7         

0,56

Белок

y = -0,03x2 + 0,4x + 18,4           

0,56

Урожайность сухого вещества

y = -0,005x2 + 0,06x +3,99       

0,69

Цинк

Сырой протеин

y = -0,0015x2 + 0,23x + 17,4   

0,95

Белок

у = -0,0014x2 + 0,21x + 16,2     

0,95

Урожайность сухого вещества

y = -0,0002x2 + 0,02x+ 3,9      

0,91

                    Селен

Сырой протеин

y =-0,0009x2+ 0,0007x + 20,6   

0,90

Белок

y =-0,0008x2+ 0,0007x + 19,2 

0,90

Урожайность сухого вещества

y = -0,0024x2 + 0,092x + 4,95  

0,94

Обогащение микроэлементами кормов в необходимых количествах способствует оптимизации элементного состава и устранению их дефицита, который может быть обусловлен природными особенностями их содержания в почве и другими факторами. В то же время несбалансированное, избыточное поступление элементов в растения вызывает тревогу с позиции экологической безопасности продукции. Наши исследования показали, что при внесении 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. Причем за счет 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 определенную опасность при введении данной продукции в пищу животным и человека.

8 Влияние Сd, Ni, Zn, Se  на структурно-функциональные  

 преобразования органов животных

Моделирование поступления микроэлементов  в организм   животных и распределение их по органам животных. Поскольку одним из основных депо микроэлементов являются печень и почки, представляется необходимым определить их содержание именно в этих органах. В наших исследованиях наибольшее количество кадмия отмечено у крыс группы «Cd 2 ПДК»:  в печени содержание этого элемента выше уровня контроля в 2,5 раза, а в почках – в 5 раз. 

Содержание цинка у животных группы «Zn 0,5 ПДК» достоверно не отличается от количества этого элемента в печени животных контрольной группы. У животных группы «Zn 1 ПДК» содержание цинка в печени выше, чем у животных контрольной группы на 27 %. В печени животных группы «Zn 2 ПДК» содержание этого элемента 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 соответственно на 27 и 25%.

Проведенные 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 раз 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–животный организм.

Структурные и метаболические изменения печени и почек животных при введении  в их рацион кормов, обогащенных Cd, Ni, Zn, Se. Реакция печени и почек проявляется стереотипными преобразованиями в ответ на стрессорный фактор, в данном случае на воздействие токсических концентраций Cd, Ni, Zn, Se. Причем морфофункциональные особенности печени и почек у животных, потребляющих корма, выращенные с применением микроэлементов в дозах 0,5 ПДК, существенно не отличались от контрольных крыс.

При потреблении животными кормов, выращенных с применением микроэлементов в дозе 1 ПДК, в печени отмечали признаки белковой дистрофии гепатоцитов, воспалительной инфильтрации, расширение центральной вены с полнокровием синусоидов, что свидетельствует о  наличии воспалительных и дегенеративных процессов.

В то же время в печени животных групп «Cd 2 ПДК», «Ni 2ПДК», «Zn 2 ПДК» «Se 2 ПДК» более выраженной и распространенной была белковая дистрофия гепатоцитов. По ходу синусоидов встречались группы купферовых клеток. Наиболее четко дегенеративные изменения были выражены в группе «Se 2 ПДК», где обнаруживались участки центролобулярных некрозов с регенераторной перестройкой печеночной дольки – утрата регулярного балочного строения, появление двуядерных гепатоцитов, многочисленные митозы.

Нефротоксическое действие элементов сопровождалось патоморфологическими изменениями с преобладанием признаков нарушения тубулярного аппарата (дистрофия и некроз эпителия извитых канальцев) при воздействии Cd и Se, интерстициального нефрита –  при воздействии Ni (наличие лимфоцитарного инфильтрата) и сосудистых расстройств (выраженную гиперемию сосудистых клубочков и сосудов коркового и мозгового вещества), в мозговом веществе – очаговые кровоизлияния – при избыточном содержании в кормах Zn.

Таким образом, неспецифический характер ответа на стресс подвержен модуляциям в связи с физико-химическими свойствами элемента, дозами действующего фактора и функциональной специализацией самого органа.

         Биохимические исследования показали, что введение в рацион животным кормов, выращенных с применением микроэлементов в дозе 1 ПДК, приводит лишь к умеренному развитию гепато-целлюлярной недостаточности печени и нарушениям экскреторной функции почек без развития выраженных метаболических нарушений. Увеличение дозы вносимых микроэлементов до 2 ПДК приводит у животных, потреблявших Cd, Ni, Zn, Se  к выраженным метаболическим нарушениям, характеризующим морфофункциональными изменениями печени и почек. 

О нарушении целостности мембран гепатоцитов свидетельствует увеличение ферментов АСЛ и АЛТ на 20-60% у животных всех представленных групп по сравнению с контролем (Р<0,05). На снижение экскреторной функции  печени указывает увеличение уровня билирубина у животных групп «Cd 2 ПДК» и «Se 2 ПДК» соответственно на 16,3% (Р<0,05) и 51,4% (Р<0,01) по сравнению с контролем. На нарушение протеосинтетической функции указывает снижение содержания белка  и его фракций альбуминов у животных группы «Se 2 ПДК» соответственно на  11,7% (Р<0,05) и 17,5% (Р<0,001). У других групп животных белок синтезирующая функция печени не нарушена. Наряду с этим соотношение альбуминов и глобулинов снижено у животных групп Cd, Zn, Se. Это связано с наличием воспалительных явлений (возрастание количества белков острой фазы воспаления). Свидетельством развития поражения печени является повышение уровня холестерина у крыс групп Cd, Ni по сравнению с контролем соответственно на 25 и 15% (Р<0,05).  

О нарушении экскреторной функции почек свидетельствует повышение уровня мочевины и креатинина у животных всех опытных групп.

Метаболические изменения у животных мы связываем с нарушением процессов энергообеспечения клеток, развитием явлений гипоксии, сопряженными с ними явлениями окислительного стресса и как, следствие, разрушением мембранных структур и поражением клеток органов, аккумулирующих данные элементы и, прежде всего, печени и почек. Свидетельством нарушения процессов энергообеспечения является увеличение содержания глюкозы в крови крыс групп, потреблявших корма, выращенные с применением Cd, Ni, Zn, Se в дозе 2 ПДК соответственно на 43,9, 35, 32,8, 34,5% по сравнению с контролем (Р<0,05). Увеличение энергодефицита приводит к повышенному окислению глюкозы в реакциях анаэробного гликолиза с последующим повышением потребности организма в данном моносахариде, что приводит к усиленному распаду гликогена в печени с последующим выходом глюкозы в кровь.

На нарушение процессов энергообеспечения у животных  группы «Cd 2 ПДК», «Ni 2ПДК», «Zn 2 ПДК», «Se 2 ПДК» также указывает увеличение концентрации мочевины в плазме крови по сравнению с контролем соответственно на 53,5, 46,5, 18,3, 25,1% (Р<0,05).

С развитием гипоксии в тканях животных данных групп можно связать и увеличение концентрации  молочной и мочевой кислот в плазме крови. Окисление гипоксантина до мочевой кислоты сопряжено с продукцией ксантиноксидазой активных форм кислорода, повреждающих мембранные структуры в различных тканях, в т.ч., печени и почках.

Наши исследования показали, что у животных, потреблявших корма с токсичной дозировкой селена (2 ПДК), отмечались наиболее существенные метаболические изменения. В связи с этим представлялось необходимым изучение молекулярных механизмов его токсического действия.

Исследования показали, что в организме крыс групп «Se  2 ПДК» развивается явление гемической гипоксии, о чем свидетельствует снижение в крови содержания эритроцитов (на 38%, Р<0,001) и гемоглобина (на 4,05%, Р>0,05). Это приводит к напряженности  окислительных процессов, на что указывалось выше. Интенсивная генерация активных кислородных метаболитов приводит к компенсаторному повышению активности супероксидисмутазы в печени, почках и эритроцитах, при этом она увеличена соответственно на 72,9% (Р<0,001), 22,5% (Р<0,01) и 47,3% (Р<0,001).

У животных этой группы усилены процессы перекисного окисления липидов. Содержание малонового диальдегида превышает в печени на 72,2%          (Р <0,001), в почках на  92,9 (Р<0,001), эритроцитах на 52,1% (Р< 0,001) уровень контроля.

Интенсификации процессов перекисного окисления липидов в печени способствует также торможение в этом органе активности глутатионпероксидазы  на 70,9%, Р<0,001 по сравнению с контролем. В почках и эритроцитах этот показатель не только не снижается, но даже увеличивается соответственно на 35,3 (Р<0,01) и 39,6% (Р<0,001). Тем не менее, invivo, активность этого фермента также тормозится вследствие недостаточной обеспеченности клеток глутатионом. Содержание этого трипептида в печени, почках и эритроцитах крыс группы «Se 2 ПДК» снижено соответственно на 28,1, 18,3, 26,4% (Р<0,001).  Это явление, вероятно, является одним из критериев токсического эффекта высоких концентраций селена, оно связано также с дальнейшим снижением эффективности восстановления глутатиондисульфида. Активность глутатионредуктазы в печени, почках и эритроцитах крыс группы «Se  2 ПДК» снижена соответственно на 9,9% (Р<0,05), 68,2% (Р<0,001), 20,3% (Р <0,05). Функционированию этого фермента  invivo препятствует также недостаточно эффективная генерация реакциями пентозного цикла НАДФН2, вызванная торможением активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в печени на 17,9% (Р<0,001), почках на 63% (Р<0,001), эритроцитах на 5,75% (Р>0,05). Выработка НАДФН2  лимитируется также недостаточной обеспеченностью клеток глюкозой, вызванной общим дефицитом этого моносахарида в организме. Полученные результаты позволили установить схему механизма интоксикации селеном.

 

 

 

 

9 Интеграционный подход к оценке действия

микроэлементов в системе почва-растение-животное

Интегральная схема нормирования и прогнозирования действия  химических элементов (х.э.) представлена на рисунке 4.

               

Исходное содержание х.э. в почве

v

Антропогенное поступление в почву

v

Антагонизм

С ионами

<

Коэффициент «b» интенсивности

поступившего х.э. в почву

на ее химический состав

>

Синергизм

С ионами

v

Биоиндикация и биотестирование

¦

Оптимальное и предельное содержание  элемента в почве

¦

Поступление в растения

v

Диагностические параметры и критерии действия х.э.

v

Коэффициент «b» интенсивности поступившего х.э. в почву на химический состав растения

v

v    

Агрономический аспект

Санитарно-гигиенический аспект

Коэффициент «b»  х.э. на урожайность

Антагонизм и синергизм ионов

Коэффициент «b»  х.э.  на показатели качества

                    ¦                                           ¦                                             ¦           

Оптимальное и предельное содержание  элемента в растении

                            v

Поступление в организм животного

v

Диагностические критерии действия х.э.

v

 

v

Метаболические

Морфологические

¦

¦

Экологические нормативы действия х.э. в трофических цепях

¦

Мероприятия по коррекции и

оптимизации элементного статуса

Рисунок 4 –  Интеграционная схема нормирования действия химических элементов в системе почва–растение–животное

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, животных и в конечном итоге, человека.

При этом почва и растения рассматриваются как единое целое, отчего сам подход в системе почва–удобрение– растение–животное (человек) можно назвать интегральным, каждое  звено в котором характеризуется определенными параметрами и требует своих показателей нормирования. Наши исследования показали, что разработанная интеграционная модель прогноза и оценки действия химических элементов позволяет установить систему критериев и параметров для  экологического нормирования исходя из разных его целей.

Выводы

1. Валовое содержание Cd, Ni, Zn, Se в почвах Омской области составляет соответственно (в мг/кг): 0,2-0,65; 16,5-45;  23,5-69,5;  0,16-0,51; подвижных форм: 0,03-0,12; 0,5-1,0; 0,2-4,5; 0,02-0,11 мг/кг. Это не превышает принятых значений ПДК, но имеются территории с избытком (Cd) и с недостатком исследуемых элементов (Zn, Se). Исходя из среднего валового содержания микроэлементов (мг/кг)  основные типы почв Омской области можно расположить в следующий ряд: чернозем > лугово-черноземная > серая лесная > подзолистая. Установлены корреляционные зависимости между валовым содержанием микроэлементов и их подвижными формами, количеством гумуса, физической глины, полуторных окислов в почве. На подвижность микроэлементов влияет содержание гумуса, рН, сумма поглощенных оснований, взаимодействие с макро- и микроэлементами в почве.

2. Поступление элементов в растения и вовлечение их в биологическую миграцию определяется физиологическим значением микроэлементов, видом растений, концентрацией подвижных форм элемента в почве, внешним и внутренним взаимодействием с ионами других элементов. По уровню содержания в растениях (в мг/кг) элементы располагаются: Zn (6,7-28,6) > Ni (0,15-2,6) > Cd, Se (0,03-0,17). Сd, Zn, Ni, Se относятся к элементам с низким биологическим поглощением.

3. Выявлены вариации содержания микроэлементов в почве, растениях и мясе сельскохозяйственных животных, что объясняется разнообразием биогеохимических условий региона. Географическое распределение уровней обеспеченности селеном населения Омской области позволяет выделить: 1) северо-восточные районы значительного недостатка потребления селена; 2) западные районы маргинальной недостаточности со средними концентрациями селена в сыворотке крови; 3) территории со сравнительно высокой обеспеченностью селеном, расположенные на юго-востоке.

4. Дополнительно поступившие в почву Cd, Ni, Zn, Se влияют на мобильность других микроэлементов. Установленные закономерности влияния одних ионов на другие позволили получить нормативы («b», мг/кг) интенсивности действия единицы Cd, Ni, Zn, Se (кг/га) на химический состав почвы и разработать формулы прогнозирования содержания микроэлементов в почве в случае их внесения или техногенного загрязнения.

5. Установлены 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). На основе моделирования системы «почва-селен-микроорганизмы» определены оптимальные и критические уровни содержания Se, влияющие на почвенную микрофлору, что позволяет нормировать его количество в целях сохранения и улучшения природных свойств почвы как компонента биоценоза.

6. Выявлено, что каждый килограмм микроэлементов, внесенный в почву в оптимальных дозах и сочетаниях, позволяет в среднем получить дополнительные прибавки урожая (в т/га): корнеплодов столовой свеклы – 0,56, 0,65, 0,24  (соответственно от Cd, Ni, Zn), моркови – 0,56, 0,36 (от Ni, Zn); зеленой массырапса ярового – 0,38, 1,19, 0,18, 0,37 (от Cd, Ni, Zn, Se), астрагала галеговидного –  0,077 (от Se). Применение Cd, Ni, Zn, Se в оптимальных дозах энергетически эффективно.

7. Определены нормативные физиолого-агрохимические характеристики действия  Cd, Ni, Zn, Se в системе почва-растение с учетом вида сельскохозяйственной культуры:

  1. проценты использования микроэлементов растениями из удобрений и почвы;
  2. коэффициенты интенсивности действия микроэлементов на химический состав  кормовых и овощных культур («b», мг/кг);
  3. расход микроэлементов для создания единицы основной продукции овощных и кормовых культур;
  4. влияние на содержание в растениях сухого вещества, сахара, нитратов, протеина, питательную ценность кормов;

- оптимальные и критические  уровни и соотношения микроэлементов в почве и растениях, позволяющие диагностировать и прогнозировать эффективность микроэлементов, рассчитывать дозы их применения.

8. В процессе поступления и усвоения химических элементов растениями наблюдаются явления антагонизма и синергизма  между отдельными парами ионов N, P, K, Cd, Ni, Zn, Se, Cu, Pb, обусловленные физиологической потребностью растительного организма, наличием и соотношением элементов в почве  и растениях и другими внешними факторами, что резко сказывается на элементном химическом составе растения, выполняющего роль преобразователя косного вещества в биогенное.

9. Реакция печени и почек животных при воздействии токсических концентраций Cd, Ni, Zn, Se проявляется стереотипными преобразованиями (дистрофическими, воспалительными и некробиотическими процессами) вследствие развития оксидативного стресса, приводящего к усилению процессов пероксидации и разрушению мембранных структур этих органов. 

Неспецифический характер ответа на стресс подвержен модуляциям в связи с физико-химическими свойствами элемента, дозами действующего фактора и функциональной специализацией самого органа. В частности, нефротоксическое действие элементов сопровождается патоморфологическими изменениями с преобладанием признаков нарушения тубулярного аппарата почек при воздействии кадмия и селена, интерстициального нефрита – при воздействии никеля и сосудистых расстройств – при избыточном содержании в кормах цинка.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработанные критерии и параметры действия микроэлементов в системе почва-растение-животное, полученные на основе математического моделирования, использовать в зональной системе экологического мониторинга Западной Сибири.

2. При разработке зональных научно-обоснованных мероприятий в целях коррекции микроэлементозов, в частности, Se, учитывать селеновый статус населения; закономерности действия химических элементов в пищевых цепях, взаимодействие ионов при поступлении в растительный и животный организмы, молекулярные основы токсического действия элемента.

3. Включить в систему экологического мониторинга результаты биоиндикационных исследований по влиянию селена на численность и ферментативную активность лугово-черноземной почвы.

4. Использовать при работе природоохранных организаций установленные параметры и критерии влияния микроэлементов на химический состав почв, растительного и животного организмов в целях предотвращения загрязнения окружающей среды.

5. В целях оптимизации минерального питания культур и предотвращения загрязнения окружающей среды применять на лугово-черноземных почвах Омского Прииртышья микроудобрения на основе разработанных нормативных показателей комплексного метода почвенно-растительной оперативной диагностики (система «ИСПРОД»):

а) оптимального состава и соотношения элементов питания в почве;                  

б) коэффициентов использования элементов питания из почвы и удобрений;

в) нормативов потребления микроэлементов для получения 1 т урожая основной продукции;

г) оптимальных уровней содержания и соотношения элементов в растениях;

д) коэффициентов действия удобрений «b» на химический состав почвы и растений, формул расчета доз микроудобрений в основное внесение с учетом химического анализа почвы.

6. Учитывать при дифференциальной диагностике воздействия токсических концентраций кадмия, никеля, цинка, селена особенности их  гепатотоксического и нефротоксического действия. В целях диагностики и профилактики микроэлементозов использовать биохимические показатели крови, характеризующие степень повреждений печени и почек, энергетического обмена и перекисного окисления липидов.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК

1.  Синдирева А.В. Агроэкологическая оценка влияния тяжелых металлов на качество корнеплодов и биохимические показатели животных / А.В. Синдирева, Н.К. Трубина  // Омский научный вестник. – 2000. – Вып. 12. – С.113-114.

2. Ермохин Ю.И. Патоморфология печени кроликов при воздействии на организм тяжелых металлов / Ю.И. Ермохин, А.В. Синдирева, В.А. Сервуля,           Н.К. Трубина // Омский научный вестник. – 2000. – Вып. 12. – С. 126-127.

3. Конвай В.Д. Гистологические изменения костной ткани при воздействии на организм селена / В.Д. Конвай, А.В. Синдирева, О.А. Зайко, Р.В. Симахов // Омский научный вестник. – 2007. –  № 1 (53). – С. 34-35.

4. Зайко О.А.Структурные преобразования печени при воздействии на организм высоких концентраций селена / О.А. Зайко, А.В. Синдирева, Р.В. Симахов, В.Д. Конвай //  Морфология. – 2007. – № 3.  – С. 70.

5. Путалова И.Н. Преобразования лимфатической системы в условиях хронического применения микроэлемента кадмия / И.Н. Путалова, Н.И. Харчикова,  О.В. Никитенко, И.И. Кошелева, А.В. Синдирева, О.А. Зайко // Морфология. –  2007. – № 3. – С. 88.  

6. Синдирева А.В. Влияние кадмия на структурные преобразования внутренних органов / А.В. Синдирева, О.А. Зайко, М.Н. Гонохова, И.Н. Путалова,  В.Д. Конвай  // Морфология. –  2007. – № 3. – С. 91.

7. Путалова И.Н. Морфологические и биохимические критерии детоксикационной функции функции брыжеечных лимфатических узлов под влиянием селена / И.Н. Путалова, О.А. Зайко, А.В. Синдирева,  В.Д. Конвай // Морфология. – 2008. – № 2. – С.110.

8. Путалова И.Н. Адекватность детоксикационной функции брыжеечных лимфатических узлов на фоне токсических доз селена /И.Н. Путалова,               А.В. Синдирева, О.А. Зайко, В.Д. Конвай  // Морфология. – 2008. – № 3. –            С. 94.

9. Ермохин Ю. И. Основные критерии агроэкологической оценки действия микроэлементов в системе почва-растение-животное / Ю.И. Ермохин,                  А.В. Синдирева // Проблемы агрохимии и экологии. – 2008. – № 3. – С. 19-22.

10. Синдирева А.В. Влияние повышенного содержания селена в почве на накопление его в рапсе яровом и состояние антиоксидантной активности в печени крыс / А.В. Синдирева, О.А. Зайко // Достижения науки и техники АПК. –  2009. – № 3 – С. 45-47.

11. Зайко О.А. Метаболические и структурные нарушения в печени крыс в условиях острой интоксикации селенитом натрия / О.А. Зайко, А.В. Синдирева,  В.Д. Конвай. // Морфология. – 2009. – № 4. –  С. 59.

12. Синдирева А.В. Селеновый статус населения Омской области /                  А.В. Синдирева,  Н.А. Голубкина, О.А. Зайко // Медицинская наука и образование Урала. – 2009. – № 2. –  С. 66-69.

13. Зайко О.А. Влияние токсических доз селена на процессы перекисного окисления липидов в крови и брыжеечных лимфатических узлах крыс /             О.А. Зайко, А.В. Синдирева, И.Н. Путалова, В.Д. Конвай // Медицинская наука и образование Урала.  2009. –  № 2. – С. 57-60.

14. Ермохин Ю.И. Нормирование содержания микроэлементов в трофических цепях / Ю.И. Ермохин, В.М. Красницкий, А.В. Синдирева // Плодородие. – 2010. – № 1. – С. 54-56.

15. Синдирева А.В. Эколого-токсикологическая оценка действия кадмия, цинка, селена в условиях южной лесостепи Омской области / А.В. Синдирева // Вестник Красноярского ГАУ. – 2011. – Вып. 10. – С. 118-123.

16. 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 ГАУ. – 2011. – № 9 (83).  – С. 35-40.

17. Синдирева А.В. Влияние селена  на показатели качества рапса ярового в условиях южной лесостепи Омской области / А.В. Синдирева  // Вестник Буряткой ГСХА. – 2011. – № 4. – С. 89-85.

18. Синдирева А.В.Оценка селенового статуса территории  Омской области / А.В. Синдирева, Н.А. Голубкина  // Омский научный вестник. – 2011. – № 1 (104). – 192-196.

19. 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. – 42-46.

Монографии

          20. Синдирева А.В. Агроэкологическая оценка действия тяжелых металлов в системе почва-растение-животное // Анализ почв, растений и проблема применения удобрений в Западной Сибири: Монография / под общей ред. Ю.И. Ермохина, И.А. Бобренко.  –  Омск: ОмГАУ, 2002. – С. 327-338.

21.Ермохин Ю.И. Агроэкологическая оценка действия кадмия, никеля, цинка в системе почва-растение-животное: Монография / Ю.И. Ермохин,         А.В. Синдирева,  Н.К. Трубина. – Омск: Вариант-Сибирь, 2002. – 118 с.

22. Зайко О.А. Эколого-токсикологическая оценка действия селена в условиях южной лесостепи Омской области / О.А. Зайко, А.В. Синдирева,                  В.Д. Конвай, И.Н. Путалова // Современные проблемы элементозов в условиях Западной Сибири: Монография. –  Омск: Вариант-Омск,  2010. – С. 5-26.

23. Синдирева А.В. Кадмий, никель, цинк в системе почва-растение-животный организм / А.В. Синдирева, М.Н. Гонохова // Эколого-физиологические исследования состояния окружающей среды и здоровья населения Омского Прииртышья: Монография – Омск: Вариант-Омск, 2010. – С. 250-280.

24. Ермохин Ю.И.  Взаимосвязи в питании растений:  Монография /             Ю.И. Ермохин, А.В. Синдирева. – Омск: Вариант-Омск,  2011. –  208 с. 

25. Синдирева А.В. Патоморфологическая характеристика действия кадмия, никеля и цинка на организм крыс и кроликов / А.В. Синдирева,  М.Н. Гонохова, Н.К. Трубина // Метаболические процессы моногастральных и полигастральных млекопитающих: Монография. – Омск: Вариант-Омск, 2012. – С. 97-126.

Публикации в других изданиях

26.  Ермохин Ю.И. Моделирование действия тяжелых металлов в системе почва-растение-животное / Ю.И. Ермохин, А.В. Синдирева, Н.К. Трубина. // Бюллетень ВИУА. – 2001. – № 14. –  С. 50-51.

28. Синдирева А.В. Эколого-агрохимическая оценка действия кадмия, никеля, цинка в системе почва-растение-животное / А.В. Синдирева  // Аграрная наука в России в новом тысячелетии: Мат. регион. науч. конф. молодых ученых аграрных вузов Сибирского Федерального округа. – Омск, 2003. – С. 42-45.

29. Ермохин Ю.И. Патоморфологические изменения внутренних органов кроликов и биохимических показателей их крови при воздействии кадмия, никеля, цинка / Ю.И. Ермохин, Н.К. Трубина, А.В. Синдирева // Окружающая среда и здоровье человека: Тр. Междунар. экологического форума.  – СПб, 2003. – С. 582-583.

  1.  Синдирева А.В. Баланс химических элементов и микробиологическое состояние лугово-черноземной почвы при применении кадмия, никеля, цинка / А. В. Синдирева // Сб. научн. тр., посвящ. 90-летию со дня рождения Н. Д. Градобоева. – Омск, 2004. – С. 116-120.
  2.  Ермохин Ю.И. Комплексная оценка поступления и действия тяжелых металлов в системе почва-растение-животное / Ю.И. Ермохин, А.В. Синдирева, Н.К. Трубина, В.А. Сервуля // Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в экосистемах:  Сб. докл. III Междунар. науч.-практ. конф.  – Семипалатинск, 2004. – С. 45-48.
  3. Синдирева А.В. Влияние кадмия на функциональное состояние печени и почек крыс / А.В. Синдирева, В.Д. Конвай, Ю.И. Ермохин, М.Н. Гонохова // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: Сб. докл. IV Междунар. науч.-практ. конф., Т.2. – Семипалатинск, 2006. – С. 95-98.
  4.  Зайко О.А. Гистологические изменения паренхиматозных органов при воздействии солей свинца и селена на организм крыс / О. А. Зайко, А.В. Синдирева // Вестник развития науки и образования.  – 2007. – № 2. – С. 10-12.
  5.  Ермохин Ю.И. Накопление селена и прогноз содержания микроэлементов в яровом рапсе на лугово-черноземной почве / Ю.И. Ермохин, А.В. Синдирева // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: Мат. V междунар. науч.-практ. конф. – Т.1. – Семей, 2008. – С. 233-238.
  6.  Синдирева А.В. Состояние перекисного окисления липидов в брыжеечных лимфатических узлах крыс в условиях интоксикации селенитом натрия / И.Н. Путалова, О.А. Зайко, А.В. Синдирева, В.Д. Конвай // Фундаментальные проблемы лимфологии и клеточной биологии: Мат. Междунар. конф. – Том 1. – Новосибирск, 2008. – С. 137–139.
  7.  Синдирева А.В. Эколого-токсикологическая оценка действия кадмия и цинка в условиях южной лесостепи Омской области /А.В. Синдирева // Агрохимическое и экологическое состояние почв и растений Западной Сибири: Сб. науч. тр. – Омск, 2008. – С. 285-288.
  8.  Ермохин Ю.И. Накопление селена и прогноз содержания микроэлементов в яровом рапсе на лугово-черноземной почве / Ю.И. Ермохин, А.В. Синдирева // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. – 2008. – № 2(6). – С. 38-44.
  9. Синдирева А.В. Действие селена на урожайность и качество рапса ярового на лугово-черноземной почве Омской области / А.В.  Синдирева // Реализация Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы: Мат. науч.-техническог форума– Ч.2. – Омск, 2009. – С. 76-78.
  10. Синдирева А.В. Агроэкологическая оценка действия селена в трофической цепи в условиях южной лесостепи Омской области / А.В.  Синдирева // Устойчивое развитие сельских территорий страны и формирование трудового потенциала АПК в XXI веке. – СПб, 2008. – С. 22-24.
  11.  Синдирева А.В. Некорневая подкормка как эффективный способ обогащения  селеном кормовых культур в условиях южной лесостепи Омской области / А.В. Синдирева, В.С.  Бойко  // Проблемы агрохимии, почвоведения и экологии: Мат. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 45-летию фак-та агрохимии, почвоведения и экологии. – Омск, 2009 – С. 240-244.
  12. Синдирева А.В. Баланс химических элементов и микробиологическая активность в условиях применения микроэлемента селена на лугово-черноземной почве Омской области / А.В. Синдирева, О.Ф. Хамова // Проблемы агрохимии, почвоведения и экологии: Мат. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 45-летию фак-та агрохимии, почвоведения и экологии. – Омск, 2009. – С. 253-257.
  13. Синдирева А.В. Состояние  перекисного окисления  липидов в лимфатических узлах крыс в условиях интоксикации селеном / А.В. Синдирева,            О.А. Зайко, И.Н. Путалова, В.Д. Конвай // Проблемы агрохимии, почвоведения и экологии: Мат. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 45-летию фак-та агрохимии, почвоведения и экологии. – Омск, 2009. – С. 245-252.
  14.  Синдирева А. В. Влияние селена на микробиологическую активность лугово-черноземной почвы южной лесостепи Омской области / А.В. Синдирева,  О.Ф. Хамова // Диагностика и управление минеральным питанием растений: Мат. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 75-летию со дня рождения                   д.  с.-х. наук, заслуженного деятеля науки РФ Ю.И. Ермохина. – Омск, 2010. – С. 221-224.

      44. Синдирева А.В. Взаимодействие селена и кадмия в организме животных / А.В. Синдирева // Актуальные проблемы инфекционных и незаразных патологий животных: Мат. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. памяти выдающегося организатора Сибирской ветеринарной науки              А.В. Копырина. – Омск, 2010. – С. 248-252.

      45.Синдирева А.В. Экологические факторы и селеновый статус населения Омской области Экологические факторы и селеновый статус населения Омской области / А.В. Синдирева, Н.А. Голубкина, О.А. Зайко // Экономические и экологические проблемы в меняющемся мире: Сбор. мат. Междунар. науч.-практ. конф. – Омск, 2009. – С. 411-413.

46. Ермохин Ю.И. Антагонизм и синергизм ионов при поступлении их в растения в условиях антропогенного внесения кадмия, никеля, цинка в почву / Ю.И. Ермохин, А.В. Синдирева, Н.К. Трубина // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. – 2010. – № 2(13). – С. 38-44.

      47. Синдирева А.В. Химический состав и микробиологическая активность почвы в условиях применения селена / А.В. Синдирева // Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых: Тр. IV Междунар. науч. конф. молодых ученых, посвящ. 40-летию СО Россельхозакадемии. – Новосибирск. – С. 162-165.

       48. Синдирева А.В. Влияние селена на численность микроорганизмов и химический состав лугово-черноземной почвы / А.В. Синдирева // Применение средств химизации для повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур: Мат. 45-й Междунар. конференции молодых ученых и специалистов. – М., 2011. – С.  147-151.

      49. Синдирева А.В. Влияние селена на численность микроорганизмов и ферментативную активность лугово-черноземной почвы / А.В. Синдирева,       О.Ф. Хамова // Вестник Омского ГАУ. – 2011. – № 3. – С. 22-26.

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На правах рукописи

 

Анна Владимировна Синдирева

 

КРИТЕРИИ И ПАРАМЕТРЫ ДЕЙСТВИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ

В СИСТЕМЕ  ПОЧВА–РАСТЕНИЕ–ЖИВОТНОЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_________________________________________________________________

Подписано к печати 10.03.2012. Формат бумаги 60х84,  1/ 16.

Печать оперативная. Гарнитура Times New Roman.

Усл. печ. л. 2,0.   Тираж  100  экз.

Отпечатано с оригинал-макета

Тел. /факс: 211- 600

E-mail: variantomsk@rambler.ru

 

 



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.