CC BY
18
АКТУАЛЬНАЯ ЗАДАЧА САНИТАРНОЙ ХИМИИ ПОЧВЫ1
Кандидат биологических наук Л. П. Лебедева Из Украинского института коммунальной гигиены
В санитарно-химической литературе уже не впервые поднимается вопрос о необходимости заменить приводимые в общепринятых схемах данные валовых определений органического азота и органического углерода в почве или в отбросах такими показателями, которые по возможности отражали бы содержание в них легко загнивающих, нестойких, неблагополучных в санитарном отношении органических веществ нечистот в отличие от органического вещества гумуса, который, как известно, образуется за счет процессов гумификации растительных и животных остатков, являясь постоянной органической частью незагрязненной почвы. Вопрос об изыскании метода химического отделения органического вещества нечистот и отбросов от органического вещества гумуса является, несомненно, одним из актуальнейших в почвенной санитарной химии, так как лишь при условии его разрешения мы можем подойти к разработке прямых сани-тарно-химических показателей состояния почвы, а в дальнейшем и к установлению для нее количественных санитарных нормативов.
Еще С. М. Драчев и Б. А. Скопинцев (1929) указывали, что в природе могут встречаться запасы органического азота и органического вещества, значительно превосходящие по своему количеству то, что мы имеем на свалках, и совершенно индиферентные в санитарном отношении (чернозем, торф, каменный уголь). Они отмечали, что валовые анализы дают лишь общее представление о количестве органического вещества, в то время как с точки зрения санитарной и хозяйственной представляет интерес исследование форм азота и их устойчивости. Однако они не выдвинули конкретных показателей, удовлетворяющих поставленным ими требованиям, одновременно подчеркивая большую трудность их разработки.
Трудность химического отделения органического азота или органического углерода нечистот и отбросов от аналогичных компонентов гумуса заключается в том, что природа органического вещества почвы изучена еще недостаточно. Недостаточно разработаны и методы его исследования. В частности, изолирование гумуса из почвы в чистом виде и изучение его химического состава представляют значительные трудности (И. В. Тюрин, 1937; И. Ф. Гаркуша, 1940; Н. А. Качинский, 1951, и др.). Тем не менее некоторые моменты общего характера, касающиеся этой области, являются уже достаточно установленными. Лишь сравнительно небольшая часть исследователей рассматривает микробную массу в качестве основной формы гумуса. Согласно широко принятой современной точке зрения, почвенный перегной или гумус образуется из растительных остатков при переработке их микроорганизмами: микроорганизмы, разрушая органические остатки, некоторую часть их превращают в компоненты микробной клетки. После отмирания микроорганизмов составные части их плазмы вступают во взаимодействие между собой и с частично разложенными компонентами растительных остатков; образование гумуса (его основной ча-
1 В порядке обсуждения статьи Н. И. Хлебникова, Гигиена и санитария, 1951, №4.
сти — гуминовых кислот) идет за счет конденсации и последующих превращений этих продуктов при участии ферментов бактерий (И. В. Тюрин, 1937; М. М. Кононова, 1951, 1953; Е. Н. Мишустин, 1947, 1953). На основании современных представлений основная часть гумуса — гуминовые кислоты — является продуктом конденсации ароматических соединений типа полифенолов с аминокислотами при возможном участии третьего компонента— углеводных остатков (С. С. Драгунов, 1948; М. М. Кононова, 1953; Е. Н. Мишустин, 1953). Азотистая часть гумуса (в основном его гидролизуемая часть) носит иногда название протеинов гумуса или почвенного белкового азота. Название это условно, так как если по одним особенностям «почвенный белок» близок к настоящим белкам, то по ряду других свойств он резко отличается от них. Последнее обстоятельство ставит под сомнение взгляд о белковом характере азотистых соединений гумуса в целом (И. В. Тюрин, 1937). Как указывает М. М. Кононова (1951), гидролизуемая часть азота гумуса (гуминовых кислот) представлена не типичным белком, а, повидимому, продуктами его довольно глубокого распада. Согласно распространенной современной точке зрения, белка в составе гумусовых веществ нет (М. М. Кононова, 1953).
Таким образом, химическая природа азотистой части гумуса также выяснена еще недостаточно, между тем химическое отделение органического азота гумуса от органического азота нечистот в загрязненной почве и количественное сопоставление этих обеих столь различных в санитарном отношении групп веществ дало бы нам возможность установить прямые химические показатели загрязнения и самоочищения почвы.
В современной гигиенической литературе мы наблюдаем некоторые попытки в этом направлении. В последних работах Н. И. Хлебникова выдвигается новый санитарно-химический показатель загрязнения и самоочищения почвы, именно отношение количества азота гумуса или почвенного белкового азота к общему количеству органического азота, названное автором санитарным числом. Чем больше величина санитарного числа, т. е. чем относительно большее количество органического азота в почве представлено азотом гумуса, тем почву следует считать более чистой в санитарном отношении.
Автор предлагает схему оценки санитарного состояния почвы населенных мест на основании величины санитарного числа. Свой показатель автор считает применимым для оценки санитарного состояния городских земель и почв всех типов без сопоставления с незагрязненной почвой, а также для санитарно-химической оценки компостов.
Для определения азота гумуса или почвенного белкового азота Ц. И. Хлебников рекомендует применять метод Барнштейна, «широко используемый в растительном и зоотехническом анализе для определения ■белкового азота». Определяемый этим методом белковый азот в почве, в частности, в загрязненной, автор считает «азотом перегноя — вещества довольно стойкого и желательного в санитарном отношении»
Переходя к оценке показателя «санитарное число», необходимо отметить, что отношение азота гумуса к валовому органическому азоту в почвах, городских землях или компостах несомненно могло бы служить для оценки их санитарного состояния. Вся трудность, однако, заключается в отсутствии надежного метода для химического отделения азота гумуса от белкового азота нечистот. Рекомендуемое Н. И. Хлебниковым определение валового содержания белкового азота в почве методом Барнштейна этой трудности не разрешает. Белковый азот, в частности, определяемый методом Барнштейна, содержится во всех важнейших в санитарном отношении отбросах — в фекалиях, в неразложившемся мусоре, в кухонных отходах, в навозе, в трупах животных. Определяя белковый азот в почве, загрязненной неразложившимися или полуразложившимися нечистотами,
1 Гигиена и санитария, 1951, № 4, стр. 18.
2 Гигиена и санитария, № 5
9
мы получаем не азот гумуса, а суммарное содержание азота еще не разложившихся нежелательных в санитарном отношении белков отбросов и азота почвенного белка или гумуса.
В табл. 1 приведено содержание белкового азота, определяемого методом Барнштейна в некоторых важнейших в санитарном отношении отбросах.
Таблица 1
Содержание белкового азота в некоторых отбросах
Название отброса
3 й 2
о а
о
Шага
* Я
я £ н
* Г 8
т
га га
в процентах к сырой массе
Отношение азота белка
к азоту органическому
Примечание
Свежий навоз на соломенной подстилке:
смешанный . . ■
конский „ . . .
крупного рогатого ско та......
Свежий навоз на торфя ной подстилке:
крупного рогатого скота ......
Свежие фекалии . .
То же в процентах от абсолютно сухого вещества ......
Городской мусор из разных районов Киева перед его закладкой в компосты (в процентах от абсолютно сухого вещества).....
Проба № 1.....
> № 2.....
№ 3
0,5
0,58
0,45
0,8
0,6
1,3
5,25
0,83 0,63 1,02
0,31 0,35 0,28
0,48
0,38 1.02
4,18
0,65 0,52 0,99
0,15 0,19 0,14
0,28
0,18 0,14
0,56
0,002 0,002 0,005
0,88
0,9
0,9
0,92
0,9 0,89
0,89
0,78 0,82 0,98
Справочник агронома по удобрениям (1948) и по М. Д. Богополь-скому, К. В. Третьяку и А. М. Вишинському (1936)
По материалам почвенной лаборатории Украинского института коммунальной гигиены (1954)
По М. Д. му, К-и А. М. (1936)
Богопольско-В. Третья^ Вишинському
Как видно из данных табл. 1, от 88 до 92% органического азота в свежем навозе и в свежих фекалиях было представлено в белковой форме. Точно так же и в городском мусоре от 78 до 98% органического азота находилось в форме белкового азота.
Никакого гумуса, конечно, в неразложившемся мусоре, в свежем навозе или в свежих фекалиях содержаться не может. Тем не менее, по аналогии с санитарным числом, нами было высчитано для всех приведенных в табл. 1 объектов отношение азота белка к азоту органическому (см. по-
следнгого графу табл. 1). Обращает на себя внимание отношение белкового азота к азоту органическому у свежего навоза и у свежих фекалий (0,89—€,9), что, исходя из схемы, предложенной Н. И. Хлебниковым, отвечает санитарному числу, характеризующему слабую загрязненность. Примерно такое же отношение белкового азота к органическому наблюдалось и в городском мусоре. При наличии подобного рода неразложившихся нечистот и отбросов в почве величина санитарного числа повышена не за счет азота гумуса, а за счет белков этих нечистот и отбросов. Для иллюстрации этого в табл. 2 приведены результаты произведенного нами анализа почвы, свежезагрязненной неразложившимися фекалиями в количестве около 30% сырого веса фекалий к весу почвы; одновременно приводится химический состав этих фекалий, а также характеристика той же-почвы в незагрязненном состоянии.
Таблица 2
Данные химического анализа почвы, загрязненной свежими фекалиями
Характер почвы Азот органический Азот белковый Отношение белкового азота к азоту органическому
в процентах к абсолютно сухой почве
Почва, загрязненная свежими фекалиями . . 0,508 0,461 0,91
Та же почва в незагрязненном состоянии . . 0,188 0,182 0,99
Свежие фекалии . . . 4,69 4,18 0,89
Из данных табл. 2 видно, что внесение в почву свежих неразложившихся фекалий привело к значительному увеличению в ней белкового азота, определяемого методом Барнштейна, за счет белков этих фекалий. Отношение белкового азота к азоту органическому в почве со столь интенсивным фекальным загрязнением было равно 0,91, что отвечает санитарному числу, характеризующему слабую загрязненность, и, таким образом, совершенно неправильно ориентирует нас при оценке ее санитарного состояния.
Присутствие нечистот и других отбросов в малоразложившемся состоянии особенно вероятно в условиях обычно сильно уплотненной бесструктурной городской почвы, где при недостатке аэрации, а часто и влаги, процессы разложения протекают замедленно. Опыты с внесением нечистот в почву, когда ее вспахивают или вскапывают, совершенно не отражают этой ее характерной особенности.
Снижение величины санитарного числа, наблюдавшееся Н. И. Хлебниковым в его работах при экспериментальном внесении нечистот в почву, происходило, очевидно, за счет повышенного содержания органических продуктов разложения белков этих нечистот, не определяемых методом Барнштейна (как известно, методом Барнштейна не определяется азот пептонов, амидов, аминокислот и некоторых других соединений). Сильно разложившееся состояние нечистот, обычно поступающих в поле для удобрения, определено Н. Л. Терентьевой (1945) на протяжении ее 4-летних опытов, Ф. Гонкампом (1932), К- Н. Швецовым (1929), X. Уэлером и др. Однако и при положении, аналогичном наблюдавшемуся в опытах Н. И. Хлебникова, исходя из концепции санитарного числа, мы также можем в ряде случаев ошибочно зачислить в число соединений азота гумуса еще не разложившуюся часть белковых веществ нечистот. Почти во всех вариантах опыта Н. И. Хлебникова содержание белкового азота в почве в момент внесения в нее нечистот повышалось почти вдвое по сравнению с
2*
И
незагрязненной контрольной почвой, что следует в основном отнести за счет еще не разложившихся белков вносимых нечистот. К концу процесса самоочищения содержание белкового азота в загрязненной почве понижалось, что также характерно для наличия в ней нестойких богатых азотом органических остатков, в данном случае нечистот. В качестве иллюстрации в табл. 3 приведены данные одного из опытов Н. И. Хлебникова по загрязнению нечистотами среднеподзолистой супесчаной почвы
Таблица 3
Загрязнение нечистотами среднеподзолистой супесчаной почвы
Дата Вариант опыта Азот органический (валовое содержание) Азот белковый Азот органический, не определяемый методом Барнштейна
в мг на 100 г абсолютно сухой почвы
V. 1946 Почва загрязненная . . 247 131 116
» незагрязненная 77 65 11
IX. 1946 Почва загрязненная » незагрязненная 116 71 94 71 22 0
IX. 1947 Почва загрязненная . . 103 102 1
» незагрязненная 71 71 0
Как видно из данных табл. 3, содержание белкового азота в момент внесения в почву нечистот повысилось вдвое по сравнению с незагрязненной контрольной почвой, совершенно очевидно, за счет белков внесенных нечистот. К концу процесса самоочищения содержание белкового азота в загрязненной почве уменьшилось примерно на одну треть, приблизившись к его содержанию в контроле. Высчитанное нами (см. последнюю графу табл. 3) содержание азота органических веществ, не определяемых методом Барнштейна, в момент загрязнения было сильно повышено; к концу процесса самоочищения оно резко снизилось. Содержание этих веществ, по нашему представлению, могло бы быть использовано в качестве одного из показателей хода процесса самоочищения почвы, загрязненной частично разложившимися нечистотами, в значительно большей степени, чем санитарное число.
Метод Барнштейна является крайне условным и неточным. Гидратом окиси меди осаждаются не только белки, но и продукты конденсации, получающиеся при взаимодействии аммиака и аминокислот с углеводами. Поэтому, например, при исследовании продуктов автолиза дрожжей белка в этих продуктах разложения оказывается больше, чем в исходном материале. Ввиду указанного этим методом рекомендуется пользоваться с большой осторожностью, когда в среде, где учитывается распад белка, имеются углеводы. Еще более резкие расхождения между методом Барнштейна и другими методами обнаруживаются при анализе продуктов частичного гидролиза белка (Н. Я- Демьянов и Н. Д. Прянишников, 1934; Н. Н. Иванов, 1946). Размеры статьи не дают возможности остановиться на этом вопросе подробнее, однако из уже сказанного ясно, что при том пестром наборе органических веществ, с которым мы обычно имеем дело в загрязненной почве или в отбросах, применение метода Барнштейна
1 Гигиена и санитария, 1951, № 4, стр. 15.
может послужить источником ряда неточностей и ошибок, поэтому и показатели, основанные на этом методе, могут носить лишь ориентировочный характер.
Все сказанное о валовом белковом азоте в почве в известной степени относится и к азоту белка микробной клетки. Элементы белка микробной плазмы входят в состав гумуса в сильно видоизмененном состоянии. Тем не менее органическая часть незагрязненной почвы, самым тщательным образом освобожденная от растительных и животных остатков и обычно определяемая нами как гумус, неизменно содержит, наряду с собственно гумусовыми веществами, и живое вещество микробных клеток. По подсчетам И. В. Тюрина (1946), отношение азота белка микробной массы к общему азоту гумуса колеблется в незагрязненной естественной почве от 0,5 до 2%. Рассматривая почвенный белковый азот как азот гумуса и азот белка микробной клетки, Н. И. Хлебников расценивает высокое по отношению к валовому органическому азоту содержание «азота гумуса и азота белка микробной клетки» как показатель относительной санитарной чистоты. В отношении белка микробной клетки такое положение, однако, трудно связать с тем фактом, что обилие микрофлоры в почве обычно служит косвенным доказательством ее загрязнения (М. И. Перцовская, 1951). Напоминаем также, что такие важнейшие в санитарно-эпидемиологическом отношении отбросы, как фекалии, в значительной своей части состоят из тел живых и мертвых бактерий, масса которых составляет по весу около 25,33% и доходит до 50% всей массы свежего кала, не говоря уже о прочих белковых образованиях, имеющихся в кале (В. Е. Предте-ченский с авторами, 1950). По подсчетам М. А. Егорова (1912), от 50 до 66% всего азота фекальных масс животных находится в форме клеток микробов. Таким образом, высокое безотносительно или по отношению к валовому органическому азоту содержание в почве азота белка микробной плазмы, точно так же, как и валового белкового азота, не может рассматриваться как показатель относительной санитарной чистоты.
В связи с тем, что, исходя из концепции «санитарного числа», упускается из виду факт наличия в загрязненной почве или в мусоре нераз-ложившихся белковых веществ отбросов, становится понятной известная противоречивость во взглядах на белковый азот в почве, наблюдающаяся в санитарно-химической литературе. В то время как сторонники санитарного числа (Н. И. Хлебников, 1950, 1951; Л. А. Кожинова, 1951; К- С. Заи-ров, 1954) считают белковый азот, определяемый, в частности, и в загрязненной почве, азотом гумуса — вещества, стойкого и желательного в санитарном отношении, ряд других авторов рассматривает тот же белковый азот как элемент и показатель санитарного загрязнения. Так, В. А. Морозов (1949) наиболее ценным показателем загрязнения подзолистой почвы, наряду с органическим углеродом, считает белковый азот. Д. Г. Комм (1949), определяя ценность отдельных химических показателей загрязнения для подзолистой почвы, считает, что в отличие от черноземной почвы здесь большое значение имеет определение общего и белкового азота. Л. М. Горовиц-Власова (1927) указывает, что максимальные цифры для белкового азота наблюдались ею в почве свалок и минимальные — в мало загрязненной почве за чертой города.
С другой точкой зрения на значение белковых соединений азота при санитарном исследовании мы встречаемся в работе С. М. Драчева и Б. А. Скопинцева (1929), исследовавших мусор свалок на разных стадиях его разложения и гумификации. Авторы указывают, что органические азотсодержащие соединения такого мусора должны относиться или к белковым соединениям хозяйственных отбросов, или к веществам, аналогичным почвенным соединениям азота, которые, по ряду данных, по своим свойствам близки к белкам (в последнем случае имеются в виду гумусовые вещества). Одновременно те же авторы отмечают, что метода для разделения той и другой групп азотистых веществ нет. Со своей сто-
роны мы должны добавить, что не разрешает вопрос о химическом разделении этих двух столь различных по санитарному значению групп органических азотистых веществ и валовое (суммарное) определение белкового азота методом Барнштейна, применяемое при установлении санитарного числа. Объединение при этом в одном валовом определении азота гумуса и белкового азота отбросов и отнесение такого суммарного азота к азоту гумуса недопустимо не только с химической, но и с санитарной точки зрения. Таким образом, мы все еще стоим перед неразрешенной задачей химического отделения органического или белкового азота отбросов от азота гумуса.
Почвенная лаборатория Украинского института коммунальной гигиены также работала над этим вопросом. В качестве одного из показателей содержания в почве нестойких, легко загнивающих белковых веществ нечистот в отличие от азота гумуса мы предлагаем содержание в ней подвижных, легко гидролизуемых форм органического азота (А. П. Лебедева, 1952). Проведенные исследования городской почвы в районе залегания серых лесных почв и почвы сел степной полосы Украины, в области распространения южных черноземов подтверждают применимость этих показателей для санитарно-химической оценки почвы. Мы, однако, отнюдь не считаем, что разработкой такого отдельного показателя можно считать задачу санитарной оценки почвы сколько-нибудь полно разрешенной. Учитывая сложность среды, какой является почва, и разнообразие протекающих в ней процессов, необходима разработка комплекса таких показателей. Мы не предполагаем также, что все показатели такой комплексной схемы будут универсальны, т. е. равноценны для всех почв независимо от их типа. Необходимо учесть разнообразие существующих типов почвы, а также несходный характер их органического вещества.
ЛИТЕРАТУРА
Богопольский М. Д., Тгретьяк К. В., Вишинський О. М., Компо-стування садибних покид1в, Киев. ИзД. Украинск. академии наук, 1936.—Г а р-К у ш а И. Ф., Почвоведение, М.—-Л., Сельхозгиз, 1940.—Г о н к а м п Ф., Фекальные удобрения, М.—Л., Сельхозгиз, 1932.—Демьянов Н. Я.. П р я н и ш н и к о в Н. Д.. Общие приемы анализа растительных веществ, М.—Л., Химико-техн. изд., 1933.— Драгунов С. С. и др.. Сравнительное исследование почвенных и торфяных гуминовы.ч кислот. Почвоведение, 1948, № 7.—Драчев С. М., Скопинцев Б. А., К изучению физико-химических свойств почвы свалочных мест, Труды Института имени Эрисмана. в. IV, 1929.—Егоров М. А., Навозохранение и удобрительное действие, Энциклопедия Девриена, т. XII, 1912.—3 аиров К. С., Опыт применения «санитарного числа» как химического показателя для оценки почв Узбекской ССР, Гигиена и санитария, 1954, № 2.—И ванов Н. Н., Методы физиологии и биохимии растений, М.—Л.. Сельхозгиз, изд. 4-е. 1946.—Кгчинский Н. А., Почва, ее свойства и жизнь. Изд. Академии наук СССР, 1951.—Ко ж и нов а Л. А., Самоочищение городской почвы. Гигиена и санитария, 1951, № 4.—Кононова М. М., Проблема почвенного гумуса и современные задачи его изучения, М., Изд. Академии наук СССР, 1951.—Она же. Современные представления об органическом веществе почвы, Труды конференции по вопросам почвенной микробиологии, М., Изд. Академии наук СССР. 1953.—Лебедева А. П., Подвижные формы органического азота как новые показатели санитарного состояния почвы, Врачебное дело, 1952, № 12.—Мишустин Е. Н., Эколсго-географическая изменчивость почвенных бактерий, М.—Л.. Изд. Академии наук СССР. 1947.—Он же, Микроорганизмы и плодородие почвы, Природа, 1953, № 10.—Пер цовская М. И., Бактериологическое исследование почвы населенных мест, в кн.: Санитарное исследование почвы населенных мест. Изд. Акад. мед. наук СССР, 1951.— Предтеченский В. Е., Боровская В. М., Марголина Л. Т., Лабораторные методы исследования, М., Медгиз, 1950.—Справочник агронома по удобрениям (под ред. Чернавина А. С. и Ярусова С. С.), М., Сельхозгиз, 1948.—Т е р е н т ь-; в а Н. Л., Химические показатели загрязнения и самоочищения черноземных почв, Гигиена и санитария, 1945, № 4—5.—Т ю р и н И. В., Органическое вещество почв, М.-Л., Сельхозгиз, 1937.—Хлебников Н. И. Справочник санитарного врача. Раздел «Почва», М., Медгиз, 1950.—Хлебников Н. И., Соотношение «почвенного белкового» и органического азота как санитарный показатель почв населенных мест. Гигиена и санитария, 1951, № 4.—Швецов К. И., Фекальные массы как удобрение. М„ 1929.
Поступила 29/1Х 1954 г.
-к -й- -й-
