Риски здоровью населения при использовании органических удобрений

Файл статьи: 
Иконка PDF health-risk-analysis-2024-4-13.pdf
УДК: 
614.76; 631.86
DOI: 
10.21668/health.risk/2024.4.13
Авторы: 

М.В. Кузнецова1,2, Д.А. Кочергина1, Э.С. Горовиц2

Организация: 

1Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук – филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН, Российская Федерация, 614081, г. Пермь, ул. Голева, 13
2Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера, Российская Федерация, 614990, г. Пермь, ул. Петропавловская, 26

Аннотация: 

Интенсификация сельскохозяйственных производств способствовала увеличению объемов органических отходов, часть которых в дальнейшем используется как удобрения. В настоящее время применяется более 200 видов органических удобрений, разнообразных по происхождению, свойствам, воздействию на окружающую среду. Контаминация почвы продуктами отходов агропромышленных комплексов, содержащих биоциды, в том числе антибиотики, а также, что особенно важно, патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, приводит к нарушению природных биоценозов. Кроме того, этиопатогены без надлежащей переработки отходов могут представлять угрозу для людей и животных. Безопасность пищевых продуктов, основанных на сырье, выращиваемом с применением органических удобрений, является важным звеном общей проблемы.

В настоящем обзоре приведены классификация и характеристика органических удобрений, данные по объемам производства и накоплению отходов животноводства, подробно описаны основные биологические и химические факторы риска здоровью населения, связанные с использованием органических удобрений, а также представлены результаты современных исследований о негативном влиянии органических удобрений. Особое внимание уделено данным литературы о негативном влиянии органических удобрений, содержащих антибиотики и соли тяжелых металлов, на среду обитания и здоровье человека. Подчеркнуто, что нередко в органических удобрениях могут присутствовать соединения меди, цинка, кадмия, никеля, хрома, мышьяка, свинца и ртути. Показано, что нарушение технологий обращения с органическими удобрениями имеет следствием микробное и химическое загрязнения почв и водных объектов. Методы оценки влияния отходов животноводства на здоровье человека и состояние окружающей среды освещены с учетом международных и российских практик и документов, нормирующих требования безопасного использования органических удобрений. Определено, что стратегия обеспечения безопасности сельскохозяйственного производства должна учитывать риски здоровью населения и систематический мониторинг состояния качества среды обитания и здоровья населения.

Ключевые слова: 
окружающая среда, сельскохозяйственные производства, риски здоровью населения, органические удобрения, биоциды, антибиотики, тяжелые металлы, этиопатогены
Кузнецова М.В., Кочергина Д.А., Горовиц Э.С. Риски здоровью населения при использовании органических удобрений // Анализ риска здоровью. – 2024. – № 4. – С. 145–159. DOI: 10.21668/health.risk/2024.4.13
Список литературы: 
  1. Shaji H., Chandran V., Mathew L. Organic fertilizers as a route to controlled release of nutrients // In book: Controlled Release Fertilizers for Sustainable Agriculture. – Kottayam: Academic Press, 2021. – P. 231–245. DOI: 10.1016/B978-0-12-819555-0.00013-3
  2. Interactions between nitrogen availability, bacterial communities, and nematode indicators of soil food web function in response to organic amendments / J. Milkereit, D. Geisseler, P. Lazicki, M.L. Settles, B.P. Durbin-Johnson, A. Hodson // Appl. Soil Ecol. – 2021. – Vol. 157, № 7. – P. 103767. DOI: 10.1016/j.apsoil.2020.103767
  3. Mineral vs. organic amendments: microbial community structure, activity and abundance of agriculturally relevant microbes are driven by long-term fertilization strategies / D. Francioli, E. Schulz, G. Lentendu, T. Wubet, F. Buscot, T. Reitz // Front. Microbiol. – 2016. – Vol. 7. – P. 1446. DOI: 10.3389/fmicb.2016.01446
  4. Manure management and soil biodiversity: Towards more sustainable food systems in the EU / J. Köninger, E. Lugato, P. Panagos, M. Kochupillai, A. Orgiazzi, M.J.I. Briones // Agricultural Systems. – 2021. – Vol. 194, № 3. – P. 103251. DOI: 10.1016/j.agsy.2021.103251
  5. Intensive poultry farming: A review of the impact on the environment and human health / G. Gržinić, A. Piotrowicz-Cieślak, A. Klimkowicz-Pawlas, R.L. Górny, A. Ławniczek-Wałczyk, L. Piechowicz, E. Olkowska, M. Potrykus [et al.] // Sci. Total Environ. – 2023. – Vol. 858, Pt 3. – P. 160014. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.160014
  6. State-of-the-art on animal manure pollution control and resource utilization / J. Qi, H. Yang, X. Wang, H. Zhu, Z. Wang, C. Zhao, B. Li, Z. Liu // J. Environ. Chemical Engin. – 2023. – Vol. 11, № 5. – P. 110462. DOI: 10.1016/j.jece.2023.110462
  7. Глеба О.В. Экологические проблемы животноводческой отрасли // Аграрное и земельное право. – 2019. – № 7 (175). – C. 67–72.
  8. Zhang H., Schroder J. Animal manure production and utilization in the US // Applied manure and nutrient chemistry for sustainable agriculture and environment. – Dordrecht: Springer, 2014. – P. 1–21. DOI: 10.1007/978-94-017-8807-6_1
  9. Environmental pollution caused by agricultural activities / A.-M. Tăbăraşu, M. Matache, I. Grigore, L.C. Vlăduţoiu, N. Ungureanu, S.-S. Biriş // Acta Technica Corviniensis. – 2021. – Vol. 14, № 2. – P. 39–46.
  10. Концепция управления экологической безопасностью агроэкосистем / А.Ю. Брюханов, В.Д. Попов, Э.В. Ва-сильев, Э.А. Папушин // АгроЭкоИнженерия. – 2022. – № 4 (113). – C. 4–18.
  11. Impact of manure on soil biochemical properties: a global synthesis / S. Liu, J. Wang, S. Pu, E. Blagodatskaya, Y. Kuzyakov, B.S. Razavi // Sci. Total Environ. – 2020. – Vol. 745. – P. 141003. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.141003
  12. Bacterial community structure and composition in soils under industrial poultry production activities: an observational study / R.S. Shange, R.O. Ankumah, R. Zabawa, S.E. Dowd // Air, Soil and Water Research. – 2013. – Vol. 6. – P. 91–101. DOI: 10.4137/ASWR.S12009
  13. Hao X., Chang C. Effect of 25 annual cattle manure applications on soluble and exchangeable cations in soil // Soil Science. – 2002. – Vol. 167. – P. 126–134. DOI: 10.1097/00010694-200202000-00005
  14. Organic amendments in a long-term field trial-consequences for the bulk soil bacterial community as revealed by net-work analysis / C.A.O. Schmid, P. Schröder, M. Armbruster, M. Schloter // Microb. Ecol. – 2018. – Vol. 76, № 1. – P. 226–239. DOI: 10.1007/s00248-017-1110-z
  15. The role of soil microorganisms in plant mineral nutrition-current knowledge and future directions / R. Jacoby, M. Peukert, A. Succurro, A. Koprivova, S. Kopriva // Front. Plant Sci. – 2017. – Vol. 8. – P. 1617. DOI: 10.3389/fpls.2017.01617
  16. Transport and fate of manure-borne pathogens: Modeling perspective / Y.A. Pachepsky, A.M. Sadeghi, S.A. Bradford, D.R. Shelton, A.K. Guber, T. Dao // Agric. Water Manag. – 2006. – Vol. 86, № 1–2. – P. 81–92. DOI: 10.1016/j.agwat.2006.06.010
  17. Reduction of foodborne pathogens during cattle manure composting with addition of calcium cyanamide / H. Simujide, C. Aorigele, C.-J. Wang, B. Manda, M. Lina, M.-Y. Wu, Y. Li, T.-R.-G. Bai // J. Environ. Eng. Landsc. Manag. – 2013. – Vol. 21, № 2. – P. 77–84. DOI: 10.3846/16486897.2012.721373
  18. Goss M.J., Tubeileh A., Goorahoo D. A Review of the use of organic amendments and the risk to human health // Advances in Agronomy. – 2013. – Vol. 120. – P. 275–379. DOI: 10.1016/B978-0-12-407686-0.00005-1
  19. Changes in bacterial and fungal communities across compost recipes, preparation methods, and composting times / D.A. Neher, T.R. Weicht, S.T. Bates, J.W. Leff, N. Fierer // PLoS One. – 2013. – Vol. 8, № 11. – P. e79512. DOI: 10.1371/journal.pone.0079512
  20. Пилип Л.В., Сырчина Н.В. Экологические риски и приоритеты экологического развития животноводства // Экология родного края: проблемы и пути их решения: материалы XVII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Книга 1. – Киров: ВятГУ, 2022. – С. 56–60.
  21. Presence of zoonotic pathogens in physico-chemically characterized manures from hog finishing houses using different production systems / V. Létourneau, C. Duchaine, C. Côté, A. Letellier, E. Topp, D. Massé // Bioresour. Technol. – 2010. – Vol. 101, № 11. – P. 4048–4055. DOI: 10.1016/j.biortech.2010.01.009
  22. Influence of Poultry Litter Amendment Type and Irrigation Events on Survival and Persistence of Salmonella Newport / J. Teichmann, P.K. Litt, M. Sharma, E. Nyarko, K.E. Kniel // J. Food Prot. – 2020. – Vol. 83, № 5. – P. 821–828. DOI: 10.4315/0362-028X.JFP-19-431
  23. Pathogenic bacteria and mineral N in soils following the land spreading of biogas digestates and fresh manure / M. Goberna, S.M. Podmirseg, S. Waldhuber, B.A. Knapp, C. García, H. Insam // Applied Soil Ecology. – 2011. – Vol. 49. – P. 18–25. DOI: 10.1016/j.apsoil.2011.07.007
  24. Association between private drinking water wells and the incidence of Campylobacteriosis in Maryland: an ecological analysis using Foodborne Diseases Active Surveillance Network (FoodNet) data (2007–2016) / R.T. Murray, R. Cruz-Cano, D. Nasko, D. Blythe, P. Ryan, M.M. Boyle, S.M. Wilson, A.R. Sapkota // Environ. Res. – 2020. – Vol. 188. – P. 109773. DOI: 10.1016/j.envres.2020.109773
  25. Environmental exposure to confined animal feeding operations and respiratory health of neighboring residents / K. Radon, A. Schulze, V. Ehrenstein, R.T. van Strien, G. Praml, D. Nowak // Epidemiology. – 2007. – Vol. 18, № 3. – P. 300–308. DOI: 10.1097/01.ede.0000259966.62137.84
  26. Increased risk of pneumonia in residents living near poultry farms: does the upper respiratory tract microbiota play a role? / L.A.M. Smit, G.J. Boender, W.A.A. de Steenhuijsen Piters, T.J. Hagenaars, E.G.W. Huijskens, J.W.A. Rossen, M. Koopmans, G. Nodelijk [et al.] // Pneumonia (Nathan). – 2017. – Vol. 9. – P. 3. DOI: 10.1186/s41479-017-0027-0
  27. Doctor-diagnosed health problems in a region with a high density of concentrated animal feeding operations: a cross-sectional study / M. Hooiveld, L.A.M. Smit, F. van der Sman-de Beer, I.M. Wouters, C.E. van Dijk, P. Spreeuwenberg, D.J.J. Heederik, C.J. Yzermans // Environ. Health. – 2016. – Vol. 15. – P. 24. DOI: 10.1186/s12940-016-0123-2
  28. Associations between pneumonia and residential distance to livestock farms over a five-year period in a large popula-tion-based study / D.A. Kalkowska, G.J. Boender, L.A.M. Smit, C. Baliatsas, J. Yzermans, D.J.J. Heederik, T.J. Hagenaars // PLoS One. – 2018. – Vol. 13, № 7. – P. e0200813. DOI: 10.1371/journal.pone.0200813
  29. Kouimintzis D., Chatzis C., Linos A. Health effects of livestock farming in Europe // J. Public Health. – 2007. – Vol. 15. – P. 245–254. DOI: 10.1007/s10389-007-0130-4
  30. Economou V., Gousia P. Agriculture and food animals as a source of antimicrobial-resistant bacteria // Infect. Drug Resist. – 2015. – Vol. 8. – P. 49–61. DOI: 10.2147/IDR.S55778
  31. Sampling the antibiotic resistome / V.M. D'Costa, K.M. McGrann, D.W. Hughes, G.D. Wright // Science. – 2006. – Vol. 311, № 5759. – P. 374–377. DOI: 10.1126/science.1120800
  32. Xu L., Wang W., Xu W. Effects of tetracycline antibiotics in chicken manure on soil microbes and antibiotic resistance genes (ARGs) // Environ. Geochem. Health. – 2022. – Vol. 44, № 1. – P. 273–284. DOI: 10.1007/s10653-021-01004-y
  33. The behavior of antibiotic resistance genes and their associations with bacterial community during poultry manure composting / M.K. Awasthi, T. Liu, H. Chen, S. Verma, Y. Duan, S.K. Awasthi, Q. Wang, X. Ren [et al.] // Bioresour. Technol. – 2019. – Vol. 280. – P. 70–78. DOI: 10.1016/j.biortech.2019.02.030
  34. Данилова Н.В., Галицкая П.Ю., Селивановская С.Ю. Мультирезистентность бактерий к ветеринарным анти-биотикам в образцах навоза и помета сельскохозяйственных животных // Ученые записки Казанского университета. Серия: Естественные науки. – 2016. – Т. 158, № 4. – С. 507–516.
  35. Microbial diversity and antibiotic resistome in swine farm environments / L.-Y. He, L.-K. He, Y.S. Liu, M. Zhang,
    J.-L. Zhao, Q.-Q. Zhang, G.-G. Ying // Science of the Total Environment. – 2019. – Vol. 685. – P. 197–207. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.05.369
  36. Diverse and abundant antibiotic resistance genes in Chinese swine farms / Y.-G. Zhu, T.A. Johnsonc, J.-G. Su, M. Qiao, G.-X. Guo, R.D. Stedtfeld, S.A. Hashsham, J.M. Tiedje // Proc. Natl Acad. Sci. USA. – 2012. – Vol. 110, № 9. – P. 3435–3440. DOI: 10.1073/pnas.1222743110
  37. Application of swine manure on agricultural fields contributes to extended-spectrum β-lactamase-producing Escherichia coli spread in Tai’an, China / L. Gao, J. Hu, X. Zhang, L. Wei, S. Li, Z. Miao, T. Chai // Front. Microbiol. – 2015. – Vol. 6. – P. 313. DOI: 10.3389/fmicb.2015.00313
  38. Influence of setback distance on antibiotics and antibiotic resistance genes in runoff and soil following the land appli-cation of swine manure slurry / M.C. Hall, N.A. Mware, J.A. Gilley, S.L. Bartelt-Hunt, D.D. Snow, A.M. Schmidt, K.M. Eskridge, X. Li // Environ. Sci. Technol. – 2020. – Vol. 54, № 8. – P. 4800–4809. DOI: 10.1021/acs.est.9b04834
  39. Piggery manure used for soil fertilization is a reservoir for transferable antibiotic resistance plasmids / C.T. Binh, H. Heuer, M. Kaupenjohann, K. Smalla // FEMS Microbiol. Ecol. – 2008. – Vol. 66, № 1. – P. 25–37. DOI: 10.1111/j.1574-6941.2008.00526.x
  40. Yoon S.H., Park Y.-K., Kim J.F. PAIDB v2.0: exploration and analysis of pathogenicity and resistance islands // Nu-cleic Acids Res. – 2015. – Vol. 43, Database issue. – P. D624–D630. DOI: 10.1093/nar/gku985
  41. Metagenomic analysis of soil and freshwater from zoo agricultural area with organic fertilization / A.K. Meneghine, S. Nielsen, A.M. Varani, T. Thomas, L.M. Carareto Alves // PLoS One. – 2017. – Vol. 12, № 12. – P. e0190178. DOI: 10.1371/journal.pone.0190178
  42. Heuer H., Schmitt H., Smalla K. Antibiotic resistance gene spread due to manure application on agricultural fields // Curr. Opin. Microbiol. – 2011. – Vol. 14, № 3. – P. 236–243. DOI: 10.1016/j.mib.2011.04.009
  43. Sales of veterinary antimicrobial agents in 31 European countries in 2019 and 2020. Trends from 2010 to 2020. Elev-enth ESVAC report. – Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2021. – 129 p. DOI: 10.2809/636389
  44. Sarmah A.K., Meyer M.T., Boxall A.B.A. A global perspective on the use, sales, exposure pathways, occurrence, fate and effects of veterinary antibiotics (VAs) in the environment // Chemosphere. – 2006. – Vol. 65, № 5. – P. 725–759. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2006.03.026
  45. Antibiotics: An overview on the environmental occurrence, toxicity, degradation, and removal methods / Q. Yang, Y. Gao, J. Ke, P.L. Show, Y. Ge, Y. Liu, R. Guo, J. Chen // Bioengineered. – 2021. – Vol. 12, № 1. – P. 7376–7416. DOI: 10.1080/21655979.2021.1974657
  46. The analysis of animal faeces as a tool to monitor antibiotic usage / B.J.A. Berendsen, R.S. Wegh, J. Memelink, T. Zuidema, L.A.M. Stolker // Talanta. – 2015. – Vol. 132. – P. 258–268. DOI: 10.1016/j.talanta.2014.09.022
  47. Residues and potential ecological risks of veterinary antibiotics in manures and composts associated with protected vegetable farming / H. Zhang, Y. Luo, L. Wu, Y. Huang, P. Christie // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. – 2015. – Vol. 22, № 8. – P. 5908–5918. DOI: 10.1007/s11356-014-3731-9
  48. Ghirardini A., Grillini V., Verlicchi P. A review of the occurrence of selected micropollutants and microorganisms in different raw and treated manure – Environmental risk due to antibiotics after application to soil // Sci. Total Environ. – 2020. – Vol. 707. – P. 136118. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.136118
  49. Fractionation and analysis of veterinary antibiotics and their related degradation products in agricultural soils and drainage waters following swine manure amendment / M. Solliec, A. Roy-Lachapelle, M.-O. Gasser, C. Coté, M. Généreux, S. Sauvé // Sci. Total Environ. – 2016. – Vol. 543, Pt A. – P. 524–535. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2015.11.061
  50. Pan M., Wong C.K.C., Chu L.M. Distribution of antibiotics in wastewater-irrigated soils and their accumulation in vegetable crops in the Pearl River Delta, southern China // J. Agric. Food Chem. – 2014. – Vol. 62, № 46. – P. 11062–11069. DOI: 10.1021/jf503850v
  51. Occurrence of 13 veterinary drugs in animal manure-amended soils in Eastern China / R. Wei, F. Ge, L. Zhang, X. Hou, Y. Cao, L. Gong, M. Chen, R. Wang, E. Bao // Chemosphere. – 2016. – Vol. 144. – P. 2377–2383. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2015.10.126
  52. Cogliani C., Goosens H., Greko C. Restricting antimicrobial use in food animals: Lessons from Europe: Banning non-essential antibiotic uses in food animals is intended to reduce pools of resistance genes // Microbe Magazine. – 2011. – Vol. 6. – P. 274–279. DOI: 10.1128/microbe.6.274.1
  53. Changes in heavy metal contents in animal feeds and manures in an intensive animal production region of China / H. Wang, Y. Dong, Y. Yang, G.S. Toor, X. Zhang // J. Environ. Sci. (China). – 2013. – Vol. 25, № 12. – P. 2435–2442. DOI: 10.1016/S1001-0742(13)60473-8
  54. Comparisons of pollution characteristics, emission situations, and mass loads for heavy metals in the manures of dif-ferent livestock and poultry in China / W.-R. Liu, D. Zenga, L. She, W.-X. Su, D.-C. He, G.-Y. Wu, X.-R. Ma, S. Jiang [et al.] // Sci. Total Environ. – 2020. – Vol. 734. – P. 139023. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.139023
  55. Impact of heavy metals on the environment and human health: Novel therapeutic insights to counter the toxicity / S. Mitra, A.J. Chakraborty, A.M. Tareq, T.B. Emran, F. Nainu, A. Khusro, A.M. Idris, M.U. Khandaker [et al.] // Journal of King Saud University – Science. – 2022. – Vol. 34, № 3. – P. 101865. DOI: 10.1016/j.jksus.2022.101865
  56. Heavy metal contamination in agricultural soil: environmental pollutants affecting crop health / A. Rashid, B.J. Schutte, A. Ulery, M.K. Deyholos, S. Sanogo, E.A. Lehnhoff, L. Beck // Agronomy. – 2023. – Vol. 13, № 6. – P. 1521. DOI: 10.3390/agronomy13061521
  57. Gans J., Wolinsky M., Dunbar J. Computational improvements reveal great bacterial diversity and high metal toxicity in soil // Science. – 2005. – Vol. 309, № 5739. – P. 1387–1390. DOI: 10.1126/science.1112665
  58. Jensen J., Larsen M.M., Bak J. National monitoring study in Denmark finds increased and critical levels of copper and zinc in arable soils fertilized with pig slurry // Environ. Pollut. – 2016. – Vol. 214. – P. 334–340. DOI: 10.1016/j.envpol.2016.03.034
  59. Public health risk of trace metals in fresh chicken meat products on the food markets of a major production region in southern China / Y. Hu, W. Zhang, G. Chen, H. Cheng, S. Tao // Environ. Pollut. – 2018. – Vol. 234. – P. 667–676. DOI: 10.1016/j.envpol.2017.12.006
  60. Soil conservation in Europe: wish or reality? / P. Panagos, A. Imeson, K. Meusburger, P. Borrelli, J. Poesen, C. Alewell // Land Degrad. Dev. – 2016. – Vol. 27, № 6. – P. 1547–1551. DOI: 10.1002/ldr.2538
  61. Inventory of heavy metal content in organic waste applied as fertilizer in agriculture: Evaluating the risk of transfer into the food chain / C. Lopes, M. Herva, A. Franco-Uría, E. Roca // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. – 2011. – Vol. 18, № 9. – P. 918–939. DOI: 10.1007/s11356-011-0444-1
  62. Reczek C.R., Chandel N.S. The two faces of reactive oxygen species in cancer // Ann. Rev. Cancer Biol. – 2017. – Vol. 1, № 1. – P. 79–98. DOI: 10.1146/annurev-cancerbio-041916-065808
  63. Gene and protein expression of progesterone receptor isoforms A and B, p53 and p21 in myometrium and uterine leiomyoma / V. Lora, A.O. Grings, E. Capp, H. von Eye Corleta, I.S. Brum // Arch. Gynecol. Obstet. – 2012. – Vol. 286, № 1. – P. 119–124. DOI: 10.1007/s00404-012-2245-2
  64. Review of EPA's integrated risk information system (IRIS) process / Committee to Review the IRIS Process, Board on Environmental Studies and Toxicology, Division on Earth and Life Studies, National Research Council. – Washington (DC): National Academies Press, 2014. DOI: 10.17226/18764
  65. A Review of methods for assessing the environmental health impacts of an agricultural system / L. Grout, S. Hales, N. French, M.G. Baker // Int. J. Environ. Res. Public Health. – 2018. – Vol. 15, № 7. – P. 1315. DOI: 10.3390/ijerph15071315
  66. Онищенко Г.Г., Новиков С.М. Основы оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. – М.: НИИ ЭЧ и ГОС, 2002. – 408 с.
  67. Рахманин Ю.А., Додина Н.C., Алексеева А.В. Современные методические подходы к оценке риска здоровью населения от воздействия химических веществ // Анализ риска здоровью. – 2023. – № 4. – С. 33–41. DOI: 10.21668/health.risk/2023.4.03
Получена: 
11.10.2024
Одобрена: 
28.11.2024
Принята к публикации: 
19.12.2024

Вы здесь

Главная