CC BY
6
Проблемные статьи
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 1991 УДК 614.771:661.1851-074
М. Г. Шандала, О. И. Волощенко, И. В. Мудрый
ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В УСЛОВИЯХ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ ХИМИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
Республиканский научный гигиенический центр Минздрава УССР, Киев
Интенсификация сельскохозяйственного производства, как известно, непосредственно связана с химизацией сельского хозяйства. Почва в силу своих особенностей способна кумулировать не использованные растениями остатки удобрений, пестицидов, которые затем частично с атмосферными осадками переходят в поверхностные и подземные воды, а также трансформируются в растения.
Химизация, как утверждают многие авторы [4, 8—10, 12, 14, 21], приводит к загрязнению окружающей среды остатками пестицидов, регуляторов роста растений,- минеральных удобрений. В среду обитания человека ежегодно в мире поступает 50 млн т нитратов. В грунтовые воды США ежегодно попадает 5,5 млн т азота и 0,73 млн т фосфора. Содержание нитратов за период 1969—1985 гг. увеличилось в картофеле в 10 раз, в капусте в 5 раз, огурцах и столовой зелени в 2 раза. Вместе с удобрениями в почву сельскохозяйственных угодий, например Италии, ежегодно поступает 310 ц кадмия, 1198 ц свинца, 568 ц никеля. Почва может загрязняться тяжелыми металлами при орошении земледельческих угодий биологически очищенными сточными водами, внесении на сельскохозяйственные поля осадков сточных вод в виде удобрений. В настоящее время возрос выброс в окружающую среду отходов различных видов производства, содержащих тяжелые металлы и другие химические элементы. Естественно, производственные выбросы также могут влиять на экологическую обстановку в аграрном секторе.
Следовательно, в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства почва подвергается комплексной нагрузке химических веществ. При этом в зависимости от местных условий (тип почвы, климат, географическое положение региона, уровень развития промышленности и др.) возможны следующие варианты химической нагрузки на почву: минеральные удобрения (МУ) + -¡-пестициды (П), МУ+П+орошение сточными водами, П+осадки сточных вод, П+МУ+ороше-ние водой поверхностных водоемов (или подземными водами) и т. д. [1]. Отсюда не исключены миграция и транслокация химических веществ по пищевым цепочкам. При этом следует отметить,
что поверхностно-активные вещества (ПАВ) — детергенты являются постоянным ингредиентом почти всех вариантов химической нагрузки на почву в условиях развитого сельскохозяйственного производства [7].
Изучение воздействия детергентов на почву и растения актуально в связи с тем, что вместе со средствами защиты растений, минеральными удобрениями, оросительными водами, осадками сточных вод в пахотный слой почвы попадает определенное количество ПАВ. По данным некоторых авторов [17], неокультуренные земли содержат ПАВ в количестве 1 —10 мг/кг, удобренная сельскохозяйственная почва — до 100 мг/кг. По способности адсорбировать анионные детергенты почвы можно разделить на две группы [18]. Сильно адсорбирующие почвы имеют большое содержание глины и свободных окислов железа, но низкую катионообменную способность. Слабо адсорбирующие почвы обладают высокой катионооб-менной способностью, содержат много глины, но мало окислов железа.
Поступление и накопление в почве ряда тяжелых металлов способно угнетать деятельность микрофлоры, осуществляющей важнейшие процессы самоочищения почвы и фиксации азота, влиять на устойчивость растений к болезням, снижать их пищевую ценность. Повышение в почве содержания меди более 3 мг/кг не только угнетает процессы самоочищения почв, снижает количество почвенных микроорганизмов, но и уменьшает содержание витамина С в овощах, белка в зерне гороха, крахмала в зерне пшеницы. Доказана токсичность для почвенной микрофлоры и растений таких металлов, как цинк, молибден, свинец, ванадий, таллий и др. [15]. Наличие экзогенного свинца в пищевых продуктах вообще недопустимо. Природный элемент свинец может содержаться в продуктах лишь при условии его потребления человеком в количестве не более 0,35 мг/сут [3].
При интенсивном внесении азотных удобрений в почве и растениях аккумулируется значительное количество нитратов. Установлено, что при умеренном применении удобрений 70—90 % суточного количества нитратов, поступающих в организм человека при сбалансированном рационе, прихо-
дится на овощи [2]. Значительная часть нитратов относительно легко трансформируется в нитриты под влиянием химических, фотолитических, микробиологических и ферментативных процессов. Нитриты обладают токсическими свойствами и являются предшественниками нитрозосоединений, оказывающих канцерогенное, мутагенное и тератогенное действие [11].
Таким образом, можно полагать, что ПАВ соовместно с другими указанными выше химическими соединениями могут неблагоприятно воздействовать на качество как почвы, так и сельскохозяйственной продукции.
; В настоящее время лучше всего изучено в полевых опытах влияние ПАВ на почву и сельскохозяйственную продукцию в условиях орошения земледельческих угодий биологически очищенными сточными водами, содержащими детергенты. Однако в литературе имеются противоречивые данные по этому вопросу. Существует мнение, что орошение сточной водой с различным содержанием ПАВ не оказывает существенного влияния на агрохимические свойства почвы [6]. Высокие нагрузки детергентов (58,6 и 100,5 г/м2) могут тормозить целлюлозоразлагающую деятель-ность микроорганизмов почвы. Последние адаптируются к ПАВ и приводят их к биологическому разложению. При торможении активности микроорганизмов происходит накопление детергентов в почве, концентрация их может не только стать высокой, но и оказаться токсичной для микробов почвы [19]. В то же время имеются сведения [16], что алкилбензолсульфонаты (анионные ПАВ) оказывают явное ингибирующее действие на нитрификацию. В различных почвах оно проявляется по-разному в зависимости от степени разветвленности алкильной цепи ПАВ. Под влиянием ПАВ может изменяться количественный и качественный состав микрофлоры почвы. Микроорганизмы под действием детергентов могут образовывать токсичные для растений продукты метаболизма, которые не подвергаются дальнейшему разложению и накапливаются в почве [20].
Существует мнение [6], что сточная вода с концентрацией анионных ПАВ 10,4 мг/л, применяемая для орошения многолетних трав, отрицательного влияния на урожай не оказывает. Повышение концентрации детергентов в оросительной системе до 20—70 мг/л заметно снижает урожай трав. Установлено [16, 19], что использование в течение года поливных вод с содержанием анионных ПАВ на уровне 40 мг/л не вызывает заметного нарушения роста картофеля, сахарной свеклы, зеленого корма. На песчаных почвах при орошении водой с годовой нагрузкой алкилбензолсульфо-иатом 17 г/м2 появляются первые признаки негативного воздействия на рост культурных растений. Пороговая концентрация, тормозящая митоз в луковице, для анионных ПАВ составляет 0,025—
В сельскохозяйственных культурах, выращен-
ных на участках, орошаемых очищенными сточными водами тонкосуконной фабрики с поливной нормой 3000 м3/га, содержание анионных ПАВ составляет в многолетних травах 0,33—0,34 мг/кг, картофеле 1,7 мг/кг, т. е. в 10—100 раз ниже, чем установлено в условиях полевого опыта [6]. Зарубежные авторы считают, что в условиях орошения нагрузка анионных ПАВ на почву не должна превышать 17 г/м2 [19].
Таким образом, в настоящее время наиболее изучено влияние ПАВ на почву в условиях орошения сточными водами. Однако для более полного представления о воздействии ПАВ на почву в условиях орошения сточными водами необходимо учитывать концентрации детергентов в воде, количество поливов, оросительную норму, нагрузку ПАВ на различные типы почвы. Имеющиеся в литературе сведения не позволяют разработать математические модели поведения детергентов в почве, транслокации их в растения. При определении нагрузки ПАВ на почву в условиях орошения сточными водами не принимали во внимание присутствие в почве других химических веществ. Поэтому рекомендованная в ряде работ нагрузка ПАВ на почву (17 г/м2) нуждается в уточнении.
Почти не изучены вопросы воздействия ПАВ на поведение в почве других приоритетных химических веществ (тяжелые металлы, нитраты, нитриты и др.), их транслокацию в растения и влияние на урожай. Имеются лишь отдельные сведения [5] о том, что присутствие в почве таких металлов, как медь, цинк, марганец, кадмий, кальций, замедляет процесс биодеградации ПАВ. В условиях применения минеральных удобрений ПАВ в большинстве случаев снижают усвояемость питательных элементов растениями и вызывают уменьшение содержания в них протеина [22].
С целью доказательства последнего вывода нами проведены исследования на территории Борт-ничской оросительной системы, использующей очищенные сточные воды Киева (22 тыс. га) и подземные воды (9 тыс. га). Из всей орошаемой площади для проведения исследований были выбраны 2 участка: первый орошался городскими сточными водами (5086 га), второй — подземными водами (2500 га). Район исследований расположен на расстоянии 70—90 км от Киева и является типичным сельскохозяйственным. Промышленные предприятия, способные загрязнять окружающую среду, здесь отсутствуют.
По составу очищенные сточные водны — гидро-карбонатно-сульфатно-кальциевые, нейтральные с минерализацией 0,6—0,7 г/л. Содержание микро-и макроэлементов в них не превышает ПДК для воды водоемов. Концентрация анионных ПАВ в очищенных сточных водах составляет 0,15—
0,3 мг/л (ПДК для воды водоемов 0,5 мг/л).
Подземные воды, предназначенные для орошения, — гидрокарбонатно-кальциево-магниевые, нейтральные, слабощелочные с минерализацией 0,4—0,5 г/л. Содержание микро- и макроэлементов
соответствует ГОСТу «Вода питьевая». Обращает на себя внимание увеличение в подземных водах содержания нитратов, концентрации которых в середине вегетационного периода составляли 10— 15 мг/л (в начале вегетационного периода их количество колебалось в пределах 2,5—8,6 мг/л). Появление нитратов в подземных водах можно объяснить тем, что на исследуемой площади использовали органические удобрения. Анионные ПАВ вовсе не определялись в подземных водах или обнаруживались в следовых количествах. Источником поступления ПАВ в почву и подземные воды могут быть минеральные удобрения и пестициды.
С учетом методических подходов к оценке степени загрязнения почв химическими веществами [13] проведено ориентировочное районирование исследуемых площадей по суммарному показателю загрязнения (СПЗ). Установлено, что при орошении сточными водами и удобрении почвы их осадками 35 % исследуемой площади относится к опасной категории загрязнения почвы (СПЗ=64), 31 % — к умеренно опасной и только 34 % площади имеет СПЗ менее 16 и относится к допустимой категории загрязнения. На земледельческих угодьях с орошением подземными водами и использованием минеральных удобрений 92 % всей площади можно отнести к допустимой категории загрязнения почв и только 8 % площади имеет СПЗ немногим больше 16 (умеренно опасная категория загрязнения).
Обращают на себя внимание более высокие средние коэффициенты биологического поглощения (КБП) растениями некоторых металлов в условиях орошения полей сточными водами. Для стронция КБП равен 4,6, свинца — 3,2, никеля — 1,1. При орошении земледельческих угодий подземными водами КБП в несколько раз ниже и составляет для стронция 1,9, свинца — 0,94, никеля — 0,57.
Перед началом оросительного сезона содержание анионных ПАВ в пахотном слое почвы соответствует 2,02—2,66 мг/кг. В середине вегетационного периода количество детергентов в почве увеличивается в 3—4 раза. На угодьях, орошаемых подземными водами, содержание анионных ПАВ в почве составляет 0,2—1,1 мг/кг. Можно полагать, что на величину КБП влияют анионные ПАВ, концентрация которых в сточных водах во много раз выше, чем в подземных, предназначенных для орошения. В подземных водах детергенты вовсе не определяются или находятся на уровне следовых количеств (менее 0,02 мг/л).
Таким образом, анализ данных литературы и результаты проведенных исследований свидетельствуют о возможности влияния ПАВ на транслокацию тяжелых металлов из почвы в растения. Данный вопрос, несомненно, подлежит более
углубленному изучению в условиях полевого опыта с различными нагрузками ПАВ на почву.
Литература
1. Волощенко О. И., Мудрый И. В. // Актуальные вопросы гигиены сельских населенных мест.— Киев, 1988.
2. Воронина Л. П. // Гиг. и сан.— 1988.— № 1.— С. 39—41.
3. Гончарук Е. И. Санитарная охрана почвы от загрязнения химическими веществами.— Киев, 1977.
4. Гоннарук Е. И., Маруняк М. Н., Сироткина Н. И. // Гиг. и сан.— 1986.— № 3.— С. 83—84.
5. Григорьева Л. В. Санитарная бактериология и вирусология синтетических моющих средств.— Киев, 1980.
6. Игнатова В. В. // Использование сточных вод для орошения.—М., 1978.—С. 82—97.
7. Мудрый И. В. // Гиг. и сан.— 1987.— № П.— С. 56—59.
8. Найштейн С. Я., Кармазин В. Е. Гигиена окружающей среды в связи с химизацией сельского хозяйства.— Киев,
1984.
9. Опополь И. И., Добрянская Е. В. Нитраты: (Гигиенические аспекты проблемы).— Кишинев, 1986.
10. Перелыгин В. М., Тонкопий Н. И., Шестопалова Г. Е. и др. // Состояние и перспективы развития гигиены окружающей среды.— М., 1985.— С. 151 —154.
11. Рубенчик Б. Л., Костюковский Я. Л., Меламед Д. Б. Профилактика загрязнения пищевых продуктов канцерогенными веществами.— Киев, 1979.
12. Салата О. А., Иармухамедов И. Р., Тхай Л. К. и др. // Вопр. питания.— 1986.—№ 1.—С. 72—73.
13. Тонкопий Н. И., Перцовская А. Ф., Григорьева Т. И. и др. // Гиг. и сан.— 1988.—№ 1.—С. 5—9.
14. Чегринец Г. Я., Вашкулат Н. П., Никула Р. Г. и др. // Гигиена населенных мест.— Киев, 1986.— Вып. 25.— С. 87—91.
15. Эльпинер Л. И., Безднина С. Я. 11 Водные ресурсы.— 1986.— № 4.— С. 102—110.
16. Brandel S., Dietzsch К. // Alkansulfonate.— Leipzig,
1985.— S. 219—241.
17. Borneff J. II Informationsbl. Fod. Europ. Gewasserschutz.— 1974.— N 21.— S. 44—45.
18. Fink D., Thomas G., Meyer W. 11 J. Water Pollut. Contr. Fed.— 1970.— Vol. 42, N 2.— P. 265—271.
19. Knauth H. II Mineralisation der Zellulose.— Berlin, 1968.— S. 239—243.
20. Luchetti G., Baron M. 11 Riv. Viticolt. Enol.— 1976.— Vol. 29, N 6.— P. 253—262.
21. Podany P. U Krmivazstvi Sluzbi.— 1985.— Vol. 21, N 21.— P. 30—31.
22. Volkowski R. P., Kelling K. A., Oplinger E. S. 11 Agron. j._ 1985.—Vol. 77, N 5.—P. 695—698.
Поступила 15.1 1.89
Summary. Urgent problems of the interaction of surface-active substances (SAS) with other ingredients under the
conditions of chemical soil pollution are discussed, in particular, under the conditions of irrigation of agricultural fields with
treated municipal sewage containing detergents. Before the beginning of the irrigational season the content of anion SAS in the arable layer of the soil is 2.02-2.66 mg/kg. In the middle of the vegetation period the quantity of detergents is increased 3-4 times fold. The authors suppose, that SAS may influence translocation of heavy metals from soil into plants. However, this question should be studied more carefully in the conditions of field experience with various SAS concentrations in soil.
