Изучение влияния различных факторов на сорбционные свойства клетчатки относительно цезия-137
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
“Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины”
Биологический факультет
КАФЕДРА
физиологии человека и животных
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КЛЕТЧАТКИ ОТНОСИТЕЛЬНО ЦЕЗИЯ-137
Курсовая работа
Исполнитель: студентка гр. Б-42 ________________Печура Л.В.
Научный руководитель: ассистент _________________Тороп Е.И.
Гомель 2003
РЕФЕРАТ
Курсовая работа 34 страницы, 1 рисунок, 5 таблиц, 29 источников.
Ключевые слова: цезий-137, целлюлоза, лигнин, цезиевые сорбенты, ферроционид, солома, радионуклиды.
Объект исследования: цезий связывающие препараты.
Целью данной работы является изучение влияния t и pH среды на сорбционные свойства клетчатки соломы различных видов относительно Cs-137.
Метод, который был использован в данной работе, предложен Бересфордом и Синглетоном и основан на экстрагировании радионуклидов из кормов. В ходе спектрометрии проб был использован прибор МКС-1315 с границей погрешности 0,95 Бк/кг.
Новизна работы заключается в том, что в связи со сложившейся ситуацией ученые вынуждены вести активный поиск веществ (сорбентов), которые можно успешно использовать для связывания радионуклидов в ЖКТ животных, что как следствие снижает уровень их содержания в продуктах животноводства, которые потребляется в пищу человека.
В результате проведенной работы было выяснено, что наибольшими сорбционными свойствами из всех исследуемых видов грубых кормов является пшеничная солома. Экспериментальные данные подтверждаются тем, что в пшеничной соломе содержится 34,2 % клетчатки.
Практическая значимость работы. Эти результаты могут быть применены в сельском хозяйстве для снижения поступления радионуклидов в продукты животноводства. Применение природных сорбентов экономически более выгодно, нежели применение искусственно созданных сорбентов.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Обзор литературы
История открытия Cs-137
Общая характеристика Cs -137
Строение, свойства и значение клетчатки
Цезиевые сорбенты
Применение ферроцина
Объект, программа и методика исследования
Характеристика соломы, как носителя клетчатки
Способы обработки соломы
Солома, как объект исследования
Программа исследований
Методика исследования
Результаты исследования и их обсуждение
Изучение сорбционных свойств клетчатки различных видов соломы относительно Cs-137
Влияние t и pH среды на сорбционные свойства клетчатки относительно Cs-137
Расчет экономических затрат на использование различных сорбентов относительно Cs-137
Выводы
Список использованных источников
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ЖКТ – желудочно-кишечный тракт
КСР – крупный рогатый скот
НИИ – научный исследовательский институт
Cs-137 – изотоп цезий-137
ЧАЭС – Чернобыльская Атомная Электростанция
ВВЕДЕНИЕ
Оценка современного состояния изучаемой проблемы. После аварии на Чернобыльской АЭС громадные территории загрязненных радионуклидами сельхозугодий, лесов, рек и водохранилищ стали фактически естественной лабораторией для новых исследований в области радиационной экологии. / 1 /
Изучение состояния проблемы загрязнения не стоит на месте. В результате постоянных наблюдений и многолетних исследований выявлено, что за время, прошедшее после аварии на ЧАЭС, общая радиологическая ситуация на территории Гомельской области несколько улучшилась. Получены новые научные данные о миграции радионуклидов в трофической цепи «почва – корм - животные-продукты животноводства», а также о содержании минеральных элементов в нормах, заготавливаемых и используемых на загрязненных радионуклидами территориях. / 2 /
Актуальность данной темы заключается в том, что загрязнение сельскохозяйственных угодий радиоактивными веществами может быть фактором, усложняющим ведение сельскохозяйственного производства, особенно в связи с большим разнообразием почвенно-климатических и хозяйственно-экономических условий нашей страны.
Степень опасности загрязнения сельскохозяйственных угодий определяется, прежде всего, тем, какие радионуклиды находятся в почвенном покрове. Физиохимические свойства радионуклидов – один из основных факторов, определяющих их поведение в почвах, биологическую подвижность в системе почва – растение и способность к мигрированию по кормовым и пищевым цепочкам. С точки зрения источников происхождения радионуклидов и возможности появления в окружающей среде Сs-137 относится к продуктам деления тяжелых ядер урана и плутония.
Целью данной работы является изучение влияния t и pH среды на сорбционные свойства клетчатки соломы различных видов относительно Сs-137 .
Новизна полученных результатов заключается в активном поиске веществ (сорбентов), которые можно успешно использовать для связывания радионуклидов в ЖКТ животных, что в свою очередь снижает уровень их содержания в продуктах животноводства, используемых в пищу человека.
В данном случае ведется поиск природных сорбентов. К таковым относятся грубые корма с высоким содержанием клетчатки.
Практическая значимость основана на эффективности использования грубых кормов, в регионе загрязненном радионуклидами, в рационе КРС в силу их сорбирующей способности, а также экономически выгодное положение в целях снижения поступления Сs-137 в продукцию животноводства.
1. Обзор литературы
История открытия Cs-137
Цезий имеет интересную историю открытия. В 1860г. в лабораторию немецкого ученого Бунзепа врачи прислали воду со шварцвальских источников. Испаривши воду, ученый внес раствор в пламя газовой горелки и стал рассматривать в спектроскоп. Обнаружил, что в пламени появилось новое вещество цвета небесной голубизны. Оно было названо цезием, что в переводе с латинского обозначает «небесно голубой» цезий – один из очень редких элементов, который находится в горных породах, морской воде, небольшая часть его находится в сахарной свекле, зернах какао, чайных листах. Знаком с ним и курильщик: об этом свидетельствует 2 голубые линии в спектре табачного дыма. / 2 /
Цезий давно изучается учеными. Ученые с индийского института геофизических исследований пришли к выводу, что высокая концентрация в воде может быть приметой магматической активности недров.
Повышенная концентрация радиоактивного изотопа Cs-137 обнаружено в деревьях, которые сохранились в районах Тунгунского взрыва, причем изменения характерные для тех слоев ствола, которые относятся к 1908г., когда это произошло. / 3 /
Общая характеристика Cs-137
Изотоп Cs-137 является фактически единственным источником гамма-излучения, применяющимся в агрономических исследованиях для определения плотности и влажности почв, несмотря на то, что имеются и другие источники гамма-излучения. Удобство этого источника усиливается еще и тем, что он имеет 30-летний период полураспада, вследствие чего отпадает необходимость в ежедневной корректировке радиоактивного распада. Относительно низка также стоимость этого изотопа. / 4 /
Радиоактивные изотопы цезия, являющиеся химическими аналогами калия, отличаются высокой биологической подвижностью. При наличии в почвах они интенсивно поступают в растение. Размеры перехода радионуклидов из почвы в растения часто определяют величиной коэффициента накопления (КН) растениями.
Коэффициент накопления представляет собой отношение содержания радионуклида в единице растительной массы (Ср) к содержанию радионуклида в единице массы почвы (Сп):
(1)
В таблицу 1 занесены коэффициенты о накоплении радионуклидов в соломе на различных видах почвы.
Таблица 1- Коэффициент накопления радионуклидов в соломе
|
Радионуклид |
Дерново-подзолистые почвы |
Серая песчаная почва |
Выщелоченный чернозем |
|
|
супесь |
суглинок |
|||
|
Цезий-137 |
2,3 |
0,6 |
0,18 |
0,13 |
Так, при поступлении из почвы в растения коэффициент накопления
Cs-137 может достигать 2. / 2 /
Исходя из пяти основных рационов КРС, полученных из кормов, выращенных на основных четырех типах почв (дерново-подзолистые песчаные, супесчаные, суглинистые, и торфяно-болотные) проведены расчеты предельно-допустимого уровня (ПДУ) загрязнения сельскохозяйственных угодий радионуклидами Cs-137 в зависимости от содержания обменного калия в почве (80-500 мг/кг).
ПДУ Cs-137, где в почве содержалось 80 и менее мг/кг калия для дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почв составили 0,37-1,09 МБк/м2 , суглинистых 0,51-1,53 МБк/м2 ,торфяно-болотистых (калий 250 мг/кг и менее) 0,09-0,14 МБк/м2 ./6/
Цезий – химический элемент 1 группы периодической системы Д.И.Менделеева. Щелочной металл. Атомная масса 132,91. В природе существует один стабильный изотоп Cs-133. Встречается главным образом в рассеянном состоянии в минералах лепирлите и карполлите. Образует и самостоятельные минералы поллуцит и родицит.
Цезий серебристо-белый металл, мягкий, тягучий. Во всех соединениях одновалентен. Плотность 1,903 г/см3 (при 20º С), температура плавления
28,5ºС, температура кипения 670ºС. Обладает селективным фотоэлектрическим эффектом. На воздухе моментально воспламеняется с образованием перекиси Сs>2>Оз. Воспламеняется при взаимодействии с галогенами. С серой и фосфором взаимодействует со взрывом, так же протекает взаимодействие его с кислотой и водой. При 300ºС разрушает стекло и кварц, вытесняя кремний. Простые соли цезия (хлориды, сульфаты и др.), хорошо растворимы в воде, двойные и комплексные – плохо. Цезий извлекается из природных минералов вместе с рубидием. В разных почвах действие цезия различно: в глинистых, выщелоченных, обедненных калием он закрепляется прочно, плохо поступает из них в корни растений, в почвах, богатых органикой, хорошо усваивается корневой системой растений (частично этому способствует большая обменная катионная емкость органических почв). Цезий легко передвигается в самих растениях. Накапливается в лишайниках (иногда в 10 раз больше, чем в растениях юга), осоке, хвощах. / 7 /
Среднее содержание его в растениях примерно 0,022% сухого вещества. В значительных количествах он накапливается в организме беспозвоночных животных – 0,0138% (на сухое вещество), в организме позвоночных его в 4 раза меньше. Цезий поступает в организм животных преимущественно с растительной пищей, легко всасывается в желудочно-кишечном тракте (50-80%) и свободно циркулирует по всему телу. Основная часть его депонируется в мышцах (80%) и костях (около 8%). Причем более активные мышцы поглощают цезий в больших количествах. У лактирующих животных значительная доля цезия переходит в молоко, у кур - в яйца. Выводится из организма с мочой и калом. Жвачные выводят цезий в больших количествах, чем другие животные. / 8 /
Из пищевых продуктов цезием богаты хлеб, картофель, различная зелень. При парентеральном введении в организм выведение его с мочой и калом значительно увеличивается при обогащении рациона калием, и наоборот, снижение содержания калия в рационе приводит к снижению выведения цезия. О токсическом действии цезия в условиях его непрерывного поступления в организм с рационом данных нет. У разных видов животных уровни накопления различные. Например, в тканях коровы цезия значительно больше, чем в тканях овцы, поскольку масса мягких тканей у коровы примерно в 7 раз больше. / 9 /
Радиоактивный изотоп Cs-137бета - излучатель. Распадается с испусканием двухкомпонентного бета-спектра. Ев = 511,7 кэВ (94,8%), Ев = 1173,4 кэВ (5,2%). Максимальная энергия 0,52 Мэв, средняя 179 кэВ. Этому изучению сопутствует гамма-излучение, испускаемое дочерним радиоактивным барием, с энергией 661,662 кэВ и рентгеновские лучи с энергией 32-36,5 кэВ. Поскольку цезий при попадании в организм циркулирует по всему телу, дозы облучения всех органов примерно одинаковы, и поэтому возможны генетические и соматические повреждения. Влияние Cs-137 на продолжительность жизни и другие эффекты одинаково при разных путях поступления в организм. При попадании на кожу Cs-137 всасывается по кровеносным сосудам и лимфатическим капиллярам, период полувыведения его из кожи равен одним суткам. Период полувыведения Cs-137 из организма различен у разных видов животных, например, у собак он равен 42 суткам, а у крыс 6 . При инкорпорации Cs-137 в организм возможно развитие лейкемии, рака молочной железы и печени, подавление лимфоидного кроветворения, угнетение функции костного мозга, опухоли кожи.
Допустимые уровни активности Cs-137 в открытых водоемах 1,5 10-8 Ки/л (555 Бк/л), воздуха рабочей зоны – 1,4 10 –11 Ки/л (0,52 Бк/л), в атмосферном воздухе – 4,9 10-13 Ки/л (0,02 Бк/л). / 10 /
Строение, свойства и значение клетчатки
Клетчатка – основной структурный полисахарид растений. Из клетчатки (целлюлозы) состоят в основном стенки растительных клеток. В древесине содержится до 60% целлюлозы, в вате и фильтровальной бумаге до 90%.
Чистая целлюлоза – белое твердое вещество, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях, но хорошо растворимое в аммиачном растворе гидроксида меди II (ректив Швейцара). Из этого раствора кислоты осаждают целлюлозу в виде волокон (гидрат целлюлоза). / 11 /
Состав целлюлозы выражается формулой (С>6>Н>10>О>5>)n> >.Значение n в некоторых видах целлюлозы достигает 40000, а молекулярная масса доходит до нескольких миллионов. Молекулы ее имеют линейное (неразветвленное) строение, вследствие чего целлюлоза образует волокна. Макромолекулы целлюлозы состоят из остатков молекул бета - глюкозы.
Клетчатка является - полигликозидом, так как остатки глюкозы соединены друг с другом -1,4 – гликозидными связями. / 12 /
Целлюлоза – структурный компонент растений их линейный полисахарид, состоящий из остатков глюкозы. Значение ее для организма заключается в том, что она активирует моторику желудка и кишечника, стимулирует выделение пищеварительных соков и создает чувство сытости./13/
Целлюлоза прочно связана с особым веществом - лигнином, принадлежащим к соединениям ароматического ряда; богаче углеродом и беднее кислородом, чем клетчатка, имеет в своей структуре бензольную основу. / 14 /
Лигнин - это сложное органическое соединение, промывающее оболочки клеток растений при их одревеснении. Сырье для химической промышленности. / 15 /
Формула лигнина С>57>Н>60>О>10>. Он проявляется в оболочке как инкрустат, заполняющий межмицеллярные промежутки, что придает тканям большую прочность, защиту от микроорганизмов. Повышение прочности клеточных стенок особенно необходимо деревьям, стволы которых выдерживают груз из веток, листьев и плодов, поэтому внутренность таких стволов почти сплошь состоит из древесины. Лигнин отсутствует у низких растений (кроме бурых ламинарий).
Лигнин (с латинского – древесина) является распространенным не углеводным компонентом матрикса. Это смешанный аморфный полимер фенольного ряда (производный ароматических спиртов), нерастворимый в воде.
Лигнификация предохраняет клетки, потерявшие тургор, от снятия смежными живыми клетками отложения лигнина начинается обычно только с началом второго утолщения и происходит, прежде всего, в первичной оболочке. Затем лигнификация распространяется наружу (в серединную пластинку) и внутрь (в растущую вторичную оболочку). В конце концов, концентрация лигнина оказывается наивысшей в срединной пластинке, постепенно снижаясь по направлению к полости клетки. Например, в трахеидах древесины ели 30-60% лигнина сосредоточено в первичной оболочке и срединной пластинка, объем которых по сравнению со вторичной оболочкой невысок. Из-за лигнификации первичная оболочка может стать неотличимой от срединной пластинки, в этом случае их вместе называют срединным слоем или сложной срединной пластинкой. / 16 /
Одревеснение оболочки легко устанавливается раствором флороглюцина (с соляной кислотой), капля которого окрашивает древесину в красный цвет. Или фенола, который окрашивает ее в синий цвет. Первые признаки лигнификации появляются в срединной пластине, где происходит интенсивное одревеснение пектиновых соединений. Наибольшее количество приходится именно на срединную пластинку. При слабой лигнификации клетки могут оставаться живыми и даже способны делиться. / 17 /
Лигнин может быть переведен в растворимое состояние обработкой древесины гидросульфитом и сернистой кислотой. На этом основан способ удаления лигнина из древесины, идущей на приготовление целлюлозы и бумажной массы, причем в качестве отброса получаются так называемые сульфитные щелока.
Огромные количества технического лигнина образуются в качестве отхода на гидролизных заводах при гидролизе древесины кислотами. Такой лигнин используется для изготовления разнообразных прессованных изделий. По-видимому, он с успехом может быть применен для получения активированных углей, синтетических смол и пластических масс. / 18 /
1.4 Цезиевые сорбенты
После аварии на Чернобыльской атомной электростанции на территории наиболее загрязненных районов Гомельской области проводились испытания различных препаратов на сельскохозяйственных животных и птице с целью снижения поступления радиоцезия из рациона в продукты животноводства (молоко, мясо). Анализ результатов этих исследований и литературных данных показывает, что из всех испытанных сорбентов, в том числе и природных, наиболее эффективными оказались сорбенты группы ферроционидов (ферроцин, соли Гизе и Нигровича), которые в наибольшей степени снижают поступление Сs-137 из рациона в организм сельскохозяйственных животных и полученные от них продукты. В этих экспериментах было установлено, что длительное скармливание ферроциона лактирующим коровам и козам, а также животным на откорме не оказывает отрицательного воздействия на их физиологическое состояние и продуктивные показатели. Физико-химические, бактериологические и органолептические показатели молока и мяса
после применения ферроцина крупному и мелкому рогатому скоту соответствуют требованиям нормативно-технической документации.
Проведенные эксперименты позволили разработать и испытать различные формы применения ферроционидных препаратов – в виде болюсов, солебрикетов и в составе комбикорма. Использование солебрикетов не позволяет равномерно дозировать, а применение болюсов требует привлечения большого количества специалистов для их введения. Для разработки технических условий на производство комбикормов с ферроционидами были проведены научно-производственные испытания опытной партии комбикорма с добавлением 0,6% процентов соли Нигровича. Этот ферроционид был выбран для использования в Республике Беларусь из-за его более низкой стоимости по сравнению с ферроцином российского производства, несмотря на более низкую эффективность сорбции Сs-137 . / 19 /
Ферроцин – темно-синий мелкодисперсный порошок. Он связывает радиоактивные изотопы цезия, предупреждая их всасывание из кишечника в другие органы и ткани организма животного. Оптимальной дозой ферроцина для взрослого крупного рогатого скота являются 3-4 г. вещества на одну голову в сутки. Данную дозу можно применять однократно или дробно в течение дня. Разработаны и утверждены наставления по применению ферроцина в составе комбикорма, соли-лизунца, болюсов. / 20 /
Соль-лизунец с ферроцином представляет собой прессованные брикеты массой 4,5-5 кг. Содержание ферроцина в ней 3 процента и 10 процентов. В настоящее время эти брикеты выпускаются Тереховским комбинатом строительных материалов (Добрушский район).
Болюсы с ферроцином предназначены для введения с помощью болюсодавателя в рубец крупному рогатому скоту в количестве 2-3 штук на голову. Болюсы содержат: ферроцина – 15 процентов и пчелиного воска – 10 процентов. Масса болюса 200 грамм.
В рубце животных болюсы медленно, в течение 2-3 месяцев, растворяются, при этом из них высвобождается ферроцин, который связывает изотопы цезия. Технология получения болюсов разработана в Норвегии. В нашей республике их производят в Белорусском НИИ экспериментальной ветеринарии./ 21 /
Эффективность сорбции радиоцезия с помощью ферроцина при всех формах во введения в организм животных может снижать содержание радионуклидов в продукции от 3 до 17 раз. Максимальная эффективность достигается при использовании коллоидной (жидкой) формы ферроцина, когда им производят орошение загрязненных кормов перед скармливанием животным.
На основе проведенных исследований в 1999 г. были разработаны технические условия «Комбикорма-концентраты с ферроционидами для крупного и мелкого рогатого скота» ТУ РБ 00495326.001-99, согласованные с соответствующими ведомствами и зарегистрированные в Белстандарте. В соответствии с этими техническими условиями комбикорма могут производиться с добавлением как ферроцина, так и соли Нигровича. Разработаны и утверждены наставления по применению комбикормов-концентратов с ферроционидами для крупного и мелкого рогатого скота.
В 2000 г. начато постоянное производство комбикормов с добавлением ферроционида (соль Нигровича) для распределения в частном секторе наиболее радиоактивно загрязненных районов. Планируемый объем выпуска комбикормов с ферроционидами составил 1300 т. по Гомельской области, 1460 т. по Брестской и 180 т. по Могилевской областям.
Следует отметить, что на Птичском комбикормовом заводе не всегда удается равномерно дозировать содержание ферроционида в комбикорме. Между различными пробами, отобранными из одной партии, часто наблюдаются существенные различия по содержанию ферроционида (от 0,45 до 0,8 процентов). Это вызвано использованием устаревшего оборудования при дозировке компонентов комбикорма. / 22 /
В настоящее время население сразу получает комбикорм, который должен равномерно использоваться в течение всего года (лактационного периода). Здесь возникает две проблемы. Во-первых, гарантийный срок хранения комбикормов с ферроционидами составляет два месяца, тогда как даже в условиях оптимального хранения (что практически невозможно в условиях личных подсобных хозяйств) комбикорм нежелательно хранить более 6 месяцев. Во-вторых, если использовать годовую норму комбикорма в течение нескольких первых месяцев, то в дальнейшем содержание Сs-137 в молоке о пять повысится и не будет наблюдаться с ферроционидами. Кроме того, могут наблюдаться трудности с распределением комбикорма по подворьям, поскольку мешок комбикорма весит 30 кг. Наиболее удобно было бы отгружать комбикорм населению в отдельных мешках, а не развешивать его при раздаче. Поскольку лактационные периоды коров в личных подсобных хозяйствах не синхронизированы, наиболее целесообразно в радиологическом плане снабжения населения комбикормами с ферроционидом проводить ежеквартально из расчета мешок комбикорма (30 кг.) на одну корову. В таком случае население будет использовать комбикорм с ферроционидом (120 кг. на корову, по 0,5 кг. ежедневно) в течение всего лактационного периода./ 23 /
1.5 Применение ферроцина
Ферроцин применяют для снижения уровня содержания цезия-137 в молоке и мышечной ткани КРС при содержании их на территории радиоактивного загрязнения. Ферроцин назначают:
- в форме болюса, приготовленного из смеси сернокислого бария (75%), ферроцина (15%) и пчелиного воска (10%). Масса одного болюса 200 г. Плотность получаемого на основе воска болюса 2,55-0,03 г/смз. Доза для откормочных бычков и дойных коров 3 болюса на голову однократно, со сроком на 2 месяца. Болюс вводится в рубец с помощью болюсодавателя;
- вместе с комбикормом в 0,6% концентрации, в объеме 2 кг. однократно, ежедневно в течение лактационного периода коров и на заключительном этапе откорма бычков;
- в форме соли-лизунца. Соль-лизунец с ферроцином готовится по обычной технологии. Ферроцин смешивается в 10% концентрации с солью (NаС>1>) и прессуется в 4,5-5 кг. брикеты на гидравлическом прессе. Брикеты соли-лизунца с ферроцином применяют отдельно либо в комплексе с введением ферроционидных болюсов для снижения уровня содержания Cs-137. Эффективность использования соли-лизунца зависит от того, насколько часто пользуется им животное.
Препарат не может одновременно применяться с соединениями, усиливающими перистальтику желудочно-кишечного тракта, и со слабительным. Ферроцин в рекомендуемых дозах и формах применения не вызывает осложнений и животных. Ограничений для убоя скота и использования продуктов животноводства не имеется.
Условия хранения: комбикорм с ферроцином должен храниться в светонепроницаемых мешках по 20-30 кг. при комнатной температуре в защищенном от света месте. Срок хранения комбикорма с ферроцином – 1 месяц. Болюсы и соль-лизунец фасуют в пакеты из полиэтиленовой пленки. Хранят в сухом, защищенном от света месте при температуре от 0 до 30 градусов по цельсию. / 5 /
Исходя из условий производства и возможностей хозяйства на планируемый год принято следующее соотношение кормов на зимний период: сено – 15, сенаж – 19, корнеплоды – 7, силос кукурузный – 30, комбикорма – 29. / 24 /
2 Объект, программа и методика исследования
2.1 Характеристика соломы, как носителя клетчатки
Солома относится к измененным кормам, получается после сбора зерна злаковых и бобовых культур, а также семенников многолетних трав. При уборке зерновых культур вес соломы составляет до 70 процентов к весу зерна.
Особенностью химического состава всех видов соломы является то, что ее органическое вещество на 80-90 процентов состоит из клетчатки и безазотистых экстрактивных веществ, соединенных в прочный лигниноцеллюлозный комплекс, который мало поддается воздействию микроорганизмов и ферментов желудочно-кишечного тракта животных, вследствие чего переваримость питательных веществ соломы низкая.
Клетчатка – структурный основной полисахарид растений. Из клетчатки (целлюлозы) состоят в основном стенки растительных клеток.
В состав различных видов соломы входит различное процентное содержание клетчатки. Так ячменная солома на 33,6 процента состоит из клетчатки, овсяная и пшеничная – на 34,3 и 34,2 соответственно.
Наибольший удельный вес среди гуменных кормов имеет солома хлебных злаков и несколько меньший – бобовых зерновых культур. Повышенную питательность имеет солома проса, ячменя, овса и кукурузы, менее питательна солома озимой и яровой пшеницы, а также ржаная. Это отображено в табл. 2.
Таблица 2 – Состав и питательная ценность исследуемой соломы различных видов
|
Вид соломы |
Протеин, % |
Жир, % |
Клетчатка,% |
БЭВ, % |
Зола, % |
|
Ячменная Овсяная Пшеничная яровая Ржаная яровая |
4,6 4,0 4,4 3,6 |
1,8 1,9 1,6 1,5 |
33,6 34,3 34,2 37,3 |
39,2 39,0 36,9 39,6 |
5,8 5,8 6,0 3,0 |
Безазотистые экстрактивные вещества всех видов соломы состоят в основном из гемицеллюлозы, в небольшом количестве содержат лигнин, азотистые и зольные вещества, а также следы сахаров и крахмала.
Качество соломы во многом зависит от способов ее заготовки и хранения. В зависимости от почвенно-климатических условий и назначения. Солому можно убирать цельной, измельченной или прессованной.
Доброкачественная солома должна быть без постороннего запаха, гнили, плесени, примесей земли, вредных и ядовитых трав. Солома, содержащая более 1 процента вышеуказанных дефектов, является непригодной к скармливанию животным без соответствующей обработки.
Скармливание соломы в непригодном виде малоэффективно, хотя она может занимать значительный удельный вес в рационах скота.
Для повышения поедаемости и питательности соломы ее необходимо предварительно обработать.
2.1.1 Способы обработки соломы
В настоящее время различаю следующие способы обработки соломы: физические, химические, физико-химические, электротермические и биологические.
Физические способы обработки способствуют улучшению вкусовых качеств соломы и стимулируют аппетит животных. К ним относятся измельчение, самосогревание, гранулирование и брикетирование полнорационных кормосмесей.
Из физических приемов обработки соломы особое значение имеет измельчение. Величина частиц измельченной соломы для использования в ее составе рассыпных кормосмесей составляет 2 – 5 сантиметров, для приготовления брикетов 0,8 -3 сантиметра, гранул – до 0,5 сантиметров. В корм крупному рогатому скоту солому измельчают до частиц размером 3 – 5 сантиметров, для овец 2 – 3 сантиметра. Более мелкую резку делать нецелесообразно.
Сдабривание обогащение и запаривание измельченной соломы лучше всего осуществлять в кормоприготовительных цехах с использованием смесителей периодического действия. Пропаривание в смесителях типа С – 12 длится 30 – 40 минут. Сначала выделение пара из емкости до достижения температуры в готовом корме не менее 80 градусов. Через 6 – 8 часов солому в теплом виде скармливают скоту.
Гранулирование и брикетирование соломы в смеси с другими кормами также повышает эффективность ее использования. Потребление соломы в уплотненных кормосмесях увеличивается в 1,5 – 2 раза по сравнению с рассыпными кормосмесями.
Технологическая схема производства гранулированных и брикетированных кормов с использованием соломы включает измельчение всех компонентов, их смешивание и уплотнение.
Питательность гранул и брикетов с высоким содержанием соломы и эффективность их использования в кормлении скота зависит от количества и качества вносимых в их состав кормов и балансирующих добавок. В качестве добавок используются зерновые концентраты, травяная мука, содержащие повышенное количество Сахаров, сухой жом или меласса, сушеная свекла. Для обогащения гранул и брикетов азотом, макро - и микроэлементами вносят карбамид и минеральные добавки. / 27 /
Воздействие на солому химических реагентов позволяет не только увеличить поедаемостъ соломы, но и повысить переваримость, при этом ее питательность повышается в 1,5-2 раза. Наибольший эффект достигается при обработке соломы химическими веществами щелочного характера, которые по силе воздействия на углеводно-лигнинный комплекс соломы распределяются следующим образом: едкий натрии или едкий калий, аммиачная вода, гидроокись аммония, карбамид.
Обработка соломы аммиаком производится сжиженным аммиаком или аммиачной водой. Аммиачная вода для обработки соломы используется 17-25 процентной концентрации. Качество аммонизированной соломы считается хорошим, если после проветривания содержание азота в ней увеличилось на 0,7-1,0 процента.
Обработка соломы едким натрием производится «влажным» и «сухим» методами. Различия между ними заключаются в использовании для обработки щелочного раствора различной концентрации, хотя в обоих случаях расход сухой щелочи составляет 3-4 килограмма на 1 центнер сухой соломенной резки.
Энергетическая питательность соломы после обработки ее каустической содой удваивается.
Обработка соломы кальцинированной содой (Na>2>CO>3>) происходит более эффективно при повышенной температуре (не менее 40-50 градусов). Такая температура достигается при самосогревании или ее запаривании. Продолжительность процесса самосогревания 4 – 5 дней, после чего можно скармливать. / 28 /
Биологические методы обработки соломы включают в себя силосование соломы в смеси с зеленой массой или с внесением бактериальных заквасок, углеводистых и минеральных добавок и обработку соломы ферментными препаратами.
Силосование соломы в смеси с зеленой массой является одним из наиболее эффективных способов консервирования соломы. При этом одновременно рационально решаются задачи уборки, и использования соломы на корм, особенно в условиях ее повышенной влажности, а также значительного повышения качества силоса из различных кормовых культур, имеющих высокую (до 82-87 процентов) влажность.
Для совместного силосования с соломой используется зеленая масса кукурузы, подсолнечник, свекольная ботва, однолетние и многолетние травы ранней фазы вегетации, рапс и др.
Силосование соломы с углеводистыми добавками. Солома содержит мало влаги и недостаточно свободных углеводов, которые нужны для накопления молочной кислоты, консервирующей корм. Поэтому чтобы засиловать солому и получить доброкачественный корм, необходимо смачивать ее полуторным или двойным количеством жидкости, содержащей различные углеводистые и минеральные добавки. В качестве углеводистых добавок применяются размятый вареный картофель или измельченная до состояния мезги сахарная (полусахарная) свекла.
Ферментно-дрожжевой метод обработки соломы позволяет не только повысить энергетическую питательность, но и обогатить корм белком. / 29 /
2.1.2 Солома, как объект исследования
Объектом исследования является солома. Для эксперимента бралась доброкачественная солома, без постороннего запаха гнили, плесени, примесей земли, вредных и ядовитых трав. Цвет ярко желтый, желто – коричневый. Солома нарезана до 1 – 1,5 сантиметра. В исследованиях использовались три вида соломы: пшеничная, овсяная и ячменная, которые были взяты на территории Гомельской области, Гомельского района, деревни Лопатино.
2.2 Программа исследований
Освоить экстракционную методику Бересфорда и Синглетана.
Изучить сорбционные свойства клетчатки различных видов соломы относительно Cs-137.
Изучить влияния различных факторов (pH и t-ры среды) на сорбционные свойства соломы относительно Cs-137.
Экономически расчет стоимости сорбентов.
Методика исследования.
Мелко нарезанное сено, взвешиваем и помещаем в емкость.
Заливаем дистиллированной водой определенного объема.
Ставим на 24 часа отстаиваться, при этом, помешивая примерно через 10 -15 минут в первые пять часов.
Через 24 часа отфильтровываем и измеряем активность полученного настоя.
Сохраняя соотношение 1: 20 (соломы : настоя) помещаем в три сосуда три вида соломы, заливаем определенным объемом настоя и оставляем на 2 часа, помешивая каждые 10 – 15 минут.
Через 2 часа отфильтровываем. Измеряем объем настоя и массу соломы. Затем помещаем настой соломы в сосуд Маринелли, а солому – в денту, при этом необходимо точно знать навеску.
Измеряем активность проб на приборе МКС – АТ 1315. Заносим данные в таблицу.
Начиная с пункта «5» проделываем все аналогичным образом, за исключением того, что готовые пробы помещаем в термостат на 2 часа, задаем определенную температуру.
Тоже самое проделываем, когда исследуем влияние pH на сорбционные свойства клетчатки относительно Cs-137. Задаем настою определенное pH.
Все результаты заносим в таблицы и анализируем.
3 Результаты исследования и их обсуждение
3.1 Изучение сорбционных свойств клетчатки различных видов соломы относительно Cs-137
Для изучения влияния различных видов соломы на сорбционные свойства клетчатки были взяты три вида соломы: пшеничная, овсяная, ячменная. Для эксперимента были избраны эти вида соломы, так как они содержат наибольшее количество клетчатки среди других видов, а также чаще используется в кормлении КРС. Так клетчатка пшеничной соломы составляет 34,2%, овсяной и ячменной 34,3% и 33,6% соответственно.
Данные виды, помимо клетчатки, содержат и другие питательные вещества, при расщеплении которых высвобождается нужное количество энергии необходимой для нормальной жизнедеятельности. Это протеин, жир и безазотистые экстрактивные вещества.
Таким образом, выбор пшеничной, овсяной и ячменной соломы обоснован. Результаты проведенной работы отражены в табл. 3.
Таблица 3 – сорбционные свойства клетчатки различных видов соломы относительно Cs-137.
|
Вид соломы |
Активность цезиевого настоя, Бк/л. |
Активность до экстракции, Бк/кг |
Активность после экстракции, Бк/кг |
% сорбции |
|
Пшеничная Овсяная Ячменная |
3601 3601 3601 |
0 0 11 |
2002 1788 1788 |
55,6 49,6 49,6 |
Пусть 3601 Бк/л. – 100%, тогда 2002 Бк/кг –
%
Отсюда:
(процент сорбции пшеничной соломы) (2)
3601 Бк/л. – 100%
1788 Бк/кг –
%
(процент сорбции овсяной соломы) (3)
3601 Бк/л. – 100%
1788 Бк/кг –
%
(процент сорбции ячменной соломы) (4)
Проанализировав результаты таблицы можно сказать, что активность соломы до экстракции практически равна нулю. После экстракции было выяснено, что наибольшей активностью, при комнатной температуре, обладает пшеничная солома. Ее процент сорбции равен 55,6%. Это, по-видимому, можно объяснить тем, что из исследуемых видов соломы наибольший процент клетчатки сдержится именно в этом виде соломы (34,2%).
В овсяной и ячменной соломе содержание клетчатки ниже, следовательно, и процент сорбции ниже, чем у пшеницы.
3.2 Влияние температуры и pH среды на сорбционные свойства клетчатки относительно Cs-137
Влияние температуры на сорбцию.
Наибольший интерес для изучения сорбционных свойств клетчатки представляет температура 39ºС, так как именно такая температура соответственно ЖКТ КРС. Для поддержания температуры в ходе проведения данной части эксперимента использовался термостат. Результаты работы занесены в табл. 4.
Таблица 4 – Влияние температуры на сорбционные свойства клетчатки относительно Cs-137 (t=39ºС).
|
Вид соломы |
Активность цезиевого настоя, Бк/л. |
Активность до экстракции, Бк/кг |
Активность после экстракции, Бк/кг |
% сорбции |
|
Пшеничная Овсяная Ячменная |
3601 3601 3601 |
0 0 11 |
2356 2180 2227 |
65,4 60,5 61,8 |
Пусть 3601 Бк/л. – 100%, тогда 2356 Бк/кг –
%
Отсюда:
(процент сорбции пшеничной соломы) (5)
3601 Бк/л. – 100%
2180 Бк/кг –
%
(процент сорбции овсяной соломы) (6)
3601 Бк/л. – 100%
2227 Бк/кг –
%
(процент сорбции ячменной соломы) (7)
Проанализировав результаты таблицы ясно, что при температуре 39ºС наибольшими сорбционными свойствами обладает пшеничный вид соломы. Сравнивая с таблицей 3 легко заметить разницу. При комнатной температуре процент сорбции был значительно ниже, нежели при температуре 39ºС.
Таким образом с повышением температуры от 19 до 39ºС произошло повышение сорбционных свойств всех видов соломы, но в особенности это заметно у пшеничной. Увеличение сорбции произошло на 9,4 % .
Влияние pH среды на сорбцию.
Настой, которым заливалась солома, придали кислый характер при помощи соляной кислоты. pH раствора составляло 1,5. Данное pH среды было взято исходя из физиологии пищеварения КРС.
Крупный рогатый скот относится к жвачным животным со сложным многокамерным желудком, состоящим из рубца, сетки, книжки и сычуга. Первые три составляющие ЖКТ составляют преджелудки, а последний отдел (сычуг) – собственно желудок. Слюна создает в преджелудках слабощелочную среду, что способствует размножению здесь микрофлоры. Когда как в сычуге pH от 1,5 до 3. Все это позволяет жвачным хорошо переваривать клетчатку, которая находится в значительных количествах в растениях.
Таким образом, для исследования было взять pH 1.5. Результаты занесены в табл. 5.
Таблица 5 – Влияние pH на сорбционные свойства клетчатки относительно Cs-137.
|
Вид соломы |
Активность цезиевого настоя, Бк/л. |
Активность до экстракции, Бк/кг |
Активность после экстракции, Бк/кг |
% сорбции |
|
Пшеничная Овсяная Ячменная |
3601 3601 3601 |
0 0 11 |
2307 2219 2104 |
64 61,6 58,4 |
Пусть 3601 Бк/л. – 100%, тогда 2307 Бк/кг –
%
Отсюда:
(процент сорбции пшеничной соломы) (8)
3601 Бк/л. – 100%
2219 Бк/кг –
%
(процент сорбции овсяной соломы) (9)
3601 Бк/л. – 100%
2104 Бк/кг –
%
(процент сорбции ячменной соломы) (10)
Из результатов, представленных в таблице, видно что в кислой среде наибольшим процентом сорбции обладает пшеничный вид соломы. Это можно объяснить тем, что солома находясь в кислой среде частично осахаревается и продукты ее распада (простые сахара и целлодекстрин) переходит в раствор, тем самым освобождает целлюлозные волокна. В результате этих процессов происходит повышение сорбционных свойств различных видов соломы, но в наибольшей степени это достигается с пшеничной соломой, благодаря наличию в ней высокого процента клетчатки (34,2 %).
Расчет экономических затрат на использование различных сорбентов относительно Cs-137
По данным ОБЛСЕЛЬХОЗПРОД средняя стоимость одной тонны соломы 20000 – 30000 рублей. Известно, что лактационный период коров составляет 305 дней. Если учесть что корова в день потребляет три килограмма соломы, то
25000 рублей – 1000 килограмм
рублей – 3 килограмма
рублей на одну голову за 3 килограмма
соломы в день.(11)
75٠305 = 22875 рублей за весь лактационный период.
Корове в сутки необходимо 3 – 5 килограмма комбикорма. Средняя цена комбикорма 150000 – 200000 за тонну.
150000 рублей – 1000 килограмм
рублей – 3 килограмма
рублей на одну голову за 3 килограмма
комбикорма в день. (12)
450٠305= 137250 за весь лактационный период.
В Белоруссии ферроцин не производится. Последняя его партия была закуплена 7 лет назад в Германии. По стоимости 10490 марок за 1 тонну. На 1 тонну комбикорма используется 6 килограмм ферроцина.
1000 килограмм – 6 килограмм
3 килограмма –
килограмм
килограмм ферроцина на 3 килограмма
комбикорма. (13)
1000 килограмм – 10490 марок
0,018 килограмм –
марок
марок стоимость ферроцина на голову в
день в сочетании с 3 килограмм комбикорма.
(14)
0,18٠305=54,9 марок
Таким образом , 3 килограмма комбикорма + 0,18 килограмм ферроцина = = 450 рублей + 0,18 марок (в день на одну голову), а за лактационный период 137250 рублей + 55 марок.
Выводы
Из проведенных экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:
Из всех исследуемых видов соломы наибольш9ими сорбционными свойствами обладает пшеничная солома.
Такие факторы среды, как t и pH способствуют повышению сорбционных свойств клетчатки соломы.
Использование соломы с целью снижения удельной активности молока экономически более выгодно, чем ферроцина.
Список использованных источников
Карпенко А.Ф. Радиоэкологические основы нормирования радионуклидов в продукции и правильного использования сенокосов и пастбищ. – Гомель 1995. – 35 с.
Юдинцева Е.В. Снижение содержания радиоактивных веществ в продукции растениеводства. – М.: ВО АГРОПРОМИЗДАТ, 1989. – 37 с.
Федзюкович М.И., Гордейка Ул.А., Циво П.П. и инш. Радыяцыя, нитраты и чалавек. – Мн.: Ураджай, 1994. – 360 с.
Холл Э.Дж. Радиация и жизнь. // Под редакцией ак. Л.А.Ильина. – М.: Медицина, 1989. – 290 с.
5 Руководство по ведению агропромышленного производства в условиях радиоактивного загрязнения земель РБ на 1997-2000гг. // Под редакцией ак. ААИ РБ И.М. Богдовича. – Мн.: Академия аграрных наук, 1997.– 211 с.
Экология и молодежь: Исследования экосистем в условиях радиоактивного и техногенного загрязнения окружающей среды: Материалы I Международной научно – практической конференции. Том I. Часть 1.- Гомель: 1998. – 154 с.
Изотопы и радиация в сельском хозяйстве: Пер. с англ. // том 2.- М. : ВО АГРОПРОМИЗДАТ, 1989. – 207 с.
Комар С. Радиоактивные вещества в организме с/х животных – поступление и метаболизм. – М.: Атомиздат,1971. – 126 с.
Изотопы и радиация в сельском хозяйстве: Пер. с англ. // том 1. - М. : ВО АГРОПРОМИЗДАТ, 1989. – 261 с.
Бударков В.А., Киршин В.А., Антоненко А.Е.. Радиобиологический справочник. – Мн.: 1992. – 118 с.
Филиппович Ю.Б. Основы биохимии. – М.: Высшая школа, 1969. – 432 с.
Ермолаев М.В. Биологическая химия. – М.: Медицина, 1978.–397 с.
Кузин А.М. Общая биохимия. – М.: Высшая школа, 1969. - 349 с.
Жуковский П.М. Ботаника. – М.: Колос, 1982. – 287 с.
Дорофеев А.М., Иванов Г.А. Биологический словарь. – Мн.: Народная асвета, 1993. – 359 с.
Васильев А.Е., Воронин И.С., Шорина Н.И. и др. Ботаника. Морфология и анатомия растений. – М.: Просвещение, 1988. – 346 с.
Кретович В.Л. Биохимия растений. – М.: Высшая школа, 1986. – 328 с.
Лебедев С.И. Физиология растений. – М.: Колос, 1982. – 341 с.
Проблема радиологии загрязненных территорий. – М.: 2001. – 180 с.
Экология и молодежь: Исследование экосистем в условиях радиоактивного и техногенного загрязнения окружающей среды: Материалы I Международной научно – практической конференции. Том I. Часть 2.- Гомель: 1998. – 203 с.
Корнеев Н.А., Сироткин А.Н., Корнеева И.В. Снижение радиоактивности в растениях и продуктах животноводства. – М.: Атомиздат,1977. – 198 с.
Францевич Л. и др. Животные в радиоактивной зоне. – Киев: Науковая думка, 1991. – 225 с.
Шевченко И.Н., Даниленко А.И. Природная β - радиоактивность растений, животных, человека. – Киев: Науковая думка, 1989. –207 с.
Апальков И.Е., Никитенко А.А., Пушкарев И.В. и др. Практикум по организации животноводства в сельскохозяйственных предприятиях.// Под редакцией А.А.Никитенко. – М.: Колос, 1982. – 272 с.
Шоргин П.П. Химия целлюлоза. – М.: Госхимиздат, 1939. – 319 с.
Авраменко П.С., Борисенко Е.Ф., Бурмистров А.М. и др. Справочник по приготовлению, хранению и использованию кормов. – Мн.: Ураджай, 1986. – 230 с.
Гулякин И.В., Юдинцева Е.В., Горина Л.И. Накопление Cs-137 в урожае в зависимости от видовых особенностей растений. // Агрохимия. – 1975. - №7. – С. 121 – 126 .
Плященко С.И. Корова, теленок, поросенок, жеребенок на подворье. – Мн.: Ураджай, 1996. – 250с.
Справочник агронома по сельскохозяйственной матеорологии. // Под редакцией И.Г.Грингофа. – Ленинград.: 1986. – 275 с.