КГ Акулов
.pdfбольшое внимание в трудах Ф. Ф. Эрисмана, А. П . Доброславина и др. А. П. Доброславину принадлежат исследова ния почвы Петербурга.
Второй период (1852— 1952) связан с изучением всего живого, населяющ его почву. Проведенные в этом направ лении исследования показали, что почва играет немало важную роль в эпидемиологии кишечных инфекций и инвазий. /В эти же годы А. П. Виноградовым разрабаты ва ется учение о естественных биогеохимических провинци ях, играющих решающую роль в возникновении эндемиче ских заболеваний, связанных с избытком или недостатком химических элементов в почвах. Начинается изучение почвы как наиболее подходящей естественной среды для обезвреживания бытовых и промышленных отходов.
Третий период (1952— 1972) характеризуется недооцен кой проблем гигиены почвы. Об этом свидетельствует резолю ция I Всесоюзного совещания по актуальным воп
росам санитарной охраны почвы /(М осква, 1972), в |
кото |
рой, в частности, указы вается: «Совещание считает, |
что в |
предыдущие годы была допущена недооценка в вопросе развития научных исследований по санитарной охране почвы населенных мест, повлиявшая в определенной степени на ухудшение санитарно-эпидемиологического со стояния ряда районов страны».
В четвертом периоде развития санитарной охраны и гигиены почвы (с 1972 г. по настоящее время) стали выделять искусственные геохимические провинции, опас ные для здоровья населения, появление которых связано с химизацией народного хозяйства, а также развитием про мышленности, выбросами промышленных предприятий и транспорта./Это поставило перед гигиенистами следующие задачи: изучить роль почвы в циркуляции экзогенных химических веществ, разработать гигиенические регламен ты содержания этих веществ в почве и установить ее роль для здоровья населения. В этот период разработаны методология и принципиальная схема нормирования хими ческих веществ в почве [Е. И. Гончарук]. Впервые в мире составлены «Методические рекомендации по установле нию П ДК химических веществ в почве» (1976, 1982). В настоящее время в соответствии с этими рекомендациями разработано и утверждено Министерством здравоохране ния СССР более 40 П ДК этих соединений, что привело к снижению числа случаев острых и хронических отра
влений, |
возникающих |
при |
контакте |
с |
загрязненной |
почвой. |
|
|
|
|
|
М инерально-органическая |
оболочка |
нашей планеты, |
|||
распространяю щ аяся от |
ее поверхности |
до |
магмы, носит |
название литосферы и состоит из двух частей: материн ской породы (магма), разрушенной физическими, физико
химическими процессами до появления жизни на Земле, и более поверхностной части литосферы (почва, или грунт), сформированной после появления жизни на нашей планете в результате влияния на нее климата, растительности и почвенных организмов. ^Встречается такж е термин «зем ля», являю щ ийся синонимом термина «грунт» в инженер- но-строительной деятельности человека и синонимом тер мина «почва» в сельскохозяйственном и лесном производ стве. В административно-хозяйственной, юридической де ятельности человека термин «земля» определяет поверхно стный слой суши, занятый различными видами землеполь зования (населенный пункт, сельскохозяйственные и лес ные угодия, дороги и т. д.).
Н а территории СССР встречается более 90 видов почв, однако наиболее часто — 7 типов (табл. 17). Наибольшую площ адь занимают дерново-подзолистые почвы.
Гигиенисты условно все почвы делят по их назначению на три вида: 1) естественная почва вне населенных мест, которая может быть использована для нового строитель
ства или |
выращивания сельскохозяйственных |
культур; |
2) искусственно созданная почва населенных |
мест, сме |
|
ш анная с |
отходами жизнедеятельности населения и отхо |
дами промышленности; к этим же почвам следует отнести перемещенный грунт, образовавшийся в результате верти кальной планировки. Оба вида искусственно образовав ш ейся почвы объединяю тся термином «культурный слой почвы населенных мест»; 3) искусственные покрытия почвы: асфальтовы е, щебеночные, бетонированные
идр.
Сгигиенической точки зрения важна классификация
почв |
по |
механическому составу, от которого зависят |
|
такие |
ее |
свойства, |
как фильтрующ ая способность, возду |
хопроницаемость и |
т. д. |
Сумму всех механических элементов почвы с размером частиц меньше 0,01 мм называют физической глиной, а больше 0,01 мм — физическим песком. Кроме того, выде ляю т мелкозем, в который входят частицы меньше 1 мм, и почвенный скелет — частицы больше 1 мм.
В классификацию , кроме понятия о подразделении почв в зависимости от содержания физической глины и физического песка, введено понятие о преобладающих фракциях. Таких фракций выделено пять: гравелистая
(3— 1 мм), |
песчаная (1— 0,05 мм), |
крупнопылевая (0,05— |
||
0,01 мм), пылевая (0,01— 0,001 мм) |
и илистая |
(<0,001 |
мм) |
|
почвы. По |
механическому составу |
различаю т |
почвы |
пес |
чаные, супесчаные, суглинистые и глинистые. То или иное строение они приобретают под влиянием природных про цессов почвообразования и производственного использова ния земельных угодий.
Т аб л и ц а 17
S 3 |
О «Л |
< |
—«О00 чо |
? |
|
|
(N— |
< |
|
(N ел 1л а>.о |
|
|
9 \ 00 <Л — •О |
|
*9* |
®„ 0_ m (N |
|
Я |
||
а |
<л г: jCос |
|
Си
и
и
о
*Л00
+1~
«§■ . ая ч
t s s a &
П 00 |
С Г - Tt чо (N |
I |
|
*CL^О5
О О
>*
|
о |
, ^ |
W «U |
г л Л w |
|
-« sс fjS |
|
w 0 ^ “ o s S M |
|
о « J |
5 в ° |
a o t » o 5 » x |
|
g i S j j S o » |
|
s a l a a g a g |
|
hcc |
и т ь й о а |
Из всех слоев почвы для гигиенистов в первую очередь представляет интерес поверхностный, пахотный слой (го ризонт). Это в среднем слой почвы толщиной 0,25 м, который обрабатывается при выращивании растений. Ги гиеническое значение пахотного слоя обусловлено тем, что именно из него загрязнители почвы могут поступать в атмосферный воздух, сельскохозяйственные растения, смываться в поверхностные водоемы, фильтроваться в грунтовые воды. В этом же слое наиболее интенсивно происходят процессы самоочищения почвы от органиче ских отбросов, патогенных микроорганизмов, экзогенных химических веществ и т.д. Кроме поверхностного, пахот ного слоя почвы, значительный интерес для гигиениче ской науки представляют ее слои, залегающие до грунто вых вод. В них может происходить обезвреживание органических отбросов и сточных вод, формирование качества грунтовых вод и почвенного воздуха; в этих слоях прокладываются канализационные и водопроводные сети и закладываются фундаменты жилых и промышлен ных зданий.
Слои почвы, в которых происходит формирование почвенных вод, получили название зон Гофмана (рис. 20). Вода сначала фильтруется в почве через самый поверхно стный ее слой— зону испарения. Толщина этого слоя в средней полосе Европы не более 1 м. Этот слой очень богат органическими, гумусовыми веществами, в нем же гнездятся корни растений, которые всасывают воду, сильно уменьшая испарение ее почвой. Однако имеются растения, испаряющие огромное количество воды, полу ченное ими из почвы. Такие растения (подсолнечник, индийский рис и др.) осушают почву, поэтому их специ ально разводят для осушения болотистых мест.
Вода, пройдя зону испарения, фильтруется через нижерасположенный слой почвы — зону прохождения или зону фильтрации. Это обычно мощный пласт почвы. Часть воды задерживается в нем в зависимости от величины водоемкости пласта. В каждом кубическом
метре |
этого |
слоя почвы |
может |
быть задержано 150— |
350 л |
воды. |
В этом слое |
почвы |
толщиной 1— 2 м могут |
быть задержаны все атмосферные осадки, выпавшие на эту площадь в течение года. В таких случаях они долго не могут попасть в глубокорасположенные почвенные слои и пополнить в них запасы подземных вод. Этим объясняет ся тот факт, что в некоторых местах за год выпадает много дождей, а уровень воды в колодцах не повышается. Только после того, как атмосферные осадки заполняют все поры зоны прохождения количеством воды, превыша ющим ее поглотительную способность, избыток воды будет фильтроваться в нижерасположенные слои до тех
Ри с. 20. Зон ы Гоф м ан а (схем а).
] — зона |
испарения; |
2— зона филь |
|
трации |
(зона |
прохождения); 3 — зона |
|
капиллярного |
поднятия; 4 — воднос- |
||
ный |
горизонт; |
5 — водоупорный |
|
(водонепроницаемый) |
слой. |
пор, пока не встретит водоупорный слои, практически не пропускающий воду. Таким водонепроницаемым слоем могут быть изверженная порода (например, гранит), изве стняки и плотные песчаники, не имеющие трещин, а также жирная глина. Фильтрующаяся вода на этом слое задерживается, скапливается и образует зону почвенных или грунтовых вод или так называемый водоносный горизонт. Из него часть воды будет подниматься вверх вследствие капиллярности до высоты, определяемой вели чиной пор этого почвенного слоя. Образуется зона капил лярности поднятия почвенных вод.
Наибольшее значение для почвы в этих зонах с гигиенической точки зрения имеют пористость, размер пор, воздухопроницаемость.
Пористость почвы. Под пористостью почвы следует понимать суммарный объем пор в почве в единице объема, выраженный в процентах. Чем выше пористость, тем ниже фильтрационная способность почвы; следовательно, она является нездоровой. Так, пористость песчаной почвы составляет 40%, торфяной — 82%. Последняя почва более сырая и менее здоровая. Большое значение имеют разме ры пор, зависящие от механического состава почвы и ее структуры. В однородной почве поры тем больше, чем крупнее зернистость. Самые крупные поры имеются в каменистой почве, очень мелкие — в глинистой, самые мелкие — в торфяной. На величину пор влияет также
форма зерен, особенно неоднородность почвы, при кото рой поры между крупными зернами заполнены более мелкими зернами. В изверженных и других монолитных породах (например, гранит и сиенит) вместо пор нередко встречается целая сеть сообщающихся между собой гори зонтальных и перпендикулярных трещин, часто достига ющих большой ширины и значительной глубины.
Кроме естественной пористости почвы, в ней могут встречаться каналы и трещины, искусственно образуемые живущими в ней животными (ежи, кроты и др.), а также человеком, занимающимся различными земляными рабо тами (прокладка труб, рытье колодцев, забивка в землю свай и т. д.).
Величина естественных пор почвы или наличие в ней естественных или искусственных трещин, воронок и кана лов оказывают существенное влияние на ее физические свойства, отношение к воздуху и воде, а потому имеют большое гигиеническое значение. Так, в почвах с низкой пористостью и с большим размером пор, а также с естественными и искусственными каналами или трещина ми химические и биологические загрязнители могут легко проникать вглубь и достигать грунтовых вод, загрязняя их, что представляет опасность для здоровья населения. При пористости почвы 60— 65% в ней создаются опти мальные условия для процессов самоочищения от биоло гических и химических загрязнителей. При более высокой пористости процессы самоочищения почвы ухудшаются. Почва такого типа оценивается как неудовлетворительная.
Воздухопроницаемость почвы. Под воздухопроницаемо стью понимают способность почвы пропускать воздух через свою толщу. Проходимость почвы для воздуха определяется только величиной ее пор и не зависит от их общего объема, или пористости. Если объем воздуха, который проходит в 1 мин через мелкий песок, принять за единицу, то при тех же условиях через средний песок
пройдет 84 объема воздуха, |
через крупный — 961 |
объем, |
|
через мелкий |
гравий — 5195 |
объемов, а через |
средний |
хрящ— 11 684 |
объема воздуха, хотя общий объем пор |
||
мелкого песка |
составляет 55%, а среднего хряща — 3-7,9% |
от общего объема почвы. Воздухопроницаемость почвы увеличивается с ростом барометрического давления и уменьшается с увеличением толщины слоя почвы и ее влажности. Вода, заполняющая поры, вытесняет из них воздух и мешает ему проникнуть в почву. Если все поры заполнены водой, особенно льдом, проходимость для воздуха уменьшается до нуля.
Движение почвенного воздуха и обмен его с атмосфер ным воздухом происходят постоянно под влиянием разни цы их температуры, колебаний атмосферного давления и
уровня почвенных вод. Так, при повышении атмосферного давления, а также при понижении уровня почвенных вод наружный (атмосферный) воздух входит в поры почвы. При понижении атмосферного давления или повышении уровня почвенных вод, а также при ветрах, особенно дующих по касательной к поверхности почвы, воздух поднимается и выходит из нее. Проходимость почвы для воздуха и связанное с этим обогащение ее кислородом имеет большое гигиеническое значение, связанное с био химическими процессами окисления, протекающими в почве и освобождающими ее от органических загрязне ний, вносимых человеком и животными. Поэтому здоро вая почва должна быть крупнозернистой и сухой, так как сырые и мелкозернистые почвы очень плохо вентилиру ются, а следовательно, в них плохо проходят процессы самоочищения.
Водопроницаемость или фильтрационная способность почвы. Под водопроницаемостью понимают способность почвы впитывать и пропускать воду, поступающую с поверхности. Впитывание (фильтрация) характеризует первую фазу водопроницаемости, когда свободные поры последовательно заполняются водой. При избытке влаги впитывание ее продолжается до полного насыщения поч вы. Движение воды в почвенных порах под действием сил тяжести при полном насыщении почвы водой характеризу ет вторую фазу водопроницаемости — фильтрацию. Коли чественная оценка водопроницаемости приведена в табл. 18.
|
|
Т а б л и ц а |
18 |
Оценка водопроницаемости почв при напоре |
воды 5 см и температуре |
ее |
|
10° С. |
|
|
|
Водопроницае |
Оценка |
Примечание |
|
мость, мм вод. ст. |
|
|
|
в первый час |
|
|
|
впитывания |
|
|
|
Свыше 1000 |
Провальная |
Качество водопроницаемо |
|
1000— 500 |
Излишне высокая |
сти тем лучше, чем более |
|
500— 100 |
Наилучшая |
она однородна и постоянна |
|
100— 70 |
Хорошая |
во времени |
|
70— 30 |
Удовлетворительная |
|
|
Менее 30 |
Неудовлетворительная |
|
|
Водопроницаемость почвы оказывает решающее вли яние на образование почвенных вод и накопление их запасов в недрах Земли. Это имеет непосредственное отношение к снабжению населения водой из подземных источников. От водопроницаемости почвы зависит воз можность использования ее для очистки сточных вод
населенных мест, а также загрязнения подземных источ ников водоснабжения опасными в санитарном отношении поверхностными стоками городов и селений.
Влагоемкость почвы. Под влагоемкостью почвы пони мают количество влаги, которое способна удержать почва сорбционными и капиллярными силами. Влагоемкость обусловливается силой поверхностного сцепления (адсор бция), возникающего между огромной поверхностью поч венных зерен и омывающей их фильтрующейся водой. Влагоемкость тем больше, чем меньше величина пор почвы и чем больше их объем. Поэтому чем выше зернистость почвы, тем больше ее влагоемкость. Установ лено, что средний гравий задерживает по массе 1% воды, крупный песок — 23%, средний — 47%, а мелкий — 65% воды.
Гигиеническое значение влагоемкости почвы связано с тем, что большая влагоемкость вызывает отсырение поч вы и находящихся на ней зданий, уменьшает проходи мость почвы для воздуха и воды и мешает очищению сточных вод. Такие почвы относятся к нездоровым, сырым и холодным.
Капиллярность почвы. Под капиллярностью почвы понимают ее способность поднимать по капиллярам воду из нижних горизонтов в верхние. Чем почва менее зерниста, а потому и более мелкопористая, тем больше ее капиллярность, выше (и медленнее) поднимается в ней вода. Крупнозернистые почвы поднимают воду быстрее, но не на большую высоту.
Большая капиллярность почвы может быть причиной сырости зданий. Фундаменты их могут быть заложены в мелкозернистой почве гораздо выше уровня стояния в ней почвенных вод. Однако вследствие большой капиллярно сти почвенная вода может подняться даже выше фунда мента.
Г л а в а 12
СОСТАВ ПОЧВЫ ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЧВЫ
Состав почвы. Каждая почва состоит из минеральных, органических и органоминеральных комплексов соедине ний, а также почвенных растворов, воздуха и почвенных микроорганизмов. Для гигиенической оценки степени за грязнения почвы в качестве контроля важно знать ее естественный состав, так как практически любое стати стически достоверное отклонение от естественного соста ва данного типа почвы или появление дополнительных чужеродных составляющих может рассматриваться как та или иная степень ее загрязнения.
|
Т а б л и ц а 19 |
|
Состав естественной чистой почвы (земной коры) |
|
|
Элемент |
Содержание элемента, |
|
|
% по массе1 |
|
Кислород |
49,13 |
|
Кремний |
26,0 |
|
Железо |
4,20 |
|
Кальций |
3,25 |
|
Натрий |
2,40 |
|
Калий |
2,35 |
|
У глерод |
0,35 |
|
Хлор |
0,20 |
|
1 В абсолютно сухой почве. |
|
|
Ми н е р а л ь н ы е , или |
н е о р г а н и ч е с к и е , |
в е щ е |
с т в а почвы. Неорганические вещества почвы |
на 60— |
80% представлены кристаллическим кремнеземом или кварцем. Значительное место в минералогическом составе почвы занимают алюмосиликаты (полевые шпаты, слюда, хлориты и др.).
К алюмосиликатам относятся и вторичные глинистые минералы. Большое гигиеническое значение среди них имеет монтмориллонитовая группа (монтмориллонит, нонтронит, бейделит, соконит, гекторит, стивенсит). Гигиеническое значение монтмориллонитов обусловлено тем, что они определяют поглотительную способность и емкость поглощения катионов почвой. Кроме кремнезема и алюмо силикатов, в минеральный состав входят практически все элементы периодической системы Д. И. Менделеева. Со держание в почве некоторых элементов, имеющих наи большее гигиеническое значение, приведено в табл. 19. Из
Т а б л и ц а 20 Содержание микроэлементов в естественной чистой почве и почвах
геохимических провинций или эндемичных районов1 |
|
||||
Элемент |
Чистая почва, |
|
Почвы эндемичных провинций |
||
|
% по массе |
мг/кг' |
недоста |
нормаль |
избыточ |
|
|
||||
|
|
абс. |
точное |
ное |
ное |
|
|
сухой |
|
|
|
|
|
почвы |
|
|
|
Йод |
5-10 -« |
5,0 |
2 — 5 |
5— 40 |
40 |
Марганец |
8,5-10 ~2 |
850 |
400 |
400— 3000 |
3000 |
Кобальт |
8,0-10 - 4 |
8,0 |
2— 7 |
10— 30 |
30 |
Медь |
2,0-10 “3 |
20,0 |
6— 15 |
15— 60 |
60 |
Цинк |
5-10 |
50,0 |
30 |
30— 70 |
70 |
Молибден |
-ю - 4 |
3,0 |
1.5 |
1,5— 4 |
4 |
Бор |
м о - 3 |
10,0 |
3— 6 |
6 — 30 |
30 |
Стронций |
3,5-10 |
350 |
600 |
600 |
600— 1000 |
Фтор |
2 -1 0 -2 |
200 |
<250 |
250 |
2000 |
' В абсолютно сухой почве.
химических элементов, входящих в небольших количе ствах в состав минеральных веществ почвы (микроэлемен ты), наибольший интерес с гигиенической точки зрения представляют фтор, йод, марганец и др. (табл. 20). Их повышенное или пониженное содержание в почве опреде ляет концентрацию этих соединений в контактирующих с почвой средах (вода, растения, атмосферный воздух), влияет на формирование естественных геохимических провинций, играющих ведущую роль в возникновении эндемических заболеваний (флюороз, эндемический зоб и
ДР-)- Содержание химических веществ в почве можно оцени
вать в кларках, под которыми понимают среднее содержа ние химического вещества в эталонных (незагрязненных) почвах. Так, один кларк кальция равен 3,25% по массе, или 32,5 г/кг почвы. Содержание элемента в почве выше 3 — 4 кларков свидетельствует о ее загрязнении. Для оценки степени загрязнения почвы неорганическими веще ствами важно знать химический состав почвы данного типа. В табл. 21 приведен естественный состав наиболее распространенного типа дерново-подзолистой почвы. От клонение от этого состава считается той или иной сте пенью загрязнения. Гигиеническая оценка степени загряз нения почвы неорганическими соединениями основана на сравнении количественного содержания данного элемента в почве с его ПДК. Величины ПДК химических неоргани ческих соединений приведены в табл. 22.
Таким образом, загрязнение почвы можно оценить, сравнив фактическое содержание вещества в почве, вопервых, с количеством этого вещества в данном типе почвы, а во-вторых, с его ПДК в почве.
Т а б л и ц а 21
Содержание неорганических соединений в дерново-подзолистой почве,
процент массы |
прокаленной |
почвы |
|
|
|
Состав почвы |
|
Почвенный горизонт |
|
||
|
|
пахотный, |
элювиаль |
иллюви |
материнская |
|
|
до 21 см |
ный, 28— |
альный, |
порода, 140— |
|
|
|
38 см |
68 — 78 см |
150 см |
S i0 2 |
|
84,61 |
85,46 |
79,67 |
84,01 |
F e 20 3 |
3,26 |
3,18 |
5,80 |
4,20 |
|
А 1 ,0 3 |
7,70 |
7,83 |
1 1,88 |
8,44 |
|
Р 20 |
5 |
0,18 |
0,08 |
0,06 |
0,13 |
s o 3 |
|
0,11 |
0,08 |
0,08 |
0,12 |
СаО |
|
0,57 |
0,92 |
0,50 |
0,64 |
MgO |
0,22 |
0,31 |
0,21 |
0,30 |
|
к 2о |
|
1,80 |
1,70 |
1,72 |
1.32 |
N a20 |
1,20 |
1,00 |
1,10 |
0,74 |
|
МпО |
0,12 |
0,05 |
0,03 |
0,09 |
|
CuO |
|
МО ~3 |
МО - 3 |
110 -3 |
М О "3 |
ZnO |
|
3,4-10 - 3 |
3,0-10 " 3 |
3,0-1 0 -3 |
3,0-10-3 |