Состав почвы
Почва состоит из минеральных, органических соединений и органо-мине-ральных комплексов, а также почвенных растворов, почвенного воздуха и почвенных микроорганизмов (абиотической и биотической составных). Для гигиенической оценки степени загрязнения почвы важно знать ее естественный состав, так как практически любое статистически достоверное отклонение от естественного состава данного типа почвы или появление чужеродных веществ может рассматриваться как та или иная степень ее загрязнения.
Минеральные, или неорганические, вещества почвы. Минеральные (неорганические) вещества почвы на 60—80% представлены кристаллическим кремнеземом или кварцем. Значительное место в минералогическом составе почвы занимают алюмосиликаты (полевые шпаты и слюда). К алюмосиликатам относятся и вторичные глинистые минералы, в частности монтмориллонито-вая группа (монтмориллонит, нонтронит, бейделит, соконит, гекторит, стивен-сит). Гигиеническое значение монтмориллонитов обусловлено тем, что они определяют поглотительную способность и емкость поглощения катионов (например, тяжелых металлов) почвой.
Кроме кремнезема и алюмосиликатов, в минеральный состав почвы входят практически все элементы периодической системы Д. И. Менделеева. К химическим элементам, которые содержатся в почве и имеют наибольшее гигиеническое значение, относятся кислород, кремний, железо, кальций, натрий, калий, углерод, хлор. Из химических элементов, входящих в небольших количествах в состав минеральных веществ почвы, наибольший интерес с гигиенической точки зрения представляют биомикроэлементы: фтор, йод, медь, цинк, марганец, кобальт, молибден и др. Их повышенное или пониженное содержание в почве определяет концентрацию этих элементов в контактирующих с почвой средах (воде, растениях, атмосферном воздухе), что влияет на формирование естественных биогеохимических провинций, играющих ведущую роль в возникновении эндемических заболеваний. В таких провинциях в организм человека с местными продуктами питания, питьевой водой и воздухом поступает избыточное или недостаточное количество того или другого биомикроэлемента, т. е. не отвечающее физиологической потребности. При условии постоянного или длительного проживания в геохимических провинциях у людей возникают естественные гипер - или гипомикроэлементозы, которые получили название эндемических заболеваний: эндемический флюороз, эндемический зоб, молибденовая подагра, уровская болезнь, болезнь Кешана и др.
Содержание химических элементов в почве можно оценивать в кларках. Под кларком понимают среднее содержание химического элемента в эталонной (незагрязненной) почве (литосфере). Так, один кларк кальция равен 3,25% по массе, или 32,5 г/кг почвы. Содержание элемента в почве на уровне 3—4 клар-ков и более свидетельствует о ее загрязнении. В табл. 41 приведен естественный состав дерново-подзолистой почвы. Отклонение от этого состава считается той или иной степенью загрязнения.
Гигиеническая оценка степени загрязнения почвы неорганическими веществами, особенно экзогенными, чужеродными для почвы, основана на сравнении фактического содержания данного элемента в почве с его ПДК.
Таким образом, степень загрязнения почвы можно оценить, сравнив фактическое содержание вещества в почве: во-первых, — с количеством этого вещества в данном типе почвы, а во-вторых, — с его ПДК в почве.
Органические вещества почвы. Органические вещества почвы представлены как собственно почвенными органическими соединениями (гуминовыми кислотами, фуль-вокислотами и др.), синтезированными почвенными микроорганизмами, (которые называются гумусом) так и чужеродными для почвы органическими веществами, попавшими в почву извне.
В виде гуминовых веществ сконцентрированы огромные запасы углерода, которые значительно превышают биомассу живых организмов. Отличаясь сложным строением, гуминовые вещества почвы обусловливают емкость поглощения почвы, играют важную роль в формировании ее структуры, определяют физические свойства и плодородие. В почве содержится определенное количество гумуса (табл. 43). Увеличение в 2—3 раза содержания углерода органических соединений (по сравнению с его количеством в данном типе почвы) свидетельствует о возможном ее загрязнении.
В естественных условиях в почву постоянно поступают органические вещества, в первую очередь растительного происхождения. Отношение углерода гумуса к углероду растительного происхождения называется коэффициентом гумификации.
Уменьшение коэффициента в 1,5—2 раза по сравнению со стандартными величинами свидетельствует о загрязнении почвы органическими веществами. О степени загрязнения почвы азотсодержащими органическими веществами, прежде всего животного происхождения, свидетельствуют концентрация органического азота (см. табл. 43) и величина санитарного числа Хлебникова. Санитарное число Хлебникова — это отношение азота гумуса к общему органическому азоту, состоящему из азота гумуса и азота чужеродных для почвы органических веществ, загрязняющих ее. Если почва чистая, то санитарное число Хлебникова равно 0,98—1.
Уровень загрязнения почвы органическими веществами является косвенным показателем эпидемической опасности почвы.
Почвенная влага. Гигиеническое значение почвенной влаги состоит в том, что она является своеобразным "транспортным средством", так как все химические вещества и биологические загрязнители (яйца геогельминтов, простейшие, бактерии, вирусы) могут передвигаться в почве только с почвенной влагой. Кроме того, все химические и биохимические процессы, протекающие в почве, в том числе самоочищение ее от органических соединений, осуществляются в водной среде, водных растворах.
Влага в почве может находиться в твердом, жидком и парообразном состоянии. Наибольший интерес с гигиенической точки зрения представляют следующие формы почвенной влаги: 1 ) гигроскопическая вода, конденсирующаяся на поверхности почвенных частиц; 2) пленочная вода, удерживающаяся на поверхности почвенных частиц; 3) капиллярная вода, удерживающаяся капиллярами в тонких порах почвы; 4) свободная гравитационная вода, находящаяся под действием силы тяжести или гидравлического напора и заполняющая крупные некапиллярные поры почвы.
О значении разных форм воды в передвижении загрязнений в почве свидетельствуют следующие данные. Гигроскопическая вода прочно связана с почвенными частицами и поэтому она не может усваиваться ни корнями растений, ни бактериями, поэтому микроорганизмы не могут существовать в гигроскопической воде. Кроме того, она неподвижна, и с ней не могут перемещаться какие-либо загрязнения, в том числе и микроорганизмы. Пленочная вода, хотя и не усваивается корнями растений, но может быть использована бактериями и играет важную роль в обеспечении водного и электролитного баланса почвы, так как может продвигаться с больших глубин. Капиллярная и свободная гравитационная вода доступна для усвоения как корнями растений, так и микроорганизмами. Следовательно, распространение химических и бактериальных загрязнений в почве связано с перемещением пленочной, капиллярной и гравитационной воды.
Почвенный воздух. Естественный состав почвенного воздуха регулируется скоростью потребления кислорода и образования углерода диоксида в результате микробиологических процессов минерализации органических веществ и изменяется в зависимости от глубины (табл. 44). В поверхностном слое почвы (0,2 м) почвенный воздух по содержанию основных компонентов
(азота, кислорода, углерода) почти не отличается от атмосферного. С увеличением глубины содержание в почвенном воздухе углерода диоксида увеличивается, а кислорода уменьшается, однако на глубине 3 и 6 м кислорода в почвенном воздухе (15,7—16,8% и 14,2—15,0% соответственно) достаточно для протекания процессов биохимического окисления органических загрязнителей. Резкое замедление биохимических процессов самоочищения в аэробных условиях наблюдается при содержании кислорода менее 2%.
Кроме свободного воздуха, в порах почвы содержится значительное количество газов, прежде всего кислорода и углерода диоксида, растворенных в почвенной влаге. Растворимость газов в воде уменьшается при повышении температуры, и поэтому чем ниже температура почвы, тем больше газов, в частности кислорода и углерода диоксида, растворено в почвенной влаге.
Воздух почвы, загрязненный бытовыми и другими отходами, в результате процессов минерализации обогащается углерода диоксидом, аммиаком, сероводородом и токсическими примесями, которые могут вызвать отравление людей при поступлении в жилые, общественные и промышленные помещения. Поэтому на основании химического состава почвенного воздуха можно дать санитарную оценку степени загрязнения почвы.
Почвенные микроорганизмы. Биотическая компонента почвы представлена различными бактериями, вирусами, грибами, актиномицетами, водорослями, простейшими. Гигиеническое значение собственно почвенных микроорганизмов (аутохтонной микрофлоры) состоит в обеспечении процессов самоочищения почвы от органических загрязнений. Патогенные микроорганизмы, которые попали в почву и сохранились в ней, определяют ее эпидемическое значение. Для гигиенической оценки степени загрязнения почвы и прогнозирования ее способности к самоочищению важным показателем является общая численность почвенных микроорганизмов. Этот показатель для чистых естественных почв колеблется в зависимости от их типа и достигает наибольших значений в черноземах, сероземах и красноземах.