On carcinogenic hydrocarbons in soils of the Soviet Union

Full Text

При изучении вопросов о загрязнении внешней среды каким-либо широко распространенным повреждающим агентом (радиоактивные вещества, пестициды, различные другие химические соединения) исследователи неизбежно обращаются к изучению загрязнения этим агентом почвы. Так было и с канцерогенными полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ). После обнаружения этих веществ в атмосферном воздухе городов были проведены исследования, направленные на их индикацию в почве. Вслед за работой Л. М. Шабада и П. П. Дикуна (1959), обнаруживших один из наиболее устойчивых во внешней среде канцерогенных ПАУ — бенз(а)пирен (БП) в почве Ленинграда, появились исследования ряда зарубежных авторов, которые также нашли БП в образцах почв, собранных в различных странах: в США [5], Чехословакии [14], Франции [13], ФРГ [6, 7] и т. д. Концентрации БП в исследованиях этих авторов колебались от 0,5—40 мкг/кг почвы (ФРГ, район Дармштадта и Боденского озера [6, 7]) до 40—1300 мкг/кг (США, штаты Коннектикут и Массачусетс [5]).

С 1964 г. систематическим изучением загрязненности различных почв БП и судьбы поступившего в почву канцерогенного углеводорода занималась лаборатория профилактики канцерогенных воздействии (зав. — акад. АМН СССР проф. Л. М. Шабад) Института экспериментальной и клинической онкологии АМН СССР.

Проведенные исследования позволили сопоставить уровень загрязненности канцерогенными углеводородами почвы крупного современного города и его пригородов, выявить роль некоторых промышленных предприятий в загрязнении почвы этими веществами и некоторые новые источники загрязнения почвы канцерогенными ПАУ, проследить их распределение в почве, а также изучить роль почвенных микроорганизмов в разрушении БП и других канцерогенных углеводородов, поступивших в почву.

Результаты этих исследований изложены в соответствующих публикациях [1, 4 и др.]. Здесь же представляется целесообразным указать на некоторые источники загрязнения почвы канцерогенными углеводородами.

1. Атмосферный воздух городов, аккумулирующий выбросы промышленных предприятий, котельных, отопительных приборов жилых домов и т. п., а также выхлопные газы автомобилей и некоторых других источников ПАУ. Из атмосферного воздуха загрязнения поступают на землю, создавая определенный «фоновый» уровень канцерогенных углеводородов в почве города. В различных районах города уровень загрязнения может отличаться от «фонового», колебаться в значительных пределах: например, в районах новой застройки Москвы содержание БП в почве составляло 104,5 мкг/кг, в зоне старой застройки — 268,5—346,5 мкг/кг- В свою очередь в пригородных районах «фоновое» содержание БП ниже, чем в городе: в пригородах Москвы оно составляет около 70 мкг/кг.
2. Промышленные предприятия, интенсивно загрязняющие воздух канцерогенными веществами и определяющие в некоторых случаях необычайно высокое локальное загрязнение почвы (например, в районе завода «Нефтегаз» — до 191100 мкг/кг БП).
3. Все транспортные средства (автомобили, тракторы, паровозы, тепловозы и т. д.), использующие в качестве топлива горючие ископаемые или продукты их переработки.
4. Различные хранилища продуктов пирогенетической переработки горючих ископаемых в случае нарушения правил хранения.

Наконец, в самое последнее время была выявлена роль авиации [2, 3]. Оказалось, что двигатели самолетов во время работы выбрасывают значительные количества канцерогенных углеводородов, в том числе БП. В свою очередь это приводит к увеличению содержания (в десятки и сотни раз) канцерогенных ПАУ в воздухе и почве аэродромов.

Еще одним источником загрязнения почвы канцерогенными углеводородами является применение в народном хозяйстве некоторых препаратов, непосредственно вносимых в почву и содержащих канцерогенные ПАУ. Одним из таких препаратов является нэрозин — эффективное средство борьбы с ветровой эрозией, содержащее значительные количества БП и других канцерогенных ПАУ.

Уже этот перечень показывает, что в настоящее время известен ряд источников загрязнения почвы канцерогенными углеводородами и что наши знания в этой области продолжают расширяться.

Вместе с тем в проблеме загрязнения почвы канцерогенными ПАУ имеется еще ряд нерешенных вопросов. Одним из них, граничащим с вопросом об источниках загрязнения почвы канцерогенными углеводородами, является вопрос об уровне этих веществ в почве, не загрязненной какими-либо выбросами в окружающую человека среду. Он представляется важным прежде всего для установления «фонового» уровня канцерогенных углеводородов в районах, где отсутствуют известные источники загрязнения почвы этими веществами, а также для разработки критерия загрязненности почвы канцерогенными ПАУ в том или ином районе. Хотя этот вопрос пытались в свое время решить некоторые из цитированных выше авторов, он остался нерешенным, так как полученные ими результаты отличаются в сотни и тысячи раз. В известной мере это определяется трудностями, возникающими в промышленно развитых странах Европы и США при выборе участков, не подвергавшихся влиянию каких-либо известных источников канцерогенных ПАУ. Просторы Советского Союза представляют большие возможности выбора в сельской местности участков, практически не- загрязняющихся канцерогенными ПАУ, или, если сказать более осторожно, для которых не удается установить источников загрязнения канцерогенными ПАУ, связанных с деятельностью человека. Целью настоящего исследования явилось изучение уровня БП ¹) в почве районов, расположенных вдали от каких-либо известных источников канцерогенных углеводородов. В соответствии с этой целью было отобрано около 300 проб почвы (в основном с глубины 0—10 см). Пробы отбирали в ряде областей европейской части РСФСР и Украины, в Эстонской и Казахской ССР, а также в республиках Средней Азии (Узбекистан и Таджикистан). Параллельно с отбором проб почвы в ряде мест отбирали образцы произраставшей на ней растительности с целью сопоставления уровней их загрязненности БП. Отобранные пробы высушивали до воздушно-сухого состояния. Навески высушенной почвы и растительности экстрагировали перегнанным бензолом в аппаратах Сокслета. Образцы растительности после экстракции подвергали хроматографическому фракционированию на колонке с окисью алюминия. В полученных экстрактах количественное определение БП производили спектрально-люминесцентным методом, основанным на эффекте Шпольского (получение квазилинейчатых спектров в нормальных парафинах при температуре—196°С), в модификации А. Я. Хесиной. Полученные усредненные результаты представлены в таблице.

Из таблицы видно, что БП содержится во всех изученных образцах почвы, вместе с тем ни в одной из исследованных проб концентрация БП не превышает 10 мкг/кг почвы, подавляющая же часть проб содержит БП в количестве около 1 мкг/кг. Это значительно меньше, чем в образцах почвы, изучавшихся в Чехословакии [14], США [5] и Франции [13]. Лишь результаты немецких авторов [6, 7] приближаются к нашим данным. Мы полагаем, что концентрации БП, равные 5—10 мкг/кг почвы, позволяют предположить отсутствие сколько-нибудь значительного экзогенного загрязнения почвы БП, концентрации же этого вещества в пределах 1—2 мкг/кг с несомненностью свидетельствуют об этом (83% проб содержали менее 3 мкг/кг БП).

При этом необходимо учитывать, что в различных видах почвы может содержаться различное количество БП. Так, в пробах, отобранных в Эстонской ССР, концентрация БП колебалась в пределах 0,67—12,6 мкг/кг почвы. Наименьшее количество БП содержалось в дерново-сильноподзолистой почве (0,67—0,8 мкг/кг), несколько большее — в дерново-среднеподзолистой (2,4—3,0 мкг! кг) и, наконец, наибольшее—в дерново-карбонатной (11,3—12,6 мкг/кг). Однако эти концентрации в общем укладываются в рамки, определенные нами для почв, не подвергавшихся загрязнению канцерогенными ПАУ.

В сельской местности почва загрязнена канцерогенными углеводородами меньше, чем в промышленных районах. Об этом свидетельствует, в частности, сопоставление данных, представленных в настоящей статье, с материалами Н. П. Щербака (1967), изучавшего загрязнение- БП почвы крупного современного города (Москвы). Однако и в сельской местности есть участки локального загрязнения почвы канцерогенными ПАУ, хотя уровень такого загрязнения несравненно ниже. Например, в образцах почвы, отобранных в Калужской области в лесу,, содержание БП было равно 2,1—2,2 мкг/кг, в то же время в почве

огорода одной из близлежащих деревень концентрация БП равнялась 12,8 мкг/кг. В Ферганской области (Узбекская ССР) в 70 км от г. Ферганы в горной местности были отобраны образцы почвы с содержанием БП 0,21—2,5 мкг/кг, в то время как пробы почвы, отобранные на полях -хлопчатника, содержали 4,03—5,34 мкг/кг БП. Наконец, в Московской области в лесу, расположенном недалеко от кольцевой автомобильной дороги и часто посещаемом туристами, концентрация БП в пробах почвы достигала 15,8 и даже 51,4—66,8 мкг/кг, а в образцах почвы, собранных в менее загрязненном месте,— всего 5,0—8,2 мкг/кг.

Кроме изучения содержания БП в верхних слоях почвы, в ряде случаев была предпринята попытка проследить его в более глубоких слоях. Нам не удалось обнаружить какой-либо зависимости в изменении концентрации БП с увеличением глубины, однако сам факт обнаружения его на значительной глубине (2,5 м) в количестве 0,12 мкг/кг заслуживает внимания.

Особый интерес заключается в (сопоставлении содержания БП в почве и в произрастающей на ней растительности. Такое сопоставление позволит определить роль одного из основных источников поступления канцерогенных углеводородов в растительные организмы. Ограниченный объем исследований (всего было изучено 15 образцов различных трав) не позволил выявить какой-либо закономерности. Уровень БП в этих пробах колебался в пределах 1,0—13,7 мкг/кг, причем в 10 пробах он не превышал 10 мкг/кг. Возможно, что различные типы растений могут содержать различные количества БП. Дальнейшие планируемые нами исследования должны внести ясность в этот вопрос.

Из приведенных в данной статье материалов наибольший интерес, по-видимому, представляет тот факт, что не найдено ни одного образца почвы или растительности, в котором отсутствовал бы БП. Даже в пробах, отобранных в местах, позволяющих исключить присутствие каких-либо источников экзогенного поступления канцерогенных углеводородов, постоянно обнаруживался БП.

Этот факт можно расценить двояко. С одной стороны, его можно рассматривать как свидетельство в пользу наличия «нормального уровня» канцерогенных углеводородов [10]. С другой стороны, он может быть связан с широким развитием авиации, которая, как уже указывалось выше, может выбрасывать в атмосферу большие количества БП. Попадая в атмосферу на большой высоте, канцерогенные углеводороды, по-видимому, могут затем опускаться с частицами сгоревшего топлива на землю, загрязняя почву. И хотя такая возможность представляется проблематичной (следует учитывать колоссальные объемы атмосферного воздуха, в которых происходит распределение выбросов самолетов во время полета, а также интенсивное разрушающее действие Уф-лучей на высоте полета и ряд других факторов), все же отбросить ее до специального изучения этого вопроса, очевидно, нельзя.

Более разработанным в настоящее время является первое объяснение факта повсеместного обнаружения БП. В исследованиях Грефа (1966), Грефа, Диля (1966), Борнеффа и соавт. (1968), Кнорра, Шенка (1968) и др. в лабораторных условиях была показана возможность синтеза БП различными организмами: бактериями, водорослями, высшими растениями и т. п. Можно предположить, что подобные процессы происходят и в почве, которая представляет собой сложнейший организм, населенный многочисленными бактериями, простейшими и т. д.

О биологической роли канцерогенных ПАУ в природе (кроме их онкогенных свойств) пока известно немного. Считают, что эти вещества, и в первую очередь БП, играют в природе роль своеобразных «гормонов роста». Добавление малых количеств БП и некоторых других канцерогенных углеводородов к питательной среде для выращивания водорослей, а также высших растений способствовало ускорению их роста и увеличению биомассы [11].

Если канцерогенные ПАУ действительно выполняют функцию «гормонов роста», то естественно предположить наличие природных механизмов регулирования их уровня во внешней среде (в частности, в почве), направленных на поддержание определенных (оптимальных) концентраций этих веществ.

Приведенные соображения носят гипотетический характер, хотя и основываются на определенном фактическом материале. Ближайшее будущее покажет, насколько высказанные в данной статье соображения соответствуют действительности.

Можно, по-видимому, считать установленным, что БП, а следовательно, и другие канцерогенные ПАУ широко распространены в окружающей человека среде. Даже в почвах, для которых не установлен источник экзогенного поступления канцерогенных углеводородов, присутствует БП. Как правило, его концентрация невелика, она не превышает 1—2 мкг/кг почвы. В некоторых случаях (это зависит, очевидно, от вида почвы и ряда других факторов) концентрация БП может достигать 5—10 мкг/кг почвы. Дальнейшие исследования позволят определить происхождение и биологическую роль подобных концентраций канцерогенных углеводородов в почве и других объектах окружающей человека среды.

¹) Мы рассматриваемой, вещество с выраженными канцерогенными свойствами и значительной устойчивостью во внешней среде, как санитарно-показательное (индикаторное) соединение для всей группы канцерогенных ПАУ. Обнаружение БП свидетельствует также о присутствии других канцерогенных углеводородов.

About the authors

L. M. Shabad

Institute of Experimental and Clinical Oncology, USSR Academy of Medical Sciences

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

A. P. Ilnitsky

Institute of Experimental and Clinical Oncology, USSR Academy of Medical Sciences

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

Yu. L. Kogan

Institute of Experimental and Clinical Oncology, USSR Academy of Medical Sciences

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

G. A. Smirnov

Institute of Experimental and Clinical Oncology, USSR Academy of Medical Sciences

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

N. P. Shcherbak

Institute of Experimental and Clinical Oncology, USSR Academy of Medical Sciences

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files