Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ ТЕРРИТОРИИ ПРОМЫШЛЕННОГО ГОРОДА

Сазонова О.В. 1 Трухина Г.М. 2 Сухачева И.Ф. 1 Исакова О.Н. 1 Сухачев П.А. 3 Вистяк Л.Н. 1 Торопова Н.М. 1
1 ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России «Самарский государственный медицинский университет»
2 ФБУН «ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора «Федеральный научный центр гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана»
3 ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России «Самарский государственный медицинский университет»
Основным источником загрязнения почвы г. Самары являются выхлопы автотранспорта. Особенность эколого-гигиенического состояния почвы города определяется значительным загрязнением нефтепродуктами и трудноокисляемым органическим веществом, что лежит в основе усиления её деградации и снижения санитарно-гигиенической функции. Нарушена жизнедеятельность микробного почвенного сообщества, угнетины процессы самоочищения. Почва становится небезопасна для здоровья населения, о чем свидетельствует токсиколого-гигиенический эксперимент. Сопоставление степени загрязнения почвы и снега нефтепродуктами и комплексом трудноокисляемой органики позволило говорить о наличии дополнительной нагрузки на почву в г. Самаре данными вредными веществами после таяния снега.
антропогенное загрязнение почвы
нефтепродукты
трудноокисляемое органическое вещество
почвенный микробиоценоз
процесс самоочищения
токсичность
1. Щербо А.П. Об инновациях в эколого-гигиенической защите почв (к проблеме гигиенической концепции охраны почвенного покрова. Гиг. и сан. – 2011. – № 1. – С. 11–14.
2. Трошина Е.Н. Мониторинг гигиенического состояния городских почв как элемент оценки риска здоровью населения. Здоровье населения и среда обитания: Информ.бюл. – М., 2008. – № 12. – С. 34–35.
3. Санитарно-экологическое состояние почвы территории г. Самары, как возможный риск здоровью населения / И.Ф. Сухачева, Л.Е. Орлова, О.Н. Исакова и др. // Изв. Самарского науч. центра Рос.акад.наук. – Самара, 2010. – Т. 12, № 1(7). – С. 1774–1777.
4. Русаков Н.В. Роль почвы и отходов в заболеваемости населения // Окружающая среда и здоровье: матер. Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов. – Суздаль, 2005. – С. 16–23.
5. Михайлуц М.Ф. Эколого-гигиенические аспекты химического загрязнения почвы в промышленных городах Сибири // Экол. бюл. ИНЭКА.
6. Гладких А.М., Фомиченко И.И. Зависимость заболеваемости населения от уровня загрязнения почв тяжелыми металлами // Гигиен. пробл. охраны здоровья населения:матер.науч.-практ. конф. – Самара, 2000. – № 4.1. – С. 111–112.
7. Ретроспективное исследование влияния факторов риска среды обитания на заболеваемость населения г. Самары злокачественными новообразованиями, болезнями системы кровообращения и органов дыхания: отчет о НИР/ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России, Науч.-исслед. ин-т гигиены и экологии человека; дир. Сазонова О.В.; отв. исполн. И.Ф. Сухачева, Н.И. Дроздова и др. – Самара, 2012. – 80 с. – № ГР020135809. – Инв № 02201359815.
8. Сазонова О.В. Особенности современного состояния атмосферного воздуха г. Самары // Науч.-метод. и законодательные основы совершенствования норматив.- правовой базы профилакт. здравоохранения: проблемы и пути их решения: матер. Пленума науч. совета по экол. человека и гигиене окруж. среды РФ. – М., 2012. – С. 387–389.
9. Роль автотранспорта в загрязнении среды обитания и влиянии на здоровье населения Самарской области / О.В. Сазонова, И.Ф. Сухачева, Н.И. Дроздова и др. // Изв.Самарского науч.центра Рос.акад.наук. – Самара, 2013. – Т. 15, № 3(6). – С. 1944–1948.
10. Май И.В., Клейн С.В. Анализ риска здоровью населения от воздействия выбросов автотранспорта и пути его снижения // Изв. Самарского науч. центра Рос.акад.наук. – Самара, 2011. – Т. 13, № 1(9). – С. 1895–1901.
11. Мониторинг качества снежного покрова, как составляющей среды обитания населения г. Самары / О.В. Сазонова, И.Ф. Сухачева, Н.И. Дроздова и др. // Фундамент.исследования. – 2014. – № 10. – С. 174–179.
12. Экспериментальные токсиколого-гигиенические исследования снегового покрова административных районов города Самары / О.В. Сазонова, О.Н. Исакова, П.А. Сухачев и др. // Изв. Самарского науч. центра Рос.акад.наук. – Самара, 2014. – Т. 16, № 5(2). – С. 943–948.
13. Достоверность санитарно-бактериологической оценки почвы населенных мест в условиях антропогенной нагрузки на окружающую среду // О.В. Сазонова, И.Ф. Сухачева, О.Н. Исакова и др. // Изв. Самарского науч. центра Рос. акад. наук. – Самара, 2012. – Т. 14, № 5(3). – С. 632–635.
14. Трухина Г.М., Егорова И.П., Дерябкина Л.А. Особенности биоценоза почвы // Региональные проблемы охраны здоровья населения Центрального Черноземья: Матер. научн.практ.конф. – Белгород, 2001. – С. 445–448.
15. Трухина Г.М., Егорова И.П., Дерябкина Л.А. Гигиеническая оценка результатов мониторинговых наблюдений за состоянием почв город // Гигиена: прошлое, настоящее и будущее: Науч. труд. ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана: – М., 2001. – Вып. 1. – С. 601–603.

Почва является одним из основных природных ресурсов, обеспечивающих необходимый уровень социально-экономического развития общества [1, 2], выполняющих специфическую санитарно-гигиеническую функцию [3], влияющих на состояние здоровья населения [4, 5, 6]. Оценка эколого-гигиенического состояния почвы, как важнейшего объекта среды обитания населения, весьма актуальна.

Проблема изучения почвы с эколого-гигиенических позиций остается своевременной и необходимой для крупнейших промышленных центров Среднего Поволжья с высоким уровнем антропогенной нагрузки на внутригородскую среду обитания населения [7]. В последние годы сформировался мощный источник загрязнения почвы на территории города Самары. Это связано с загрязнением атмосферного воздуха, образованным как выбросами промышленных предприятий, так и выхлопами автотранспортных средств. Именно выхлопы автотранспорта обуславливают диффузное загрязнение воздушной среды и являются приоритетными (~ 80 %) в валовом выбросе всех загрязнителей в атмосферу.

По данным многолетнего мониторинга за средой обитания нарастание выхлопов автотранспорта связанно с увеличением количества автомобилей [8, 9] во всех административных районах города: за период 2006–2010 гг. прирост автомобилей составил 10,5 %, за период 2010–2013 гг. – около 15 %. Кроме того, выхлопы осуществляются в большом объеме в приземный слой атмосферы в непосредственной близости к жилым районам. Многокомпонентная смесь выхлопных газов насчитывает около 450 соединений с разным составом и уровнем токсичности [10].

Материалы и методы исследования

В сообщении представлен анализ гигиенического состояния почвы территории г. Самары по административным районам за 2012–2013 годы.

Отбор почвенных образцов проведен по 9 районам города вблизи возможного источника загрязнения на расстоянии 30–50 м от последнего. Качество почвы оценивалось по широкому набору санитарно-химических и санитарно-микробиологических показателей в соответствии с требованиями документов санитарного законодательства. Принимая во внимание в последние годы усиление антропогенной нагрузки на городскую среду и необходимость получения объективной эколого-гигиенической ситуации по безопасности почвенного покрова, было принято решение о расширении объема исследований. Дополнительно использованы такие показатели как химическое потребление кислорода (ХПК) в качестве критерия содержания трудноокисляемых органических веществ в почве, токсикологические и микробиологические исследования. Следует отметить, что территория города покрыта снегом более 5 месяцев в году. Под влиянием выхлопных газов автотранспорта к концу зимы в нем накапливается значительное количество взвешенных и трудноокисляемых органических веществ, нефтепродуктов, металлов. Снег становится токсичным для животных [11, 12]. Поэтому экологически обоснованным приемом являлось изучение загрязнения снегового покрова города, предшествующее исследованию почвы, с отбором проб по идентичным точкам.

Результаты исследования и их обсуждение

Обследование почвы на объектах повышенного риска по районам города за период наблюдений выявило наличие признаков её деградации: почвенный покров уплотнен, полноценная субстанция практически отсутствует, характерна скудная растительность, отмечается примесь пыли, присутствуют мелкие камни, осколки стекла, обрывки камней и сухих веток. По сравнению с 2000–2004 годами степень деградации почвы городской территории оказалась более выраженной.

Эколого-гигиеническая характеристика почвенного покрова территории города по усредненным санитарно-химическим данным свидетельствует об увеличении антропогенной нагрузки на почву (табл. 1). В первую очередь это касается активизации процесса защелачивания почвы, как и в случае со снеговым покровом [11].

Кроме того, почва перенасыщена трудноокисляемыми органическими веществами (по ХПК). Величины показателя в почве составляли 68 г/кг в 2012 г. и 62 г/кг в 2013 г., характеризуя почву в целом как неудовлетворительную. В почве определялось значительное количество нефтепродуктов, превышающее фоновый критерий для Самарской области (50 мг/кг). Присутствовали легкие углеводороды (детектирование в ИКС) и более тяжелые, ароматические углеводороды, стойкие в окружающей среде.

Результаты анализа почвенного покрова городской территории свидетельствуют о загрязнении его металлами, источником которых являются, в первую очередь, промышленные производства. В почве определялась медь в концентрации 1,97 ПДК и кадмий в концентрации 1,2 ПДК. Средние и максимальные концентрации цинка, свинца, ртути выявлялись на уровне ниже ПДК с тенденцией к уменьшению за двухлетний период.

Как следует из представленной общей картины эколого-гигиенической ситуации, ведущая роль в загрязнении почвы г. Самары принадлежит нефтепродуктам и трудноокисляемым органическим веществам, меди и кадмию.

Динамика пространственного распространения нефтепродуктов в почве по территории административных районов города обобщена в табл. 2.

Таблица 1

Эколого-гигиеническая характеристика почвы города (среднегодовые данные)

Годы

наблюдений

рН

ХПК*

мг/кг

НПР

ИКС**мг/кг

нефтепродукты

УФ***) мг/кг

медь

мг/кг

кадмий

мг/кг

цинк

мг/кг

свинец

мг/кг

ртуть

мг/кг

2012

7,42

68030

653,0

391,5

5,79

0,58

23,46

19,56

0,05

2013

7,79

62270

871,8

566,7

5,91

0,52

16,34

14,21

0,03

норматив

50 мг/кг

фоновое

содержа-ние

(50 мг/кг)

3,0

0,5

23,0

33,0

2,1

Примечание. * – трудноокисляемое органическое вещество, ** – детектирование в инфракрасной области спектра, *** – детектирование в ультрафиолетовой области спектра.

Таблица 2

Превышение фонового уровня загрязнения почвы административных районов города нефтепродуктами

Административный

район

2012 год

2013 год

нефтепродукты

ИКС

в ед.фона***

УФС

в ед.фона***

ИКС

в ед.фона***

УФС

в ед.фона***

Самарский

9,1

5,9

7,8

5,8

Ленинский

103

6,8

18,2

12,0

Железнодорожный

20,5

16,6

32,4

13,8

Октябрьский

8,9

5,9

13,8

10,8

Промышленный

19,7

8,0

25,5

16,7

Советский

11,7

8,3

12,3

11,9

Кировский

14,0

7,7

26,3

16,8

Красноглинский

13,4

6,4

9,6

6,5

Куйбышевский

9,8

5,2

10,9

7,6

Среднегодовое содержание по районам

13,0

7,8

17,5

11,3

Примечание. * – детектирование в инфракрасной области спектра, ** – детектирование в ультрафиолетовой области спектра, *** – фон 50 мг/кг.

Почва на всей территории города интенсивно загрязнена нефтепродуктами обеих групп со значительным превышением фона. При этом содержание углеводородов в почве практически всех районов возросло в период проведения исследований. Накопление нефтепродуктов в почве является показателем её деградации и опасности для населения. Представленная картина по обеим группам нефтепродуктов свидетельствует о наличии постоянного источника их поступления в почву. Таким источником, распространенным по всему городу, являются выхлопы газов автотранспорта, попадающие в почву непосредственно и через снег. Количество нефтепродуктов в снеге, определяемых в инфракрасной области спектра, к 2013 году несколько снизилось, однако количество выделяемых ароматических углеводородов возросло в 1,4 раза [11]. В почве содержание первых за данный период возросло в 1,3 раза, а вторых в 1,5 раза.

О контаминации почвы по территории города трудноокисляемым органическим веществом дает представление рис. 1.

В почве всех районов города присутствует трудноокисляемое органическое вещество, содержание его значительное, несмотря на разноплановость динамик по районам в 2012 и 2013 гг.

Трудноокисляемое органическо вещество поступает в почву благодаря выхлопам автотранспорта, распространенного по всей территории г. Самары, и непосредственно и после таяния снега. В почве загородной зоны, где источником загрязнения является только автотранспорт проживающих, величина ХПК была значительно ниже и составляла по годам исследования 41 и 46 г/кг соответственно. Вместе с тем, в снеговом покрове значения ХПК превышали норматив в 2 раза в 2012 и в 3,5 раза в 2013 году [11].

Результаты исследований показали, что загрязнение почвы территорий города нефтепродуктами и трудноокисляемой органикой ведет к потере её санитарно-гигиенической функции, возникновению риска вторичного загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха и возрастанию эпидемической опасности.

Для оценки степени загрязнения почвы и её эпидемической опасности проведено изучение почвы на данных территориях города с использованием интегральных показателей – общего количества микроорганизмов (ОМЧ), вырастающих на мясо-пептонном агаре при 37 °С в течение 24 часов, характеризующих микробное загрязнение объекта преимущественно аллохтонной (фекальной) микрофлорой и количества почвенных сапрофитных микроорганизмов, вырастающих на мясо-пептонном агаре при 22 °С в течение 72 часов, являющихся показателем органического загрязнения почвы (рис. 2).

Анализ результатов исследований показал, что в 2009 году почвенный покров города по административным районам характеризовался довольно скудным микробным обсеменением. В первую очередь это касалось присутствия в почве сапрофитной микрофлоры. Данная ситуация расценивалась как следствие ингибирующего влияния на микрофлору химических загрязнителей (нефтепродукты, металлы) почвы [6, 13]. В целом биологическая активность почвы определена как «низкая». Соотношение сапрофитной и аллохтонной микрофлоры составило 1,3:1 и свидетельствовало о торможении процессов самоочищения почвы.

По результатам наблюдений последних лет отмечается нарастание фекального и органического загрязнения почвы.

Количество аллохтонной микрофлоры в почве возросло к 2012 году в 1,9 раза, к 2013 году в 4,2 раза по сравнению с 2009 годом. Содержание сапрофитной микрофлоры в 1 г. почвенного субстрата увеличилось соответственно в 7,6 и 17,7 раза. Наиболее существенные изменения в микробиоценозе городской почвы произошли к 2013 году и в первую очередь они коснулись почвенных сапрофитов.

Анализируя среднегодовые результаты микробиологических исследований, необходимо отметить, что соотношение сапрофитной и аллохтонной микрофлоры по годам наблюдений изменилось и определялось как 5,0:1 в 2012 г. и 5,4:1 в 2013 г., что свидетельствует в целом об активизации процессов самоочищения почвы. Однако состояние микробиоценоза почвы отдельных районов города существенно различалось (табл. 3).

saz1.tif

Рис. 1. Динамика ХПК в почве по территории административных районов города

saz2.tif

Рис. 2. Качество почвы по интегральным микробиологическим показателям

Таблица 3

Динамика показателей качества почвы административных районов города

Годы наблюдений

Административ-

ный район

2009 год

1

2

Аллохтонная микрофлора

КОЕ/г

Сапрофитная

микрофлора

КОЕ/г

Соотношение сапрофитной / аллохтонной микрофлоры

Самарский

29750

34770

1,2:1

Ленинский

32450

31830

1:1

Железнодорожный

43580

51750

1,2:1

Октябрьский

18150

18350

1:1

Промышленный

32380

37680

1,2:1

Советский

31730

24430

0,8:1

Кировский

48050

78780

1,6:1

Красноглинский

69200

13050

1,6:1

Куйбышевский

84750

109050

1,3:1

Контрольный участок

Окончание табл. 3

3

4

2012 год

2013 год

Аллохтон-ная микрофлора

КОЕ/г

Сапрофитная

микрофлора

КОЕ/г

Соотношение

Сапрофитов/

Аллохтонной

микрофлоры

Аллохтонная

микрофлора

КОЕ/г

Сапрофитная

микрофлора

КОЕ/г

Соотношение

Сапрофитов/

Аллохтонной

микрофлоры

15000

44000

3:1

101950

2765500

27,5:1

24000

142000

6:1

47900

1539500

32:1

27500

126500

4,6:1

130000

1930000

14,8:1

82250

646500

8:1

23150

221250

9,5:1

241500

633500

3:1

126850

978000

7,7:1

65250

306250

4,7:1

33000

400000

12:1

50000

357500

7:1

9980

118250

12:1

49500

274500

5,6:1

53780

770000

14:1

197750

908500

4,6:1

18550

115750

6:1

15000

344000

23:1

4650

935000

20:1

Как показывают данные табл. 3, на отдельных административных территориях (Самарский, Железнодорожный, Промышленный) произошло значительное антропотехногенное загрязнение почвы. На данных территориях с высоким содержанием нефтепродуктов и трудноокисляемых органических веществ в почве наблюдалось достоверное увеличение аллохтонной и сапрофитной микрофлоры по сравнению с 2009 годом и состоянием микрофлоры контрольных районов. Эти результаты свидетельствуют не только об органическом, но и фекальном загрязнении территории. Высокое содержание общей численности микроорганизмов и значительные темпы ежегодного прироста микрофлоры создают риск эпидемической опасности почвы для здоровья населения [14]. Возникает необходимость более глубокого изучения микрофлоры почвы на наличие патогенных и индикаторных её показателей безопасности, а также отдельных популяций микроорганизмов, характеризующих биологическую активность и состояние процесса самоочищения почвы для разработки профилактических мероприятий по оздоровлению почвенного покрова районов города и снижению риска нарушения здоровья населения [15].

Высокая степень антропогенного загрязнения почвы послужила основанием для проведения токсикологических экспериментальных исследований по оценке токсичности почвы на организм лабораторных животных. Токсикологический эксперимент завершился патоморфологическими исследованиями внутренних органов. Эксперимент классический токсикологический для выявления токсического действия суспензии почвы при пероральном её введении (18,78 мл на одно животное в сутки) половозрелым белым крысам самкам в возрасте 6 месяцев. Использована почва практически всех районов г. Самары и загородной зоны. Контролем служила кипяченая вода. У экспериментальных животных, получавших суспензию почвы, отобранную с различных территорий города, выявлены тенденция достоверного увеличения абсолютной и относительной массы легких, почек, сердца, печени в сравнении с контрольной группой. У животных получавших суспензию почвы из загородной зоны определено достоверное уменьшение относительной массы сердца. У животных из экспериментальных групп изменялись поведенческие реакции на основании оценки интегральных показателей. В меньшей степени они изменялись у животных, принимавших суспензию почвы из загородной зоны.

В органах опытных групп животных изменения отличались и носили стереотипный характер. В слизистой желудка зафиксированы деструктивные изменения в виде кратерообразных поверхностных дефектов. Большая их глубина наблюдалась у животных с оценкой влияния городской почвы. Отмечены некоторые отклонения со стороны стромы печени. Менее выражены изменения и животных с оценкой влияния почвы загородной зоны. В почках выявлено резкое венозное полнокровие, слабо выраженная гидропическая дистрофия отдельных клеток эпителия почечных канальцев.

Следовательно, почвы г. Самары с интенсивной антропогенной нагрузкой токсичны для лабораторных животных.

Заключение

Эколого-гигиеническое состояние почвы отдельных территорий г. Самары неудовлетворительное и связано в первую очередь с накоплением нефтепродуктов, трудноокисляемого органического вещества и металлов, обусловленных в основном ростом объемов выхлопов автотранспорта. Интегральный показатель, химическое потребление кислорода (ХПК), характеризуя загрязненность почвы органическими веществами, может быть использован как критерий оценки её антропогенности. В чистой почве трудноокисляемой органики не должно быть.

Высокое содержание нефтепродуктов и трудноокисляемых веществ в почве территории города усиливает процессы её деградации и снижает санитарно-гигиеническую функцию. Изменяется соотношение микробных сообществ в микробиоценозе почвы, нарушаются процессы ее самоочищения, повышается степень её токсикологической опасности.

Возрастает риск нарушения здоровья населения на территориях города с высоким содержанием в почве нефтепродуктов и отдельных металлов .

Степень загрязнения снега нефтепродуктами и комплексом трудноокисляемой органики позволяет говорить о наличии дополнительной нагрузки на почву в г. Самаре данными вредными веществами после таяния снега, что является основанием к постоянному проведению в городе снегоуборочных работ.

Биологическая активность почвы в г. Самаре еще сохранена. Для усиления процессов самоочищения почвы и оптимизации соотношения физиологических групп микроорганизмов необходимы постоянные почвоохранные мероприятия, касающиеся в первую очередь снижения негативного воздействия выхлопов автотранспорта на среду обитания и улучшение эколого-гигиенического состояния почв по административным районам г. Самары.


Библиографическая ссылка

Сазонова О.В., Трухина Г.М., Сухачева И.Ф., Исакова О.Н., Сухачев П.А., Вистяк Л.Н., Торопова Н.М. ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ ТЕРРИТОРИИ ПРОМЫШЛЕННОГО ГОРОДА // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 7-1. – С. 150-156;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=6983 (дата обращения: 10.05.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074