Химическое загрязнение почвы, растительной сельскохозяйственной продукции и заболеваемость болезнями органов пищеварения в некоторых регионах Армении

Введение

Состояние окружающей среды – один из существенных факторов, влияющих на здоровье населения. Растущие экологические угрозы обусловлены несколькими группами факторов, среди которых весомую роль имеет химический прессинг. Загрязнение окружающей среды различными химическими веществами, способными оказывать неблагоприятное воздействие в концентрациях, не превышающих установленных гигиенических стандартов, может проявляться на популяционном уровне в виде повышенной заболеваемости [1–3].

Известно, что одним из важных объектов среды обитания человека является почва – мощнейший реципиент различных веществ. При этом в отличие от воды почва не обладает свойством быстрого самоочищения, и адсорбированные химические вещества сохраняются десятилетиями. Более того, почва может также стать источником вторичного загрязнения поверхностных, подземных вод, пищевых продуктов, оказывая влияние на эколого-гигиеническую обстановку в целом и опосредованно – на человека в результате поступления химических веществ по экологическим цепочкам [4–7].

К числу наиболее распространённых антропогенных загрязнителей почвы относятся пестициды, поверхностно-активные вещества, тяжёлые металлы и др. Использование пестицидов возрастает с каждым годом: мировое потребление в 2019–2021 гг. составило примерно 4,19 млн тонн. В Армении использование пестицидов за период с 2006 по 2017 г. возросло примерно в 2 раза [8]. Применение пестицидов и удобрений сопровождается огромными потерями за счёт их сноса, стока или вымывания в поверхностные, грунтовые воды: 30–50% пестицидов не достигают цели и становятся источником загрязнения окружающей среды. Пестициды, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), которые являются необходимой составной частью препаративных форм пестицидов (улучшение диспергирования, стойкость, высокая смачиваемость эмульсий), попадая в почву, влияют на её микрофлору, изменяя биологическую активность и способствуя активации транслокационных процессов. В почве СПАВ легко связываются с разными химическими компонентами и при попадании в организм могут стать причиной нарушения иммунитета, развития аллергии и др. [9–12].

Результаты исследований подтверждают, что потребление продуктов, выращенных в загрязнённой пестицидами почве, может привести к развитию хронических болезней. Воздействие химических факторов малой интенсивности, к числу которых относятся пестициды, может не быть первопричиной болезни, однако оно способно инициировать хронизацию и осложнение течения воспалительных процессов в различных системах, в том числе в органах пищеварения [15, 16].

Из общей группы пестицидов выделяются хлорорганические (ХОП) – приоритетные загрязняющие вещества, относящиеся к группе стойких органических загрязнителей (СОЗ). В последние десятилетия им уделяют особое внимание из-за способности к биоаккумуляции, биотрансформации, высокой химической стойкости и способности перемещаться в окружающей среде на большие расстояния. Большие объёмы производства ХОП в прошлом столетии, неконтролируемое их применение привели к повсеместному загрязнению окружающей среды даже в тех районах, где они никогда не использовались. По этой причине использование ХОП было прекращено во второй половине XX века во многих странах, в том числе и в Армении [14].

С воздействием ХОП как при высоких, так и при низких уровнях связывают целый ряд негативных последствий для здоровья. Некоторые из этих соединений обладают мутагенными свойствами и могут стать причиной серьёзных генетических изменений [13]. Значительная часть ХОП относится к группе эндокринных разрушителей (EDCs). Большинство исследований посвящено изучению влияния ХОП на репродуктивную систему, однако эта группа химических веществ способна отрицательно воздействовать и на другие системы организма (иммунную, пищеварительную, сердечно-сосудистую), влиять на обмен веществ, который также является их мишенью [17–19].

Известно, что в основе механизма воздействия ХОП лежат прооксидантные свойства. Ведущие школы гастроэнтерологов рассматривают в качестве одного из важнейших механизмов возникновения воспалительных процессов в пищеварительной системе активацию свободнорадикального окисления липидов. Оно может привести к повреждению мембран клеток слизистой оболочки, изменению их проницаемости и структурно-функциональной целостности и стать системным звеном формирования многофакторных болезней органов пищеварения [20].

Проблема загрязнения ХОП объектов окружающей среды, пищевой продукции весьма актуальна и требует постоянного контроля. Современные темпы развития экономики, возрастающая антропогенная активность обусловливают множество гигиенических, экологических и иных проблем, увеличивают нагрузку на здравоохранение [5].

С учётом важности этих вопросов в различных регионах Армении продолжаются комплексные гигиенические исследования, направленные на изучение динамики загрязнения объектов окружающей среды, сельхозпродукции некоторыми химическими веществами (ХОП, АСПАВ), изучение фито- и генотоксической активности поверхностных вод, почвы и связанных с этими процессами аспектов здоровья населения.

В данной работе представлены результаты исследований, проведённых в марзе Вайоц Дзор, который характеризуется наименьшими величинами валовой продукции сельского хозяйства (2,3%), что в 4–10 раз ниже развитых сельскохозяйственных регионов Армении, таких как марзы Арарат, Армавир, Арагацотн [21].

Цель исследования – изучение возможной связи между уровнями некоторых приоритетных загрязнителей (ХОП, СПАВ) в почве, сельхозпродукции растительного происхождения и здоровьем населения для оценки влияния на него сельского хозяйства.

Материалы и методы

Исследования проведены в районах региона Вайоц Дзор (Армения) – Егегнадзор, Вайк, Джермук, где преобладает сельское население (65,2%). Климат региона засушливый, с умеренно холодной зимой, тёплыми летом и осенью. Этим обусловлена структура сельскохозяйственного производства марза с долей валовой продукции 2,3%; основными отраслями являются зерноводство, садоводство, овощеводство. Регион известен также как активная курортная зона отдыха и туризма с множеством лечебно-оздоровительных комплексов, санаториев и пансионатов, среди которых самым известным является бальнеологический курорт Джермук с одноимённой природной минеральной водой.

В период 2019–2021 гг. изучено индивидуальное и суммарное содержание некоторых ХОП (γ-ГХЦГ, 4,4-ДДТ, 4,4-ДДЕ, 4,4-ДДД) в почве и растительной продукции (зерновые, овощи, фрукты), а также концентраций АСПАВ в почве. В предварительно намеченных мониторинговых точках (8–10) в соответствии с методическими рекомендациями¹^,²^,³ были отобраны в динамике (весна, лето, осень) пробы почвы (n = 47) и растительной продукции (n = 55).

Определение ХОП в пробах почвы, сельхозпродуктов проводили методом газожидкостной хроматографии с детектором электронного захвата на газовом хроматографе Perkin-Elmer F-17 (Великобритания) в двух повторностях [22]. Предел обнаружения γ-ГХЦГ и 4,4-ДДЕ составил 0,002 мкг/кг; 4,4-ДДТ и 4,4-ДДД 0,004 мкг/кг. Суммарные концентрации ХОП рассчитывали суммированием концентраций γ-ГХЦГ + 4,4-ДДЕ + 4,4-ДДТ + 4,4-ДДД по сезонам и объектам исследований. Также рассчитывали среднегодовые значения ХОП для каждого района всего региона. Такой подход обоснован схожестью химической группы (хлорорганические соединения), токсическими свойствами соединений. Концентрации АСПАВ определяли спектрофотометрическим методом в предварительно отфильтрованных водных вытяжках образцов почвы⁴.

Фитотоксическую активность почв оценивали по всхожести семян Taraxacum officinale Wigg. (%) в опытных (пробы почвы) и контрольных (дистиллированная вода) образцах с использованием семян, собранных из экологически чистых зон (подножие горы Арагац). Оценку проводили путём сравнения показателей этих серий (%), после чего рассчитывали показатель понижения всхожести семян (ППВС). Изучена степень стерильности пыльцы дикорастущих растений, характерных для изучаемого региона (Ranunculus arvensis, Primula veris L.). Проведён анализ митотической активности меристематических клеток корешков Allium cepa, выращенных на пробах почв, отобранных в тех же мониторинговых точках. Cравнительный анализ проводили путём подсчёта количества выявленных аномальных анафаз в опытной и контрольной группах [23–26].

Для установления возможного неблагоприятного воздействия циркулирующих ХОП на здоровье людей анализировали показатели заболеваемости населения марза Вайоц Дзор болезнями органов пищеварения. Анализ проведён на основании интенсивных показателей заболеваемости за 2014–2018 и 2014–2023 гг. по классу «Болезни органов пищеварения» (K00–K93) и по отдельным нозологиям (язва желудка и двенадцатиперстной кишки, болезни желчного пузыря и желчевыводящих путей), а также средней хронологической заболеваемости за 2019–2023 гг., рассчитанных для общего числа случаев в возрастных группах населения (0–14, 15–17, старше 18 лет) [27]. Аналитические кривые заболеваемости построены с использованием коэффициента аппроксимации (R²). Индикаторы тренда рассчитывали с использованием линейной, полиномиальной и других видов аппроксимации. Выбор соответствующего уравнения основывался на максимальном значении коэффициента аппроксимации (R² = 0,7–1) [28].

Полученные данные обрабатывали с помощью стандартного программного обеспечения (Microsoft Excel). Результаты выражены как среднее ± стандартная ошибка. Сравнительный анализ выполнен с использованием двухвыборочного t-критерия Стьюдента для независимых выборок (t-test). Значимость полученных результатов оценивали на уровне р < 0,05 [29].

Результаты

Анализ содержания ХОП в пробах почвы, отобранных в районах Егегнадзор, Вайк и Джермук марза Вайоц Дзор, показал, что в исследованные периоды года (весна, лето, осень) с максимальной частотой (100%) обнаруживался γ-ГХЦГ (рис. 1). Среднегодовые концентрации γ-ГХЦГ в регионе составляли 3,88 ± 0,22 мкг/кг. В осенней серии исследований отмечалось некоторое возрастание концентраций γ-ГХЦГ со значимыми различиями в Вайкском районе – 5,92 ± 0,49 мкг/кг (p = 0,002), как и в среднегодовых величинах (p = 0,02).

Присутствие ДДТ, ДДЕ и ДДД в образцах почвы определялось в отдельные периоды без каких-либо сезонных колебаний в величинах и частоте обнаружения. По нисходящей частота обнаружения соединений из группы ДДТ была следующей: ДДЕ (47–72%) → ДДТ (29–44%). Остатки ДДД определялись только в районе Егегнадзор в единичной пробе (17%). В этом же районе присутствовали все соединения из группы ДДТ.

Содержание ХОП в продуктах растениеводства (зерновые, овощи, фрукты) было аналогичным содержанию в почве: во всех образцах определялось присутствие γ-ГХЦГ (100%). Частота обнаружения ДДЕ колебалась в пределах 40–80%, ДДТ обнаружен в единичных образцах отдельных продуктов (1–2 пробы). Остатки ДДД в растительной продукции не выявлены. В Егегнадзорском районе по сравнению с другими районами региона изучаемые ХОП обнаруживались с большей частотой (80–100%) и со значимо высокими уровнями как γ-ГХЦГ, так и суммарного содержания ХОП, р = 0,005–0,01. Анализ содержания ХОП в отдельных видах растительных продуктов, проведённый для всего региона, показал, что значимых различий как отдельных ХОП, так и их суммарных концентраций не было. При этом концентрации ХОП в образцах почвы и растительной продукции марза Вайоц Дзор были значительно ниже соответствующих гигиенических стандартов.

Для изучения возможных процессов накопления ХОП в продуктах растениеводства проведён сравнительный анализ концентраций ХОП в образцах почвы и в отдельных видах растительной продукции (рис. 2). Установлено, что содержание отдельных ХОП и суммарных концентраций в сельхозпродуктах было значимо ниже концентраций, определяемых в образцах почвы, p = 0,0000. Более того, суммарные концентрации ХОП, определяемые в корнеплодных овощах (картофель, свёкла, морковь), были также значимо ниже обнаруженных в почве, p = 0,0000 (см. рис. 2). Таким образом, в продуктах растительного происхождения накопления ХОП не отмечается, а их содержание не превышает максимально допустимых для этих сельхозпродуктов уровней.

С целью комплексного изучения состояния почв марза проведено определение концентраций АСПАВ. Результаты показали, что частота обнаружения и уровни АСПАВ не имели сезонного характера (риc. 3).

Так, частота их обнаружения колебалась в пределах 50–100%, определяемые концентрации – от 0,45 ± 0,05 до 0,71 ± 0,2 мг/кг с более высокими уровнями в образцах почвы, отобранных в Джермукском районе. При этом необходимо отметить, что остаточные концентрации АСПАВ в образцах почвы всех изученных районов марза в 2–3,5 раза превышали установленный гигиенический стандарт (0,2 мг/кг) при нормальных уровнях их содержания в пробах поверхностных вод (0,5 мг/л).

Также проведена оценка фитотоксической и генотоксической активности почвы в динамике (весна, лето, осень). Результаты оценки фитотоксической активности образцов почвы марза Вайоц Дзор показали, что во всех районах средние показатели всхожести семян Taraxacum officinale Wigg. (%) в летних образцах были несколько ниже по сравнению с осенними: ППВС составил 2–2,2 (средняя фитотоксичность) (рис. 4). Изучение митотической активности меристематических клеток проростков лука Allium cepa проведено на образцах почв с фитотоксической активностью. Сравнение числа выявленных аномальных анафаз в опытных и контрольных образцах показало, что в опытной серии их число не достигало двукратного и более превышения по сравнению с контролем (1,4–1,7 и 1,5–2% соответственно), что свидетельствует об отсутствии генотоксической активности изучаемых проб почвы. Не выявлено также повышения стерильности пыльцы изученных дикорастущих тест-объектов: Ranunculus arvensis, Primula veris L., Trifolium pratense L., Papáver rhoéas L. (Крутских и соавт., 2014).

С целью изучения возможного неблагоприятного воздействия циркулирующих ХОП на здоровье населения региона Вайоц Дзор проанализированы интенсивные показатели общей заболеваемости болезнями органов пищеварения (2014–2023). Результаты свидетельствовали о тенденции снижения заболеваемости во всех возрастных группах (старше 18, 15–17, 0–14 лет) – R² = 0,4132, R² = 0,6976 и R² = 0,7664 соответственно (рис. 5). При анализе динамической картины заболеваемости на основании средних хронологических показателей для тех же возрастных групп (2014–2018, 2019–2023) выявлена идентичная картина.

Анализ интенсивных показателей заболеваемости по некоторым нозологиям органов пищеварения (язвенная болезнь желудка, язвенная болезнь двенадцатиперстной кишки, болезни желчного пузыря и желчевыводящих путей) в группе лиц 18 лет и старше показал, что построенные аналитические кривые заболеваемости не характеризовались тенденцией к росту (2014–2023) (см. рис. 5).

Обсуждение

Развитию сельского хозяйства в Республике Армения уделяется большое внимание. Тем не менее эта отрасль экономики является одним из основных источников загрязнения окружающей среды. До конца 80-х годов прошлого столетия Армения входила в число регионов интенсивного применения пестицидов, в том числе наиболее стойких в окружающей среде (ХОП). Уровни территориальной, популяционной нагрузки ХОП были достаточно высокими: 8,4 кг/га и 1,72 кг на душу населения соответственно [30]. В период 2015–2017 гг. территориальная нагрузка пестицидов и минеральных удобрений составляет 1,24–1,8 и 234,1–531,3 кг/га соответственно [8].

Использование ХОП запрещено в Армении с 1970-х годов, однако результаты исследований доказывают, что эти вещества продолжают циркулировать в окружающей среде на разных уровнях и могут быть дополнительным фактором риска для здоровья населения. Почва, один из важнейших объектов окружающей среды, способна удерживать различные загрязнители, в том числе ХОП, в течение долгого времени. Загрязнение почвы может привести к изменению санитарно-эпидемиологической обстановки, негативным последствиям для здоровья населения. С хлорорганическими соединениями как при высокой, так и при низкой степени их воздействия связывают целый ряд неблагоприятных последствий для организма. Поэтому настоящее исследование было нацелено на изучение возможной связи между уровнями содержания ХОП в почве, сельхозпродукции растительного происхождения и некоторыми показателями заболеваемости населения. Исследования проведены в регионе Вайоц Дзор (Армения), который из всех регионов характеризуется наименьшими величинами валовой продукции сельского хозяйства (2,3%), что почти в 4–10 раз ниже более развитых сельскохозяйственных регионов (Арарат, Армавир, Арагацотн) [21].

Результаты показали, что изучаемые ХОП (γ-ГХЦГ, ДДТ, ДДЕ, ДДД) как в образцах почвы, так и сельхозпродукции обнаруживались с различной частотой и на разных уровнях. Примечательно, что во всех пробах почвы и продуктов растениеводства с максимальной частотой обнаруживались γ-ГХЦГ (100%). В продуктах растениеводства содержание ДДД не выявлено, а в пробах почвы этот пестицид обнаружен лишь в единичной пробе (2%). В почве частота обнаружения ДДЕ и ДДТ была выше: с большей частотой определялось присутствие ДДЕ и несколько ниже ДДТ – 57 и 36% соответственно. В продуктах растениеводства частота обнаружения этих веществ имела ту же самую закономерность: выше частота обнаружения ДДЕ (55%), практически в три раза меньше – ДДТ (18%). Необходимо отметить, что концентрации, определяемые в пробах почвы и растениеводства, были значительно ниже соответствующих гигиенических стандартов.

Уровни АСПАВ в пробах почвы всех изученных районов марза превышали установленный гигиенический стандарт в 2–3,5 раза. Однако их концентрации в используемых для орошения поверхностных водах, отобранных в тех же мониторинговых точках, не превышали гигиенических нормативов (0,5 мг/л). Как известно, почва является своего рода депо – хранилищем многих химических веществ, в том числе АСПАВ, с их длительной задержкой и накоплением, в отличие от водной среды, в которой происходят физические, химические и биотические процессы (разбавление, биологическое очищение и др.). Повышение концентраций АСПАВ в почве при их нормальных значениях в воде может быть следствием особенностей миграции, трансформации в данной экосистеме, что типично в условиях локальной антропогенной нагрузки, особенно вблизи зон отдыха, земледелия. Именно эти особенности характерны для региона Вайоц Дзор. Результаты оценки фитотоксической, генотоксической активности образцов почвы не выявили каких-либо выраженных нарушений. Мутагенный фон окружающей среды марза не имел значимых отклонений за период исследований (2019–2021). Анализ динамической картины заболеваемости населения марза болезнями органов пищеварения и их отдельными нозологическими формами, проведённый на основании аналитических кривых, показал отсутствие тенденций к росту (2014–2023).

Ограничения исследования. Ограничения данного исследования связаны с изучением существующих уровней загрязнённости окружающей среды одного из регионов Армении некоторыми приоритетными веществами, заболеваемости болезнями органов пищеварения и определением возможного вклада сельского хозяйства в здоровье населения.

Заключение

Таким образом, результаты исследований, проведённых в регионе Армении Вайоц Дзор, показали, что уровни изучаемых загрязнителей не превышают установленных гигиенических стандартов, не влияют на генотоксическую активность почвы, картина заболеваемости населения не вызывает каких-либо опасений. Иными словами, состояние окружающей среды и здоровья населения региона с умеренно развитым сельским хозяйством (2,3%) и промышленностью (1,2%) устойчиво благополучное.

¹ ГОСТ Р ИСО 18400–107–2022. «Качество почвы. Отбор проб». М., Российский институт стандартизации, 2022. 16 с.

² ГОСТ 17.4.4.02–2017 «Межгосударственный стандарт. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа». Введён в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 17 апреля 2018 г. № 202-ст.

³ «Методические указания по гигиенической оценке новых пестицидов», под рук. действительного члена АМН СССР, проф. Л.И. Медведя. Киев. ВНИИГИНТОКС, 1988. 212 с.

⁴ ГОСТ 31857–2012. «Вода. Методы определения содержания поверхностно-активных веществ», М., Стандартинформ, 2014. 20 с.