Материал: Гончарук учебник

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЧВЫ

Гумус может использоваться в качестве органического удобрения, поскольку медленно разлагается, постепенно отдавая растениям питательные вещества. Процесс образования гумуса получил название гумификации.

Часть аминокислот подвергается дезаминированию с образованием аммиа­ ка, углерода диоксида и воды. Процесс разрушения белков до аммиака назы­ вают аммонификацией. В аэробных условиях аммиак, растворяясь в воде, пре­ вращается в аммония гидроксид, который, соединяясь с углекислотой, превра­ щается в аммония карбонат.

Кроме того, аммония карбонат образуется и вследствие самоокисления бел­ ковых веществ сапрофитных почвенных микроорганизмов.

Азотсодержащие органические соединения попадают в почву не только в виде белков, но и аминокислот, а также продуктов белкового обмена, в част­ ности мочевины. Мочевина под влиянием уробактерий и их фермента уреазы гидролизуется с образованием аммиака, который также превращается в аммо­ ния карбонат.

Аммония карбонат, образовавшийся как при дезаминировании, так и в про­ цессе гибели микроорганизмов и при гидролизе мочевины и других продуктов азотистого обмена, подвергается биохимическому окислению при участии аэробных бактерий. Этот процесс, получивший название нитрификации, осу­ ществляется в две фазы: в первую фазу биохимического окисления аммоний­ ные соли превращаются в азотистые соединения (нитриты) бактериями рода Вас. nitrosomonas, а во второй — в азотные соединения (нитраты) бактериями рода Вас. nitrobacter.

Азотная кислота в виде минеральных веществ (нитратов) является остаточ­ ным продуктом окисления белковых соединений и продуктов их обмена.

Одновременно с процессами окисления в почве происходят и восстанови­ тельные процессы, которые получили название денитрификации. Под денитрификацией понимают восстановление микроорганизмами нитратов независимо от того, образуются ли при этом нитриты, низшие азота оксиды, аммиак или свободный азот.

Степень восстановительного действия бактерий зависит не только от их биохимических характеристик, но и от состава среды, ее активной реакции (pH) и других условий. Так, в щелочной среде в аэробных условиях восстано­ вительный процесс протекает до образования солей азотистой кислоты (нит­ ритов); в кислой среде в анаэробных условиях — до аммиака.

Под денитрификацией в более узком значении слова понимают разложе­ ние нитратов и нитритов с выделением свободного азота. Если в среде нет кис­ лорода или его содержание ограничено, денитрифицирующие бактерии берут его у солей азотной и азотистой кислот и одновременно окисляют безазотные органические соединения, получая при этом энергию. Азот нитратов они так­ же используют для построения цитоплазмы. Этот сложный процесс является одновременно восстановительным и окислительным (см. с. 275).

Гигиеническое значение денитрификации весьма важно в связи с тем, что этот процесс при работе сооружений по почвенной очистке может стать преоб­ ладающим, когда нарушается воздухопроницаемость почвы, например, в на-

381

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

чальный период эксплуатации полей орошения. Положительным в этом про­ цессе является то, что при дефиците кислорода в воздухе может использоваться кислород нитратов, и этот процесс предотвращает загрязнение ими подземных вод. Часть нитратов, образовавшихся в процессе биохимического окисления органических веществ, усваивается корневой системой растений, а часть дени­ трифицируется. Азот нитратов может быть также использован для синтетичес­ ких процессов микроорганизмами.

В условиях, способствующих размножению анаэробных микроорганиз­ мов, образуются промежуточные продукты распада белков (индол, скатол, мер­ каптаны, летучие жирные кислоты, сероуглерод и др.). Для них характерен неприятный сильный запах. Такие условия создаются в результате перегрузки почвы органическими отходами, особенно в случае ее тяжелого механическо­ го состава (средние и тяжелые супески, суглинки, глины) и повышенной влаж­ ности.

По мере самоочищения почвы от органических загрязнений отмирает и па­ тогенная микрофлора, главным образом неспорообразующие микроорганизмы. К факторам, которые способствуют отмиранию патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов, относятся бактериофаги и антибиотики, имеющиеся в почве, солнечная радиация, высыхание почвы. Все вышеизложенное свидетельствует о большом гигиеническом значении процессов самоочищения почвы, которые можно использовать и даже воспроизводить на искусственных сооружениях, предназначенных для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и обезвре­ живания твердых бытовых отходов.

Источники загрязнения почвы, их гигиеническая характеристика

Загрязнителями почвы, согласно определению экспертов ВОЗ, называют химические вещества, биологические организмы (бактерии, вирусы, простей­ шие, гельминты) и продукты их жизнедеятельности, которые встречаются в ненадлежащем месте, в ненадлежащее время и в ненадлежащем количестве. Под загрязнением почвы следует понимать лишь то содержание химических и биологических загрязнителей в ней, которое становится опасным для здоро­ вья при прямом контакте человека с загрязненной почвой или через контакти­ рующие с почвой среды, по экологическим цепочкам: почва — вода — чело­ век; почва — атмосферный воздух — человек; почва — растение — человек; почва — растение — животное — человек и др.

Почва может загрязняться в результате: 1) внесения минеральных и орга­ нических удобрений; 2) использования пестицидов; 3) поступления промыш­ ленных и бытовых отходов различных видов, которые применяют в качестве удобрений и с целью увлажнения, в том числе и внесения в почву отходов животноводческих комплексов (ферм) и индивидуальных хозяйств; 4) попа­ дания на ее поверхность химических веществ с атмосферными выбросами промышленных предприятий и автотранспорта, а также радионуклидов вслед-

382

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ, ИХ ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ствие аварий на ядерных реакторах; 5) захоронения бытовых и промышленных отходов.

Все загрязнители почвы можно разделить на биологические (вирусы, бак­ терии, яйца гельминтов, простейшие) и химические. Химические загрязнители почвы делятся на две большие группы. К первой группе относятся химические вещества, которые вносятся в почву целенаправленно, чаще всего — в сель­ ском и лесном хозяйствах: пестициды, минеральные удобрения, структурообразователи почвы, стимуляторы роста растений и др. Этот процесс является управляемым. При несоблюдении агрохимических и гигиенических регламен­ тов применения (внесении в почву избытка) ЭХВ они становятся загрязните­ лями почвы и могут представлять опасность для здоровья людей.

Ко второй группе химических загрязнителей относятся химические ве­ щества, поступающие в почву случайно с техногенными (антропогенными) жидкими, твердыми и газообразными отходами. Это вещества, поступающие в почву вместе с бытовыми и промышленными сточными водами и твердыми отходами, атмосферными выбросами промышленных предприятий, выхлопны­ ми газами автотранспорта и др.

Степень загрязнения почвы ЭХВ зависит от: 1) уровня их поступления в почву; 2) физико-химических свойств (структуры, растворимости в воде, ле­ тучести и др.); 3) местных почвенно-климатических условий; 4) интенсивнос­ ти процессов миграции ЭХВ из почвы в атмосферный воздух, открытые водое­ мы, подземные воды, растения; 5)возможности трансформации и деградации ЭХВ в результате физико-химических процессов (гидролиз, фотолиз) или дей­ ствия биологических агентов (микроорганизмы, в меньшей степени водорос­ ли) и их ферментативных систем, способных расщепить молекулы многих ток­ сических веществ до безопасных метаболитов.

Опасность загрязнения почвы химическими веществами связана, во-пер­ вых, с их токсическими свойствами (острым и хроническим общетоксическим действием, наличием аллергенного, мутагенного, канцерогенного, эмбриотоксического, тератогенного действия, репродуктивной токсичностью и др.), а вовторых, с особенностями их поведения в окружающей среде (стабильностью в почве и воде водоемов, миграционной способностью). Все ЭХВ по степени опасности для здоровья населения делят на три класса: 1 -й — высокоопасные; 2-й — умеренно опасные; 3-й — малоопасные.

Класс опасности ЭХВ устанавливают по показателям, приведенным в табл. 47. К 1-му классу относятся мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, бенз(а)пирен, стойкие хлорорганические пестициды: ДДТ, гексахлорциклогексан (ГХЦГ), полихлоркамфен (ПХК), полихлорпинен (ПХП) и др. Ко 2-му — бор, кобальт, никель, молибден, хром, гербициды группы 2,4-Д и др. К 3-му — барий, вана­ дий, вольфрам, марганец, нерадиоактивный стронций и др.

По мнению большинства ученых, ухудшение здоровья населения, наблю­ дающееся за последние десятилетия, связано с негативным влиянием химичес­ ких факторов окружающей среды. Анализ причинно-следственных связей сви­ детельствует о значительной роли химического загрязнения почвы в ухудше­ нии здоровья населения. Это объясняется тем, что почва занимает центральное

383

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

Схема 2. Пути миграции химических веществ из почвы в организм человека

место в круговороте веществ в биосфере. Кроме того, она является основным депо, где накапливаются стойкие химические вещества в природной среде, а также выступает начальным звеном в их миграции от источника загрязнения до организма человека по коротким и длинным трофическим цепочкам (схема 2).

384

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ, ИХ ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Экзогенные химические вещества, вносимые в почву целенаправленно.

В связи с высоким экономическим эффектом, связанным с использованием препаратов для борьбы с вредителями и болезнями растений и повышения уро­ жайности, их применение во всем мире в XX в. возросло. Поэтому с каждым годом в почву поступает все большее количество пестицидов, минеральных ве­ ществ, структурообразователей почвы, стимуляторов роста растений и др.

Пестициды (от пест — вред и цидо — убиваю) — общепринятое в миро­ вой практике собирательное название химических средств защиты растений. Пестициды используют для уничтожения или прекращения развития живых организмов (насекомых, клещей, бактерий, вирусов, спор грибов, вредной рас­ тительности и др.), наносящих ущерб растениеводству и животноводству. Как синонимы используют термины "сельскохозяйственные ядохимикаты", "агрохимикаты" и "химические средства защиты растений". Широкое применение пестицидов объясняется тем. что потенциальные ежегодные потери урожая в мире могут достигать вследствие действия вредителей 13,8%, в результате бо­ лезней — 11,6% и из-за сорняков — 9,5%, т. е. свыше третьей части (34,9%) мирового урожая (данные Международной продовольственной сельскохозяй­ ственной организации при ООН — ФАО/ВОЗ). Использование химических средств защиты растений дает возможность сохранить пятую часть мирового урожая пшеницы, шестую — картофеля, половину урожая яблок. Применение пестицидов позволяет дополнительно собрать с каждого гектара сельскохо­ зяйственных угодий 2—3 ц зерна, 5 ц риса, 15—20 ц картофеля.

Мировой ассортимент пестицидов насчитывает сегодня свыше 1000 на­ именований действующих веществ, из которых наиболее широко используют почти 700. На их основе получены и используют десятки тысяч различных пре­ паративных форм пестицидов, в том числе комбинации нескольких (чаще все­ го 2—3) действующих веществ. Ежегодно в мире исследуют свыше 200 тыс. химических веществ для выявления их потенциальной пестицидной активности.

Мировое производство пестицидов достигает 2 млн т действующих ве­ ществ в год. Если произвести перерасчет всего количества пестицидов на 1 га площади возделываемых земель, то на каждый гектар в среднем в мире прихо­ дится 0,3 кг действующих веществ пестицидов, а среднерасчетная концент­ рация их в почве достигает 0,1 мг/кг. В мире уровень применения пестицидов различный. Так, по данным ВОЗ/ЮНЭП, средняя нагрузка пестицидов на 1 га площади пахотных земель в США в конце XX в. составляла 1,5 кг, в Европе — 1,9 кг в Украине 2,5 кг. В последнее время нормы расхода пестицидов умень­ шались. Это связано, во-первых, с использованием действующих веществ но­ вых химических классов, эффективных при меньших нормах расхода, а во-вто­ рых, с использованием биологических средств защиты растений.

В Украине ежегодное использование пестицидов в конце XX в. достигло 190 тыс. т. Наибольший вклад в суммарную территориальную нагрузку вно­ сили гербициды, предназначенные для борьбы с сорняками. Их доля дости­ гала 53,8%. Доля фунгицидов (веществ для борьбы с грибковыми болезнями растений) составляла 25,1%, инсектицидов (для уничтожения насекомых-

385