CC BY
31
Н. И. Хлебников
Соотношение «почвенного белкового» и органического азота как санитарный показатель почв населенных
мест 1
Из Института общей и коммунальной гигиены АМН СССР
Общепринятый в санитарной практике метод оценки почвы, основанный на сопоставлении полученных данных для изучаемой почвы с данными для незагрязненной почвы той же местности, неприменим при оценке санитарного состояния почвы населенных мест. По определению акад. Н. А. Димо, почва старых населенных мест представляет собой «изуродованную и перемешанную со всяким мусором массу, очень мало похожую на нормальную почву», а потому лишь условно называется почвой и несравнима с полевой почвой (той же местности), принимаемой за контрольную (чистую). Кроме того, возможны случаи, когда в результате процессов разложения азотсодержащего органического вещества изучаемая почва оказывается по содержанию основных показателей (органического азота и органического углерода) богаче незагрязненной почвы данной местности, несмотря на окончание процессов разложения, регистрируемого как показателями аммиачным и нитратным азотом. Так, в наших опытах по изучению химических показателей загрязненных городских «почв» и почв подзолистого типа, различных по механическому составу и загрязненных различными количествами нечистот, сточной жидкости, навоза, количественные выражения органического азота и органического углерода превышали в конце второго года наблюдений содержание их в незагрязненной подзолистой супесчаной почве соответственно на 34—45% и 32—44%. Загрязненные среднеподзолистые легко- и среднесуглинистые почвы и городская земля содержали в конце периода наблюдений органического азота на 42—65% и органического углерода на 6—21% больше, чем те же незагрязненные почвы. Поэтому делать заключение о загрязненности почв нет достаточных оснований.
Желая установить природу органического вещества, которым обогатилась почва в наших опытах, мы провели большое число анализов по определению «почвенного белкового» азота (азота гумуса почвы). При этом мы руководствовались следующими литературными данными.
Проф. П. А. Костычев, создавший современное представление о процессах разложения органических остатков, установил, что общее количество азота при разложении растительных остатков в аэробных условиях не изменяется, несмотря на значительное уменьшение общей массы разлагающегося материала. Только незначительная часть азота после опыта была обнаружена-в форме аммиака, нитратов и амидных соединений; главная же масса азота как до опыта, так и после опыта заключалась в белковых веществах. Исследуя причины указанных явлений, Костычев пришел к выводу, что разложение растительных остатков сопровождается синтезом белковых веществ бактериями, грибами. Углерод выделяется в виде угольной кислоты, а весь азот остается, претерпевая постоянный круговорот изменений, представляющий разрушение и новообразование белковых веществ. Взгляды Костычева получили полное подтверждение в многочисленных работах последующих и современных исследователей. Непрерывное возобновление белковых веществ, благодаря синтезирующей деятельности микроорганизмов, считается причиной того, что протеиновый комплекс является наиболее
1 Печатается в порядке дискуссии. Ред.
14
I
устойчивым при разложении органических остатков в почве. Однако эту устойчивость нельзя приписать только синтезирующей деятельности микробов. Эта устойчивость, повидимому, тесно связана с участием азотистых соединений почвы в образовании гуминовых веществ. Для суммарного определения устойчивых продуктов превращения азотсодержащих органических веществ в почвах мы применили метод Барн-штейна, широко используемый в растительном и зоотехническом анализе для определения белкового азота.
На рис. 1 представлены данные содержания органического и «почвенного белкового» азота в среднеподзолистой супесчаной почве, исчисленные в миллиграммах на 100 г абсолютно сухой почвы.
Из этих данных видно, что незагрязненная почва в мае 1946 г. содержала 65 мг «почвенного белкового» азота, что составляет 84,4% от органического азота, т. е. последний был представлен в почве на 84,4%
гит,
/31
ПочВа загрязненная
^ нечистотами
\
—
7/
Почва загрязненная сточной Жидкостью
12!,
юз„, 102.
М 1:1
ИВ
——
7/
V IX тег
т 7 г
IX
V а
тбг.
19^7г
Почва загрязненная навозом
а
ое105'
45 79. 71' 77 65
О
. ^_____
———"*
V IX
19Ь6г
т7г
IX
Почва незагрязненной -Азот органический
----.»- почвенного 5елка
Почва загрязненная •—•—• Азот органический ••—••—» почвенного белка
Рис. 1. Содержание органического и «почвенного белкового» азота в супесчаной почве (в миллиграммах на 100 г абсолютно сухой почвы)
«почвенным белковым» азотом. Среднеподзолистая супесчаная почва, загрязненная нечистотами, содержала при нагрузке 1 500 т на гектар 131 мг «почвенного белкового» азота, или 53% от органического азота; при нагрузке 1 000 и 500 т на гектар содержание «почвенного белкового» азота составляло соответственно нагрузке 62 и 68% от органического азота. Та же почва, загрязненная сточной жидкостью из расчета 2 500 м3 на гектар, содержала 98,6 мг «почвенного белкового» азота, или 85,5% от органического азота, а при нагрузке 5 000 м3—98,5 мг, или 77% от органического азота. Иначе говоря, в первом случае органический азог был на 85,5% представлен в почве «почвенным белковым» азотом, а во втором — на 77%. Почва, загрязненная навозом из расчета 18 т на гектар, содержала 79 мг «почвенного белкового» азота, или 75% от органического азота. Из этих данных видно, что содержание «почвенного белкового» азота в среднеподзолистой супесчаной почве зависит от количества внесенного загрязнения: чем больше загрязнения вносится в почву, тем меньше процент «почвенного белкового» азота в почве в момент загрязнения. Осенью 1946 и 1947 гг. органический азот той же почвы был нацело представлен «почвенным белковым» азотом.
В результате процессов разложения азотсодержащее органическое вещество нечистот в почве количественно снизилось: в 1946 г. оно было представлено «почвенным белковым» азотом на 80,7%, а в 1947 г. — на 98,3% (нагрузка — 1 500 т на гектар). Загрязненная сточной жидкостью (5 000 м3 на гектар) среднеподзолистая супесчаная почва содер-
жала «почвенного белкового» азота в сентябре 1946 г. 98,2%, а в сентябре 1947 г. 99,2% от органического азота. В той же почве, загрязненной навозом из расчета 18 т на гектар, органический азот в сентябре 1946 г. был представлен на 87,3%, а в сентябре 1947 г. — на 99,5% «почвенным белковым» азотом.
Из представленных на рис. 2 данных содержания органического и «почвенного белкового» азота в среднеподзолистых суглинистых почвах и городской земле мы видим, что в начале опыта содержание «почвенного белкового» азота в легкосуглинистой незагрязненной почве было равно 109 мг, т. е. составляло 96,7% от органического азота, а через три месяца (октябрь) составляло 98,4%, а в той же почве, загрязненной соответственно срокам, —76,9 и 99,4% от органического азота.
Легкосуглинистая Среднесуглинистая почва почва
Гтройская земля
227
т
113 109
м
19Ь8г. л Почва незагрязненная
-Азот органический
--» почвенного ¿¡елка
Почва загрязненная
таг. л "" т8г.
Земля- сВеэке загрязненная ооооооооо Азот органический
почвенного 5елка
оо —оо—оо
Азот органический ч почвенного 5елка
Земля с давний загрязнением
.........Азот органический
- ~ - » почвенного 5елка
Рис. 2. Содержание органического и спочвенного белкового» азота в почвах в миллиграммах на 100 г абсолютно сухой почвы)
Органический азот в среднеподзолистой среднесуглинистой незагрязненной почве в начале опыта был представлен на 91%, а через три месяца — на 96% «почвенным белковым» азотом; в той же почве, но при загрязнении, были получены цифры в 77 и 95%. В городской земле, имевшей давнее загрязнение, содержание «почвенного белкового» азота в начале опыта составляло 91 % от органического азота, а через три месяца — 94%. В городской свежезагрязненной земле органический азот в начале опыта был представлен «почвенным белковым» азотом на 82%, а через три месяца — на 97%.
Рассмотренный аналитический материал опытов, проведенных с загрязненными подзолистыми почвами разного механического состава, подтверждает, что в результате процессов разложения внесенных в почву загрязнений и синтезирующей деятельности микроорганизмов азотсодержащее органическое вещество почвы если не на все 100%', то весьма близко к указанной цифре было представлено «почвенным белковым» азотом, т. е. азотом гумуса и азотом белка микробной клетки. Таким образом, полученные нами Данные объясняют природу обогащения почв азотсодержащим органическим веществом как результат протекающих в почве биохимических процессов. У нас нет никаких оснований считать загрязненными почвы, содержащие органического азота
больше, чем его содержится в ¡незагрязненной почве, если только он на 98—100% представлен «почвенным белковым» азотом.
Исходя из указанных выше соображений, мы при оценке санитарного состояния почвы населенных мест считаем излишним прибегать к сравнению и сопоставлению данных анализа изучаемой почвы с соответствующими данными для незагрязненной почвы той же местности. Выше было указано, что почвы населенных мест, в особенности городов, не являются почвами, а представляют собой земли — смесь почвенных горизонтов со щебнем, для которой невозможно найти контрольную незагрязненную почву.
Единственным показателем состояния азотсодержащего органического вещества в почве, как это следует из наших данных, является азот органический и азот «почвенный белковый» в их отношении друг к другу, выражаемом в виде формулы С = -д- , в которой А — количество
(в миллиграммах на 100 г почвы) «почвенного белкового» азота (азот гумуса и азот белка микробной клеши), В — количество (в тех же единицах) органического азота (азот по Кьельдалю минус азот аммиака, определенный в солевой вытяжке,
так как методом Кьсльдаля определяется азот органический и азот аммиачный), С — частнос от деления А на В, названное нами «санитарным число м».
Представленные на рис. 3 и 4 «санитарные числа», исчисленные по нашей формуле на основании данных о содержании азота органическо-
утвга ттг.
_ПочВа незагрязненная
___ - загрязи. нечистотами
х_х - » сточн. зкидкостья
с—о » ч навозом ~
Рис. 3. Санитарное число супесчаной почвы
Легкосуглинистая
Среднесуглинистая
Городская земля
с:
¡г/уи
Ш а/т твг
194 8 г
' Почва незагрязненная - загрязненная
/г/г? /г/и7 Земля с давним загрязнением
оооооооо
свезкезагрязненная Рис. 4. Санитарное число почв
го и «почвенного белкового», указывают, что санитарное число незагрязненной среднеподзолистой супесчаной почвы (рис. 3) в начале опыта было равно 0,84 (органический азот был на 84% представлен «почвенным белковым» азотом), т. е. почва загрязнена, что подтвердилось найденными количествами аммиачного азота. Осенью 1946 и 1947 гг. санитарное число этой же почвы было равным 0,99, т. е. почву с таким «санитарным числом» следует считать практически чистой. Загрязненная среднеподзолистая супесчаная почва имела различные «санитарные
числа», зависящие от характера загрязнения и его количества. Так, санитарное число почвы, загрязненной нечистотами (1 500 т на гектар), в начале опыта было равно 0,53, что указывало на сильное загрязнение почвы. В сентябре 1946 г., т. е. через четыре месяца, санитарное число увеличилось до 0,81, что указывало, с одной стороны, на интенсивность происходивших в почве процессов разложения органических веществ нечистот, а с другой — на оставшееся загрязнение. В сентябре 1947 г. «санитарное число» этой почвы было равно 0,98. Почву с таким «санитарным числом» следует считать практически чистой, так как органический азот ее на 98% представлен «почвенным белковым» азотом (азотом перегноя •— вещества довольно стойкого и желательного в санитарном отношении).
«Санитарное число» среднеподзолистой супесчаной почвы, загрязненной навозом (18 т на гектар), в начале опыта было равным 0,75. В результате процессов разложения навоза через четыре месяца (сентябрь 1946 г.) почва еще имела остаточное загрязнение, т. е. органический азот ее был представлен «почвенным белковым» азотом только на 87% («санитарное число» —0,87). В конце сентября 1947 г. «санитарное число» данной почвы было равно 0,99, т. е. почва была практически чистой: органический азот ее был почти нацело представлен «почвенным белковым» азотом.
«Санитарное число» среднеподзолистой супесчаной почвы, загрязненной сточной жидкостью из расчета 5 000 м3 на гектар, в начале опыта было равно 0,77, а через четыре месяца (сентябрь 1946 г.) — дошло до 0,98 и в сентябре 1947 г. — до 0,99. Почву с таким «санитарным числом» следует считать практически чистой.
«Санитарные числа» среднеподзолистой суглинистой почвы и городской земли, представленные на рис. 4, показывают большее загрязнение среднесуглинистой почвы и городской земли в начале опыта и меньшее легкосуглинистой почвы. В результате внесения загрязнений в почвы и городскую землю мы снизили «санитарное число» городской земли до 0,82, а суглинистых почв — до 0,77. Через три месяца наблюдений «санитарные числа» значительно повысились, что явилось следствием прошедшего процесса самоочищения, наиболее интенсивного в почвах и городской земле, получивших свежее загрязнение, и слабого в почзах, не получивших последнего, но имевших давнее остаточное загрязнение, более устойчивое к разложению.
Таким образом, мы видим, что в результате сложного комплекса процессов разложения и синтеза почва самоочищается, превращая поступающие вещества в более стойкие и устойчивые соединения, а .'ггсюда — более желательные в санитарном отношении. Эти формы органического веще-стра, содержащие азот и определяемые названием «почвенного белкового» азота, мы считаем самым надежным показателем санитарного состояния почвы, фиксирующим малейшие изменения в состоянии азотсодержащего органического вещества. Принятый до настоящего времени метод оценки санлтарного состояния почв путем сравнения и сопоставления данных химического анализа изучаемой почвы с соответствующими данными для незагрязненной почвы является неприемлемым при изучении городских земель, контроля которых в природе нет. При использовании в качестве показателя «санитарного числа» совершенно исключается сравнение с контрольной почвой. Кроме того, наш показатель — «санитарное число» — дает санитарным работникам полную возможность сопоставлять, сравнивать почвы всех типов и земли в отношении их загрязненности.
Переходя к вопросу об использовании «санитарного числа» для характеристики почв и земель населенных пунктов, мы должны помнить, что почва должна быть здоровой не только в населенных местах, но и в поле, используемом для сельскохозяйственных нужд.
Производительность полевой почвы обусловливается внесением в нее удобрений и культивированием трав, необходимых для восстановления структуры почвы, а следовательно, для устранения распыленно-ста почвы.
Практикой земледелия разработаны нормы навоза, вносимого в почву. При чрезмерных количествах внесенного удобрения в почве создаются «такие концентрации почвенного раствора, при которых не только растения должны были бы выгорать, но даже семена растений в такой почве не могли бы прорасти» (В. Р. Вильяме). Исходя из этих соображений, мы и предлагаем схему оценки санитарного состояния почв и земель населенных мест на основе санитарного числа (см. таблицу).
Схема оценки санитарного состояния почв и земель населенных мест
Санитарное число С Состояние почвы и земли
Менее 0,70 ...... От 0,70 до 0,85 . . . . От 0,85 до 0,98 . . . . Более 0,98....... Сильно загрязненные Умеренно загрязненные Слабо загрязненные Практически чистые
На основании проведенных экспериментальных работ по изучению химических показателей загрязнения и самоочищения почв подзолистого типа, различного механического состава при загрязнении различными отбросами и в различных количествах, а также большого аналитического материала, полученного для почв разных типов и компостов, мы можем сделать следующие выводы:
1. Химическим показателем загрязнения и самоочищения почв подзолистого типа и «почв» населенных мест может явиться частное от деления количества «почвенного белкового» азота к количеству органического азота, названного нами «санитарным числом».
2. «Санитарное число» как показатель загрязнения и самоочищения почв и земель населенных мест применимо для оценки санитарного состояния почв всех типов Советского Союза без сопоставления с незагрязненной почвой.
3. Химическими показателями процессов разложения азотсодержащего органического вещества, загрязняющего почвы и земли населенных мест, являются аммиачный азот и нитратный азот.
Ъ
Л '
Л. А. Кожинова
Самоочищение городской почвы
Из Института общей и коммунальной гигиены АМН СССР
Почва населенных мест издавна привлекала внимание гигиенистов как среда, влияющая на здоровье человека. В санитарно-гигиенической литературе имеется большое число исследований, посвященных изучению санитарного состояния почвы населенных мест (Силич, Бубнов, Блауберг, Лялин, Лось, Могилевчик и Остапеня, Винокуров, Хлебников и др.).
з»
19
