Геохимическая обстановка как фактор риска онкологической заболеваемости населения (на примере Северо-Казахстанской области) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Таким образом, уникальные высокогорные фитоценозы Северо-Западного Алтая не подвержены интенсивному техногенному воздействию, способному влиять на уровень содержания элементов в растениях и вызывать как внешние признаки их угнетения, так и дисбаланс элементов в них. Содержание микроэлементов в растениях данной территории характеризуется широким диапазоном колебаний, который определяется их особенностями и условиями окружающей среды.

Библиографический список

Распределение микроэлементов в разных жизненных форм имеют свою специфику: травы накапливают больше микроэлементов, чем кустарники и кустарнички что, по-видимому, обусловлено различиями в их систематической принадлежности и физиологических потребностях. Полученные данные об аккумуляции химических элементов дикорастущими растениями представляют теоретический и прикладной интерес для решения целого комплекса задач.

1. Перельман, А.И. Геохимия ландшафта / А.И. Перельман, Н.С. Касимов. - М.: Астрея, 2000, 1999.

2. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях: пер. с англ. / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. - М.: Мир, 1989.

3. Иванов, В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: Редкие ^элементы. - М.: Экология, 1997. - Кн. 6.

4. Иванов, В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: Главные d-элементы. - М.: Недра, 1996. - Кн. 4.

5. Иванов, В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: Редкие d-элементы / В.В. Иванов. - М.: Экология, 1997. - Кн. 5.

6. Добровольский, В.В. Основы биогеохимии. - М.: Академия, 2003.

7. Рассеянные элементы в бореальных лесах / В.В. Никонов, Н.В. Лукина, В.С. Безель и др. - М.: Наука, 2004.

Статья поступила в редакцию 14.07.10

УДК 550.4, 57.044

М.А. Липчанская, н.с. СКГУ, г. Петропавловск, Казахстан, E-mail: m.lipchanskaya@gmail.com

ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА КАК ФАКТОР РИСКА ОНКОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ НАСЕЛЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ СЕВЕРО-КАЗАХСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ)

В статье рассмотрены некоторые геохимические особенности Северного Казахстана и их связь с онкологической заболеваемостью населения. Установлено наличие достоверной связи между заболеваемостью и распространением на территории области геохимических аномалий следующих веществ в поверхностных водах и донных отложениях: натрий, аммиак, хлориды, общая минерализация, pH, органическое вещество, сумма изомеров ДДТ и ГХЦГ, радий, уран.

Ключевые слова: экология, геохимическая аномалия, онкологическая заболеваемость, факторы риска.

В последние десятилетия предметом научного интереса многих исследователей является изучение факторов экологического риска, провоцирующих развитие микроэлементозов - состояний, связанных с избытком, недостатком или дисбалансом в организме некоторых макро- и микроэлементов [1]. Почвы и водоемы многих территорий, в число которых входит и Казахстан, не обеспечивают сбалансированного поступления в организм человека всего спектра жизненно необходимых элементов, пороговое содержание которых может стать пусковым механизмом развития различных патологий. Воздействие человека на биосферу, обусловленное интенсивной хозяйственной деятельностью, приводит к возникновению геохимических аномалий, характеризующихся особо интенсивным воздействием на организм.

Цель исследования заключалась в оценке взаимосвязи распространенности геохимических аномалий с онкологической заболеваемостью населения Северо-Казахстанской области (СКО). В ходе работы использовали фондовые и опубликованные мате-

Аномалии поверхностных вод

риалы, среди которых особенно большой информативностью обладают картографические, полученные в ходе специализированных радиогидролитохимических исследований Казахстанского производственного предприятия "Степгеология" (масштаб 1 : 1 000 000).

Проанализировано 19 карт, отражающих распределение радиоактивных моноэлементов, металлов, пестицидов и других вредных веществ, содержащихся в поверхностных водах и донных осадках стоков малых рек области. Показатели распространенности аномалий на территории административных районов СКО были сопоставлены с данными об онкологической заболеваемости населения. О наличии достоверной связи судили по коэффициентам корреляции Р. Пирсона. Корреляционный анализ был выполнен в пакете STATISTICA 6.0. В процессе работы провели оцифровку карт имеющихся в СКО геохимических аномалий, что позволило установить их площади и долю для каждого административного района (рис. 1а-б, 2а-б; табл. 1-2).

Таблица 1

в Северо-Казахстанской области

Вид аномалии Доля площади аномалии от площади административного района, % Кратность превышения ПДК

минимальная максимальная средняя

Железо 0 83,8 53,б 1-5

Сульфаты 0 4б,9 19,4 4,3-49

Хлориды 3,7 89,3 44 14-117

Аммиак 0 б7,7 32 2-б

Натрий 17,4 99,5 58,9 13-420

Нитраты 0 б2,8 13,б 5,3-10

Общая минерализация 34,3 92,б б3,б 29-37б

pH 0 71,4 31,1 -

Фтор 49,9 99,8 89,4 14-8б %

(а) (б)

Рис. 1. Геохимические аномалии pH (а) и железа (б) в поверхностных водах СКО (северный регион):

аномалии выделены штриховкой

Пространственный анализ выявил, что химический состав поверхностных вод имел наиболее значительные отклонения от нормы в Аккайынском и Жамбылском районах, наименьшие - в районах Тимирязевском и Шал акына. Самые большие площади в СКО занимают аномалии фтора, общей минерализации и натрия, наименьшая - нитратов и сульфатов.

Большинство из встречающихся в аномалиях веществ играют определенную роль в протекании различных физиологических процессов, однако, попадая в организм в избыточных концентрациях или в состоянии дисбаланса с другими веществами, могут вызвать те или иные нарушения. Таким образом, большинство из рассмотренных аномалий могут обусловливать нарушения физиологических функций организма.

Таблица 2

Аномалии донных отложений в Северо-Казахстанской области

Вид аномалии Доля площад админист и аномалии от площади ративного района, % Максимальная концентрация вещества

минимальная максимальная средняя

Стронций 0 19,8 4,29 72,3 мг/кг

Хром 0 50 23,3 1500 мг/кг

Альфа-излучение 0,4 50,5 21,7 18025 имп/сек/кг

Органическое вещество 0 61,5 28,75 >3 мг/кг

Сумма изомеров ДДТ 0 23,9 9,13 50 мкг/кг

Сумма изомеров ГХЦГ 0 46,1 17,65 5 мкг/кг

Цирконий 0 46,7 17,9 51 мг/кг

Уран 5,1 74,2 33,2 12,4 мг/кг

Иттрий 0 26,3 5,41 54 мг/кг

Радий 0 19,5 3,88 84 Бк/кг

(а) (б)

Рис. 2. Геохимические аномалии органического вещества (а) и хрома (б) в донных отложениях СКО (северный регион)

По сравнению с поверхностными водами, химический состав донных отложений водоемов СКО характеризуется меньшими отклонениями от принятых норм. В частности, из десяти видов аномалий только две (урана и альфа-излучения) встречаются на территории всех районов области. Наиболее крупные аномалии урана располагаются на юге области, что, видимо, объясняется сносом его с Кокчетавской возвышенности, в пределах которой есть породы с высоким его содержанием.

Наиболее вероятным источником альфа-излучения в регионе служат специфические геологические образования складчатого дорифейского фундамента (лейкограниты, углесодержащие осадочные породы, гнейсы, гидротермально-метасоматические эпипороды), а также локальные скопления ЕРН (аномалии, ру-допроявления урановой, иногда уран-ториевой природы). На территории региона указанные образования являются погребёнными (от 10 до 100 м).

Известно, что на состояние здоровья человека оказывают влияние не только отдельные вещества, но и особенности их сочетаний [2; 3]. Для оценки этого воздействия рассчитали площади, на которых пересекаются аномалии двух или трех соединений, и вычислили отношение этих площадей к площадям административных районов.

Особенно часто на территории СКО сочетаются аномалии фтора и общей минерализации поверхностных вод (34-93% от площади района), общей минерализации и натрия (4-85%), фтора и железа в поверхностных водах (0-90%). В донных отложениях на одном участке нескольких аномалий встречается значительно реже, из них наиболее распространенные: органическое вещество и уран (0-31%), а также альфа-излучение и уран (0-24%).

Рассмотрим результаты корреляционного анализа, отражающего взаимосвязь между показателями онкологической заболеваемости и распространенностью геохимических аномалий на территории административных районов СКО (табл. 3).

Таблица 3

Взаимосвязь между показателями онкозаболеваемости и геохимическими аномалиями

По данным корреляционного анализа все рассмотренные аномалии можно условно разделить на три группы: имеющие преимущественно положительные связи с уровнями онкозабо-

леваемости (1), преимущественно отрицательные (2), их равное соотношение (3). Положительные связи с уровнем онкозаболеваемости обнаружены для следующих аномалий: pH, натрий, аммиак, хлориды и общая минерализация поверхностных вод, а также органическое вещество, сумма изомеров ДДТ и ГХЦГ, а также радий и уран в донных отложениях.

Преимущественно отрицательные связи с онкозаболеваемостью наблюдались у аномалий содержания хрома в донных отложениях, фтора и железа в поверхностных водах. Несколько аномалий, как уже было указано, имели приблизительно равное количество достоверных положительных и отрицательных коэффициентов корреляции с онкозаболеваемостью. К ним относятся содержание нитратов и сульфатов в поверхностных водах, иттрия, альфа-излучения, стронция и циркония в донных отложениях.

Для получения более полной картины взаимосвязи онкологической заболеваемости населения с геохимической обстановкой мы рассчитали коэффициенты корреляции между показателями онкологической заболеваемости и распространенностью на территории СКО участков пересечения геохимических аномалий. Выполненные расчеты позволили нам установить, что одна и та же геохимическая аномалия, в сочетании с другими, дает разные по характеру связи с онкозаболеваемостью (табл. 4).

Таблица 4

Взаимосвязь между показателями онкологической заболеваемости и сочетанными геохимическими аномалиями

Доля достоверных

Названия пересекающихся аномалий коэффициентов корреляции, %

положи- отрица-

тельных тельных

Железо + уран 0,76 32,58

Железо + нитраты 2,27 43,94

Железо + сульфаты 38,64 5,30

Железо + pH 46,97 7,58

Железо + минерализация 8,33 28,79

Фтор + минерализация + железо 4,55 32,58

Фтор + железо + нитраты 2,27 43,94

Фтор + железо + сульфаты 40,15 6,06

Фтор + желгзо + pH 23,48 6,82

Минерализация + железо + нитраты 2,27 44,70

Минерализация + железо + аммиак 46,21 6,82

Минерализация + железо + сульфаты 40,15 5,30

Минерализация + железо + pH 44,70 9,09

Таким образом, железо в сочетании с сульфатами и с реакцией среды (pH), имеет преимущественно положительные связи с онкозаболеваемостью, а комплекс "железо-нитраты" связан с онкозаболеваемостью преимущественно отрицательно. Сочетание аномалий железа с общей минерализацией связаны с частотой возникновения ЗНО в большей степени отрицательно. При наличии на тех же территориях нитратов отрицательная связь усиливается, а в присутствие аммиака, сульфатов или pH их связь с онкологической заболеваемостью становится преимущественно положительной.

Выводы:

1. Северо-Казахстанская область характеризуется наличием комплекса геохимических аномалий, некоторые из которых покрывают до 99,8% территории административных районов.

2. Наиболее распространены в СКО аномалии фтора, общей минерализации и натрия в поверхностных водах.

3. Наиболее высокая онкологическая заболеваемость населения наблюдается в районах, значительную часть которых зани-

Наименование аномалий Доля достоверных коэффициентов, %

положитель- ных отрицатель- ных

аномалии поверхностных вод

Фтор 2,27 13,64

Общая минерализация 22,73 7,58

Железо 9,09 18,94

Нитраты 10,61 17,42

Аммиак 37,12 13,64

Хлориды 23,48 9,09

Сульфаты 18,94 10,61

Распределение реакций (pH) 48,48 9,09

Натрий 39,39 5,30

аномалии донных отложений

Радий 31,82 16,67

Хром 8,33 40,15

Сумма изомеров ДДТ 30,30 2,27

Органическое вещество 41,67 12,12

Иттрий 16,67 12,12

Альфа-излучение 21,21 14,39

Стронций 9,09 12,12

Цирконий 14,39 20,45

Сумма изомеров ГХЦГ 22,73 12,88

Уран 27,27 11,36

мают аномалии pH, натрия, аммиака, хлоридов и общей минера- 4. Одна и та же геохимическая аномалия в сочетании с анома-

лизации поверхностных вод, а также аномалии органического ве- лиями других веществ имеет разное влияние на онкологическую щества, суммы изомеров ДДТ и ГХЦГ, радия и урана в донных заболеваемость. отложениях.

Библиографический список

1. Скальный, А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. - М.: Издательский дом "ОНИКС 21 век": МИР, 2004.

2. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология / А.П. Авцын, А.А.Жаворонков, М.А. Риш, М.С. Строчкова. -М.: Медицина, 1991.

3. Скальный, А.В. Микроэлементозы человека (диагностика и лечение). - М.: Изд-во КМК, 1999.

Статья поступила в редакцию 12.08.10

УДК 631.42

А.В. Пузанов, д-р биол. наук, проф., зам. дир. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул; А.В. Салтыков, н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул; Т.А. Рождественская, канд. биол. наук, с.н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, E-mail: puzanov@iwep.ru

ПОЧВЕННО-БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОДОСБОРНОГО БАССЕЙНА РЕКИ ТОМИ

Исследованы почвенно-биогеохимические условия формирования гидрохимического стока р. Томи. Выявлено, что в иллювиальных горизонтах почв формируется мощный геохимический барьер, препятствующий миграции элементов за пределы почвенного профиля. Значительное поступление токсикантов в поверхностные воды в больших количествах возможно только в результате естественной химической денудации почвенного покрова и под действием антропогенной нагрузки.

Ключевые слова: почвенный покров, свойства почв, токсиканты, геохимические барьеры.

Химический состав поверхностных вод определяется комплексом природных условий и масштабом антропогенных нагрузок на наземные и водные экосистемы. Одним из главных факторов формирования гидрохимического стока является почвенно-биогеохимическая обстановка.

Гидрохимическое значение почв определяется их химическим составом, инфильтрационной и водоудерживающей способностью, зависящей, в свою очередь, от гранулометрического состава, структуры, плотности, влажности, содержания органического вещества, характера растительности, глубины и интенсивности промерзания [1-4]. В результате контакта с подстилающей поверхностью атмосферные осадки обогащаются минеральными и органическими соединениями в зависимости от степени их мобильности и интенсивности химических и биологических процессов в ландшафтах. Часть поступившей в почву влаги фильтруется через почвенную толщу и рыхлые породы, а затем поступает в поверхностные и подземные воды.

Изучение почв имеет большое значение, т.к. их свойства определяют аспекты миграции и аккумуляции экологически важных химических веществ. К основным почвенно-биогеохимическим факторам, определяющим формирование потока токсикантов с водосбора в реки, относится содержание гумуса в почве, соотношение его компонентов, емкость катионного обмена, реакция среды, гранулометрический состав, наличие и количество карбонатов, положение почв в системе сопряженных ландшафтов.

Цель работы - выявление почвенно-биогеохимических особенностей формирования гидрохимического стока р. Томи, в бассейне которой наличие ореолов рассеяния ртутных и полиметаллических месторождений и мощный антропогенный прессинг (негативное влияние предприятий цветной и черной металлургии, горнорудной, химической и угледобывающей промышленности, коммунально-бытового и сельского хозяйства, лесоперерабатывающей отрасли) обусловили сложную экологическую обстановку. Почвенный покров и верхнечетвертичные отложения являются основными факторами, определяющими химию поверхностных вод бассейна. Именно депонирующая роль педосферы как на загрязненных, так и фоновых территориях определяет бассейновый баланс химических элементов и их соединений.

Основу структуры почвенного покрова бассейна р. Томь образуют горно-тундровые, горно-луговые, горно-лесные, аллювиальные почвы и чернозёмы. Рассматриваемые почвы являются компонентами различных элементарных геохимических лан-

дшафтов (элювиальных, транзитных, аккумулятивных), что определяет интенсивность и направленность миграционных потоков химических элементов и их соединений.

Почвы альпийского пояса представлены горно-тундровыми торфянистыми, горно-тундровыми перегнойными и горнотундровыми дерновыми подтипами. Большую часть года они находятся в мёрзлом состоянии. Это является причиной очень медленных перемещений веществ по почвенному профилю, осаждения их в виде плёнок и натёков на крупных элементах почвенного скелета.

К обнажениям горных пород, обширным каменным полям и курумам приурочены примитивные горно-тундровые почвы мощностью 1-2 см, с очень низким содержанием оснований. Заметная биогенная аккумуляция кремнезёма и особенно полуторных окислов придаёт им бурый или ржаво-бурый цвет.

Формирование горно-тундровых торфянистых почв происходит обычно на восточных и северных холодных и переувлаж-нённых склонах с обильной мохово-кустарниковой растительностью. Их мощность около 50 см. Реакция среды - очень кислая. Органическое вещество характеризуется малой гумификацией и низкой минерализованностью. На поверхности его содержание достигает 60-80%, на глубине 30-40 см снижается до 5-7%. В составе гумуса преобладают фульвокислоты.

Под мохово-лишайниково-кустарниковой растительностью на относительно крутых склонах южной и юго-западной экспозиции формируются горно-тундровые перегнойные почвы. Они очень кислые, что обусловлено наличием значительных количеств обменного алюминия и гумусовых кислот. В верхней части профиля чётко прослеживается накопление окислов кремния, железа и алюминия. Гумус этих почв грубый, слаборазложившийся, с преобладанием фульвокислот.

Под альпийскими лугами, располагающимися отдельными полосами и куртинами на более низких отметках, развиваются горно-луговые почвы. В зависимости от рельефа и условий дре-нированности в их профиле могут обнаруживаться признаки оглеения или оторфовывания верхней части аккумулятивного горизонта. Горно-луговые почвы характеризуются сероватокоричневой окраской и непрочно-зернистой структурой, высокой обменной и гидролитической кислотностью. Содержание гумуса колеблется от 11 до 17%.

Лесные почвы формируются по склонам гор в условиях промывного водного режима. Под пихтовыми, осиново-пихто-