39. Гигиеническое значение, состав и свойства почвы. Процессы самоочищения почвы. Характеристика естественных и искусственных биохимических провинций.

Самоочищение почвы является сложным и относительно длительным биологическим процессом, в течение которого органические вещества превращаются в воду, углекислый газ, минеральные соли и гумус, а патогенные начала отмирают. Первый этап – минерализация, второй – нитрификация.

Процесс самоочищения почвы протекает следующим образом.

При загрязнении почвы жидкая часть отбросов фильтруется, а взвешенные в ней органические частицы, микроорганизмы и яйца гельминтов задерживаются в порах. Зерна почвы, обладая большой сорбционной способностью, поглощают из просачивающейся жидкости растворенные органические коллоидные вещества и дурно пахнущие газы.

В верхних слоях почвы, где задерживаются органические вещества, обитает большое количество различных видов микробов, актиномицетов, грибов, водорослей, простейших, червей, личинок насекомых, которые активно участвуют в процессах самоочищения почвы.

Минерализация органических веществ в почве может протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Происходящие в анаэробных условиях процессы гниения и брожения органических веществ сопровождаются выделением дурно пахнущих газов, загрязняющих атмосферный воздух. Поэтому при обезвреживании нечистот нужно создавать такие условия, в которых преобладали бы аэробные процессы минерализации, т. е. нужно обеспечить достаточный доступ кислорода к загрязненной почве и не перегружать ее большим количеством отбросов.

В присутствии кислорода воздуха аэробные микроорганизмы разлагают углеводы до углекислого газа и воды. В анаэробных условиях, кроме этих продуктов, образуются метан и другие дурно пахнущие газы.

Клетчатка растений, попадающая в почву в особенно большом количестве, подвергается здесь метановому брожению с образованием газов и воды. Из клетчатки образуются также гуминовые соединения.

После расщепления жиров на глицерин и жирные кислоты последние в аэробных условиях распадаются до углекислого газа и воды, а в анаэробных условиях их распад сопровождается образованием дурно пахнущих летучих жирных кислот.

Разложение белковых соединений совершается в два этапа. На первом этапе, носящем название аммонификации, белки разрушаются до аминокислот, которые в свою очередь распадаются до аммиака и его солей. Кроме аммиака, из аминокислот образуются кислоты жирного и ароматического ряда.

Эти превращения протекают под воздействием анаэробов, факультативных анаэробов, аэробов, актиномицетов и грибов. Аммонификация мочевины осуществляется уробактериями и другими микробами.

При условиях, благоприятствующих размножению анаэробов, образуются промежуточные продукты распада белка, обладающие сильным зловонием (индол, меркаптаны, летучие жирные кислоты, сероводород и др.).

При наличии в почве кислорода параллельно с первым этапом протекает второй этап минерализации — нитрификация, в процессе которой аммиак окисляется до азотистой кислоты, а последняя — до азотной. Аэробные микроорганизмы окисляют и другие промежуточные продукты распада белков. В итоге в почве образуются нитраты, сульфаты, фосфаты и карбонаты, т. е. соединения, усваиваемые растениями.Следовательно, благодаря процессам самоочищения почвы органические вещества превращаются в те формы неорганических соединений, в виде которых они служат необходимым питательным материалом для растений, и, таким образом, снова поступают в кругооборот веществ, происходящий в природе. Процессы нитрификации требуют хорошей аэрации почвы, благоприятных температурных условий и влажности не меньше 25—30%. Оптимальные температурные условия для нитрификации 25—37° С. Процессы нитрификации прекращаются при температуре ниже 3° и выше 56° С.

Одновременно с процессами разложения в почве благодаря ассимиляции нитратов бактериями протекают процессы синтеза различных органических, в том числе и белковых, веществ, входящих в плазму микроорганизмов.

По мере самоочищения почвы от органических загрязнений (по ранее рассмотренным причинам) отмирает и патогенная микрофлора, главным образом неспороносные микробы и яйца гельминтов.

После всех превращений в почве образуется гумус (перегной), в состав которого входят гемицеллюлозы, жиры, органические кислоты, минеральные вещества и протеиновые комплексы, образовавшиеся в результате микробного синтеза. В гумусе много .сапрофитных микроорганизмов. Гумус является хорошим удобрением; он медленно разлагается, постепенно отдавая растениям необходимые им питательные вещества.

В санитарном отношении важно, что гумус, несмотря на наличие органических веществ, не загнивает, не выделяет зловонных газов, не привлекает мух. Он не содержит патогенных микробов, кроме спороносных. На этой стадии обезвреживание отбросов в почве считают законченным. К факторам, способствующим отмиранию микроорганизмов и яиц геогельминтов, относятся такие, как бактериофаги и антибиотики, присутствующие в почве, солнечный свет, высыхание почвы. Так, при действии солнечного света, высыхания почвы яйца аскарид на ее поверхности погибают в течение 7 ч — 5 дн.; однако на глубине 2,5—10 см они сохраняют свою жизнеспособность в течение года.

Вспахивание или перекапывание почвы, способствуя аэрации, ускоряет ее самоочищение. Наоборот, перегрузка почвы органическими отбросами ведет к развитию анаэробной микрофлоры и замедляет самоочищение, что сопровождается образованием зловонных продуктов распада.

Все сказанное свидетельствует об огромном санитарном значении протекающих в почве процессов самоочищения. В настоящее время почвенные методы обезвреживания отбросов и фекально-хозяйственных сточных вод широко используются в практике. При этом не только используются естественно протекающие процессы самоочищения почвы. Люди научились управлять ими и даже воспроизводить их на искусственных сооружениях, например на биофильтрах и других устройствах, предназначенных для очистки сточных вод и обезвреживания твердых отбросов.

Биогеохимической провинции – это различные по величине участки территории Земли с различным уровнем концентрации химических элементов. Природное аномально высокое или низкое содержание в почве эндогенных для нее химических веществ, их миграция из почвы в смежные среды (воду водоемов, атмосферный воздух, растения) и по пищевым цепочкам обусловливает образование естественных биогеохимических провинций, возникновение эндемических заболеваний. Дефицит, избыток или дисбаланс содержания микроэлементов могут приводить к развитию специфических заболеваний, известных под названием геохимических эндемий. Искусственные биогеохимические провинции. В настоящее время, кроме естественных эндемических почвенных регионов, появились искусственные биогеохимические районы и провинции. Их появление связано с поступлением в почву промышленных выбросов (дымовые выбросы заводов, сбросы сточных вод и твердых отходов, фабричная пыль). Искусственные геохимические провинции с повышенным содержанием канцерогенных веществ в почве наблюдаются вблизи ТЭЦ, аэродромов, вблизи автомагистралей и в районах лесных пожаров. В искусственных биогеохимических районах, как правило, отмечается повышение уровня заболеваемости, врожденные уродства детей и аномалии развития, нарушение физического и психического развития детей. Помимо отдаленных последствий, в искусственных геохимических провинциях наблюдаются случаи не только хронических, но и острых отравлений, особенно при проведении сельскохозяйственных работ.

40. Состав и свойства почвы. Эндемические заболевания и их профилактика.

Почва, или земля, — природное образование, залегающее между атмосферой и подстилающими породами. Толщина почвы составляет от нескольких сантиметров до 2 м и более. Почва состоит из материнской пород (минеральные соединения), мертвого органического вещества; гумуса (перегноя); живых организмов; воздуха и воды. Почва состоит из несколько слоев, или горизонтов. Последовательность этих горизонтов называется почвенным профилем. Верхний, или пахотный, слой почвы содержит корни растений, грибы, микроорганизмы, множество различных почвенных насекомых и животных. В этом горизонте происходит основной круговорот органических веществ. Весь неиспользованный органический материал из различных трофических уровней вновь утилизируется и распадается здесь сначала до гумуса, а в конечном итоге до неорганических соединений. Гумус состоит из лигнина, клетчатки, протеиновых комплексов и других органических соединений. Гумус способствует сохранению воды в почве и поддерживает ее в рыхлом состоянии. Подпочва, расположенная под верхним слоем почвы, содержит неорганические соединения. Третий слой почвы — материнская порода, на основе которой образовалась почва. Этот слой состоит в основном из глины, песка, извести, ила, включающих соли кальция, магния, алюминия и другие макро- и микроэлементы. Почва оказывает огромное влияние на свойства и состав подземных вод и воды открытых водоемов. В почве всегда содержится то или иное количество влаги, поступившей с атмосферными осадками или поднявшейся по капиллярам из нижележащих слоев земли, а также образовавшейся в результате поглощения паров воды из атмосферного воздуха. Вода необходима для существования живых организмов и роста растений. Гигиеническое значение почвенной воды велико и разнообразно. Она служит универсальным растворителем органических и минеральных соединений, транспортом для доставки химических веществ растениям. Почвенная влага существенно влияет на тепловые свойства почвы, увеличивая ее теплоемкость и теплопроводность. Из почвенных вод образуются грунтовые воды. Химический и бактериальный состав питьевой воды во многом определяется составом и свойствами почвы. Почвенный воздух постоянно обменивается с атмосферным воздухом. Почвенный воздух даже чистых почв всегда содержит повышенное по сравнению с атмосферным количество углекислого газа (до 8%), содержание кислорода снижается до 14%. При ограниченном доступе воздуха развиваются гнилостные процессы с выделением зловонных газов и паров (сероводород, аммиак, фтористый водород, индол, скатол, метил меркаптан), способных в соответствующих концентрациях токсически воздействовать на организм человека. Гигиеническое значение почвенного воздуха определяется его составом и условиями контакта с ним человека. Известны случаи отравления почвенным воздухом, например при рытье колодцев и т.д. Под пористостью почвы следует понимать суммарный объем пор в единице объема почвы, выраженный в процентах. Чем выше пористость, тем ниже фильтрационная способность почвы. При более высокой пористости процесс самоочищения почвы замедляется. Почва такого типа считается неудовлетворительной.

Под воздухопроницаемостью понимают способность почвы пропускать воздух. Это свойство почвы определяется прежде всего величиной ее пор. Высокая проницаемость почвы для воздуха способствует обогащению ее кислородом, что имеет большое гигиеническое значение, так как повышает биохимические процессы окисления органических веществ. Под водопроницаемостью, или фильтрационной способностью, понимают способность почвы впитывать и пропускать воду, поступающую с поверхности. Это свойство почвы оказывает решающее влияние на образование почвенных вод и накопление их запасов в недрах земли. Водопроницаемость почвы имеет непосредственное отношение к снабжению населения водой из подземных источников. Под влагоемкостью почвы понимают количество влаги, которое почва способна удерживать сорбционными и капиллярными силами. Влагоемкость тем больше, чем меньше поры почвы и чем больше их суммарный объем. Гигиеническое значение этого свойства почвы связано с тем, что большая влагоемкость создает предпосылки для сырости почвы и находящихся на ней зданий, уменьшает проницаемость почвы для воздуха и воды и мешает очищению сточных вод. Такие почвы являются нездоровыми, сырыми и холодными. Капиллярность почвы. Под капиллярностью почвы понимают ее способность поднимать по капиллярам воду из нижних горизонтов в верхние. Чем менее зерниста почва, т. е. чем более она мелкопористая, тем больше ее капиллярность, тем выше поднимается по ней вода. Большая капиллярность почвы может быть причиной сырости зданий. От температуры почвы в значительной степени зависят температура приземного слоя атмосферы, тепловой режим помещений подвалов и первых этажей зданий.

В настоящее время хорошо изучены такие эндемические заболевания, как гипофтороз — кариес зубов, флюороз, связанный с избытком фтора, эндемический зоб (недостаток йода). Кроме того, высокое содержание в почве молибдена вызывает молибденоз (эндемическая подагра), свинца — поражение нервной системы, стронция — хондро- и остеодистрофию, бора — борные энтериты. Эндемический флюороз встречается в природных зонах с высоким содержанием фтора в воде. Концентрация фтора в воде выше 1,5 мг/л является потенциально флюорозогенной, особенно в жарком климате. Установлена связь между повышенным содержанием в почве молибдена и заболеваемостью молибденовой подагрой, раком пищевода, нарушением репродуктивной функции. Молибденовая подагра является эндемическим заболеванием для некоторых районов Армении. Избыточное поступление молибдена в организм человека приводит к повышению активности ксантиноксидазы и усиленному образованию мочевой кислоты и ее солей (уратов). Почвы с очень низким природным содержание йода, приводят к недостаточному его поступлению в организм с местными продуктами питания. Недостаток йода обусловливает гиперплазию щитовидной железы за счет соединительной ткани, отмечаются признаки гипотиреоза. В незагрязненной почве ртуть обычно находится в виде следов. Поступление же в почву даже незначительных количеств ртути влияет на ее биологические свойства. Ртуть понижает действие дегидрогеназ. Наблюдаются увеличение частоты заболеваний нервной и эндокринной систем, мочеполовых органов у мужчин, снижение фертильности. В свинцовых искусственных биогеохимических провинциях увеличивалось число случаев заболеваний кроветворной и репродуктивной систем, органов внутренней секреции, учащались случаи злокачественных новообразований разной локализации. Кроме того, свинец угнетает деятельность не только нитрифицирующих бактерий, но и микроорганизмов - антагонистов кишечной и дизентерийной палочек Флекснера и Зонне, увеличивает сроки самоочищения почвы.