Методические подходы к гигиенической оценке качества почв на современном этапе (обзор литературы)

Введение

Почва представляет собой центральное звено в функционировании экосистем и один из ключевых факторов среды обитания человека [1]. Её гигиеническое состояние напрямую определяет качество продуктов питания, питьевой воды и атмосферного воздуха, являясь, таким образом, интегральным показателем санитарно-эпидемиологического благополучия территории [2]. Интенсификация антропогенной деятельности, рост урбанизированных территорий и появление новых классов химических соединений обусловливают необходимость совершенствования системы гигиенической оценки качества почвы [3]. Современный этап характеризуется переходом от констатирующего контроля к комплексному системному анализу, основанному на принципах оценки риска.

Цель исследования — проанализировать эволюцию и современное состояние методических подходов к гигиенической оценке качества почвы.

Материалы и методы

Исследование выполнено информационно-аналитическим методом анализа нормативной документации и научных публикаций из баз данных eLIBRARY.RU, Scopus, Web of Science, PubMed, Техэксперт, Консультант и др.

Традиционные (нормативно-ориентированные) подходы. Основу гигиенической оценки почвы в Российской Федерации долгое время составляли подходы, регламентированные санитарными правилами и нормативами [4]. Данная система базируется на нескольких принципах:

1. Почвенно-химический анализ, направленный на определение валового содержания приоритетных загрязняющих веществ (тяжёлые металлы, нефтепродукты, бенз(а)пирен, пестициды).
2. Сравнение с гигиеническими нормативами — предельными допустимыми концентрациями (ПДК), которые исключают прямое или косвенное негативное влияние на здоровье человека и самоочищающую способность почвы [5].
3. Санитарно-бактериологический и паразитологический анализ, оценивающий степень эпидемиологической опасности почвы по наличию индикаторных микроорганизмов (бактерии группы кишечной палочки) и яиц гельминтов.
4. Радиологические показатели: измерение мощности эквивалентной дозы γ-излучения и удельной активности техногенных и естественных радионуклидов.

Ограничения традиционного подхода включают невозможность учёта комбинированного действия веществ, отсутствие дифференциации нормативов для разных типов почв и отсутствие оценки вероятности реализации вредных эффектов.

Современные (риск-ориентированные) подходы. Методология оценки риска для здоровья населения (ОРЗ) признана ВОЗ и широко применяется в мировой практике как научно обоснованный инструмент гигиенического диагностирования [6]. Её внедрение знаменует переход от нормативной парадигмы к риск-ориентированной.

Процесс ОРЗ включает четыре этапа [7]:

1. Идентификация опасности: выявление загрязняющих веществ, присутствующих в почве и способных оказывать вредное воздействие на здоровье.
2. Оценка экспозиции: количественный анализ путей поступления загрязнителей в организм человека (пероральный, ингаляционный, накожный) с расчётом суточной дозы.
3. Оценка зависимости «доза–эффект»: установление количественной связи между уровнем экспозиции и вероятностью возникновения неблагоприятных эффектов.
4. Характеристика риска: интегральная оценка, включающая расчёт канцерогенного риска (вероятность развития рака) и неканцерогенного риска, характеризуемого коэффициентом опасности.

Преимуществами методологии ОРЗ являются возможность выявления приоритетных загрязнителей, количественная оценка ущерба здоровью и обоснование управленческих решений по санации территорий.

Интегральные и биологические методы диагностики. Для получения интегральной оценки состояния почвы, особенно при наличии сложных смесей загрязнителей, широко применяются методы биотестирования и биоиндикации [8]. Они позволяют оценить токсикологическую опасность почвы по ответным реакциям тест-объектов:

• фитотестирование (использование высших растений — кресс-салат, овёс для оценки фитотоксичности);
• тесты на микроорганизмах (например, с использованием люминесцентных бактерий Vibrio fischeri);
• тесты на почвенных беспозвоночных (дафнии, коллемболы, дождевые черви).

Изучение биоразнообразия и активности почвенной микробиоты также служит чувствительным индикатором её экологического состояния.

Современная гигиена почвы сталкивается с рядом новых проблем, требующих развития методической базы:

1. Оценка подвижности и биодоступности. Актуальным является переход от анализа валового содержания к оценке подвижных (доступных для живых организмов) форм загрязняющих веществ с использованием химических экстракций.
2. Проблема новых загрязнителей: микропластика, фармацевтических препаратов, эндокринных дизрапторов и генов антибиотикорезистентности, для детекции которых требуются высокоточные методы анализа (хромато-масс-спектрометрия, полимеразная цепная реакция) [9].
3. Использование геоинформационных технологий. Пространственный анализ и картографирование данных о загрязнении почвы позволяют визуализировать зоны риска и оптимизировать контрольно-надзорные мероприятия.
4. Нормативное развитие. Перспективным является разработка региональных и типовых ориентировочных допустимых концентраций, учитывающих местные почвенно-климатические условия.

В рамках ОРЗ российскими авторами проводятся работы по изучению различных факторов экспозиции при воздействии почвы на здоровье населения, в частности в городах Архангельской области [10]. В результате таких работ регистрируются базы данных, созданные на основе результатов анкетирования 752 детей (1–6 лет), 1027 детей (7–17 лет) и 323 взрослых (18 лет и старше) в Архангельске, Северодвинске, Новодвинске, рекомендованные для использования в научных целях при изучении факторов экспозиции, оценке риска здоровью населения при воздействии химических веществ, загрязняющих почву в городах Архангельской области.

Вместе с тем существующие в настоящее время методические указания по оценке качества почв населённых мест не включают риск-ориентированный подход, как и экотоксикологические показатели, тем самым недоучитывают потенциальную опасность негативного воздействия городских почв на здоровье населения. Мониторинг качества почв проводится по установленным показателям [11].

Основным критерием гигиенической оценки загрязнения почв химическими веществами является ПДК или ориентировочно допустимая концентрация химических веществ в почве¹. Однако при отсутствии таковых возникают сложности при интерпретации результатов исследований, в том числе при анализе качества почв в сравнении с фоновыми концентрациями по конкретным поллютантам. Актуальным в этой связи является внедрение риск-ориентированного подхода, в частности интеграция методологии ОРЗ в комплексную систему оценки качества почвы. Использование руководства по оценке риска Р 2.1.10.3968–23² и формул для расчёта экспозиции при различных путях поступления веществ (пероральном, ингаляционном, накожном) в данном контексте переводит гигиеническую оценку качеств почв из плоскости констатации превышения ПДК в плоскость прогнозирования реальных последствий для здоровья, что соответствует современным мировым стандартам.

В большинстве работ в перечне контролируемых элементов присутствуют тяжёлые металлы, бенз(а)пирен, мышьяк и др. [12–14]. При этом отсутствуют целые классы химических соединений, обладающих высокой степенью опасности для здоровья населения, таких как, например, полихлорированные бифенилы, несмотря на то что изучение распределения данной группы веществ в профиле городских почв ведётся в современных научно-исследовательских работах уже давно.

Обращает на себя внимание тот факт, что коэффициент поглощения почвы (скорость поступления), установленный ВОЗ, для детей в возрасте 1–6 лет составляет 200 мг/сут, для детей 7–17 лет — 100 мг/сут, что в 4 и 2 раза соответственно выше значения, рекомендованного US EPA для данных возрастных групп (50 мг/сут). Наибольший коэффициент поглощения почвы для взрослого населения рекомендован ВОЗ (100 мг/сут) и австралийским руководством (50 мг/сут), а также установлен для Японии (47,7 мг/сут), наименьший — для Европы (1 мг/сут). В Канаде и Америке коэффициент поглощения почвы для взрослых одинаковый и составляет 20 мг/сут [15, 16]. Однако при проведении анкетирования населения возникает достаточно большое количество переменных, учёт которых может быть затруднён. Существующие неопределённости могут приводить к неверной интерпретации данных, в том числе в контексте региональных значений факторов экспозиции, различия в которых могут быть обусловлены климатическими, географическими условиями, временем нахождения на открытом воздухе, продолжительностью воздействия химических веществ, загрязняющих почву.

Влияние на почвенный покров отдельных поллютантов, имеющих поликомпонентный состав, например, противогололёдных материалов, также требует дополнительного изучения, т. к. исследования в данной области имеют большое количество ограничений [17].

В этой связи в отдельную группу токсикантов следует выделить нефть и нефтепродукты, изучение воздействия на почву которых ограничено как с точки зрения отсутствия гигиенических нормативов, так и сложностью идентификации основных компонентов.

Например, в работе по изучению оценки влияния нефти и нефтепродуктов на почвы юга России на основании уравнений регрессии между содержанием нефти, мазута, бензина и дизельного топлива и откликом интегрального показателя биологического состояния определено значение предельно допустимого содержания (остаточного) нефти, мазута, дизельного топлива и бензина для каждого типа почвы (таблица) [18, 19].

Следует отметить, что в других исследованиях по обоснованию гигиенических нормативов нефтяных углеводородов в почве в качестве модельной выбирается дерново-подзолистая почва [20].

Результаты проведённых исследований позволили установить пороговый уровень нефти по водно-миграционному показателю вредности, который составил 10 000 мг/кг, по оценке влияния нефтяных углеводородов на растения — 500 мг/кг, по общесанитарному — 21 000 мг/кг.

Учитывая, что типы нефти и количество нефтепродуктов в почве варьируют в зависимости от региона добычи, а виды почв дифференцированы по всей территории России, методология гигиенической оценки качества почв нуждается в совершенствовании. В первую очередь, вследствие повсеместного распространения нефтяных углеводородов в почвах населённых мест как от передвижных, так и от стационарных источников воздействия.

Тем не менее для большинства городов России 3,4-бенз(а)пирен является приоритетным поллютантом для городских почв. Превышение ПДК по содержанию в почве 3,4-бенз(а)пирена зарегистрировано в 65,63% исследованных проб почвы города Таганрога при его средней и максимальной концентрациях 2,298 и 45,525 ПДК соответственно [21]. Выполненная оценка индивидуального многомаршрутного канцерогенного риска, обусловленного содержащимся в почве 3,4-бенз(а)пиреном, свидетельствует о его высоком уровне (2,4606 × 10^–3) при приоритетном значении ингаляционного пути поступления (94,84%).

Как показывает анализ данных литературы, вопрос загрязнения городских почв 3,4-бенз(а)пиреном и другими тяжёлыми металлами актуален для разных крупных городов России [22–25]. Авторы исследований отмечают, что количество нестандартных проб имеют тенденцию роста, поэтому необходимы непрерывный контроль и разработка комплекса мероприятий по снижению загрязнения почвы вредными веществами, включающих совершенствование технологий производственных процессов, обеспечивающих сокращение выбросов и сбросов вредных веществ в окружающую среду, выявление и ликвидацию источников загрязнения.

В ряде работ отмечается, что основным источником загрязнения земель отдельных территорий по-прежнему остаются отходы — как твёрдые бытовые, так и промышленные [26].

Требует внимания при оценке качества почв и учёт показателей, характеризующих здоровье почвенного покрова, которое напрямую зависит от разнообразия микробного сообщества и наличия в почве патогенных и условно-патогенных микроорганизмов [27, 28].

Следует также отметить, что существует влияние пылевой нагрузки на трансформацию тяжёлых металлов в темно-каштановой среднесуглинистой почве, а также происходит накопление тяжёлых металлов в растениях при пылевой нагрузке [29]. При этом для гигиенического нормирования химических веществ используются отдельные контрастные типы почв, что в свою очередь также вносит неопределённость в методику оценки качества почв [30].

Национальные программы мониторинга качества почвы, а также системы оценки рационального использования почв [31–33] включают рекомендации по оценке качества почвы с учётом конкретных угроз и функций, однако комплексная оценка качества почв проводится редко, и лишь немногие подходы предлагают понятный алгоритм интерпретации измеренных значений по выбранным показателям.

Отдельным и самостоятельным направлением исследований является изучение биохимического состава почвы, который в значительной степени отражает почвенный микробиологический процесс. Секвенирование нового поколения (NGS) позволяет составить список задействованных микроорганизмов, не связывая их друг с другом или с субстратом в биоплёнках. Внедрение метода флуоресцентной гибридизации in situ (FISH), основанный на генах рибосомной РНК, позволяет изучать пространственную организацию структурированных полимикробных биоплёнок и отслеживать их роль в биохимическом процессе биодеградации в почве. Высокое разнообразие почвенных консорциумов и вероятность отсутствия FISH-зондов для некоторых участников не являются критическими, поскольку расширенные данные NGS позволяют разработать необходимые зонды [34, 35].

Данное направление в работе позволит усовершенствовать традиционные представления о способах оценки качества почв и методологии нормирования поллютантов.

Заключение

Проведение комплексных работ по гигиенической оценке качества почв в соответствии с действующим санитарным законодательством и международными подходами, где найдут своё отражение методология оценки риска для повышения объективности и прогностической ценности гигиенической диагностики, а также детализированные процедуры отбора проб, классификации территорий и критериев оценки, создадут удобный инструмент в повседневной работе в целях обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения России. Подход к оценке необходимо сделать комплексным, объединяя химические, биологические и эпидемиологические критерии с интегральной оценкой риска.

Таким образом, гигиеническая оценка качества почвы на современном этапе представляет собой многоуровневую систему, интегрирующую традиционные нормативные методы, методологию оценки риска, биологические и химико-аналитические подходы. Комплексное применение этих методов позволяет перейти от констатации факта загрязнения к прогнозированию его последствий и разработке научно обоснованных мер по управлению почвенными ресурсами в интересах охраны здоровья населения.

¹ МУ 2.1.7.730-99. Гигиеническая оценка качества почвы населённых мест. М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 1999.

² Р 2.1.10.3968–23. 2.1.10. «Состояние здоровья населения в связи с состоянием окружающей среды и условиями проживания населения. Руководство по оценке риска здоровью населения при воздействии химических веществ, загрязняющих среду обитания. Руководство» (утв. Роспотребнадзором 06.09.2023).