Определение уровня нитратов в кормах в хозяйствах Ростовской области

Аннотация

В рамках сотрудничества МБОУ СОШ №61 и Донского ГАУ представляем научно-исследовательскую работу учащихся, выполненную под руководством учителя химии Уховой Э.Р. В работе рассмотрено определение уровня нитратов в кормах в хозяйствах Ростовской области.

Во многих хозяйствах, занимающихся выращиванием кормовых культур, использующихся как кормовая база для выращивания животных не ведутся исследования по определению уровня нитратов и нитритов.

Анализ кормов проводился с использованием ионометрического метода.

Исследования показали, что во всех хозяйствах уровень нитратов в кормах, составляющих основу кормового рациона оказался завышенным и превысил ПДК практически по всем видам кормов в среднем в 2 раза. Ежегодный мониторинг содержания нитратов в кормовых культурах и кормах способствовал бы предотвращению отравлений животных, как острых, так и хронических.

Введение

1.1. Обзор литературных источников по изучаемой проблеме

Особенно остро в сельском хозяйстве стоит вопрос использования удобрений, которые являются одним важнейших факторов интенсификации кормопроизводства. Нерациональное применение минеральных и азотных удобрений приводит не только к увеличению урожайности, но и существенно изменяет состав и кормовое достоинство трав даже после нескольких лет отсутствия внесения в почву; зачастую ухудшая технологические свойства растений. В ряде случаев в кормовых культурах происходит избыточное накопление нитратов, скармливание которых оказывает отрицательное воздействие на животных и в дальнейшем, приводит к потери качества и количества продукта. Потребление некачественного в экологическом отношении продукта негативно сказывается на состоянии организма человека.

Интенсификация кормопроизводства тесно связана с широким использованием азотных удобрений – химических и органических, повышающих урожайность зерновых культур, однолетних и многолетних трав, корне и клубнеплодов, которые в большем или меньшем количестве входят в рационы кормления животных. В результате изменяется химический состав этих кормов- в зерне злаков и зеленой массе возрастает уровень сырого протеина, а на ряду с этим уменьшается содержание легкодоступных углеводов-сахаров.

Как показывают многочисленные исследования [3,7], доля протеина в зерне злаковых культур и вегетативной массе растений увеличивается благодаря приросту не столько истинного белка, сколько азотистых соединений небелковой природы.

Из азотосодержащих соединений небелковой природы [1] наибольшее внимание в этих случаях заслуживают нитраты - соли азотной кислоты, представляющие собой естественный метаболит, образующийся в растения в процессе синтеза различный органический веществ.

Нитраты - это окисленная форма азота, которая прежде чем включится в состав аминокислот белка, должна восстанавливаться в растении через нитриты до аммиака. [5]

Сравнивая результаты исследования [6,9], необходимо отметить, что содержание нитратов в одних и тех же продуктах часто отличалась друг от друга. Причина таких противоречивых сведений, по-видимому зависит от многих факторов: дозы и сбалансированности вносимых в почву удобрений, физико-химических и биологических свойств почвы, климато-географических особенностей и погодных условий, технологии заготовки и способа хранения кормов.

Отравления животных нитратами чаще регистрируются в тех хозяйствах, где применяют повышенные количества азотных удобрений при выращивании кормовых культур. В хозяйствах интенсивного кормопроизводства в почву в под кормовые культуры иногда вносят до 300 кг/га и более азота, что влияет положительно на урожайность, и отрицательно на накопление в них нитратов [4,7]. Из насыщенной удобрениями почвы растения поглощают в несколько раз больше соединений азота, чем необходимо для их развития. Поэтому в итоге лишь часть нитратов синтезируются в растительный протеин, а остальные поступают в организм животного.

В практических условиях сельскохозяйственного производства даже умеренное внесение в почву азотных минеральных удобрений (150 кг/га), не редко приводило к накоплению нитратов в кормовых культурах выше допустимых уровней.

В настоящее время специалистами ВИЖ на основе опытных данных разработаны допустимые нормы скармливания кормов в зависимости о т содержания в них нитратов и нитритов.

Нитраты сами по себе обладают относительно малой токсичностью. Наибольшую опасность для животных и человека представляют нитриты (KNO2), которые являются восстановленной формой нитратов и примерно в 10 раз токсичнее их. [8,3]

Процесс превращения нитратов в нитриты катализируется специальными ферментами - оксиредуктазами, которые встречаются как в растительных кормах так и в ЖКТ животных.

Попадая организм животных и человека, в кислой среде ЖКТ (pH=2-2,5) нитраты и нитриты способны превращаться в нитрозосоединения, среди них известно около 300, способных вызывать у 40 видов животных очень широкий спектр раковых поражений. [6, 12]

Длительное поступление нитратов и нитритов с кормами и питьевой водой в повышенных количествах приводит к нарушениям в организме животных. Для успешного преодоления нитратного токсикоза необходимо наиболее полно охарактеризовать связанные с ним патологические состояния.

В настоящее время опубликованы новые данные, позволяющие сделать важный предварительный вывод: нитраты и нитриты снижают устойчивость организма к воздействию различных бластомогенных и мутагенных факторов. [2]

Их данные необходимо учитывать при оценке степени реальной опасности нитратов для животных и человека. В крови (в норме) содержится небольшое количество метгемоглобина – около 1-2%от общего уровня гемоглобина. У животных образование в крови метгемоглобина в количествах 5%-10% сопровождается снижением продуктивности, 30%-40% возникновением симптомов интоксикации, а если уровень его превышает 60%, то возможна гибель вследствие паралича сосудодвигательного центра. [10]

Высокая концентрация метгемоглобина в крови, приводит к асфиксии, вызывает напряжение компенсаторных механизмов, значительно активизирует метаболические процессы, увеличивается выброс в кровь эритроцитов (идет стимуляция органов гемопоэза) как следствие, учащается дыхание, пульс, возрастает частота сердечных сокращений, снижается иммунологическая реактивность организма. [2,8]

Использование в сельском хозяйстве азотсодержащих минеральных удобрений вызывает значительное повышение уровня содержания нитратов и нитритов в растениях. Токсичные корма представляют опасность не только для животных, нарушая их нормальные физиологические процессы, но и для людей, вызывая зачатую отдаленные трагические последствия через пищевые продукты животного происхождения.

Кормовые культуры различных растений обладают неодинаковой способностью накапливать нитраты и нитриты. Накопление нитратов кормовыми культуры, а следовательно и их уровень в кормах зависит от многих факторов. Однако, решающее значение имеет соотношение всех видов минеральных и органических удобрений вносимых под культуры.

Так например установлено, что из трав, удобренных большим количеством азота, получается силос плохого качества. Содержание нитритов в нем доходит до уровня опасного для здоровья животных. Риск образования большого количества нитритов влечет и добавка азот содержащих соединений непосредственно в силосуемую массу.

В ходе реакции средних аминов с кислыми нитрозами в силосе образуются нитрозамины, обладающие канцерогенными свойствами, и средние амины полученные в результате деградации белков под действием азотной кислоты (это интермедиарные продукты реакции нитритов) или высвобождения из нитрита натрия, являющегося компонентом силосных добавок.

Подобные производные нитратов, такие как диэтилнитрозамины и дипропилнитрозамины были найдены в 50% образцов исследуемых силосов, в состав которого входили листья и сок свеклы, кукурузы и разнотравье. [11]

В настоящее время этот вопрос актуален, поскольку нередки случаи острых отравлений животных нитратами и нитритами.

1.2 Актуальность темы

Во многих хозяйствах, занимающихся выращиванием кормовых культур, использующихся как кормовая база для выращивания животных не ведутся исследования по определению уровня нитратов и нитритов. Подобные опыты начинают проводить только по факту отравления животных или возникновению подобных неблагоприятных ситуаций. Своевременный мониторинг уровня нитратов и нитритов в кормах, по нашему мнению, способствовал бы принятию различных профилактических мер, позволяющих снизить негативное влияние повышенной концентрации нитратов и нитритов на организм животных и предотвратить накопление этих веществ в продуктах животноводства.

1.3 Цель и задачи исследования

Целью наших исследований являлось изучение уровня содержания нитратов и нитритов в кормах в нескольких хозяйствах Ростовской области. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

Используя ионометрический метод, изучить уровень содержания нитратов в кормах, составляющих основу кормовых рационов в нескольких хозяйствах Ростовской области.

На основании проведенных исследований оценить сложившуюся экологическую ситуацию в конкретных хозяйственных условиях.

1.4 Практическая значимость проекта

В ходе работы использовались поисковые методы исследования. На основании программы, разработанной с научным руководителем, исполнителем самостоятельно был проведен анализ испытуемых образцов, расчеты и обобщены результаты. Данные, полученные в ходе работы были использованы учеными Донского Государственного Аграрного Университета, который вместе с МБОУ СОШ №61 входит в состав Донской Аграрной Научной Образовательной Ассоциации (ДАНОА), для разработки практических рекомендаций по устранению негативного влияния повышенного уровня нитратов в кормах на организм животных в хозяйствах Ростовской области. В данном случае было важно обратить внимание специалистов, занятых в сфере производства сельскохозяйственной продукции, на проблему загрязнения кормов и продуктов животноводства нитратами.

Практическая значимость проведенных исследований заключалась в обосновании необходимости ежегодного мониторинга содержания нитратов и нитритов в кормах и кормовых культурах в конкретных хозяйственных условиях.

Основная часть.

2.1 Материал и методика исследований.

Объектом и предметом исследования являлись образцы кормов и кормовых культур, составляющих основу кормового рациона животных в хозяйствах Ростовской области: в ЗАО “Батайское” Батайского района, ООО “Бессергеневское” Октябрьского района. Для исследования были отобраны образцы по всем видом кормов и определенно содержащие нитритов в мг на кг при натуральной влажности.

Анализ кормов проводился с использованием ионометрического метода.

Сущность метода заключается в извлечении нитратов раствором алюмокалиевых квасцов и последующим измерении концентрации нитратов с помощью ионоселективного электрода.

Преимуществами ионометрического метода определения являются его быстрота и простота проведения анализа, возможность проведения анализа в мутных и окрашенных растворах и в суспензии.

Константа селективности анионов часто встречаемых в растениеводческой продукции снижается в ряду:

Наиболее распространенными анионами в растениях являются хлориды, гидрокарбонаты, карбонаты, нитриты, цитраты, тартраты, оксалаты, аскорбаты и другие.

Сульфаты и фосфаты мало влияют на определение нитратов, так как они встречаются в растительной продукции в небольших количествах и константа их селективности невелика.

Влияние слабых органических кислот снижают путем применения буферных растворов с постоянной ионной силой и низким pH, при этом диссоциация слабых кислот полностью подавляется и не мешает анализу нитратов. Таким образом, хотя на определение нитратов оказывают влияние сопутствующие анионы, в основном их действие может быть учтено или устранено. Ионометрический метод рекомендован как международный стандарт для анализа нитратов в фураже.

Исследование проб кормов проходили в 3 этапа:

• 1-й этап – подготовка проб к анализу
• 2-й этап - анализ исследуемых образцов
• 3-й этап – обработка результатов исследований.

Подготовка проб к анализу. Среднюю пробу сена, силоса, сенажа, зеленых кормов и т.п. измельчали на измельчителе проб растений, соломорезке или ножницами на отрезки длиной 1-3 см. Методом квартования выделяли часть пробы, масса которой после высушивания должна быть не менее 50 г. Высушивание проб проводили до воздушно-сухого состояния при температуре 60-65 °С. Воздушно-сухую пробу размалывали на лабораторной мельнице и просеивали через сито. Остаток на сите измельчали ножницами и добавляли к просеянной части и тщательно перемешивали.

При анализе проб зеленых кормов, силоса и сенажа в натуральном виде выделенную часть измельченной средней пробы использовали непосредственно для анализа или после размалывания на мельнице в течение 2-4 мин.

Из средней пробы комбикормов или комбикормового сырья методом квартования выделяли около 50 г материала, размалывали без предварительного подсушивания и просеивали через сито. Остаток на сите с массовой долей не более 4% измельчали ножницами, добавляли к просеянной части и тщательно перемешивали.

Пробы корнеклубнеплодов анализировали в свежем виде. Корнеклубнеплоды предварительно мыли водой, вытирали чистой тканью или фильтровальной бумагой и выделяли часть средней пробы. Для этого корнеплод разрезали вдоль оси крестообразно на четыре равные части и отбирали одну четвертую часть. Выделенную часть средней пробы измельчали, используя терку, мезгообразователь или мясорубку и тщательно перемешивали. Пробы жидких кормов анализировали без предварительной подготовки.

Приготовление раствора алюмокалиевых квасцов с массовой долей 1% (экстрагирующий раствор).

10 г алюмокалиевых квасцов взвешивали с погрешностью не более 0,1 г, переносили в химический стакан вместимостью 1000  и растворяли в 990 Ошибка! Закладка не определена. дистиллированной воды.

Приготовление основного раствора азотнокислого калия концентрации ()=0,1 моль/дм  () 10,11 г азотнокислого калия, высушенного при температуре 100-105 °С до постоянной массы, взвешивали с погрешностью не более 0,001 г, растворяли в экстрагирующем растворе в мерной колбе вместимостью 1000 Ошибка! Закладка не определена. и доводили объем раствора до метки тем же раствором.

Приготовление растворов сравнения

Растворы сравнения готовили из основного раствора азотнокислого калия в день проведения анализа, используя для разбавления раствор алюмокалиевых квасцов.

Раствор сравнения концентрации с ()=0,01 моль/ () готовили следующим образом: основной раствор азотнокислого калия разбавляли в 10 раз раствором алюмокалиевых квасцов с массовой долей 1%. Для этого в мерную колбу вместимостью 100  отбирали пипеткой 10  основного раствора концентрации с ()=0,1 моль/ и доводили до метки раствором алюмокалиевых квасцов и перемешивали.

Раствор сравнения концентрации () = 0,001 моль/ () готовили из предыдущего раствора и разбавляли в 10 раз раствором алюмокалиевых квасцов.

Раствор сравнения концентрации ()=0,0001 моль/ () готовили из предыдущего раствора и разбавляли в 10 раз раствором алюмокалиевых квасцов.

Полученные растворы сравнения использовали для градуировки иономеров, проверки электродов и построения градуировочного графика. Активность иона нитрата в растворе сравнения указанной концентрации азотнокислого калия соответственно равна 2, 3, 4.

Подготовка электродов к работе

Подготовка нитратного ионоселективного электрода и вспомогательного электрода к работе Мембранный ионоселективный нитратный электрод и вспомогательный электрод сравнения готовили к работе в соответствии с инструкциями, прилагаемыми к ним.

Проверка правильности работы электродной пары

Проверку правильности работы электродной пары начинали с подбора нитратного ионоселективного электрода, который обеспечивает линейность характеристики электрода в диапазоне 1-4, с наклоном (56±3) мВ. Проверку правильности работы электродной пары (нитратного ионоселективного электрода в паре со вспомогательным электродом) проводили с помощью стандартного образца корма, аттестованного на содержание нитратов.

Проведение испытания

Приготовление экстрактов

Приготовление экстрактов сухих проб

Масса анализируемой навески зависит от предполагаемого содержания нитратов. Навеска для проб кормов со сравнительно высоким содержанием нитратов (кормовые травы, силос, сенаж, жмыхи, шроты и премиксы) составляет 1 г, которую взвешивали с погрешностью не более 0,01 г; навеска для проб кормов со средним и низким содержанием нитратов (силос, сенаж, сено злаковых, комбикорма) - 5 г, которую взвешивали с погрешностью не более 0,01 г.

Навески помещали в технологические емкости вместимостью 100 или 200 , приливали 50  раствора алюмокалиевых квасцов, закрывали пробкой или крышкой и перемешивали 3 мин с помощью электромеханической мешалки или ротатора. В полученной суспензии измеряли концентрацию нитрат-ионов.

Приготовление экстрактов свежих проб

Из предварительно измельченной на терке или мезгообразователе пробы корнеклубнеплодов брали навеску массой 10 г, взвешенную с погрешностью не более 0,1 г. Навеску помещали в технологическую емкость вместимостью 100 или 200 , приливали 50  раствора алюмокалиевых квасцов и перемешивали с помощью мешалки в течение 3 мин.

Из предварительно измельченной ножницами пробы травянистых кормов брали навеску массой 10 г, взвешенную с погрешностью не более 0,1 г. Навеску помещали в стакан гомогенизатора, приливали 50раствора алюмокалиевых квасцов и гомогенизировали в течение 1-2 мин.

Концентрацию нитрат-ионов измеряли непосредственно в логарифмических единицах  () по шкале иономера, предварительно отградуированного по растворам сравнения.

Перед измерениями и после градуировки прибора электроды тщательно ополаскивали дистиллированной водой, промокали фильтровальной бумагой и погружали в испытуемые пробы. Показания прибора считали не менее чем через 1 мин после прекращения заметного дрейфа показаний прибора. При переходе от одной пробы к другой электроды ополаскивали дистиллированной водой и промокали фильтровальной бумагой. Температура анализируемых проб и растворов сравнения была одинаковой. Настройку прибора проверяли по растворам сравнения не менее трех раз в течение рабочего дня, используя каждый раз свежие порции раствора сравнения. Перед каждой проверкой настройки иономера нитратный ионоселективный электрод выдерживали в растворе сравнения концентрации Ошибка! Закладка не определена. с ()=0,0001 моль/дм в течение 3-4 мин.

Обработка результатов исследований

Массовую долю нитрат-ионов определяли по значению растворов сравнения с помощью вспомогательных таблиц (ГОСТ 13 496.19-93, приложение 1, таблицы 2-8). По каждому опыту были проведены два параллельных определения и окончательный результат во всех проведенных испытаниях является их средним арифметическим.

2.2 Результаты исследований

Результаты исследований опытных образцов кормов, составляющих основу кормового рациона животных в ООО “Бессергеневское” Октябрьского района Ростовской области представлен в таблице №1.

Таблица 1. – Содержание нитратов в кормах при натуральной влажности (мг/кг)

Содержание нитратов в кормах является завышенным и превышает ПДК: ячмень – 2,5 раза; кукуруза – 1,7; пшеница – 2,1; овес – 2,4; свекла кормовая – 3,2; сенаж – 2,3.

Таким образом, данные анализа указывают на то, что содержание нитратов практически по всем видам кормов являются завышенным и превышает ПДК в среднем в 2 раза

Результаты исследований образцов в ЗАО “Батайское” Батайского района Ростовской области представлен в таблице 2.

Таблица 2. – Содержание нитратов в кормах при натуральной влажности (мг/кг)

Как видно из представленной из представленной таблицы, содержание нитратов практически по всем видам кормов являлось завышенным и превысило ПДК: ячмень – в 1,8 раза, пшеница – 2,4 раза, комбисилос – 2р, сенаж – 1,9р.

Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что в этих хозяйствах сложилась неблагоприятная ситуация, по содержанию нитратов в кормовых рационах, которая может привести к неблагоприятным последствиям.

Заключение

Исследования показали, что во всех хозяйствах уровень нитратов в кормах, составляющих основу кормового рациона оказался завышенным и превысил ПДК практически по всем видам кормов в среднем в 2 раза. По нашему мнению, ежегодный мониторинг содержания нитратов в кормовых культурах и кормах с использованием высокоточного ионометрического метода определения, рекомендованного как в нашей стране, так и в международной практике, способствовал бы предотвращению отравлений животных, как острых, так и хронических.

4. Библиографический список

1. Архипов А. Нитраты и нитриты в кормах //Птицеводство. - 1989. N7. - С. 18-20.

2. Байматов В.Н. Влияние нитратов в кормах на овец //Зоотехния. -1991. - №1. - С.25-27.

3. Барсельянц Г.Б., Мишченков В.Г. Токсиколого-гигиенические аспекты применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве // Экологические и экономические проблемы интенсификации сель ского хозяйства. - Кишинев. - 1986. - С.29-35.

4. Воробьев Е.С, Марутян Г.Ш. Нитраты в рационах жвачных //Ветеринария. - 1992. - N4. - С.

5. Елисеева П.В., Носкова Н.Н. Действие экзогенного нитрита натрия на метаболизм эмбрионов кур //Физиология и биохимия с.-х. животных и птицы. - Омск 1983. - С.-23— 28

6. Рубенчик Б.Л. и др. Содержание в молоке и крови КРС N-нитрозаминов и их предшественников //Ветеренария - 1988. - №7. -С. 15-16.

7. Русинов Н.И. О качестве заготавливаемых кормов. //Кормовые культуры. - 1991. - №4. - С. 18 - 21.

8. Семенов А.П., Шкорин Н.В. Профилактика отравлений птицы и животных. // Ветеринария. - 1994. - №8. - С. 15 - 17.

9. Тебин Н. Нитраты в кормах - ускоренный метод определения //Вет. газета - 1994. - №3. - С.8.

10. Тишков Л.И. Профилактика и лечение при отравлении животных нитратами //Биологич. основы и технические приемы повышения продуктивности с.-х. животных.-М;. - 1990. - С. 17-21

11. Щеглов В.В., Цыганова Г.В. Нитраты в кормах и предотвращение их токсического действия //Зоотехния. - 1987. - №7. - С. 18-21.

12. Эйхлер В. Яды в нашей пище. - М.: Мир, 1993. - 189 с.