Почва – уникальный, незаменимый компонент агросферы и урбаносферы. Экологическая ценность селитебных и сельскохозяйственных земель традиционно определяется характером эксплуатации и санитарным состоянием их почвы. Согласно «Методическим указаниям МУК» санитарное состояние различных угодий характеризуется «…совокупностью физико-химических и биологических свойств почвы, определяющих качество и степень ее безопасности в эпидемическом и гигиеническом отношениях».
Биобезопасность почвы во многом зависит от изначально присущей ей самоочищающей способности. Именно поверхностный горизонт почвы (5–10÷20 см) является не только основным локусом накопления болезнетворных бактерий, но и местообитанием их антагонистов — свободноживущих сапротрофных микроорганизмов, в том числе целлюлозолитиков, азотфиксаторов, аммонификаторов, нитрификаторов и проч. В 1 г почвы численность микроорганизмов может колебаться от сотен миллионов до нескольких миллиардов пропагул. Окультуривание почвы, как правило, приводит к увеличению в ней численности микроорганизмов.
Наиболее экологически значимыми биотопами для сапротрофных бактерий и грибов являются ризосфера (околокорневая зона) и ризоплана (поверхность корня). Численность и разнообразие ризосферных микроорганизмов на порядки выше в сравнении с почвой корнеобитаемого горизонта. Почвообитающие микроорганизмы (геомикробобионты) – основные консорбенты сложного микробиоценоза почвы. Он характеризуется антагонистическими и симбиотическими взаимоотношениями консорбентов как между собой, так и с иной биотой, включая растения. Аутохтонная (утилизирующая почвенный гумус) микрофлора здоровой природной почвы обладает мощным санирующим действием в отношении большинства патогенных микроорганизмов. Однако нерациональная, непродуманная хозяйственная деятельность часто приводит к нарушению функционирования почвенных микробиоценозов, снижению или даже полному подавлению процессов почвенного самоочищения. В эпидемиологическом плане такая кондуктивная почва становится опасным объектом для экосферы.
Биобезопасность почвы подразумевает ее безвредность в эпидемическом и гигиеническом отношениях для контактирующей с ней биоты, включая человека. Биологическая безопасность почвы изначально зависит от присущей ей природной самоочищающей способности, определяемой совокупностью физико-химических, биохимических и супрессивных свойств; лишенная этой способности кондуктивная почва становится опасной для экосферы.
Проблема биологического загрязнения почвы
Радикально измененные человеком почвы (селитебных и отдельных сельскохозяйственных территорий) принимают на себя колоссальную нагрузку продуктов жизнедеятельности человека и домашних животных. Многие органические отходы производства, зачастую преднамеренно вносимые в почву в качестве местных удобрений (навоз, фекалии, сточные воды), при определенных условиях могут рассматриваться и как экотоксиканты. Отходы жизнедеятельности человека и домашней фауны индуцируют в почве резкое увеличение численности сапротрофных микроорганизмов. Следствием фекального загрязнения почвы является повышенная численность основных представителей микрофлоры кишечника теплокровных организмов. Обычно условно-патогенные представители нормальной кишечной микрофлоры и сопутствующие им патогенные микроорганизмы, изначально попав в почву, постепенно элиминируют из-за отсутствия необходимых пищевых ресурсов для размножения и/или выживания. Однако некоторые представители кишечной микрофлоры могут включаться в микробиоценозы почвы.
Болезнетворные микроорганизмы по срокам выживания в почве классифицируют на три группы:
а) постоянно обитающие – Сlostridium botulinum, Actinomyces spp., возбудители микотоксикозов и подкожных микозов;
б) длительно обитающие – спорообразующие микроорганизмы Bacillus anthracis, Clostridium spp. и др.;
в) ограниченно сохраняющиеся – неспоровые бактерии Salmonella, Shigella, Vibrio, Brucella, Francisella, Mycobacterium, Leptospira, Pseudomonas.
Сроки выживания болезнетворных микроорганизмов зависят от их видового состава, типа почвы, ее гидротермического режима, рН, степени и природы загрязнения – органическое, микробное, химическое или иное.
Биологическое загрязнение – это составная часть органического загрязнения, обусловленная диссеминацией возбудителей инфекционных и неинфекционных болезней, а также вредными насекомыми и клещами, переносчиками возбудителей болезней человека, животных и растений.
В заселенных вредными организмами, в больных, инфицированных биологически загрязненных почвах присутствуют санитарно значимые микроорганизмы – патогенные и условно-патогенные (в отношении человека и теплокровных животных) бактерии, грибы и вирусы.
В сравнении с другими объектами окружающей среды инфицированная патогенами почва – это своеобразный рекордсмен по длительности сохранения некоторых жизнеспособных болезнетворных микроорганизмов – возбудителей опаснейших заболеваний человека и животных (табл.1). Главный источник обнаруживаемых в почве патогенов – отходы социумов и животноводства.
.jpg)
Поскольку заселение почвы болезнетворными микроорганизмами зачастую приводит к опаснейшим для человека последствиям, ее общероссийский санитарно-эпидемиологический контроль является важнейшей государственной функцией.
Документы, регулирующие санитарное состояние почвы
В ряде государственных природоохранных законов, других нормативных документах регламентированы требования к качеству почвы сельскохозяйственных угодий и населенных мест, показатели ее санитарно-эпидемиологической оценки, содержатся общие рекомендации по рациональному использованию и охране почвенного покрова. Главные государственные документы, регулирующие использование почв и земельных угодий, – это федеральные законы «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения», «Об охране окружающей среды», Земельный кодекс РФ, а также свод санитарно-эпидемиологических правил и нормативов, посвященных гигиенической оценке почвы (СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические требованияк качеству почвы; ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа; Методы микробиологического контроля почвы. Методические рекомендации № ФЦ/4022-2004 и т.д.).
Согласно закона «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» на территории РФ действуют нормативные документы, регулирующие в объектах экосферы предельное содержание санитарно-значимых биоагентов и предельно допустимые концентрации вредных веществ. На основе этих двух важнейших групп показателей вредности (биобезопасности) официально оценивается санитарно-эпидемиологическое состояние почвы различных территориальных объектов.
Подобное обследование почвы на биобезопасность проводится в обязательном порядке при ведении сельскохозяйственной деятельности, а также при размещении, проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации объектов различного социального и производственного назначения.
Экологический мониторинг предусматривает комплексные исследования почвы, а именно ее токсикологическую, радиологическую, паразито- логическую и микробиологическую экспертизы.
Основная задача микробиологической экспертизы – получение информации о заселении почвы биоагентами, как вредными, так и полезными для человека, домашних животных, культивируемых растений.
Подобные сведения крайне важны для прогнозирования, профилактики, предотвращения и минимизации негативных последствий, а также для планирования комплекса долгосрочных мероприятий по ремедиации (восстановлению, «излечиванию») нарушенной или больной почвы.
Микробное загрязнение почвы прямо или опосредовано (через воду, воздух, продукты питания) влияет на человека и условия его проживания. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы различных территорий изложены в ряде официальных документов. В них регламентированы допустимые уровни содержания условно-патогенных микроорганизмов в почвах различного назначения, а также методики (протоколы) определения регламентированных санитарных показателей. При загрязнении почвы возбудителями особо опасных инфекций ремедиационные мероприятия в каждом конкретном случае разрабатываются в соответствии с действующими нормативными документами и согласовываются с региональными органами и учреждениями Госсанэпиднадзора. Именно эти учреждения осуществляют категоризацию почвы по ее санитарному состоянию и обладают правом выдавать санитарно-эпидемиологическое заключение о соответствии почвы обследуемого земельного участка действующим санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам (СанПиН).
Общее содержание мероприятий по рекультивации и ремедиации почв селитебных территорий, угодий АПК, а также стандартный и расширенный перечни контролируемых биообъектов изложены в санитарных правилах.
Однако в 2007 г. из них было исключено не только требование к составлению «санитарно-эпидемиологического заключения на почву», но и само понятие, характеризующее этот уникальный, незаменимый элемент ландшафта. Термин «почва» безосновательно был заменен более широким определением «земельный участок». Согласно подобному подходу обследуемые угодья следовало оценивать без их дифференциации по плодородию и специфическим почвенно-агрохимическим характеристикам. Тем не менее, суть проблемы по санитарной охране и воспроизводству плодородия почв от этого не меняется: почва как неотъемлемый элемент любого ландшафта была и остается главным резервуаром и биотопом санитарно-значимых микроорганизмов. Поэтому нормативные документы по ее санитарной оценке актуальны и продолжают оставаться действующими.
Непрерывно выполняя уникальные социально-экономические и экологические функции, почва, тем не менее, сама нуждается в постоянной защите. Соблюдение санитарных нормативов применительно к почве – это, в конечном счете, обеспечение и сохранение благоприятной среды обитания социума, гарантия его экологического благополучия. В соответствии с Федеральным законом «Об охране окружающей среды» одной из важных задач нормирования в почве и других компонентах экосферы вредных биоагентов является регулирование их численности целенаправленными природоохранными и социально-экологическими мероприятиями.
Однако исторически сложилось так, что нормирование параметров биоценозов почвы (как важнейшего компонента агросферы) преимущественно фокусировалось на регулировании качества почвы сельскохозяйственных угодий. При этом решались две важные задачи: получение экологичной агропродукции и обеспечение биобезопасности землепользователей, непосредственно контактирующих с почвой.
Цели и задачи санитарно-микробиологического исследования почвы
Профилактика чрезвычайных ситуаций, создание условий для безопасного проживания населения и получения экологичной агропродукции определяют круг наиболее актуальных задач по оценке биобезопасности почвы. В числе наиболее значимых для сельскохозяйственного производства назовем следующие:
1. Мониторинг состояния генеральных экологобиоценотических функций здоровой почвы, используемой в хозяйственной деятельности (гетеротрофная активность, трансформация азотсодержащих соединений, самоочищающая способность, поддержание биоразнообразия и др.).
2. Характеристика санитарного состояния почвы сельскохозяйственных угодий.
3. Оценка эффективности различных мероприятий по оздоровлению почвы (мелиоративных, реабилитационных, рекультивационных, ремедиационных и др.).
4. Систематическая оценка сроков выживания в почве патогенных микроорганизмов (в местах обеззараживания продуктов жизнедеятельности человека и домашней фауны, захоронений павших животных и т. п.).
5. Выявление источников и путей заражения населения (расследование эпидемических вспышек, установление источников первичного заражения, обоснование системы профилактических и противоэпидемических мероприятий).
Главная цель санитарно-микробиологического контроля почвы – это оценка состояния ее самоочищающей, антипатогенной способности, профилактика чрезвычайных ситуаций, создание условий для безопасного проживания населения и производства экологичной агропродукции.
Главная цель санитарно-микробиологического контроля почвы – это оценка состояния ее самоочищающей, антипатогенной способности, профилактика чрезвычайных ситуаций, создание условий для безопасного проживания населения и производства экологичной агропродукции.
Принципы санитарно-микробиологическй оценки почвы
Санитарно-микробиологическое исследование почвы призвано определить, прежде всего, степень ее биологической опасности для жизни и здоровья человека.
Прямое обнаружение возбудителей инфекционных заболеваний в почве, других объектах экосферы является важной, но далеко не единственной составляющей санитарно-микробиологического исследования. Обнаружение патогенных микроорганизмов однозначно свидетельствует о санитарном неблагополучии исследуемого объекта, однако не обнаружение (это не синоним слова «отсутствие») не является достаточным и достоверным подтверждением эпидемической безопасности почвы.
Систематический надзор за санитарным состоянием почвенных объектов и надзор на этапах их эксплуатации, в основном, проводится косвенно, путем определения степени загрязнения исследуемого объекта выделениями человека и животных. Логика косвенного микробного контроля почвы достаточно проста и заключается в следующем.
1. Основными источниками попадания возбудителей инфекционных заболеваний в почву являются больные люди или животные, или носители инфекции.
2. Основную массу микроорганизмов, в том числе и патогенных, человек и теплокровные животные выделяют в окружающую среду двумя путями: с испражнениями и со слизью из верхних дыхательных путей.
3. Соответственно, чем выше степень загрязнения почвы выделениями человека и животных, тем выше вероятность нахождения в ней патогенных микроорганизмов, и тем опаснее она в эпидемическом отношении.
При необходимости углубленной оценки санитарного состояния почвы и способности ее к самоочищению исследуются индикаторы биологической активности или интегральные санитарные показатели (СП) почвы. В их числе – общее микробное число (ОМЧ), численность клостридий, термофильных бактерий, грибов и актиномицетов, аммонификаторов, аэробных целлюлолитических микроорганизмов и др. Перечень оцениваемых СП определяется целями исследования, природой и интенсивностью микробного заселения почвы, характером землепользования. Кроме того, сравнительный анализ показателей позволяет также оценить давность загрязнения.
Так, для свежего фекального загрязнения характерны увеличение ОМЧ и количества жизнеспособных (недеформированных) яиц геогельминтов, уменьшение коли- и перфрингенс-титра (минимальные количества почвы, где определяются E. coli и Clostridium perfringens), обязательное превалирование в почве неспорообразующих форм бактерий. Напротив, превалирование спор сульфитредуцирующих клостридий – свидетельство ее давнего фекального загрязнения.
Микробиологический санитарный показатель (СП) – инструмент, позволяющий прямо или косвенно оценить степень заселения почвы патогенными и условно-патогенными микро- организмами, прогнозировать их опасность для здоровья человека и домашних животных; основой СП является «санитарно- показательный микроорганизм» (СПМ).
Санитарно-показательный микроорганизм
К санитарно-показательным микроорганизмам (СПМ) относят представителей облигатной микрофлоры организма человека и теплокровных животных, обитающих в их кишечнике или в дыхательных путях.
Для того чтобы микроорганизм мог рассматриваться как СПМ, он должен соответствовать ряду свойств:
1. Микроорганизм должен постоянно обитать в естественных полостях человека и животных и постоянно выделяться ими во внешнюю среду в количествах, относительно редко подвергающихся колебаниям.
2. Микроорганизм не должен размножаться во внешней среде (за исключением пищевых продуктов) или размножаться незначительно и короткое время; это одно из самых важных свойств СПМ.
3. Длительность сохранения жизнеспособности СПМ в почве должна быть не меньше или даже несколько превосходить по времени длительность выживания в ней патогенных микробов, выделяемых из организма теми же путями.
4. Устойчивость СПМ к естественным и искусственным воздействиям (применяемым, например, при обеззараживании различных объектов при водоподготовке) должна быть не ниже, а по возможности, несколько выше устойчивости соответствующих патогенных микроорганизмов.
5. У СПМ не должно быть почвенных аналогов-сапрофитов, сходство с которыми потребовало бы сложных или длительных по времени приемов дифференциальной диагностики.
6. Микроорганизм, находясь в почве, не должен сколько-нибудь значительно изменять свои биологические свойства.
7. Методы обнаружения микроорганизма в почве, его идентификации и количественного учета должны быть современными, простыми и общедоступными.
Самым первым микроорганизмом, предложенным в качестве СПМ, была Escherichia coli (кишечная палочка). Она до сих пор сохраняет ведущие позиции как показатель фекального загрязнения. В последующем список СПМ расширялся, в него были включены фекальные стрептококки (энтерококки), споры сульфитредуцирующих клостридий, протей, термофильные микроорганизмы, колифаги (вирусы бактерий) и ряд других.
Таким образом, обнаружение в почве СПМ (в качестве которых могут выступать и некоторые патогенные микроорганизмы) и установление их численности лежит в основе определения значения СП.
СПМ постоянно обитают в естественных полостях человека и теплокровных животных. Они непрерывно выделяются во внешнюю среду в количествах, относительно редко подверженных колебаниям. Присутствие СПМ в исследуемой почве однозначно свидетельствует о наличии в ней выделений человека и/или животных; численность СПМ прямо пропорциональна степени биогенного загрязнения почвы.
Что такое «санитарный показатель»?
Санитарный показатель (СП) – это параметр, отражающий наличие и количество конкретных СПМ в нормируемой пробе почвы, взятой с исследуемого земельного участка.
Поскольку невозможно исследовать всю почву на территории обследуемого объекта, анализу подвергают только ее представительную часть – пробную площадку. Это определенная часть участка, состояние которой по конкретному СП достаточно полно и достоверно отражает санитарное состояние всей его территории.
Согласно методическим рекомендациям пробная площадка должна располагаться на типичном для изучаемой территории месте: на площади 100 м2 закладывается одна пробная площадка размером 25 м2.
Если на обследуемом участке имеется несколько источников загрязнения, то пробные площадки выделяются вблизи каждого из них. Если обследуется значительная территория, то на каждые 100 га при спокойном рельефе местности для отбора проб почвы выделяют 6–7 участков площадью по 25 м2.
Для бактериологического анализа с одной пробной площадки составляют 10 объединенных проб. Каждая объединенная проба комплектуется из трех точечных проб массой каждая от 200 до 250 г, отобранных послойно с глубины 0–5 и 5–20 см. Точечная проба – типичный материал, взятый из одного места горизонта (слоя) почвенного профиля.
Точечные пробы (образцы) отбирают согласно правилам, прописанным в соответствующих нормативно-методических документах применительно к конкретному почвенному объекту.
Если из-за высоких уровней микробного загрязнения исследуется количество пробы меньше нормируемого, результат все равно экстраполируется в пересчете на нормируемое количество (приводится к общему знаменателю). Бактериологические показатели (индексы, титры) выражают из расчета на 1 г, паразитологические – на 1 кг исследованного образца почвы.
Это необходимо для того, чтобы результаты учета структуры и численности микроорганизмов в разных образцах и объектах можно было корректно сравнивать между собой и с нормативными значениями. Подчеркнем, однако, что при определении СП, нормативом которого является отсутствие микроорганизмов в регламентированной массе почвы, исследованию подлежит количество пробы почвы не меньше нормируемого. При этом экстраполяция результатов с меньшей исследованной массы почвы на ее большее количество недопустима.
Санитарно-микробиологическая оценка эпидемической опасности почвы подразумевает определение совокупности СП, то есть определенных значений, подтверждающих соответствие либо несоответствие санитарного состояния почвы требованиям государственных нормативов; допустимые значения СП определены специальными нормативными документами.
Качественные и количественные санитарные показатели (СП)
Качественные СП отвечают на вопрос, присутствуют ли искомые (целевые) микроорганизмы в нормируемом образце (навеске) почвы или нет. Эти СП чаще всего используются при определении патогенных, потенциально патогенных и некоторых условно-патогенных микроорганизмов (сальмонелл, шигелл, листерий, синегнойной палочки и др.).
К качественным показателям санитарного состояния почвы разные источники относят «Патогенные бактерии, в т. ч. сальмонеллы» или «Патогенные энтеробактерии» и «Энтеровирусы».
Кроме того, в почве зон повышенного риска и санитарной охраны к категории качественных отнесены также паразитологические показатели. Так, присутствие в нормируемом объеме почвы цист кишечных патогенных простейших или жизнеспособных яиц гельминтов однозначно свидетельствует об эпидемиологическом неблагополучии исследуемого объекта. Качественный СП выражают и нормируют как отсутствие или наличие целевых микроорганизмов в нормируемой массе почвенной пробы.
Однако простая констатация наличия СПМ в почве все-таки не отражает степени ее загрязнения или динамики процессов самоочищения. Для этих целей служат количественные санитарные показатели.
Количественные СП – это регламентированное содержание целевых (искомых) СПМ в нормируемом количестве (навеске) пробы почвы. Иными словами, количественные СП отражают концентрацию СПМ в единице объема (массы) исследуемого объекта. Численность СПМ выражается в виде индекса СПМ – количества КОЕ (колониеобразующих единиц) или экземпляров микроорганизма на единицу нормируемой массы почвы (КОЕ/г, экз./кг).
Качественный СП характеризует содержание целевых микроорганизмов в нормируемой массе почвы по альтернативному принципу (отсутствие/наличие); количественный СП выражается в виде индекса СПМ – количества СПМ (КОЕ, экземпляров, спор и пр.) на единицу нормируемой массы почвы (КОЕ /г, экз./ кг, спор/г), либо титра СПМ – минимального количества почвы (г), в котором обнаруживается один искомый микроорганизм.
Группа санитарно-показательных микроорганизмов
Определение СП как наличия или численности СПМ в нормируемой массе пробы почвы не вполне корректное. Это объясняется тем, что в отечественной практике для упрощения и удешевления анализа СПМ до вида не идентифицируют. Чаще всего определяют группу близкородственных микроорганизмов, при этом ее основным, но не единственным представителем является искомый СПМ. Название определяемой группы чаще всего дает название и определяемому санитарному показателю. Это по- рождает определенную неразбериху, особенно в отношении кишечной палочки (Escherichia coli), которая входит сразу в несколько определяемых групп, не равноценных при санитарной оценке почвы (табл. 2).
.jpg)
В западных странах, в частности, ЕС за последние 10–20 лет произошел переход от определения групп СПМ (термотолерантные колиформные бактерии, фекальные стрептококки, споры сульфитредуцирующих клостридий) к видовому определению непосредственно самих СПМ (Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Clostridium perfringens).
Переход от определения СП как группы микроорганизмов к идентификации СПМ до вида делает оценку биобезопасности почвы, других экологических объектов более стандартизованной и достоверной, хотя и приводит к существенному удорожанию анализа.
