CC BY
7
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 2002 УДК 614.771(470.56)
В. В. Быстрых, С. В. Перепелкин, С. М. Мозгов, Н. М. Лмерзянова, С. А. Кадешников, А. В. Горлов, А. И. Карпов, О. В. Музалева
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ
Оренбургская государственная медицинская академия; Центр Госсанэпиднадзора в Оренбургской области
Напряженная эколого-гигиеническая ситуация наряду с другими причинами определяется неблагоприятным состоянием почвы |1, 6, 15, 17].
Неудовлетворительное положение с санитарной очисткой приводит к загрязнению селитебных территорий твердыми бытовыми отходами, которые, помимо биологических загрязнителей, содержат тяжелые металлы: ванадий, хром, марганец, никель, медь, цинк, свинец, стронций, барий, титан, кобальт, вольфрам, нитраты, ванадий, цирконий и другие вещества [13, 14].
Один из наиболее мощных загрязнителей почвы — промышленные отходы, опасные как для окружающей среды, так и для здоровья человека [11, 14].
Установлено, что минеральные удобрения, пестициды являются дополнительным источником эмиссии в окружающую среду поллютантов, в частности кадмия, никеля, свинца, мышьяка, цинка, меди, бора [5, 7|.
Огромное влияние на уровни загрязнения почвы оказывают выбросы в атмосферный воздух вредных веществ, которые осаждаются вблизи источников загрязнения и накапливаются в поверхностных горизонтах почвенного покрова, обусловливают его быструю антропогенную трансформацию [2, 10, 16].
Исследования загрязнения почвы проводились в населенных пунктах Оренбургской области (1992— 2000 гг.). Отбор проб осуществлялся в соответствии с ГОСТом 17.4.4.02—84. Всего было исследовано 859 проб. Оценка степени загрязнения почвы проведена по валовому содержанию 23 веществ в соответствии с "Методическими указаниями по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами" № 4266—87 и ГН 2.1.7.020—94. Учитывая, что не на все контролируемые в почве вещества утверждены ПДК, были проведены сравнения концентраций с кларком [4[ и пороговыми уровнями [9]. Это позволило более адекватно подходить к вопросу экотоксикологической оценки почв селитебных территорий.
Для выявления статистически значимых различий в сравниваемых группах в зависимости от результатов теста Бартлета по проверке характера распределения данных совокупности [18] были использованы параметрический метод |18] и непараметрический ранговый метод |19]. Корреляционный анализ проводился методом Пирсона с расчетом критического значения г [8].
Установлено, что по величине валового содержания в почве Оренбургской области поллютанты распределились следующим образом: до 1 мг/кг — висмут, бериллий, вольфрам, кадмий, серебро, формальдегид, сероводород, йод; от 1 до 30 мг/кг — молибден, олово, кобальт; от 31 до 100 мг/кг — бор, медь, свинец, сера; от 101 до 300 мг/кг — ванадий, никель, стронций, цирконий, цинк; более 300 мг/кг — барий, марганец, хром, титан.
Коэффициент вариации валового содержания в почве превышает 30% по всем поллютантам, что свидетельствует о мозаичности загрязнения. Высокая степень вариации подтверждает воздействие на уровни загрязнения множества источников.
Концентрации никеля в почве Оренбургской области превышали ПДК в 70,03% проб, свинца — в 40,70%, ванадия — в 15,16%, цинка — в 10,63%, серы — в 8,29%, марганца — в 7,67%, меди — в 6,62%, кадмия — в 0,35% проб. Концентрации формальдегида и сероводорода в почвах были намного ниже ПДК. Известно, что при совместном присутствии в почве марганец и ванадий обладают аддитивным эффектом. Было выявлено превы-
шение гигиенического норматива по этому показателю в 22,8% проб.
Средние концентрации элементов в почве превышали ПДК по никелю и свинцу, на высоком уровне были концентрации марганца, ванадия и серы. Суммарный показатель загрязнения Кпочви составил 6,8.
Средние концентрации бора превышали пороговый уровень в 2,5 раза, средние концентрации кобальта, стронция, молибдена были ниже, йод в почве не обнаруживался. Удельный вес проб, превышающих верхний пороговый уровень, составил по бору 86,8%, молибдену 18,7%, кобальту 17,7%, стронцию 0%.
Установлено, что среднее содержание хрома превышает кларк в 2,08 раза (всего — 69,5% проб). Ряд авторов считают, что при отсутствии ПДК превышением допустимых норм можно считать двукратное превышение кларка [3, 12[.
Результаты исследования свидетельствовали о формировании природно-антропогенной геохимической провинции с повышенными концентрациями бора, хрома, никеля, свинца и недостаточным содержанием йода.
Для оценки региональных особенностей был проведен анализ в разрезе экономических зон области (см. таблицу).
При сравнении с гигиеническими нормативами (7 металлов) было установлено, что концентрации никеля
Сравнительная характеристика валового содержания веществ в почве экономических зон Оренбургской области за 1991-2000 гг.
Элемент Восточная зона Западная зона Центральная зона
Кратность превышения ПДК
Никель 5,07* 2,16 1,84
Свинец 1,04 1,08 1,50*
Ванадий 0,87» 0,81 0,76
Марганец 0,92« 0,55 0,56
Цинк 0,77* 0,36 0,43
Медь 0,57* 0,39 0,39
Кадмий 0,00 0,00 0,17*
Кратность превышения пороговых уровней [9/
Бор 3,47* 2.19 2,28
Цинк 2,41* 1,19 1,38
Кобальт 1,62* 0,89 0,71
Медь 1,28* 0,85 0,85
Молибден 1,00* 0,65 0,72
Марганец 0,48* 0.27 0,28
Стронций 0,20 0,22* 0,21
Кратность превышения кларка [41
Никель 10,14* 4,32 3,67
Кобальт 6,09* 3,33 2,66
Свинец 3,33 3,43 4,80*
Медь 3,77* 2,55 2,55
Хром 2,79* 2,30 1,80
Цинк 3,38* 1,60 1,91
Марганец 1,63* 0,97 1,00
Титан 0,96 0,96 0,99*
Стронций 0,41 0,44* 0,42
Примечание. Звездочка сравнению с другими зонами.
самый высокий уровень по
и свинца превышали ПДК во всех зонах. К^ было выше в Восточной зоне в 1,7 раза, чем в других зонах.
Концентрации бора и цинка превышали пороговый уровень во всех зонах, кобальта и меди — только в Восточной. Средний коэффициент концентрации по отношению к пороговому уровню в Восточной зоне был 1,5, в других зонах на уровне 0,9.
Большинство концентраций анализируемых элементов превышали кларк. Наиболее высокие показатели зарегистрированы по никелю, кобальту и свинцу. Показатель 7.суи в Восточной зоне был выше в 2,2 раза, чем в других зонах.
Зарегистрированы значимые различия содержания металлов в почве экономических зон, что свидетельствовало о разном уровне антропогенной нагрузки. В Восточной зоне были выше, чем в других зонах, концентрации никеля (в 2,6 раза), кобальта (в 2,1), цинка (в 1,4), марганца (в 1,7), бора (в 1,6), молибдена (в 1,5), хрома (в 1,9). В Центральной зоне было в 1,4 раза выше, чем в других зонах, содержание свинца. Концентрации ванадия, титана и стронция во всех зонах были на одном уровне.
На следующем этапе проведена оценка различий в уровнях загрязнения городских и сельских территорий Оренбургской области. На территории городов достоверно выше, чем в сельской местности, был уровень загрязнения почвы свинцом, цинком, медью, оловом, марганцем, хромом и никелем. В сельской местности выше уровень загрязнения ванадием (р < 0,05).
Таким образом, по большинству показателей более высокие уровни загрязнения были характерны для урбанизированных территорий Оренбургской области.
Металлы имели определенные закономерности совместного присутствия в почвах Оренбуржья. Были выделены следующие 4 типа ассоциаций: кобальт—никель-хром; медь—цинк; барий—цирконий; ванадий—марганец—бор (г > 0,6; р < 0,01). В качестве зональных особенностей выделены корреляционные пары в Центральной зоне — барий—стронций (г= 0,50) и марганец—титан (г = 0,43); в Восточной зоне кобальт—свинец (г = 0,40) и барий—титан (г = 0,40); в Западной зоне цирконий—стронций (г = 0,45) и цинк—никель (г = 0,40).
В целом анализ содержания металлов показал их высокое содержание в почве в некоторых сельских районах при отсутствии значимых техногенных источников. Это позволило предположить наличие других возможных механизмов загрязнения, поэтому далее был проведен анализ применения минеральных удобрений и пестицидов.
По минеральным удобрениям средняя нагрузка самая высокая в Западной зоне — выше на 56,9%, чем в Восточной зоне, и на 33,4%, чем в Центральной (р < 0,05). В среднем по области на 1 га вносилось 29,5 кг/га минеральных удобрений.
Корреляционный анализ связи загрязнения почв металлами в сельских районах с нагрузкой минеральными удобрениями (критическое значение г = 0,325) позволил выявить достоверные связи {р < 0,05) с их внесением концентраций цинка (г = 0,65), бора (г= 0,42), молибдена (л =0,41), марганца (/-=0,40), свинца (/-=0,35), ванадия (г = 0,33), а также суммарного показателя загрязнения почвы (г= 0,351).
Отмечалась высокая степень вариабельности показателей нагрузки пестицидами, особенно по районам Центральной зоны. Самый высокий средний показатель отмечен в Западной зоне — выше на 15%, чем в других зонах (р > 0,05), т. е. в среднем на 1 га вносилось дополнительно по 50 г.
Корреляционный анализ связи загрязнения почв металлами в сельских районах с нагрузкой пестицидами (критическое значение г= 0,325) позволил выявить достоверные связи {р < 0,05) концентраций цинка (г = 0,72), свинца (г = 0,37), никеля (г = 0,35), кобальта (г = 0,34), а также суммарного показателя загрязнения (г = 0,49).
Таким образом, внесение минеральных удобрений и пестицидов вносит вклад в формирование загрязнения почвы металлами.
По объему образования промышленных отходов Оренбургская область занимала 2-е место в Уральском экономическом регионе. Среднегодовое количество образующихся отходов в области за 1994—1999 гг. составило 5,85 ± 0,82 млн тонн, причем за этот период отмечалась тенденция к росту данного показателя. Это привело к тому, что к концу 1999 г. в населенных пунктах Оренбургской области накопилось 188,06 млн тонн отходов. Свыше 98% объема токсичных отходов составляли малоопасные отходы (4-й класс). Практически 100% токсичных отходов образуются и накапливаются в Восточной зоне. Суммарный вклад Центральной и Западной зон составил менее 0,3%. Ведущая роль в образовании и накоплении отходов принадлежала городам Ясному (42,6— 47,4%), Гаю (37,7-32,7%), Новотроицку (15,6-18,0%). Таким образом, токсичные отходы, накопившиеся в этих 3 городах, составили 98,2% от областного объема.
В среднем за 1994—1999 гг. вклад промышленности в образование токсических отходов составил 99,10 ± 0,59% в общем объеме. В структуре 1-е ранговое место принадлежало производству строительных материалов 60,56 ± 5,04%, 2-е - черной металлургии 25,15 ± 3,21%, 3-е — цветной металлургии 12,33 ± 7,79%.
Вторичному использованию и обезвреживанию подвергалось менее 20% отходов, причем обезвреженные отходы составляли всего 0,032%.
Свыше 90% выбросов в атмосферный воздух было связано с воздействием городов. По объемам суммарных выбросов вредных веществ, рассчитанных по данным формы 2ТП—"Воздух", самая большая величина выброса была характерна для Восточной зоны — 8,4 т в год на 1км2 (р < 0,001). Удельный вес выбросов составил 64,98 ± 3,09% от областного уровня.
Таким образом, результаты эколого-гигиенической оценки природного и антропогенного загрязнения почвы свидетельствовали о повышении на всей территории области концентраций бора, хрома, никеля, свинца и недостаточного содержания йода. Более высокие уровни накопления металлов регистрировались в почве Восточной зоны. На территории городов достоверно выше, чем в сельской местности, был уровень загрязнения почвы свинцом, цинком, медью, оловом, марганцем, хромом и никелем, а в сельской местности был выше уровень загрязнения ванадием (р < 0,05). Были выделены следующие 4 типа коррелирующих ассоциаций металлов в почве: кобальт—никель—хром; медь—цинк; барий—цирконий; ванадий—марганец—бор (г > 0,6; р < 0,01).
J1 итература
1. Боев В. М. // Гиг. и сан. - 1994. - № 8. - С. 40-42.
2. Боев В. M., BojWhuk M. H. Антропогенное загрязнение окружающей среды и состояние здоровья населения Восточного Оренбуржья. — Екатеринбург, 1995.
3. Важенин И. Г'. // Бюл. почв, ин-та им. В. В. Докучаева. - 1983. - Вып. 35. — С. 3-6.
4. Виноградов А. П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. — М., 1957.
5. Гильденскиольд Р. С., Новиков Ю. В., Хамидулин Р. С. и др. // Гиг. и сан. - 1992. - № 5-6. - С. 6-9.
6. Гончарук Е. И. // Там же. - 1990. - N° 4. - С. 4-7.
7. Грушко Я. М. Вредные неорганические соединения в промышленных выбросах в атмосферу. — Л., 1987.
8. Каминский Л. С. Статистическая обработка лабораторных и клинических данных. — Л., 1964.
9. Ковальский В. В. Геохимическая экология. — М., 1973.
10. Ромоновский А. В. // Структура почвенного покрова: Сб. докл. к Международному симпозиуму. — М., 1993. - С. 287-290.
11. Русаков Н. В. // Гиг. и сан. — 1992. - № 9-10. -С. 29-31.
12. Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв / ШишовЛ. Л., Дурманов Д. Н., Карманов И. И. и др. - М., 1991.
13. Шантарин В. Д., Шинкеев Г. М.. Ивлев П. П. и др. // Экологическая защита городов: Тез. докл. науч.-техн. конф. - М„ 1996. - С. 211-213.
14. Щербо А. П. Гигиенические вопросы обезвреживания бытовых отходов. — Л., 1990.
15. Copeland Т. L., Paustenbach D. J., Harris М. A., Otani J. I I Regul. Toxicol. Pharmacol. - 1993. — Vol. 18, N 2. - P. 275-312.
16. De Vries W., Kros J., Voogci С. H. // Water, Air and Soil Pollut. - 1994. - Vol. 76, N 3-4. - P. 407-448.
17. Najem G. R., Strunck Т., Feuerman M. // Am. J. Prev. Med. - 1994. - Vol. 10, N 3. - P. 151-155.
18. Rosner B. A. Fundamentals of Biostatistics. — Boston, 1982.
19. Siegel S. Nonparametric Statistics for the Behavioral Sciences. — New York, 1956.
nocTymua 21.12.01
Summary. Soil pollution has been comprehensively assessed in the agroindustrial region and its sources were defined. The results of ecological and hygienic assessment of natural and anthropogenic soil pollution suggest that there are increased concentrations of boron, chromium, nickel, and lead and deficient levels of iodine throughout the territory. There are higher levels of metal accumulation in the soil of the Eastern area. Soil pollution with lead, zinc, copper, tin, manganese, chromium, and nickel was higher in the urban area than in rural one, that with vanadium was higher in the niral area. The following 4 types of correlating associations of metals in the soil were identified: cobalt — nickel — chromium; copper — zinc; baron — zirconium; vanadium — manganese — boron.
С КОЛЛЕТИВ АВТОРОВ, 2002 УДК 614.78
О. В. Музалева, В. И. Кудрин, В. В. Быстрых, Н. Р. Курманов
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОПАСНОСТИ И КОМПЛЕКСНАЯ ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АЛЛЕРГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА НАСЕЛЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ГОРОДА
Оренбургская государственная медицинская академия: Центр Госсанэпиднадзора в Оренбурге
Несмотря на большое число работ по изучению неблагоприятного влияния факторов окружающей среды до сих пор остаются недостаточно разработанными вопросы количественной оценки их вклада в формирование аллергической заболеваемости.
Цель данной работы — провести качественный и количественный анализ аэроаллергенного химического загрязнения окружающей среды селитебных территорий Оренбурга.
В качестве объекта исследования был выбран крупный промышленный город Южного Урала — Оренбург. Внутритерриториальный анализ проводили в разрезе 4 административных районов, рецепторных точек, экстратерриториальный — в сравнении с городами области (Бузулук, Гай, Кувандык, Новотроицк, Орск). В качестве контроля по уровням загрязнения выбран сельский район, на территории которого отсутствуют крупные источники антропогенного воздействия.
Идентификация химических веществ с аллергенными свойствами проведена на основе ГН 2.2.5.686—98 (особенности действия на организм), а также с учетом данных литературы [1—6, 10—14, 19].
Взвешенные вещества, диоксиды азота и серы учитывали на том основании, что они способны индуцировать развитие гиперреактивности бронхов и повышать чувствительность организма к аэроаллергенам [7, 8, 15, 17, 20].
Комплексная оценка состояния окружающей среды показала, что приоритетными поллютантами атмосферного воздуха, формирующими аллергизацию населения, были формальдегид, диоксид азота, взвешенные вещества, а также группа суммации диоксида азота и серы. Тенденции к росту концентраций были характерны для формальдегида (Я2 = 0,62), диоксид азота (R2 = 0,46), взвешенных веществ (Л2 = 0,85).
Приоритетным показателем аэроаллергенного воздействия от загрязнения воздуха металлами являлось аддитивное воздействие хрома и ванадия, которое в 2,5 раза превысило допустимый норматив, за счет высоких концентраций хрома. В 1995—1998 гг. было зарегистрировано снижение концентраций аллергенов в атмосферном воздухе, за исключением кобальта (р > 0,05).
Удельный вес аллергенов в составе суммарного аэрогенного воздействия составил 53%.
В структуре источников загрязнения атмосферного воздуха в Оренбурге преобладал автотранспорт (73— 78%). Основными стационарными источниками загрязнения воздуха химическими аллергенами в городе были ОАО "Инвертор", ПО "Стрела", шпалопропиточный завод, газоперерабатывающий завод, АО "Радиатор", мебельный комбинат, локомотиворемонтный завод. С учетом выбросов цемента, который из-за содержания ряда веществ признается аллергеном [9, 16, 18], большая доля была также у предприятий строительной индустрии.
В Оренбурге был зарегистрирован существенный недоучет выбросов аллергенов различными промышленными предприятиями, что приводит к недостаточно корректной оценке аллергенной нагрузки.
На следующем этапе был проведен анализ концентраций химических аллергенов в почве. Установлено, средние концентрации поллютантов превышали ПДК по никелю, на высоком уровне были концентрации ванадия. В связи с отсутствием ПДК для хрома проведено сравнение его содержания с таковым кларка, превышающем ПДК в 1,7 раза. Результаты исследования свидетельствовали о формировании антропогенных геохимических условий с повышенными концентрациями аллергенов — хрома, никеля. В целом удельный вес аллергенов по коэффициентам концентрации составил 44% (учитывались 10 веществ), по валовому содержанию — 9,2% (учитывались 23 вещества).
В снеговом покрове выявлено более высокое (в 4,0— 5,7 раза; р < 0,001) накопление хрома, чем других аллергенов. Концентрации аллергенов в снеге значительно превышают фоновые уровни, особенно по кобальту, ванадию и никелю. Суммарный показатель аллергенного загрязнения снегового покрова в Оренбурге был оценен как очень высокий. Удельный вес аллергенов по валовому содержанию составил 26%.
Абсолютная величина суммарной антропогенной нагрузки определялась загрязнением атмосферного воздуха. Доля аллергенного фактора составила 50%.
Поллютанты-аллергены имели более высокий гигиенический ранг как в воздухе, так и в почве. Таким образом, важными факторами, формирующими неудовлетворительную санитарно-гигиеническую обстановку в городе являлись воздействие поллютантов, особенно аллер-
