Риски здоровью населения при использовании органических удобрений

Автор: Кузнецова М.В., Кочергина Д.А., Горовиц Э.С.

Журнал: Анализ риска здоровью @journal-fcrisk

Статья в выпуске: 4 (48), 2024 года.

Бесплатный доступ

Интенсификация сельскохозяйственных производств способствовала увеличению объемов органических отходов, часть которых в дальнейшем используется как удобрения. В настоящее время применяется более 200 видов органических удобрений, разнообразных по происхождению, свойствам, воздействию на окружающую среду. Контаминация почвы продуктами отходов агропромышленных комплексов, содержащих биоциды, в том числе антибиотики, а также, что особенно важно, патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, приводит к нарушению природных биоценозов. Кроме того, этиопатогены без надлежащей переработки отходов могут представлять угрозу для людей и животных. Безопасность пищевых продуктов, основанных на сырье, выращиваемом с применением органических удобрений, является важным звеном общей проблемы. В настоящем обзоре приведены классификация и характеристика органических удобрений, данные по объемам производства и накоплению отходов животноводства, подробно описаны основные биологические и химические факторы риска здоровью населения, связанные с использованием органических удобрений, а также представлены результаты современных исследований о негативном влиянии органических удобрений. Особое внимание уделено данным литературы о негативном влиянии органических удобрений, содержащих антибиотики и соли тяжелых металлов, на среду обитания и здоровье человека. Подчеркнуто, что нередко в органических удобрениях могут присутствовать соединения меди, цинка, кадмия, никеля, хрома, мышьяка, свинца и ртути. Показано, что нарушение технологий обращения с органическими удобрениями имеет следствием микробное и химическое загрязнения почв и водных объектов. Методы оценки влияния отходов животноводства на здоровье человека и состояние окружающей среды освещены с учетом международных и российских практик и документов, нормирующих требования безопасного использования органических удобрений. Определено, что стратегия обеспечения безопасности сельскохозяйственного производства должна учитывать риски здоровью населения и систематический мониторинг состояния качества среды обитания и здоровья населения.

Еще

Окружающая среда, сельскохозяйственные производства, риски здоровью населения, органические удобрения, биоциды, антибиотики, тяжелые металлы, этиопатогены

Короткий адрес: https://sciup.org/142243792

IDR: 142243792 | DOI: 10.21668/health.risk/2024.4.13

Список литературы Риски здоровью населения при использовании органических удобрений

Shaji H., Chandran V., Mathew L. Organic fertilizers as a route to controlled release of nutrients // In book: Controlled Release Fertilizers for Sustainable Agriculture. - Kottayam: Academic Press, 2021. - P. 231-245. DOI: 10.1016/B978-0-12-819555-0.00013-3
Interactions between nitrogen availability, bacterial communities, and nematode indicators of soil food web function in response to organic amendments / J. Milkereit, D. Geisseler, P. Lazicki, M.L. Settles, B.P. Durbin-Johnson, A. Hodson // Appl. Soil Ecol. - 2021. - Vol. 157, № 7. - P. 103767. DOI: 10.1016/j.apsoil.2020.103767
Mineral vs. organic amendments: microbial community structure, activity and abundance of agriculturally relevant microbes are driven by long-term fertilization strategies / D. Francioli, E. Schulz, G. Lentendu, T. Wubet, F. Buscot, T. Reitz // Front. Microbiol. - 2016. - Vol. 7. - P. 1446. DOI: 10.3389/fmicb.2016.01446
Manure management and soil biodiversity: Towards more sustainable food systems in the EU / J. Köninger, E. Lugato, P. Panagos, M. Kochupillai, A. Orgiazzi, M.J.I. Briones // Agricultural Systems. - 2021. - Vol. 194, № 3. -P. 103251. DOI: 10.1016/j.agsy.2021.103251
Intensive poultry farming: A review of the impact on the environment and human health / G. Grzinic, A. Piotrowicz-Cieslak, A. Klimkowicz-Pawlas, R.L. Górny, A. Lawniczek-Walczyk, L. Piechowicz, E. Olkowska, M. Potrykus [et al.] // Sci. Total Environ. - 2023. - Vol. 858, Pt 3. - P. 160014. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.160014
State-of-the-art on animal manure pollution control and resource utilization / J. Qi, H. Yang, X. Wang, H. Zhu, Z. Wang, C. Zhao, B. Li, Z. Liu // J. Environ. Chemical Engin. - 2023. - Vol. 11, № 5. - P. 110462. DOI: 10.1016/jjece.2023.110462
Глеба О.В. Экологические проблемы животноводческой отрасли // Аграрное и земельное право. - 2019. -№ 7 (175). - C. 67-72.
Zhang H., Schroder J. Animal manure production and utilization in the US // Applied manure and nutrient chemistry for sustainable agriculture and environment. - Dordrecht: Springer, 2014. - P. 1-21. DOI: 10.1007/978-94-017-8807-6_1
Environmental pollution caused by agricultural activities / A.-M. Täbära^u, M. Matache, I. Grigore, L.C. Vladu^oiu, N. Ungureanu, S.-S. Biri§ // Acta Technica Corviniensis. - 2021. - Vol. 14, № 2. - P. 39-46.
Концепция управления экологической безопасностью агроэкосистем / А.Ю. Брюханов, В.Д. Попов, Э.В. Васильев, Э.А. Папушин // АгроЭкоИнженерия. - 2022. - № 4 (113). - C. 4-18.
Impact of manure on soil biochemical properties: a global synthesis / S. Liu, J. Wang, S. Pu, E. Blagodatskaya, Y. Kuzyakov, B.S. Razavi // Sci. Total Environ. - 2020. - Vol. 745. - P. 141003. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.141003
Bacterial community structure and composition in soils under industrial poultry production activities: an observational study / R.S. Shange, R.O. Ankumah, R. Zabawa, S.E. Dowd // Air, Soil and Water Research. - 2013. - Vol. 6. - P. 91-101. DOI: 10.4137/ASWR.S12009
Hao X., Chang C. Effect of 25 annual cattle manure applications on soluble and exchangeable cations in soil // Soil Science. - 2002. - Vol. 167. - P. 126-134. DOI: 10.1097/00010694-200202000-00005
Organic amendments in a long-term field trial-consequences for the bulk soil bacterial community as revealed by network analysis / C.A.O. Schmid, P. Schröder, M. Armbruster, M. Schloter // Microb. Ecol. - 2018. - Vol. 76, № 1. - P. 226-239. DOI: 10.1007/s00248-017-1110-z
The role of soil microorganisms in plant mineral nutrition-current knowledge and future directions / R. Jacoby, M. Peu-kert, A. Succurro, A. Koprivova, S. Kopriva // Front. Plant Sci. - 2017. - Vol. 8. - P. 1617. DOI: 10.3389/fpls.2017.01617
Transport and fate of manure-borne pathogens: Modeling perspective / Y.A. Pachepsky, A.M. Sadeghi, S.A. Bradford, D.R. Shelton, A.K. Guber, T. Dao // Agric. Water Manag. - 2006. - Vol. 86, № 1-2. - P. 81-92. DOI: 10.1016/j.agwat.2006.06.010
Reduction of foodborne pathogens during cattle manure composting with addition of calcium cyanamide / H. Simu-jide, C. Aorigele, C.-J. Wang, B. Manda, M. Lina, M.-Y. Wu, Y. Li, T.-R.-G. Bai // J. Environ. Eng. Landsc. Manag. - 2013. -Vol. 21, № 2. - P. 77-84. DOI: 10.3846/16486897.2012.721373
Goss M.J., Tubeileh A., Goorahoo D. A Review of the use of organic amendments and the risk to human health // Advances in Agronomy. - 2013. - Vol. 120. - P. 275-379. DOI: 10.1016/B978-0-12-407686-0.00005-1
Changes in bacterial and fungal communities across compost recipes, preparation methods, and composting times / D.A. Neher, T.R. Weicht, S.T. Bates, J.W. Leff, N. Fierer // PLoS One. - 2013. - Vol. 8, № 11. - P. e79512. DOI: 10.1371/journal.pone.0079512
Пилип Л.В., Сырчина Н.В. Экологические риски и приоритеты экологического развития животноводства // Экология родного края: проблемы и пути их решения: материалы XVII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Книга 1. - Киров: ВятГУ, 2022. - С. 56-60.
Presence of zoonotic pathogens in physico-chemically characterized manures from hog finishing houses using different production systems / V. Létourneau, C. Duchaine, C. Côté, A. Letellier, E. Topp, D. Massé // Bioresour. Technol. - 2010. -Vol. 101, № 11. - P. 4048-4055. DOI: 10.1016/j.biortech.2010.01.009
Influence of Poultry Litter Amendment Type and Irrigation Events on Survival and Persistence of Salmonella Newport / J. Teichmann, P.K. Litt, M. Sharma, E. Nyarko, K.E. Kniel // J. Food Prot. - 2020. - Vol. 83, № 5. - P. 821-828. DOI: 10.4315/0362-028X.JFP-19-431
Pathogenic bacteria and mineral N in soils following the land spreading of biogas digestates and fresh manure / M. Goberna, S.M. Podmirseg, S. Waldhuber, B.A. Knapp, C. Garcia, H. Insam // Applied Soil Ecology. - 2011. - Vol. 49. -P. 18-25. DOI: 10.1016/j.apsoil.2011.07.007
Association between private drinking water wells and the incidence of Campylobacteriosis in Maryland: an ecological analysis using Foodborne Diseases Active Surveillance Network (FoodNet) data (2007-2016) / R.T. Murray, R. Cruz-Cano, D. Nasko, D. Blythe, P. Ryan, M.M. Boyle, S.M. Wilson, A.R. Sapkota // Environ. Res. - 2020. - Vol. 188. - P. 109773. DOI: 10.1016/j.envres.2020.109773
Environmental exposure to confined animal feeding operations and respiratory health of neighboring residents / K. Radon, A. Schulze, V. Ehrenstein, R.T. van Strien, G. Praml, D. Nowak // Epidemiology. - 2007. - Vol. 18, № 3. - P. 300-308. DOI: 10.1097/01.ede.0000259966.62137.84
Increased risk of pneumonia in residents living near poultry farms: does the upper respiratory tract microbiota play a role? / L.A.M. Smit, G.J. Boender, W.A.A. de Steenhuijsen Piters, T.J. Hagenaars, E.G.W. Huijskens, J.W.A. Rossen, M. Koopmans, G. Nodelijk [et al.] // Pneumonia (Nathan). - 2017. - Vol. 9. - P. 3. DOI: 10.1186/s41479-017-0027-0
Doctor-diagnosed health problems in a region with a high density of concentrated animal feeding operations: a cross-sectional study / M. Hooiveld, L.A.M. Smit, F. van der Sman-de Beer, I.M. Wouters, C.E. van Dijk, P. Spreeuwenberg, D.J.J. Heederik, C.J. Yzermans // Environ. Health. - 2016. - Vol. 15. - P. 24. DOI: 10.1186/s12940-016-0123-2
Associations between pneumonia and residential distance to livestock farms over a five-year period in a large population-based study / D.A. Kalkowska, G.J. Boender, L.A.M. Smit, C. Baliatsas, J. Yzermans, D.J.J. Heederik, T.J. Hagenaars // PLoS One. - 2018. - Vol. 13, № 7. - P. e0200813. DOI: 10.1371/journal.pone.0200813
Kouimintzis D., Chatzis C., Linos A. Health effects of livestock farming in Europe // J. Public Health. - 2007. -Vol. 15. - P. 245-254. DOI: 10.1007/s10389-007-0130-4
Economou V., Gousia P. Agriculture and food animals as a source of antimicrobial-resistant bacteria // Infect. Drug Resist. - 2015. - Vol. 8. - P. 49-61. DOI: 10.2147/IDR.S55778
Sampling the antibiotic resistome / V.M. D'Costa, K.M. McGrann, D.W. Hughes, G.D. Wright // Science. - 2006. -Vol. 311, № 5759. - P. 374-377. DOI: 10.1126/science.1120800
Xu L., Wang W., Xu W. Effects of tetracycline antibiotics in chicken manure on soil microbes and antibiotic resistance genes (ARGs) // Environ. Geochem. Health. - 2022. - Vol. 44, № 1. - P. 273-284. DOI: 10.1007/s10653-021-01004-y
The behavior of antibiotic resistance genes and their associations with bacterial community during poultry manure composting / M.K. Awasthi, T. Liu, H. Chen, S. Verma, Y. Duan, S.K. Awasthi, Q. Wang, X. Ren [et al.] // Bioresour. Technol. - 2019. - Vol. 280. - P. 70-78. DOI: 10.1016/j.biortech.2019.02.030
Данилова Н.В., Галицкая П.Ю., Селивановская С.Ю. Мультирезистентность бактерий к ветеринарным антибиотикам в образцах навоза и помета сельскохозяйственных животных // Ученые записки Казанского университета. Серия: Естественные науки. - 2016. - Т. 158, № 4. - С. 507-516.
Microbial diversity and antibiotic resistome in swine farm environments / L.-Y. He, L.-K. He, Y.S. Liu, M. Zhang, J.-L. Zhao, Q.-Q. Zhang, G.-G. Ying // Science of the Total Environment. - 2019. - Vol. 685. - P. 197-207. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.05.369
Diverse and abundant antibiotic resistance genes in Chinese swine farms / Y.-G. Zhu, T.A. Johnsonc, J.-G. Su, M. Qiao, G.-X. Guo, R.D. Stedtfeld, S.A. Hashsham, J.M. Tiedje // Proc. Natl Acad. Sci. USA. - 2012. - Vol. 110, № 9. -P. 3435-3440. DOI: 10.1073/pnas.1222743110
Application of swine manure on agricultural fields contributes to extended-spectrum P-lactamase-producing Escherichia coli spread in Tai'an, China / L. Gao, J. Hu, X. Zhang, L. Wei, S. Li, Z. Miao, T. Chai // Front. Microbiol. - 2015. - Vol. 6. -P. 313. DOI: 10.3389/fmicb.2015.00313
Influence of setback distance on antibiotics and antibiotic resistance genes in runoff and soil following the land application of swine manure slurry / M.C. Hall, N.A. Mware, J.A. Gilley, S.L. Bartelt-Hunt, D.D. Snow, A.M. Schmidt, K.M. Eskridge, X. Li // Environ. Sci. Technol. - 2020. - Vol. 54, № 8. - P. 4800-4809. DOI: 10.1021/acs.est.9b04834
Piggery manure used for soil fertilization is a reservoir for transferable antibiotic resistance plasmids / C.T. Binh, H. Heuer, M. Kaupenjohann, K. Smalla // FEMS Microbiol. Ecol. - 2008. - Vol. 66, № 1. - P. 25-37. DOI: 10.1111/j.1574-6941.2008.00526.x
Yoon S.H., Park Y.-K., Kim J.F. PAIDB v2.0: exploration and analysis of pathogenicity and resistance islands // Nucleic Acids Res. - 2015. - Vol. 43, Database issue. - P. D624-D630. DOI: 10.1093/nar/gku985
Metagenomic analysis of soil and freshwater from zoo agricultural area with organic fertilization / A.K. Meneghine, S. Nielsen, A.M. Varani, T. Thomas, L.M. Carareto Alves // PLoS One. - 2017. - Vol. 12, № 12. - P. e0190178. DOI: 10.1371/journal.pone.0190178
Heuer H., Schmitt H., Smalla K. Antibiotic resistance gene spread due to manure application on agricultural fields // Curr. Opin. Microbiol. - 2011. - Vol. 14, № 3. - P. 236-243. DOI: 10.1016/j.mib.2011.04.009
Sales of veterinary antimicrobial agents in 31 European countries in 2019 and 2020. Trends from 2010 to 2020. Eleventh ESVAC report. - Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2021. - 129 p. DOI: 10.2809/636389
Sarmah A.K., Meyer M.T., Boxall A.B.A. A global perspective on the use, sales, exposure pathways, occurrence, fate and effects of veterinary antibiotics (VAs) in the environment // Chemosphere. - 2006. - Vol. 65, № 5. - P. 725-759. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2006.03.026
Antibiotics: An overview on the environmental occurrence, toxicity, degradation, and removal methods / Q. Yang, Y. Gao, J. Ke, P.L. Show, Y. Ge, Y. Liu, R. Guo, J. Chen // Bioengineered. - 2021. - Vol. 12, № 1. - P. 7376-7416. DOI: 10.1080/21655979.2021.1974657
The analysis of animal faeces as a tool to monitor antibiotic usage / B.J.A. Berendsen, R.S. Wegh, J. Memelink, T. Zuidema, L.A.M. Stolker // Talanta. - 2015. - Vol. 132. - P. 258-268. DOI: 10.1016/j.talanta.2014.09.022
Residues and potential ecological risks of veterinary antibiotics in manures and composts associated with protected vegetable farming / H. Zhang, Y. Luo, L. Wu, Y. Huang, P. Christie // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. - 2015. - Vol. 22, № 8. -P. 5908-5918. DOI: 10.1007/s11356-014-3731-9
Ghirardini A., Grillini V., Verlicchi P. A review of the occurrence of selected micropollutants and microorganisms in different raw and treated manure - Environmental risk due to antibiotics after application to soil // Sci. Total Environ. - 2020. -Vol. 707. - P. 136118. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.136118
Fractionation and analysis of veterinary antibiotics and their related degradation products in agricultural soils and drainage waters following swine manure amendment / M. Solliec, A. Roy-Lachapelle, M.-O. Gasser, C. Coté, M. Généreux, S. Sauvé // Sci. Total Environ. - 2016. - Vol. 543, Pt A. - P. 524-535. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2015.11.061
Pan M., Wong C.K.C., Chu L.M. Distribution of antibiotics in wastewater-irrigated soils and their accumulation in vegetable crops in the Pearl River Delta, southern China // J. Agric. Food Chem. - 2014. - Vol. 62, № 46. - P. 11062-11069. DOI: 10.1021/jf503850v
Occurrence of 13 veterinary drugs in animal manure-amended soils in Eastern China / R. Wei, F. Ge, L. Zhang, X. Hou, Y. Cao, L. Gong, M. Chen, R. Wang, E. Bao // Chemosphere. - 2016. - Vol. 144. - P. 2377-2383. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2015.10.126
Cogliani C., Goosens H., Greko C. Restricting antimicrobial use in food animals: Lessons from Europe: Banning nonessential antibiotic uses in food animals is intended to reduce pools of resistance genes // Microbe Magazine. - 2011. - Vol. 6. -P. 274-279. DOI: 10.1128/microbe.6.274.1
Changes in heavy metal contents in animal feeds and manures in an intensive animal production region of China / H. Wang, Y. Dong, Y. Yang, G.S. Toor, X. Zhang // J. Environ. Sci. (China). - 2013. - Vol. 25, № 12. - P. 2435-2442. DOI: 10.1016/S1001-0742(13)60473-8
Comparisons of pollution characteristics, emission situations, and mass loads for heavy metals in the manures of different livestock and poultry in China / W.-R. Liu, D. Zenga, L. She, W.-X. Su, D.-C. He, G.-Y. Wu, X.-R. Ma, S. Jiang [et al.] // Sci. Total Environ. - 2020. - Vol. 734. - P. 139023. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.139023
Impact of heavy metals on the environment and human health: Novel therapeutic insights to counter the toxicity / S. Mitra, A.J. Chakraborty, A.M. Tareq, T.B. Emran, F. Nainu, A. Khusro, A.M. Idris, M.U. Khandaker [et al.] // Journal of King Saud University - Science. - 2022. - Vol. 34, № 3. - P. 101865. DOI: 10.1016/jjksus.2022.101865
Heavy metal contamination in agricultural soil: environmental pollutants affecting crop health / A. Rashid, B.J. Schutte, A. Ulery, M.K. Deyholos, S. Sanogo, E.A. Lehnhoff, L. Beck // Agronomy. - 2023. - Vol. 13, № 6. -P. 1521. DOI: 10.3390/agronomy 13061521
Gans J., Wolinsky M., Dunbar J. Computational improvements reveal great bacterial diversity and high metal toxicity in soil // Science. - 2005. - Vol. 309, № 5739. - P. 1387-1390. DOI: 10.1126/science.1112665
Jensen J., Larsen M.M., Bak J. National monitoring study in Denmark finds increased and critical levels of copper and zinc in arable soils fertilized with pig slurry // Environ. Pollut. - 2016. - Vol. 214. - P. 334-340. DOI: 10.1016/j.envpol.2016.03.034
Public health risk of trace metals in fresh chicken meat products on the food markets of a major production region in southern China / Y. Hu, W. Zhang, G. Chen, H. Cheng, S. Tao // Environ. Pollut. - 2018. - Vol. 234. - P. 667-676. DOI: 10.1016/j.envpol.2017.12.006
Soil conservation in Europe: wish or reality? / P. Panagos, A. Imeson, K. Meusburger, P. Borrelli, J. Poesen, C. Alewell // Land Degrad. Dev. - 2016. - Vol. 27, № 6. - P. 1547-1551. DOI: 10.1002/ldr.2538
Inventory of heavy metal content in organic waste applied as fertilizer in agriculture: Evaluating the risk of transfer into the food chain / C. Lopes, M. Herva, A. Franco-Uria, E. Roca // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. - 2011. - Vol. 18, № 9. -P. 918-939. DOI: 10.1007/s11356-011-0444-1
Reczek C.R., Chandel N.S. The two faces of reactive oxygen species in cancer // Ann. Rev. Cancer Biol. - 2017. -Vol. 1, № 1. - P. 79-98. DOI: 10.1146/annurev-cancerbio-041916-065808
Gene and protein expression of progesterone receptor isoforms A and B, p53 and p21 in myometrium and uterine leiomyoma / V. Lora, A.O. Grings, E. Capp, H. von Eye Corleta, I.S. Brum // Arch. Gynecol. Obstet. - 2012. - Vol. 286, № 1. -P. 119-124. DOI: 10.1007/s00404-012-2245-2
Review of EPA's integrated risk information system (IRIS) process / Committee to Review the IRIS Process, Board on Environmental Studies and Toxicology, Division on Earth and Life Studies, National Research Council. - Washington (DC): National Academies Press, 2014. DOI: 10.17226/18764
A Review of methods for assessing the environmental health impacts of an agricultural system / L. Grout, S. Hales, N. French, M.G. Baker // Int. J. Environ. Res. Public Health. - 2018. - Vol. 15, № 7. - P. 1315. DOI: 10.3390/ijerph15071315
Онищенко Г.Г., Новиков С.М. Основы оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. - М.: НИИ ЭЧ и ГОС, 2002. - 408 с.
Рахманин Ю.А., Додина H.C., Алексеева А.В. Современные методические подходы к оценке риска здоровью населения от воздействия химических веществ // Анализ риска здоровью. - 2023. - № 4. - С. 33-41. DOI: 10.21668/health.risk/2023.4.03

Еще

Статья обзорная