ком гигиена Гончарюк

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ ПОЧВЫ

зуется зона капиллярного поднятия грунтовых вод, толщина которой (т. е. вы­ сота поднятия) зависит от размера пор этого слоя почвы.

Наибольшее значение для почвы в этих зонах, с гигиенической точки зре­ ния, имеют пористость, размер пор, воздухопроницаемость.

Пористость почвы. Под пористостью почвы следует понимать суммар­ ный объем пор в единице объема почвы, выраженный в процентах. Размер пор и пористость почвы зависят от ее механического состава. Размер пор в однород­ ной почве тем больше, чем больший размер имеют отдельные механические элементы почвы, т. е. ее зернистость. Самые крупные поры в каменистой поч­ ве, очень мелкие — в глинистой, а самые мелкие — в торфяной. При этом сум­ марный объем пор, выраженный в процентах, увеличивается, т. е. пористость почвы тем выше, чем меньше размер отдельных механических элементов поч­ вы. Так, пористость песчаной почвы составляет 40%, а торфяной — 82%.

На размер пор влияет также форма механических элементов почвы. В ус­ ловиях неоднородной почвы, т. е. когда почва состоит из частиц разного раз­ мера, поры между большими частицами заполняются меньшими частицами. В изверженных вулканических породах и монолитах (гранит) вместо пор часто встречается целая сеть соединенных между собой горизонтальных и верти­ кальных трещин, которые иногда достигают значительной ширины и глубины. Кроме естественных пор, обусловленных механическим составом, в почве встречаются каналы и трещины, искусственно созданные животными, обита­ ющими в почве (ежами, кротами и др.), или людьми при бурении скважин, вы­ капывании колодцев, закладывании свай, прокладывании труб и др.

Величина естественных пор почвы, наличие в ней естественных или ис­ кусственных трещин и каналов оказывают существенное влияние на взаимо­ действие почвы с воздухом и водой, а также фильтрационную способность почв. Именно этим обусловлено их гигиеническое значение. Так, почвы с круп­ ными порами и низкой пористостью (гравелистые, песчаные, легкие супесча­ ные) хорошо проницаемы для воды и воздуха. Они имеют наивысшую фильт­ рационную способность. В таких почвах, а также в почвах с естественными и искусственными трещинами химические и биологические загрязнения быст­ рее продвигаются вглубь и достигают грунтовых вод, что приводит к их загряз­ нению и создает опасность для здоровья населения. В то же время почвы с ма­ ленькими порами и высокой пористостью (глинистые, тяжелые суглинистые) имеют низкую фильтрационную способность. В них задерживается вода, они плохо аэрируются. Это приводит к замедлению или даже прекращению про­ цессов самоочищения почвы от органических загрязнений, что также опас­ но для здоровья населения. Оптимальной для процессов самоочищения от био­ логических и химических загрязнений является пористость почвы в пределах 60—65%.

Воздухопроницаемость почвы — это способность почвы пропускать во­ здух через свою толщу. Проницаемость почвы для воздуха обусловлена лишь размером пор и не зависит от их общего объема, т. е. от пористости. Если объем воздуха, проходящего за 1 мин через мелкий песок, принять за единицу, то при таких же условиях через средний песок пройдет 84 объема воздуха, через круп-

361

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

ный — 961, через мелкий гравий — 5195, через средний хрящ — 11 684 объема воздуха. В указанном примере с увеличением размера механических элемен­ тов (частиц) почвы увеличивается размер пор и значительно повышается про­ ницаемость почвы для воздуха. В то же время общий объем пор уменьшается: если в мелком песке пористость составляет 55%, то в среднем — лишь 37,9%. Количество воздуха, проходящего через слой почвы определенного механи­ ческого состава, увеличивается при повышении барометрического давления и уменьшении влажности почвы. Вода, заполняющая поры почвы, вытесняет из них воздух и препятствует его проникновению в почву. Если все поры запол­ нены водой или льдом, то проницаемость для воздуха уменьшается до нуля.

Смесь газов и паров, которая заполняет поры почвы, называется почвен­ ным воздухом. Почвенный воздух и вода являются антагонистами относитель­ но пространства пор. Почвенный воздух по составу отличается от атмосферно­ го и постоянно с ним взаимодействует. Движение почвенного воздуха и обмен его с атмосферным воздухом происходит под влиянием разницы их темпера­ туры, колебаний барометрического давления и уровня грунтовых вод. Так, при понижении барометрического давления и повышении температуры почвы в соответствии с законами Бойля—Мариотта, Гей—Люссака и Шарля объем почвенного воздуха увеличивается при постоянном объеме пор почвы, воздух поднимается и выходит из почвы в приземной слой атмосферы. При повыше­ нии атмосферного давления и уменьшении температуры почвы атмосферный воздух поступает в поры почвы. Этот процесс называется "дыханием" почвы. Он также происходит во время колебания уровня грунтовых вод: если уровень грунтовых вод повышается, то почвенный воздух выходит в атмосферу, если снижается, то атмосферный воздух поступает в поры почвы.

Воздухопроницаемость почвы обусловливает ее обогащение кислородом, что имеет большое гигиеническое значение, связанное с биохимическими про­ цессами окисления, которые протекают в почве и обеспечивают ее самоочи­ щение от органических загрязнений. Поэтому здоровой является почва легкого механического состава (песчаная, легкая супесчаная) с крупными частицами, так как у нее большие поры. Это обусловливает ее высокую воздухопроницае­ мость и хорошую аэрацию — достаточную для активного протекания процес­ сов самоочищения.

Водопроницаемость, или фильтрационная способность, почвы. Под во­ допроницаемостью понимают способность почвы впитывать и пропускать во­ ду, которая поступает с поверхности. Этот процесс протекает в две фазы: пер­ вая фаза — впитывания, когда свободные поры последовательно заполняются водой. При избытке влаги впитывание ее продолжается до полного насыщения почвы. Вторая фаза — фильтрации, происходит при условии полного насыще­ ния почвы водой, когда вода начинает двигаться в почвенных порах под дейст­ вием силы тяжести. Количественная оценка водопроницаемости почвы приве­ дена в табл. 39.

Водопроницаемость почвы оказывает решающее влияние на образование грунтовых вод и накопление их запасов в недрах Земли. Это имеет непосред­ ственное отношение к снабжению населения водой из подземных источников.

362

От водопроницаемости почвы зависит возможность использования ее для очистки сточных вод, твердых и жидких бытовых отходов, которые образуют­ ся в населенных пунктах. С водопроницаемостью почвы связана возможность загрязнения подземных источников водоснабжения опасными в санитарном от­ ношении поверхностными стоками с территории населенных мест и сельско­ хозяйственных угодий.

Фильтрационную способность и механический состав почвы на практике можно оценить по времени всасывания воды почвой: выкапывают приямок раз­ мером 0,3 х 0,3 м и глубиной 0,15 м быстро заполняют водой (12,5 л) и по се­ кундомеру определяют время впитывания воды (табл. 40). На основании полу­ ченных результатов можно прогнозировать способность почв к самоочищению от органических загрязнений и решать вопрос об использовании почвы для очистки бытовых отходов.

Кроме того, фильтрационную способность почвы характеризует коэф­ фициент фильтрации, под которым понимают длину пути, которую проходит вода за единицу времени, вертикально двигаясь в почве под действием си­ лы тяжести. Например, для среднезернистых песков коэффициент фильтрации, составляет 0,43 м/сут, для мелкозернистых — 0,043 м/сут, для суглинков — 0,0043 м/сут. Чем выше фильтрационная способность почвы, тем выше коэф­ фициент фильтрации.

363

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

Влагоемкость почвы. Под влагоемкостью почвы понимают количество влаги, которое способна удержать почва сорбционными и капиллярными сила­ ми. Влагоемкость обусловливается силами поверхностного сцепления (адсорб­ ционными силами), которые возникают между поверхностью почвенных частиц й омывающей их водой. Влагоемкость тем больше, чем меньше размер пор и больше их суммарный объем, т. е. пористость. Поэтому чем меньше механичес­ кие элементы почвы, тем выше ее влагоемкость. Так, средний гравий задерживает по массе 7% воды, крупный песок —- 23%, средний — 47%, мелкий — 65% воды.

Гигиеническое значение влагоемкости почвы связано с тем, что большая влагоемкость уменьшает ее воздухо- и водопроницаемость, что ухудшает про­ цессы самоочищения почвы, препятствует ее использование для очистки сточ­ ных вод и твердых бытовых отходов. Почвы с высокой влагоемкостью влаж­ ные, холодные, приводят к сырости в жилых и общественных зданиях, особен­ но в подвалах и на первом этаже.

Капиллярность почвы. Под капиллярностью почвы понимают способ­ ность ее поднимать по капиллярам воду из нижних горизонтов в верхние. Чем меньше размер механических частиц почвы, т. е. мельче поры, тем больше ка­ пиллярность почвы и тем выше и медленнее будет подниматься в такой почве вода. Крупнозернистые (гравелистые, песчаные) почвы поднимают воду быст­ рее, но на меньшую высоту по сравнению с мелкозернистыми (глинистыми, тяжелыми суглинистыми).

Высокая капиллярность почвы может быть причиной сырости в жилых и общественных зданиях даже в том случае, если фундаменты их заложены зна­ чительно выше уровня грунтовых вод. Высокая капиллярность, как и повышен­ ная влагоемкость, тормозит процессы самоочищения почв, делает их непригод­ ными для очистки сточных вод и бытовых отходов.

Состав почвы

Почва состоит из минеральных, органических соединений и органо-мине- ральных комплексов, а также почвенных растворов, почвенного воздуха и поч­ венных микроорганизмов (абиотической и биотической составных). Для ги­ гиенической оценки степени загрязнения почвы важно знать ее естественный состав, так как практически любое статистически достоверное отклонение от естественного состава данного типа почвы или появление чужеродных веществ может рассматриваться как та или иная степень ее загрязнения.

Минеральные, или неорганические, вещества почвы. Минеральные (не­ органические) вещества почвы на 60—80% представлены кристаллическим кремнеземом или кварцем. Значительное место в минералогическом составе поч­ вы занимают алюмосиликаты (полевые шпаты и слюда). К алюмосиликатам относятся и вторичные глинистые минералы, в частности монтмориллонитовая группа (монтмориллонит, нонтронит, бейделит, соконит, гекторит, стивенсит). Гигиеническое значение монтмориллонитов обусловлено тем, что они определяют поглотительную способность и емкость поглощения катионов (на­ пример, тяжелых металлов) почвой.

364

СОСТАВ ПОЧВЫ

Кроме кремнезема и алюмосиликатов, в минеральный состав почвы вхо­ дят практически все элементы периодической системы Д.И. Менделеева. К хими­ ческим элементам, которые содержатся в почве и имеют наибольшее гигиени­ ческое значение, относятся кислород, кремний, железо, кальций, натрий, калий, углерод, хлор. Из химических элементов, входящих в небольших количествах в состав минеральных веществ почвы, наибольший интерес с гигиенической точки зрения представляют биомикроэлементы: фтор, йод, медь, цинк, марга­ нец, кобальт, молибден и др. Их повышенное или пониженное содержание в почве определяет концентрацию этих элементов в контактирующих с почвой средах (воде, растениях, атмосферном воздухе), что влияет на формирование естественных биогеохимических провинций, играющих ведущую роль в воз­ никновении эндемических заболеваний. В таких провинциях в организм чело­ века с местными продуктами питания, питьевой водой и воздухом поступает избыточное или недостаточное количество того или другого биомикроэлемен­ та, т. е. не отвечающее физиологической потребности. При условии постоян­ ного или длительного проживания в геохимических провинциях у людей воз­ никают естественные гиперили гипомикроэлементозы, которые получили наз­ вание эндемических заболеваний: эндемический флюороз, эндемический зоб, молибденовая подагра, уровская болезнь, болезнь Кешана и др.

Содержание химических элементов в почве можно оценивать в кларках. Под кларком понимают среднее содержание химического элемента в эталон­ ной (незагрязненной) почве (литосфере). Так, один кларк кальция равен 3,25% по массе, или 32,5 г/кг почвы. Содержание элемента в почве на уровне 3—4 кларков и более свидетельствует о ее загрязнении. В табл. 41 приведен естественный состав дерново-подзолистой почвы. Отклонение от этого состава считается той или иной степенью загрязнения.

Гигиеническая оценка степени загрязнения почвы неорганическими веществами, особенно экзогенными, чужеродными для почвы, основана на

ТАБЛИЦА 41

Содержание неорганических соединений в дерново-подзолистой почве, % по массе прокаленной почвы

365

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

сравнении фактического содержания данного элемента в почве с его ПДК (табл. 42).

Таким образом, степень загрязнения почвы можно оценить, сравнив факти­ ческое содержание вещества в почве: во-первых, — с количеством этого веще-

Общее содержание органических веществ в почвах различных типов, т/га

СОСТАВ ПОЧВЫ

углероду растительного происхождения называется коэффициентом гумифи­ кации.

Уменьшение коэффициента в 1,5—2 раза по сравнению со стандартными величинами свидетельствует о загрязнении почвы органическими вещества­ ми. О степени загрязнения почвы азотсодержащими органическими вещества­ ми, прежде всего животного происхождения, свидетельствуют концентрация органического азота (см. табл. 43) и величина санитарного числа Хлебникова. Санитарное число Хлебникова — это отношение азота гумуса к общему орга­ ническому азоту, состоящему из азота гумуса и азота чужеродных для почвы органических веществ, загрязняющих ее. Если почва чистая, то санитарное чи­ сло Хлебникова равно 0,98—1.

Уровень загрязнения почвы органическими веществами является косвен­ ным показателем эпидемической опасности почвы.

Почвенная влага. Гигиеническое значение почвенной влаги состоит в том, что она является своеобразным "транспортным средством", так как все хими­ ческие вещества и биологические загрязнители (яйца геогельминтов, простей­ шие, бактерии, вирусы) могут передвигаться в почве только с почвенной вла­ гой. Кроме того, все химические и биохимические процессы, протекающие в почве, в том числе самоочищение ее от органических соединений, осуществля­ ются в водной среде, водных растворах.

Влага в почве может находиться в твердом, жидком и парообразном состо­ янии. Наибольший интерес с гигиенической точки зрения представляют сле­ дующие формы почвенной влаги: 1 ) гигроскопическая вода, конденсирующая­ ся на поверхности почвенных частиц; 2) пленочная вода, удерживающаяся на поверхности почвенных частиц; 3) капиллярная вода, удерживающаяся капил­ лярами в тонких порах почвы; 4) свободная гравитационная вода, находящая­ ся под действием силы тяжести или гидравлического напора и заполняющая крупные некапиллярные поры почвы.

О значении разных форм воды в передвижении загрязнений в почве свиде­ тельствуют следующие данные. Гигроскопическая вода прочно связана с почвен­ ными частицами и поэтому она не может усваиваться ни корнями растений, ни бактериями, поэтому микроорганизмы не могут существовать в гигроскопичес­ кой воде. Кроме того, она неподвижна, и с ней не могут перемещаться какие-ли­ бо загрязнения, в том числе и микроорганизмы. Пленочная вода, хотя и не усваи­ вается корнями растений, но может быть использована бактериями и играет важ­ ную роль в обеспечении водного и электролитного баланса почвы, так как мо­ жет продвигаться с больших глубин. Капиллярная и свободная гравитационная вода доступна для усвоения как корнями растений, так и микроорганизмами. Сле­ довательно, распространение химических и бактериальных загрязнений в почве связано с перемещением пленочной, капиллярной и гравитационной воды.

Почвенный воздух. Естественный состав почвенного воздуха регули­ руется скоростью потребления кислорода и образования углерода диоксида в результате микробиологических процессов минерализации органических ве­ ществ и изменяется в зависимости от глубины (табл. 44). В поверхностном слое почвы (0,2 м) почвенный воздух по содержанию основных компонентов

367

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

Кроме свободного воздуха, в порах почвы содержится значительное коли­ чество газов, прежде всего кислорода и углерода диоксида, растворенных в поч­ венной влаге. Растворимость газов в воде уменьшается при повышении темпе­ ратуры, и поэтому чем ниже температура почвы, тем больше газов, в частнос­ ти кислорода и углерода диоксида, растворено в почвенной влаге.

Воздух почвы, загрязненный бытовыми и другими отходами, в результате процессов минерализации обогащается углерода диоксидом, аммиаком, серо­ водородом и токсическими примесями, которые могут вызвать отравление лю­ дей при поступлении в жилые, общественные и промышленные помещения. Поэтому на основании химического состава почвенного воздуха можно дать санитарную оценку степени загрязнения почвы.

Почвенные микроорганизмы. Биотическая компонента почвы представ­ лена различными бактериями, вирусами, грибами, актиномицетами, водорос­ лями, простейшими. Гигиеническое значение собственно почвенных микроор­ ганизмов (аутохтонной микрофлоры) состоит в обеспечении процессов само­ очищения почвы от органических загрязнений. Патогенные микроорганизмы, которые попали в почву и сохранились в ней, определяют ее эпидемическое значение. Для гигиенической оценки степени загрязнения почвы и прогнози­ рования ее способности к самоочищению важным показателем является общая численность почвенных микроорганизмов. Этот показатель для чистых естест­ венных почв колеблется в зависимости от их типа и достигает наибольших зна­ чений в черноземах, сероземах и красноземах (табл. 45).

ТАБЛИЦА 45 Численность микроорганизмов в почвах различных типов (в 1 г)

368

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЧВЫ

Гигиеническое значение почвы

Почва — огромная естественная лаборатория, в которой беспрерывно про­ текают самые разнообразные сложные процессы разрушения и синтеза орга­ нических веществ, образуются новые неорганические соединения, происходит отмирание патогенных бактерий, вирусов, простейших, яиц гельминтов. Поч­ ву используют для очистки и обезвреживания хозяйственно-бытовых сточных вод, жидких и твердых бытовых отходов, образующихся в населенных пунк­ тах. Почва оказывает значительное влияние на климат местности, характер ра­ стительности, планировку и застройку населенных мест и отдельных зданий, их благоустройство и эксплуатацию. В условиях сельскохозяйственного произ­ водства в почву целенаправленно вносят большое количество разнообразных пестицидов, минеральных удобрений, структурообразователей почвы, стиму­ ляторов роста растений. С жидкими и твердыми бытовыми и промышленными отходами, сточными водами, выбросами промышленных предприятий и авто­ транспорта в почву попадают поверхностно-активные вещества (ПАВ), поли­ циклические ароматические углеводороды (ПАУ), большое количество тяже­ лых 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 обра­ зом, она оказывает большое влияние на здоровье населения.

Еще в глубокой древности различали почвы "здоровые" и "нездоровые". "Здоровыми" считались местности, расположенные на возвышенностях, с су­ хими почвами, хорошо проветриваемые и инсолируемые. К "нездоровым" от­ носили территории, расположенные в низменностях, холодные, затопляемые, сырые, с частыми туманами. Поэтому почва имеет важное гигиеническое зна­ чение для здоровья населения и благоустройства населенных мест и является:

1) главным фактором формирования естественных и искусственных био­ геохимических провинций, которые играют ведущую роль в возникновении

ипрофилактике эндемических заболеваний среди населения;

2)средой, которая обеспечивает циркуляцию в системе окружающая сре­ да — человек химических и радиоактивных веществ, используемых в народ­ ном хозяйстве, а также экзогенных химических веществ, которые попадают в почву с выбросами промышленных предприятий, авиа- и автотранспорта, сточ­ ными водами, а значит, фактором, влияющим на здоровье населения;

3)одним из источников химического и биологического загрязнения атмо­ сферного воздуха, подземных и поверхностных вод, а также растений, исполь­ зуемых 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 про­ исходят процессы трансформации солнечной энергии. По данным В.А. Ковды, растения ежегодно аккумулируют почти 0,5 х 1015 кВт солнечной энергии.

369

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

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 транс­ формированной энергии Солнца.

Почва является тем элементом биосферы, который формирует хими­ ческий состав пищевых продуктов, питьевой воды и частично — атмо­ сферного воздуха. Ежегодно на Земле вырабатывается 8,3 х Ю10 т живого ве­ щества, 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 потребляе­ мая 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 ве­ ществ, присутствующих в почве, а также от качества и количества экзогенных химических веществ, которые попали в почву случайно или целенаправлен­ но 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. Извест­ ны также и заболевания, связанные с недостаточным содержанием в почве, и со­ ответственно, в суточном рационе, определенных микроэлементов.

Так, растения, которые выросли в районах, эндемичных по содержанию

впочве селена, могут накапливать до 5000 мг/кг этого микроэлемента. Употреб­ ление такой фитомассы, полученной на щелочных землях США, Канады, Ир­ ландии, приводило к отравлению людей и массовой гибели сельскохозяйствен­ ных животных. Селеновый токсикоз получил название "щелочной " болезни.

В то же время селен — биомикроэлемент, и он обязательно должен поступать

ворганизм 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 явля­ ется причиной возникновения болезни Кешана — селенового гипомикроэлементоза, при котором наблюдается ювенильная кардиопатия, повышен риск развития атеросклероза, гипертонической болезни, эндокринопатий, новооб­ разований, встречаются хронический дерматит (зуд, слущивание кожи), артралгия.

Установлена связь между повышенным содержанием в почве молибдена и заболеваемостью молибденовой подагрой, раком пищевода, нарушением ре­ продуктивной функции. Молибденовая подагра (гипермикроэлементоз молиб­ дена) является эндемическим заболеванием для некоторых районов Армении (Анкаван и Кадражан). Избыточное поступление молибдена в организм че­ ловека (суточная потребность составляет 0,1—0,3 мг) приводит к повышению

370