Экологические проблемы современного животноводства (на примере коневодства)

За последние десятилетия произошло серьёзное обострение экологического кризиса. Стремительное развитие научно-технического прогресса и созданных им мощных средств воздействия человека на среду своего обитания, интенсивная эксплуатация природных ресурсов и хищническое отношение к ним, растущее загрязнение почвы, воды и воздуха обусловили взрыв экологической ситуации. В то же время потребности развития цивилизации стимулируют всё большее и большее увеличение масштабов общественного производства. Всё это тяжёлым бременем ложится на природу. Происходит массовая гибель лесов, отравление рек и водоёмов, расширение зоны пустынь, исчезают многие виды животных и растений.

В результате значительно ухудшившейся экологической обстановки вредные химические вещества (экотоксиканты) вместе с пищей, водой и воздухом проникают в организм человека и животных и в сочетании с вредными физическими воздействиями приводят к резким изменениям в иммунной системе, а затем к её неожиданным реакциям. В результате поражаются собственные органы и ткани организмов.

В настоящее время в России и странах СНГ сложилось бедственное экологическое положение: насчитывается 290 районов с неблагоприятной окружающей средой.

На территории Российской Федерации 99 городов, в том числе Москва и Санкт-Петербург, находятся в зоне повышенной загрязнённости. В их атмосфере практически постоянно превышаются ПДК как минимум двух — трёх вредных веществ. Только 15% российских горожан проживает на территории с допустимым уровнем загрязнения воздушного бассейна.

В результате неэффективного ведения сельского хозяйства огромные территории Российской Федерации оказались в экологически опасном состоянии. Остаточное количество пестицидов обнаружено в 20% проб, взятых в почве 198 тысяч га сельскохозяйственных угодий.

Только в 1991 году в Российской Федерации произошло 116 природных катастроф и 264 аварии, в том числе и экологического характера.

Несомненно, обострение экологического кризиса вызывает необходимость международного сотрудничества для сохранения окружающей природной среды.

Сельскохозяйственные животные, в том числе и лошади, являются одним из основных компонентов природной среды и важной составной частью природных богатств. Сохранение всего видового многообразия животных, охрана среды их обитания, условий размножения и путей миграции, рациональное использование и воспроизводство животного мира — главное требование природоохранного законодательства.

Между тем, в литературе практически отсутствуют сведения об экологических проблемах в коневодстве и коннозаводстве и способах их решения. У исследователей в связи с этим может сложиться ложное впечатление об отсутствии таких проблем и экологическом благополучии в

данной отрасли сельского хозяйства. Однако, согласно статистическим данным, падёж лошадей в странах мира вследствие поражения только ядовитыми веществами колеблется в пределах 0,4 — 4,4%.

По этой причине проведение экологических исследований в коневодстве и коннозаводстве является важной и актуальной задачей.

Настоящая работа выполнена в рамках Координационной научно-технической программы исследований по коневодству на 2001 — 2005 г.г. (научное направление 3: «Усовершенствовать существующие и разработать новые технологии в животноводстве (коневодстве) на основе биологизации и экологизации процессов, обеспечивающие производство конкурентно-

способной продукции»), в соответствии с научной программой Министерства образования и науки РФ «Университеты России» (УР.05.01.044) и тематическими планами НИР ГОУ ВПО Санкт-Петербургского государственного университета сервиса и экономики и Всероссийского научно-исследовательского института коневодства РАСХН (п. Дивово, Рязанская область), а также явилась частью исследований заказ-наряда 33.94 ГКВО РФ «Разработка научных основ процесса биотрансформации органических веществ и биополимеров».

Автор благодарит д.с.-х.н., профессора Сергиенко Сергея Семёновича и д.б.н., профессора Сергиенко Галину Фёдоровну за постоянную помощь и поддержку при выполнении диссертационной работы и ценные замечания, сделанные при её обсуждении.

Целью настоящей работы явилось решение комплекса ключевых проблем в области экологии сельскохозяйственных животных (лошадей).

Поставленная цель включала решение следующих основных задач:

1. Всесторонне проанализировать существующие экологические проблемы отрасли;
2. Разработать концепцию развития экологических исследований в коневодстве и коннозаводстве и определить направления перспективных экологических исследований;
3. Изучить влияние лошадей на окружающую среду, а также разработать схему и алгоритм мониторинга наземных экосистем для оценки и прогнозирования риска развития заболеваний сельскохозяйственных животных исследуемых регионов;
4. Изучить влияние лошадей на человека и объекты его хозяйственной деятельности, улучшить качество существующих органических удобрений, разработать способы защиты от биоповреждений древесины, а также разработать промышленную экологически безопасную технологию утилизации конской подстилки с помощью микромицетов-целлюлозодеструкторов (биотрансформация конской подстилки);
5. Изучить влияние окружающей природной среды на лошадей;
6. Детально изучить антропогенное влияние на лошадей, в рамках экологического мониторинга провести комплексное исследование экологической чистоты кормов, воды и кобыльего молока в различных конехозяйствах, а также изыскать эффективные детоксиканты при отравлениях токсическими агентами лошадей и предложить доступные детоксиканты экологически опасных олигомеров оксида гексафторпропена;
7. Разработать, исследовать и внедрить в конехозяйствах новые биостойкие, негорючие, формостабильные и химически стойкие композиционные материалы на основе древесины;
8. Определить возможные чрезвычайные ситуации экологического характера на территориях действующих конных заводов и зоны экологического нарушения экосистем;
9. В системе среднего профессионального образования при отработке педагогической модели профессора Тарасова Л.В. «Экология и диалектика» внедрить в учебный процесс специальный раздел «Экологические проблемы в коневодстве и коннозаводстве» в предмет «Экология» (основы);
10. Использовать результаты проведённых научных исследований в системе высшего профессионального образования при чтении курса лекций и проведении практических занятий по дисциплинам «Коневодство и верховая езда», «Животноводство» и «Основы ветеринарии».

Основные положения:

• Теоретическое обоснование и концепция развития экологических исследований в коневодстве и коннозаводстве и направления экологических исследований в отрасли;
• Схема искусственной экологической системы конехозяйства;
• Новый научный термин «иппогенный экологический фактор»;
• Результаты исследования влияния лошадей на окружающую природную среду, человека и объекты его хозяйственной деятельности;
• Алгоритм и схема экологического мониторинга наземных экосистем для оценки и прогнозирования риска развития заболеваний лошадей исследуемых регионов;
• Новое эффективное органическое удобрение на основе фосфогипса и конского навоза;
• Новая экологически безопасная технология утилизации лигноцеллюлозных субстратов с помощью микромицетов-целлюлозодеструкторов (способ биотрансформации конской подстилки);
• Метод оценки количественных и качественных изменений конской подстилки в процессе её биотрансформации;
• Результаты исследования влияния окружающей среды на лошадей;
• Результаты исследования антропогенного влияния на лошадей (воздействие пестицидов, тяжёлых металлов, соединений фтора и др.);
• Применение N-тиоформил-N΄-фенилгидразина в качестве аналитического реагента на висмут в биологических материалах лошадей;
• Особенности токсического действия олигомеров оксида гексафторпропена на животных в опытах in vivo;
• Метод определения содержания угарного газа в воздухе помещений конехозяйств;
• Результаты комплексного исследования экологической чистоты кормов, воды и кобыльего молока в различных конехозяйствах;
• Эффективные детоксиканты при отравлениях токсическими агентами лошадей: D-глюкуроновая кислота, активированный уголь (различные марки), пектины, полученные из различных видов растительного сырья;
• Предложенные детоксиканты экологически опасных олигомеров оксида гексафторпропена: кумыс и кобылье молоко;
• Новые негорючие, формостабильные, биологически и химически стойкие композиционные материалы из древесины, пропитанной нетоксичными функциональными производными перфторированных карбоновых кислот для получения долговечных полов в конюшнях;
• Научные принципы содержания и эколого-гигиенические аспекты использования рабочих лошадей в конехозяйствах, на малых фермах и личных подворьях;
• Возможные чрезвычайные ситуации экологического характера на территориях конных заводов;
• Результаты практического использования проведённых экологических научных исследований в системе высшего и среднего профессионального образования.

В результате проведённых исследований впервые:

Разработана концепция развития экологических исследований в коневодстве и коннозаводстве и определены направления экологических исследований в отрасли (новое научное направление) и предложен новый научный термин «иппогенный экологический фактор». Разработано и исследовано новое эффективное органическое удобрение за счёт внесения многотоннажного промышленного отхода — фосфогипса в конский навоз. Разработана экологически безопасная технология утилизации конской подстилки с помощью микромицетов-целлюлозодеструкторов Aspergillus niger 412. Предложены новые эффективные детоксиканты при отравлениях лошадей токсическими агентами. Разработаны, исследованы и внедрены в конехозяйствах новые негорючие, формостабильные, биологически и химически стойкие композиционные материалы из древесины, пропитанные нетоксичными функциональными производными перфторированных карбоновых кислот и изучена их зоогигиеническая значимость.

Практическое значение состоит в получении новых знаний в области экологии, иппологии и частной зоотехнии. Разработаны схема и алгоритм мониторинга наземных экосистем для оценки и прогнозирования риска развития заболеваний лошадей исследуемых регионов. Разработано и исследовано новое эффективное органическое удобрение на основе фосфогипса. Разработана впервые промышленная экологически безопасная технология утилизации конской подстилки с помощью микроорганизмов. Предложены и внедрены эффективные детоксиканты при отравлениях лошадей токсическими агентами и доступные детоксиканты экологически опасных олигомеров оксида гексафторпропена. Разработаны, исследованы и внедрены в конехозяйствах новые, формостабильные, негорючие, химически и биологически стойкие композиционные материалы на основе предобработанной древесины. Теоретические обобщения и практические предложения используются в учебном процессе в учебных заведениях сельскохозяйственного, экологического и биотехнологического профиля всех уровней и на курсах повышения квалификации специалистов АПК и сервиса.

Методы исследований: физико-химические, токсикологические, микробиологические; методики синтезов, способы выделения и очистки соединений. Приведены марки приборов, с помощью которых регистрировались спектры, проводился газохроматографический анализ и элементный микроанализ. Определены физические константы веществ. Контроль за ходом реакций и чистотой химических соединений осуществлялся методом тонкослойной хроматографии (ТСХ).

Опыты по определению параметров токсичности вредных веществ (экотоксикантов) проводили на лабораторных животных (белых мышах) на кафедре гигиены труда Санкт-Петербургской государственной медицинской академии имени И.И. Мечникова совместно с к.м.н. Пушным Г.В. Токсикологические исследования проводили согласно ГОСТ 12.1.005-88

«Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».

Приведены способы получения и спектральные характеристики олигомеров (димера и тримера) оксида гексафторпропена, N-тиоформил-N΄-фенилгидразина — аналитического реагента на катионы Bi ³⁺ в биоматериалах и гиппуровой кислоты — продукта жизнедеятельности лошадей. Приведена методика определения фторид-анионов в биологических материалах сельскохозяйственных животных.

Подробно рассмотрены процессы биотрансформации конской подстилки (лигноцеллюлозных субстратов, ЛЦС) и условия культивирования штаммов мицелиальных грибов-целлюлозодеструкторов: Aspergillus niger 412 и Aspergillus species BKMF-3101D. Приведены оптимальные составы микробиологических питательных сред и экспериментальные результаты определения в продуктах биоконверсии аминокислот и жирных карбоновых кислот.

Все эксперименты, представленные в работе, воспроизведены.

Статистическую обработку полученных экспериментальных результатов проводили по стандартной программе, составленной с использованием общепринятых статистических методов (Плохинский Н.А., 1970 г.; Ашмарин И.П. и др., 1975 г.; Джонсон Н., Лион Ф., 1980 г.). Все доверительные интервалы рассчитывались для вероятности Р = 95%.

Выводы

1. Впервые разработана концепция развития экологических исследований в коневодстве и коннозаводстве и определены направления экологических исследований в отрасли на среднесрочную перспективу. Впервые предложен научный термин «иппогенный экологический фактор»;
2. Повышение интенсификации и концентрации сельскохозяйственного производства, а также узкая специализация без необходимого комплекса природоохранных мер в отрасли — кратчайший путь к экологическому неблагополучию;
3. Установлено, что в результате интенсивного неконтролируемого выпаса лошадей наступают следующие негативные экологические последствия: вытаптывание растительности, уплотнение почвы, ухудшение подроста деревьев, селективное поедание растительности, эрозия почвы, обеднение окружающей среды водой и питательными элементами;
4. Разработаны схема и алгоритм мониторинга наземных экосистем для оценки и прогнозирования риска развития заболеваний лошадей исследуемых регионов;
5. Разработано и исследовано новое эффективное органическое удобрение за счёт внесения многотоннажного промышленного отхода — фосфогипса в конский навоз. Установлено, что навозные компосты, приготовленные с добавлением фосфогипса в норме 30 т/га, при внесении под картофель и томаты повышают на 15 — 20% урожайность этих паслёновых культур. Также навозные компосты с фосфогипсом можно применять под пропашные культуры и многолетние травы;
6. Впервые разработана промышленная экологически безопасная технология утилизации конской подстилки с помощью микромицетов-целлюлозодеструкторов Aspergillus niger 412. В продукте биотрансформации определён аминокислотный состав белковой части, а также жирнокислотный состав липидов;
7. Методом ИК-спектроскопии проведена оценка количественных и качественных изменений чистой и грязной конской подстилки в процессе её биотрансформации. Степень утилизации лигноцеллюлозных субстратов в результате биотрансформации составила более 85%;
8. Изучено воздействие абиотических и биотических экологических факторов на лошадей;
9. Детально изучено антропогенное влияние на лошадей. В рамках экологического мониторинга проведено комплексное исследование экологической чистоты кормов, воды и кобыльего молока в различных конехозяйствах. Предложены эффективные детоксиканты при отравлениях токсическими агентами лошадей: активированный уголь марки «АГ-3», «Агросорб», D-глюкуроновая кислота и пектины, полученные из различных видов растительного сырья;
10. Исследованы токсикологические свойства димера и тримера оксида гексафторпропена в опытах in vivo. Установлены классы токсичности и опасности вредных веществ согласно ГОСТ 12.1.005-83 — 3-ий класс для димера оксида гексафторпропена и 2-ой — для тримера оксида гексафторпропена. В качестве эффективных детоксикантов экологически опасных олигомеров оксида гексафторпропена предложены кобылье молоко и продукт его переработки — кумыс, имеющие уникальный биохимический состав. При этом олигомеры оксида гексафторпропена будут выделяться из организма человека в виде соответствующих перфторкарбоновых кислот и нетоксичных сложных эфиров циклических форм лактозы, D-глюкозы и D-галактозы;
11. Разработаны, исследованы и внедрены в конехозяйствах новые формостабильные, негорючие, биологически и химически стойкие композиционные материалы из древесины, пропитанные нетоксичными функциональными производными перфторированных карбоновых кислот;
12. Возможные чрезвычайные ситуации экологического характера на территориях Калининградского и Лужского конных заводов носят схожий характер. В соответствии с существующей классификацией уровней экологического нарушения экосистем, территории действующих Калининградского и Лужского конных заводов следует отнести к зоне экологического риска.

Предложения производству

1. Повысить устойчивость сельскохозяйственного производства на основе роста его продуктивности и получения продукции животноводства (коневодства) и растениеводства, отвечающей нормативным требованиям к качеству;
2. Принимая во внимание негативные факторы влияния окружающей среды и человека (техногенное воздействие) на лошадей, необходимо внедрять эффективную систему природоохранных практических мероприятий на конных заводах, в конноспортивных школах и секциях, школах верховой езды, лечебных учреждениях, применяющие иппотерапию и других хозяйствах, в которых содержат лошадей. Цель данных мероприятий — обеспечить здоровье лошадей и условия их нормального воспроизводства. Для этого необходимо регулярно проводить исследования на содержание токсичных веществ в кормах, заготовленных, например, с городских газонов, и биологических материалах лошадей (крови, моче, слюне, поту);
3. Использовать в конехозяйствах разработанное нами новое эффективное органическое удобрение на основе конского навоза с внесённым фосфогипсом;
4. Использовать разработанную нами промышленную экологически безопасную технологию утилизации конской подстилки с помощью микромицетов-целлюлозодеструкторов;
5. Применять эффективные детоксиканты при отравлениях токсическими агентами лошадей: D-глюкуроновую кислоту, активированный уголь марки «АГ-3», «Агросорб» и пектины, полученные из различных видов растительного сырья;
6. Применять доступные детоксиканты экологически опасных олигомеров оксида гексафторпропена: кумыс и кобылье молоко;
7. В конехозяйствах применять новые биостойкие, негорючие, формостабильные и химически стойкие композиционные материалы из древесины, пропитанные функциональными производными перфторированных карбоновых кислот;
8. В конехозяйствах и других животноводческих хозяйствах оборудовать в соответствии с ветеринарно-санитарными требованиями специальные площадки для сбора, карантирования, биотермического обеззараживания естественных отходов и последующего их вывоза на поля в качестве органического удобрения;
9. Переоборудовать в соответствии с ветеринарно-санитарными требованиями навозосборники и навозохранилища во всех конехозяйствах с учётом поголовья животных и оборота ёмкостей;
10. Провести паспортизацию всех конехозяйств;
11. В целях улучшения условий труда, режима отдыха работников конехозяйств привести в соответствие с ветеринарно-санитарными и санитарно-противоэпидемическими требованиями санитарно-техническое благоустройство и оснащение животноводческих помещений, предусмотрев в первую очередь: устройство ветеринарно-санитарного пропускника; устройство уборных, канализации и водонепроницаемого выгреба, недоступного для животных; устройство умывальников и заземлённых электрополотенцев; наличие во всех производственных помещениях бачков с дезрастворами; устройство помещения для приёма пищи; обеспечение работников конехозяйств спецодеждой в соответствии с отраслевыми нормами; оборудование помещения для чистки, сушки и глажения спецодежды, а также дезкамеры для спецодежды; устройства помещения для гигиенических процедур и комнаты отдыха для работников конехозяйств;
12. В городской черте заготовку сена и зелёной массы следует проводить в относительно экологически безопасных районах (скверы, сады, парки);
13. В летнее время систематически практиковать пастьбу лошадей в руках, при этом осуществляется контролируемый выпас животных и значительно экономятся дорогостоящие корма;
14. Использовать результаты проведённых научных исследований и материалы диссертации в системе высшего и среднего профессионального образования, включив специальный раздел «Экологические проблемы в коневодстве и коннозаводстве» при чтении курса лекций и проведении практических занятий по дисциплинам «Экология», «Природопользование», «Коневодство и верховая езда», «Животноводство» и «Основы ветеринарии».