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. В минеральную часть входят все элементы Периодической системы Д. И. Менделеева. В состав органической части (гумуса) входят продукты разложения растительного и животного происхождения, мак — ро — и микроорганизмы.
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 отражается на химическом составе воды и многих растений. В свою очередь недостаток или избыток микроэлементов в воде и растениях может привести к развитию у животных и человека специфических 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 2, Н2, С, N. Са, Б, Р, К, М§, А1, Ре, №, С1 и др.
Наибольший интерес для провизоров из химических элементов представляют микроэлементы. Входя в состав многих химических комплексов организма, витаминов, гормонов, ферментов, дыхательных пигментов, микроэлементы обусловливают их высокую биологическую активность. Микроэлементы оказывают влияние на рост и развитие растений, на состояние и функции организма человека и животных. Они играют важную роль в различных обменных процессах организма: выполняют пластическую функцию, участвуют в построении костной ткани, регуляции водно-солевого и кислотно-основного равновесия (подробно см. главу 6).
Проблема содержания микроэлементов в почве в настоящее время приобретает все более актуальное значение, поскольку увеличилось техногенное ее загрязнение за счет отходов промышленных предприятий, транспорта, а также используемых в сельском хозяйстве минеральных удобрений и пестицидов.
Ежегодно в России образуется около 7 млрд т отходов, из которых используется и обезвреживается не более 29 %. При этом объем токсичных отходов составляет более 90 млн т, что превышает почти в 2 раза объем используемых и обеззараживаемых отходов.
Особую опасность представляют медицинские отходы. Попадая с твердыми бытовыми отходами на свалку, такие фармацевтические препараты резко увеличивают токсичность образующегося фильтрата, и неизвестно, какие токсиканты при этом попадают в подземные воды и атмосферу. Подсчитано, что в Москве только ртути от разбитых термометров вывозится на свалку 5 т в год.
Внесение в почву огромного количества химических удобрений, пестицидов, промышленных отходов способствует образованию искусственных геохимических провинций с измененными составом и свойствами почвы. При чрезмерном и длительном загрязнении в почве могут накапливаться такие вредные для здоровья вещества, как ртуть, свинец, мышьяк, фтор, ядохимикаты и др., представляющие реальную опасность прямого и косвенного влияния на организм человека. К этому следует добавить, что испытания ядерных устройств в открытой атмосфере способствовали загрязнению поверхности планеты искусственными долгоживущими радиоактивными изотопами.
Вредное воздействие загрязненной почвы усугубляется тем, что овощи и зерновые, выращенные на этой территории, характеризуются пониженной пищевой ценностью. Попадающие в почву промышленные выбросы могут ухудшать физические и химические ее свойства, увеличивать кислотность и снижать буферные свойства почвы, разрушать поглощающий комплекс. Следствием этого может быть нарушение нормальной деятельности сапрофитных и почвенных микроорганизмов вплоть до полного их подавления, что в свою очередь снижает антибиотическую активность почвы.
В настоящее время накопилось большое количество исследований, убедительно подтверждающих вредное влияние загрязненной почвы на растительный и животный мир. В частности, вредное воздействие может передаваться по так называемым пищевым цепочкам, т. е. через растения, произрастающие на загрязненной почве, а также через мясо и молоко животных, питающихся этими растениями. Отмечено, например, что количество мышьяка в овощах, выращенных на участке, расположенном в 50 м от завода, в выбросах которого он содержался, было в 9 раз больше, чем в овощах, выращенных на участке, расположенном в 3 км. При изучении содержания металлов в почве вокруг одного из заводов цветной металлургии было отмечено повышенное содержание в почве свинца, меди и цинка (табл. 5.1). При этом у животных, питавшихся травой с околозаводской территории, обнаружено увеличение содержания свинца в костях в 20 раз, печени — в 18 и мышцах — в 27 раз.
Большое влияние на состав почвы оказывает проводимая в широких масштабах химизация сельского хозяйства. В гигиеническом отношении особое значение имеют пестициды, обладающие большой устойчивостью к воздействию внешних факторов и способные накапливаться в почвенном покрове, растениях и живых организмах. К таким препаратам относятся хлорорганические пестициды. Бесконтрольное применение их может приводить к значительному загрязнению почвы и обусловливать существенные сдвиги биохимических и микробиологических процессов. При этом наблюдается гибель микрофлоры, играющей положительную роль в процессах самоочищения почвы. Избыточное внесение в почву удобрений, например азотных, может привести к накоплению в растениях нитритов и нитратов, ухудшающих вкус пищевых продуктов, а в ряде случаев наносит вред здоровью человека. Указанные вещества из загрязненной почвы могут мигрировать в грунтовые воды, воду открытых водоемов, атмосферный воздух, растения и таким образом отрицательно влиять на флору и фауну.
Одним из важных показателей степени загрязненности почвы является санитарное число, представляющее собой отношение азота гумуса к общему органическому азоту почвы. В процессе самоочищения почвы любого типа количество азота гумуса увеличивается и, следовательно, санитарное число возрастает, приближаясь к единице. О степени загрязнения почвы можно судить по коли-титру, титру анаэробов, наличию яиц гельминтов, числу личинок и куколок синантропных мух (табл. 5.2).
Характер и степень загрязненности почвы представляют определенный интерес для фармацевтических работников, поскольку большое количество лекарственных препаратов получают из растительного сырья. Загрязнение почвы химическими продуктами может привести к высокому содержанию токсических веществ в лекарственных растениях. В процессе экстрагирования токсичные продукты могут одновременно выделяться из растений с лекарственными веществами и, таким образом, оказывать отрицательное влияние не только на биологическую активность препарата, но и непосредственно на организм человека.
Источник
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