Риск здоровью населения, связанный с экспозицией химических веществ почвы

Являясь важнейшим компонентом окружающей среды, почва аккумулирует химические вещества и выступает источником вторичного загрязнения атмосферного воздуха и воды [1, 2]. Основными источниками поступления химических веществ в почву являются выбросы и сбросы промышленных предприятий, автотранспорт, бытовые и производственные отходы [3–7].

Воздействие химических веществ, загрязняющих почву, на здоровье населения может возникнуть как при прямом контакте с почвой (ручные земляные работы, ходьба босиком, игры детей в песочницах и т.д.), так и при опосредованном поступлении хими- ческих соединений в организм человека через контактирующие с почвой среды (вода, воздух) [3, 8]. Наиболее опасными токсикантами для здоровья населения являются тяжелые металлы [9–11], оказывающие токсическое, аллергическое, канцерогенное и мутагенное действие [12, 13]. К приоритетным химическим веществам, загрязняющим почву, относятся медь, цинк, никель, свинец и кадмий [3, 14–16].

Архангельская область входит в число субъектов Российской Федерации, где установлена наибольшая доля проб почв селитебных территорий с превышением гигиенических нормативов по санитарно-химическим и микробиологическим показате-

Дерябин Алексей Николаевич – главный специалист-эксперт отдела санитарного надзора, аспирант (e-mail: ; тел.: 8 (8182) 65-27-93; ORCID: .

Унгуряну Татьяна Николаевна – доктор медицинских наук, доцент, главный специалист-эксперт отдела организации и обеспечения деятельности, профессор кафедры гигиены и медицинской экологии (e-mail: ; тел.: 8 (8182) 21-04-61; ORCID: .

Бузинов Роман Вячеславович – доктор медицинских наук, доцент, руководитель, профессор кафедры гигиены и медицинской экологии (e-mail: ; тел.: 8 (8182) 20-05-69; ORCID: .

лям. На территории региона за 2015–2017 гг. удельный вес проб почвы селитебной зоны, не отвечающих гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям, составил 6,5 %, что превышает средний показатель по России в 1,3 раза (5,1 %)1.

Настоящее исследование выполнено в трех крупных промышленных городах Архангельской области (Архангельске, Северодвинске и Новодвинске), которые относятся к арктическим территори-ям² и расположены в подзоне северной тайги. Арктический воздух приносит на данные территории холодную сухую погоду. Средняя температура воздуха января минус 14,7 ° С, июля - плюс 14,8 ° С [17]. Холодные климатические условия, малое количество осадков, непродолжительный вегетационный период способствуют накоплению содержания металлов в почве [18]. В связи с этим изучение загрязнения почвы химическими веществами в городах Арктической зоны и его влияние на здоровье населения является актуальным.

Цель исследования – сравнительный анализ загрязнения почвы химическими веществами в городах Арктической зоны Архангельской области и оценка риска здоровью населения при воздействии контаминантов почвы в условиях селитебного сценария.

Материалы и методы. Выполнено описательное исследование качества почвы в Северодвинске, Архангельске и Новодвинске. Анализ выбросов промышленных предприятий осуществлен по данным статистической отчетной формы «2-ТП Воздух» за 2010–2015 гг. Уровни загрязнения почвы химическими веществами исследованы по данным мониторинга ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Архангельской области» за 2007–2017 гг. Оценка риска здоровью городского населения от воздействия химических веществ, загрязняющих почву, выполнена для 10 соединений: медь (Cu), хром (Cr), цинк (Zn), никель (Ni), марганец (Mn), свинец (Pb), ртуть (Hg), кадмий (Cd), кобальт (Co) и мышьяк (As). Все пробы почвы были отобраны в районах жилой застройки, вблизи жилых домов, на детских и спортивных площадках.

Для описания содержания исследуемых химических веществ в почве и расчета уровней риска использованы медиана ( Ме ) и 90-й процентиль ( Р ₉₀). В связи с тем что распределение концентраций загрязняющих веществ статистически значимо отличалось от нормального распределения, для сравнения медианных значений между группами использовали критерий Краскела – Уоллиса, а для попарных сравнений – двухвыборочный критерий Вилкоксона. Критический уровень статистической значимости принимался равным 0,05. Динамика уровней содержания химических веществ в почве изучена с помощью темпа прироста. Статистический анализ проведен в программе STATA 14.0.

Общетоксическое и канцерогенное действие загрязняющих почву веществ на здоровье населения исследовалось в соответствии с общими принципами методологии оценки риска3. Использованы региональные значения факторов экспозиции: масса тела (кг), длительность воздействия (дней в году), время пребывания на открытом воздухе (часы в сутки), длительность контакта с почвой (часы в сутки) [19]. Оценена экспозиция контаминантов почвы для двух путей поступления: перорального и накожного. Уровни риска определялись отдельно для детского (в возрастных группах 1–6 и 7–17 лет) и взрослого населения4.

Для изучения неканцерогенных эффектов использовался подход референтных доз. Характеристика токсичности контаминантов проводилась на основе хронического суточного поступления вещества (мг/кг массы тела в сутки), коэффициентов опасности ( HQ ) для отдельных веществ и общих коэффициентов опасности ( THQ ) для отдельных веществ по всем путям. Для веществ, обладающих однонаправленным механизмом действия, рассчитаны индексы опасности ( HI ) и суммарные индексы опасности ( THI ), позволяющие оценить степень подверженности критических органов и систем органов.

Оценка канцерогенных эффектов проводилась на основе среднесуточной дозы в течение всей жизни (мг/кг·день) и фактора наклона. Рассчитаны следующие уровни канцерогенного риска: индивиду- альный (CR) для каждого канцерогенного вещества, суммарный (CRsum) для всех веществ по каждому пути поступления и для отдельных веществ по всем путям, общий суммарный (TCR) для всех веществ и всех путей поступления и популяционный (PCR) с учетом численности детского и взрослого населения городов.

За допустимый уровень неканцерогенных эффектов принимались значения HQ , HI и THI менее 1,0, для канцерогенных эффектов значение CR в диапазоне 1,0·10^–6 – 1,0·10^–4 в соответствии с ру-ководством³.

Результаты и их обсуждение. В рамках социально-гигиенического мониторинга исследования почвы в зоне жилой застройки на территории Северодвинска проводятся в 13 мониторинговых точках, на территории Архангельска – в 17 точках, на территории Новодвинска – в 9. Численность населения на 01.01.2018 г., проживающего в Архангельске, составила 356,9 тысячи человек, в Северодвинске – 184,3 тысячи человек, в Новодвинске – 38,4 тысячи человек.

За 2007–2017 гг. в трех городах исследовано 23 200 проб почвы на содержание химических веществ, из них 1362 пробы не соответствовали гигиеническим нормативам (5,9 %). Наибольший удельный вес проб почвы, не отвечающих гигиеническим нормативам по содержанию загрязняющих веществ в течение данного периода, отмечался в Северодвинске (83 %). Доля проб почвы, не соответствующих гигиеническим нормативам по содержанию меди, хрома, цинка, никеля, свинца и мышьяка, в Северодвинске составила: 40,0; 3,2; 19,1; 43,0; 25,0 и 8,0 % соответственно, по содержанию кадмия и марганца – менее 1 %. Содержание в почве ртути и кобальта соответствовало гигиеническим нормативам.

Медианные концентрации меди, цинка, никеля и свинца в исследуемых пробах почвы в Северодвинске не превышали ПДК. На уровне верхнего предела экспозиции концентрации данных загрязняющих веществ были выше допустимых значений. Загрязнение почвы цинком, никелем, свинцом и медью на уровне Р 90 оказалось выше ПДК в 1,7–4,0 раза. Анализ многолетней динамики содержания никеля, цинка свинца и меди в почве на уровне Р 90 показал рост уровней загрязнения. За период с 2007 по 2017 г. средний темп прироста на уровне Р 90 составил 2,3; 24,6; 25,5 и 66,3 % соответственно. Содержание хрома, марганца, ртути, кадмия, кобальта и мышьяка в исследуемых пробах почвы на уровне Me и Р 90 было в пределах допустимых значений.

В Архангельске доля проб почвы, превышающих ПДК, для цинка и свинца составила 7 и 6 % соответственно. За исследуемый период отмечалось ухудшение качества почвы по данным химическим веществам: средний темп прироста на уровне Р90 для цинка составил 14,7 %, свинца – 0,4 %. По содержанию меди, никеля и марганца доля проб почвы, не отвечающих гигиеническим нормативам, составила менее 1 %. По остальным изучаемым показателям, не соответствующим гигиеническим нормативам, проб не установлено.

В Новодвинске наибольший удельный вес проб почвы, не отвечающих гигиеническим нормативам, отмечен по меди, цинку и свинцу (1,3; 8,0 и 1,5 % соответственно). При анализе многолетней динамики содержания данных веществ в почве установлено увеличение уровней загрязнения. За исследуемый период средний темп прироста на уровне Р 90 для меди составил 41,7 %, цинка – 19,0 %, свинца – 4,2 %. По хрому, никелю, марганцу, ртути, кадмию и кобальту нестандартных проб почвы не обнаружено. Содержание в почве Архангельска и Новодвинска меди, хрома, цинка, никеля, марганца, свинца, ртути, кобальта и кадмия на уровне Ме и Р 90 не превышало допустимых значений.

Сравнительный анализ содержания загрязняющих веществ в почве городов Арктической зоны Архангельской области на уровне медианы показал, что загрязнение почвы металлами в Северодвинске статистически значимо выше ( p <  0,001), чем в других городах исследования. Средние концентрации цинка, свинца, кадмия, марганца и ртути в почве Северодвинска в 5–23 раза превышали таковое в почве Архангельска и в 3–13 раз были выше, чем в почве Новодвинска. Медианная концентрация кобальта в почве Северодвинска в 80 раз превышала его содержание в почве Архангельска и Новодвинска. Содержание меди, хрома и никеля на уровне медианных значений в почве Северодвинска в 7; 30 и 47 раз выше, чем в почве Архангельска и Новодвинска (табл. 1).

Повышенные уровни содержания металлов в почве Северодвинска обусловлены высокой плотностью данных веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий и автотранспорта. Основными отраслями промышленности в Северодвинске являются судо- и машиностроение, в Архангельске – деревообрабатывающая и пищевая промышленность, в Новодвинске – целлюлознобумажная промышленность. Согласно данным отчетной формы «2-ТП Воздух» плотность выбросов марганца, меди и свинца на 1 км2 в Северодвинске составила 19; 3,1 и 0,08 кг соответственно, в Архангельске – 0,7; 0,06 и 0,003 кг, в Новодвинске – 1,2; 0,01 и 0,00006 кг. Цинк, никель и хром присутствуют только в выбросах промышленных предприятий Северодвинска (0,68; 3,61 и 0,003 кг соответственно). По данным ФГБУ «Северное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» вклад автотранспорта в загрязнение атмосферы в Архангельске составил 57 %, Северодвинске – 24 %, Новодвинске – 6 %.

Значения общих коэффициентов опасности для каждого металла в сумме по пероральному и накожному путям экспозиции в исследуемых городах не превышали 1,0.

Таблица 1

Содержание загрязняющих веществ в почве городов Арктической зоны Архангельской области за 2007–2017 гг.

Веществоп Число проб1		Me *	Р 90	ПДК (мг/кг)
Северодвинск
Медь	852	2,4	12,4	3,0
Хром	533	3,0	5,8	6,0
Цинк	852	10,0	38,0	23,0
Никель	774	4,0	10,0	4,0
Марганец	764	54,0	93,0	140,0
Свинец	852	3,1	10,0	6,0
Ртуть	852	0,05	0,25	2,1
Кадмий	852	0,1	0,1	2,0**
Кобальт	764	2,0	4,0	5,0
Мышьяк	813	0,8	2,0	2,0
Архангельск
Медь	1109	0,3	1,01	3,0
Хром	1107	0,1	0,1	6,0
Цинк	1109	1,9	18,4	23,0
Никель	1109	0,09	0,6	4,0
Марганец	1109	2,8	16,2	140,0
Свинец	1109	0,4	4,4	6,0
Ртуть	1109	0,002	0,12	2,1
Кадмий	1107	0,008	0,06	2,0**
Кобальт	1109	0,03	0,3	5,0
Новодвинск
Медь	594	0,3	1,1	3,0
Хром	594	0,1	0,1	6,0
Цинк	594	2,9	21,2	23,0
Никель	594	0,09	0,4	4,0
Марганец	593	4,1	16,8	140,0
Свинец	594	0,5	2,2	6,0
Ртуть	585	0,01	0,2	2,1
Кадмий	594	0,01	0,06	2,0**
Кобальт	594	0,03	0,3	5,0

П р и м е ч а н и е : p * – сравнение медианных значений по критерию Вилкоксона (для всех химических веществ p < 0,001); ** – значение ОДК для кадмия.

Сравнительный анализ суммарных доз при поступлении химических веществ, загрязняющих почву в городах Архангельско-Северодвинской агломерации, показал, что дозовая нагрузка для детского населения в возрастной группе 1–6 лет превышает дозы химических веществ, получаемые детьми 7–17 лет и взрослым населением в 1,6 и 4,8 раза соответственно. Дозы химических веществ, получаемые при воздействии токсикантов почвы на детское население в возрастной группе 7–17 лет, в 3,0 раза выше по сравнению с взрослыми.

Пероральный путь является основным путем воздействия загрязняющих веществ почвы. На уровне медианных концентраций вклад экспозиции перорального пути в суммарную дозу для исследуемых токсикантов в среднем составляет среди детского населения в возрастной группе 1–6 лет – 79 %, среди детей 7–17 лет – 73 % и среди взрослого населения – 68 %.

Наибольшему риску развития общетоксических эффектов у населения в городах Арктической

Таблица 2

Ранжирование критических органов и систем по суммарным индексам опасности ( THI ) при комплексном поступлении химических веществ, загрязняющих почву в городах Архангельской области

Критические органы и системы Дети, возраст, лет Взрослые 1–6 7–17 Р50 Р90 Р50 Р90 Р50 Р90 Северодвинск Органы кровообращения 0,035 0,064 0,025 0,045 0,009 0,016 Система крови 0,033 0,059 0,023 0,041 0,008 0,015 Нервная система 0,023 0,041 0,017 0,030 0,006 0,011 Почки 0,023 0,041 0,017 0,030 0,006 0,011 Печень 0,017 0,029 0,013 0,022 0,005 0,008 Кожа 0,013 0,028 0,009 0,018 0,003 0,006 Органы пищеварения 0,006 0,013 0,004 0,009 0,002 0,003 Репродуктивная система 0,006 0,012 0,004 0,008 0,002 0,003 Иммунная система 0,003 0,009 0,002 0,007 0,001 0,003 Архангельск Органы кровообращения 0,0015 0,011 0,001 0,008 0,0004 0,0028 Система крови 0,0015 0,011 0,001 0,007 0,0004 0,0027 Нервная система 0,0014 0,011 0,001 0,008 0,0004 0,003 Почки 0,0014 0,011 0,001 0,008 0,0004 0,003 Печень 0,0009 0,005 0,0006 0,004 0,0002 0,0014 Органы пищеварения 0,0005 0,006 0,0004 0,005 0,0001 0,0017 Репродуктивная система 0,0005 0,006 0,0004 0,004 0,0001 0,0016 Кожа 0,0002 0,002 0,0001 0,001 0,0001 0,0004 Иммунная система 0,0001 0,003 0,0001 0,002 0,00003 0,0008 Новодвинск Нервная система 0,002 0,012 0,0015 0,0089 0,0006 0,0034 Почки 0,002 0,012 0,0015 0,0089 0,0006 0,0034 Органы кровообращения 0,002 0,0095 0,0015 0,0068 0,0005 0,0025 Система крови 0,002 0,0093 0,0014 0,0067 0,0005 0,0025 Печень 0,0012 0,005 0,0009 0,004 0,0004 0,0015 Органы пищеварения 0,0009 0,007 0,0006 0,005 0,0002 0,002 Репродуктивная система 0,0008 0,007 0,0006 0,005 0,0002 0,0019 Иммунная система 0,0003 0,004 0,0002 0,003 0,0001 0,0013 Кожа 0,0002 0,002 0,0001 0,001 0,0001 0,0004 зоны при воздействии химических веществ, загрязняющих почву, подвергаются органы кровообращения, система крови, центральная нервная система, почки. Далее по подверженности воздействию находятся печень, кожа, органы пищеварения, репродуктивная и иммунная системы. Следует отметить, что риск развития неканцерогенных эффектов со стороны всех критических органов и систем органов среди детского и взрослого населения не превышает допустимый уровень THI = 1 (табл. 2). Различия в уровнях неканцерогенного риска у детского и взрослого населения обусловлены разной продолжитель- ностью и временем воздействия, массой тела и площадью поверхности тела [20].

Во всех городах на уровне медианных концентраций наибольший вклад в неблагоприятное воздействие на органы кровообращения, систему крови, нервную систему, почки и печень оказывает марганец (48–99 %), пищеварительную и репродуктивную системы – кадмий (39–60 %) и свинец (20–42 %), кожу – кобальт (64–84 %), иммунную систему – никель (15–65 %) и ртуть (33–86 %).

В Северодвинске значения суммарного индивидуального канцерогенного риска для всего населения при воздействии медианных концентраций канцерогенов были 9,1·10–4, а на уровне 90-го процентиля – 2,3·10–3. Уровни суммарного канцерогенного риска для всего населения в Архангельске и Новодвинске на уровне медианы были одинаковыми и составили 1,8·10–5, на уровне 90-го процентиля – 1,2·10–4 и 9,2·10–5 соответственно (табл. 3).

Таблица 3

Уровни индивидуального, суммарного и общего суммарного канцерогенного рисков при поступлении химических веществ, загрязняющих почву в городах Архангельской области

Канцероген	Путь поступления				CR sum
	пероральный		накожный
	Р 50	Р 90	Р 50	Р 90	Р 50	Р 90
Северодвинск
Никель	9,4·10–5	2,4·10–4	7,4·10–4	1,8·10–3	8,3·10–4	2,1·10–3
Свинец	4,1·10–7	1,3·10–6	1,3·10–7	4,2·10–7	5,4·10–7	1,8·10–6
Мышьяк	1,9·10–5	4,7·10–5	6,0·10–5	1,5·10–4	7,9·10–5	2,0·10–4
Кобальт	6,3·10–7	1,3·10–6	2,0·10–7	3,9·10–7	8,3·10–7	1,7·10–6
CR sum	1,1·10–4	2,9·10–4	8,0·10–4	2,0·10–3	9,1·10–4	2,3·10–3
Архангельск
Никель	2,0·10–6	1,3·10–5	1,6·10–5	1,0·10–4	1,8·10–5	1,1·10–4
Свинец	5,8·10–8	5,9·10–7	1,8·10–8	1,9·10–7	7,6·10–8	7,8·10–7
Кобальт	7,9·10–9	9,4·10–8	2,5·10–9	3,0·10–8	1,0·10–8	1,2·10–7
CR sum	2,1·10–6	1,4·10–5	1,6·10–5	1,0·10–4	1,8·10–5	1,2·10–4
Новодвинск
Никель	2,0·10–6	1,0·10–5	1,6·10–5	8,1·10–5	1,8·10–5	9,2·10–5
Свинец	6,7·10–8	2,9·10–7	2,1·10–8	9,1·10–8	8,8·10–8	3,8·10–7
Кобальт	7,9·10–9	7,9·10–8	2,5·10–9	2,5·10–8	1,0·10–8	1,0·10–7
CR sum	2,1·10–6	1,1·10–5	1,6·10–5	8,1·10–5	1,8·10–5	9,2·10–5

Уровень суммарного канцерогенного риска в Северодвинске на уровне медианных значений в 51 раз, а на уровне 90-го процентиля в 20–25 раз выше, чем в Архангельске и Новодвинске. Основной вклад в формирование канцерогенного риска в исследуемых городах принадлежит пероральному пути воздействия (69–79 %). Наибольший вклад в общий суммарный канцерогенный риск вносит никель (от 91 до 99 %). Популяционный канцерогенный риск за 70 лет при воздействии канцерогенов почвы на уровне медианы для Северодвинска составил 2,4, для Архангельска – 0,09, для Новодвинска – 0,001. Ежегодное дополнительное количество злокачественных новообразований среди населения Северодвинска, обусловленных канцерогенными веществами почвы, составляет 0,03 случая рака в год.

Выводы. Почва жилой застройки города Северодвинска отличается наибольшим содержанием металлов по сравнению с другими городами Арктической зоны Архангельской области, что обусловлено выбросами промышленных предприятий судо-и машиностроения.

Уровни неканцерогенного и канцерогенного риска при воздействии химических веществ, загрязняющих почву в Северодвинске, выше, чем в других городах исследования, их значения на уровне медианных концентраций являются допустимыми. Уровень канцерогенного риска на уровне 90-го процентиля превышает допустимые значения, подлежит непрерывному контролю и требует разработки комплекса мероприятий по снижению загрязнения почвы химическими веществами, включающего совершенствование технологий производственных процессов, обеспечивающих сокращение выбросов и сбросов вредных веществ в окружающую среду, создание сети предприятий по вторичному использованию и переработке отходов, строительство и реконструкцию канализационных очистных сооружений, выявление и ликвидацию источников загрязнения.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.