Accumulation of cadmium and lead in the organs and tissues of dairy cows depending on breed and diet

Abstract

Agroecosystem monitoring in a time of full-scale war has shown a high level of anthropogenic impact and an increase in the contamination of the environment with heavy metals, including toxic Cd and Pb. This study aimed to analyse the content of cadmium and lead in the kidneys, liver, lungs, heart, spleen, bone and muscle tissues of dairy cows depending on breed and diet under the conditions of environmentally safe cow's milk production technology. Experiments were conducted on dairy cows of different breeds in farms located within the Forest-Steppe soil and climatic zone of Ukraine, with control slaughter performed at the end of the experiment. The highest Cd content was found in the kidneys of cows of the Ukrainian Black-and-White Dairy breed on a silage-hay diet with the values 2.968 ± 0.193 mg/kg and on a silage-root crop diet with the values 3.241 ± 0.318 mg/kg, and the highest Pb content was found on the silage-hay diet with the values 4.387 ± 0.092 mg/kg and silage-root crop diet with the values ± 0.546 mg/kg. Analysis of muscle tissue for Cd content showed the highest concentration in Ukrainian Black-and-White Dairy cows fed a silage-hay diet, amounting to 0.125 ± 0.026 mg/kg, and a silage-root crop diet, amounting to 0.140 ± 0.006 mg/kg. The Pb concentration in muscle tissue was also highest in Ukrainian Black-and-White Dairy cows, reaching 1.472 ± 0.065 mg/kg under the silage-hay diet and 1.691 ± 0.092 mg/kg under the silage-root crop diet. The highest concentrations of Cd and Pb in the kidneys, liver, lungs, spleen, heart, bones and muscle tissue were identified in Ukrainian Black and-White Dairy cows compared with animals of the Ukrainian Red-and-White Dairy breed, which was associated more with the higher intake of pollutants from the basal diets and feeding type than with breed characteristics. The obtained data may be used in the development of recommendations for selecting diet types and feeding technologies for dairy cows in order to reduce the accumulation of heavy metals in internal organs and tissues, as well as to improve the environmental safety of cows' milk and dairy products.

Моніторинг агроекосистем в умовах повномасштабної війни вказує на великі техногенні навантаження, посилення забруднення довкілля важкими металами, в тому числі токсичними і контамінантними Cd та Pb. Метою досліджень був аналіз вмісту кадмію та плюмбуму у нирках, печінці, легенях, серці, селезінці, кістковій і м'язовій тканинах дійних корів в залежності від породи, виду раціону в умовах технології виробництва екологічно безпечного коров'ячого молока. В господарствах Лісостепової ґрунтово-кліматичної зони України було проведено досліди на дійних коровах різних порід з контрольним забоєм в кінці експерименту. Найбільшу концентрацію Cd було встановлено у нирках корів української чорно-рябої молочної породи з силосно-сінним раціоном 2,968 ± 0,193 мг/кг та силосно-коренеплодним 3,241 ± 0,318 мг/кг, аналогічно по Pb з силосно-сінним типом годівлі 4,387 ± 0,092 мг/кг та силосно-коренеплодним 4,522 ± 0,546 мг/кг. Аналіз м'язової тканини на вміст Cd показав найбільшу концентрацію у тварин української чорно-рябої молочної породи з силосно-сінним раціоном 0,125 ± 0,026 мг/кг та силосно-коренеплодним 0,140 ± 0,006 мг/кг. Концентрація Pb у м'язовій тканині теж найбільшою встановлена у корів української чорно-рябої молочної породи 1,472 ± 0,065 мг/кг, де згодовувався силосно-сінний раціон і 1,691 ± 0,092 мг/кг силосно-коренеплідний. Найбільшу концентрацію Cd та Pb у нирках, печінці, легенях, селезінці, серці, кістках та м'язовій тканині встановлено у корів української чорно-рябої молочної породи в порівнянні з тваринами української червоно-рябої молочної породи, що обумовлене більшим надходженням полютантів з кормами основних раціонів, типом годівлі, ніж породними особливостями. Отримані дані можуть бути використані при розробці рекомендацій щодо вибору типів раціонів і технологій годівлі дійних корів з метою зменшення акумуляції важких металів у внутрішніх органах і тканинах, а також для підвищення екологічної безпечності коров'ячого молока та продуктів його переробки.