Геохимическое и токсикологическое значение почвы
По своему химическому составу почва состоит из комплекса минеральных и органических веществ, постоянно подвергающихся изменению в ходе единого почвообразовательного процесса. Минеральная часть чаще всего состоит из совокупности кремнезема, глинозема, извести и магнезии, представляющих собой измельченные компоненты горных пород.
Химические элементы на земном шаре распределены неравномерно, что обусловлено в первую очередь особенностями геологических и почвообразовательных факторов. Так, в одних районах отмечается недостаточное или избыточное содержание в почве таких микроэлементов, как йод, кобальт, фтор, молибден, марганец, цинк, бор, стронций, селен и др. Эти районы получили название биогеохимических провинций. Недостаток или избыток минеральных веществ в почве непосредственно от-ражается на химическом составе воды и многих растений. В свою очередь недостаток или избыток микроэлементов в воде и расте-ниях может привести к развитию у животных и человека специ-фических заболеваний, известных под названием геохимических эндемий или микроэлементозов.
Все химические элементы в зависимости от их процентного содержания в организме человека по предложению известного ученого-почвоведа В. И. Вернадского принято делить на три группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы. Макроэлементы встречаются в организме в количестве 10°—10
2 %• микроэлементы, содержащиеся в организме в пределах от 10 до 10 5 %; ультрамикроэлементы, встречающиеся в количестве
Источник
Геохимический состав и токсикологическое значение почвы
Химический состав почвы сложен и представлен минеральными (неорганическими) и органическими веществами. Минеральные вещества на 60-80 % представлены кристаллическим кремнеземом или кварцем. Значительное место в минералогическом составе почвы занимают алюмосиликаты (природные глины), способные к ионному обмену.
Органические вещества почвы представлены как собственными органическими веществами, синтезированными почвенными микроорганизмами (гуммус), так и чужеродными, поступившими в почву извне.
В минеральный состав почвы входят в меньшем или большем количестве практически все элементы таблицы Д.И. Менделеева. Это обстоятельство обусловливает изменение минерального состава воды и многих растений, что сказывается на обеспеченности микроэлементами организма человека. Большая часть микроэлементов поступает в организм с растительными пищевыми продуктами, в молочных и мясных продуктах содержание их незначительно.
Разнообразие ландшафтов и природных зон определяет особенности круговорота и накопление тех или иных химических элементов в почве. Данное обстоятельство позволило А.П. Виноградову обосновать учение о биогеохимических провинциях — неравномерности распределения химических элементов на земном шаре в соответствии с геологическими и почвообразовательными факторами. Так, в одних районах отмечается дефицит некоторых элементов, в других, наоборот, — избыток. Это может приводить к развитию у населения отдельных территорий специфических болезней — эндемических заболеваний (геохимических эндемий).
В настоящее время достаточно хорошо изучены такие эндемические заболевания, как гипофтороз и флюороз, — связанные с недостатком или избытком фтора, эндемический зоб — обусловленный дефицитом йода. Высокое содержание в почве молибдена вызывает молибденоз (эндемическая подагра), свинца — поражение нервной системы, стронция хондро- и остеодистрофию, бора — борные энтериты. Крупные биогеохимические регионы дефицита селена на территории России обнаружены в Забайкалье, Читинской, Ярославской областях, Удмуртии и Карелии.
Эталоном почвы в России по содержанию микроэлементов считается черноземная почва центрального заповедника Курской области. Содержание химических веществ в почве оценивают в кларках, представляющих среднее содержание вещества в эталонных (незагрязненных) почвах.
Загрязнения почвы — это появление в ней химических соединений, не свойственных почве. Поступление в почву огромного количества промышленных отходов, химических удобрений, пестицидов и т.п. способствует образованию искусственных биогеохимических провинций с измененным составом и свойствами почвы. Около промышленных предприятий образуются техногенные биохимические провинции с повышенным содержанием в биосфере свинца, мышьяка, фтора, ртути, кадмия, марганца, никеля, молибдена и других элементов, представляющих реальную опасность прямого и косвенного влияния на организм человека (канцерогенное, мутагенное, аллергенное, эмбриотоксическое и др.).
Множество исследований свидетельствуют о токсикологической опасности загрязненной почвы. Вредное воздействие может передаваться по пищевым цепочкам, т.е. через воду, растения, а также через молоко и мясо животных, питающихся загрязненным кормом.
Установлено, что пылегазовые выбросы промышленных предприятий загрязняют почву в радиусе до 60-100 км. Так, вокруг предприятий цветной металлургии содержание в почве свинца, мышьяка, цинка, меди и серы может превышать нормативы в 2,5-200 раз. Загрязнение почвы тяжелыми металлами обусловливает загрязнение грунтовых вод в радиусе 5 км от этих заводов с превышением ПДК от 1,2 до 8,3 раза, а также приводит к накоплению этих металлов в растениях и продуктах питания. Население, проживающее вблизи данных предприятий, с пищей систематически получают повышенные количества свинца — в среднем 0,7 мг, цинка — более 16 мг, меди — около 2,3 мг и мышьяка — до 0,5 мг. Это приводит к различным заболеваниям. Так, в результате поступления свинца из почвы в организм человека наблюдаются изменения со стороны кроветворной и репродуктивной системы, а также злокачественные новообразования. Установлена связь между уровнем мышьяка в почвах и случаями заболеваний раком желудка, между содержанием молибдена и случаями заболеваний молибденовой подагрой и раком пищевода и др.
В почве вокруг нефтехимических и коксохимических предприятий резко увеличивается концентрация канцерогенного углеводорода бенз(а)пирена. Употребление овощей, выращенных на этих почвах, значительно повышает риск возникновения онкологических заболеваний.
В почве вокруг ртутных комбинатов в радиусе 2 км превышение фоновой концентрации ртути (0,15 мг/кг) составляет до 330 раз. Установлено, что при содержании ртути в почве около 30-40 мг/кг, ее количество в овощах (картофеле, моркови и др.) достигает 0,4-1,4 мг/кг и превышает предельно допустимый уровень в 25-87 раз. Длительное поступление повышенных количеств ртути в организм человека снижает иммунобиологическую реактивность, повышает общую заболеваемость, увеличивает частоту заболеваний нервной и эндокринной систем, снижает фертильность (способности производить потомство).
Почва вдоль дорог загрязняется выхлопными газами автотранспорта. Загрязнение почв тяжелыми металлами в придорожной полосе зависит от интенсивности движения и продолжительности эксплуатации дорог. Показано, что в поверхностном слое почвы (до 5 см) в 7-16-метровой придорожной зоне и интенсивности движения до 10000 транспортных средств сутки содержание железа составляет 600-1000 мг/кг, цинка — 20 мг/кг, свинца — 10 мг/кг, кадмия — 0,2 мг/кг.
Большое влияние на состав почвы оказывает широкомасштабная химизация сельского хозяйства. В гигиеническом отношении особое значение имеют устойчивые пестициды, которые накапливаются в почве, воде, продуктах растительного и животного происхождения, а также в организме человека. Они приводят к существенным сдвигам биохимических, микробиологических процессов и тяжелым нарушениям состояния здоровья населения. К таким пестицидам в первую очередь относят ДДТ и его производные.
Таким образом, загрязнения почвы включаются в «пищевую цепь», и представляют большую опасность для здоровья человека.
Гигиеническое нормирование экзогенных химических веществ в почве включает установление ПДК вещества в мг/кг почвы, которое проводится в несколько этапов.
На первом этапе осуществляется изучение физико-химических свойств вещества и его стабильности в почве.
Вторым этапом является обоснование объема экспериментальных исследований и ориентировочных пороговых концентраций по каждому показателю вредности.
На третьем этапе исследований осуществляется лабораторный эксперимент по обоснованию подпороговых концентраций по 6 показателям вредности:
· органолептический показатель вредности характеризует степень изменения пищевой ценности продуктов растительного происхождения, а также запаха атмосферного воздуха, вкуса, цвета, запаха воды и пищевых продуктов;
· общесанитарный показатель вредности характеризует влияние экзогенного вещества на самоочищающуюся способность почвы и ее биологическую активность;
· фитоаккумуляционный показатель характеризует способность нормируемого химического вещества переходить из почвы через корневую систему в растение и накапливаться в нем;
· миграционный водный показатель характеризует процесс миграции изучаемого вещества в поверхностные и подземные воды;
· миграционный воздушный показатель вредности характеризует процессы поступления химического вещества из почвы в атмосферный воздух путем испарения;
· токсикологический показатель характеризует степень токсичности экзогенного химического вещества при поступлении в организм экспериментальных животных с водой, пищей и т.д.
На четвертом этапе рассчитываются величины ПДУВ (предельно допустимый уровень внесения) и БОК (безопасное остаточное количество) для химических веществ конкретных почвенно-климатических условий.
На пятом этапе проводится изучение влияния загрязненной экзогенными химическими веществами почвы на состояние здоровья населения с целью корректировки гигиенических нормативов содержания в ней химических загрязнителей (ПДК, ПДУВ, БОК).
В настоящее время утверждены ПДК для 30 химических веществ, ПДК и ориентировочные допустимые количества для 111 пестицидов в почве.
Источник
Геохимическое и токсикологическое значение почвы
Химический состав почвы зависит сл ее геологических особенностей и загрязнения поверхностных горизонтов техногенными твердыми, жидкими и газообразными отходами промышленных предприятий, а также от избыточного целенаправленного внесения в почву различных химических веществ с целью повышения эффективности сельскохозяйственной деятельности (например пестициды — до 100 тыс л в год, минеральные удобрения, структурообразователи почвы, стимуляторы роста растений и др.)
Химический состав природной незагрязненной почвы состоит из минеральных (90-99%) и органических веществ. В минеральный состав почвы входят практически все элементы системы Менделеева, однако их количество распределено в разных районах крайне неравномерно. Эго обстоятельство обусловливает своеобразие минерального состава воды и растительности, что в свою очередь сказывается на поступлении минеральных веществ в организм животных. Таким образом , обеспеченность макро и микроэлементами организма человека целиком зависит от их содержания в почве.
Большая часть микроэлементов в организм человека поступает с растительными продуктами, так как в продуктах животного происхождения их содержание относительно не велико. Все живые существа на 99% состоят из 80 наиболее распространенных химических веществ. Это, прежде всего, основные, или структурные элементы.
В их числе выделяют 9 жизненно необходимых микроэлементов : железо, медь, храм, кобальт, молибден, марганец, цинк, селен, йод, при недостатке которых развиваются те или иные патологические состояния или функциональные нарушения. К условно необходимым микроэлементам относятся (фтор, никель, ванадий, мышьяк, кремний, литий, бор и бром
В группу токсичных элементов входит; алюминий, кадмий, свинец, ртуть, бериллий, барий, висмут и таллий и весьма обширный перечень других веществ техногенного происхождения
Степень обеспеченности растительных и животных организмов ними микроэлементами находится в прямой зависимости от наличия их в почве Именно па закономерность послужила основой учения Виноградова об аномальных биогеохимических провинциях, где отсутствие или избыток того или другого элемента приводит к появлению эндемических специфических заболеваний.
К настоящему времени на территории нашей страны насчитывается свыше 20 биогеохимических провинций естественного происхождения. К настоящему времени хорошо изучены такие эндемические заболевания, как гипофтороз, кариес зубов ( северные районы), эндемический зоб (дефицит йода — проблема Уральского региона- вынудила создать на базе ОКБ эндокринологического центра, а сентябре с.г. Правительством области принята программа борьбы с йоддифицитом).
Дефицит селена установлен на территориях Читинской и Ярославской областей, в Удмуртии и Карелии, наоборот — избыток селена в растительных продуктах, выращенных на щелочных почвах (Канада,Ирландия,США) с высоким содержанием селена являются причиной возникновения селенового токсикоза скота и хронической интоксикации населения этих территорий. Наиболее типичными симптомами селенового токсикоза являются поражения ногтей и выпадение волос, повреждение зубной эмали, дерматиты, анемия и нервные расстройства.
Избыточное содержание в почве молибдена является фактором риска возникновения эндемической молибденовой подагры обнаруженной у жителей горной Армении. Избыточное поступление молибдена усиливает в организме пуриновый обмен и ведет к накоплению мочевой кислоты. Если почки не справляются с выделением мочевой кислоты, её соли откладываются в суставах и сухожилиях, что приводит к развитию молибденовой подагры. Кроме того избыток молибдена способствует нарушению синтеза витамина В12 что приводит к железодефицитной анемии.
Вместе с тем в результате хозяйственной деятельности человека в почву непосредственно или опосредовано попадает огромное количество химических веществ, что в ряде случаев существенно меняет природный химический состав.
Все химические вещества, попадающие в почву можно разделить на две группы:
1. Химические вещества, вносимые в почву целенаправленно для достижения той или иной цели: ядохимикаты (гербециды, фунгициды, акарициды, дефолианты, инсектоциды зооциды, бактерициды и др.), минеральные удобрения, структурообразователи почвы, химические стимуляторы роста растений. Избыточное внесение в течении многих лет пой группы может существенно повлиять на химический состав природной почвы.
2. Химические вещества, вносимые в почву с техно! енными жидкими, твердыми и газообразными отходами. Территориально это связано с конкретными отраслями промышленности, следовательно с определенным видом химическое загрязнения. Эти загрязненные территории страдают избытком определенных химических веществ представляют реальную угрозу здоровью населения Наиболее опасные ситуации к настоящему времени сложились в городах где имеются предприятия черной (Нижний Тагил, Магнитогорск, Челябинск) и цветной металлургии , Каменск Уральский Краснотурьинск.Ревда В Пышма Кировград и др ). Электроэнергетики (Рефтинская ГРЭС К а также химические и нефтеперерабатывающие заводы. Доля данных отраслей в общем объеме образующихся в промышленности токсичных отходов ( около 90 млн т) cocтавляют около 80% По данным Минздрава на территории России к настоящему времени (2001 г) имеются около 40 территорий, которые определяются как искусственные биогеохимические провинции, население которых подвергается серьезной угрозе тех или иных эндемических патологий.
В число искусственных неблагоприятных биогеохимических районов входят ряд городских территорий нашей области. Так в почвах на территории городов Ревда, Красноуральск, Кировград значительно превышены ориентировочно допустимые концентрации свинца ( при норме err 32 до 130 мг/кг), а всего по России таких городов насчитывается 120, в которых проживает более 10 млн. жителей. Содержание в почве кадмия ( норматив от 0,5 до 2,0 мг/кг), фтора повышено в почвах городов Каменск-Уральского и Полевского, меди — в районе Среднеуральска и В. Пышмы. Кроме этих элементов в почвах металлургических районов определяются повышенные концентрации мышьяка, ртути, марганца, никеля и др. токсичных веществ представляющих реальную опасность прямого или косвенного ( по трофическим цепям, с водой, с грибами) влияния на организм человека.
Опасность данных загрязнителей определяется их токсичностью, канцерогенным, аллергенным, мутагенным , эмбриотоксическим и другими видами воздействия. В районе размещения алюминиевых и коксохимических предприятий, электродных заводов отмечается высокое содержание в почве канцерогенных углеводородов. Употребление в пищу овощей и фруктов выращенных на таких землях существенно повышает риск онкологичсских заболеваний населения (например — Челябинск, Красноярск, Новокузнецк. Краснотурьинск, Братск)
Пылегазовые выбросы промышленных предприятий загрязняют почву в радиусе до 100-150 км. (Например, выбросы в атмосферу сернистого газа от Норильского никелевого комбината достигают Канадской территории и выпадают в виде кислотных дождей.). Серьезные экологические проблемы связаны с размещением полигонов складирования твердых бытовых отходов, шлакоотвалов и шлаконакопителей. Согласно данным Госсанэпиднадзора, общая площадь занятых отходами земель в целом по РФ превышает 2 тыс.кв.км. Более 1,6 тыс.кв.км занято шлаконакопителями и хвостохранилищами. терриконами и шлакоотвалами. Поэтому не случайно в нашей области с 1998 года реализуется целевая программа по переработке техногенных образований, а Правительством принят Федеральный закон «Об отходах производства и потребления (1Ф98), а 2001 году введены в действие санитарные правила «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов твердых бытовых отходов». Большой проблемой является систематическое нуправляемое загрязнение почвы ртутью в результате вывоза на свалки перегоревших люминиисцентных ламп и ртутных приборов.
Загрязнение территории вокруг городов тяжелыми металлами обусловливает интенсивное загрязнение грунтовых вол и в результате приводи кнакоплению этих токсических веществ в растениях ив продуктах питания. Жителиэтих городов с растительнойпищей питьевой водой систематически получаютповышенные количества свинца,ртути, мышьяка, меди, кадмия и др, токсикантов, что неизбежно приводит кповышению обшей заболеваемости населения и появлению случаев специфических поражений — эндемической патологии.
Большое влияние на химический состав почвы оказывает широко масштабная химизация сельского хозяйства. В гигиеническом отношении особое значение имеют пестициды устойчивые к воздействию внешних факторов и сохраняющие свою токсичность даже при прохождении по пищевым цепям. К таким препаратам относятся хлорорганические соединения, в частности ДДТ — дуст, который к настоящему времени повсеместно запрещен, однако в результате многолетнего и бесконтрольного применения его столько накопилось в биосфере Земли, что до настоящего времени этот препарат обнаруживается в организме Антарктических пингвинов.
Таким образом существующие темпы загрязнения почвы техногенными и сельскохозяйственными токсическими веществами неизбежно приводят к деградации экосистемы, в том числе и среды обитания человека.
Опасность загрязнения почвы определяется уровнем её возможного отрицательного влияния на контактирующие среды (вода, воздух), пищевые продукты и прямо или опосредовано на человека, а также на биологическую активность почвы и процессы её самоочищения.
В настощее время в нашей стране утверждены ПДК для 30 химических веществ техногенного происхождения и ПДК и ОБУВ для 111 пестицидов в почве. Обоснование ПДК химических веществ в почве базируется на 4 основных показателях вредности, устанавливаемых экспериментальным путем: транслокационном — переход веществ в растения, миграционном — в воду и миграционным в воздушную среду и_обшесанитарный показатель вредности — характеризует влияние загрязняющего вещества на самоочищающую способность почвы.
Органы Госсанэпиднадзора осуществляют систематический контроль за состоянием загрязнения почвы по приоритетным для данной территории загрязнителям. Перечень загрязняющих почву веществ подлежащих контролю в каждом конкретном районе определяется в зависимости от масштабов пылегазовых выбросов, от степени их опасности и токсичности на здоровье человека и почвенный биоценоз.
В соответствии с санитарными правилами в нашей стране подлежат контролю в почве вещества: -техногенные: Ртуть, свинец, кадмий, никель, кобальт, молибден, ванадий, медь, мышьяк, цинк, хром, сурьма, селен, фтор;
сельскохозяйственные: хлорорганические пестициды, ДДТ, гексахло- бензол, полихлорпирен, полихлор-бефинилы, фосфорорганические пестициды. гербециды: Транспорт: свинец, БП. Общая санитарная оценка почвы по содержанию в ней экзогенных химических веществ имеет чрезвычайно важное значение как в практике работы органов Госсанэпиднадзора, так и при экологическом мониторинге тех или иных экосистем.
Эпидемиологическое значение почвы. Механизмы самоочищения.
Особое гигиеническое значение почвы связано с опасностью передачи человеку возбудителей различных инфекционных и паразитарных заболеваний. Основные инфекционные и паразитарные заболевания, в механизме передачи которых участвует почва представлены ниже:
Санитарно-гигиеническая оценка эпидемиологических вопросов, касающихся почвы, связана с выяснением степени ее загрязнения органическими веществами, а также возбудителями инфекционных и паразитарных заболеваний В чистой, незагрязненной почве обитает не так много возбуди гелей инфекций, так как естественная почвенная микрофлора является их антагонистом. Патогенные микроорганизмы (антропогенного происхождения и зоонозы) поступают в почву с физиологическими отправлениями человека и животных, сточными водами, трупами и твердыми бытовыми отходами.
В основном это возбудители раневых инфекций (столбняк, газовая гангрена, также клостридии ботулизма, споры сибирской язвы )Но микроорганизмы, источниками которых являются животные, их споры сохраняют жизнеспособность в почве до 25-30 лет Заражение столбняком и газовой гангреной происходит через почву, попавшую а рану при (ревматических поражениях кожи и огнестрельных ранениях. Спороносные анаэробы столбняка и газовой гангрены наиболее часто встречаются в пахотном слое земли, который удобряется свежим, т.е. не перегоревшим, навозом и фекалиями диких животных.
Постоянно загрязняющаяся органическими веществами (отбросами) почва всегда содержит возбудителей кишечных инфекций (дизентерия, брюшной тиф, холера), сроки выживания которых могут колебаться от нескольких месяцев до полутора лет, полиомиелита — до 110 дней, микобактерий туберкулёза до 7 мес.
Возбудители этих заболеваний могут передаваться человеку либо при непосредственном контакте с почвой (особенно у детей и на грязных пляжах, во время работ на коллективных садовых участках), при употреблении неочищенной питьевой воды, не обработанных овощей и фруктов, через насекомых, главным образом — мух.
Почва играет специфическую роль передатчика гельминтозов( аскариды, власоглавы, острицы, свиной и бычий цепни), она является естественной промежуточной средой обитания необходимой для их развития. Больной человек-носитель глистной инвазии с фекалиями выделяет яйца гельминтов в огромных количествах -десятки тысяч, которые при попадании в почву начинают новый цикл своего развития и дозревают в ней до инвазивного состояния. Созревание яиц в почве в зависимости от условий, происходит в течение 10-50 суток. Для этого требуется доступ кислорода, температура почвы в пределах от 12 до 38 град, определенная влажность и отсутствие солнечного облучения. Оптимальные условия для многолетней сохранности яиц гельминтов создаются на глубине 25-40 см, при этом яйца переносят неоднократное замораживание. В таких условиях яйца аскарид могут сохранять жизнеспособность в почве 7-10 лет. Яйца (тэнеид) свиного и бычьего цепней, попав в корм свиней и крупного рогатого скота, развиваются в их организме до личиночной стадии, которые локализуются преимущественно в мышечной ткани. При употреблении мяса таких животных человек заражается личинками этих гельминтов. В организме человека происходит окончательное развитие этих гельминтов до половозрелых форм, которые вновь выделяют членики набитые яйцами возбудителей, которые с фекалиями вновь попадают в почву и т.д. « по кольцу» Поэтому данная группа гельминтов получила название «геогельминтозов» Губительными для яиц геогельминтов является высокая температура — выше 50 град.(компостирование отходов- санация почвы)
Почва, загрязненная органическими веществами, способствует развитию грызунов, являющихся источниками и разносчиками возбудителей особо опасных инфекций (бешенство, чума, туляремия), клещей — переносчиков трансмиссионных заболеваний.
Загрязненная почва является благоприятным местом развития мух (особенно синантроп ной «комнатной» мухи). Наличие большого количества мух является наглядным показателем санитарного неблагополучия, т.к. свидетельствует о нарушении сроков удаления твердых отбросов из населенного пункта. Срок развития мухи от личинки до половозрелой особи — от 4 до 7 суток. Кроме того, мухи сами являются очень активными переносчиками возбудителей, в первую очередь кишечных инфекций.
Источник