Методические рекомендации по гигиенической оценке дефицита микроэлементов (кобальта, меди и марганца) в различных типах почв и оптимизация их содержания в объектах окружающей среды
(утв. Минздравом СССР № 1403-76)
Примечание
Документ включен в Перечень основных действующих нормативно-методических документов по методам лабораторного и инструментального контроля в системе государственного санитарно-эпидемиологического нормирования (Письмо Роспотребнадзора от 02.12.2008 № 01/14262-8-32).
№ 1403-76
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ ДЕФИЦИТА МИКРОЭЛЕМЕНТОВ (КОБАЛЬТА, МЕДИ И МАРГАНЦА) В РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ПОЧВ И ОПТИМИЗАЦИЯ ИХ СОДЕРЖАНИЯ В ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Настоящие Методические рекомендации разработаны в лаборатории гигиены почвы (зав. к.м.н., ст.н.с. И.М. Сеидов) Азербайджанского ордена Трудового Красного Знамени Института вирусологии, микробиологии и гигиены им. Г.М. Мусабекова при участии лаборатории гигиены почвы (зав. проф. В.М. Перелыгин) Института общей и коммунальной гигиены им. А.Н. Сысина АМН СССР и лаборатории микроэлементов (зав. проф. А.Н. Гюльахмедов) Института почвоведения и агрохимии АН Азербайджанской ССР.
Одной из основных задач современной медицины является предотвращение вредных воздействий окружающей среды на организм человека.
Как известно, содержащиеся в объектах окружающей среды (в почве, воде и в растениях) химические элементы, в том числе и микроэлементы (химические элементы, содержащиеся в организме в -3% 12% ничтожных количествах - от 10 до 10 ) играют активную роль в
жизнедеятельности организма.
Установлено, что поступление микроэлементов в организм находится в прямой зависимости от содержания их в окружающей среде (А.П. Виноградов).
Для живых организмов источником микроэлементов служит, главным образом, почва, от которой в свою очередь зависит и содержание микроэлементов в продуктах питания. Недостаточное или избыточное поступление микроэлементов с пищей в организм животных и человека влечет за собой глубокие изменения обменных процессов. Значительный интерес представляет вопрос участия микроэлементов в формировании реактивности организма в качестве биотоков.
Из числа наиболее важных микроэлементов (йод, марганец, медь, кобальт, молибден, цинк, фтор, железо и селен) в настоящих Методических рекомендациях рассматривается вопрос о биологическом действии на организм кобальта, меди и марганца, а также предлагаются мероприятия, направленные к оптимизации этими микроэлементами окружающей среды.
Авторами были модифицированы существующие методы определений кобальта, меди и марганца в почве, изучено содержание этих микроэлементов в различных типах почв Азербайджана и выявлена коррелятивная связь между кларками изученных микроэлементов с содержанием их в растениях, реактивностью организма и заболеваемостью населения данных районов по ряду классов болезней, а также выявлены пути оптимизации содержания кобальта, меди и марганца в окружающей среде.
Настоящие Методические рекомендации предназначены для научно-исследовательских гигиенических учреждений, кафедр гигиены медицинских институтов, санитарно-эпидемиологических станций и агрохимических лабораторий системы сельского хозяйства.
1. Содержание микроэлементов (кобальта, меди и марганца)
в различных типах почв и в растениях и корреляция
этих показателей <*>
<*> Модифицированные методы определения кобальта, меди и марганца изложены в «Приложении».
Изучение содержания кобальта, меди и марганца проводилось в сероземных, каштановых, луговых, желтоземных и песчаных почвах. Указанные типы почв характерны как для Азербайджанской ССР, так и для других республик СССР — Казахской, Украинской, Молдавской ССР, Сибири, Поволжья, Средней Азии, Карпат, Алтая, Урала, Кавказа и др. В растительных пищевых продуктах содержание микроэлементов определялось в пшенице, кукурузе, горохе, капусте и в томате, выращенных на вышеуказанных почвах.
1.1. Кобальт — Является широко распространенным в природе элементом. Среднее содержание кобальта в почве составляет 5 — 10 мг/кг (К.В. Веригина). Полный суточный рацион питания должен содержать примерно 0,06 — 0,2 мг/кг. Основным источником поступления в организм кобальта является хлебопродукты и овощи.
Питьевая вода покрывает лишь от 1,0 до 10% суточной потребности кобальта (В.А. Книжников). Установлено, что заболевание сельскохозяйственных животных акобальтозом развивается при содержании кобальта в кормах и количествах меньше 0,007 мг/кг сухого вещества (И.Ф. Ермоленко).
Как видно из таблицы № 1, наименьшее содержание кобальта отмечается в луговых, песчаных и желтоземных типах почв. Растительные продукты, выращенные на этих почвах, также характеризуются малым содержанием кобальта, что вполне коррелирует с содержанием его в почвах (r = 0,8).
И В РАСТИТЕЛЬНЫХ ПРОДУКТАХ
| Типы почв | Содержание подвижной формы кобальта в почвах, мг/кг | Содержание в злаковых растениях, мг/кг | Содержание в овощах, мг/кг | Возможное поступление в организм с раст. пищев. продуктами в мг/сутки |
|---|---|---|---|---|
| Каштановая | 2,3 +/- 0,1 | 0,1 | 0,07 | 0,08 |
| Сероземная | 3,9 +/- 0,2 | 0,11 | 0,07 | 0,08 |
| Луговая | 0,6 +/- 0,01 | 0,04 | 0,015 | 0,02 |
| Желтоземная | 1,45 +/- 0,15 | 0,04 | 0,01 | 0,02 |
| Песчаная | 0,7 +/- 0,01 | 0,04 | 0,01 | 0,02 |
Выявлено, что возможное поступление кобальта в организм с растительными продуктами, выращенными на луговых, песчаных и желтоземных типах почв, в 4 раза меньше, чем поступление с растительными продуктами, выращенными на сероземных и каштановых почвах.
В суточном пищевом рационе людей, проживающих в зонах луговых, желтоземных и песчаных почв, содержание кобальта также в 3 раза меньше по сравнению с нижним пределом ориентировочной нормы содержания этого микроэлемента в пищевом рационе человека.
1.2 Медь — Среднее содержание меди в земной коре составляет
2%
1 х 10 . Различные типы почв содержат неодинаковое количество меди. Почвы, содержащие медь в количестве меньше 6,0 мг/кг, считаются дефицитными (И.В. Якушевская). Содержание меди в растениях и общая усвояемость этого элемента зависит от видовых особенностей и свойств почвы. В организм медь поступает, в основном, с растительными пищевыми продуктами, в которых ее содержание колеблется от 0,5 до 12,6 мг/кг. Лишь 10 - 20% потребляемого с пищей микроэлемента усваивается организмом. Суточная потребность меди у взрослого человека составляет 2 - 4 мг. Питьевая вода покрывает лишь 10% потребности меди. Как видно
из таблицы № 2, содержание подвижной формы меди в луговых,
желтоземных и песчаных типах почв находится в пределах от 4 до 6 раз меньше, чем в каштановых и сероземных почвах. Содержание в почвах коррелирует с количеством этого элемента в растительности,
выращенной на этих почвах.
И В РАСТИТЕЛЬНЫХ ПРОДУКТАХ
| Типы почвы | Содержание подвижной формы меди в почвах, мг/кг | Содержание в злаковых растениях, мг/кг | Содержание в овощах, мг/кг | Возможное поступление в организм с раст. пищев. продуктами в мг/сутки |
|---|---|---|---|---|
| Каштановая | 2,0 +/- 0,13 | 6,8 | 1,7 | 3,6 |
| Сероземная | 3,35 +/- 0,29 | 5,8 | 1,2 | 3,0 |
| Луговая | 0,45 +/- 0,02 | 3,25 | 0,55 | 1,5 |
| Желтоземная | 0,53 +/- 0,04 | 3,3 | 0,62 | 1,6 |
| Песчаная | 0,65 +/- 0,04 | 3,5 | 0,5 | 1,6 |
Количество меди в суточном пищевом рационе людей, проживающих в зонах луговых, желтоземных и песчаных типов почв значительно меньше, чем в пищевом рационе людей, проживающих в зонах каштановых и сероземных типов почв и по сравнению с суточной потребностью для взрослого человека.
1.3. Марганец — Также широко распространен в природе. Среднее содержание марганца в почвах колеблется в больших диапазонах от 0,01 до 0,4%.
Содержание подвижной формы марганца зависит от реакции почвы, влажности, температуры, содержания органических веществ и микробиологической активности почвы. Величина марганца в пищевых продуктах, так же как и в растениях, зависит от химического состава почвы. Потребность организма в марганце, в основном, покрывается за счет хлебопродуктов. Взрослый человек в сутки должен получить 0,1 мг марганца на 1,0 кг веса, а детский организм — в 2 — 3 раза больше.
Как видно из таблицы № 3 количество подвижной формы марганца в луговых, желтоземных и песчаных почвах значительно ниже, чем в каштановых и сероземных почвах.
В РАЗНЫХ ТИПАХ ПОЧВ
| Типы почв | Содержание подвижной формы марганца в почвах, мг/кг | Содержание в злаковых растениях, мг/кг | Содержание в овощах, мг/кг | Возможное поступление в организм с раст. пищев. продуктами в мг/сутки |
|---|---|---|---|---|
| Каштановая | 15,5 +/- 2,0 | 20,1 | 2,6 | 9,3 |
| Сероземная | 22,0 +/- 1,8 | 20,0 | 2,4 | 9,2 |
| Луговая | 6,1 +/- 0,6 | 6,8 | 1,4 | 3,4 |
| Желтоземная | 4,7 +/- 3,8 | 7,5 | 1,1 | 3,5 |
| Песчаная | 6,8 +/- 0,7 | 7,2 | 1,35 | 3,5 |
Содержание марганца в растительных пищевых продуктах, выращенных на луговых, желтоземных и песчаных почвах, коррелирует с его содержанием в этих почвах. Количество марганца в суточном пищевом рационе в этих геохимических провинциях более чем в 2 раза меньше суточной потребности человека и пищевого рациона людей, проживающих в зонах каштановых и сероземных почв.
Таким образом, содержание кобальта, меди и марганца в луговых, желтоземных и песчаных почвах гораздо меньше, чем в почвах каштанового и сероземного типа, что коррелирует с их содержанием в растительных пищевых продуктах, выращенных на этих почвах.
2. Изучение влияния пищевого рациона с дефицитом микроэлементов на показатели реактивности организма
Исследования проводились на беспородных белых крысах, получавших искусственный пищевой рацион, рекомендованный Институтом питания АМН СССР для экспериментальных исследований в области гигиены питания.
Этот рацион обеспечивает потребность животных в белках, жирах, углеводах, минеральных солях и витаминах и позволяет исключить из состава солевой смеси те или иные микроэлементы как в отдельности, так и в различных комбинациях.
Животные содержатся в клетках, сделанных из пластика, с целью исключения попадания в пищевой рацион примесей металлов. Длительность каждой серии экспериментов составляет от 1 до 6 месяцев.
Литературные данные свидетельствуют, что наиболее чувствительной системой при изучении роли микроэлементов являются показатели реактивности организма.
Экспериментальные исследования показали:
а) основные гематологические показатели реактивности организма; отмечается снижение численности эритроцитов, лейкоцитов, (фагоцитарного числа и индекса, процента и индекса переваривания);
б) основные ферментативные показатели системы крови, обеспечивающие ранние этапы механизма становления реактивности.
Так, каталазная активность крови в динамике эксперимента у подопытных животных, по сравнению с контролем, резко снижалась. Одновременно с этим, время течения пероксидазной реакции увеличивалось. Выявлена также корреляция между снижением численности эритроцитов и содержанием гемоглобина и соответствующими изменениями каталазного и пероксидазного индексов.
Из числа медьсодержащих ферментов отмечается сравнительное резкое снижение активности церулоплазмина крови. Причем наиболее рельефные изменения этого показателя в сторону снижения были установлены у группы подопытных животных, где из рациона питания были исключены кобальт, медь и марганец. Отмечалось также снижение в крови альдолазы и слаловой кислоты, что может служить подтверждением угнетения наиболее реактогенной группировки веществ среди глюкопротеидов;
в) процессы тканевого дыхания как на основные показатели окислительно-восстановительных реакций в организме, играющие важную роль в поддержании реактивности.
Исключение из рациона питания животных кобальта, меди и марганца (в отдельности и особенно в различных сочетаниях) обусловливало резкое снижение процессов тканевого дыхания в мышцах, а особенно выраженное в тканях головного мозга и печени. Аналогичным образом отмечены и изменения соответствующих дыхательных коэффициентов;
г) содержание белка и его фракций, аминокислотного состава и нуклеиновых кислот как на основные показатели, обеспечивающие специфические процессы реактивности организма. Это имело отражение в резком снижении гамма-глобулина, а также изменении количественных соотношений альбуминовых и глобулиновых фракций белка сыворотки крови, изменении соотношений всех 15 идентифицированных свободных аминокислот сыворотки крови, а также резком дефиците незаменимых аминокислот и стабильном снижении содержания нуклеиновых кислот в крови почти у всех подопытных групп животных;
д) состояние тканей и органов как морфологического субстрата, обеспечивающего материальную основу реактивности организма.
При содержании животных на пищевом рационе с недостатком микроэлементов меди, марганца и кобальта и их сочетаний возникают дистрофические изменения в печени, почках, желудке, селезенке, сочетающиеся с угнетением процессов регенерации в этих же органах.
Учитывая наличие геохимических провинций с дефицитом кобальта, меди и марганца и результаты экспериментальных исследований влияния пищевого рациона с дефицитом вышеуказанных микроэлементов на основные показатели реактивности организма, автором рассмотрена возможность корреляционной связи между содержанием этих микроэлементов в различных типах почвы и заболеваемостью населения данной местности.
3. Характеристика заболеваемости населения, проживающего в некоторых почвенных зонах
Для уточнения биологической роли микроэлементов изучен уровень ряда заболеваний в различных почвенных зонах, в этнопатогенезе которых изучаемым микроэлементам принадлежит определенная роль.
При сравнении различных почвенных зон между собой в отношении заболеваемости проживающего там населения было установлено наличие обратной значительной связи между содержанием изученных микроэлементов (медь, марганец, кобальт) в окружающей среде и показателями уровня заболеваемости кроветворных органов.
Так, например, наибольшая частота указанных болезней зарегистрирована в зоне луговой почвы (1047,5 на 10000 населения), причем по заболеваемости болезнями кроветворных органов эта зона резко отличается от всех остальных изученных зон.
Максимальный показатель по классу болезней кроветворных органов приходится на зону луговой почвы и он в 7,4 раза превышает минимальный показатель, наблюдающийся в сероземной почве.
Необходимо указать, что степень различий заболеваемости населения, проживающего в зонах сероземной почвы и луговой, болезнями кроветворных органов согласуется со степенью различий между содержанием изученных микроэлементов в почве и, особенно, в отношении меди и кобальта, содержание которых различается в указанных двух зонах в 7,44 раза, а кобальта — в 6,5 раз.
Второе и третье места по заболеваемости населения болезнями кроветворных органов занимают зоны желтоземной (429,36) и песчаной почвы (308,1). Эти природно-географические зоны также значительно отличаются от сероземной зоны (в 3,0 и 2,1 раза).
В указанных двух зонах при сравнении содержания микроэлементов в почве с сероземной зоной отмечаются также определенные различия между вышеназванными зонами, но в меньшей степени, чем в зоне с луговой почвой.
В основном в сравниваемых почвенных зонах существует обратная корреляция между уровнем заболеваемости населения болезнями кроветворных органов и содержанием микроэлементов в окружающей среде.
По классу болезней системы кровообращения на первое место среди изученных зон также выдвигается зона луговой почвы (580,3), уровень заболеваемости населения в которой в 3,5 раза выше, чем в зонах сероземной и каштановой почв, имеющих наименьшие показатели по указанному классу болезней (165,4 и 163,1).
Зоны желтоземной и песчаной почв по уровню заболеваемости населения болезнями системы кровообращения, так же, как и по содержанию микроэлементов, незначительно различаются между собой и от зоны луговой почвы и занимают соответственно 2-ое и 3-е места среди изученных почвенных зон (512,2 и 479,2).
Уровень заболеваемости населения болезнями системы кровообращения, так же, как и болезнями кроветворных органов, имеет обратную корреляцию с содержанием микроэлементов в окружающей среде в изученных зонах.
При рассмотрении заболеваемости населения по классу болезней эндокринной системы, расстройства питания и нарушений обмена веществ обнаружено, что среди изученных зон первое место принадлежит также зоне луговой почвы (150,7), где уровень заболеваемости превышает минимальный показатель зоны сероземной почвы в 3,8 раза. Минимальный показатель по этому классу болезней, приходящийся на зону сероземной почвы, равен 17,6. Зоны желтоземной и песчаной почвы имеют почти одинаковый уровень заболеваемости по указанному классу (117,1 и 114,6) и занимают 2-ое и 3-е места среди изученных зон.
Промежуточное положение по частоте заболеваемости болезнями эндокринной системы, расстройства питания и нарушений обмена веществ занимает зона каштановой почвы.
Если сравнить зоны луговой почвы и сероземной почвы по частоте заболеваемости населения болезнями эндокринной системы, расстройства питания и нарушений обмена веществ, а также по содержанию микроэлементов меди, кобальта и марганца в почве, то выявляется рельефная картина обратной корреляции: в зоне, где отмечается высокий уровень заболеваемости, имеет место наименьшее содержание микроэлементов в различных объектах окружающей среды (луговая почва по содержанию меди и кобальта занимает 5-ое место среди остальных зон, по содержанию марганца — 4-ое, а сероземная почва по содержанию всех изученных микроэлементов занимает первое место).
Для суждения о связи заболеваемости с содержанием изучаемых микроэлементов в почве были вычислены коэффициенты парной корреляции указанных показателей и определены доверительные интервалы (с вероятностью Р = 0,9545) частоты заболевания и содержания микроэлементов в почве разных зон.
Как видно из таблицы при сопоставлении результатов корреляционного анализа обращает на себя внимание очень большая обратная связь частоты заболеваний эндокринной системы с дефицитом содержания в почве кобальта (r +/- Sr = -0,94 +/- 0,015), марганца (r +/- Sr = 0,94 +/- 0,015) и меди (r +/- Sr = -0,95 +/- 0,015).
В РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ПОЧВЫ И ЗАБОЛЕВАЕМОСТЬЮ НАСЕЛЕНИЯ
| Тип почв | Содержание в почве подвижных форм, мг/кг | Болезни эндокринной системы, расстройства питания и нарушения обмена веществ | Болезни системы кровообращения | Болезни кроветворных органов | |||||
| кобальт | медь | марганец | на 10000 нас. | корреляция | на 10000 нас. | корреляция | на 10000 нас. | корреляция | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Сероземная Каштановая Желтоземная Песчаная Луговая | 3,9 2,3 4,45 0,7 0,6 | 3,35 2,0 0,53 0,65 0,45 | 22,0 15,5 4,7 6,8 6,1 | 17,63 56,16 114,58 117,10 150,72 | с кобальтом — 0,94 +/- 0,029 с медью — 0,95 +/- 0,024 r +/- Sr с марганцем — 0,94 +/- 0,02 | 165,45 163,14 512,24 479,20 580,27 | с марганцем — 0,81 +/- 0,08 с кобальтом — 0,91 +/- 0,02 r +/- Sr с медью — 0,78 +/- 0,05 | 141,29 213,14 429,36 368,1 1047,50 | с кобальтом — 0,59 +/- 0,08 с медью — 0,58 +/- 0,08 r +/- Sr с марганцем — 0,58 +/- 0,08 |
Очень сильная обратная связь также выявлена между заболеваниями системы кровообращения и дефицитом кобальта r +/- Sr = -0,91 +/- 0,02 и сильная — с дефицитом марганца и меди (r +/- Sr = -0,81 +/- 0,08; -0,78 +/- 0,05).
(На 3-ем месте по тесноте связи с дефицитом микроэлементов.) Выявлена умеренная обратная связь между содержанием кобальта, меди и марганца и заболеваемостью кроветворных органов, равная соответственно r +/- Sr = -0,59 +/- 0,08; -0,58 +/- 0,08; -0,58 +/- 0,08.
Таким образом, результаты натурных и экспериментальных исследований доказывают, что дефицит кобальта, меди и марганца в объектах окружающей среды, отрицательно влияя на общую реактивность организма, вызывает специфические патологические изменения в виде болезней эндокринной системы, кроветворных органов, системы кровообращения и нарушений обмена веществ.
Поэтому в выявленных геохимических провинциях с дефицитом микроэлементов в почве требуется проведение ряда мероприятий, направленных на оздоровление окружающей среды.
4. Оптимизация содержания микроэлементов в окружающей среде
Выявленный дефицит кобальта, меди и марганца требует осуществления комплексных мероприятий по оптимизации их количества в объектах окружающей среды и регулированию поступления в организм с растительными продуктами.
Исходя из данных содержания микроэлементов в почвах и растениях, можно заключить, что наиболее рационально эти мероприятия могут осуществляться путем внесения недостающих микроэлементов в комплексе с минеральными удобрениями.
Проведенные исследования в этой области подтверждают высокую эффективность микроудобрений в сельском хозяйстве. Еще более высокие урожаи получены путем обогащения суперфосфатных и других макроудобрений микроэлементами.
В настоящее время в растениеводстве применяются промышленные отходы, содержащие различные микроэлементы.
При смешивании в различных соотношениях отходов промышленного производства (йодного, сернокислого и электролампового) были получены полимикроудобрения.
Органическо-минеральное микроудобрение, разработанное авторами, представляет собой зернистую массу черного цвета, мало растворимую в воде (25 — 30%).
В состав этого удобрения входят 14,5% марганца, 1,6% меди, 1,8% цинка, 1,2% бора, 0,8% йода, 0,6% молибдена и 0,25% кобальта. Это микроудобрение предлагается вносить в виде хорошо перемешанной смеси с обычными удобрениями в период перед набуханием или цветением растений. Количество микроудобрений для различных культур из расчета на 1 га составляет:
зерна - 20 - 25 кг, овощей - 45 - 50 кг, чая - 30 - 35 кг, кукурузы - 35 - 40 кг, свеклы - 40 - 50 кг.
На основании многолетних исследований нами было установлено, что при использовании этого удобрения можно получить дополнительно до 4,1 — 7,7 центнера с гектара хлопка, 2,8 — 5 ц/га пшеницы, 45 — 50 ц/га капусты, 5,3 — 12,3 ц/га салата, 24 — 47 ц/га свеклы и 1,7 — 3,2 ц/га листьев зеленого чая. Одновременно при этом происходит обогащение растений микроэлементами.
Широкое применение микроэлементов в сельском хозяйстве могло бы получить еще большее распространение, если бы учитывали соотношения микроэлементов в полимикроудобрениях из промышленных отходов и содержание их в почве, в которую вносятся удобрения.
Поэтому необходимо оптимизировать соотношение микроэлементов в минеральных микроудобрениях, применяемых в сельском хозяйстве, т.к. ежегодно из почвы растениями выносится большое количество микроэлементов, в том числе, кобальта, меди и марганца, в результате чего отмечается комплексный дефицит меди, марганца и кобальта. Последнее наиболее характерно для луговых, желтоземных и песчаных почв.
Для создания оптимальных соотношений содержания микроэлементов в почве необходимо обогащение минеральных макроудобрений марганцем, медью и кобальтом в соотношении 4:2:1 с таким расчетом, чтобы обеспечить внесение на 1 га почвы 4 кг марганца, 2 кг меди и 1 кг кобальта в течение года. При таком обогащении почвы микроэлементами содержание кобальта и меди и почвах будет близким к содержанию их в геохимических провинциях, где наблюдается наименьшее количество случаев изучаемых заболеваний среди населения.
Учитывая результаты проведенных исследований по содержанию микроэлементов в растительных продуктах, можно принять, что в течение одного вегетационного периода с растительными продуктами с 1-го га каштановой почвы выносится около 1 кг марганца, 300,0 г меди и 15 г кобальта. Поэтому в дальнейшем по мере выноса микроэлементов растениями необходимо повторное обогащение почвы этими элементами в количестве 25% от первично внесенной дозы.
Таким образом, использование в вышеприведенных соотношениях обогащенных микроэлементами суперфосфатных и других микроудобрений позволит обеспечить оптимальное поступление этих ингредиентов в растения, продукты питания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для гигиенической оценки дефицита микроэлементов в почве и оптимизации их содержания в объектах окружающей среды в результате проведенных исследований может быть рекомендовано:
I. Проведение комплекса исследований, включающих:
1. Установление содержания микроэлементов в различных типах почв и в растениях и корреляция этих показателей.
2. Изучение влияния пищевого рациона с дефицитом микроэлементов на показатели реактивности организма в экспериментальных условиях.
В этом разделе исследований эксперименты проводятся с использованием искусственного пищевого рациона, позволяющего исключить из солевой смеси изученные микроэлементы. Информативным являются: гематологические показатели реактивности организма, состояние основных ферментативных показателей системы крови, обеспечивающие ранние этапы механизма становления реактивности, показатели тканевого дыхания, содержание белка, его фракций, аминокислотного состава и нуклеиновых кислот и морфологические показатели.
3. Изучение заболеваемости населения, проживающего в почвенных зонах с дефицитом микроэлементов.
II. Проведение мероприятий, обеспечивающих достаточный уровень поступления в окружающую среду микроэлементов: марганца, кобальта и меди, путем оптимизации содержания микроэлементов в почве.
1. При наличии дефицита микроэлементов марганца, меди и кобальта в почвах рекомендуется обогащение почвы этими микроэлементами из расчета на 1 га 4,0 кг марганца, 2,0 кг меди и 1,0 кг кобальта в комплексе с минеральными удобрениями. В последующие годы по мере выноса микроэлементов растениями проводить повторное обогащение.
2. Для осуществления этого необходимы агрохимический контроль, рационализация методики их применения, обеспечение колхозов и совхозов специальными микроудобрениями, отвечающими конкретной задаче ликвидации дефицита того или иного микроэлемента. Этому должно предшествовать:
а) выявление содержания микроэлементов в почве и составление детальных агрохимических карт;
б) выбор методики применения микроудобрений, исходя из почвенно-климатических особенностей.
3. Проведение выборочного лабораторного контроля за содержанием основного перечня микроэлементов в объектах окружающей среды и в пищевых продуктах должно осуществляться органами сапэпидслужбы. При этом необходимо сравнивать найденное количество с ориентировочной нормой этих элементов в суточном рационе. Наряду с картографией указанных сведений, пользуясь медико-географическим методом изучения, следует выявить и учитывать те формы заболеваний, в этнопатогенезе которых определенная роль принадлежит дефициту или же избытку тех или иных микроэлементов. При осуществлении лабораторного контроля следует уделять внимание случаям передозировки микроудобрений или комплексных минеральных удобрений, так как избыточное содержание микроэлементов в почве и растительности может оказать неблагоприятное влияние как на самоочищающую способность почвы, так и на организм — через растительные пищевые продукты.
III. Руководствуясь рекомендациями секции гигиены почвы при проблемной комиссии «Научные основы гигиены населенных мест» и результатами научных исследований специалистам НИИ и кафедрам коммунальной гигиены рекомендуется проведение исследований по гигиеническому нормированию микроэлементов в почве и в растительных пищевых продуктах.
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ
Определение подвижных форм микроэлементов в карбонатных и некарбонатных почвах
Принцип метода. Ионообменные и слабокислотнорастворимые формы микроэлементов Cu, Mn, Zn, Co, В и Мо извлекаются из почвы путем обработки ее 1 н раствором азотнокислого калия (KNO ), pH среды
3
которого равняется 3,0 (соотношение почвы к раствору 1:10). В полученной вытяжке определяются все упомянутые выше 6
микроэлементов в отдельности.
При исследовании некарбонатных почв раствор азотнокислого калия (1 н KNO , pH 3) применяется для обработки почв без
3
изменения. При исследовании же карбонатных почв к раствору 1 н азотнокислого калия при pH 3 добавляется эквивалентное количество азотной кислоты соответственно количеству карбонатов в почвенной
навеске.
Вычисление количества азотной кислоты, требуемой на нейтрализацию CaCO , содержащейся в почвенной навеске,
3
производится согласно протекающему при этом химическому процессу:
CaCO + 2HNO = Ca(NO ) + H O + CO . 3 3 3 2 2 2 В этом процессе 100 г CaCO (грамм-молекула) соответствует
3
125 г (грамм-молекула) азотной кислоты, а одному грамму CaCO 3
соответствует 1,26 г азотной кислоты. Предположим, что в
исследуемой почве содержание карбонатов равняется 15%, тогда в
40 г почвы, взятой для получения вытяжки, количество CaCO будет
(15 х 40) 3
равняться 6 г ---------, для полной нейтрализации которой
(100)
требуется 6,56 г (1,26 х 6) азотной кислоты. Таким образом, найденное количество 7,56 г азотной кислоты дополнительно добавляется к 400 мл 1 н раствора азотнокислого калия при pH = 3
для обработки 40 г почвы.
Подготовка почвы к анализу. Из образца почвы весом 0,5 — 1,0 кг приготовляют среднюю пробу около 200 — 300 г. Для этого пробу воздушно-сухой почвы, просеянную через сито с отверстиями 1 мм, расстилают на бумаге тонким слоем в виде прямоугольника (слой должен быть равномерным). Затем квадрат делят шпателем по диагонали на четыре части, из каждой части берут по одной половине и смешивают, помещают в коробку (или завертывают в бумагу). В дальнейшем из этого образца берут необходимое количество почвы и готовят вытяжку для определения подвижных форм микроэлементов.
Приготовление 1 н KNO , pH 3. 101 г химически чистой соли 3
азотнокислого калия помещают в 1-литровую колбу, заливают около 600 мл дистиллированной воды и растворяют. Затем к нему добавляют 3,3 мл азотной кислоты (удельный вес - 1,4). Содержимое колбы перемешивают и доводят до метки дистиллированной водой, pH такого раствора равняется 3. Этот раствор пригоден для приготовления
вытяжки из некарбонатных почв.
Для приготовления вытяжки из карбонатных почв используется этот же однонормальный раствор KNO pH = 3, лишь с добавлением к
3
нему дополнительно эквивалентного количества азотной кислоты, соответственно содержащемуся CaCO в почвенной навеске (вычисление
3
количества кислоты см. выше).
Приготовление вытяжки из некарбонатной почвы
1. Навеску 40 г воздушно-сухой почвы, просеянной через сито с отверстиями в 1 мм, помещают в коническую колбу емкостью 450 — 500 мл. 2. В колбу с почвой приливают 400 мл 1 н раствора азотнокислого калия pH 3 и взбалтывают в течение 1 часа. 3. Жидкость с почвой фильтруют через складчатый (беззольный) фильтр в чистую колбу, затем весь фильтрат переносят в фарфоровую чашку объемом 500 мл, колбу споласкивают дистиллятом. Если вытяжка (фильтрат) окажется прозрачной, ограничиваются упариванием ее до объема 190 — 195 мл, затем переносят в 200 мл мерную колбочку и доводят дистиллированной водой до метки. В случае же окрашенной вытяжки в чашку с фильтратом добавляют 4,5 — 5 мл (если вытяжка сильно окрашена — 10 — 12 мл) 30% перекиси водорода и 3,5 — 4 мл концентрированной азотной кислоты, затем раствор, нагревая, упаривают досуха. Сухой остаток растворяют примерно в 100 мл дистиллированной воды и переносят в мерную колбочку на 200 мл, споласкивая чашку дистиллятом несколько раз, доливают колбочку до метки. Из приготовленной прозрачной вытяжки берут необходимое количество для определения подвижных форм микроэлементов в отдельности с сопровождением контрольным опытом (свидетель).
Приготовление вытяжки из карбонатных почв и определение в ней микроэлементов производится таким образом, как и при некарбонатных почвах, только с тем различием, что при обработке почвы к 400 мл 1 н KNO pH = 3, взятой для обработки 40 г почвы,
3
добавляется установленное количество азотной кислоты, соответственно содержанию CaCO в 40 г почвенной навески.
3
Определение микроэлементов
Определение подвижных форм микроэлементов в почвенной вытяжке по предложенному методу производится фотоэлектроколориметрическим способом.
Марганец определяется персульфатным, медь — диэтилдитиокарбоматным, кобальт — нитрозо-R-солью, молибден — роданидным, цинк — дитизоновым, бор — карминным или йодометрическим методами.
Вычисление результатов анализа производится по градуированному графику, составленному для каждого элемента на основе показателей барабана фотоэлектроколориметра или колориметрировании образцовых стандартных растворов. Каждая серия анализа должна иметь контрольное определение (свидетель), окончательное вычисление производится за вычетом показаний контрольного определения (свидетель) в мг на 1 кг почвы.
Если колориметрирование производится методом сравнения, т.е. определяют оптическую плотность исследуемого и образцового растворов, то вычисление результатов производится по формуле:
А х С х 1000
1
------------- = Мэ в миллиграммах на 1 кг почвы. А Н
А — оптическая плотность исследуемого раствора;
А — оптическая плотность образцового раствора; 1
С — концентрация элемента в образцовом растворе в 1 мг, (0,1 мг Ms в 1 мл);
1000 — для перевода искомого элемента на 1 кг.
Определение подвижного марганца
1. <a id="p100158"></a>Из приготовленной вытяжки берут 10 мл, помещают в стаканчик
емкостью 50 мл, к нему приливают 0,3 мл H SO , 0,5 мл 85% H PO и
2 4 3 4
2 мл 1% раствора AgNO (а в вытяжке из засоленных почв -
3
5 — 8 мл), если при этом появляется муть, жидкость фильтруют (это наблюдается в вытяжках засоленных почв).
2. Стаканчик с жидкостью нагревают, и в горячую жидкость прибавляют в 2 — 3 приема соль персульфата аммония (около 0,8 — 0,9 г) и кипятят в течение 2 мин. При этом, если имеется марганец, жидкость приобретает розовую окраску.
3. После охлаждения жидкость переносят в 25 мл колбочку и доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают жидкость в колбе и колориметрируют зеленым фильтром.
4. При колориметрировании сравнивают окраску испытуемого раствора с окраской стандартного, содержащего 1,2 — 3 мл образцового раствора, разведенного в объеме 25 мл. Содержание подвижного марганца вычисляют в мг на 1 кг воздушно-сухой почвы.
Приготовление образцового раствора
1. <a id="p100163"></a>Из 0,1 н раствора KMnO берут 91 мл, помещают в чистую
4
посуду емкостью 500 мл, разбавляют до 300 — 350 мл дистиллированной водой (дважды перегнанной).
2. <a id="p100164"></a>К нему приливают по стенкам стакана 20 мл H SO удельного
2 4
веса 1,84, осторожно перемешивают жидкость и прибавляют по каплям
10-процентный раствор сульфита натрия (Na SO ) до наступления
2 3
обесцвечивания.
3. <a id="p100165"></a>Прозрачный раствор кипятят до исчезновения запаха SO ,
2
охлаждают, переносят в 1 л колбу и разбавляют дважды перегнанной H O. В 1 мл такого раствора содержится 0,1 мг двухвалентного 2 +2 марганца (Mn ).
4. <a id="p100166"></a>Для приготовления серии эталонных растворов берут из
образцового раствора по 1, 2, 3, 5, 8, 10, 12, 13, 15, 18, 20 мл, помещают в химические стаканы емкостью 50 мл, затем приливают
в каждый стакан бидистиллят до объема 20 мл, после чего прибавляют
0,5 мл H PO и 0,5 мл 1-процентного раствора AgNO , нагревают и
3 4 3
вносят порциями по 1 - 2,5 мл персульфат аммония, кипятят.
Охлажденный раствор переносят в колбу емкостью 25 мл, доводят до
метки бидистиллятом, хорошо перемешивают и колориметрируют зеленым фильтром. На основании полученных данных составляют график.
1. <a id="p100168"></a>Х.ч. серная кислота (H SO ), удельный вес 1,84. Кислота не
2 4
должна содержать в себе восстановителей.
2. <a id="p100169"></a>Х.ч. азотная кислота (HNO ), удельный вес 1,4. Кислота не
3
должна содержать HNO . 2
3. <a id="p100170"></a>Х.ч. H PO , удельный вес 1,7.
3 4
4. <a id="p100171"></a>1-процентный раствор AgNO .
3
5. Персульфат (надсернокислая соль) аммония, калия или натрия.
Определение подвижной меди
1. 15 мл вытяжки поместить в мерный цилиндр емкостью 25 — 50 мл, к нему добавляют 5 мл 5-процентного раствора цитрата аммония, 1 — 2 капли фенолфталеина и 2 мл свежеприготовленного 10-процентного раствора трилона «Б». Жидкость встряхивают, если раствор не приобретает розовой окраски, его нейтрализуют аммиаком до появления слабо-розовой окраски.
2. <a id="p100175"></a>К слабо-розовой жидкости приливают 5 мл
свежеприготовленного 0,2-процентного раствора диэтилдитиокарбомата натрия и 5 мл четыреххлористого углерода (CCl ). Жидкость в 4 цилиндре встряхивают в течение 5-ти минут и оставляют до отделения фаз. Из нижнего слоя (фаза CCl ) со дна берут пипеткой около 3 мл, 4 помещают в кювету и колориметрируют с зеленым фильтром (при наличии меди жидкость должна быть слабо-желтого цвета).
Образцовый раствор для меди. Берут 0,1964 г чистых кристаллов CuSO , растворяют в 300 мл дистиллированной воды, доводят раствор
4
в мерной колбе емкостью 500 мл этой же водой до метки и перемешивают.
Это будет исходный образцовый раствор с содержанием 0,1 мг меди (Cu) в 1 мл.
Эталонные растворы приготовляют из рабочего образцового раствора. Для этого берут 10 мл исходного образцового раствора, помещают в мерную колбу емкостью 1 литр, подкисляют серной кислотой, доводят до метки дистиллированной водой и получают рабочий образцовый раствор с содержанием 0,001 мг меди (Cu) в 1 мл.
Для приготовления серии эталонных растворов отмеривают (микробюреткой) 5, 10, 20, 30, 40, 50 мл рабочего раствора в делительную воронку в отдельности, к ним прибавляют 1 мл 20-процентного раствора цитрата аммония и 5 мл 20-процентного аммиака (из расчета на каждые 20 мл раствора), затем приливают 1 мл 0,1-процентного водного раствора диэтилдитиокарбомата натрия, воронку встряхивают и приливают 5 мл четыреххлористого углерода, после чего воронку снова встряхивают 1 минуту и после отделения фаз сливают нижнюю часть (окрашенный четыреххлористый углерод) в пробирку с притертой пробкой. К раствору, оставшемуся в воронке, прибавляют 3 мл четыреххлористого углерода, сильно встряхивают и после отстаивания нижнего слоя сливают в эту же пробирку. Полученный окрашенный раствор доводят чистым раствором четыреххлористого углерода до определенного объема, после чего его колориметрируют и показатель используют для составления графика или для сравнения с испытуемым раствором.
1. <a id="p100181"></a>0,2-процентный водный раствор х.ч. диэтилдитиокарбомата
натрия (C H ) N-CS-SNa. Этот раствор теряет пригодность для 2 5 2 анализа через 5 — 6 дней, поэтому его приготовляют в небольшом количестве.
После растворения соли диэтилдитиокарбомата натрия в воде раствор отфильтровывают в делительную воронку, а затем к нему прибавляют 2 мл четыреххлористого углерода и встряхивают. После отделения фаз нижний слой сливают и отбрасывают, а верхний слой сливают в чистую посуду для использования в анализе.
2. <a id="p100183"></a>Четыреххлористый углерод (CCl ) - это органический
4
растворитель. Все работы с этим растворителем следует проводить в вытяжном шкафу.
3. <a id="p100184"></a>1-процентный р-р фенолфталеина на спирте.
4. <a id="p100185"></a>10-процентный раствор трилона "Б" - этот раствор
приготовляют накануне анализа.
5. <a id="p100186"></a>Х.ч. HCl, удельный вес 1,19, очищенная.
6. <a id="p100187"></a>Х.ч. H SO , удельный вес 1,84, проверенная на содержание
2 4
меди.
7. <a id="p100188"></a>20-процентный раствор лимоннокислого аммония, очищенный
дитизоном.
8. <a id="p100189"></a>5-процентный раствор ацетата натрия или аммония, очищенный
дитизоном.
Определение подвижного кобальта
1. <a id="p100191"></a>Из вытяжек берут по 25 мл, помещают в химический стакан,
ставят на плитку и выпаривают до половины объема. Горячий раствор подкисляют добавлением 5 капель HNO (концентрированная).
3
2. <a id="p100192"></a>К подкисленному раствору приливают понемногу 1 н раствор
KMnO до появления слабо-розового цвета. Затем к горячему раствору 4 прибавляют 0,3 г цитрата натрия и 0,3 г ацетата натрия, приливают 1,0 мл 1-процентного свежеприготовленного раствора нитрозо-R-соли.
3. <a id="p100194"></a>Стакан с жидкостью снимают с плитки и к раствору
приливают 3 мл смеси кислот (1 часть HNO + 5 частей H PO ),
3 3 4
охлаждают, переносят в колбу или в цилиндр емкостью 25 мл и
доводят до метки дистиллированной водой, после чего жидкость
перемешивают и колориметрируют с синим фильтром. Содержание
подвижного кобальта вычисляют в мг на 1 кг воздушно-сухой почвы.
Приготовление образцового раствора и эталонные растворы
1. 0,4700 г сульфата кобальта, прокаленного при температуре 600 °C, помещают в литровую мерную колбу, растворяют в дистилляте, подкисляют серной кислотой (2 — 3 капли) и доводят дистиллированной водой до метки. Приготовленный таким образом раствор является исходным образцовым раствором с содержанием 0,1 мг Co в 1 мл. Для приготовления рабочего образцового раствора берут 1 мл исходного раствора, помещают в 100 мл колбу и доводят водой до метки. В 1 мл этого раствора содержится 0,001 мг Co.
2. Для эталонных растворов из рабочего образцового раствора берут 1, 2, 3, 5, 8, 10, 15 мл, помещают в стакан емкостью 500 мл, затем добавляют в каждый стакан дистиллята до объема 20 мл. Дальнейшие процедуры должны быть такими же, как при определении кобальта в испытуемых вытяжках.
1. <a id="p100199"></a>0,01-процентный раствор KMnO . Берут 3,7 г соли,
4
марганцевокислого калия, помещают в литровую мерную колбу, растворяют в дистилляте и доводят водой до метки.
2. <a id="p100200"></a>Смесь кислот. К 5 мл 85-процентного H PO приливают 1 мл
3 4
концентрированной азотной кислоты.
3. 1-процентный раствор нитрозо-R-соли. Берут 1 г нитрозо-R-соли, помещают в колбу емкостью 100 мл, добавляют дистиллят, растворяют и доводят водой до метки.
4. Азотная кислота, удельный вес 1,4.