процессов, таких как синтез метаболитов (химическая работа), сокращение мышц (механическая работа), перенос веществ через мембраны против градиента концентрации (активный транспорт) и передачи информации (нервные импульсы).
Приведенные примеры являются свидетельством важности химических элементов и нормы их концентрации для биохимических процессов в организме.
Знание и умелое управление балансом питательных веществ позволяет создать оптимальные условия для зарождения и жизнедеятельности организмов.
Многие процессы жизнедеятельности протекают с участием комплексных соединений. Основой этих соединений являются биогенные металлы, которые совместно с белками, витаминами, ферментами и другими веществами выполняют специфические функции в обмене веществ.
Характерной особенностью комплексных соединений является устойчивость сложного состава, наделенного функцией акцептора, вокруг которого координируются элементы доноры. Совокупность центрального атома (комплексообразователя) и молекул или ионов-доноров образует внутреннюю сферу комплексного соединения.
Одним из важнейших свойств комплексных соединений, обеспечивающих постоянство состава и свойств внутренней среды организма, устойчивость его физиологических функций (общий гомеостаз), является поддержание протолитического, т.е. кислотно-щелочного, баланса на необходимом уровне.
Дисбаланс элементов в этих соединениях нарушит функциональную деятельность жизненно-важных буферных систем – гидрокарбонатной, гидрофосфатной, гемоглобиновой, белковых.
Главное назначение гидрокарбонатного буфера заключается в нейтрализации кислот. Нарушение кислотно-основного равновесия устраняется гидрокарбонатной буферной системой. Гидрокарбонатный буфер является основной буферной системой плазмы крови. Он функционирует также в эритроцитах, межклеточной жидкости и в почечной ткани.
Гидрофосфатная буферная система функционирует как в крови\, так и в клеточной жидкости других тканей, особенно почек. В клетках она представлена калийнофосфатными, а в плазме крови и межклеточной жидкости – натрие-фосфатными соединениями. Избыточное количество гидро и дигидрофосфата, образующееся при несбалансированном питании, выводится почками. При этом следует заметить, что избыточное потребление белковой пищи, некачественного силоса или, наоборот, кормов с повышенной концентрацией оснований, может привести к патологическим изменениям в почках.
Гемоглобиновая буферная система является сложной системой эритроцитов. Она играет значительную роль сразу в нескольких важнейших процессах организма: дыхании, транспорте кислорода в ткани и поддержании оптимального уровня рН внутри эритроцитов, а в конечном итоге – в крови.
Белковые (протеиновые) буферные системы в зависимости от кислотно-основных свойств белка бывают анионного или катионного типа. Катионная белковая буферная система поддерживает величину рН в физиологических средах меньше 6, анионная белковая буферная система в средах с рН > 6. В крови работает анионный белковый буфер.
Все буферные системы в организме взаимосвязаны. На примере взаимодействия их в плазме и эритроцитах крови вклад в поддержании рН различен. Относительная доля гидрокарбонатной буферной системы составляет в плазме крови 35%, белковой – 7%, гидрофосфатной – 1%. Итого, в плазме крови общая доля названных буферных систем составляет 43%.
Доля буферных систем в эритроцитах следующая, %: гемоглобиновая – 35, гидрокарбонатная – 18, гидрофосфатная – 4. Итого, в системе эритроцитов названные буферные системы составляют 57% от общего количества в крови. Приведенные данные являются свидетельством четко выраженной структуры буферных систем, а, следовательно, необходимость поддержания кислотно-щелочного баланса на оптимальном уровне неоспорима. Уменьшение или увеличение буферной ёмкости по сравнению с нормой дестабилизирует работу важнейших органов, что в свою очередь негативно влияет на здоровье и состояние живых организмов.
В организме постоянно проходит процесс образования и разрушения жизненно необходимых биокомплексов, в составе которых важную роль играют биометаллы или «металлы жизни». Биокомплексы, взаимодействуя с другими биогенными элементами, являющимися донорами, обеспечивают определенный уровень концентрации веществ и их равновесное состояние. Нарушение этого состояния смещает равновесие в ту или иную сторону, что нарушает процесс метаболизма и вызывает патологические изменения в органах. Патологические изменения могут быть вызваны долговременным отсутствием в корме каких-либо биометаллов или поступления их в значительно меньших количествах, чем необходимо для жизнедеятельности организма. Поступление биометаллов в количествах больших, чем требуется организму, также приводит к нарушению баланса со всеми вытекающими негативными явлениями.
Акцент внимания на важность количественного оптимума элементов для жизнедеятельности организма сделан с целью обоснования необходимости решения проблемы производства и использования кормов в едином комплексе и новом аспекте.
Питательную среду живых организмов в глобальном масштабе составляют химические элементы земной коры, океанов и атмосферы. Использование тех или иных химических элементов для построения и функционирования организмов подчинено определенным законам природы, которые регулируют взаимосвязь окружающей (питательная среда) и внутренней среды организма (общий гомеостаз).
Для всех звеньев биологической цепи: почва – растение – животное – человек, целесообразно иметь свою питательную среду, обеспечивающую постоянство состава и свойств организма. Оптимальные условия жизни должны быть созданы в равной мере как для почвы, так и растений, животных и человека.
В почве, как целостной системе, в оптимальном режиме должны проходить процессы, обеспечивающие высокий уровень как потенциального, так и эффективного плодородия. Для создания и поддержания такого уровня используются методы биологического, химического и физического воздействия.
Биологический метод заключается в регулировании процессов синтеза и разложения органического вещества в почве, правильном подборе растений и сортов, наилучшем соотношении их в травосмесях и севообороте, активизацию микробиоло-
гической деятельности. Но поскольку формирование питательной среды и требования, потребляющего эти продукты организма, могут не совпадать, то производство следует организовать так, чтобы, обеспечивая оптимум для процессов в питательной среде (источник питания), не игнорировать требования потребителя её продуктов. В противном случае снижается интенсивность фактора, формирующего среду, и совокупная эффективность среды и организма. Например, неопровержимо доказана роль бобовых растений в повышении плодородия почв, но для животноводства излишек бобовых в корме не желателен. В этой ситуации, не игнорируя производство бобовых кормов, необходимо определить конкретный видовой состав и структуру растений и в травосмесях, и севообороте. Для лактирующих коров молочного направления потребность в бобовых травах в зависимости от вида составляет от 10 до 40% в суточной норме бобово-злакового корма.
Клеверо-тимофеечная травосмесь наиболее полноценной будет при соотношении компонентов 40/60, люцерно-тимофеечная - 10/90. Следовательно, если для оптимума почвенных процессов требуется больше бобового компонента, чем 40 или 10%, его целесообразно использовать в лучшем варианте, обеспечивающем плодородие почвы, а баланс компонентов в корме оптимизировать дополнительным выращиванием требуемых для животных растений в чистом виде. Вариантов комплексного решения вопроса может быть множество и при целесообразности приоритета требований животноводства повышение уровня плодородия может быть обеспечено техногенными, химическими, физическими методами. Химический метод основан на применении минеральных удобрений, известковании и гипсовании, т.е. устранение неблагоприятных химических свойств почв и почвенного раствора. Физические методы основаны на приемах обработки почвы.
Почвенный раствор, в зависимости от природных условий и техногенных факторов, бывает представлен множеством различных вариантов, но он не может быть сформирован оптимальным для такого же множества растительных видов и формаций. Основной трудностью получения оптимального раствора для отдельных видов растений или сообществ является не количество элементов (Cu, Fe, Mn и т.д.), а соответствие питательного баланса. Решение этого вопроса с позиции законов минимума, оптимума максимума осуществляется последовательно влиянием на отдельные элементы – N, P, K, Mg и т.д. При таком подходе изменение параметров дефицита или избытка каких-либо элементов влечет за собой изменение всей структуры почвенного раствора, познать которую и тем более оптимизировать без глубоких аналитических и научных исследований невозможно. Такая ситуация была создана на обширной территории Средней Азии, где на почвах хлопкового комплекса длительное время вносили большими нормами фосфорные удобрения. В результате чего произошло зафосфачивание почв – «сдвиг» всей системы – и стабилизация уровня урожайности.
Для решения таких проблем нужны годы труда и большие материальные затраты. Комплексный подход, разработанный авторами настоящего труда, позволяет анализировать исходные параметры раствора, контролировать структуру элементов питания и управлять процессом, оптимизируя состав всего раствора, в соответствии с требованиями конкретного потребителя (видовой состав растений, травосмеси, севооборот и т.д.).
