Влияние антропогенной нагрузки на условия самоочищения почвы на территории санитарно-защитной зоны

22

ЗНивО

МАЙ №

УДК 614.76

влияние антропогенной нагрузки на условия самоочищения почвы на территории санитарно-защитной зоны

О.В. Сазонова, В.В. Сучков, О.Н. Исакова, Т.В. Судакова, Д.С. Тупикова

Научно-исследовательский институт гигиены и экологии человека ГБОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Самара, Россия

Установлено, что процесс самоочищения почв на территории санитарно-защитной зоны Новокуйбышевского нефтеперерабатывающего завода протекает очень медленно. Причиной этому служат тяжелые фракции нефти, которые замедляют влагообмен в почве, ухудшают условия жизнедеятельности азотфиксирующих микроорганизмов, вызывают обесструктурирование почвы. По санитарно-химическим показателям наблюдались стабильные превышения гигиенических нормативов по нефтепродуктам и единичные - по кадмию и мышьяку. При этом на территории санитарно-защитной зоны обнаружены сапрофитные мезофильные микроорганизмы в большом количестве. Данный факт объясняется тем, что тяжелые фракции нефти служат для них хорошей питательной средой, а также способствуют образованию биологической пленки. Ключевые слова: самоочищение почвы, нефтепродукты, санитарно-защитная зона, сапрофитные микроорганизмы, кадмий, свинец, мышьяк.

O.V. Sazonova, V.V. Suchkov, O.N. Isakova, T.V. Sudakova, D.S. Tupikova  EFFECT OF ANTHROPOGENIC LOAD CONDITIONS SELF-PURIFICATION OF SOIL WITHIN THE SANITARY PROTECTION ZONE  Research Institute of Hygiene and Human Ecology of Samara State Medical University of the Ministry of Health of Russia, Samara, Russia.

It was found that the self-cleaning process of the soil on the territory of the sanitary protection zone of the Novokuibyshevsk refinery is very slow. The reason for this are the heavy oil fractions that slow moisture exchange in the soil, worsen living conditions of nitrogen-fixing microorganisms cause structures violation soil. According to the sanitary-chemical parameters were observed stable exceeding hygienic standards for oil products and the individual - for cadmium and arsenic. At the same time on the territory of the sanitary protection zone found saprophytic mesophilic microorganisms in large quantities. This fact is explained by the fact that the heavy oil fractions are used for their good breeding ground, as well as contribute to the formation of biofilm.

Key words: self-purification of soil, oil, sanitary protection zone, saprophytic microorganisms, cadmium, lead, arsenic.

Почва, являясь важнейшим ресурсом человеческого общества, несет основную нагрузку по самоочищению природной среды. Это в равной мере относится и к внутригородской среде обитания. Но на городских территориях в силу выраженности деградации почва часто является вторичным источником загрязнения атмосферы, т. к. отражает уровень многолетнего антропогенного воздействия [3, 5]. Этот процесс будет продолжаться и тогда, когда загрязнение атмосферного воздуха в черте города прекратится, в результате накопления химических загрязнителей в почве, большого периода их полураспада, продолжающегося процесса деградации [2].

Одной из функций почвы является обезвреживание вредных веществ с последующей их трансформацией в неопасные вещества. Под влиянием геохимических процессов происходят разложение сложных органических веществ, задержка роста и размножения патогенных микроорганизмов [1].

Цель исследования - изучение процессов самоочищения почвы на территории санитар-но-защитной зоны (СЗЗ) с позиций негативного влияния нефтеперерабатывающих предприятий.

Материалы и методы. В течение 2015 года сотрудниками Научно-исследовательско-

го института гигиены и экологии человека ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России проводилось исследование почвы на территории санитарно-защитной зоны Новокуйбышевского нефтеперерабатывающего завода (НК НПЗ). Всего отобрано 22 пробы. Пробы почвы отбирали на расстоянии 200, 600 и 1 000 м от НК НПЗ. Исследование образцов почвы проводили на содержание солей тяжелых металлов (свинца, кадмия, ртути, меди, кобальта, мышьяка, цинка), нефтепродуктов, а также оценивали микробиологические показатели: индекс лактозоположительных кишечных палочек, бактерии группы кишечной палочки (БГКП), энтерококки, сульфитредуцирующие клостридии, актиномицеты, общее микробное число (ОМЧ), сапрофитные и патогенные микроорганизмы.

В соответствии с санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами [7] категория почвы по микробиологическим показателям оценивается по содержанию бактерий группы кишечной палочки, лактозополо-жительных кишечных палочек (ЛКП), энтерококков и патогенных микроорганизмов. Однако, в методических указания [8] и методических рекомендациях [9] упоминаются все вышеперечисленные микробиологические показатели, кроме ЛКП. Специалисты управле-

МАЙ HOC

ЗНиСО

23

с=р ния Роспотребнадзора при проведении санитарно-гигиенических исследований почвы ^^ ориентируется только на содержание ЛКП. I—Р БГКП объединены способностью сбраживать глюкозу. Группа ЛКП идентифицируется по ферментации лактозы. Если ориентироваться только на них, то вне учета остаются лактозоотрицательные, глюкозоположительные бактерии. По данным литературы они составляют около 40 % семейства кишечных. Среди них могут быть и условно патогенные виды, а также кишечные палочки, утратившие способность сбраживать лактозу под влиянием антропогенного химического загрязнения почвы. Поэтому в исследованиях почвы целесообразно проводить определение и ЛКП, и БГКП [4]. Статистическую обработку выполняли с помощью Microsoft Excel 2013.

Результаты и обсуждение. Полученные результаты рН позволяют характеризовать почву промышленной территории г. Новокуй-бышевска как слабощелочную. Среднее значение рН составило 7,6 (таблица). Вредные химические вещества, содержащиеся в выбросах нефтеперерабатывающего завода, чаще всего дают щелочную реакцию среды, поэтому почва может иметь значение рН более 8,0 [6]. Следовательно, почва в санитарно-защит-ной зоне загрязнена, что является признаком антропогенного загрязнения.

При изучении содержания солей тяжелых металлов в почве выяснилось, что концентрации подвижных форм меди превышали уровень ПДК в 6 пробах (средняя величина пре-

вышений составила 14,31 ПДК). По остальным солям тяжелых металлов наблюдались незначительные превышения: по кадмию — 1,82 ОДК, свинцу - 1,23 ПДК, цинку -1,31 ПДК и мышьяку - 4,58 ПДК (рис. 1).

При исследовании содержания нефтепродуктов получились следующие значения: содержание нефтепродуктов в инфракрасном спектре превышало фоновое значение 50 мг/кг во всех пробах (среднее значение - 16,06 Ф), в ультрафиолетовом спектре фоновое значение превышало в 81,8 % проб (среднее значение - 14,2 Ф) (рис. 2) Превышение фонового уровня нефтепродуктов непосредственно связано с деятельностью нефтеперерабатывающих предприятий.

При оценке биологической нагрузки в 2015 году на основании индекса ЛКП почва промышленной зоны г. Новокуйбышевска относится к категории «чистая», однако по индексу БГКП в 18,2 % проб и по индексу энтерококков в 9 % проб - к категории «умеренно опасная», что способствует эпидемическому настрою в плане опасности для населения. Если индексы обоих разновидностей кишечных палочек находятся в пределах норматива, нередко количественные характеристики са-нитарно-показательных анаэробов позволяют адекватно оценить степень эпидемической опасности почвы. По-видимому, в условиях возросшей антропогенной нагрузки на окружающую среду необходимо использовать БГКП и ЛКП и ориентироваться на индекс С1. рerfringens.

Таблица. Содержание общесанитарных загрязнителей в почве на территории санитарно-защитных зон Новокуйбышевского нефтеперерабатывающего завода

Место отбора проб Общесанитарные загрязнители

pH, усл. ед. нитрат-ион, мг/кг аммоний-ион, мг/кг анионоактивные СПАВ, мг/кг фенолы, мг/кг

1 200 м от НК НПЗ к востоку 7,67 12,46 8,71 3,85 5,7

2 600 м от НК НПЗ к востоку 7,91 215,89 9,29 16,9 6,7

3 1 000 м от НК НПЗ к востоку 7,52 221,43 11,50 7,6 5,7

4 1 000 м от НК НПЗ к юго-востоку 7,50 189,65 12,92 35,5 6,5

5 600 м от НК НПЗ к юго-востоку 7,43 11,07 18,68 8,8 3,9

6 200 от НК НПЗ к югу 7,50 13,84 9,51 13,1 3,0

7 400 м от НК НПЗ к югу 7,42 14,95 21,92 24,6 7,1

8 600 м от НК НПЗ к югу 7,48 19,38 15,27 12,2 5,1

9 1 000 м от НК НПЗ к югу 7,48 27,68 8,83 36,1 6,2

10 600 м от НК НПЗ к юго-западу 7,90 311,43 8,49 11,0 18,5

11 1 000 м от НК НПЗ к юго-западу 7,94 328,04 9,65 11,4 7,2

24

ЗНиСО

МАЙ Н0Е

2,5

И

5 2

д 1,5-

1-

0,5

№ 1 № 2 № 3 № 4 № 5 № 6 № 7 № 8 № 9 № 10 № 11

Рис. 1. Концентрации солей тяжелых металлов в почве промышленной зоны г. Новокуйбышевска

60

к 50

о

3 40

я 30

& 20 -

10

№ 1 № 2 № 3 № 4 № 5 № 6 № 7 № 8 № 9 № 10 № 11

^^^Нефтепродукты (ИК-спектр) —— Нефтепродукты (УФ-спектр) А Фон

Рис. 2. Концентрации нефтепродуктов в почве промышленной зоны г. Новокуйбышевска

Для оценки биологической активности почвы и в определенной мере способности почвы к самоочищению из интегральных показателей были применены общая микробная численность (ОМЧ) при 37 °С (практически теплокровная микрофлора), из числа основных групп почвенных микроорганизмов использованы почвенные сапрофитные бактерии и актиномицеты.

40000

35000

30000

25000

Н 20000 О

и 15000 10000 5000 0

ш ж.

т

Актиномицеты

Общее микробное число при 37 °С

Весна 2015 года  Осень 2015 года

Рис. 3. Соотношение значений КОЕ микроорганизмов в разные периоды 2015 года

Значение общей микробной численности в почве снизилось к осени 2015 года в 7 раз по сравнению с весной 2015 года. Содержание сапрофитов в 1 г почвенного субстрата также снизилось в 10 раз. Это объясняется влиянием температурного фактора - в теплую погоду оптимально растут мезофильные микроорганизмы. Весной 2015 года содержание акти-номицетов в почве было выше, чем осенью, в 2,1 раз по той же причине. В исследованиях было показано увеличение в динамике численности сапрофитной и аллохтонной микрофлоры в почве с высоким содержанием нефтепродуктов и органического вещества [6]. В указанном аспекте нельзя исключать и повышение устойчивости (приспособляемости) сапрофитной микрофлоры к химическим ингредиентам.

Бактерии-аммонификаторы представляют собой уреазоположительные микроорганизмы, играющие ведущую роль в процессе разложения органических азотсодержащих веществ и гумификации почвы. Низкий титр аммонификаторов весной 2015 года (в среднем 0,0012 г) характеризует способность почвы к самоочищению. Титр аммонификаторов к осени снизился. Подавление аммонифика-торов приводит к накоплению неразложив-шихся органических субстратов под влиянием антропогенного воздействия и исключению азота из круговорота веществ. Вследствие этого полный цикл аммонификации почвы, включающий в себя нитрификацию и денитрификацию, не завершен. Поэтому необходим контроль за состоянием процессов самоочищения, осуществляемых аммонифи-каторами.

Об этом также свидетельствует низкое содержание фенолов в почве — 6,87 мг/кг. Индекс С1. perfringens также характеризует фекальное загрязнение почвы. И осенью, и весной 2015 года наблюдалось практически отсутствие в почве клостридий данного вида, что еще раз подчеркивает то, что на территории санитарно-защитной зоны НК НПЗ нет человеческой деятельности.

Общей установленной закономерностью является то, что низкие концентрации тяжелых металлов и нефтепродуктов активизируют жизнедеятельность почвенных организмов и интенсивность протекания микробиологических процессов, а высокие уровни загрязнения наоборот подавляют их жизнедеятельность.

В естественных условиях микроорганизмы почвы успешно осуществляют гумификацию органических веществ. Загрязнение внешней среды превосходит способность последней к самоочищению и ведет к ухудшению ее гигиенических условий.

Выводы. Таким образом, по санитарно-химическим показателям наблюдались ста-

0

0

МАЙ №5

ЗНивО

25

ст бильные превышения гигиенических нормативов по нефтепродуктам и единичные - по ^^ кадмию и мышьяку. Превышение фонового уровня нефтепродуктов (в среднем 16,06 Ф) непосредственно связано с деятельностью нефтеперерабатывающего завода.

Снижение роста микроорганизмов в течение вегетационного периода от весны к осени характеризуется не только сменой сезонов, но и как следствие ингибирующим влиянием на микрофлору химических загрязнителей почвы (нефтепродукты, соли тяжелых металлов). Высокое содержание металлов и нефтепродуктов в почве СЗЗ Новокуйбышевского нефтеперерабатывающего завода усиливает процессы ее деградации и снижает санитарно-гигиеническую функцию. В результате почвы СЗЗ, испытывая антропогенные нагрузки, имеют низкий потенциал биологической активности и низкую способность к самоочищению.

ЛИТЕРАТУРА

1. Государственный доклад о состоянии окружающей среды и природных ресурсов Самарской области за 2014 год. Выпуск 25. Самара, 2015. 298 с.

2. Май И.В. и др. Анализ риска здоровью населения от воздействия выбросов автотранспорта и пути его снижения / И.В. Май, С.В. Клейн // Известия Самарского научного центра РАН. Самара. 2011. Т. 13. № 1 (9). С. 1895-1901.

3. Хамитова Р.Я. и др. Оценка загрязненности тяжелыми металлами городских почв / Р.Я. Хамитова, Н.В. Сте-

панова // Здоровье населения и среда обитания. 2004. № 7. С. 28-32.

4. Сазонова О.В. и др. Достоверность санитарно-бакте-риологической оценки почвы населенных мест в условиях антропогенной нагрузки на окружающую среду / О.В. Сазонова, И.Ф. Сухачева [и др.] // Известия Самарского научного центра РАН. Самара, 2012. Т. 14. № 5 (3). С. 629-632.

5. Сухачева И.Ф. Значение эколого-гигиенических исследований при обосновании реконструкции городских автомагистралей / И.Ф. Сухачева, М.С. Буклеше-ва // Научные труды Федерального научного центра гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана «Гигиенические проблемы оптимизации окружающей среды и охраны здоровья населения». Самара, 2006. Вып. 17. С. 97-101.

6. Сазонова О.В. и др. Эколого-гигиенические особенности антропогенного загрязнения почвы территории промышленного города / О.В. Сазонова, Г.М. Трухина и др. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 7. С. 150-156.

7. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы: СанПиН 2.1.7.1287-03. М., 2003.

8. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест: МУ 2.1.7.730-99. М., 1999.

9. Методы микробиологического контроля почвы: МР № ФЦ/4022. М., 2004.

Контактная информация:

Сазонова Ольга Викторовна, тел.: +7 (927) 260-13-35, e-mail: ov_2004@mail.ru Contact information: Sazonova Olga, phone: +7 (927) 260-13-35, e-mail: ov_2004@mail.ru