CC BY
0УДК 616.1 (407.61/.62)
И.И. Грищенко, А.В. Зорькина, И.Н. Басенко, К.А. Якимова, Г.Р Минаков., Е.Б. Соловьев, О.В. Евтушенко, Д.Г. Минаков
Донецкий национальный медицинский университет им. М.Горького
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ТЕХНОГЕННОГО РЕГИОНА
Гигиеническое значение почвы, чрезвычайно велико и многогранно [1-3]. С одной стороны, она является главным фактором формирования природных и искусственных биогеохимических провинций, играющих ведущую роль в возникновении эндемических заболеваний, а с другой стороны - активно участвует в циркуляции химических веществ в биосфере [4, 5]. Особое значение принадлежит почве как источнику загрязнения атмосферного воздуха, воды и пищевых продуктов [6, 7]. Почва является важнейшим компонентом окружающей среды, где происходит миграция и обмен всех химических элементов, в том числе тяжелых металлов [7, 8].
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Установить современные закономерности загрязнения почв Донбасса тяжелыми металлами и дать ему гигиеническую оценку.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследования по определению содержания тяжелых металлов в почвах Донбасса проводились в лабораториях Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького на кафедре гигиены и экологии, в лаборатории биохимии растений Донецкого ботанического сада НАН, в лабораториях областной, городской и районных санитарно-эпидемиологических станций, регионального отделения государственного комитета по гидрометеорологии и контролю природной среды, государственного управления экологической безопасности. Кроме этого, были использованы результаты Арте-мовской геологоразведывательной экспедиции объединения «Донбассгеология». Всего было исследовано 3416 проб почв в 19 городах и 14 сельских районах за 15-летний период времени (1999 - 2013гг.).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты исследований показали, что в Донецкой области практически все почвы (более 95%) относятся к техногенно измененным
в результате интенсивного использования из в промышленности и сельском хозяйстве. Тяжелые металлы являются важнейшими загрязнителями биосферы. В условиях экокризисного региона степень контаминации ими всех компонентов окружающей среды многократно возрастает, а распространенность в почвах является практически повсеместной.
Полученные данные позволяют констатировать, что в целом почвы городов Донецкой области загрязнены тяжелыми металлами в гораздо большей степени, чем в сельских районах. Так, за исключением ртути и меди, среднее их содержание в почвах городских агломераций составляет от 4,8 ПДК (кадмий) до 1,52 ПДК (никель), а удельный вес проб почвы, не удовлетворяющих гигиеническим стандартам по содержанию тяжелых металлов, колеблется от 15,3% (медь) до 71,4% (хром). В сельской местности средние концентрации данных ксенобиотиков, превышающие нормативные значения, зафиксированы лишь в отношении хрома (2,0 ПДК), никеля (1,2 ПДК), цинка (1,9 ПДК) и свинца (1,1 ПДК), а доля анализов почвы, не соответствующих регламентам по содержанию тяжелых металлов, составляет от 6,5% (марганец) до 40,7% (цинк). Кроме этого, анализ показал, что в почвах сельских районов не зафиксировано ни одного случая отклонения от нормативов по содержанию ртути и меди.
Среди тяжелых металлов наиболее токсичной по праву считается ртуть. Основными антропогенными источниками загрязнения этим металлом почвы являются предприятия по производству ртути и ее соединений (особенно в г. Горловка - крупнейший в Украине Никитовский ртутный комбинат), металлургические и коксохимические заводы, а также тепловые электростанции, работающие на каменном угле - сжига-
© И.И. Грищенко, А.В. Зорькина, И.Н. Басенко, К.А. Якимова, Г.Р Минаков., Соловьев Е.Б., Евтушенко О.В., Минаков Д.Г., 2017 © Университетская Клиника, 2017
ние именно этого сырья приводит к поступлению в биосферу наибольших количеств данного элемента. В сельских районах главным источником поступления ртути в почву является применение ртутьсодержащих пестицидов. Ртуть распределена в почвах экокризисного региона крайне неравномерно. В целом четко прослеживается закономерность: концентрации данного металла гораздо выше (в среднем более, чем в 10 раз) в почвах городов, чем в сельской местности (1,27+0,43 мг/кг - 0,6 ПДК и 0,11+0,024 мг/кг - 0,05 ПДК соответственно). При этом среди городов максимальное содержание ртути, достоверно (р<0.05) превышающее как среднегородское значение, так и гигиенический норматив (2,1 мг/кг), отмечено в Горловке, Дзержинске, Мариуполе, Енакиево и Константиновке (1,2 -2,7 ПДК, 25,6 - 78,6% проб с превышением ПДК), а минимальное (р<0.05) - в Доброполье, Снежном, Торезе, Селидово, Славянске и Артемовске (0,07 - 0,15 ПДК). Случаи превышения среднего содержания ртути над ПДК зарегистрированы в почвах лишь шести из девятнадцати городов области - Донецка, Горловки, Дзержинска, Мариуполя, Енакиево и Константиновки (от 19,2% до 78,6% всех проб).
В почвах сельских районов Донецкой области не отмечено ни одного случая обнаружения аномально высокой концентрации ртути, превышающей установленный норматив. В наибольшей степени (р<0.05) этим металлом загрязнены почвы Первомайского, Яси-новатского, Володарского, Старобешевского и Волновахского районов (0,1 - 0,15 ПДК), в наименьшей (р<0.05) - Краснолиманского и Александровского (0,01 ПДК).
Свинец, занимающий по своей токсичности второе место после ртути в группе тяжелых металлов, чрезвычайно широко распространен в почвах всех регионов Донецкой области. Это обусловлено повсеместным присутствием источников поступления данного металла в почву. К ним, прежде всего, относятся автомобильный транспорт, металлургические и коксохимические заводы, котельные, работающие на угле, а в сельской местности - свинецсодержащие пестициды и гербициды. В результате чрезмерной антропогенной деятельности на территории Донецкой области сформировалось несколько крупных техногенных аномалий свинца, в пределах которых он активно мигрирует по экологическим цепям «почва - вода - человек» и «почва - растения - продукты питания - человек», накапливается в организме человека и может негативно влиять на его здоровье.
Среднее содержание свинца почти в три раза выше в почвах городов (96,8+5,4 мг/кг - 3,0 ПДК)
по сравнению с сельскими районами (35,4+2,2 мг/кг - 1,1 ПДК). Однако как среди городов, так и среди сельских районов выделяются группы территорий, резко контрастные по количеству данного тяжелого металла в почве. Максимальные (р<0.05) концентрации свинца на протяжении всего периода наблюдений отмечались в городах Константиновка (14,2 ПДК), Дружковка (7,6 ПДК) и Мариуполь (4,5 ПДК), а минимальные (р<0.05) - в Торезе (1,2 ПДК), Доброполье (1,3 ПДК) и Снежном (1,3 ПДК). Характерно, что во всех без исключения городах экокризисного региона содержание свинца в почвах превышает гигиенический регламент.
В сельской местности наиболее загрязненными свинцом (р<0.05) являются почвы Володарского (3,2 ПДК), Волновахского (1,9 ПДК) и Первомайского (1,8 ПДК) районов. Меньше всего (р<0.05) данного металла содержится в почвах Александровского (0,06 ПДК), Великоно-воселковского (0,06 ПДК) и Новоазовского (0,5 ПДК) сельских районов.
Содержание меди в почвах Донецкой области в целом невелико и практически нигде, за исключением городов Донецк (1,2 ПДК), Дзержинск (1,2 ПДК) и Мариуполь (1,3 ПДК), не превышает гигиенический норматив (100,0 мг/кг). Наименьшие (р<0.05) концентрации меди определены в почвах городов Дебальцево (0,3 ПДК), Доброполье (0,3 ПДК) и Селидово (0,3 ПДК).
В сельской местности основными антропогенными источниками поступления меди в почву являются медьсодержащие минеральные удобрения, пестициды и гербициды, а также сжигание углеводородного топлива. Ни в одном из изученных сельских районов концентрации данного металла в почве не достигают ПДК. Наиболее значительное (р<0.05) содержание меди характерно для почв Володарского, Старо-бешевского и Первомайского районов (0,5 - 0,6 ПДК), наименьшее (р<0.05) для почв Алексан-дровсого, Краснолиманского и Великоновосел-ковского сельских районов (0,2 - 0,3 ПДК).
Цинк сравнительно широко распространен в антропогенно измененных почвах Донбасса, в то время как в эталонных черноземах заповедных участков в Новоазовском (юг области - заповедник «Хомутовская степь») и Александровском (север) районах его естественное содержание крайне низкое, так, что можно вполне обоснованно говорить о недостатке этого элемента в данной биогеохимической провинции. В реальных современных условиях мощного техногенного прессинга на биосферу средние концентрации цтнка в почвах экокризисно-го региона значительно превышают гигиенический норматив (37,0 мг/кг). Особенно это ка-
сается городов, в почвах которых этот металл повсеместно определяется в количествах, многократно превышающих ПДК. Это объясняется, с одной стороны, широким использованием каменного угля, содержащего большое количество цинка, в качестве топлива, а с другой - наличием в ряде городов предприятий цветной металлургии, производящих данный металл и его соединения (гг. Константиновка, Артемовск и др.). В сельской местности значительными источниками техногенного поступления в почву цинка, наряду со сжиганием угля, являются цинксодер-жащие удобрения, пестициды и гербициды.
Среднее содержание этого металла в почвах городов (159,1+8,9 мг/кг - 4,3 ПДК) более чем в два раза превышает таковое в сельской местности (60,8+11,2 мг/кг - 1,9 ПДК). Самые высокие (р<0.05) концентрации цинка на протяжении всего периода исследований фиксировались в Константиновке (23,0 ПДК), Горловке (7,9 ПДК), Донецке и Мариуполе (6,8 ПДК), а наиболее низкие (р<0.05) - в Славянске, Артемовске, Добропо-лье и Торезе (2,1 - 2,7 ПДК). В сельской местности максимальное содержание (р<0.05) данного металла отмечено в почвах Старобешевского, Амвросиевского, Ясиноватского и Володарского районов (2,8 - 4,7 ПДК), минимальное (р<0.05)
- Александровского, Великоновоселковского и Тельмановского (0,2 - 0,3 ПДК).
Никель встречается в почвах экокризисного региона практически повсеместно, однако в гораздо меньших концентрациях, чем цинк. Повышенное содержание данного тяжелого металла в почвах Донбасса обусловлено исключительно техногенным прессингом на окружающую среду, так как фоновые концентрации (Сф) никеля в эталонных черноземах невелики и не превышают его кларк в литосфере. Источниками поступления никеля в почву являются в основном процессы сжигания каменного угля и жидкого углеводородного топлива, в составе которых, однако, никеля гораздо меньше, чем цинка, но значительно больше, чем меди. Кроме этих источников, никель попадает в биосферу с выбросами металлургических заводов, химических предприятий, а также предприятий по добыче и обогащению угля (в том числе породных отвалов, терриконов, обогатительных фабрик, шахт и их хвосто- шлакохранилищ). Наиболее высокие (р<0.05) концентрации никеля отмечены в почвах Мариуполя, Енакиево, Горловки, Друж-ковки, Константиновки и Дзержинска (1,9 - 2,3 ПДК, 58,6 - 74,8% проб с превышением фоновой концентрации), а самые низкие (р<0.05) - в Селидово, Макеевке, Доброполье, Донецке, Артемовске и Красноармейске. (1,9 - 1,1 ПДК, 0,0
- 18,6% проб с превышением Сф). В сельской
местности наиболее значительное (р<0.05) содержание никеля установлено в почвах Володарского, Первомайского, Волновахского и Ста-робешевского районов (1,3 - 1,5 Сф, 26,2 - 33,8% проб с превышением Сф). В целом, необходимо отметить, что средние концентрации никеля в почвах городов выше соответствующих показателей в сельских районах в 1,3 раза, а удельный вес анализов почвы с превышением Сф никеля в городах больше в 2,0 раза по сравнению с сельской местностью.
Марганец содержится в значительных количествах в техногенно измененных почвах эко-кризисного региона, концентрация же его в почвах территорий Донецкой области, благополучных в экологическом отношении, невелика и, как правило, не превышает ПДК (1500 мг/кг). В целом, содержание данного металла в почвах городов (2296,5+234,1 мг/кг - 1,5 ПДК) почти в два раза выше, чем в сельской местности (1273,6+57,6 мг/кг - 0,8 ПДК). Наиболее значительные (р<0.05) концентрации марганца зафиксированы в почвах городов с развитой черной металлургией и коксохимией - в Друж-ковке, Мариуполе и Енакиево (2,4 - 8,4 ПДК, 67,1 - 95,8% проб, не соответствующих гигиеническому регламенту), а также в почвах сельских районов, испытывающих с их стороны негативное влияние - Володарского, Первомайского и Волновахского (1,1 - 1,3 ПДК, 1603 - 25,9% проб с превышением ПДК).
Наименьшее (р<0.05) содержание данного металла отмечено в почвах малых и средних городов, где доминирующей отраслью промышленности является угледобыча (Дзержинск, Се-лидово, Снежное, Торез и Шахтерск: 0,5 - 0,7 ПДК), а также периферийных, чисто сельскохозяйственных районов (Александровский, Крас-нолиманский, Шахтерский и Славянский: 0,7 ПДК). В почвах вышеперечисленных городов и сельских районов не зафиксировано ни одного случая превышения гигиенического регламента по содержанию марганца.
Хром достаточно широко распространен в черноземных почвах Донецкой области, причем его фоновая концентрация (96,0 мг/кг) относительно велика, хотя и отмечается лишь в пределах территорий, благополучных в экологическом отношении. Установлено, что доля антропогенного вклада в общее содержание хрома в почве превышает 60,0% [1]. В связи с этим, наибольшие концентрации данного металла наблюдаются в почвах индустриально-городских агломераций экокризисного региона (в среднем 266,1+26,9 мг/кг - 2,8 Сф) по сравнению с сельскими районами (в среднем 198,5+31,6 мг/кг -2,0 Сф). Самые высокие (р<0.05) концентрации
хрома зафиксированы в почвах тех городов, где имеются крупные предприятия металлургической и машиностроительной промышленности (гг. Мариуполь, Славянск, Енакиево: 4,3 -10,5 Сф, 87,6 - 91,4% проб с превышением Сф), а также в почвах прилегающих к ним сельских районов - Володарского и Первомайского (4,1
- 9,0 Сф, 79,8 - 97,4% анализов с превышением Сф). Наиболее низкие (р<0.05) концентрации данного металла отмечаются в почвах городов Селидово, Краматорск и Артемовск (1,0
- 1,14 Сф, 15,2 - 18,2% проб с превышением Сф), а среди сельских районов - в Красноли-манском, Александровском, Великоновосел-ковском и Тельмановском (1,0 Сф, 3,5 - 8,0% проб с превышением Сф).
Содержание кадмия в почвах городов экокри-зисного региона (в среднем 2,38+0,05 мг/кг - 4,8 ПДК) значительно (р<0.05) выше, чем в сельской местности (0,43+ 0,09 мг/кг - 0,8 ПДК). Это обусловлено более широким использованием данного металла в промышленности, являющейся основным источником его техногенного поступления в почву. Особое значение в этом процессе в условиях Донецкой области принадлежит металлургическому процессу, гальванопокрытию, сжиганию твердого и жидкого топлива, применению кадмия в автоматике, производстве полупроводников и специальных сплавов, щелочных аккумуляторов, полимеров, антикоррозийных покрытий и т.п. В связи с этим, максимальные (р<0.05) концентрации этого ме-
талла зафиксированы в почвах тех городов, где развиты вышеперечисленные производства -в Донецке, Макеевке, Мариуполе, Дружковке, Енакиево и Горловке (5,0 - 6,3 ПДК, 34,6 - 40,5% проб, не соответствующих гигиеническому нормативу), а также в почвах сельских районов, подверженных их негативному влиянию (Первомайский, Володарский, Старобешевский, Марьинский и Волновахский районы: 1,2 - 3,4 ПДК, 25,1 - 37,2% проб с превышением ПДК). Самое низкое (р<0.05) содержание кадмия характерно для почв те городов и сельских районов, где отсутствуют крупные промышленные предприятия, особенно вышеуказанных отраслей (города Торез, Снежное, Славянск, Артемовск, Шахтерск, Дебальцево, Доброполье и Харцизск: 0,5 - 0,9 ПДК, Славянский, Тельмановский, Александровский, Великоновоселковский, Амвросиевский и Новоазовский районы: 0,1 -0,6 ПДК). Характерно, что ни в одной из проб почв из этих населенных мест не определено содержание кадмия, превышающее допустимый уровень (0,5 мг/кг).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Почвы населенных мест Донецкой области загрязнены свинцом, цинком, никелем, марганцем, хромом и кадмием в концентрациях, существенно превышающих их гигиенические регламенты и среднефоновые значения (от 1,52 до 4,76 раз). К приоритетным загрязнителям почв экокризис-ного региона относятся свинец, хром и кадмий (превышение нормативов от 2,1 до 4,8 раз).
Грищенко И.И., Зорькина А.В., Басенко И.Н., Якимова К.А., Минаков Г.Р., Соловьев Е.Б., Евтушенко О.В., Минаков Д.Г.
Донецкий национальный медицинский университет им. М.Горького
ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ПОЧВАХ ТЕХНОГЕННОГО РЕГИОНА
Гигиеническое значение почвы, чрезвычайно велико и многогранно. С одной стороны, она является главным фактором формирования природных и искусственных биогеохимических провинций, играющих ведущую роль в возникновении эндемических заболеваний, а с другой стороны - активно участвует в циркуляции химических веществ в биосфере. Особое значение принадлежит почве как источнику загрязнения атмосферного воздуха, воды и пищевых продуктов. Почва является важнейшим компонентом окружающей среды, где происходит миграция и обмен всех химических элементов, в том числе тяжелых металлов.
Цель работы - установить современные закономерности загрязнения почв Донбасса тяжелыми металлами и дать ему гигиеническую оценку.
Исследования по определению содержания тяжелых металлов в почвах Донбасса проводились в лабораториях Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького на кафедре гигиены
и экологии, в лаборатории биохимии растений Донецкого ботанического сада НАН, в лабораториях областной, городской и районных санитарно-эпидемиологических станций, регионального отделения государственного комитета по гидрометеорологии и контролю природной среды, государственного управления экологической безопасности. Всего было исследовано 3416 проб почв в 19 городах и 14 сельских районах за 15-летний период времени (1999 - 2013гг.).
Почвы населенных мест Донецкой области загрязнены свинцом, цинком, никелем, марганцем, хромом и кадмием в концентрациях, существенно превышающих их гигиенические регламенты и среднефоновые значения (от 1,52 до 4,76 раз). К приоритетным загрязнителям почв экокризисного региона относятся свинец, хром и кадмий (превышение нормативов от 2,1 до 4,8 раз).
Ключевые слова: тяжелые металлы, почва, техногенный регион.
Grishchenko I.I, Zorkina A.V., Basenko I.N., Yakimova K.A., Minakov G.R., Soloviev E.B., Evtushenko O.V., Minakov D. G.
M.Gorky Donetsk National Medical University
HYGIENIC EVALUATION OF HEAVY METALS DISTRIBUTION IN SOILS OF THE TECHNOGENIC REGION
The hygienic value of the soil is extremely large and multifaceted. On the one hand, it is the main factor in the formation of natural and artificial biogeochemical provinces, which play a leading role in the emergence of endemic diseases, and on the other hand it actively participates in the circulation of chemicals in the biosphere. Particular importance belongs to soil as a source of pollution of atmospheric air, water and food products. Soil is the most important component of the environment, where there is a migration and exchange of all chemical elements, including heavy metals.
The purpose of the work is to establish the current regularities of soil contamination in Donbass with heavy metals and to give it a hygienic assessment.
Studies to determine the content of heavy metals in the soils of Donbass were carried out in the laboratories of Donetsk National Medical University. M. Gorky at the
Department of Hygiene and Ecology, in the Laboratory of Biochemistry of Plants of the Donetsk Botanical Garden of the National Academy of Sciences of Ukraine, in the laboratories of the regional, city and district sanitary-epidemiological stations, the regional branch of the State Committee for Hydrometeorology and Environmental Control, andthe State Environmental SafetyAdministration. A total of 3416 soil samples were analyzed in 19 cities and 14 rural areas over a 15-year period (1999 - 2013).
The soils of populated areas of the Donetsk region are polluted with lead, zinc, nickel, manganese, chromium and cadmium in concentrations significantly exceeding their hygienic regulations and average phone values (from 1.52 to 4.76 times). Priority pollutants of soils in the eco-crisis region include lead, chromium and cadmium (exceeding the norms from 2.1 to 4.8 times).
Key words: heavy metals, soil, technogenic region.
ЛИТЕРАТУРА
1. Агарков В.И., Грищенко С.В., Грищенко В.П. Атлас гигиенических характеристик экологической среды Донецкой области. - Донецк: Донеччина, 2001.-140.
2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. - Л., 1987.
3. Боев В.М. Гигиеническая характеристика влияния антропогенных и природных геохимических факторов на здоровье населения Южного Урала. Гиг. и сан. 1998; 6: 3-8.
4. Ванханен В.В., Ванханен В.Д. Учение о питании. Донецк: Донеччина, 2000. 352.
5. Гончарук Е.И., Вороненко Ю.В., Марценюк Н.И. Изучение влияния факторов окружающей среды на здоровье населения. К., 1989. 203.
6. Загрязнение тяжелыми металлами Донецкой области, их судьба в почве, растениях, животных, механизмы действия в биологических объектах. Донецк, 1996. 76.
7. Карплюк И.А., Волкова Н.А., Иваницкий А.М. и др. Проблема тяжелых металлов в пищевых продуктах и подходы к использованию пищевого сырья с повышенным содержанием тяжелых металлов. Вопр. Питания. 1996; 1: 22-26.
8. Келлер А.А., Кувакин В.И. Медицинская экология. Спб.: Петроградский и Ко: 1998. 256.
REFERENCES
1. Agarkov V.I., Grishchenko S.V., Grishchenko V.P. Atlas gigienicheskikh kharakteristik ekologicheskoi sredy Donetskoi oblasti. - Donetsk: Donechchina, 2001.-140.
2. Alekseev Yu.V. Tyazhelye metally v pochvakh i rasteniyakh. - L., 1987.
3. Boev V.M. Gigienicheskaya kharakteristika vliyaniya antropogennykh i prirodnykh geokhimicheskikh faktorov na zdorov'e naseleniya Yuzhnogo Urala. Gig. i san. 1998; 6: 3-8.
4. Vankhanen V.V., Vankhanen V.D. Uchenie o pitanii. Donetsk: Donechchina, 2000. 352.
5. Goncharuk E.I., Voronenko Yu.V., Martsenyuk N.I. Izuchenie vliyaniya faktorov okruzhayushchei sredy na zdorov'e naseleniya. K., 1989. 203.
6. Zagryaznenie tyazhelymi metallami Donetskoi oblasti, ikh sud'ba v pochve, rasteniyakh, zhivotnykh, mekhanizmy deistviya v biologicheskikh ob»ektakh. Donetsk, 1996. 76.
7. Karplyuk I.A., Volkova N.A., Ivanitskii A.M. i dr. Problema tyazhelykh metallov v pishchevykh produktakh i podkhody k ispol'zovaniyu pishchevogo syr'ya s povyshennym soderzhaniem tyazhelykh metallov. Vopr. Pitaniya. 1996; 1: 22-26.
8. Keller A.A., Kuvakin V.I. Meditsinskaya ekologiya. Spb.: Petrogradskii i Ko: 1998. 256.
