Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Определение, оценка и оптимизация селенового статуса территории и населения Архангельской области Бахматова Юлия Алексеевна

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Бахматова Юлия Алексеевна. Определение, оценка и оптимизация селенового статуса территории и населения Архангельской области: диссертация ... кандидата Биологических наук: 03.02.08 / Бахматова Юлия Алексеевна;[Место защиты: ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов»], 2018.- 134 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Биологическая роль селена и его содержание в природных объектах и организме человека 8

1.1 Селен в окружающей среде 8

1.2 Селен в организме человека 15

1.3 Обеспеченность селеном организма человека и пути корректировки селенового статуса 17

Глава 2. Объекты и методы 23

2.1 Характеристика района исследования 23

2.2 Объекты исследования 28

2.3 Методики эколого-химических исследований 30

2.3.1 Полевые исследования 30

2.3.2 Лабораторные исследования 33

2.3.3 Камеральные исследования 36

2.4 Объем выполненных работ 40

Глава 3. Содержание селена в объектах окружающей среды 41

3.1 Оценка содержания селена в природных водах на территории Архангельской области 41

3.1.1 Содержание селена в водах Белого моря 42

3.1.2 Содержание селена в поверхностных водах рек и озер 44

3.1.3 Содержание селена в питьевой воде 48

3.2 Содержания селена в почвах Архангельской области 52

3.3 Аккумуляция селена растениями 57

Глава 4. Содержание селена в продуктах питания и селеновый статус населения города Архангельска 64

4.1 Содержание селена в основных продуктах, потребляемых населением города Архангельска 64

4.2 Потребление селена с пищевыми продуктами, входящими в рацион питания жителей города Архангельска 70

4.3 Обеспеченность селеном взрослого населения города Архангельска 74

Глава 5. Агрохимический способ обогащения селеном сельскохозяйственных культур 79

Итоги работы и выводы 87

Список используемой литературы 90

Приложение 1 110

Приложение 2 112

Введение к работе

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности. Высокая биологическая значимость селена и его эссенциальность для организма человека определяют приоритетность оценки селенового статуса территорий в большинстве регионов России. Проблема дефицита селена в организме человека с каждым годом приобретает все большую актуальность, поскольку в разных социальных группах у 80% населения выявляется снижение обеспеченности селеном (Голубкина, 2002; Паршукова, 2008; Эндэнээ, 2015; Бурцева, 2017). Селен - эссенциальный (незаменимый) компонент рациона питания и необходимый для нормальной жизнедеятельности организма человека и животных микроэлемент (суточная доза от 50 до 100 мкг для взрослого населения) (Голубкина, 2002; Тутельян, 2002; Громова, 2007; Зуева, 2009; Вапиров, 2016; Цикуниб, 2016).

Селен поступает в организм человека по пищевой цепи: из почвы в растения, из растений – в организмы животных, а они, в свою очередь, служат источником селена для человека. Данная схема определяет уровень зависимости обеспеченности селеном животных и человека от геоэкологической характеристики почвы. В мире существуют биогеохимические провинции глубокого дефицита и токсических концентраций микроэлемента (Голубкина, 2006; Тутельян, 2002; Зуева, 2009; Маймонова, 2003; Rayman, 2006, Banuelos, 2014; Jackson, 2008; Schrauzer, 2002; Ranville, 2011; Lenz, 2008).

Кроме того, имеются данные внутри региональных вариаций в селеновом статусе населения, и отмечается важность комплексного подхода к выявлению экологических рисков, связанных с неадекватным потреблением селена. Для этого учитывается как распределение микроэлемента в почве и в природных водах, так и уровни биоконцентрирования его различными видами растений (Голубкина, Папазян, 2006; Grobs, 2015; Синдеева, Голубкина, 2011).

Однако, на территории Архангельской области до настоящего времени не проводилось комплексных исследований по изучению особенностей распределения селена в компонентах экосистем – водах, почвах, растениях и животных, в продуктах питания и организме человека. Поэтому, системный подход к изучению данной проблемы на территории Архангельской области является актуальной как в экологии, так и в медицине (Березкина, 2011). Данный подход позволит разработать конкретные рекомендации по проведению целенаправленных мероприятий по оптимизации селенового статуса территории и населения Архангельской области.

Цель и задачи исследования. Цель исследования - создать систему оценки селенового статуса территории и населения Архангельской области для последующей разработки практических рекомендации по повышению уровня содержания селена в организме человека.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

  1. определить содержание селена в природных водах (морях, реках и озерах) Архангельской области и оценить вклад питьевой воды в обеспеченность селеном населения города Архангельска;

  2. оценить содержание селена в почвах и растениях, определить селеновый статус почвенно-растительного покрова территории Архангельской области;

  3. определить содержание селена в основных продуктах питания и оценить вклад различных групп продуктов в обеспечение селеном жителей города Архангельска;

  1. установить уровень обеспеченности селеном взрослого населения города Архангельска;

  2. экспериментально оценить агрохимический способ обогащения селеном овощных сельскохозяйственных культур, выращиваемых на приусадебных участках Архангельской области.

Научная новизна работы.

Впервые на территории Архангельской области проведены комплексные исследования по изучению селена в природных водах и биогеохимической цепи почва – растение. Проведено экологическое исследование системы почва – растение – животное, человек на территории Архангельской области.

Впервые выявлена зависимость селенодефицитных состояний от уровня содержания селена в окружающей среде и пищевых продуктах у лиц, постоянно проживающих на территории Архангельской области, что позволило определить риск развития селенозависимых заболеваний среди различных половозрастных групп населения.

Для оптимизации содержания селена в организме человека применен агрохимический способ обогащения селеном овощных сельскохозяйственных культур, выращиваемых на приусадебных участках Архангельской области.

Теоретическая и практическая значимость работы

Теоретическая значимость работы.

Определен селеновый статус территории и населения Архангельской области;

Установлены количественные закономерности содержания, распределения и действия селена в системе почва-растение-животное (человек) с учетом биогеохимических условий региона.

Показано, что данный регион по уровню обеспеченности селеном находится на низком уровне, что чрезвычайно важно для осуществления импорта продуктов питания из других регионов России и других стран мира, богатых селеном.

Установленные показатели содержания селена в организме жителей
Архангельской области может служить ориентиром для проведения

профилактических мероприятий у различных групп жителей, и могут быть использованы в качестве регионального норматива.

В результате проведенных исследований выявлены оптимальные условия обогащения сельскохозяйственной продукции селеном посредством обработки их селенатом им натрия.

Практическая значимость работы.

Возможность использования результатов исследований для разработки практических рекомендаций по применению селеновых удобрений в сельском хозяйстве с целью повышения степени обогащения продукции селеном.

Возможность использования выводов, материалов и методов системного подхода, предложенных в работе, при проведении мониторинговых исследований и оценке селенового статуса территорий Крайнего Севера.

Использование материалов работы в лекционных курсах высшей школы естественных наук и технологий Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова; при написании учебных пособий и монографий.

Методология и методы исследований.

В основу методологии эколого-биологического исследования положены работы Голубкиной Н. А. (2002, 2006, 2010), Сидельниковой В. Д. (1999), Тутельяна В. А.

(2002), Гмошинского И. В. (1999), Ермакова В. В. (2008), Решетника Л. А. (2001), Скального А. В. (2010), Эндэнээ Э. (2015), Бурцевой Т. В. (2016), Пятницкой Т. В. (2011), Beck (2001), Behne (2006), Combs (2006), Dhillon (2005), Fordyce (2005), Johnson (2011), Salbe (1993), Wen (2007), Вапиров (2016), Цикуниб (2006, 2016).

При проведении работы было использовано три основные группы методов исследований: полевые – отбор проб воды, почв и растений, продуктов питания и биоматериалов, их пробоподготовка, закладка пробных площадей; лабораторные – химико-аналитические исследования проб вод, почв, растений, продуктов питания и биоматериалов; камеральные – обработка результатов анализов с применением статистического пакета обработки данных SPSS Statistics 21.

Основные положения, выносимые на защиту.

1) Составленные картограммы по содержанию селена в водах и почвах
Архангельской области позволили выявить территории риска развития
селендефицитных состояний у человека и животных.

2) Установлено, что исследуемые пробы морской воды и воды рек
характеризуются средним, а воды озер низким содержанием селена. Большинство
почв на территории Архангельской области по содержанию в них селена, относятся к
почвам с маргинальной недостаточностью данного элемента. По интенсивности
накопления селена почвенно-растительным покровом территорию Архангельской
области можно отнести к зоне слабого накопления.

3) Установлены факторы риска, непосредственно влияющие на формирование
селенового статуса у лиц, постоянно проживающих на территории Архангельской
области: низкое содержание данного микроэлемента в питьевой воде и продуктах
питания местного производства; недостаточное содержание селена в суточных
рационах питания населения.

4) Выявлены условия оптимизации селенового статуса населения, путем
агрохимического обогащения селенатом натрия овощных сельскохозяйственных
культур, выращиваемых на приусадебных участках Архангельской области.

Соответствие паспорту научной специальности. Результаты проведенного
исследования соответствуют области исследования специальности

03.02.08 – Экология, область исследования – экология человека.

Личный вклад. Автором с учетом рекомендаций руководителя

сформулированы проблемы, поставлены цель и задачи работы, выбраны методы и объекты исследования. Непосредственно диссертантом осуществлен сбор полевых материалов и обработка полученных экспериментальных данных, обобщены и интерпретированы полученные результаты, подготовлены научные публикации.

Степень достоверности и апробация результатов. Результаты исследований
и обоснованность выводов основываются на большом количестве экспериментальных
и теоретических данных, полученных с применением современных

физико-химических методов с использованием стандартных и аттестованных методик.

Достоверность исследований определяется репрезентативным объемом групп наблюдений, использованием современных методов объективной оценки и верификации полученных научных результатов, а также применением современных методов статистической обработки данных.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на Всероссийской конференции с международным участием «Экология и геологические изменения в окружающей среде Северных регионов» (Архангельск, 2012); на

Международном семинаре с полевым выездом «Трансграничные водосборы: Финляндия и Россия – водосбор Белого моря» с экспедицией на Белое море и сессией для молодых ученых (Петрозаводск, 2013); на Всероссийской конференции с международным участием «Состояние арктических морей и территорий в условиях изменения климата» (Архангельск, 2014); на Межрегиональной общественной организации «Общество почвоведов им. В.В. Докучаева (Архангельск, 2014); на Международной научно-практической конференции «Отечественная наука в эпоху изменений: постулаты прошлого и теории нового времени» (Екатеринбург, 2015); на Международной научно-практической конференции «Стратегические вопросы мировой науки – 2016» (г. Белгород, 2016).

По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК (РИНЦ – 9).

Диссертация изложена на 133 страницах, содержит 22 таблицы, 20 рисунков, комплект из 3 карт и состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего183 источников и 2 приложения.

Селен в окружающей среде

Селен в природной воде. Уровень содержания селена в грунтовых и поверхностных водах является важным показателем, так как служит одним из критериев биогеохимического прогноза селенового статуса различных ландшафтов.

В природных водах концентрация селена чрезвычайно мала (таблица 1.1). В поверхностных пресных водах, содержание данного микроэлемента колеблется от нескольких десятых до 2 или 3 мкг/л (Селен. Гигиенические критерии…, 1989).

Малые концентрации селена в природных водах обусловлены сильной адсорбцией его ионов (селенитов) глинистыми минералами и особенно гидроксидами железа (Измайлова и др, 2005). В. И. Плотников (1959) установил, что Se (IV) почти полностью сорбируется гидроксидами железа (II, III) в широком диапазоне pH (3,5 – 9,0). Наиболее интенсивно Se (VI) сорбируется при pH раствора, равном 6. Дальнейшее увеличение pH вызывает снижение сорбции селена в связи с изменением заряда соединения железа на отрицательный, в щелочной среде (Капитальчук, 2006; Малафеева, 2001).

Высокие концентрации селена в поверхностных и подземных водах обычно встречаются на территории, где воды для орошения проходят через почву с высоким содержанием селена или в озерах, получающих конденсатную охлажденную воду от каменноугольных электростанций (Баранова, 2008; Сусликов, 2001; Borowska, 2006).

Селен присутствует в природных водах в нескольких химических формах, характеризующихся различной степенью окисления элемента: Se (VI) (селенаты), Se (IV) (селениты), Se (0) (элементарный селен в коллоидной форме) и Se (II) (неорганические селениды и органические соединения селена). Соотношение форм селена в различных водах (открытых океанических водах, прибрежных и эстуарных зонах, пресноводных озерах, прудах и реках) существенно варьирует в зависимости от конкретного сочетания биологических, гидрологических и гидрохимических факторов. Доминирующей формой селена являются его органические соединения. Содержание Se (IV) – наиболее предпочитаемая микроводорослями форма – составляет не более 10% от общего селена. Соотношение Se (IV)/Se (VI) практически всегда в пользу Se (VI), как из-за его меньшего выноса фитопланктоном, так и вследствие спонтанного химического окисления Se (IV) в Se (VI) в хорошо оксигенированных водах. Вертикальные профили селена в открытых зонах различных океанов также сходны. Содержание общего селена и его растворимых неорганических соединений увеличивается с глубиной примерно в 2-3 раза, а содержание органических соединений падает (Реунова, 2007; Ермаков, 2003, 2008; Племенков, 2007).

Селен в почве. Кларк селена в почве по А.П. Виноградову равен 110-6 %. Содержание селена в почвах (таблица 1.2) зависит как от типа почвы, состава почвообразующих пород, окислительно-восстановительных и щелочно кислотных условий, так и от фиксации данного элемента органическим веществом почвы, глинистыми минералами, гидроксидами железа и марганца в поверхностных горизонтах, от оседания данного элемента с дождевыми осадками (особенно в близи океанов и морей) (Постников,1991; Rituparna, 2006). Известны многочисленные обзоры (Ермаков, Тютиков, 2008; Сидельникова, 1999; Тутельян и др., 2002; Голубкина и др., 2003; Антипов, 2012; Свечникова, 2013; Белякова, 2008; Блохин, 2002; Боев, 2002) о поведении селена в почвах. Основные положения этих обзоров могут быть сведены к следующему:

1) в кислых глеевых почвах и в почвах с высоким содержанием органического вещества преобладают селениды и сульфиды селена, которые малоподвижны и поэтому труднодоступны для растении;

2) в хорошо дренируемых минеральных почвах, рН которых близок к нейтральному, доминируют исключительно селениты, при этом селениты щелочных металлов растворимы, а селениты железа нерастворимы. Кроме того, селениты активно фиксируются гидроксидами и оксидами железа и поэтому труднодоступны для растений;

3) в щелочных и хорошо аэрируемых почвах, вероятно, имеют место селенаты. Они легкорастворимы, слабо фиксируются оксидами железа и достаточно подвижны, что делает их доступными для растений (Вихрева, 2011; Пузанов, 1999). Геохимические особенности различных регионов мира обуславливают существование обширных территорий с умеренным и глубоким дефицитом микроэлемента. По данным Н.А. Голубкиной (2000), содержание селена в почвах различных регионов составляет: Московская область – 250 – 720 мкг/кг, Норильск – 860 мкг/кг, Урал – 700 – 1700 мкг/кг, Брянская область – 234 – 696 мкг/кг, Иркутская область – 30 – 180 мкг/кг, Белоруссия – 30 – 420 мкг/кг. Данных по содержанию селена в почвах Архангельской области не найдено.

Лозановская И. Н и Орлов Д. С. (1998) предложили классификацию почв по содержанию в них селена:

1) почвы с токсичными уровнями содержания селена, более 1,5 мг/кг (карбонатные, щелочные почвы, в которых селен находится в форме селенатов);

2) почвы, не токсичные по селену (кислые, обогащенные железом, с содержанием селена от 0,1 до 1,5 мг/кг;

3) почвы с пониженным содержанием селена, менее 0,1мг/кг, обычно развитые на изверженных породах и молодых вулканических породах.

Для оценки уровня обеспеченности почв селеном J. Tan et al (2002) предлагает принять следующие пороговые концентрации микроэлемента: менее 125 мкг/кг – область селенодефицита; 125-175 мкг/кг – маргинальная недостаточность; 175-3000 мкг/кг – область оптимума; более 3000 мкг/кг почвы – область избытка.

Таким образом, определение концентрации селена в почвах является необходимой для установления селенового статуса территории Архангельской области.

Селен в растениях. Особое значение имеет содержание селена в растениях, поскольку этот элемент играет важную роль в питании животных.

В растениях селен может находиться в виде элементного селена, селенатов, селенитов, аналогов серосодержащих аминокислот и селенопептидов.

Селенаты – наиболее усвояемая форма. В исследованиях многих ученных (Кабата-Пендиас, 1989; Руденко, 1999; Ермаков, Мухоморов, 2002; Голубкина, 2004; Кузнецов, 2004; Капитальчук, 2008; Вихрева, Лебедева, 2010; Быстрых, 2002; Вощенко, 2001; Bakirdere, 2006; Chasteen, 2003) отмечается, что поступление и накопление селена в растениях определяется количеством и формами его в почве, реакцией почвенной среды, содержанием органического вещества, макро- и микроэлементов.

Кроме того, на поступление селена в растения влияют глинистые минералы, полуторные оксиды, которые, благодаря своим сорбционным свойствам, способны существенно ограничивать доступность селена для растений (Johnsson, 1991; Zha oe tal., 2005; Вихрева, 2001). Чем выше содержание глинистых минералов, тем больше селена и, прежде всего, селенита сорбируется в почве и тем меньше содержание доступной для растений формы. На величину адсорбированного в почве селена влияет не только количественное содержание в ней глинистых минералов, но и их разновидность, качественные характеристики. Совместное действие органического вещества и оксидов железа приводит к еще более сильному связыванию селена в почве (Ермаков, 2004; Tam et al, 1995; Барабанщикова, 2001).

Содержание селена в питьевой воде

Известно, что основной объем питьевой воды поступает в город Архангельск из реки Северная Двина. Перед поступлением в распределительные сети вода проходит обработку на очистных станциях МУП «ВОДОКАНАЛ».

Анализ экспериментальных данных (таблица 3.3) показал, что в местах водозабора из реки Северная Двина содержание селена в поверхностных водах не превышает ПДК (10 мкг/л) (СанПин 2.1.4.1074-01, 2002), но оно значительно выше, чем в других водных объектах Архангельской области. Это обусловлено как геолого-химическими особенностями региона, так и антропогенными факторами. В процессе подготовки воды на очистных станциях и при прохождении ее по распределительной системе происходит значительное снижение (в среднем до 96%) содержания данного элемента.

Учитывая тот факт, что население все чаще подвергает водопроводную воду дополнительной очистке, определялась степень потери селена в процессе использования бытовых фильтров. Представленные данные (таблица 3.4) свидетельствуют о том, что бытовые фильтры еще в 1,5 раза снижают содержание селена в водопроводной воде.

Многие жители Архангельска используют бутилированную питьевую воду, продаваемую в магазинах города. В связи с этим нами были проанализированы наиболее часто используемые марки бутилированной воды (рисунок 3.6) и установлено, что содержание селена в такой воде колеблется от 0,11 мкг/л до 3,83 мкг/л. Наиболее богаты селеном воды «STELMAS» (негазированная), «Вельская» и «Аква Минерале». Это может быть связано как с процессом водоподготовки, так и с происхождением данных вод. Таким образом, бутилированная вода (за исключением воды марки «НаЕда») отличается более высоким содержанием селена, чем водопроводная вода.

Для оценки роли питьевой воды в снабжении человеческого организма селеном было необходимо рассчитать поступление этого микроэлемента в организм человека с питьевой водой. В литературе (Мантлер, 2010; Губергриц, Линевский, 1989) приводятся значения необходимого суточного потребления воды в пределах 2,55 – 3,00 л/сутки. При этом потребление собственно питьевой воды в виде жидкости составляет в среднем 47% от общей суточной нормы, что соответствует 1,2 – 1,5 л так называемой «свободной жидкости». Этот объем был принят нами за значение потребления воды среднестатистическим человеком для расчета фактического поступления данного элемента в организм. Чтобы получить представление о вкладе воды в поступление селена в организм человека, необходимо отнести фактическое поступление (ФП) этого элемента к физиологически необходимому количеству (ФН). Необходимое количество селена, которое должно поступать в организм человека, составляет от 60 до 150 мкг в сутки. Расчет проводился относительно минимального значения суточной потребности в элементе по формуле (таблица 3.5)

Из полученных данных, видно, что в организм человека с водопроводной водой поступает менее 1,0 % от необходимого количества селена. Использование бытовых фильтров снижает уровень поступления этого микроэлемента до 0,4 % (Бахматова и др, 2015).

Таким образом, питьевая вода, используемая населением города Архангельска, вносит незначительный вклад в обеспеченность селеном организма человека.

Содержание селена в основных продуктах, потребляемых населением города Архангельска

Нами было определено содержание селена в основных продуктах питания (таблица 4.1) на территории Архангельской области.

Проведенные исследования позволил установить, что содержание селена в продуктах питания увеличивается в следующей последовательности: фрукты (3,74 ± 1,92) овощи (3,98 ± 3,19) ягоды (5,44 ± 2,02) грибы (7,34 ± 2,43) яйца (12,81 ± 0,12) хлебные продукты и макаронные изделия (25,75 ± 12,75) рыбопродукты (46,18 ± 16,44) мясопродукты (53,58 ± 20,76) молоко и молочные продукты (163,68 ± 85,02) (рисунок 4.1). Ни в одном из продуктов питания не обнаружено превышение ПДК (500 мкг/кг).

Минимальное количество селена, обнаружено в продуктах растениеводства, что может быть связано с низким содержанием данного элемента в почве на данной территории. В продуктах животноводства содержание селена выше, чем в продуктах растениеводства. Данные различия можно объяснить введением в рацион питания сельскохозяйственных животных селенсодержащих кормов. Содержание селена в рыбопродуктах можно оценить как среднее, что связано со средним содержанием данного элемента в природной пресной воде и с средним содержанием его в водах Белого моря.

Обращает на себя внимания тот факт, что максимальная концентрация селена обнаружена в сыре, что может быть связано с территорией производства данного продукта (г. Краснодар).

Сравнение найденных показателей с отдельными результатами оценки содержания селена в продуктах питания разных регионов России (Голубкина, 2006) указывает на низкий уровень содержания его в Архангельской области. Данные различия обоснованы различным содержанием селена в объектах окружающей среды регионов России и Архангельской области

В то же время внутри определенных групп продуктов питания содержание селена (рисунок 4.2), может значительно различаться так, например, среди мясных продуктов наибольшее содержание селена обнаружено в свинине, среди рыбных – в камбале, среди молочных – в сыре, среди овощей – в чесноке, среди фруктов – в банане, среди ягод – в чернике и клюкве, среди круп – в рисе.

Таким образом, исследования, проведенные на данной территории, позволяют сделать вывод о ведущей роли селена в почве и природных водах на накопление селена продуктами растениеводства и животноводства.

По полученным данным, Архангельскую область по содержанию селена в продуктах питания можно отнести к регионам с относительно низким содержанием данного микроэлемента по сравнению со среднемировыми показателями и по сравнению с регионами России (Ермаков, 1999; Бурцева, 2016).

Агрохимический способ обогащения селеном сельскохозяйственных культур

Вопрос обогащения селеном овощной продукции для Архангельской области имеет особое значение. Потребление овощей находится на критически низком уровне не только зимой, но и в летний период. Это в свою очередь приводит к недополучению жителями целого набора микроэлементов и природных витаминов, в том числе и селена.

В настоящее время известно, что урожай сельскохозяйственных культур, его минеральная полноценность, и следовательно, продуктивность животноводства и здоровье людей во многом зависят от содержания микроэлементов в растительной продукции.

В ряде исследований (Голубкина, 2006; Синдирева, 2012)показана эффективность применения препаратов селена в качестве микроудобрений. Известно, что растения обладают уникальной способностью переводить неорганические соединения селена в хорошо усваиваемые органические формы, поэтому они -основной источник селен для животных и человека, учитывая то, что растения представляют собой первое звено пищевой цепи переноса микроэлемента.

Овощные культуры занимают значительное место в рационе животных и человека. Представляется перспективным с целью оптимизации элементного статуса населения, проводить мероприятия по обогащению микроэлементами овощных культур. В связи с этим необходим поиск оптимальных доз и способов введения данного микроэлемента под сельскохозяйственные культуры (Серегина, 2002).

Доказано, что селен, относят к элементам, оказывающим неоднозначное влияние на продуктивность и урожайность сельскохозяйственных культур. Известно, что при повышенной концентрации селена в почве происходит угнетение растений, однако в оптимальных дозах этот микроэлемент не оказывает отрицательного влияния на растения, а наоборот, стимулирует их рост и развитие. Главным источником поступления селена в организм животного и человека служит растительное сырье. В связи с этим на базе лаборатории биогеохимических исследований САФУ был поставлен опыт (модельный эксперимент) по изучению влияния обработки сельскохозяйственных культур селенатом натрия на накопление в них селена и изменение агрохимических показателей почв. Нами был выбран способ, разработанный и внедренный в селенодефицитной Финляндии, характеризующейся низкими концентрациями селена в почвах, и, как следствие, в зерновых и овощных культурах (Koivistoinen, 1986).

По результатам проведенного модельного эксперимента содержание селена в контрольных образцах сельскохозяйственных культур растений находится в интервале от 4,03 ± 0,19 до 13,44 ± 0,15 мкг/кг в зависимости от вида и органа растений (таблица 5.1), что не только не превышает значения ПДКSe, но и находится на очень низком уровне. Это указывает на необходимость обогащения данных сельскохозяйственных культур селеном, для обеспечения организма человека нужным количеством данного элемента.

Для исследования аккумулирующей способности растительных культур, выращенных на контрольной почве, был определен коэффициент биогеохимического накопления селена (КБН), рассчитанный как соотношение содержания селена в исходной биомассе растений к содержанию данного элемента в почве (таблица 5.2). Анализ образцов сельскохозяйственных культур по накоплению в них селена подтверждает тот факт, что большинство сельскохозяйственных культур по способности накапливать и усваивать селен относится к третей группе растений (группа растений, которые обычно накапливают селена в 1 – 2 раза меньше, чем его содержится в почве)

Установлено, что наиболее высокой аккумулирующей способностью отличаются лук, петрушка (подземная часть) и редис. В меньшей степени селен накапливают зелень петрушки и листья салата.

В ходе исследования по обогащению селеном сельскохозяйственных культур, нами было установлено, что как опрыскивание, так и полив растений раствором селена, оказывает положительное действие на накопление селена всеми культурными растениями (таблица 5.1).

Для растений, у которых используют в пищу и наземную, и подземную части наблюдалась следующая закономерность: при использовании опрыскивания растений селеном (I метод) в большей степени обогащается наземная часть, а при использовании полива почвы (II метод) – подземная часть.

Результаты исследования показали, что при использовании I метода обогащения (опрыскивание) растений селеном наибольшее его количество накапливают листья салата (СО = 7,3). Это может быть связано, с тем, что площадь поверхности листьев салата намного больше и, следовательно, больше площадь контакта листьев с раствором. В целом, при использовании I метода обогащения растений селеном, сельскохозяйственные культуры по содержанию в них селена можно расположить в следующий убывающий ряд: листья салата лук (наземная часть) петрушка (наземная часть) лук (подземная часть) редис петрушка (подземная часть).

Использование II метода (полив почвы) приводит к лучшему обогащению селеном подземных органов растений, чем наземных. Наибольшие количества этого микроэлемента накапливает лук (СО = 3,4), как сама луковица, так и его зелень. В результате, использования II метода обогащения растений селеном, сельскохозяйственные культуры можно расположить в следующем убывающем порядке: петрушка (наземная часть) листья салата редис петрушка (подземная часть) лук (наземная часть) лук (подземная часть).

Таким образом, уровень накопления селена сельскохозяйственными растениями можно увеличить (рисунок 5.1), используя оба метода (полив почвы и опрыскивание растений). При этом для увеличения селена в наземной части растения можно рекомендовать I метод (опрыскивание), а для увеличения в подземной части – II метод (полив почвы).

Выбранные способы обогащения положительно влияют не только на накопление селена сельскохозяйственными растениями, но и повышает уровень данного элемента в почве. Так, содержание селена в почве при использовании 1 метода обогащения увеличилось с 97,83 ± 8,45 мкг/кг до 133,5 ± 9,9 мкг/кг, а при поливе до 193,8 ± 10,8 мкг/кг (таблица 5.3). Таким образом, можно сделать вывод о том, что почва на данном опытном участке стала относится к почвам с оптимальным уровнем содержанием селена. Поэтому, в последующие годы можно добиться увеличения содержание селена в культурах, выращенных на данной почве, даже не внося селеносодержащие удобрения.

С целью определения влияния раствора селенита натрия на плодородие почв, нами была проведена оценка физико-химических показателей (таблица 5.3) до и после проведения модельного эксперимента.

рН водной суспензии почвы изначально составила 7,06 ± 0,1, а после обработки (полива) 7,32 ± 0,11. Данное изменение кислотности можно объяснить увеличением в почвенном растворе гидролитически щелочных солей натрия. Известно, что большинство растений лучше всего развиваются в пределах рН 5 – 7.Таким образом, можно сделать вывод, что внесение селенита натрия может в дальнейшем негативно сказаться на плодородии данной почвы.

Органическое вещество (далее ОВ) почвы до внесения селенита натрия составило 41,76 ± 0,58%. После внесения микроудобрения содержание ОВ почвы практически не снижается (39,63 ± 3,57%). Полученные данные говорят о том, что внесение селенита натрия, никак не сказывается на содержание ОВ в почве.

Содержание биогенных элементов: неорганического или минерального азота (N – NO3- + N – NH4+), фосфора (в пересчете на Р2О5) и калия (в пересчете на К2О) до внесения селенита натрия составило соответственно 96,32 ± 2,56 мг/кг, 2282 ± 11,2 мг/кг, 96,32 ± 2,56 мг/кг. По шкалам оценки содержания микроэлементов в почвах (таблица 5.3) полученные значения можно отнести к очень высоким. Высокое содержание биогенных элементов может быть обусловлено тем, что до проведения модельного опыта в экспериментальную почву могли быть внесены удобрения (аммофос, нитроаммофоска, суперфосфат и другие), содержащие данные биогенные элементы, а также тем, что данная почва относится к торфяным. Внесение раствора, содержащего селен, еще больше увеличило содержание азота (133,0 ± 0,9), фосфора (2742 ± 93) и калия (288,3 ±16,2). Исходя из экспериментальных данных, можно сделать вывод о том, что внесение селенита натрия положительно сказывается на содержание биогенных элементов в почве, а следовательно и на ее плодородии.

Для оценки влияния селената натрия на агрохимические показатели почв пробы почв были отобраны до и после эксперимента.