Наиболее опасно для природных экосистем и человека антропогенное загрязнение почвы, особенно техногенного происхождения. Наиболее характерными загрязнителями являются пестициды, удобрения, тяжелые металлы и другие вещества промышленного происхождения.
Можно выделить следующие основные виды источников загрязнения почвы:
1) атмосферные осадки в виде дождя, снега и др.;
2) сброс твердых и жидких отходов промышленного и бытового происхождения;
3) использование пестицидов и удобрений в сельскохозяйственном производстве.
Рассмотрим более подробно перечисленные виды источников почвенного загрязнения. Атмосферные осадки, вымывая из атмосферы газообразные загрязняющие вещества, приводят к росту концентрации серной, азотной и других кислот в почве, что сопровождается ее закислением и снижением урожайности. Поступающие в почву с осадками атмосферные аэрозоли в жидкой и твердой фазах, имеющие, как правило, сложный химический состав, способствуют накоплению в почве тяжелых металлов и разнообразных органических веществ, включая опасные углеводороды. Промышленные и бытовые отходы, объемы которых огромны и растут быстрыми темпами, способствуют накоплению в почве тяжелых металлов, углеводородов, включая опасные токсические хлор-, фтор-, фосфорсодержащие соединения, обладающие канцерогенным действием. Наибольшую опасность как для человека, так и для природных экосистем представляет третий вид почвенного загрязнения, связанный с применением пестицидов и удобрений, вызывающих химическое загрязнение продуктов питания, с которыми, как было отмечено выше, наш организм получает до 70% загрязняющих веществ.
Загрязнение почвы пестицидами и удобрениями. Необходимость обеспечения населения продуктами питания, а промышленности – сырьевыми ресурсами требует повышать плодородие почвы и вести борьбу с вредителями урожая. Поэтому в современном сельскохозяйственном производстве применяются удобрения и пестициды, которые даже при агрономически правильном их использовании могут создавать опасные уровни загрязнения почвы.
Удобрение – вещество или агент, создающее при внесении в почву или водоем условия для ускоренного роста и развития растений и микроорганизмов, способствующее увеличению урожая. Различают органические, минеральные, химические и другие (например, бактериальные) виды удобрений.
К органическим удобрениям относятся перегной, торф, навоз, птичий помет и другие органические остатки, используемые для повышения плодородия почвы. Химическое, или минеральное, удобрение – добытое из недр или полученное промышленным путем химическое соединение, содержащее в большом количестве один или несколько основных элементов питания растений (азот, фосфор, калий и др.), необходимые микроэлементы (медь, марганец и др.) или естественные продукты типа извести, гипса, золы и т.п., способные улучшить химические и структурные характеристики почвы. Этот вид удобрений приводит к большим концентрациям в почве химических веществ, включая опасные для здоровья человека нитриты и нитраты.
Пестициды – опасные для здоровья человека химические вещества, используемые для уничтожения вредных насекомых (инсектициды), растений-сорняков (гербициды), грибковых культур (фунгициды) и др. В мировом производстве пестицидов инсектициды занимают 45%, гербициды – 40%, фунгициды – 15% и прочие – 10%. Средняя норма применения пестицидов в сельском хозяйстве в нашей стране к концу 80-х годов составляла 2 кг на 1 га пашни, т.е. около 1,4 кг/чел. Многие пестициды сохраняются в почве длительное время и накапливаются по трофическим цепям, что со временем приводит к превышению безопасных для здоровья человека уровней.
Источники загрязнения почвы
Из-за активного использования природных ресурсов, технического прогресса и ряда других факторов процесс загрязнения почвы становится неизбежным. На данном этапе развития человек может уменьшить свое отрицательное воздействие на окружающую среду. Люди загрязняют почву различными веществами.Это такие как:
Бытовые отходы.
Нефть и продукты ее переработки.
Пестициды.
Удобрения.
Радиоактивные вещества.
Выхлопные газы.
Химические элементы и их соединения.
Тяжелые металлы.
Следует отдельно обсудить основные источники загрязнения почв.
Жилые дома и бытовые предприятия
В процессе жизнедеятельности человек часто не подозревает, какой урон он наносит природе своим пренебрежительным отношением к ней, к вещам, которыми он пользуется. Ведь бытовой мусор является одним из основных загрязнителей. Чтобы убедиться в этом, достаточно проехать до ближайшей свалки. Сколько она занимает места, и как долго будет перерабатываться весь накопленный мусор одними усилиями природы? Этот процесс может занять сотни лет. Человека уже не станет, а мусор, оставленный им, все еще будет гнить. Свалки – это гигантские источники загрязнения почвы. Микробиология давно бьет тревогу по этому поводу.
Также стоит следить за собой и содержать организм в чистоте. Отходы жизнедеятельности – это основные источники загрязнения почвы и грунтовых вод биологическим «мусором». С фекалиями в окружающую среду попадают различные болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и иные представители патогенной микрофлоры. Попав во внешнюю среду, многие микроорганизмы не погибают. Так, бактерии столбняка могут сохранять свою жизнеспособность до 12 лет, яйца аскарид – 7-8 лет.
Предприятия
О вреде, наносимом промышленностью, можно говорить долго.
Однако в общих чертах схема загрязнения будет выглядеть следующим образом:
Металлургия обогащает почву солями цветных и тяжелых металлов.
Машиностроение «делится» мышьяком, цианистым калием и другими ядовитыми элементами.
При производстве каучуков побочными продуктами являются катализаторы.
Целлюлозно-бумажная промышленность выбрасывает фенолы и метанол.
При производстве пластмасс в качестве отходов появляются бензол и фенол.
Список можно продолжать. Но уже понятно, что источники загрязнения почвы тяжелыми металлами – это предприятия. В результате их деятельности земля обогащается всевозможными химическими элементами в размерах, многократно превышающих ее потребности.
Теплоэнергетика
Эта отрасль занимает отдельное место в списке активных загрязнителей. Дело в том, что при сжигании каменного угля образуется огромное количество шлаков. Также при горении выделяются оксиды серы, сажа. Все несгоревшие частицы в итоге оседают на почву.
Сельское хозяйство
Аграрный комплекс оказывает весьма разрушительное воздействие на землю. Стремясь защитить растения от вредителей и возбудителей болезней, люди используют ядохимикаты, а это тоже источники загрязнения почвы. Отравленные вещества напрямую попадают в пищевые цепочки и отрицательно влияют и на растения, и на животных, и на людей. Пестициды и инсектициды не только позволяют спасти урожай, но и наносят большой вред экосистемам. Некоторые препараты содержат ртуть.
Удобрения также небезопасны. Эти химические вещества применяются для стимуляции роста сельскохозяйственных культур. Однако большое их количество также может нанести вред. Дело в том, что минеральные удобрения – искусственные, в них содержится концентрированная доза микроэлементов. Именно неумеренное использование химических веществ приводит к образованию нитратов и нитритов, а также многих других вредных соединений.
Транспорт
В результате работы двигателей внутреннего сгорания выделяются углеводороды и оксид азота. Источники загрязнения почвы свинцом – это автомобили и самолеты, а точнее, их выхлопные газы. Этот элемент попадает в растения, аккумулируется в организмах людей. Вещество опасно тем, что накапливается и медленно отравляет человека. Сначала появляется утомляемость, бессонница. На поздних стадиях происходит поражение головного мозга и ЦНС, которое может привести к смерти. За год каждый автомобиль выбрасывает на землю примерно 1 кг свинца.
Также в качестве топлива используется бензин. Нефтепродукты попадают в почву при заправке транспорта, когда проливается жидкость.
Загрязнение тяжелыми металлами
Одно из самых коварных и опасных. Тяжелыми называют те цветные металлы, плотность у которых больше, чем у железа. Наиболее распространенными являются свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, хром, ртуть. Коварство их заключается в том, что микродозы этих элементов необходимы для обеспечения нормальной жизнедеятельности живых организмов и растений. Эти вещества отвечают за обеспечение многих функций, но при превышении нормы они накапливаются в организме, становятся слишком концентрированными и вызывают различные тяжелые заболевания.
Одно из самых токсичных веществ - ртуть. Она содержится во многих измерительных приборах и при повреждении сосуда попадает в окружающую среду. Человек может отравиться ее парами. Симптомы могут быть разными: от тошноты и слабости до летального исхода.
Не менее опасен для человека свинец. Его избыток может нанести серьезные повреждения внутренним органам и ЦНС.
Цинк и медь – часто используемые в сельском хозяйстве микроэлементы. Они стимулируют рост, подавляют болезнетворные бактерии и т. д. Однако при избытке этих веществ в почве все происходит наоборот: растения затормаживаются в своем развитии, снижается урожайность.
Как нейтрализовать источники загрязнения почвы и очистить окружающую среду
Чтобы определить уровень загрязнения почвы, необходимо взять опытный образец и провести его анализ. Если содержание каких-либо элементов превышает допустимые нормы, то это будет считаться загрязнением.
При борьбе за чистоту природы важно выявить источники загрязнения почвы и нейтрализовать их.
Комплекс мероприятий должен включать в себя:
Разработку и использование технологий безотходного производства.
Контроль за выбросами, их химическим составом и предотвращение попадания их в окружающую среду.
Обеззараживание бытовых отходов, очистку сточных вод.
Переработку мусора.
Очистку выхлопных газов транспорта.
Переход на экологически чистые средства передвижения, поиск безвредного для окружающей среды топлива.
Использование альтернативных источников энергии.
Обеззараживание уже загрязненных объектов.
Существуют проверенные методы для очищения сельскохозяйственных угодий. Для снижения токсичного воздействия необходимо учитывать источники и виды загрязнения почв, их состав. Например, при повышенном содержании тяжелых металлов нужно преобразовать их в недоступные или трудноусваиваемые соединения. Тогда химические элементы не будут поступать в растения и не примут участия в пищевой цепочке.
Один из самых распространенных способов обезвреживания вредных соединений – известкование почвы. Торф также делает тяжелые металлы менее доступными для растений. Можно добиться подобного эффекта, используя минеральные удобрения. При этом учитывается химический состав почвы и просчитываются возможные реакции между веществами. Например, при внесении фосфорных удобрений снижается концентрация кадмия на 53%, при использовании торфа – на 75%.
Химическое загрязнение почв
Взаимодействие почв с окружающей средой на основе химического контакта происходит неизбежно. Другое дело, что не всегда такие контакты способствуют улучшению агротехнических качеств и параметров плодородного слоя. В зависимости от характера загрязнения почва сама по себе может стать экологически опасным ресурсом даже без учета ее способностей к питанию сельскохозяйственных культур. При этом химическое загрязнение почвы может иметь разные предпосылки и последствия. Чтобы разобраться в этих и других аспектах химического поражения земли, стоит подробнее ознакомиться с источниками подобных загрязнений.Химическое загрязнение почвенного покрова – это изменение его состава, которое возникает под косвенным или прямым воздействием различных факторов. В большинстве своем негативные предпосылки к химическому изменению характеристик почвы все же предполагает человеческая деятельность. Среди главных факторов такого рода можно выделить работу промышленных предприятий, сельскохозяйственную деятельность и коммунальное обслуживание. Это основные причины загрязнения почвы, которые делают ее непригодной для эксплуатации с целью выращивания культурных растений. Но, разумеется, этими источниками загрязнение не ограничивается. Например, промышленность косвенно способствует выпадению кислотных дождей, а парниковый эффект становится результатом деятельности животноводческих ферм. Довольно серьезное воздействие в плане химического поражения оказывают и свалки с опасными отходами.
Влияние на почву промышленности и теплоэнергетики
В той или иной степени загрязнение почвы происходит при любой деятельности человека в хозяйственных отраслях. Главным же источником химического поражения является промышленность. В частности отходы металлургических комбинатов и специализированных химических предприятий вырабатывают активные вещества, пагубно влияющие на состояние почвенного покрова. Отчасти по этой причине выбросы промышленных предприятий в последние годы регулируются все жестче. Так, на многих фабриках и заводах наблюдается постепенный перевод производств на безотходные технологии полного цикла.
Немалый вклад в загрязнение вносят и предприятия, которые занимаются простым органическим синтезом. В первую очередь они опасны технологическими продуктами, остающимися после прохождения технологического цикла. Большую часть таких материалов представляют углеводородсодержащие отходы. Кроме того, химическое загрязнение почвы обеспечивают и вещества с высокомолекулярными соединениями, которые остаются в виде растворителей, катализаторов, стабилизаторов и других добавок, используемых в производстве стройматериалов.
Свалки с отходами и их воздействие на почву
Сами по себе предприятия не вредят почве. Загрязнения происходят в результате разноса отработанных продуктов по близлежащей территории. Существуют специальные полигоны, а также свалки, на которых концентрируется и, в некоторых случаях, утилизируется опасный продукт. В таких зонах почва страдает больше всего, поскольку степень химического воздействия измеряется уже в показателях повышенной токсичности и радиоактивности. Собственно, подобные территории изначально рассчитываются под цели захоронения отходов. При этом источники химического загрязнения почвы в данном случае не ограничиваются одной лишь промышленностью. На свалки также свозят бытовые отходы. Например, технические масла, химическую продукцию, остатки стройматериалов, стеклоочистители и растворители, батарейки с аккумуляторами и другие продукты, которые на многие годы делают почвы непригодными для эксплуатации. По крайней мере, это относится к использованию земли в сельскохозяйственных нуждах.
Кислотные дожди
Отдельной группой отходов промышленных предприятий стоит отметить выбросы в атмосферу. В частности оксиды углерода и азота, диоксиды серы и органические летучие соединения формируют условия для последующего выпадения кислотных дождей. Скопление в атмосфере химических соединений приводит к появлению реакций, которые, конечно, мало общего имеют с классическим пониманием дождей, но полностью подходят под определение осадков. Например, кислотные дожди могут проявляться в виде снега, облака, тумана и даже пыли. Главная опасность заключается в последствиях, обусловленных выпадением химически опасных веществ в таких осадках.
Повышенное содержание щелочи в водах, которые переносят кислотный конденсат, не только сокращает эффективность плодородного слоя почвы, но и способствует развитию эрозийных процессов. И это не говоря о том, что прямой контакт выращиваемых растений с кислотными почвами делает их опасными с точки зрения последующего потребления.
Сельское хозяйство как источник загрязнения
Загрязнения в процессе ведения сельскохозяйственной деятельности также распространены. Обычно негативные химические воздействия такого рода происходят в результате неправильного внесения удобрений. Так, нерациональное использование пестицидов при обработке растений осложняет дальнейшее выведение этого вещества из почвы. Однако наибольший вред плодородному покрову наносят хлорорганические компоненты и полихлорпинен, остатки которого задерживаются в земле на 10-15 лет.
Традиционные минеральные элементы удобрений также обеспечивают химическое загрязнение почвы, повышая ее токсичность. Использование медьсодержащих инсектофунгицидов ухудшает плодородные качества земли. Ситуация осложняется, если на такие почвы параллельно воздействуют и пролегающие поблизости автомагистрали, которые также приносят на поля тяжелые металлы.
Коммунальное обслуживание как фактор загрязнения
Помимо специализированных свалок и полигонов с захоронением отходов есть и городские места скопления мусора, канализации и другие объекты коммунальной инфраструктуры, которые также могут воздействовать на состояние почвы. Это могут быть остатки пищевых продуктов, стройматериалы, а также химически активные вещества, используемые в бытовых нуждах. Данный фактор не всегда обуславливает прямое химическое загрязнение почвы, но может воздействовать косвенным образом, не говоря о том, что конечным пунктом вывоза подобных отходов будут те же свалки и полигоны с опасными токсическими отходами.
Естественные процессы химического загрязнения
Выветривание почвы нельзя отнести к непосредственно химическому изменению характеристик почвенного покрова, но в некоторых случаях оно становится причиной эрозии. Это в определенной мере заболевание почвы, при котором наблюдается недостаток влаги в ее структуре. Подобные проблемы возникают именно по причине естественного природного воздействия – ветер переносит частицы грунта, попутно испаряя влагу. Положение усугубляется, если к эрозии добавляются и сельскохозяйственные причины загрязнения почвы в виде перенасыщения солевыми удобрениями. Единственным правильным решением с точки зрения фермера в таких случаях будет регулярное выполнение культивационных работ, а также сбалансированное орошение покрова.
Последствия загрязнений
Ситуации с химическим поражением почвенных слоев различны, как и последствия таких процессов. Наиболее тяжелым является положение с почвами на полигонах захоронения отходов, период восстановления которых может достигать 50-100 лет. Воздействие промышленности и сельского хозяйства также способно обусловить химическое загрязнение почвы, последствия которого обернутся невозможностью целевого использования плодородного покрова. Помогают в этом случае дополнительные меры по восстановлению характеристик земли, но перед этим специалисты производят оценку загрязненности.
Оценки уровня химических загрязнений
Анализ загрязнений применяется с целью нормирования характеристик почвы с поправкой на эксплуатационные требования. Среди показателей, используемых для оценки химического поражения почв, в качестве главного можно выделить коэффициент концентрации вредных веществ. При этом используются разные методики определения фитотоксичности. Например, химическое загрязнение среды, с которой взаимодействует почва, может быть оценено по характеристикам выращиваемых в данной местности растений. Для этого набор базовых и нормальных свойств почвы сравнивается с характеристиками исследуемого грунта. Таким образом выявляются отклонения в составе почвы, после чего специалисты определяют перечень мер для стимуляции восстановления покрова.
Мероприятия по охране почвы от загрязнений
Природоохранные нормативы предусматривают специальные положения, которые регулируют правила эксплуатации земель, предназначенных для сельскохозяйственного использования, высаживания лесных массивов, организации рекреационных и заповедных зон. Экологические и санитарно-гигиенические правила использования таких объектов строго ограничивают деятельность промышленных предприятий и жестко регулируют работу агротехнических организаций в границах своего района. Общие мероприятия по охране почвы ориентируются и на сегмент транспортного обслуживания, который в немалой степени влияет на состояние атмосферы. В целях восстановления почвенных покровов используются гидротехнические операции с поливом или ограничением грунтовых вод, культивация земель, а также средства борьбы с эрозийными процессами.
В отличие от других сред экосистемы земля обладает довольно сильными механизмами самоочищения от проникающих в ее структуру загрязнений. Как показывают эксперименты, постоянное загрязнение почвы химическими веществами в виде углеводородов может быть даже полезным. Несмотря на вредоносность подобных элементов, они ускоряют процессы детоксикации, что способствует восстановлению экологического состояния земли.
В немалой степени эффективность внутренней борьбы почвы с негативными факторами токсичности обеспечивают и растения. Например, некоторые виды сельскохозяйственных культур аккумулируют трудноусваиваемые элементы.
Загрязнение почвы и воды
Причиной каждой третьей смерти ребёнка на Земле является загрязнение воды. Анализируя характер загрязнений и те последствия, которые сказываются на состоянии водных ресурсов, можно выделить два основных типа загрязнений. Назовем их условно прямым и косвенным. Прямое загрязнение возникает при непосредственном поступлении в реки и водоемы сточных вод. Это могут быть поступления, обусловленные природными процессами, например, талые воды, дождевые стоки.Могут быть специально собранные и сброшенные сточные воды городов и поселков, отдельных предприятий, животноводческих комплексов. Прямые загрязнения наносят значительный ущерб, но источники их поступления обнаруживаются не сразу. Сливные трубы «организованных» стоков нередко находятся далеко от городов, погружены в водоем, рассредоточены на значительной территории. Косвенные загрязнения более заметны. Примером может послужить вырубка леса по берегам рек, в результате чего берега уже не могут играть роль естественных фильтров и водорегуляторов. При этом нарушается режим многих речных притоков, зачастую имевших родниковое питание. Пересыхают родники, сокращается поступление чистых вод, в итоге ветры беспрепятственно несут в водоемы и реки пыль, сор, а дожди порождают бурные грязевые потоки. Выбросы промышленных предприятий, утечки из канализационных систем тоже загрязняет воду.
По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) вода содержит 13 тысяч потенциально токсичных элементов. Тяжелые металлы, находящиеся в воде (свинец, ртуть, кадмий, цинк, никель, хром) вызывают атеросклероз, полиневрит, гипертонию, поражение костного мозга, потерю остроты зрения Радиоактивные уран, плутоний, торий, стронций, цезий приводят к онкологическим заболеваниям, генетическим изменениям, ослаблению иммунитета, врожденным порокам. Азот и фосфор, попав в организм человека, подтачивают его иммунитет, а также вызывают рост в водопроводных коммуникациях и артезианских скважинах сине-зеленых водорослей, плохо поддающихся фильтрации и вырабатывающих токсины.
Очистка сточных вод не дает необходимого эффекта, поскольку позволяет удалять из воды только твердые вещества и лишь небольшую долю растворенных в ней питательных веществ. Токсичность неорганических отходов. Сброс промышленных сточных вод в реки и моря приводит к повышению в них концентрации токсичных ионов тяжелых металлов, например кадмия, ртути и свинца. Существенная их часть поглощается или адсорбируется определенными веществами, и это иногда называют процессом самоочищения. Однако в замкнутых бассейнах тяжелые металлы могут достигать опасно высоких уровней.
Наиболее известным источником загрязнения воды, которому традиционно уделяется главное внимание, являются бытовые (или коммунальные) сточные воды. Водопотребление городов обычно оценивают на основе среднего суточного расхода воды на одного человека, в США равного примерно 750 л и включающего воду питьевую, для приготовления пищи и личной гигиены, для работы бытовых сантехнических устройств, а также для полива лужаек и газонов, тушения пожаров, мытья улиц и других городских нужд. Почти вся использованная вода поступает в канализацию.
Поскольку ежедневно в сточные воды попадает огромный объем фекалий, главной задачей городских служб при переработке бытовых стоков в коллекторах очистных установок является удаление патогенных микроорганизмов. При повторном использовании недостаточно очищенных фекальных стоков содержащиеся в них бактерии и вирусы могут вызвать кишечные заболевания (тиф, холеру и дизентерию), а также гепатит и полиомиелит. В растворенном виде в сточных водах присутствуют мыло, синтетические стиральные порошки, дезинфицирующие средства, отбеливатели и другие вещества бытовой химии. Из жилых домов поступает бумажный мусор, включая туалетную бумагу и детские подгузники, отходы растительной и животной пищи. С улиц в канализацию стекает дождевая и талая вода, часто, с песком или солью, используемыми для ускорения таяния снега и льда на проезжей части улиц и тротуарах.
Состав почвы и здоровье человека
На здоровье человека может оказывать существенное влияние химический состав почвы. Еще академик В. И. Вернадский обратил внимание на значение для живых организмов некоторых микроэлементов в почве. Многочисленными исследованиями установлено, что в составе организмов постоянно присутствует до 47 химических элементов. К числу достаточно изученных относятся: медь, цинк, кобальт, марганец, йод, фтор, бор. Микроэлементы - это биогенные химические элементы, играющие роль катализаторов в организме. Велико значение микроэлементов для человека. В состав его крови входит 24 элемента. Некоторые микроэлементы входят в состав важных желез внутренней секреции - щитовидной и поджелудочной. Так цинк входит в состав щитовидной железы и гипофиза. Существенное влияние микроэлементы оказывают на функции эндокринных желез.
В состав многих химических комплексов эти вещества входят как соединения металла с белками, различными ферментами, дыхательными пигментами и гормонов. Микроэлементы участвуют в промежуточных процессах обмена веществ. В организм человека они попадают с растительной и животной пищей, отчасти с водой, по схеме: почва - растение - организм животного. Уровень обеспеченности растительных и животных организмов микроэлементами зависит в первую очередь от их содержания в почве.
Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит так же к их недостатку у растений, животных и у человека. Отсюда происходит нарушение обмена промежуточных веществ, влечет за собой усиление или ослабление синтеза биологически активных веществ, возникновение заболеваний. Заболевания, связанные с недостатком или избытком микроэлементов, получили название эндемических. В ходе хозяйственно деятельности человека идет искусственное перераспределение химических элементов в земной коре. Отсюда следует, что и химический состав почвы тоже будет изменяться. Вследствие этого могут появляться болезни связанные с недостатком или избытком микроэлементов.
Например, низкий уровень йода в почве может послужить причиной возникновения зобной болезни или кретинизма. Низкое содержание в почве и питьевой воде фтора приводит к кариесу зубов. А при высоком содержании фтора у человека и животных зубы поражаются «пятнистой эмалью». При этом заболевании нередко поражается косная система организма (флюороз). У детей раннего возраста может наблюдаться метгомоглобинемия, вызванная избытком азотной кислоты. Большую опасность представляю радиоактивные вещества, попадающие в почву. Они способны накапливаться в почвенном покрове. Источником поступления в почву радиоактивных веществ могут быть радиоактивные атмосферные осадки, отходы ядерных энергетических реакторов, регенерационные установки «горячих» лабораторий, научно-исследовательские учреждения, использующие радиоизотопы. Наибольшую опасность из радиоизотопов представляют стронций-90 и цезий-137.
Эти вещества с очень длительным периодом полураспада. Радиоактивные вещества способны включаться в пищевые цепи, при этом поражая живые организмы. Поражения организмов может быть как индивидуальными - развитие злокачественных новообразований, так и генетическими, представляющими большую опасность для будущих поколений. Так же загрязняющими почву веществами являются канцерогены. Под канцерогенными веществами подразумеваются химические и биологические вещества, играющие существенную роль в возникновении опухолевых заболеваний как у животных, так и у человека. Наиболее распространенными из канцерогенных веществ - ароматические углеводороды. В эту группу веществ входит до двухсот агентов, обладающих высокой канцерогенностью. Основные источники загрязнения канцерогенами - выхлопные газы автотранспорта, самолетов, выбросы промышленных предприятий. В почву высоко канцерогенные вещества попадают из атмосферы вместе с частичками пыли, а так же в результате утечки нефти и ее переработки. В настоящее время самоочищение почв практически не происходит.
Накопление отравляющих веществ способствует изменению химического состава плодородного слоя земли, что в свою очередь отразится не только на здоровье человека, но и на его практической деятельности. Поэтому борьба с разрушением и загрязнением почв должна включать в себя комплекс мероприятий, требующих серьезного научного обоснования. Мероприятия, направленные на предупреждение загрязнения почв должны обеспечивать санитарную охрану плодородного слоя.
Загрязнение почвы металлами
При экологически неграмотном, нерациональном использовании минеральных и органических удобрений возможно избыточное накопление азота, фосфора и других элементов в почве и других объектах биосферы.Избыток азота в почве в нитратной форме возникает при неправильном применении азотных минеральных удобрений. Способность к легкой миграции приводит к повышенному содержанию нитратов в продуктах питания и питьевой воде.
Избыточное содержание аммиачного азота возникает при неправильном использовании отходов животноводства и городских сточных вод. Аммиачный азот также способен к миграции. Попадая в воду, он препятствует ее хлорированию, а также, окисляясь до нитратов, связывает растворенный в воде кислород, что приводит к кислородному голоданию гидробионтов и порче воды.
Кроме того, избыточный азот вызывает преимущественный рост вегетативных органов растений за счет генеративных, повышает восприимчивость растений к пониженным температурам.
Неправильное применение фосфорных удобрений приводит к зафосфачиванию почв. Миграция с полей соединений азота и фосфора в грунтовые воды, а оттуда - в прилегающие водоемы, вызывает эвтрофикацию последних (насыщение водоемов биогенными элементами).
Избыточное применение таких калийных удобрений, как хлорид калия, приводит к накоплению в почве ионов хлора, неблагоприятных для ряда сельскохозяйственных культур.
Охрана почв от избытка удобрений включает следующие мероприятия: разработка новых длительно действующих гранулированных форм удобрений, применение комплексных форм, использование правильных технологий внесения удобрений, соблюдение правил хранения и транспортировки.
Загрязнение почв тяжёлыми металлами и другими продуктами техногенеза
Тяжелые металлы - более 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных единиц массы (Pb, Zn, Cd, Hg, Сu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co и др.).
Сложившееся понятие «тяжелые металлы» не является строгим, так как к тяжелым металлам часто относят элементы-неметаллы, например As, Se, а иногда даже F, Be и другие элементы, атомная масса которых меньше 50 атомных единиц массы.
Среди тяжелых металлов много микроэлементов, биологически важных для живых организмов. Они являются необходимыми и незаменимыми компонентами биокатализаторов и биорегуляторов важнейших физиологических процессов. Однако избыточное содержание тяжелых металлов в различных объектах биосферы оказывает угнетающее и даже токсическое действие на живые организмы.
Источники поступления тяжелых металлов в почву делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозионные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, влияние автотранспорта, сельского хозяйства и т. д.). Сельскохозяйственные земли, помимо загрязнения через атмосферу, загрязняются тяжелыми металлами еще и специфически, при применении пестицидов, минеральных и органических удобрений, известковании, использовании сточных вод. Городские почвы испытывают значительный техногенный пресс, составной частью которого является загрязнение тяжелыми металлами.
В природе встречаются территории с недостаточным или избыточным содержанием в почвах тяжелых металлов. Аномальное содержание тяжелых металлов в почвах обусловлено двумя группами причин: биогеохимическими особенностями экосистем и влиянием техногенных потоков вещества. В первом случае районы, где концентрация химических элементов выше или ниже оптимального для живых организмов уровня, называются природными геохимическими аномалиями или биогеохимическими провинциями. Здесь аномальное содержание элементов обусловлено естественными причинами - особенностями почвообразующих пород, почвообразовательного процесса, присутствием рудных аномалий. Во втором случае территории называются техногенными геохимическими аномалиями. В зависимости от масштаба они делятся на глобальные, региональные и локальные.
На поверхность почвы тяжелые металлы поступают в различных формах. Это оксиды и различные соли металлов, как растворимые, так и практически нерастворимые в воде (сульфиды, сульфаты и др.). В составе выбросов предприятий по переработке руды и предприятий цветной металлургии - основного источника загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами - большая часть металлов (70-90 %) находится в форме оксидов.
Попадая на поверхность почв, тяжелые металлы могут либо накапливаться, либо рассеиваться. Большая часть тяжелых металлов, поступивших на поверхность почвы, закрепляется в верхних гумусовых горизонтах. Тяжелые металлы сорбируются на поверхности почвенных частиц, связываются с органическим веществом почвы, в частности в виде элементно-органических соединений, аккумулируются в гидроксидах железа, входят в состав кристаллических решеток глинистых минералов, дают собственные минералы в результате изоморфного замещения, находятся в растворимом состоянии в почвенной влаге и газообразном состоянии в почвенном воздухе, являются составной частью почвенной биоты.
Степень подвижности тяжелых металлов зависит от геохимической обстановки и уровня техногенного воздействия. Тяжелый гранулометрический состав и высокое содержание органического вещества приводят к связыванию тяжелых металлов почвой. Рост значений рН усиливает сорбированность катионообразующих металлов (медь, цинк, никель, ртуть, свинец и др.) и увеличивает подвижность анионообразующих (молибден, хром, ванадий и др.). Усиление окислительных условий увеличивает миграционную способность металлов. В итоге по способности связывать большинство тяжелых металлов, почвы образуют следующий ряд: серозем - чернозем - дерново-подзолистая почва.
Почва, в отличие от других компонентов природной среды, не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество.
Загрязнение почв тяжелыми металлами имеет сразу две отрицательные стороны. Во-первых, поступая по пищевым цепям из почвы в растения, а оттуда в организм животных и человека, тяжелые металлы вызывают снижение количества и качества урожая сельскохозяйственных растений и животноводческой продукции, рост заболеваемости населения и сокращение продолжительности жизни.
Во-вторых, накапливаясь в почве в больших количествах, они способны изменять многие ее свойства. Прежде всего, изменения затрагивают биологические свойства почвы: снижается общая численность микроорганизмов, сужается их видовой состав (разнообразие), изменяется структура микробоценозов, падает интенсивность основных микробиологических процессов и активность почвенных ферментов и т. д. Сильное загрязнение тяжелыми металлами приводит к изменению и более консервативных признаков почвы, таких как гумусное состояние, структура, рН среды и др. Результатом этого является частичная, а в ряде случаев и полная утрата почвенного плодородия.
Механизм токсического действия тяжелых металлов на живые организмы состоит в том, что они легко связываются с сульфгидрильными группами белков. В результате нарушается проницаемость мембран и происходит ингибирование ферментов, что ведет к нарушению обмена веществ. Разные тяжелые металлы представляют опасность для здоровья человека в различной степени. Наиболее опасными являются Hg, Cd, Pb.
Охрана почв от загрязнения тяжелыми металлами заключается в следующем. Целесообразнее всего не допускать загрязнения почв тяжелыми металлами, так как их удаление из почвы - это очень сложная задача. Если же загрязнение уже произошло, то почва требует санации («оздоровления»). По вопросу санации почв, загрязненных тяжелыми металлами, существует два основных подхода. Первый направлен на очищение почвы от тяжелых металлов. Очищение может производиться путем промывок, путем извлечения тяжелых металлов из почвы с помощью растений, путем удаления верхнего загрязненного слоя почвы и т. п. Второй подход основан на закреплении тяжелых металлов в почве, переводе их в нерастворимые в воде и недоступные живым организмам формы. Для этого предлагается внесение в почву органического вещества, фосфорных минеральных удобрений, ионообменных смол, природных цеолитов, бурого угля, известкование почвы и т. д. Однако любой способ закрепления тяжелых металлов в почве имеет свой срок действия. Рано или поздно часть тяжелых металлов снова начнет поступать в почвенный раствор, а оттуда в живые организмы.
Оценка загрязнения почв
Для городских территорий применяются следующие методы оценки качества почв:1) Методика ПДК (предельно допустимая концентрация химических веществ).
Это метод, позволяющий выявить опасность загрязнения почвы. Уровень химических веществ не должен превышать экспериментально подобранных нормативов, тем самым он не будет представлять какой-либо угрозы для человеческого организма - как прямого, так и косвенного. Благодаря способности к самоочищению почва имеет возможность обезвреживать некоторое количество вредных элементов, и метод ПДК позволяет выявить, находится ли концентрация этих веществ в допустимых пределах, или же превышает их.
Метод ПДК является основным показателем при санитарно-гигиенической оценке загрязненности почвы вредными веществами.
2) Методика ОДК (ориентировочно допустимая концентрация химического вещества).
С помощью этого расчетного метода выявляется уровень загрязненности почвы. В основе методики исследования заложены нормативы, рассчитанные для оценки безопасности продуктов питания.
Такой подход обусловлен тем, что вредоносные вещества из почвы имеют тенденцию переходить в растения, которые в дальнейшем могут попадать в организм человека.
3) Методика биотестирования.
Особенностью метода является то, что для выявления уровня токсичности почвенной пробы используются живые организмы. Это могут быть животные, микроорганизмы или растения.
Как определить степень загрязненности почвы методом биотестирования? Для растений используется следующая оценка:
Уровень всхожести семян;
- длина зародышевых корешков;
- измерение длины побегов.
Полученные показатели сравниваются с нормой, и на основе полученных сравнительных данных определяется степень загрязненности почвы. Этот тест показывает фитотоксические характеристики почвы.
Также могут использоваться водоросли. Для определения токсических свойств почвы применяются микроорганизмы.
Другим вариантом тестирования является использование дождевых червей для оценки токсичности почвы.
4) Методика биодиагностики.
Биологическая активность почвы находится на определенном уровне, зафиксированном многочисленными исследованиями.
Основные показатели загрязнения при исследовании:
Тяжелые металлы;
- нефтепродукты;
- радиоактивные элементы.
В основе метода лежит исследование почвенных ферментов, содержащихся в гумусе. Их химическая активность значительно меняется под воздействием загрязняющих факторов. Другой фактор - влияние на почвенные микроорганизмы.
Комплексная оценка степени загрязненности почвы методом биодиагностики базируется на интегральном показателе биологического состояния (ИПБС).
Минусом метода является потребность использования дорогостоящего оборудования для полноценного исследования.
Бонитировка почвы - это метод сравнительной оценки плодородия. Иными словами, с помощью этого метода можно выяснить, какая почва обладает более высокими плодородными показателями, в сравнении с другой. Среди показателей качества почвы учитывается уровень влажности, количество гумуса, кислотность, фанулометрический состав, элементы питания и др. В результате исследования формируется такой показатель как балл бонитета почв. Максимальный уровень по шкале бонитета - 100 баллов. Практическое значение метода бонитировки проявляется при экономической оценке почвы, если она предназначается для сельскохозяйственной деятельности.
Проблема загрязнения почвы
Современные, практически необратимые потери продуктивных земель в 30 раз выше средне исторических и в 2,5 раза выше, чем за последние 300 лет (Почвенно-экологический мониторинг). В состоянии деградации по современным оценкам находится 1,2 млрд. га сельскохозяйственных угодий. Одной из причин деградации почв является их химическое загрязнение. В Российской Федерации было загрязнено более 1 млн. га сельскохозяйственных земель особо токсичными и около 2-3 млн. га токсичными элементами.Причинами химического загрязнения почв могут выступать:
Атмосферный перенос загрязняющих веществ (тяжелые металлы, кислые дожди, фтор, мышьяк, пестициды);
- сельскохозяйственное загрязнение (удобрения, пестициды);
- наземное загрязнение – отвалы крупнотоннажных производств и топливо-энергетических комплексов;
- загрязнение нефтью и нефтепродуктами.
Вещественный состав загрязненных почв отличается от вещественного состава незагрязненных почв, прежде всего наличием значительных количеств веществ загрязнителей.
Наиболее часто изучаемый вид химического загрязнения почв – загрязнение тяжелыми металлами. Типичные тяжелые металлы-загрязнители: свинец, кадмий, ртуть, цинк, молибден, никель, кобальт, олово, титан, медь, ванадий. Эти элементы поступают в почву преимущественно из атмосферы в результате выбросов промышленных предприятий, с выхлопными газами автомобилей; были случаи, когда значительные количества тяжелых металлов попадали в почву с оросительными водами, при сбрасывании сточных вод промышленных предприятий в реки выше водозабора. Кроме того, тяжелые металлы попадают в почву за счет миграции из свалок и открытых карьеров, при внесении удобрений и мелиорантов, ядохимикатов на поля сельскохозяйственных угодий. В связи с возрастающим техногенным загрязнением окружающей среды ряд тяжелых металлов и токсичных элементов включены в международные и отечественные списки загрязняющих веществ, подлежащих контролю.
Химические элементы делятся по степени опасности на три класса (ГОСТ 17.4.1.02-83):
1. вещества высокоопасные;
2. вещества умереноопасные;
3. вещества малоопасные.
Значительное влияние на деградацию почв оказывает загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами. В связи с увеличением добычи нефти возрастает и площадь загрязненных земель нефтью и нефтепродуктами. Значительные потери в результате загрязнения нефтью несут рыбное, лесное и сельское хозяйства.
Загрязнение почв нефтью относится к числу наиболее опасных, так как оно принципиально изменяет свойства почв, а очистка от нефти сильно затруднена. Попадание нефти в почву связано с разведкой и добычей нефти, авариями на нефтепроводах, авариями речных и морских нефтеналивных судов. Кроме того, различные нефтепродукты попадают в почву на нефтебазах и бензозаправках.
Загрязнением почв нефтью (Н) и нефтепродуктами (НП) – это увеличение концентраций этих веществ до такого уровня, при котором:
Нарушается экологическое равновесие в почвенной системе;
- происходит изменение морфологических, физико-химических и химических характеристик почвенных горизонтов;
- изменяются водно-физические свойства почв;
- нарушается соотношение между отдельными фракциями органического вещества почвы, в частности между липидной и гумусовой составляющими;
- создается опасность вымывания из почвы Н и НП и вторичного загрязнения грунтовых и поверхностных вод.
Так как уровень допустимой концентрации нефти и нефтепродуктов не везде одинаков и зависит от почвенно-климатической зоны и, типа почвы и состава нефти и нефтепродуктов, попавших в почву, нижний предел концентрации Н и НП в загрязненной почве колеблется от 0,1 до 1,0 г/кг.
Степени загрязнения почв
В загрязненной почве на фоне уменьшения истинных представителей почвенных микробоценозов (антагонистов патогенной кишечной микрофлоры) и снижения ее биологической активности отмечается увеличение положительных находок патогенных энтеробактерий и геогельминтов, которые более устойчивы к химическому загрязнению почвы, чем представители естественных почвенных микробоценозов. Это является одной из причин необходимости учета эпидемиологической безопасности почвы населенных пунктов. С увеличением химической нагрузки может возрастать эпидемическая опасность почвы.Оценка санитарного состояния почвы проводится по результатам анализов почв на объектах повышенного риска (детские сады, игровые площадки, зоны санитарной охраны и т.п.) и в санитарно-защитных зонах по санитарно-бактериологическим показателям:
1) Косвенные, характеризуют интенсивность биологической нагрузки на почву. Это - санитарно-показательные организмы группы кишечной палочки (БГКП (Колиндекс) и фекальные стрептококки (индекс энтерококков)). В крупных городах с высокой плотностью населения биологическая нагрузка на почву очень велика, и как следствие, высоки индексы санитарно-показательных организмов, что наряду с санитарно-химическими показателями (динамика аммиака и нитратов, санитарное число), свидетельствует об этой высокой нагрузке.
2) Прямые санитарно-бактериологические показатели эпидемической опасности почвы - обнаружение возбудителей кишечных инфекций (возбудители кишечных инфекций, патогенные энтеробактерии, энтеровирусы).
Почву оценивают как "чистую" без ограничений по санитарно-бактериологическим показателям при отсутствии патогенных бактерий и индексе санитарно-показательных микроорганизмов до 10 клеток на грамм почвы. О возможности загрязнения почвы сальмонеллами свидетельствует индекс санитарно-показательных организмов (БГКП и энтерококков) 10 и более клеток/г почвы.
Концентрация колифага в почве на уровне 10 БОЕ на г и более свидетельствует об инфицировании почвы энтеорвирусами.
Яйца геогельминтов сохраняют жизнеспособность в почве от 3 до 10 лет, биогельминтов - до 1 года, цисты кишечных патогенных простейших - от нескольких дней до 3 - 6 месяцев.
Прямую угрозу здоровью населения представляет загрязнение почвы жизнеспособными оплодотворенными и инвазионными яйцами аскарид, власоглавов, токсокар, анкилостомид, личинками стронгилоидов, а также онкосферами тениид, цистами лямблий, изоспор, балантидий, амеб, ооцистами криптоспоридий; опосредованную - жизнеспособными яйцами описторхисов, дифилоботриид.
Санитарно-энтомологические показатели
Санитарно-энтомологическими показателями являются личинки и куколки синантропных мух.
Критерием оценки санитарно-энтомологического состояния почвы является отсутствие или наличие преимагинальных (личинки и куколки) форм синатропных мух в ней на площадке размером 20 х 20 см.
Наличие личинок и куколок в почве населенных мест является показателем неудовлетворительного санитарного состояния почвы и указывает на плохую очистку территории, неправильный в санитарно-гигиеническом отношении сбор и хранение бытовых отходов и их несвоевременное удаление.
Все показатели определяются посредством анализа отобранных проб почвы согласно ГОСТ 17.4.4.01-83 «Общие требования к отбору проб почвы»; ГОСТ 17.4.4.02-84 «Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа».
Показатели биологической активности почвы (МУ 2.1.7.730-99 – «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест»
Исследования по биологической активности почвы проводятся при необходимости углубленной оценки ее санитарного состояния и способности к самоочищению.
Основными интегральными показателями биологической активности почвы являются: общая микробная численность (ОМЧ), численность основных групп почвенных микроорганизмов (почвенных, сапрофитных бактерий, актиномицетов, почвенных микромицетов), показатели интенсивности трансформации соединений углерода и азота в почве ("дыхание" почвы, "санитарное число", динамика азота аммиака и нитратов в почве, азотфиксация, аммонификация, нитрификация и денитрификация), динамика кислотности и окислительно-восстановительного потенциала в почве, активность ферментативных систем и другие показатели.
На первом этапе исследований целесообразно использование наиболее простых и быстро определяемых информативных интегральных показателей: "дыхание" почвы, общая микробная численность, окислительно-восстановительный потенциал и кислотность почв, динамика азота аммиака и нитратов.
Дальнейшее углубленное исследование проводится в соответствии с полученными результатами и общими задачами исследования.
Методики измерений и оценки биологической активности почвы приведены в "Методических указаниях по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве" N 2609-82. Так, почву можно считать "незагрязненной" по показателям биологической активности при изменениях в микробиологических показателях не более 50% и биохимических - не более 25% по сравнению с такими же для контрольных, принятых в качестве чистых незагрязненных почв.
Согласно «Государственному каталогу пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации» (утв. Минсельхозом РФ) в почвах сельхозугодий контролируются все применяемые пестициды (гексахлорциклогексан, гранозан, полихлорпропилен, метафос, цирам, севин, гептахлор, карбитион и др.) – это группа химических и биологических соединений и препаратов, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений и животных, сорными растениями, вредителями сельскохозяйственной продукции, для регулирования роста растений, предуборочного удаления листьев и подсушивания растений. Их содержание определяется сразу после обработок, а также в последующее время, чтобы определить скорость разложения. Продолжается контроль и ДДТ: хотя этот препарат и запрещен к применению, но из-за своей стойкости еще присутствует в почвах и может загрязнять сельскохозяйственную продукцию.
Утверждены Минздравом РФ, Минсельхозпродом РФ «Правила по хранению, применению и транспортировке пестицидов и агрохимикатов».
Гигиенические нормативы содержания пестицидов в объектах окружающей среды (Перечень) предусматривает ГН 1.1.549-96 утв. Постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ № 19.
Одновременно с этим почвы контролируются на содержание в них тяжелых металлов, бензапирена и других токсичных веществ.
Санитарные правила и нормы «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения» предусматривает СанПиН 2.1.7.573-96 Утв. Постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ №46. Помимо этого, важное значение для понимания процессов загрязнения почв, особенно в результате атмосферного переноса, имеет анализ поступления загрязняющих веществ на поверхность земли. Для этой цели ведется контроль загрязнения атмосферных осадков.
России осуществляют 625 пунктов на площади 15 млн. км2. В пробах определяются ионы сульфата, нитрата аммония, значения рН, а также наличие бензапирена, тяжелых металлов. По сути дела, каждый раз создается карта распределения загрязнения на территории страны. Эти данные служат ценным источником информации и используются при разработке мер, снижающих уровень загрязнения окружающей среды.
Объектами сети наблюдений за загрязнением почв являются сельскохозяйственные угодья (поля), отдельные лесные массивы, зоны отдыха (парки, санатории, дома отдыха) и прибрежные зоны. Отбор проб проводится в 234 хозяйствах, расположенных в 123 районах Российской Федерации на площади более 4 тыс. га.
При оценке почв сельскохозяйственных территорий пробы почвы отбирают 2 раза в год (весна, осень) с глубины 0-25 см. На каждые 0-15 га закладывается не менее одной площадки размером 100-200 м2 в зависимости от рельефа местности и условий землепользования.
Российским экологическим законодательством предусмотрен норматив вредного воздействия на окружающую среду – предельно допустимые нормы применения агрохимикатов в сельском хозяйстве.
Агрохимикаты – удобрения, химические мелиоранты, кормовые добавки, предназначенные для питания растений, регулирования плодородия почв и подкормки животных (ст. 1 Федерального закона "О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами" N 109-ФЗ, опубликованного в Собрании законодательства Российской Федерации, N 29, ст. 3510).
Ранее, при применении минеральных удобрений и ядохимикатов нормы их внесения определялись в основном с учетом экономической потребности. При этом не обеспечивался должный учет экологических факторов. Статья 30 Закона «Об охране окружающей природной среды» предусматривает, что предельно допустимые нормы применения минеральных удобрений, средств защиты растений, стимуляторов роста и других агрохимикатов в сельском хозяйстве устанавливаются в дозах, обеспечивающих соблюдение нормативов предельно допустимых остаточных количеств химических веществ в продуктах питания, охрану здоровья, сохранение генетического фонда человека, растительного и животного мира. Проекты таких норм разрабатываются и представляются в природоохранительные органы и органы госсанэпиднадзора органами государственной агрохимической службы России.
Предельно допустимые нормы применения минеральных удобрений и других агрохимикатов в сельском хозяйстве устанавливаются в дозах, обеспечивающих соблюдение нормативов предельно допустимых остаточных количеств химических веществ.
Согласно СанПиН 1.2.1077-01 Гигиенические требования к хранению, применению и транспортировке пестицидов и агрохимикатов применение пестицидов и агрохимикатов в сельскохозяйственном производстве проводится только после предварительного обследования сельскохозяйственных угодий (посевов, производственных помещений) и установления специалистами станций защиты растений или агрохимцентров целесообразности их применения.
Таким образом, в почвах сельских поселений и сельскохозяйственных угодий содержание потенциально опасных для человека химических и биологических веществ, биологических и микробиологических организмов в почвах на разной глубине, а также уровень радиационного фона не должны превышать предельно допустимые концентрации (уровни), установленные санитарными правилами и гигиеническими нормативами. Захоронение радиоактивных отходов предусмотрено ГОСТ 22.8.02 - «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Захоронения радиоактивных отходов агропромышленного производства. Общие требования».
Загрязнение почвы человеком
Почвы загрязняются различными химическими веществами, пестицидами, отходами сельского хозяйства, промышленного производства и коммунально-бытовых предприятий.Загрязнение почв и нарушение нормального круговорота веществ происходит в результате недозированного применения минеральных удобрений и пестицидов. В ряде отраслей сельского хозяйства пестициды применяют в больших количествах для защиты растений и борьбы с сорняками. Ежегодное их применение, часто по несколько раз в сезон, приводит к их накоплению в почве и ее отравлению.
Вместе с навозом и фекалиями в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека.
Почву загрязняют нефтепродуктами при заправке машин на полях и в лесах, на лесосеках и т.д.
Наибольшей трансформацией подвергается самый верхний, поверхностный горизонт литосферы. Суша занимает 29,2% поверхности земного шара и включает земли различной категории, из которых важнейшее значение имеет плодородная почва. При неправильной эксплуатации почвы безвозвратно уничтожаются в результате эрозии, засоления, загрязнения промышленными и иными отходами. Под влиянием деятельности людей возникает ускоренная эрозия, когда почвы разрушаются в 100 – 1000 раз быстрее, чем в естественных условиях. В результате такой эрозии за последнее столетие утрачено 2 млрд. га плодородных земельных угодий, или 27% земель сельскохозяйственного использования.
Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают численность живых организмов, ухудшают ее плодородие.
Загрязнение почв связано с загрязнением атмосферы и воды. В почву попадают различные твердые и жидкие отходы промышленного производства, сельского хозяйства и коммунально-бытовых предприятий. Основными загрязняющими почву веществами являются металлы и их соединения, радиоактивные вещества, удобрения и пестициды.
Главными источниками загрязнения являются:
Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязняющих веществ преобладает бытовой мусор, пищевые отходы, фекалии, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода; мусор общественный учреждений – больниц, столовых, гостиниц, магазинов и др. Вместе с фекалиями в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека. В фекальных остатках могут содержаться такие представители патогенной микрофлоры, как возбудители тифа, дизентерии, туберкулеза, полиомиелита и др. Быстрота гибели в почве разных микроорганизмов неодинакова. Некоторые болезнетворные бактерии могут длительное время сохраняться и даже размножаться в почве и грунте. К ним относятся возбудители столбняка (до 12! лет), газовой гангрены, сибирской язвы, ботулизма и некоторые другие микробы. Почва является одним из важных факторов передачи яиц гельминтов, определяя тем самым возможность распространения ряда гельминтозов. Некоторые гельминты – геогельминты (аскариды, власоглавы, анкилостомиды, сторонгилиды, трихостронгилиды и др.) проходят одну из стадий своего развития в почве и могут длительное время сохранять жизнеспособность в ней. Так, например, яйца аскарид могут сохранять жизнеспособность в почве в условиях средней полосы России – до 7-8 лет, Средней Азии – до 15 лет; яйца власоглавов – от 1 до 3 лет.
Промышленные предприятия. В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют те или иные вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и их сообщества. Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли цветных и тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выводит в окружающую среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия. При производстве пластмасс и искусственных локон образуются отходы бензола и фенола. Отходами целлюлозно-бумажной промышленности, как правило, являются фенолы, метанол, скипидар, кубовые остатки.
Теплоэнергетика. Помимо образования массы шлаков при сжигании каменного угля с теплоэнергетикой связано выделение в атмосферу сажи, несгоревших частиц, оксидов серы, в конце концов, оказывающихся в почве.
Сельское хозяйство. Удобрения, ядохимикаты, применяемые в сельском и лесном хозяйстве для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. Загрязнение почв и нарушение нормального круговорота веществ происходит в результате недозированного применения минеральных удобрений и пестицидов. Пестициды, с одной стороны, спасают урожай, защищают сады, поля, леса от вредителей и болезней, уничтожают сорную растительность, освобождают человека от кровососущих насекомых и переносчиков опаснейших болезней (малярия, клещевой энцефалит и др.), с другой стороны – разрушают естественные экосистемы, являются причиной гибели многих полезных организмов, отрицательно влияют на здоровье людей. Пестициды обладают рядом свойств, усиливающих их отрицательное влияние на окружающую среду. Технология применения определяет прямое попадание на объекты окружающей среды, где они передаются по цепям питания, долгое время циркулируют по внешней среде, попадай из почвы в воду, из воды в планктон, затем в организм рыбы и человека или из воздуха и почвы в растения, организм травоядных животных и человека. Вместе с навозом в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека.
Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие вещества, оседающие на поверхности почвы или поглощаемые растениями. Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу в среднем в год 1 кг свинца в виде аэрозоля. Свинец выбрасывается в выхлопными газами автомобилей, осаждается на растениях, проникает в почву, где он может оставаться довольно долго, поскольку слабо растворяется. Наблюдается ярко выраженная тенденция к росту количества свинца в тканях растений. Это явление можно сопоставить с увеличивающимся потреблением горючего, содержащего тетраэтил свинца. Люди, живущие в городе около магистралей с интенсивным движением, подвергаются риску аккумулировать в своем организме всего за несколько лет такое количество свинца, которое намного превышает допустимые пределы. Свинец включается в различные клеточные ферменты, и в результате эти ферменты уже не могут выполнять предназначенные им в организме функции. В начале отравления отмечают повышенную активность и бессонницу, позднее утомляемость, депрессии. Более поздними симптомами отравления являются расстройства функции нервной системы и поражение головного мозга.
Самоочищение почв, как правило, медленный процесс. Токсичные вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению химического состава почв, нарушению единства геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсические вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать тяжелейшие болезни и смертельные исходы.
В почвах накапливаются соединения металлов, например, железа, ртути, свинца, меди и др. Ртуть поступает в почву с пестицидами и промышленными отходами. Суммарные неконтролируемые выбросы ртути составляют до 25 кг в год. О масштабах химического преобразования поверхности литосферы можно судить по следующим данным: за столетие на земную поверхность осело свыше 20 млрд. т шлаков, 3 млрд. т золы. Выбросы цинка, сурьмы составили по 600 тыс. т, мышьяка – 1,5 млн. т, кобальта – свыше 0,9 млн. т, никеля – более 1 млн. т.
Загрязнение почвы отходами
Главное свойство почвы, её плодородность. Она обеспечивает урожаем сельскохозяйственных культур, население всех стран. Естественно, такой источник полезных и плодовитых минеральных ресурсов может иссякнуть, так как запас питательных веществ ограничен, а загрязнение почвы отходами жизнедеятельности человека нарушает работу обмена веществ и убивает все живое в земле.Бытовые отходы
В результате работы предприятий, а также человеческой деятельности, утилизирующие компании ежедневно вывозят с жилых и рабочих районов сотни тонн мусора на свалки, среди которого есть много веществ, загрязняющих почву.
А именно:
Строительный мусор;
остатки отопительных систем;
пришедшие в негодность предметы бытового обихода;
мусор общественных учреждений, клиник, столовых, отелей, магазинов и прочих место скопления людей.
И самый опасный вид отходов, канализационные фекалии, с которыми в почву могут попасть бактерии гельминтов или их яйца, которые впоследствии с пищей, выращенной на этой земле, могут привести к эпидемии заболеваний.
Отходы теплоэнергетики
Предприятия теплоэнергетической промышленности, сжигают ежегодно сотни тон каменного угля, сажа которого попадает в атмосферу, а с ней и частицы оксидов серы. В результате такие выбросы со временем оседают на поверхности грунта и загрязняют верхний его шар.
Сельскохозяйственные отходы
Как правило, при выращивании каких-либо культур, используют множество ядохимикатов, удобрений и прочих химических продуктов, для борьбы с вредителями, а также ускорения процесса созревания продукта. Но кроме положительного эффекта, использование таких препаратов даёт разрушение естественной экосистемы, а также убивает множество полезных организмов, позволяющих регенерироваться земле.
Продукты питания, полученные с использованием пестицидов и других видов удобрения, наносят вред человеческому организму. Технология их попадания в человеческий организм - это своеобразная цепочка действий. Пестициды из почвы попадают в воду, где они заражают планктон, после чего переходят в организм рыбы, которую человек съедает. Ещё есть способ с растениями, где цепочка и результат те же.
Отходы транспорта. Работающий двигатель внутреннего сгорания, с выхлопными газами выделяет множество вредных веществ, для воздуха и окружающей среды, в их число входит:
Оксид азота;
свинец;
углеводород и множество других веществ, которые оседают на поверхности воды и земли.
Лишь очень малая их часть поглощена и переработана деревьями и зелёными насаждениями.
Отходы предприятий
Твёрдые и жидкие отходы промышленных предприятий содержат в себе множество химических веществ, способных пагубно воздействовать на живые организмы, своими токсическими свойствами.
Металлургическая промышленность выделяет со своими отходами множество солей принадлежащих цветным, тяжёлым металлам.
Отходы машиностроительной промышленности снабжают окружающую среду такими элементами, как:
Цианид;
бериллий;
мышьяк и прочие элементы, заражающие все живые организмы и делающие растения непригодными для употребления в пищу, что, в свою очередь, приводит к исчезновению многих популяций травоядных насекомых и даже животных.
Производство пластмассовых изделий, загрязняет почву такими химическими элементами, как:
Бензол;
фенол.
Работа с такими веществами снабжает землю ещё множеством вредных элементов химического происхождения, это могут быть:
Сульфит натрия;
сернистый газ;
щелочная кислота;
раствор серы;
гидросульфит;
тиокарбанилид;
гидроортфосфат;
фторид кальция;
хлорит бария;
карбонат;
хлорит цинка.
Эти и многие другие вещества получают в результате работы над производством пластмассовых изделий, многие из них попадают в атмосферу, а затем опускаются на землю, заражая собой все живое, в том числе поверхностный слой почвы, делая её неплодородной на десятки лет.
Даже производство целлюлозно-бумажных изделий даёт такие отходы, как:
Фенол;
метанол;
кубовые остатки;
скипидар.
Результат воздействия вредных веществ на почву
Если собрать отходы всех предприятий и учесть их воздействие на почву, то получится, что регенерация минералов и полезных веществ в земле, для выращивания культур практически невозможна. Дело в том, что предприятия разных направлений, такие как металлургические и машиностроительные, находятся всегда в разных районах города, очень редко строят промышленные предприятия всех направлений на одном участке. Такое расположение организаций, загрязняющих почву, позволяет минимизировать разнообразие вредных веществ, попадающих в почву на одной территории. Поэтому почва может ежегодно давать урожай.
Последствия загрязнения почвы
Загрязненной почве, поглощают большую часть загрязнения, а затем передают их нам. Это может объяснить внезапный всплеск неизлечимых заболеваний.Длительное воздействие такой почвы может повлиять на генетику тела, в результате врожденные заболевания и хронические проблемы со здоровьем, которые не могут быть легко вылечены.
На самом деле, это может заболеть скот, в значительной степени, и вызвать пищевое отравление в течение длительного периода времени. Загрязнение почвы может даже привести к широкому распространению голода, если растения не могут расти в ней.
Влияние на рост растений: экологический баланс любой системы нарушается из-за широкого загрязнения почвы.
Большинство растений не могут приспособиться, когда химический состав почвы изменяется так радикально в течение короткого периода времени.
Грибы и бактерии, найденные в почве, которые связываются вместе начинают снижаться, что создает дополнительную проблему эрозии почвы.
Токсичная пыль: Эмиссия токсичных и грязных газов от свалок загрязняют окружающую среду и вызывает серьезные последствия для здоровья некоторых людей. Неприятный запах вызывает неудобства для других людей, раздражая слизистую.
Изменения структуры в почве: Смерть многих почвенных организмов (например, дождевых червей) в почве может привести к изменению структуры в почве.
Ряд способов было предложено, чтобы обуздать текущую скорость загрязнения. Такие попытки очистки окружающей среды требует много времени и ресурсов, чтобы восстановиться Земле.
С одной проблемой мы точно можем справиться, организовать раздельный сбор мусора и утилизировать его для дальнейшего использования.
Так что, как говориться, все в наших руках, и каждый может изменить мир!
Показатели загрязнения почвы
Санитарное состояние почвы - это совокупность ее физических, физико-химических и биологических свойств, определяющих безопасность почвы в эпидемическом и химическом отношении. Оценка санитарного состояния почвы, уровня ее загрязнения и степени опасности для здоровья людей основывается на результатах лабораторных исследований: санитарно-физических, санитарно-химических, физико-химических, санитарно-микробиологических, санитарно-гельминтологических, санитарно-энтомологических и радиометрических. Комплекс критериев, дающий возможность оценить качество почвы, называют показателями санитарного состояния почвы или показатели загрязнения почвы.Все показатели санитарного состояния почвы можно разделить на прямые и косвенные (непрямые). Прямые показатели дают возможность непосредственно по результатам лабораторного исследования почвы оценить уровень ее загрязнения и степень опасности для здоровья населения. По косвенным показателям можно сделать выводы о факте существования загрязнения, его давности и продолжительности путем сравнения результатов лабораторного анализа исследуемой почвы с чистой контрольной почвой того же типа (имеющей одинаковый природный состав с опытной), отобранной с незагрязненных территорий.
Необходимо иметь в виду тот факт, что все показатели загрязнения почвы химическими веществами будут различными в разных почвах. Например, для черноземной полосы 5% содержание органического углерода и 1% содержание азота является делом обычным и вполне нормальным, но для подзолистых почв такие довольно высокие проценты углерода и азота будут служить показателем их довольно сильного загрязнения.
Большинство санитарно-химических показателей эпидемической безопасности почвы являются косвенными. Непосредственно оценить степень загрязнения и опасности почвы можно лишь по величине санитарного числа Хлебникова. Это отношение содержания азота гумуса к общему органическому азоту, который состоит из азота гумуса и азота чужеродных для почвы органических веществ, загрязняющих почву. Если почва чистая, то санитарное число Хлебникова равно 0,98-1. Другие санитарно-химические показатели исследуемой почвы оценивают путем сравнения с аналогичными показателями контрольной незагрязненной почвы.
О свежем загрязнении свидетельствуют высокое содержание общего органического азота, органического углерода, хлоридов, окисляемость в исследуемой почвы по сравнению с контрольной почвой. Повышенное содержание аммиака, нитритов и нитратов свидетельствует о процессах самоочищения почвы от азотсодержащих органических веществ. Значительное содержание общего органического азота, органического углерода и повышенная окисляемость исследуемой почвы при условии одинакового количества в исследуемой и контрольной почве аммиака, нитритов и нитратов свидетельствует о свежем загрязнении почвы и торможении процессов минерализации.
Если количество общего органического азота и органического углерода в почве опытного участка не превышает их содержания в почве контрольного участка, то исследуемую почву оценивают как чистую. Наличие в такой почве нитратов и хлоридов в повышенных количествах указывает на давнее загрязнение и на завершение процессов минерализации органического вещества.
Санитарно-микробиологические, санитарно-гельминтологические и сани-тарно-энтомологические показатели эпидемической безопасности, в отличие от санитарно-химических, являются прямыми, т. е. дают возможность непосредственно оценить степень загрязнения и опасности почвы. Кроме того, по ним можно оценить давность загрязнения. Так, для свежего загрязнения характерны увеличение микробного числа и количества жизнеспособных недеформированных яиц геогельминтов, уменьшение коли-титра и перфрингенститра почвы с обязательным превалированием неспорообразующих форм микроорганизмов. Превалирование клостридиальных форм и наличие деформированных яиц аскарид свидетельствуют о давнем загрязнении почвы.
Показатели химической безопасности почвы в большинстве случаев являются прямыми и дают возможность не только оценить степень загрязнения почвы ЭХВ, но и решить проблему адекватной оценки состояния здоровья населения под влиянием загрязняющих почву ЭХВ. Решение этой проблемы приобретает сегодня особую актуальность из-за ухудшения состояния окружающей среды и снижения уровня здоровья населения Украины в последние ГОДЫ.
Изучение влияния загрязнения почвы ЭХВ на состояние здоровья населения проводится путем специальных эпидемиологических исследований и математико-статистического многофакторного моделирования в системе окружающая среда - здоровье. По санитарному состоянию почвы, еще до изучения показателей, характеризующих здоровье населения, можно с достаточной вероятностью прогнозировать влияние загрязнения почвы на здоровье людей.
Оценка санитарного состояния почвы по уровню загрязнения ЭХВ основывается на определении фактического содержания ЭХВ в почве и его сравнении с ПДК. Причем особое внимание уделяют ЭХВ 1-го и 2-го классов опасности (чрезвычайно и высокоопасным веществам). Согласно оценочной шкале, к чистым почвам относятся такие, в которых содержание ЭХВ не превышает ПДК, к слабозагрязненным - при содержании ЭХВ в пределах от 1 до 10 ПДК; к загрязненным - при превышении ПДК ЭХВ в 11-100 раз и к очень загрязненным - при превышении ПДК больше чем в 100 раз. По степени загрязнения почвы определяют степень ее опасности для здоровья населения.
Для количественной оценки степени загрязнения почвы ЭХВ можно использовать вместо ПДК показатель БОК для данного климато-ландшафтного региона. Обычно БОК для наиболее распространенных в Украине дерново-подзолистых почв составляет 1/2 ПДК. Поэтому можно руководствоваться приведенной шкалой.
В зависимости от содержания в почве ЭХВ 1-го и 2-го классов опасности можно сделать ориентировочный прогноз относительно ее вероятного влияния на состояние здоровья населения. Зависимость состояния здоровья населения от уровня загрязнения почвы вытекает из двух положений. Во-первых, количество ЭХВ мигрирующих из почвы в атмосферный воздух, даже в экстремальных условиях составляет лишь 20-25% от содержащихся в почве.
Во-вторых, минимальные физиологические нарушения в организме человека наблюдаются при содержании ЭХВ в атмосферном воздухе в пределах 2-3 ПДК; существенные - при 4-7 ПДК, а уровни в 8-10 ПДК приводят к повышению заболеваемости соответствующей популяции. При содержании ЭХВ в воздухе до 100 ПДК наблюдаются острые отравления, а при превышении их в 500 раз - летальные исходы. С учетом этого разработана ориентировочная шкала оценки состояния здоровья населения в зависимости от уровней загрязнения почвы ЭХВ.
Необходимо отметить, что на практике загрязнение почвы ЭХВ в концентрациях, вызывающих смертельные отравления, в основном не встречается. Если, например, ПДК гексахлорциклогексана (ГХЦГ) в почве составляет 0,1 мг/кг, то в реальных почвенно-климатических условиях смертельно опасная концентрация этого препарата будет равняться 1000 ПДК, т. е. 100 мг/кг, или 300 кг/га, а норма применения ГХЦГ в аграрной практике составляет всего 3 кг/га.
Иногда при определенных метеорологических условиях (антициклон, приземная температурная инверсия, скорость движения воздуха, приближающаяся к штилю, температура воздуха 20 °С, влажность воздуха 100%, ясная солнечная погода, дожди накануне, интенсивность УФ-радиации 2700 мкВт/мин на 1 см2) в весенне-летний период наблюдались случаи острого и хронического отравления сельскохозяйственных работников на полях при незначительном содержании ЭХВ в почве (не более 4 ПДК, или 8 БОК).
Это связывали с действием токсических высоко летучих метаболитов пестицидов - фосгена, дифосгена, хлорциана, хлорида, фторида, цианида водорода и др. Было доказано, что они могут образовываться как в почве при определенных почвенно-климатических условиях вследствие биотрансформации и взаимодействия с компонентами азотных минеральных удобрений, так и в приземном слое атмосферного воздуха вследствие фотохимических превращений. Кроме того, выяснилось, что указанные выше метеорологические условия способствуют образованию токсического тумана на сельскохозяйственных полях, который также является причиной острых отравлений даже при сравнительно невысоком содержании ЭХВ в почве.
Приведенная методика оценки возможного влияния почвы на состояние здоровья населения дает возможность ориентировочно оценивать здоровье жителей определенной зоны наблюдения лишь на основании результатов лабораторного анализа почвы, без специальных исследований состояния здоровья.
Уровни радиоактивного загрязнения почвы в условиях последствия чернобыльской катастрофы оценивают по гигиеническим регламентам, разработанным Национальной комиссией радиационной защиты населения.
Пригодными для проживания населения и сельскохозяйственного производства без ограничений считают: во-первых, территории, почвы которых не содержат искусственных радионуклидов, а естественная радиоактивность почвы находится в пределах 0,5-2 Ku/км2; во-вторых, территории, загрязненные искусственными радионуклидами при условии, что активность почвы не превышает 1 Ku/км2.
Почвы, загрязненные искусственными радионуклидами, активность которых составляет от 1 до 5 Ku/км2, признают условно чистыми, пригодными для проживания лишь ограниченной части населения (категория Б согласно классификации норм радиационной безопасности НРБ-97). При таком уровне загрязнения радионуклидами количество пищевых продуктов местного производства не должно превышать границы годового поступления для этой категории населения.
Умеренно загрязненные почвы (активность 5-15 Ku/км2) пригодны для проживания населения и сельскохозяйственного производства лишь при условии проведения специальных агрохимических и агромелиоративных работ при контроле за радиоактивностью объектов окружающей среды. При этом доза облучения населения не должна превышать пожизненно допустимой - 35 бэр. Загрязненные почвы (активность 15-40 Ки/км2) можно использовать для проживания населения лишь при условии обеспечения чистыми пищевыми продуктами. Если почвы очень загрязнены (активность 40-100 Ки/км2), проживать населению не рекомендуется.
Контроль загрязнения почвы
Выявление загрязнения почв тяжелыми металлами производят прямыми методами отбора почвенных проб на изучаемых территориях и их химического анализа на содержание тяжелых металлов. Эффективно также использовать для этих целей ряд косвенных методов: визуальная оценка состояния фитогенезов, анализ распространения и поведения видов – индикаторов среди растений, беспозвоночных и микроорганизмов.Для выявления пространственных закономерностей проявления загрязнения почв используют сравнительно-географический метод, методы картирования структурных компонентов биогеоценозов, в том числе и почв. Такие карты не только регистрируют уровень загрязнения почв тяжелыми металлами и соответствующие изменения в напочвенном покрове, но позволяют прогнозировать изменение состояния природной среды.
Расстояние от источника загрязнения для выявления ореола загрязнения может колебаться в значительных пределах и в зависимости от интенсивности загрязнения и силы господствующих ветров может изменяться от сотен метров до десятков километров.
В США на борту ресурсного спутника ЭРТС-1 были установлены датчики для выяснения степени повреждения веймутовой сосны сернистым газом и почвы цинком. Источником загрязнения был цинкоплавильный завод, действующий с дневным выбросом цинка в атмосферу 6,3-9 тонн. Зарегистрирована концентрация цинка, равная 80 тыс. мкг/г в поверхностном слое почвы в радиусе 800 м от завода. Растительность вокруг завода погибла в радиусе 468 гектаров. Сложность использования дистанционного метода заключается в интеграции материалов, в необходимости при расшифровке полученных сведений серии контрольных тестов в районах конкретного загрязнения.
Выявление уровня токсичности тяжелых металлов непросто. Для почв с разными механическими составами и содержанием органического вещества этот уровень будет неодинаков. В настоящее время сотрудниками институтов гигиены предприняты попытки определить ПДК металлов в почве. В качестве тест-растений рекомендованы ячмень, овес и картофель. Токсичным уровень считался тогда, когда происходит снижение урожайности на 5-10%. Предложены ПДК для ртути – 25 мг/кг, мышьяка – 12-15, кадмия – 20 мг/кг. Установлены некоторые губительные концентрации ряда тяжелых металлов в растениях (г/млн.): свинец – 10, ртуть – 0,04, хром – 2, кадмий – 3, цинк и марганец – 300, медь – 150, кобальт – 5, молибден и никель – 3, ванадий – 2.
Защита почв от загрязнения тяжелыми металлами базируется на совершенствовании производства. Например, на производство 1 т хлора при одной технологии расходуют 45 кг ртути, а при другой – 14-18 кг. В перспективе считают возможным снизить эту величину до 0,1 кг.
Новая стратегия охраны почв от загрязнения тяжелыми металлами заключена также в создании замкнутых технологических систем, в организации безотходных производств.
Отходы химической и машиностроительной промышленности также представляют собой ценное вторичное сырье. Так отходы машиностроительных предприятий являются ценным сырьем для сельского хозяйства из-за фосфора.
В настоящее время поставлена задача обязательной проверки всех возможностей утилизации каждого вида отходов, прежде их захоронения или уничтожения.
При атмосферном загрязнении почв тяжелыми металлами, когда они концентрируются в больших количествах, но в самых верхних сантиметрах почвы, возможно удаление этого слоя почвы и его захоронение.
В последнее время рекомендован ряд химических веществ, которые способны инактивировать тяжелые металлы в почве или понизить их токсичность. В ФРГ предложено применение ионообменных смол, образующих хелатные соединения с тяжелыми металлами. Их применяют в кислотной и солевой формах или в смеси той и другой форм.
В Японии, Франции, ФРГ и Великобритании одна из японских фирм запатентовала способ фиксирования тяжелых металлов меркапто-8-триазином. При использовании этого препарата кадмий, свинец, медь, ртуть и никель прочно фиксируются в почве в виде нерастворимой и недоступной для растений форм.
Известкование почв уменьшает кислотность удобрений и растворимость свинца, кадмия, мышьяка и цинка. Поглощение их растениями резко уменьшается. Кобальт, никель, медь и марганец в нейтральной или слабощелочной среде также не оказывают токсического действия на растения.
Органические удобрения, подобно органическому веществу почв, адсорбируют и удерживают в поглощенном состоянии большинство тяжелых металлов. Внесение органических удобрений в высоких дозах, использование зеленых удобрений, птичьего помета, муки из рисовой соломы снижают содержание кадмия и фтора в растениях, а также токсичность хрома и других тяжелых металлов.
Оптимизация минерального питания растений путем регулирования состава и доз удобрений также снижает токсическое действие отдельных элементов. В Англии в почвах, зараженных свинцом, мышьяком и медью, задержка появления всходов снималась при внесении минеральных азотных удобрений. Внесение повышенных доз фосфора уменьшало токсичное действие свинца, меди, цинка и кадмия. При щелочной реакции среды на заливных рисовых полях внесение фосфорных удобрений вело к образованию нерастворимого и труднодоступного для растений фосфата кадмия.
Однако, известно, что уровень токсичности тяжелых металлов неодинаков для разных видов растений. Поэтому снятие токсичности тяжелых металлов оптимизацией минерального питания должно быть дифференцировано не только с учетом почвенных условий, но и вида и сорта растений.
Среди естественных растений и сельскохозяйственных культур выявлен ряд видов и сортов, устойчивых к загрязнению тяжелыми металлами. К ним относятся хлопчатник, свекла и некоторые бобовые. Совокупность предохранительных мер и мер по ликвидации загрязнения почв тяжелыми металлами дает возможность защитить почвы и растения от токсического их воздействия.
Одно из основных условий охраны почв от загрязнения биоцидами – создание и применение менее токсичных и менее стойких соединений и внесение их в почву и уменьшение доз их внесения в почву.
Существует несколько способов, позволяющих уменьшить дозу биоцидов без снижения эффективности их возделывания:
Сочетание применения пестицидов с другими приемами. Интегрированный метод борьбы с вредителями – агротехнический, биологический, химический и т.д. При этом ставится задача не уничтожить целый вид целиком, а надежно защитить культуру. Украинские ученые применяют микробиопрепарат в совокупности с небольшими дозами пестицидов, который ослабляет организм вредителя и делают его более восприимчивым к заболеваниям;
применение перспективных форм пестицидов. Использование новых форм пестицидов позволяет существенно снизить норму расхода действующего вещества и свести к минимуму нежелательные последствия, в том числе и загрязнение почв;
чередование применения токсикантов с неодинаковым механизмом действия. Такой способ внесения химических средств борьбы предотвращает появление устойчивых форм вредителей. Для большинства культур рекомендуют 2-3 препарата с неодинаковым спектром действия.
При обработке почвы пестицидами лишь небольшая часть их достигает мест приложения токсического действия растений и животных. Остальная часть накапливается на поверхности почв. Степень загрязнения почв зависит от многих причин и прежде всего от стойкости самого биоцида. Под стойкостью биоцида понимают способность токсиканта противостоять разлагающему действию физических, химических и биологических процессов. Главный критерий детоксиканта – полный распад токсиканта на нетоксичные компоненты.
Биодиагностика техногенного загрязнения почв. Высокая чувствительность почвы к любым негативным и позитивным воздействиям позволяет использовать биологические показатели в качестве параметров биомониторинга.
Биологическая активность - производная совокупности абиотических, биотических и антропогенных факторов почвообразования. В почве зоо- и микробоценозы объединяются в единую систему с продуктами их жизнедеятельности- внеклеточными и внутриклеточными ферментами, а также с абиотическими компонентами почвы.
Основные положения предлагаемой методологии следующие:
Одновременное изучение показателей биологической активности почвы;
выявление наиболее информативных эколого-биологических показателей и возможного интегрального показателя экологического состояния почвы;
учет пространственной и временной вариабельности биологических свойств почвы;
использование сравнительно-географического и профильно-генетического подходов для оценки состояния почвы.
Исследование состояния деградированных почв будет наиболее полным в том случае, если будут определены:
Прямые показатели загрязнения тяжелыми металлами и нефтепродуктами (валовое содержание тяжелых металлов, содержание их подвижных форм, содержание нефтепродуктов, мощность загрязненного слоя);
- показатели устойчивости к загрязнению тяжелыми металлами и нефтепродуктами (емкость катионного обмена, степень насыщенности основаниями, содержание гумуса, реакция среды).
Биологические показатели изменения свойств почвы под воздействием металлов-загрязнителей и нефтепродуктов (активность почвенных ферментов, например инвертазы, каталазы, интенсивность выделения углекислого газа, целлюлозоразлагающая способность, общая численность почвенных микроорганизмов, структура микробоценоза и др.).
Для практических целей определение всего комплекса показателей весьма трудоемко и требует дорогостоящего оборудования. Более целесообразно определять показатели, объективно отражающие уровень и последствия загрязнения.
Общие закономерности изменения свойств почвы по мере возрастания содержания загрязняющих веществ могут быть сформулированы только на основе экспериментальных материалов. В результате многолетних исследований установлены наиболее информативные показатели биологической активности почвы для биодиагностики и биомониторинга. К ним относятся, прежде всего, биохимические показатели, поскольку они лучше коррелируют с уровнем загрязнения и имеют меньшее варьирование в пространстве и во времени по сравнению с микробиологическими. Из изученных рекомендуется использовать ферментативную активность-активность каталазы, которая является одним из показателей стабилизации почвенных условий. Ее изменение связано с загрязненностью и буферной способностью почвы.
Радиоактивное загрязнение почв
С началом развития атомной энергетики и массового испытания ядерного оружия в атмосфере (50-60 гг. ХХ в.) особую актуальность приобрела проблема радиоактивного загрязнения природных компонентов, в том числе почвы. Радиоактивное загрязнение почвы – это увеличение концентрации радиоактивных веществ в почвенном профиле вследствие антропогенной деятельности.Негативными последствиями радиоактивного загрязнения являются:
Прямое воздействие ионизирующего излучения на компоненты почвенно-растительного покрова, животных и человека;
- ограничение возможности использования загрязненных почв в сельском хозяйстве, т. к. получаемая с таких земель продукция, как правило, имеет уровни концентрации, превышающие допустимые.
Как отмечают А.И. Щеглов и О.Б. Цветнова, существенное радиационное поражение биоты в естественных условиях, включая полную гибель популяций и биогеоценозов, происходит при достаточно высоких плотностях загрязнения (более 1000 Ки/км2). Такие плотности загрязнения, обычно, фиксируются в пределах участков, прилегающих к источнику выброса. На большей части загрязненной территории основным лимитирующим фактором является превышение дозы внешнего и внутреннего облучения человека. В качестве такого норматива Международная Комиссия Радиационной защиты (МКРЗ) рассматривает среднегодовую дозу, равную 0,001 Зв (Зиверт – в системе СИ единица эквивалентной дозы). Этот норматив несравненно ниже величины летальной дозы, которая вызывает гибель биообъектов в 50 % случаев за 30 дней (ЛД 50/30).
Для человека ЛД50/30 составляет 2,5-3,5 Гр (Гр в системе СИ единица поглощенной дозы; 1 Гр = 1Дж/кг).
Радиоактивное загрязнение почв обусловливают две большие группы радионуклидов: природные и техногенные. Концентрация естественных радионуклидов в почвах существенно увеличивается за счет добычи, переработки, складирования природного сырья, производства и внесения удобрений, сжигания угля, использование шлаков золы для производства различных строительных материалов, а также в качестве удобрений и т. п. Вследствие производства и применения удобрений, загрязнение почв природными радионуклидами неизбежно. С калийными удобрениями в почву поступает 40К, с фосфорными – 238U и продукты его деления.
Искусственные радионуклиды попадают в компоненты биосферы в результате ядерных взрывов. На поверхность Земли уже выпало до 40 МКи 137Сs и около 25 МКи 90Sr.
ППК почв сорбирует радионуклиды и долгое время их сохраняет.
Поведение радионуклидов в почвах определяется целым комплексом факторов:
Химическими свойствами радиоактивных элементов;
- физико-химическими формами соединений радионуклидов в выпадениях;
- составом и свойствами почв;
- ландшафтными особенностями;
- климатическими показателями.
Стронций поглощается обменно, остальные – путем образования трудно растворимых гуматов, фосфатов, карбонатов, сульфатов, не редко замещая кальций в этих соединениях.
Радионуклиды поступают на поверхность почвы в составе аэрозолей, частиц диспергированного топлива, оплавленных частиц, минералов и т. п. Максимальная доля растворимой фракции радионуклидов отмечается в составе глобальных выпадений (30-90%), наибольшая у стронция и цезия.
На поведение радионуклидов большое влияние оказывает фактор времени. Период достижения динамического равновесия нарастает по мере снижения растворимости радиоактивных выпадений. Растворимые органические вещества и подкисление среды повышает миграцию радионуклидов.
Итак, подвижность радионуклидов в почвенной среде зависит от гранулометрического, минералогического состава, от свойств гумуса и реакции среды, наличия геохимических барьеров в профиле почвы.
Перераспределение радионуклидов происходит как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Горизонтальная миграция наиболее заметна в период после выпадений и происходит прежде всего благодаря эоловому переносу. Минимальна она в лесных ценозах и максимальна в агроценозах с легкими почвами. Перенос радиоактивных веществ резко возрастает при пожарах.
Вертикальное перераспределение радионуклидов во всех почвах идет очень медленно с линейной скоростью от десятых долей до 2-х см в год (почва – биогеохимический барьер). Как показали исследования, в Чернобыльской зоне основная часть радионуклидов в течение длительного времени остается в пределах верхних 10 см почвы, а в лесах они накапливаются в лесной подстилке и в нижележащем слое толщиной 1-2 см.
Вертикальная миграция радионуклидов связана со следующими факторами:
Диффузия ионов;
- перенос с током влаги;
- перенос корневыми системами растений;
- лессиваж;
- роющая деятельность почвенной мезофауны;
- хозяйственная деятельность человека.
Влияние этих факторов неравнозначно. Оно меняется в зависимости от времени после выпадений, почвенно-климатических и биоценотических условий.
Корневые системы накапливают радионуклиды больше, чем окружающая почвенная масса. С глубиной это различие увеличивается. Дождевые черви активизируют перераспределение радионуклидов, что особенно заметно по тем почвам, где много червей.
Вспашка приводит к интенсивному перемешиванию радионуклидов в пахотном слое.
Наибольшее влияние на интенсивность миграции радионуклидов в почвенном профиле оказывает водный режим (наиболее сильный вынос происходит при промывном водном режиме, а при выпотном – минимальный).
Поступление радионуклидов в растения зависит как от их вида, так и от поглотительной способности почв. Больше всего радионуклидов поступает в растения, произрастающих на торфяно-глеевых почвах, затем – на торфянисто-подзолистых оглеенных и далее в убывающем порядке – на дерново-подзолистых, серых лесных и черноземах, что связано, прежде всего, с их ёмкостью катионного обмена (ЕКО) и сорбционной способностью.
Охранные мероприятия на загрязненных территориях направлены на снижение негативных последствий и включают следующие контрмеры:
Ограничение обычной деятельности;
- мелиоративные меры;
- разработка стратегии использования территории и продукции.
Период ограничений зависит от плотности загрязнения и экспозиционной дозы и может варьировать от нескольких недель до десятков лет.
К числу наиболее эффективных мер в растениеводстве относится подбор видов и сортов растений с минимальным уровнем накопления радионуклидов. В животноводстве важную роль играет откорм животных чистыми кормами, а также использование специальных добавок сорбентов, подавляющих переход радионуклидов в молоко.
Мелиоративные мероприятия – внесение сорбентов (цеолитов, вермикулита и т. п.), органических и минеральных удобрений, извести – способствует снижению поступления радионуклидов в растения.
В земледелии существенное снижение их накопления растениями достигается путем агротехнических приёмов: вспашки с оборотом пласта, плантажной вспашки, что приводит к заглублению радиоактивных веществ, в результате чего снижается их накопления в сельскохозяйственной продукции в 24 раза. Альтернативная стратегия использования загрязненной территории строится без применения специфического воздействия. Например, создание специальных заповедников (таков Полесский радиоэкологический заповедник); создание лесных посадок на сильно загрязненных пахотных угодьях. В сельском хозяйстве является целесообразным изменение структуры севооборотов, выращивание технических культур, не используемых в пищевых цепях.
Необходимы также контрмеры пропагандистско-информационного характера, направленные на обучение населения, проживающего на загрязненных территориях, действиям и приёмам, приводящим к снижению доз внешнего и внутреннего облучения, и возможному использованию продукции, получаемой с этих территорий.
Загрязнение почвы пестицидами
Пестициды - ядохимикаты по борьбе с сорняками (гербициды), с грибковыми болезнями растений (фунгициды) и вредителями (зооциды, инсектициды и др.) - широко применяются в сельском хозяйстве и сохраняют более 30% урожая.Наибольшее применение находят пестициды - органические вещества: хлори-рованные углеводороды (гексахлоран и др.), диены (альдрин, севин и др.), сложные эфиры фосфорных кислот (ФОС), карбаматы (карбин, тиллам и др.), замещенные мочевины (фенурон, монурон и др.). При обработке посевов пестицидами основная часть их накапливается на поверхности почв и растений.
Они адсорбируются органическим веществом почв и минеральными коллоидами. Сорбция токсикантов обратима. Избытки пестицидов могут мигрировать с нисходящим гравитационным потоком и попадать в грунтовые воды. Накапливаясь в почве, они могут передаваться по цепям питания и вызывать заболевания животных и людей.
Накопление остатков пестицидов в почве зависит и от природы токсиканта. Наиболее стойкие - хлорорганические соединения и группа диенов. Они сохраняются в почве в течение нескольких лет. К тому же чем выше доза, тем длительнее сохраняется токсикант. Фосфорорганические соединения и производные карбамидной кислоты теряют свою токсичность менее чем за 3 месяца и при распаде не образуют токсичных метаболитов, что делает эти соединения предпочтительными.
При внесении пестицидов авиаметодами они распыляются и могут переноситься воздушными массами на большие расстояния. Многие биоциды и их метаболиты обнаруживаются там, где их никогда не применяли (например, в Антарктиде). Вместе с поверхностными водами пестициды могут попадать в водоемы и отравлять воду.
Систематическое применение в больших количествах стойких и обладающих кумулятивными свойствами пестицидов приводит к тому, что основным источником загрязнения водоемов становится сток талых, дождевых и грунтовых вод. Процессы естественной детоксикации идут активнее там, где наиболее интенсивны процессы минерализации органического вещества.
001. Неблагоприятные экологические факторы проявляются: а) изменением газового состава атмосферы; б) истончением озонового слоя атмосферы; в) изменением климата; г) ростом заболеваемости населения; д) появлением микроорганизмов-мутантов. Выберите комбинацию, дающую исчерпывающий ответ:
5) все перечисленное.
002. В почве могут длительно сохранять жизнеспособность возбудители следующих заболеваний: a ) bac . anthracis ; б) cl . tetani ; в) cl . perfringens ; г) cl . boturinum ; д) sp . pallida . Выберите правильную комбинацию ответов:
1) а, б, в, г;
2) б, в, г, д;
3) а, в, г, д;
003. Биологическое значение видимой части солнечного спектра: а) оказывает общестимулирующее действие на организм; б) повышает обменные процессы; в) обусловливает возможность осуществления зрительной функции глаза; г) обладает эритем-ным действием. Выберите правильную комбинацию ответов:
004. Показания к профилактическому облучению искусственным УФ-излучением: а) наличие признаков гиповитаминоза D ; а) работа в условиях изоляции от солнечного света; в) проживание в северных широтах; г) повышенное атмосферное давление. Выберите правильную комбинацию ответов:
005. Противопоказания к профилактическому облучению искусственным УФ-излучением: а) активная форма туберкулеза; б) заболевания щитовидной железы; в) заболевания печени; г) заболевания почек; д) заболевания сердечно-сосудистой системы. Выберите правильную комбинацию ответов:
5) все перечисленное.
006. Профилактические меры для предотвращения вредного воздействия на людей коротковолнового УФ-излучения: а) включение ламп в отсутствие людей; б) экранирование ламп экранами из оконного стекла; в) экранирование ламп экранами из оргстекла; г) экранирование ламп непрозрачными экранами. Выберите правильную комбинацию ответов:
1) Все перечисленное;
007. Гигиенические требования к качеству питьевой воды: а) отсутствие патогенных микроорганизмов и других возбудителей заболеваний; б) безвредность по химическому составу; в) хорошие органолептические свойства; г) полное отсутствие токсических веществ. Выберите правильную комбинацию ответов:
008. Биогеохимические эндемические заболевания: а) эндемический зоб; б) флюороз; в) водно-нитратная метгемоглобинемия; г) молибденовая подагра; д) стронциевый рахит. Выберите правильную комбинацию ответов:
8. Почва – поверхностный слой грунта, преобразовавшийся под воздействием факторов климата (воды, воздуха, колебаний температуры), живых организмов и целенаправленной деятельности человека. Состоит из твердой, жидкой (почвенный р-р), газообразной и живой частей.
9. Почва обеспечивает человеку питание, работу, здоровую среду обитания. Нарушение процессов самоочищения, вызванное загрязнением, может оказать неблагоприятное влияние на здоровье людей и животных: распространение инфекционных и инвазионных заболеваний, ухудшение качества продуктов питания, воды водоисточников, атмосферного воздуха.
10. Загрязнение почвы - это появление в ее составе или на поверхности веществ, не являющихся естественной составной частью и не свойственных данному типу почвы или ее местных разновидностей.
11. В почве заканчивают свой путь бытовые и промышленные отходы, поэтому понятна существенная роль почвы в распространении инфекционных заболеваний. В незагрязненной почве возбудители болезней не находят благоприятных для существования условий и погибают через несколько часов или дней. Но при перегруженности загрязнениями, а также при обработке губительными для биоценозов дезинфицирующими веществами способность почвы к самоочищению подавляется, и патогенные микроорганизмы могут долго сохранять жизнеспособность. В почве с пониженной способностью самоочищения могут обнаруживаться разнообразные возбудители кишечных инфекций, столбняка, газовой гангрены, ботулизма, сибирской язвы, туберкулеза, патогенные стафилококки, лептоспиры, вирусы гепатита, полиомиелита и другие. В почве десятилетиями могут сохранять жизнеспособность споры анаэробов, возбудителей особо опасных инфекций. Заражение находящимися в почве возбудителями возможно через пыль, при непосредственном контакте с зараженными частицами почвы, через выращенные на такой почве овощи, через грызунов или мух и других насекомых, при попадании загрязненной почвы в рану, через загрязненную воду и т.д.
13. Почва, или земля, - природное образование, шее между атмосферой и подстилающими пор Толщина почвы составляет от нескольких сантим до 2 м и более. Почва состоит из материнской тральные соединения), мертвого органического вещества; гумуса (перегноя);: организмов; воздуха и воды На вертикальном разрезе почвы можно увидеть несколько слоев, или гори-эв. Последовательность этих горизонтов называется почвенным профи-и. Верхний, или пахотный, слой почвы содержит корни растений, грибы, мик-рганизмы, множество различных почвенных насекомых и животных. В этом ризонте происходит основной круговорот органических веществ. Весь неис-льзованный органический материал из различных трофических уровней вновь лизируется и распадается здесь сначала до гумуса, а в конечном итоге до рганических соединений. Гумус состоит из лигнина, клетчатки, протеиновых комплексов и других анических соединений. Гуминовые кислоты, которые входят в состав гуму-, представляют собой высокомолекулярные соединения, образовавшиеся из эв распада лигнина, клетчатки, белков, жиров и углеводов. Гумус спо-ует сохранению воды в почве и поддерживает ее в рыхлом состоянии. Подпочва, расположенная под верхним слоем почвы, содержит неоргани-ские соединения, которые образовались в результате разложения органи-
14. л\ веществ. 1<Третий слой почвы - материнская порода, на основе которой образовалась чва. Этот слой состоит в основном из глины, песка, извести, ила, включаю-; соли кальция, магния, алюминия и другие макро- и микроэлементы. Считается, что тип почвы, образующийся в конкретном регионе, зависит от ямата данной территории, хотя растения, животные и материнская порода сят свой вклад в формирование почвы. Температура и осадки - это два магических фактора, которые оказывают наибольшее влияние на процесс жирования почвы. Процесс образования почвы идет очень медленно, за-в зонах умеренного климата тысячи лет. |!Гипы почв различаются определенными комбинациями почвенных гори-эв. В зависимости от соотношения песка и глины все почвы делятся на чые, супесчаные, глинистые, суглинистые. На территории России встреча-I более 90 видов почв, из них наиболее часто 7: тундровые; дерново-подзоли-г, серые лесные; черноземы; каштановые; сероземы; красноземы. уктура почвы зависит от взаиморасположения твердых минеральных и мческих компонентов и степени заполнения пор в ней воздухом комковатую. ^Почвенные вода и воздух определяют пористость, воздуха- и водопроницае-
15. ь, влагоемкость, капиллярность, тепловой режим почвы. Почвенная вода. Почва оказывает огромное влияние на свойства и состав емных вод и воды открытых водоемов. В почве всегда содержится то или количество влаги, поступившей с атмосферными осадками или подняв-Вея по капиллярам из нижележащих слоев земли, а также образовавшейся в яьтате поглощения паров воды из атмосферного воздуха. Вода необходима I существования живых организмов и роста растений. Гигиеническое значе-: почвенной воды велико и разнообразно. Она служит универсальным ра-пем органических и минеральных соединений, транспортом для дос-I химических веществ растениям. Почвенная влага существенно влияет на тепловые свойства почвы, увеличивая ее теплоемкость и теплопроводность. Из почвенных вод образуются грунтовые воды. Химический и бактериальный состав питьевой воды во многом определяется составом и свойствами почвы.
16. Почвенный воздух. Его количество определяется свойством и характером почв. Почвенный воздух постоянно обменивается с атмосферным воздухом. Почвенный воздух даже чистых почв всегда содержит повышенное по сравнению с атмосферным количество углекислого газа (до 8%), содержание кислорода снижается до 14%. При ограниченном доступе воздуха в толще отбросов развиваются гнилостные процессы с выделением зловонных газов и паров (сероводород, аммиак, фтористый водород, индол, скатол, метилмеркаптан), способных в соответствующих концентрациях токсически воздействовать на организм человека. Гигиеническое значение почвенного воздуха определяется его составом и условиями контакта с ним человека. Известны случаи отравления почвенным воздухом, например при рытье колодцев, глубоких котлованов, прокладке подземных сооружений. Почвенный воздух существенно влияет на организм человека в зонах отдыха, населенных мест, жилой зоне.
17. Пористость. Под пористостью почвы следует понимать суммарный объем пор в единице объема почвы, выраженный в процентах. Чем выше пористость, тем ниже фильтрационная способность почвы. Так, пористость песчаной почвы составляет 40%, торфяной - 82%. При пористости 60-65% в почве создаются оптимальные условия для самоочищения от биологических и химических загрязнителей. При более высокой пористости процесс самоочищения почвы замедляется. Почва такого типа считается неудовлетворительной.
18. Воздухопроницаемость. Под воздухопроницаемостью понимают способность почвы пропускать воздух. Это свойство почвы определяется прежде всего величиной ее пор. Воздухопроницаемость увеличивается с ростом барометрического давления и уменьшается с увеличением толщины слоя и влажности почвы. Высокая проницаемость почвы для воздуха способствует обогащению ее кислородом, что имеет большое гигиеническое значение, так как повышает биохимические процессы окисления органических веществ.
19. Водопроницаемость. Под водопроницаемостью, или фильтрационной способностью, понимают способность почвы впитывать и пропускать воду, поступающую с поверхности. Это свойство почвы оказывает решающее влияние на образование почвенных вод и накопление их запасов в недрах земли. Водопроницаемость почвы имеет непосредственное отношение к снабжению населения водой из подземных источников.
20. Влагоемкость. Под влагоемкостью почвы понимают количество влаги, которое почва способна удерживать сорбционными и капиллярными силами. Влагоемкость тем больше, чем меньше поры почвы и чем больше их суммарный объем. и водой, целяют следующие структурные типы почвы: сыпучую, связную (агрегат-трещиноватую,
21. Гигиеническое значение этого свойства почвы связано с тем, что большая влагоемкость создает предпосылки для сырости почвы и находящихся на ней зданий, уменьшает проницаемость почвы для воздуха и воды и мешает очищению сточных вод. Такие почвы являются нездоровыми, сырыми и холодными.
22. Капиллярность почвы. Под капиллярностью почвы понимают ее способность поднимать по капиллярам воду из нижних горизонтов в верхние. Чем менее зерниста почва, т. е. чем более она мелкопористая, тем больше ее капилляр ность, тем выше поднимается по ней вода. Большая капиллярность почвы может быть причиной сырости зданий.
23. Температура почвы. От температуры почвы в значительной степени зависят температура приземного слоя атмосферы, тепловой режим помещений подвалов и первых этажей зданий. На глубине 1 м почва не имеет температурных суточных колебаний. На уровне 8 м почва сохраняет наиболее низкую температуру в мае, а наиболее высокую в декабре. Это имеет значение для хранения пищевых продуктов в подвальных помещениях, где летом прохладнее, а зимой теплее, чем на поверхности. Температура почвы существенно влияет на жизнедеятельность почвенных организмов и процессы самоочищения. Быстрее нагреваются каменистые и сухие почвы со склоном, обращенным на юг и юго-восток.
24. Крупнозернистые почвы, как правило, обладают хорошей воздухе- и водопроницаемостью, мелкозернистые - значительной водоемкостью, высокой гигроскопичностью и капиллярностью. В гигиеническом отношении для жилищного и коммунального строительства следует выбирать участки с крупнозернистой почвой.
25. Почвенные организмы. Существа, живущие в почве, оказывают на нее прямое и косвенное воздействие. Среди них есть лучистые грибы (актиномице-ты), водоросли, бактерии, вирусы, которые образуют почвенную флору. Кроме того, в почве обитают одноклеточные организмы, простейшие, нематоды, клещи, ногохвостки, пауки, улитки, жуки, личинки и куколки мух, дождевые черви, позвоночные животные, представляющие почвенную фауну. Количество организмов подвержено существенным колебаниям, что обусловлено составом и химическими свойствами почвы, температурным режимом, солнечной радиацией, аэрацией, механической обработкой почвы и др.
26. Почва имеет большое эпидемиологическое значение. В ней могут находится и передаваться человеку прямым контактным и непрямым (через пыль, воду, животных, пищевые продукты, напитки) путем возбудители многих инфекционных заболеваний, а также яйца и личинки гельминтов (рис. 6.2).
27. Патогенные микроорганизмы поступают в почву с физиологическими отправлениями человека и животных, сточными водами, трупами и др. Чистая, незагрязненная почва неблагоприятна для патогенных бесспоровых микроорганизмов. В почве, особенно загрязненной органическими веществами, они длительно сохраняют жизнеспособность. Так, в почве бактерии тифо-парати-
29. Классификация отходов
30. Жидкие отходы: Твердые отходы:
31. нечистоты (фекалии и моча); - уличный смет;
32. помои (грязные воды от приготов- - домовый мусор;
33. ления пищи, мытья тела, посуды, - остатки пищи;
34. полов, стирки белья); - кухонные, хозяйственные и про-
35. сточные воды промышленных и тор- мышленные отбросы;
36. говых предприятий, бань и прачеч- - трупы животных, боенские отходы;
37. ных, загрязненные метеорные воды. - навоз.
38. Санитарно-эпидемиологическое значение жидких и твердых отходов
39. Физиологические выделения людей и животных, помои, сточные воды составляют наименьшую часть отходов, но на их удаление и обеззараживание обращают первоочередное внимание ввиду большого эпидемиологического значения и неприятного запаха. Многие отбросы содержат органические вещества, воду и представляют хорошую питательную среду для микроорганизмов, среди которых могут находиться патогенные бактерии (табл. 6.4).
40. Исключительную роль играют отбросы в распространении глистных инвазий. В выгребных ямах яйца аскарид сохраняются до 6 мес, в загрязненной почве - до 1 года. Бытовые отходы служат местом выплода и резервуаром питания мух. Перенося патогенные микроорганизмы, мухи могут загрязнять пищевые продукты, предметы кухонного обихода. Мухи являются переносчиками многих инфекционных заболеваний, особенно желудочно-кишечных. Скопления отбросов служат местом размножения и обитания мышей и крыс, которые являются переносчиком чумы, туляремии, лептоспироза.
41. Отходы представляют не только эпидемиологическую, но и токсикологическую опасность. Более 100 химических соединений может содержаться в бытовом твердом мусоре, среди них ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, таллий, Таблица 6.5. Основные этапы удаления и обезвреживания жидких и твердых отходов
42. Самоочищение почвы - сложный физико-химический и биохимический процесс превращения загрязняющих веществ в безвредные для человека и животных, а также для контактирующих с ними растений. Такие превращения происходят в самой почвенной среде, а также при переходе загрязняющих веществ в воздух, воду, растительный мир.
Эффективность самоочищения зависит от многих факторов, в числе которых химический состав и структура почвы, ее температурный и влажностный режимы, состав и особенности биоценозов, а также характер обработки почвы и других агротехнических мероприятий. В результате самоочищения органическая часть загрязнений превращается в минеральные вещества или в перегной (гумус), отмирают патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов, снижается количество микроорганизмов в единице массы почвы. В процессе самоочищения разрушаются некоторые вредные хим соединения (промышленные яды, пестициды, компоненты ракетных топлив).
1.Причиной развития у человека метгемоглобинемии может быть внесение в почву:
а) калийных удобрений
б) фосфорных удобрений
в) азотных удобрений
г) пестицидов
2.Попадание в рану человека загрязненной почвы может явиться причиной развития:
а) холеры
б) сальманелёза
в) газовой гангрены
г) столбняка
3.Показателями санитарного состояния почвы являются:
а) санитарное число
б) коли-титр
в) титр анаэробов
г) количество яиц гельминтов в грамме почвы
д) количество дождевых червей на квадратный метр почвы
4.Длительно в почве не могут сохранять жизнеспособность следующие возбудители:
а) Bac.anthracis
в) Cl.perfringens
г) Cl.Botulinum
5.«Здоровая почва» должна быть:
а) крупнозернистая, влажная, с высокой пористостью
б) крупнозернистая, сухая, с низкой пористостью
в) мелкозернистая, сухая, с низкой пористостью
г) мелкозернистая, влажная, с высокой пористостью
6.Почва оказывает большое влияние на:
а) микроклимат местности
б) микрорельеф местности
в) строительство и благоустройство населенных мест
г) развитие растительности
7.Передача возбудителей кишечных заболеваний человеку из почвы происходит:
а) через пищевые продукты
б) через повреждённую кожу
в) с водой из подземных источников
г) из поверхностных вод
8.Подберите соответствующие показатели нормативов, характерных для чистой почвы:
9.Фактором передачи, каких инфекционных заболеваний является почва:
а) туберкулёз
в) брюшной тиф
г) дизентерия
д) дифтерия
е) сибирская язва
10.Повышенное содержание нитратов в почве при низком количестве хлоридов свидетельствует:
а) о давнем загрязнении почвы
б) о недавнем загрязнении почвы
в) о постоянном загрязнении почвы
г) о периодическом загрязнении почвы
11.Найдите логически верные окончания утверждений:
12.Подберите соответствующие характеристики:
13.Подберите верные заключения:
14. Подберите верные заключения:
Эталоны ответов на Тестовый контроль по теме:
Почва, ее физические и химические свойства,
Гигиеническое и экологическое значение
- А, Б, В, Г
- А, Б, В, Г
- Б, В, Г
- А, В, Г
- А, В, Г
- 1-В, 2-А, 3-Б
- 1-В, 2-А, 3-Б
- 1-Б, Г, Д, Ж 2-А, Б
- 1-Г, 2-Б, 3-А
- 1-Б, 2-Г, 3-А
Тема: 2.2. Вода, ее физические и химические свойства, гигиеническое и экологическое значение.
План.
1. Общие сведения о гидросфере. Гидросфера, структура гидросферы.
2. Эпидемиологическое значение воды.
3. Химический состав воды.
4. Источники водоснабжения.
5. Самоочищение в гидросфере.
Вода - драгоценнейший дар природы. Это один из наиболее существенных природных компонентов большого биологического круговорота, на котором зиждется вся экологическая система. Вода занимает особе е положение среди природных богатств Земли - она незаменима. Иссякнут запасы металлов - быть может удастся обойтись пластмассами; нехватит растительных и животных белков - научатся получать синтетические. Даже вместо обычного воздуха пригодна в некоторых случаях искусственная смесь газов. Вода же будет необходима во все века и всюду, где существуют земные формы жизни.
Большинство природных ресурсов планеты, к сожалению, не восстанавливается. Это относится, например, к нефти, углю, цветным и драгоценным металлам и др. Водные же ресурсы обладают замечательной особенностью-способностью к возобновлению в процессе круговорота в системе "океан-атмосфера-земля-океан".В природе работает гигантский механизм", возвращающий пресную воду, стекающую с материков в океаны и моря обратно на сушу. Этот механизм "запустила" в работу сотни миллионов лет назад энергия Солнца.
Из биологии нам известно, что жизнь зародилась в водной среде. Для многих видов животных и растений вода продолжает оставаться средой обитания. В процессе эволюции жизнь многих живых существ
переместилась на сушу. Несмотря на это, даже у самого высокоорганизованного млекопитающего человека оплодотворение происходит в жидкой среде, зародыш все время своего развития окружен околоплодными водами.
Принято делить воду на внутриклеточную, ее в организме 72%, и внеклеточную – 28%. Внеклеточная вода размещена внутри сосудистого русла, она входит в состав крови, лимфы, спиномозговой жидкости, она заполняет межклеточное пространство.
Все процессы в организме, химические, физико-химические и др, осуществляются в водной среде. Вода в организме служит растворителем продуктов питания и обмена веществ, вода переносит растворенные в ней вещества, вода ослабляет трение между соприкасающимися поверхностями в теле человека, вода участвует в терморегуляции организма за счет испарения, вода имеет главное значение в выделительной функции организма.
В организм вода поступает через пищеварительный тракт в виде жидкости или воды, содержащейся в плотных пищевых продуктах. Незначительная часть воды образуется в самом организме в процессе обмена веществ.
При избытке в организме воды наблюдается водное отравление. При недостатке воды в организме нарушается обмен веществ. Человеческий организм не способен выполнить значительное обезвоживание. Потеря 1-1, 5л, воды уже вызывает необходимость восстановления водного баланса, сигналом чего является ощущение жажды. Если потери воды не восстанавливаются, то в результате нарушения физиологических процессов снижается работоспособность, а при высокой температуре воздуха нарушается терморегуляция и возможен перегрев организма. Потеря води в количестве 15-20% массы тела может привести к смерти.
Без пищи, но при наличии воды человек может прожить до 2-х месяцев и более. Но при отсутствии воды он проживет всего несколько дней. Дело в том, что в результате жизнедеятельности в организме постоянно образуются экскреты, или как их сейчас модно называть «шлаки», которые отравляют организм.. Выделяются эти вещества только жидкостями организма, мочой, потом, испарением с по в. легких. Если экскреты не будут выделяться то наступит отравление организма собственными продуктами распада, что в конечном итоге приведет к смерти.
Баланс воды в организме складывается из ее потребления и выделения.
При нормальном физиологическом состоянии организм человека выделяет за сутки около 0,5л. с потом, такое же количество испаряется с поверхности легких, при дыхании несколько меньше - 0,4 л выделяется с мочой. А из этого следует, что и поступить в организм должно столько же воды, то есть, около З л.
Физиологическая потребность в воде одного человека за 70 лет жизни составляет 5От. минимум. С ростом численности населения на земном шаре потребность людей в воде резко возрастает. В современном городе только на бытовые нужды ежесуточно требуется 300-500 л. воды на одного человека.
2. Эпидемиологическое значение воды обусловлено тем, что она может явиться одним из важных путей распространения многих инфекционных заболеваний. Водным путем передаются холера, брюшной тиф, паратифы, бактериальная и амебная дизентерия, инфекционные энтериты, инф. гепатит и другие заболевания, в той числе вызываемые энтеровирусами. Возбудители этих заболеваний заражают воду при попадании в нее выделений больных и бацилоносителей. Причиной заражения воды могут быть также массовые купания, судоходство со сбросом нечистот в водоем, просачивание в подземные воды жидкости из выгребных туалетов и др.
Возбудители брюшного тифа и дизентерии сохраняются в течение 2-12 дней, а в замерзшей воде могут сохраняться в течение всей зимы. Еще более длительные сроки выживания холерных вибрионов. Считается, что они не только сохраняют жизнеспособность до 5 и более месяцев, но и размножаются, не только в речной, но и в водопроводной воде.
Третье условие - возбудители инфекционных заболеваний должны попасть с питьевой водой в организм человека. Это условие может
реализоваться при нарушении технологии на водозаборах или при неправильной эксплуатации водопроводной сети.
Косвенным показателем бактериального загрязнения воды является, кишечная палочка. Этот микроб является постоянным обитателем кишечника человека. Во внешнюю среду выделяется с калом. Следовательно, бак.показатели (коли-титр, норма 300, и коли-индекс 3 и меньше), это ни что иное как допустимая норма фекального загрязнения воды.
3.Химический состав воды
В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет в себе большее количество различных элементов и соединений, состав которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород.
Воды с большим содержанием селей имеют солоноватый или горьковатый привкус. Хлориды придают воде соленый привкус, а сульфаты горьковатый. Вода с. повышенной минерализацией влияет на секреторную деятельность желудка, нарушает водно-солевое равновесие, в результате чего нарушается обмен веществ в организме (Предел минерализации 1000 мг/л).
Наличие солей кальция и магния обуславливает жесткость воды. С увеличением жесткости воды ухудшается кулинарная обработка продуктов, в жесткой воде плохо растворяется мыло и моющие средства, жесткая вода способна закупоривать, поры кожи что ведет к преждевременному ее увяданию, жесткая вода способствует образованию накипи в чайниках и др. Уже давно существовали предположения о роли солей, обусловливающих жесткость воды, в развитию мочекаменной болезни. В настоящее время урологами выделяются так называемые каменные зоны территории, на которых мочекаменная болезнь может считаться эндемическим заболеванием. Имеются данные, что вода с низким содержанием солей жесткости способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Результаты исследований свидетельствуют, что каждый элемент, содержащийся в питьевой воде, оказывает физиологическое развитие не сам по себе, а в сочетании с другими.
Наиболее изучено влияние на организм элементов фтора и йода, Эти химические элементы вымываются водой из почвы. Они способны вызывать эндемические заболевания. Недостаток йода вызывает эндемический зоб, недостаток фтора -кариес зубов, избыток фтора - флюороз. Подробное действие этих элементов рассматривается в главе "Почва"
В воде могут находиться и азотсодержащие химические вещества.. Наличие аммонийного азота и нитритов говорит о том, что в воде происходит разложение белковых остатков, трупов животных, мочи, фекалий. Нитраты представляют собой конечный продукт окисления аммонийных селей. Наличие в воде нитратов при отсутствии аммонийных солей и нитритов указывает на сравнительна давнее попадание в воду азотсодержащих веществ, которые; уже успели минерализоваться..
Обогащение воды, связанным азотам, нитратами, приводит к чрезмерному росту водорослей. Колодцы начинают "цвести" из-за бурного развития сине-зеленых водорослей. Увеличение нитратов в открытых водоемах также приводит к чрезмерному росту водорослей. Отмирая, они подвергаются анаэробному бактериальному разложения. Это приводит к дефициту кислорода и гибели рыб и других водных животных. Это явление широко наблюдается в реках нашей страны. Сами нитраты, как известно, не способствуют образованию метгемоглобина. Их вредное действие проявляется тогда, когда под действием микрофлоры кишечника они восстанавливаются в нитриты. Всасывание нитритов приводит к повышению содержания метгемоглобина в крови.
В последние годы внимание экологов привлекают нитрозамины вещества, образующиеся при взаимодействии нитратов с алифатическими и ароматическими аминами. Эти соединения широко используют в промышленности. Нитрозамины являются весьма активными канцерогенами. Многообразие возможных путей поступления нитрозаминов в воду источников хозяиснтвенно-питьевого водоснабжения, хорошая их растворимость, придают питьевой воде значение одного из основных путей поступления нитрозаминов в организм человека.
Чаще всего природа наш естественный лекарь. Использование, в частности, влияния метеорологических условий лежит в основе климато- терапии. Здесь, кроме всего, хорошо известных основных друзей нашего здоровья - солнце, воздуха и воды, важная роль принадлежит и другим факторам - минеральным водам, лечебным грязям и др.
Главное в лечебном действии минеральных вод наличие в их составе минеральных веществ. Широкие применение находят они при лечении заболеваний желудочно-кишечного тракта, лечении желчного пузыря, поджелудочной железы и др. Углекислые ванны дают, например хороший эффект при заболеваниях сердечно-сосудистой и дыхательной системы. Сероводородные ванны улучшают работу нервной, сердечно-сосудистой систем, оказывают благотворное влияние на течение обменных процессов.
В нашей стране некоторые минеральные Воды, лечебные грязи по своей природе уникальны.
Однако при использовании даров природы для укрепления здоровья совершенно необходимо учитывать индивидуальные особенности человека, его возраст, характер недуга.
Наша планета богато снабжена водой. Гидросфера Земли содержит примерно 1,5 млрд.км 3 , но более 96% из них - соленая вода морей и океанов, покрывающих почти 7% всей поверхности Земли.
Меньше 3% всех запасов.воды составляют пресные воды. Причем основные ее запасы - подземные и ледниковые. Ученые подсчитали что из огромных запасов воды на Земле только 1% годится для питья, причем 1/5 этих вод сосредоточена в Байкале.
Заманчивой кажется перспектива опреснения морской воды, количество которой практически неограниченно, однако для ее опреснения требуется огромная энергия. Чем белее загрязняется окружающая среда, тем труднее удовлетворить потребности населения в воде. В то время как водоемы все больше загрязняются и вода утрачивает свою биологическую ценность, население мира увеличивается большими темпами. Возникает серьезное противоречие, которое необходимо разрешить.
4. Источники водоснабжения.
Источниками централизованного водоснабжения служат поверхностные воды (их доля составляет 68%) и подземные воды (32%).
Атмосферные воды (снег, дождевая вода) для хозяйственно-питьевого водоснабжения используются только в маловодных районах, Заполярье и на Юге. Эта вода слабо минерализована, очень мягкая, содержит мало органических веществ и свободна от патогенных микроорганизмов.
Подземные воды, располагаясь под землей, образуют в зависимости от залегания несколько водоносных горизонтов.
Атмосферные осадки, фильтруясь через поры водопроницаемых пород и скапливаясь над первым от поверхности водонепроницаемым пластом (глина, гранит, водонепроницаемые известняки), образуют первый водоносный горизонт, который называют грунтовые воды. Глубина залегания грунтовых в&ц в зависимости от местных условий колеблется от ]%^ 2 до нескольких десятков метров. При фильтрации вода освобождается от взвешенных частиц и микроорганизмов и обогащается минеральными солями.
Грунтовые воды прозрачны, имеют невысокую цветность. Количество растворенных солей невелико, но повышается с увеличением глубины залегания. При мелкозернистых породах (начиная с глубины 5-6 м) вода почти не содержит микроорганизмов.
Грунтовые воды, благодаря их доступности широко используются в сельских местностях путем устройства колодцев.
Следует отметить, что первый водоносный горизонт легко загрязняется как патогенными микроорганизмами, так и токсическими химическими веществами при бытовом или техногенном загрязнении почвы.
Грунтовые воды могут проникать в область между двумя слоями породы - водоупорным ложем и водоупорной крышей. Такие воды называются меж-пластовыми. В зависимости от местных условий межпластовые воды могут образовывать второй, третий, четвертый водоносные уровни. Вода на этих уровнях может заполнять все пространство и, если пробурить кровлю, поднимается на поверхность земли, а иногда даже изливается фонтаном. Такую воду называют артезианской.
Межпластовые воды имеют стабильный минеральный состав, их температура колеблется в пределах 5-12° С. Однако встречаются подземные воды с избытком солей: очень жесткие, соленые, горько-соленые, богатые фтором, железом, сероводородом или радиоактивными веществами.
В связи с тем, что межпластовые воды проходят длинный путь под землей, а сверху покрыты одним или несколькими водоупорными слоями, защищающими их от загрязнения с поверхности почвы, они свободны от бактерий и, как правило, могут использоваться для питьевого водоснабжения, не подвергаясь обеззараживанию. Благодаря постоянному и большому дебиту (от 1 до 20 м 3 /ч и больше), а также хорошему качеству межпластовые воды представляют лучший источник водоснабжения для водопроводов небольшой и средней мощности.
Подземные воды могут самостоятельно выходить на поверхность земли. Это - родники. Родники могут быть образованы как грунтовыми, так и межплас-товыми водами. Качество родниковой воды в большинстве случаев хорошее и зависит от водоносного горизонта, питающего родник. При правильном каптаже - заключении воды в трубы с целью предотвращения загрязнения и хорошо организованной площадки водоразбора - эту воду можно использовать для питьевых целей.
Открытые водоемы - это озера, реки, ручьи, каналы и водохранилища. Все открытые водоемы подвержены загрязнению атмосферными осадками, талыми и дождевыми водами, стекающими с поверхности земли. Особенно сильно загрязнены участки водоема, прилегающие к населенным пунктам и местам спуска бытовых и промышленных сточных вод. Для исключения эпидемиологической опасности вода всех открытых водоемов нуждается в тщательной проверке.
Органолептические свойства и химический состав воды открытых водоемов зависят от ряда условий. Глинистые породы обусловливают высокую мутность, а открытые водоемы в заболоченных местностях характеризуются высокой цветностью.
Поверхностные воды, как правило, мягкие и слабоминерализованные. Для них характерно изменение качества воды в зависимости от сезона (таяние снегов, ливневых дождей). При необходимости использовать открытый водоем для централизованного водоснабжения предпочтение отдают крупным и проточным водоемам, достаточно защищенным от загрязнения сточными водами.
1. Самоочищение в гидросфере.
Каждый водоем - это сложная живая система, где обитают растения, специфические организмы, в том числе и микроорганизмы, которые постоянно размножаются и отмирают, что обеспечивает самоочищение водоемов. Факторы самоочищения водоемов многочисленны и многообразны. Условно их можно разделить на три группы: физические, химические и биологические.
Физические факторы - это разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений, осаждение в воде нерастворимых осадков, в том числе и микроорганизмов. Понижение температуры воды сдерживает процесс самоочищения, а ультрафиолетовое излучение и повышение температуры воды ускоряет этот процесс.
Из химических факторов самоочищения следует отметить окисление органических и неорганических веществ. Часто оценку самоочищения водоема дают по биохимической потребности кислорода (ВПК) и по конкретным соединениям в воде - углеводородам, смолам, фенолам и др.
Санитарный режим водоема характеризуется прежде всего количеством растворенного в нем кислорода. Его должно быть не менее 4 мг/л в любой период года.
К биологическим факторам самоочищения водоемов относится размножение в воде водорослей, плесневых и дрожжевых грибков. Кроме растений, самоочищению способствуют и представители животного мира: моллюски, некоторые виды амеб.
Самоочищение загрязненной воды сопровождается улучшением ее органолептических свойств освобождением от патогенных микроорганизмоЧ^Ско-рость самоочищения зависит от степени загрязнения воды, сезона года. При небольшом загрязнении вода в основном самоочищается за 3-4 суток.
Отрицательное влияние на процесс самоочищения оказывает загрязнение водоема химическими веществами (азот, фосфор), ароматическими углеводородами и нефтепродуктами. Самоочищение воды от нефти растягивается на длительное время (месяцы, а на реках с малым током даже на годы).
Санитарные правила предлагают выбирать источники водоснабжения в следующем порядке:
1. Межпластовые напорные (артезианские) воды.
2. Межпластовые безнапорные воды.
3. Грунтовые воды.
4. Открытые водоемы.
Контрольные вопросы
1. По какой системе происходит возобновление воды в процессе ее круговорота?
2. Что означает внутриклеточная и внеклеточная вода?
3. Какие важнейшие функции выполняет вода в организме?
4. Какое количество жидкости должен потреблять человек в сутки?
5. Какие условия необходимы для распространения инфекционных заболеваний через воду?
6. Как вы жжете определить мягкая или жесткая вода в вашем доме?
7. К каким последствиям приводит употребление воды с повышенной жес ткостью?
8. К каким последствиям приводит повышенное содержание нитратов в водоемах?
9. Как на организм человека влияют нитрозамины?
10. каково значение минеральных вод?
II. Какой процент из всех вод Земли годится для питья?
Почва - огромная естественная лаборатория, в которой беспрерывно протекают самые разнообразные сложные процессы разрушения и синтеза органических веществ, образуются новые неорганические соединения, происходит отмирание патогенных бактерий, вирусов, простейших, яиц гельминтов. Почву используют для очистки и обезвреживания хозяйственно-бытовых сточных вод, жидких и твердых бытовых отходов, образующихся в населенных пунктах. Почва оказывает значительное влияние на климат местности, характер растительности, планировку и застройку населенных мест и отдельных зданий, их благоустройство и эксплуатацию.
В условиях сельскохозяйственного производства в почву целенаправленно вносят большое количество разнообразных пестицидов, минеральных удобрений, структурообразователей почвы, стимуляторов роста растений. С жидкими и твердыми бытовыми и промышленными отходами, сточными водами, выбросами промышленных предприятий и автотранспорта в почву попадают поверхностно-активные вещества (ПАВ), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), большое количество тяжелых металлов, нефтепродукты и т. д. с последующей миграцией в подземные и поверхностные водоемы - источники водоснабжения, а оттуда в питьевую воду, в сельскохозяйственные растения, атмосферный воздух. Почва может быть фактором передачи инфекционных заболеваний и инвазий. Таким образом, она оказывает большое влияние на здоровье населения.
Еще в глубокой древности различали почвы "здоровые" и "нездоровые". "Здоровыми" считались местности, расположенные на возвышенностях, с сухими почвами, хорошо проветриваемые и инсолируемые. К "нездоровым" относили территории, расположенные в низменностях, холодные, затопляемые, сырые, с частыми туманами. Поэтому почва имеет важное гигиеническое значение для здоровья населения и благоустройства населенных мест и является:
1) главным фактором формирования естественных и искусственных биогеохимических провинций, которые играют ведущую роль в возникновении и профилактике эндемических заболеваний среди населения;
2) средой, которая обеспечивает циркуляцию в системе окружающая среда - человек химических и радиоактивных веществ, используемых в народном хозяйстве, а также экзогенных химических веществ, которые попадают в почву с выбросами промышленных предприятий, авиа- и автотранспорта, сточными водами, а значит, фактором, влияющим на здоровье населения;
3) одним из источников химического и биологического загрязнения атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, а также растений, используемых человеком для питания;
4) фактором передачи инфекционных заболеваний и инвазий;
5) естественной, наиболее подходящей средой для обезвреживания жидких и твердых отходов. р
Эндемическое значение почвы. Почва является средой, в которой происходят процессы трансформации солнечной энергии. По данным В.А. Ков-ды, растения ежегодно аккумулируют почти 0,5 х 1015 кВт солнечной энергии.
Человечество же использует в виде топлива, пищевых продуктов и корма для скота лишь 7 х 1012 кВт. Доказано, что сегодня и в будущем система почва - растения - животные в жизни людей останется главным поставщиком трансформированной энергии Солнца.
Почва является тем элементом биосферы, который формирует химический состав пищевых продуктов, питьевой воды и частично - атмосферного воздуха. Ежегодно на Земле вырабатывается 8,3 х Ю10 т живого вещества, представленного в основном фитомассой растений. За всю историю биосферы общая масса произведенного ею живого вещества почти в 2 раза превысила неорганическую массу земной коры. За год человечество нашей планеты использует в пищу около 3,6 х 108 т живого растительного вещества, что составляет 0,5% от производимого на Земле. Естественно, что потребляемая человеком с пищей фитобиомасса непосредственно или через продукты питания животного происхождения должна быть безвредной по химическому составу.
Научно обосновано, что химический состав фитобиомассы зависит от естественного химического состава почвы, т. е. эндогенных химических веществ, присутствующих в почве, а также от качества и количества экзогенных химических веществ, которые попали в почву случайно или целенаправленно вносятся с целью повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Описаны случаи отравления людей и животных, употреблявших фитомассу растений, выращенную на земельных участках эндемичных районов, которая содержала повышенную концентрацию некоторых химических веществ. Известны также и заболевания, связанные с недостаточным содержанием в почве, и соответственно, в суточном рационе, определенных микроэлементов.
Так, растения, которые выросли в районах, эндемичных по содержанию в почве селена, могут накапливать до 5000 мг/кг этого микроэлемента. Употребление такой фитомассы, полученной на щелочных землях США, Канады, Ирландии, приводило к отравлению людей и массовой гибели сельскохозяйственных животных. Селеновый токсикоз получил название "щелочной " болезни. В то же время селен - биомикроэлемент, и он обязательно должен поступать в организм человека в физиологически оптимальной суточной дозе (0,05-0,2 мг). В некоторых регионах Китая, Египта и Швеции содержание селена в почвах значительно меньше кларка (среднее содержание в земной коре). Такое низкое содержание селена в почве и соответственно в растительных продуктах является причиной возникновения болезни Кешана - селенового гипомикроэле-ментоза, при котором наблюдается ювенильная кардиопатия, повышен риск развития атеросклероза, гипертонической болезни, эндокринопатий, новообразований, встречаются хронический дерматит (зуд, слущивание кожи), артралгия.
Установлена связь между повышенным содержанием в почве молибдена и заболеваемостью молибденовой подагрой, раком пищевода, нарушением репродуктивной функции. Молибденовая подагра (гипермикроэлементоз молибдена) является эндемическим заболеванием для некоторых районов Армении (Анкаван и Кадражан). Избыточное поступление молибдена в организм человека (суточная потребность составляет 0,1-0,3 мг) приводит к повышению активности ксантиноксидазы и усиленному образованию мочевой кислоты и ее солей (уратов).
В некоторых районах Забайкалья, Восточной Сибири (Читинская, Амурская, Иркутская области), Кореи и Китая зарегистрирована так называемая уров-ская болезнь, или болезнь Кашина-Бека. В почвах этих регионов повышено содержание многих микроэлементов (стронция, железа, марганца, цинка, свинца, серебра, фтора) на фоне низкого содержания кальция. Болезнь Кашина- Бека (эндемический полигипермикроэлементоз) протекает в виде остеодефор-мирующего остеоартроза, особенно межфаланговых (медвежья лапа), тазобедренных суставов и позвоночника (утиная походка).
Чрезвычайно актуальной проблемой в Украине был эндемический зоб, который регистрировали у людей, длительное время проживающих в Карпатах и Полтавской области. В почвах этих местностей очень низкое природное содержание йода, что приводило к недостаточному его поступлению (суточная потребность человека - 0,2-0,3 мг) в организм с местными продуктами питания. Недостаток йода обусловливал гиперплазию щитовидной железы за счет гипертрофии соединительной и атрофии железистой ткани, т. е. отмечались признаки гипотиреоза (снижение обмена веществ, повышение температуры тела, ожирение, пассивность, апатия, снижение трудоспособности, выпадение волос). У детей наблюдались врожденные дефекты развития, умственная отсталость.
Загрязнение почвы мышьяком приводит к копытной болезни, которую впервые зарегистрировали в Японии. Заболели свыше 12 тыс. лиц, из них 120 детей умерли. Заболевание проявлялось признаками гиперкератоза, наблюдались выпадение волос, ломкость ногтей, неврит, паралич, нарушение зрения, поражение печени. Была доказана связь между содержанием мышьяка в почве и уровнем заболеваемости раком желудка.
В настоящее время, кроме естественных эндемичных по тому или иному химическому элементу почвенных регионов, появились искусственные биогеохимические районы и провинции. Их появление связано с использованием различных пестицидов, минеральных удобрений, стимуляторов роста растений, а также с поступлением в почву промышленных выбросов, сточных вод и отходов.
Население, длительно проживающее в этих провинциях, постоянно подвергается неблагоприятному воздействию экзогенных химических веществ. В таких искусственных геохимических провинциях отмечаются повышение уровня заболеваемости, количества случаев врожденных уродств и аномалий развития. Кроме того, уменьшается способность почвы к самоочищению. Помимо отдаленных последствий, в искусственных геохимических провинциях наблюдаются случаи не только хронических, но и острых отравлений при использовании ручного труда и проведении механизированных работ на сельскохозяйственных полях, приусадебных участках, садах, обработанных пестицидами, а также на земельных угодьях, загрязненных экзогенными химическими веществами, содержащимися в атмосферных выбросах промышленных предприятий. Так, например, загрязнение почвы фтором за счет выбросов промышленных предприятий приводило к некрозу листьев виноградной лозы и абрикосовых деревьев в долине Роны (Швейцария). Употребление продуктов
Растительного происхождения, выращенных на почве с высоким содержанием фтора, приводило к развитию флюороза. Регистрировали нарушение кроветворения у детей, а также фосфорно-кальциевого обмена, увеличение количества больных с поражением печени и почек, гастритом.
Такой загрязнитель, как никель, является токсичным для растений, почвенных микроорганизмов и человека. Он угнетает гидролитические ферменты в грубогумусной оподзоленной лесной почве. Техногенное загрязнение почвы никелем отрицательно влияло на здоровье населения, в результате чего повышался уровень заболеваемости шизофренией, раком легких и желудка.
Повышенное вследствие поступления с промышленными выбросами содержание в почве бора приводило к возникновению борного энтерита.
В незагрязненной почве ртуть обычно находится в виде следов. Поступление же в почву даже незначительных количеств ртути влияет на ее биологические свойства. Ртуть понижает амонифицирующую и нитрифицирующую активность, действие дегидрогеназ. Повышенное содержание ртути неблагоприятно влияет на организм человека. Наблюдаются увеличение частоты заболеваний нервной и эндокринной систем, мочеполовых органов у мужчин, снижение фертильности.
В свинцовых искусственных биогеохимических провинциях увеличивалось число случаев заболеваний кроветворной и репродуктивной систем, органов внутренней секреции, учащались случаи злокачественных новообразований разной локализации. Кроме того, свинец угнетает деятельность не только нитрифицирующих бактерий, но и микроорганизмов - антагонистов кишечной и дизентерийной палочек Флекснера и Зонне, увеличивает сроки самоочищения почвы. К микроэлементам, повышенное содержание которых в почве приводит к неблагоприятным изменениям, относятся также ванадий, таллий, вольфрам и др.
Аналогично накоплению в почве неорганических химических элементов и веществ избыточное содержание органических химических соединений приводит к образованию искусственных геохимических провинций. К ним относятся прежде всего пестициды.
Использование в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов стойких в окружающей среде полихлорированных бифенилов привело к значительному загрязнению ими почв на рисовых полях Японии. Именно здесь в Кюсю впервые зарегистрировали болезнь Юшо, или масляную болезнь. Заболели тогда более 1000 человек. Причиной заболевания стало употребление рисового масла, содержащего полихлорированные бифенилы. Отравление сопровождалось тошнотой, рвотой, слабостью, гиперкератозом кожи, хлоракнэ, бронхитом, гепатитом, неврологическими нарушениями. Полихлорированные бифенилы обладают способностью преодолевать трансплацентарный барьер и попадают в молоко. Поэтому заболевание регистрировали даже у новорожденных, матери которых во время беременности употребляли загрязненное растительное масло. Доказано канцерогенное действие полихлорированных бифенилов.
В искусственно созданных эндемических провинциях вследствие миграции экзогенных химических веществ из почвы в атмосферный воздух, воду или растения наблюдаются случаи острого и хронического отравления, аллергических заболеваний. Отмечается также повышение бластомогенной опасности почвы, что связано с повышенным содержанием в ней бензпирена и подобных ему соединений. Обычно это бывает вблизи аэродромов, а также вдоль "коридоров" движения самолетов. Искусственные геохимические провинции с повышенным содержанием канцерогенных веществ в почве наблюдаются также вблизи ТЭЦ с малоэффективными золоуловителями, автомагистралей, после лесных пожаров и т. п.
Почва является средой, которая определяет циркуляцию экзогенных химических веществ в системе окружающая среда-человек и может стать источником загрязнения атмосферного воздуха, воды, пищевых продуктов. Почва - это ведущее звено круговорота веществ в природе, среда, в которой непрерывно протекают разнообразные сложные процессы разрушения и синтеза органических веществ. Органические вещества, поступающие в почву в естественных условиях в виде остатков растений и животных, а также продуктов их жизнедеятельности, разрушаются различными сапрофитными почвенными микроорганизмами: бактериями, актиномицетами, грибами, водорослями, простейшими и др. В присутствии кислорода аэробные микроорганизмы разлагают углеводы до углерода диоксида и воды.
Жиры в аэробных условиях расщепляются на глицерин и жирные кислоты, которые распадаються на углерода диоксид и воду. Распад белковых соединений происходит в 2 этапа. На первом этапе - аммонификации - белки распадаются до аминокислот, которые, в свою очередь, разрушаются до аммиаа и солей аммония, а также кислот жирного и ароматического рядов. В аэробных условиях параллельно происходит второй этап минерализации азотсодержащих соединений - нитрификации, когда аммиак окисляется до нитритов, а последние - до нитратов. Таким образом, благодаря процессам разрушения органические соединения преобразуются в те формы неорганических веществ, в которых они могут стать питательным материалом для растений и снова попадают в круговорот веществ в природе.
Почва является ведущим звеном миграции химических веществ на нашей планете. К тому же в процессы миграции включаются вещества как естественного, так и антропогенного (техногенного) происхождения. Миграция осуществляется по коротким (почва - растение - почва; почва - вода - почва; почва - воздух - почва) и длинным (почва - растение - животное - почва; почва - вода - растение - почва; почва - вода - растение - животное - почва; почва - воздух - вода - растение - почва и др.) миграционным цепочкам. Пищевые цепочки могут быть чрезвычайно сложными. В них может накапливаться, концентрироваться химическое вещество. Например, в результате использования в сельском хозяйстве в качестве инсектицида ДДТ и его дальнейшей миграции концентрация этого вещества в воде озера Мичиган составляла 2 х 10"6 мг/л, в иле - 1,4 х 10"2 мг/кг, в тканях креветок - 0,41 мг/кг, в мясе рыб - 6 мг/кг, в тканях чаек - 99 мг/кг.
В эти же цепочки миграции включается и человек, который употребляет питьевую воду, пищевые продукты растительного и животного происхождения, дышит атмосферным воздухом.
Природное аномально высокое или низкое содержание в почве эндогенных для нее химических веществ, их миграция из почвы в смежные среды (воду водоемов, атмосферный воздух, растения) и по пищевым цепочкам обусловливает образование естественных биогеохимических провинций, возникновение эндемических заболеваний. Экзогенные химические вещества, которые попадают в почву случайно (со сточными водами и твердыми отходами, промышленными выбросами в атмосферу, выбросами автотранспорта) или вносят преднамеренно (химические средства защиты растений, минеральные удобрения, структурообразователи почвы), циркулируют в окружающей среде по таким же миграционным цепочкам. С ними связано образование искусственных биогеохимических провинций.
Следовательно, почва является главным элементом биосферы, где происходят процессы миграции, трансформации и обмена всех химических веществ на нашей планете.
Почва как ведущий элемент биосферы играет важную роль в формировании качества воды источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, к которым относятся в первую очередь подземные воды (грунтовые, межпластовые напорные и безнапорные), а также поверхностные водоемы (реки, озера, водохранилища). Химический состав воды поверхностных и подземных водоемов тесно связан с химическим составом почвы (см. с. 60).
Почва влияет на качественный состав атмосферы. Разнообразные по физико-химическим свойствам химические соединения, которыми перенасыщена почва вследствие техногенного загрязнения, путем испарения поступают в атмосферный воздух, накапливаются в приземном слое в концентрациях, превышающих предельно допустимые, т. е. достигают уровней, опасных для здоровья человека. Взаимодействие почвы с атмосферным воздухом - чрезвычайно сложный процесс.
Следует заметить, что почва имеет поры, и если она сухая, то они заполнены почвенным воздухом. Концентрации газов и паров в почвенном воздухе отличаются от таковых в атмосфере. Поэтому постоянно происходит диффузия, т. е. перемещение по градиенту концентраций: газообразные вещества, которых много в почвенном воздухе (например, углерода диоксид), поступают в приземный слой атмосферы и, наоборот, газы, парциальное давление которых в атмосфере выше (например, кислород), перемещаются в почву. Кроме того, существует так называемое дыхание почвы, которое связано с одновременным поступлением всей смеси газов и паров, образующих почвенный воздух, в приземный слой атмосферы при повышении температуры почвы и снижении барометрического давления.
Примером влияния химического состава почвы на качество атмосферного воздуха является природная ртутная биогеохимическая провинция горного Алтая, расположенная на территории залегания ртутьсодержащих руд. Почвы этой провинции содержат ртуть в концентрациях от 0,3 до 12,0 мг/кг, хотя в почвах других территорий она колеблется в пределах 0,04-0,12 мг/кг. Уровень ртути в атмосферном воздухе провинции составляет 7-13 мкг/м3, что также значительно превышает средний фоновый уровень для паров ртути в приземном слое атмосферы - 0,002 мкг/м3. Содержание ртути в моче жителей этой местности также повышено. К тому же оно возрастало с увеличением продолжительности контакта: среди детей дошкольного возраста составляло 0,014 мг/л, среди школьников - 0,021 мг/л, среди взрослых - 0,033 мг/л. Наблюдалось повышение заболеваемости населения (болезни нервной и эндокринной систем, мочеполовой системы у мужчин), снижение фертильности.
Еще одним примером влияния почвы на состояние атмосферного воздуха является образование так называемого токсического тумана на сельскохозяйственных полях, обработанных пестицидами. Следует отметить, что из почвы, обработанной пестицидами, особенно высоколетучими фосфорорганическими соединениями, постоянно испаряется определенное количество пестицида. Этот процесс длится до достижения динамичного равновесия между пестицидом, который находится в почве, и его парами в приземном слое воздуха. Вследствие этого в приземном слое сухого воздуха формируются определенные концентрации пестицидов, которые в отдаленные сроки (через 1-2 нед) после обработки полей в большинстве случаев невысокие и безопасные для здоровья. Но при определенных метеорологических условиях, которые способствуют образованию тумана на полях, концентрации пестицидов в приземном слое воздуха могут значительно повышаться. Это происходит следующим образом. Вследствие предшествующих дождей почва обильно увлажнена. За ночь температура воздуха снижается. Почва обладает высокой теплоемкостью и лучше удерживает тепло. Поэтому утром почва теплее воздуха. Влага с теплой поверхности почвы испаряется и в виде пара попадает в холодный воздух. Происходит ее конденсация с образованием мелкодисперсного водяного тумана (аэрозоля), который при неблагоприятных метеорологических условиях (температурная инверсия, малые скорости ветра) некоторое время не рассеивается. На поверхности мельчайших капелек водяного тумана сорбируются молекулы пестицидов, находившиеся в виде пара в приземном слое сухого воздуха. Площадь поверхности капелек водного тумана очень большая. Теперь в воздухе отсутствует паровая фаза пестицида. Это нарушает динамическое равновесие, для достижения которого новая порция пестицида испаряется из почвы в воздух и зависит от его физических параметров: водности и дисперсности. Водяные частицы тумана имеют малые размеры, но характеризуются большой величиной суммарной поверхности в единице объема, на которой происходит адсорбция паров пестицидов. Вследствие адсорбции молекул пестицидов на поверхности капелек водяного тумана снижается упругость их паров, и для восстановления равновесия с поверхности почвы испаряется дополнительная порция пестицидов до достижения адсорбционного равновесия и равновесной упругости паров. В результате этого концентрация пестицидов в приземном слое атмосферы может превысить ПДК на величину от одного до нескольких порядков. Такие концентрации уже является опасными для здоровья и могут вызвать острые отравления.
Приведенные примеры свидетельствуют о том, что атмосферный воздух, загрязненный химическими веществами, мигрировавшими из почвы, может быть опасным для здоровья людей.
Почва как фактор передачи возбудителей инфекционных заболеваний и инвазий людей (эпидемиологическое значение почвы). Эпидемиологическое значение почвы состоит в том, что в ней, несмотря на антагонизм почвенной сапрофитной микрофлоры, возбудители инфекционных заболеваний могут достаточно продолжительное время сохранять жизнеспособность, вирулентность и патогенность. Так, в почве, особенно в ее глубоких слоях, сальмонеллы брюшного тифа могут выживать до 400 сут. В течение этого времени они могут загрязнять подземные источники водоснабжения и заражать человека. Достаточно длительное время в почве могут сохраняться не только патогенные микроорганизмы, но и вирусы (табл. 46).
Особенно долго (20-25 лет) в почве сохраняются споры анаэробных микроорганизмов, которые постоянно встречаются в почве населенных мест. К ним относятся возбудители столбняка, газовой гангрены, ботулизма, сибирской язвы. Длительное пребывание в почве указанных патогенных микроорганизмов и их спор является причиной возникновения соответствующих инфекционных заболеваний при попадании в рану человека загрязненной почвы, употреблении загрязненных пищевых продуктов.
Загрязненная почва может выполнять роль фактора передачи человеку возбудителей как антропонозных, так и зооантропонозных инфекций. Среди ан-тропонозных - кишечные инфекции бактериальной природы (брюшной тиф, паратифы А и Б, бактериальная и амебная дизентерия, холера, сальмонелле-зы, эшерихиоз), вирусной этиологии (гепатит А, энтеровирусные инфекции - полиомиелит, Коксаки, ECHO) и протозойной природы (амебиаз, лямблиоз). К зооантропонозам, которые могут распространяться через почву, относятся: лептоспироз, в частности безжелтушная форма, водная лихорадка, инфекционная желтуха, или болезнь Васильева-Вейля, бруцеллез, туляремия, сибирская язва. Через почву могут передаваться также микобактерии туберкулеза. Особенно велика роль почвы в передаче глистных инвазий (аскаридоза, трихо-цефаллеза, дифиллоботриоза, анкилостомидоза, стронгилоидоза). Для указанных инфекций и инвазий характерен фекально-оральный механизм передачи, который для кишечных инфекций является ведущим, а для других - одним из возможных.
ТАБЛИЦА 46 Выживаемость некоторых патогенных микроорганизмов в почве
Фекально-оральный механизм передачи инфекционных заболеваний через почву - многоэтапный процесс, характеризующийся последовательным чередованием трех фаз: выделение возбудителя из организма в почву; пребывание возбудителя в почве; внедрение возбудителя в видово-детерминированный организм биологического хозяина и сводится к следующему. Патогенные микроорганизмы или яйца геогельминтов с экскрементами больного человека или носителя инфекции или же больного животного (при зооантропонозных инфекциях) попадают в почву, в которой какое-то время сохраняют жизнеспособность, патогенные и вирулентные свойства. Находясь в почве, возбудители инфекционных заболеваний могут попасть в воду подземных и поверхностных источников, а оттуда в питьевую воду, с которой попадают в организм человека. Кроме того, из почвы возбудители могут попасть на овощи, ягоды и фрукты, на руки. Их распространяют также грызуны, мухи и другие насекомые. Передача инфекции может происходить следующими путями:
Известен случай эпидемии брюшного тифа, охватившей за 36 дней 60% воспитанников детского сада. Инфицированным оказался песок на игровых площадках. Возбудители брюшного тифа попали в организм детей через загрязненные песком руки. Имеются данные о проникновении возбудителей брюшного тифа и дизентерии из загрязненной почвы в грунтовую воду, что привело к вспышкам кишечных инфекций у населения, которое пользовалось водой из колодца.
Следует отметить, что споры сибирской язвы, микобактерии туберкулеза, вирусы полиомиелита, Коксаки и ECHO, возбудители еще некоторых инфекций дыхательных путей могут распространяться с почвенной пылью, т. е. воздушно-пылевым путем, вызывая соответствующие инфекционные заболевания. Кроме того, заражение людей сибирской язвой возможно во время непосредственного контакта с инфицированной почвой (через поврежденную кожу).
Спорообразующие клостридии (Cl. botulinum, Cl. tetani, Cl. perfringens, Cl. histolyticum и др.) попадают в почву преимущественно с экскрементами животных и людей. Споры клостридии ботулизма обнаруживают не только в культивируемой, но и в необработанной почве. Они выделены в пробах почвы Калифорнии (70% случаев), Северного Кавказа (40%), их находили в прибрежной зоне Азовского моря, в иле и морской воде, на поверхности овощей и фруктов, в кишечнике здоровых животных, свежей красной рыбы (осетр, белуга и др.), в кишечнике (15-20%) и в тканях (20%) уснувшей рыбы. Нарушение технологии обработки продуктов на предприятиях пищевой промышленности и в домашних условиях, особенно консервов из овощей, мяса и рыбы, а также при копчении и солении рыбы, изготовлении колбасных изделий приводит к размножению палочки ботулизма и накоплению ботулинического токсина. Употребление в пищу таких продуктов приводит к развитию тяжелого заболевания с симптомами поражения центральной нервной системы.
Споры возбудителей столбняка и газовой гангрены проникают в организм человека через поврежденную кожу и слизистые оболочки (мелкие, обычно колотые, раны, ссадины, занозы, через некротизированнные ткани при ожогах). Почва и почвенная пыль при столбняке являются одним из факторов передачи инфекции.
Почва играет специфическую роль в распространении геогельминтозов - аскаридоза, трихоцефаллеза, анкилостомидоза, стронгилоидоза. Выделенные в почву (незрелые) яйца Ascaris lumbricoides, Trichiuris trichiura, Ancylostoma duodenale и Stronguloides stercoralis не способны вызвать инвазию. Оптимальные условия для развития (дозревания) яиц в почве создаются при температуре от 12 до 38 °С, достаточной влажности и наличии свободного кислорода. В зависимости от условий дозревание яиц геогельминтов длится от 2-3 нед до 2-3 мес. Лишь после этого они становятся инвазивными, т. е. способными при попадании в организм человека через загрязненные руки, овощи, фрукты и другие продукты питания вызвать болезнь. Яйца геогельминтов, попадая на поверхность почвы, отмирают, но на глубине от 2,5 до 10 см, защищенные от инсоляции и высыхания, они сохраняют жизнеспособность, по последним данным, до 7-10 лет.
Эпидемиологическое значение почвы состоит еще и в том, что загрязненная органическими веществами почва является местом обитания и размножения грызунов (крыс, мышей), являющихся не только переносчиками, но и источниками многих опасных зооантропонозов - чумы, туляремии, лептос-пироза, бешенства.
Кроме того, в почве живут и размножаются мухи, являющиеся активными переносчиками возбудителей кишечных и других инфекционных заболеваний.
Наконец, в почве может происходить естественное обеззараживание сточных вод и отходов от содержащихся в них патогенных микроорганизмов и гельминтов.
Почва является естественной средой для обезвреживания жидких и твердых бытовых и промышленных отходов. Это та система жизнеобеспечения Земли, тот элемент биосферы, в котором происходит детоксикация (обезвреживание, разрушение и превращение в нетоксические соединения) основной массы поступающих в нее экзогенных органических и неорганических веществ. По словам известного гигиениста XIX ст. Рубнера, почва является "... единственным местом, удовлетворяющим всем требованиям и дарованной самой природой для обезвреживания загрязнений. Но ее детоксикационная способность имеет предел, или порог, экологической адаптационной возможности".
При превышении порога экологической адаптационной возможности почвы нарушаются характерные для данного вида почвы величины естественных процессов самоочищения, и она начинает отдавать в растения, атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды биологические и химические загрязнители, которые могут накапливаться в контактирующих с почвой средах в количествах, опасных для здоровья люей, животных и растений.
Попавшие в почву органические вещества (белки, жиры, углеводы растительных остатков, экскрементов или трупов животных, жидких или твердых бытовых отходов и пр.) разлагаются вплоть до образования неорганических веществ (процесс минерализации). Параллельно в почве происходит процесс синтеза из органических веществ отходов нового сложного органического вещества почвы - гумуса. Описанный процесс называется гумификацией, а оба биохимических процесса (минерализация и гумификация), направленные на восстановление природного состояния почвы, - ее самоочищением. Этим термином обозначают и процесс освобождения почвы от биологических загрязнений, хотя в этом случае следует говорить о природных процессах ее обеззараживания. Что касается процессов самоочищения почвы от ЭХВ, то правильнее их называть процессами детоксикации почвы, а все процессы вместе - процессами обезвреживания почвы.
Процесс самоочищения почвы от чужеродного органического вещества очень сложный и осуществляется главным образом за счет сапрофитных почвенных микроорганизмов. Проникновение необходимых для существования питательных веществ в микробную клетку происходит за счет осмотического всасывания через мелкие поры в клеточной стенке и цитоплазматической мембране. Поры настолько маленькие, что сложные молекулы белков, жиров и углеводов через них не проникают. Лишь в случае расщепления сложных веществ до более простых молекул (аминокислот, моносахаридов, жирных кислот) питательные вещества могут поступить в микробную клетку.
Для осуществления такого способа питания в процессе эволюции у микроорганизмов выработалась способность выделять в окружающую среду гидролитические ферменты, которые подготавливают содержащиеся в ней сложные вещества к усвоению микробной клеткой. Все ферменты микроорганизмов по месту их действия подразделяют на две группы: экзоферменты, действующие вне клетки, и эндофер-менты, действующие внутри клетки. Экзоферменты участвуют в подготовке питательных веществ к поступлению их в клетку, а эндоферменты способствуют их усвоению. Характер действия ферментов различен. Эстеразы (липазы), расщепляющие жиры, встречаются во многих плесневых грибах и бактериях. Протеазы, расщепляющие белковые молекулы, выделяются многими гнилостными бактериями и т.д.
Углеводы (полисахариды), попавшие в почву с отходами, под действием экзоферментов (карбогидраз) превращаются в ди- и моносахариды, которые всасываются микробной клеткой. В аэробных условиях под действием эндо-ферментов большая часть моносахаридов окисляется в процессе эндогенного дыхания, а незначительная часть используется для синтеза гликогена (см. с. 272).
В анаэробных условиях биохимический процесс распада углеводов протекает гораздо сложнее и заключается в образовании жирных кислот с последующим их распадом до органических спиртов, углерода диоксида, метана, водорода и других газообразных веществ с выделением энергии. При этом микроорганизмы получают энергию. Анаэробное дыхание осуществляется без участия свободного кислорода, но количество энергии, образующееся при этом, гораздо меньше, чем при кислородном дыхании.
Расщепление жиров (см. с. 273) происходит очень медленно, так как они мало подвержены процессам биохимического разрушения. Под действием экзоферментов (липаз, эстераз) жиры расщепляются до жирных кислот и глицерина, которые в аэробных условиях разлагаются эндоферментами до углерода диоксида и воды с выделением энергиии. В анаэробных условиях жирные кислоты и глицерин расщепляются примерно по той же схеме, что и углеводы, до углерода диоксида, метана, водорода. Образуются также летучие жирные кислоты с неприятным запахом. Некоторое количество жирных кислот не разрушается, а используется для синтеза липидов микробной клетки.
Расщепление белков также происходит с участием сапрофитных почвенных микроорганизмов, для которых именно белоксодержащие вещества являются источником азота. Под действием экзоферментов, выделяемых микроорганизмами, сложные белковые молекулы (полипептиды) расщепляются до альбуминов и пептонов, а затем до аминокислот. Многие бактерии содержат фермент триптазу, непосредственно расщепляющий белки на аминокислоты,минуя стадию пептонов. ж
Большая часть аминокислот после поступления в микробную клетку используется как пластический и энергетический материал размножающимися сапрофитными почвенными микроорганизмами. В дальнейшем после отмирания этих микроорганизмов образуется гумус - органическое вещество, входящее в состав почвы. В состав гумуса, кроме протеиновых комплексов, входят органические кислоты, гемицеллюлоза, жиры, образовавшиеся в результате микробного синтеза. В гумусе содержится много сапрофитных почвенных микроорганизмов, отсутствуют патогенные микроорганизмы, за исключением спо-рообразующих. Несмотря на наличие в гумусе органических соединений, он не загнивает, не выделяет газов с неприятным запахом и не привлекает мух.
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 аммиака, углерода диоксида и воды. Процесс разрушения белков до аммиака называют аммонификацией. В аэробных условиях аммиак, растворяясь в воде, превращается в аммония гидроксид, который, соединяясь с углекислотой, превращается в аммония карбонат.
Кроме того, аммония карбонат образуется и вследствие самоокисления белковых веществ сапрофитных почвенных микроорганизмов.
Аммония карбонат, образовавшийся как при дезаминировании, так и в процессе гибели микроорганизмов и при гидролизе мочевины и других продуктов азотистого обмена, подвергается биохимическому окислению при участии аэробных бактерий. Этот процесс, получивший название нитрификации, осуществляется в две фазы: в первую фазу биохимического окисления аммонийные 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 остаточным продуктом окисления белковых соединений и продуктов их обмена.
Одновременно с процессами окисления в почве происходят и восстановительные процессы, которые получили название денитрификации. Под денитри-фикацией 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 восстановительный процесс протекает до образования солей азотистой кислоты (нитритов); в кислой среде в анаэробных условиях - до аммиака.
Под денитрификацией в более узком значении слова понимают разложение нитратов и нитритов с выделением свободного азота. Если в среде нет кислорода 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 также 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 преобладающим, когда нарушается воздухопроницаемость почвы, например, в начальный период эксплуатации полей орошения. Положительным в этом процессе 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 денитрифицируется. Азот нитратов может быть также использован для синтетических процессов микроорганизмами.
В условиях, способствующих размножению анаэробных микроорганизмов, образуются промежуточные продукты распада белков (индол, скатол, меркаптаны, 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 механического состава (средние и тяжелые супески, суглинки, глины) и повышенной влажности.
По мере самоочищения почвы от органических загрязнений отмирает и патогенная 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, предназначенн