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 <10 5 %.

К макроэлементам, составляющим 99 % массы организма, относятся: С>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.