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.