Введение

Экологические проблемы входят в перечень постоянных проблем и не теряют своей актуальности на протяжении длительного времени. Наиболее распространёнными и волнующими человечество являются климатические изменения, загрязнение воздуха, загрязнение Мирового океана, недостаток питьевой воды, а также загрязнение почвы и другие. В рамках данного исследования основной акцент был сделан на последней из указанных проблем. Загрязнение почвы тяжёлыми металлами представляет собой процесс избыточного осаждения токсичных тяжёлых металлов в почве, что является следствием антропогенной деятельности. Стоит обозначить, что тяжёлыми металлами называются те, чья плотность составляет более 8000 кг/м3, исключение составляют только редкие и благородные металлы. Так, в данную категорию входят олово, медь, цинк, ртуть, никель и другие, а также более 40 химических элементов, атомная масса которых превышает 50 атомных единиц [4, с. 38]. Наличие тяжёлых металлов в почве негативно сказывается не только на экологическом состоянии окружающей среды, но и на здоровье человека.

Целью данного исследования является анализ актуального состояния почв Центрального федерального округа России с точки зрения содержания в них тяжёлых металлов, особенностей их распределения и трансформации в пищевых системах, а также разработка рекомендаций профилактического характера.

Материалы исследования: статистические данные Росстата и Росгидромета, научная литература, исследования, материалы сети Интернет.

Методы исследования: анализ, синтез, классификация, дедукция, индукция, обобщение, моделирование.

Разумеется, наибольшему воздействию тяжёлых металлов подвержены промышленно развитые и густонаселённые территории, что обусловлено объёмом человеческой деятельности и их отрицательному влиянию на природные объекты. Следуя данной тенденции, очевидно, что в рамках Российской Федерации такой территорией в первую очередь является Центральный Федеральный округ.

Для подтверждения приведённых доводов обратимся к статистическим данным, предоставленным Росгидрометом – Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Согласно сведениям, в 2023-2024 гг. в почвенном составе ЦФО наблюдались превышения предельно допустимых концентраций ряда тяжёлых металлов, перечень которых представлен в Таблице 1 [3, с. 287].

Таблица 1. Тяжёлые металлы, концентрация которых достигала предельно допустимого значения в почвах ЦФО в 2023-2024 гг.

Произведённый анализ показал, что распределение тяжёлых металлов в почвах Центрального федерального округа неоднородно и имеет ряд своих особенностей. Во-первых, оно мозаично, что зависит от следующих факторов [1]:

1) активная промышленная деятельность (наибольшая концентрация тяжёлых металлов во всех случаях была связана с производственными процессами и была обнаружена в промышленных зонах, особенно остро это ощущается на территориях машиностроительных, горнодобывающих, химических и металлургических предприятий);

2) развитие сельского хозяйства (с распространением тяжёлых металлов в почве во многом связано использование современных пестицидов и минеральных удобрений, в состав которых могут входить такие вредные металлы, как цинк, мышьяк, кадмий, медь и ряд других; они напрямую попадают в почву, где начинается процесс их накопления) [6, с. 72];

3) высокая транспортная активность (автотранспорт сам по себе является серьёзным загрязнителем окружающей среды и, в частности, почвы тяжёлыми металлами, так как в процессе его эксплуатации в природу различными путями выделяется огромное количество свинца, цинка, меди и других тяжёлых металлов);

4) увеличение количества свалок и полигонов твёрдых бытовых отходов (зачастую скопление бытового мусора происходит несанкционированно, что приводит к загрязнению огромных территорий тяжёлыми металлами);

5) общий геохимический фон (иногда естественное содержание тяжёлых металлов в почве превышает допустимые показатели в связи с составом материнских пород и геологическим строением самих территорий, что приводит к экологическим проблемам природного, а не антропогенного характера; например, данную ситуацию можно наблюдать в Курской области – Курская магнитная аномалия, сопровождающаяся повышенным содержанием железа и марганца в почве).

Как уже отмечалось ранее, накопление тяжёлых металлов в почве приводит не только к загрязнению окружающей среды, но и негативно воздействует на здоровье человека. Во многом это связано с проникновением вредных веществ в пищевые системы и из них – в человеческий организм. Осуществляется это преимущественно тремя путями: через воздух, воду и непосредственно пищу.

Стоит отметить, что воздух как напрямую влияет на человека, так и опосредованно – через растения. Так, тяжёлые металлы проникают в растения через их корневую систему, которая впитывает необходимые для жизни и развития вещества из почвы. Содержание тяжёлых металлов в растениях определяется несколькими факторами: видом самого растения, типом почвы, на котором оно произрастает, концентрацией тяжёлых металлов в ней, а также почвенной кислотностью.

Второй фактор связан с передачей тяжелых металлов при использовании загрязнённой воды. Как известно, различные микро- и макроэлементы способны вымываться из почвы и попадать в поверхностные и подземные воды. Следствием этого является загрязнение источников питьевой воды, водоёмов, используемых для рыболовства, а также речных систем с естественной флорой и фауной. Как правило, тяжёлые металлы попадают в воду в процессе промышленных выбросов, бесконтрольного использования различных химических соединений в различных видах антропогенной деятельности и в составе сточных вод. При этом важно понимать, что загрязнению подвергаются не только сами воды, но и обитающие в них организмы. Так, рыба и ракообразные представляют собой потенциальный продовольственный источник для человека, что неизбежно приводит к проникновению тяжёлых металлов в пищевые цепочки и систему в целом.

Третьим фактором попадания тяжёлых металлов в организм человека является сама пища, что косвенно было затронуто выше. Однако проблема имеет глобальный характер и распространяется на все виды животных, употребляемых в качестве продуктов питания. Сам механизм распространения тяжёлых металлов таким путём следующий:

загрязнённые пастбища ‏‏→ насыщенный ТМ корм → организм животного → человек

Рис. 1. Механизм распространения тяжёлых металлов

Таким образом, питаясь на загрязнённых пастбищах или получая корм, выращенный на почвах, где превышена концентрация тяжёлых металлов, в организме животных накапливаются вредные вещества. В основном они задерживаются в органах животных и тканях, которые человек в последствии употребляет в пищу [2, с. 24].

Кроме указанных трёх вариантов попадания тяжёлых металлов в пищевую систему, существуют и те, что встречаются реже, однако их негативное влияние не менее пагубно сказывается на состоянии организма человека. Так, в данный перечень входит переход тяжёлых металлов из посуды в пищевые продукты. Такой вариант возможен, если используется металлическая посуда, железная или медная, процесс изготовления которой не являлся экологичным. Например, применялось недостаточно чистое олово. Ещё один нетипичный вариант – загрязнение в процессе обработки или хранения уже готовых продуктов питания. Проникновение тяжёлых металлов в данном случае происходит при использовании сырья, которое не отвечает установленным санитарным нормам.

Разумеется, данный процесс не может не отражаться на состоянии здоровья человека. Превышение концентрации тяжёлых металлов в продуктах питания способствует развитию таких заболеваний, как сердечная недостаточность, тяжелые формы аллергических реакций, нарушения работы нервной системы, почечная недостаточность, а также различные виды онкологических патологий [5, с. 29].

Токсичность тяжёлых металлов определяется рядом факторов, среди которых основными можно назвать пол и возраст человека, вид самого металла, его дозировка, способ поступления в пищевую систему или организм человека, продолжительность его воздействия, а также общее состояние здоровья человека и его иммунной системы. Последствиями воздействия тяжёлых металлов на организм могут быть:

1) поражение нервной системы, а именно – нейротоксичность, поведенческие расстройства, болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также сбой в реализации когнитивных функций (наибольший урон при этом способны нанести свинец и ртуть, особенно для здоровья детей);

2) патологии в области почек, почечная недостаточность (самым опасным для организма человека нефротоксикантов представляется кадмий, который даже не в значительных концентрациях способен внести дисбаланс в функционирование почек);

3) нарушение работы сердечно-сосудистой системы, а именно – высокий риск развития инфаркта и инсульта, повышение артериального давления, учащённое сердцебиение (как правило, развитию указанных заболеваний способствуют такие тяжёлые металлы, как свинец и кадмий);

4) ослабление иммунной системы (развитие аутоиммунных заболеваний, общее ослабление иммунитета, повышение восприимчивости к инфекционным заболеваниям);

5) гормональные нарушения (дисбаланс гормонального фона, подверженность эндокринным заболеваниям);

6) поражение костной системы (такой тяжёлый металл, как кадмий, способствует чрезмерному вымыванию кальция из костных тканей, что приводит к повышению хрупкости костей, снижению их минеральной плотности и остеопорозу);

7) риск развития онкологических заболеваний (например, хром, кадмий, мышьяк и другие тяжёлые металлы, относящиеся к канцерогенам, увеличивают вероятность развития у человека раковых заболеваний в области кожи, лёгких, печени, мочевого пузыря и других органов).

Для подтверждения изложенных утверждений о воздействии тяжёлых металлов на организм человека, мы обратились к статистическим данным о заболеваниях жителей ЦФО за период 2019-2023 гг. В Таблице 1 представлены общие сведения о заболеваемости населения Российской Федерации в 2019-2023 гг. Для наибольшей наглядности данные были распределены по округам [9].

Таблица 1. Общая заболеваемость всего населения по субъектам Российской Федерации за 2019-2023гг.

Из Таблицы 1 видно, что с каждым годом количество случаев различных патологий увеличивается, а Центральный федеральный округ является лидером по количеству заболеваний среди населения за весь указанный период. Отметим, что Приволжский федеральный округ также является крупным промышленным центром, важнейшими отраслями которого представляются нефтегазовая промышленность, электроэнергетика, машиностроение, химическая промышленность и металлургия (чёрная и цветная), что в не меньшей степени сопровождается выбросом тяжёлых металлов. На наш взгляд, именно данный фактор мог оказать определяющее значение в увеличении случаев развития различных патологий населения ПФО.

Возвращаясь к анализу Центрального федерального округа, конкретизируем полученную статистику. В Таблице 2 обозначено количество случаев заболеваний по каждому конкретному виду патологий в период с 2019 по 2023 годы. В рамках исследования нас особенно интересуют следующие: почечные заболевания, заболевания сердечно-сосудистой системы, поражение нервной системы, гормональные нарушения, ослабление иммунной системы, раковые заболевания, поражение костной системы [9].

Таблица 2. Количество случаев заболеваний в ЦФО и Орловской области по каждому конкретному виду патологий в 2019-2023 году (на 100 тыс. населения)

Как мы видим из представленной Таблицы 2, практически по всем патологиям с течением времени прослеживается положительная динамика случаев на 100 тыс. населения. В связи с этим необходимо выработать ряд профилактических мер и приступить к его реализации для снижения концентрационного уровня тяжёлых металлов в почвах территорий Центрального федерального округа. На наш взгляд, целесообразно предложить следующий комплекс мероприятий:

1) усилить контроль за сферой промышленного производства (в данном случае речь идёт не только об ужесточении правил нейтрализации промышленных отходов, но и постоянном обновлении методов и технологий работы, отвечающих современным тенденциям и максимально снижающим уровень выброса тяжёлых металлов в окружающую среду);

2) производить на постоянной основе мониторинги состояния почв и загрязнения пищевых продуктов (регулярный контроль даст возможность отследить положительную и отрицательную динамику загрязнения почв тяжёлыми металлами, что наглядно продемонстрирует эффективность предпринимаемых профилактических мер, кроме того, своевременное выявление зон повышенного риска позволит предотвратить или снизить негативное воздействие на здоровье на селения и состояние окружающей среды);

3) рекультивировать загрязнённые территории (мероприятия по очистке чрезмерно загрязнённых почв от тяжёлых металлов могут подарить территории новую жизнь, несмотря на длительность реализации данного процесса; осуществлён он может быть такими способами, как тотальное удаление загрязненного грунта, фиторемедиация, а также химическое связывание);

4) сократить количество используемых пестицидов и минеральных удобрений в сельском хозяйстве (в данном случае предполагается контроль за соблюдением рациональных и рекомендованных доз удобрений, а также строгое следование необходимым срокам внесения пестицидов; кроме того, необходимо разрабатывать и внедрять альтернативные технологии борьбы с вредителями, чтобы снизить уровень химического воздействия на почвы и растения в рамках агропромышленной деятельности) [8, с. 213];

5) постоянное и честное информирование населения о последствиях и рисках, связанных с загрязнением окружающей среды тяжёлыми металлами (в рамках экологического образования населения предлагается проводить информирующие кампании, различные акции, экологические форумы, посредством которых будет повышаться осведомлённость населения о реальном состоянии почв с точки зрения содержания в них тяжёлых металлов; кроме того, такие образовательные программы должны включать блоки, посвящённые мерам профилактики и способам защиты от негативного воздействия тяжёлых металлов).

Таким образом, загрязнение почв тяжёлыми металлами представляется актуальной экологической проблемой для современного мира. На территории Российской Федерации особенно остро она ощущается в Центральном федеральном округе, что обусловлено высокой плотностью населения и активной промышленной деятельностью в регионах. Последствия данного процесса отражаются не только на состоянии окружающей среды, но и на здоровье населения, которое сталкивается с тяжёлыми металлами через пищевые системы. Происходит это потому, что вредные вещества естественным и неизбежным путём попадают в воздух, воду и сами продукты питания (растения и животных). Накопление тяжёлых металлов в организме человека приводит к развитию различных заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем, дыхательных путей, а также может спровоцировать появление раковых заболеваний различного характера. В связи с этим целесообразным представляется внедрение перечня профилактических мероприятий для снижения уровня тяжёлых металлов в почвах регионов ЦФО. Среди предложенных можно отметить контроль за предприятиями, непрерывные мониторинги состояния почв и пищевых продуктов, рекультивацию загрязнённых территорий, снижение количества химических удобрений и пестицидов, а также постоянное информирование населения о состоянии почв и мерах профилактики при воздействии тяжёлых металлов на организм человека. Эти меры в перспективе позволят снизить концентрацию тяжёлых металлов в почвах регионов ЦФО и не допустить их повторного распространения.