В.В. Решетов, К.А. Коршак, И.А. Матвеев
Загрязнение почв – одна из глобальных экологических проблем современности. Для контроля за состоянием почв и предотвращения их загрязнения необходимо проводить регулярный мониторинг.
Проблемы мониторинга загрязнения почв в прошлом были связаны с отсутствием систематического подхода и современных технологий. До недавнего времени мониторинг загрязнения почв проводился эпизодически и без единой методологии. Это затрудняло оценку масштабов загрязнения и его влияния на окружающую среду и здоровье человека. Кроме того, в прошлом мониторинг загрязнения почв часто ограничивался анализом отдельных компонентов загрязнения, таких как тяжелые металлы или пестициды. Комплексный подход, учитывающий все аспекты загрязнения, был редкостью. Также стоит отметить, что в прошлом методы анализа были менее точными и чувствительными, что приводило к отсутствию понимания реального уровня загрязнения почв.
С развитием технологий и научных знаний исследования загрязнения почв стали более эффективными и точными. Современные методы позволяют проводить комплексный анализ загрязнения, выявлять его источники и оценивать риски для окружающей среды и здоровья человека. Одним из инструментов мониторинга загрязнения почв может являться создание банка образцов почв. Данный подход приобретает все большую актуальность с учетом развития научно-технического прогресса в области лабораторных исследований и реализуется в ряде европейских стран [1]. Так, в Великобритании благодаря созданию банка почвенных образцов в исследовательском центре Ротамстеда было достоверно установлено увеличение концентраций кадмия в почвах с 1850-х годов до 1987 года на 27–55% в связи с выбросами в атмосферу [2].
Также благодаря анализу архивных образцов верхнего слоя почвы Швейцарской сети мониторинга почв (Swiss Soil Monitoring Network (NABO)) за период с 1995-го по 2008 год с известными схемами применения пестицидов проводится мониторинг изменения их концентраций со временем, оценивается степень их разложения [3].
В настоящее время территория Санкт-Петербурга практически не сохранила автохтонных (или естественных) почв, за исключением отдельных выделов и таксонов на периферии города (Курортный, Петродворцовый, Красносельский районы и др.). За последние полвека было выполнено несколько итераций по определению загрязнения городской территории:
• в 1970-е годы силами Ленинградского (ныне Санкт-Петербургского) университета;
• с 1991-го по 2008 год силами Регионального геоэкологического центра (филиал ФГУГП «Урангео»);
• с 2013-го по 2015 год силами ГГУП СФ «Минерал»;
• регулярный мониторинг почв с 2019-го по 2024 год силами ООО «ТехноТерра».
Работы первых двух итераций велись с применением эмиссионно-спектрального метода, который считается полуколичественным, что подтверждается сравнением более ретроспективных данных с результатами 2019–2024 годов: разброс концентраций по ряду показателей (в особенности по тяжелым металлам) составляет от десятков до сотен тысяч мг/кг [4]. Следовательно, применяемые сегодня методы анализа в дальнейшем также будут считаться уже менее точными, и, сохранив отобранные сегодня образцы почв, в будущем возможно проанализировать с применением более совершенных лабораторно-аналитических методов.
Кроме того, почвы Санкт-Петербурга испытывают на себе техногенную нагрузку за счет различных факторов, а именно:
• трансграничного переноса поллютантов;
• общегородских выбросов и работы автотранспорта;
• импактных воздействий промпредприятий и транспортных узлов; • аварийных ситуаций и др. В ближайшем будущем, очевидно, будут происходить следующие процессы:
• снижение выбросов от автотранспорта за счет увеличения доли электромобилей;
• снижение выбросов от сжигания тяжелого органического топлива (уголь, мазут) с преобладанием условно чистого газа или атомной энергетики;
• ужесточение экологического нормирования и природоохранных мероприятий;
• увеличение глубины переработки отходов и др.
Так, по результатам мониторинга 2019–2024 годов устанавливается значительное снижение концентраций свинца в транспортной зоне города относительно ретроспективных данных 90-х годов. Вероятнее всего, главной причиной сокращения эмиссии свинца является запрет использования свинцовых присадок к бензину (с 2003 года). Тем не менее, т. к. реальная оценка загрязненности почв в 90-е годы значительно завышена из-за применения полуколичественных методов анализа, сделать однозначные выводы о причинах изменения динамики загрязнения почв сейчас не представляется возможным.
Также необходимо отметить, что с учетом географического положения Санкт-Петербурга, крупных промышленных предприятий и логистических центров, интермодальных грузопотоков в дальнейшем в мегаполисе или на сопредельных территориях возможны эксцессы, которые приведут к загрязнению почв.
К таким эксцессам в первую очередь можно отнести:
• аварии на промышленных предприятиях и складах; • аварии при перевозке опасных грузов;
• аварии на радиационно-опасных объектах или объектах ядерной энергетики;
• крупные природные и техногенные пожары;
• возможные военные или террористические акции и др.
Необходимо еще раз подчеркнуть важность повторного анализа ранее отобранных проб почв как базы сравнения. Почва, как депонирующая среда, является летописью антропогенных изменений не только собственно почв, но загрязнения атмосферы. Повторный анализ ранее отобранных проб почв играет ключевую роль в мониторинге и оценке состояния почв, особенно в контексте улучшения методов анализа вещественного состава на фоне антропогенеза. С развитием технологий и появлением новых методик исследования повторный анализ позволяет не только подтвердить ранее полученные результаты, но и выявить новые аспекты изменения техногенного геохимического фона, которые могли быть упущены ранее.
Во-первых, повторное исследование дает возможность проверить точность и надежность предыдущих анализов. С течением времени и развитием науки методы анализа становятся более совершенными, что может привести к пересмотру ранее полученных данных. Например, улучшение аналитических методов может позволить обнаружить более низкие концентрации загрязняющих веществ или выявить новые химические соединения, которые ранее были недоступны для обнаружения.
Во-вторых, повторный анализ помогает отслеживать динамику изменений в состоянии почв. Регулярное повторение исследований позволяет увидеть, как меняются уровни загрязнения, плодородие почв, кислотность и другие параметры с течением времени. Это особенно важно для территорий, подверженных антропогенному воздействию, где изменения могут происходить быстро.
В-третьих, повторное исследование способствует повышению достоверности и надежности данных. Повторение анализов с использованием разных методов и подходов позволяет получить более полную картину состояния почв как индикатора загрязнения всех природных сред и снизить риск ошибок, связанных с использованием одного метода.
Таким образом, повторный анализ проб почв должен являться неотъемлемой частью процесса мониторинга и оценки состояния почв. Он позволяет не только подтвердить ранее полученные результаты, но и выявить новые аспекты, которые могут быть важны для понимания динамики изменений в почвах и разработки эффективных стратегий управления земельными ресурсами.
Таким образом, принимая во внимание все вышесказанное, создание банка образцов почв позволяет решать следующие задачи:
• Оценка и фиксация текущего состояния почв. Банк образцов позволяет получить и зафиксировать во времени объективную информацию о состоянии почв на сегодняшний момент с учетом текущей степени антропогенной нагрузки.
• Прогнозирование изменений. Банк образцов позволяет отслеживать динамику загрязнения почв во времени. Это помогает предсказать возможные последствия загрязнения и разработать меры по их предотвращению.
• Сравнение с другими регионами. Банк образцов позволяет сравнивать состояние почв в разных регионах. Это помогает выявить общие тенденции загрязнения в стране и определить наиболее проблемные регионы.
• Разработка рекомендаций. На основе анализа данных из банка образцов можно разработать более объективные рекомендации по охране почв и рациональному использованию земельных ресурсов.
Методология создания банка образцов
Для создания банка образцов почв необходимо выполнить следующие основные шаги:
• выбор мест отбора проб. Места отбора проб должны быть репрезентативными для города и отражать различные условия землепользования;
• отбор проб. Пробы должны быть отобраны в соответствии с установленными методиками, принятыми в текущей системе мониторинга;
• хранение проб. Пробы должны храниться в условиях, обеспечивающих их сохранность и неизменность свойств; • анализ проб. Пробы должны быть проанализированы на содержание загрязняющих веществ с применением оптимальных на сегодняшний день методов анализа;
• обработка данных. Данные об анализе проб должны быть обработаны и систематизированы. Необходимо создание базы данных о концентрациях загрязняющих веществ, которая должна быть доступна широкому кругу пользователей.
Относительно реализуемой на сегодняшний день концепции мониторинга почв в Санкт-Петербурге, формируемый банк образцов должен отвечать следующим принципам:
• быть представительным и охватывать всю территорию города;
• представлять основные городские ландшафты;
• не иметь следов аномального загрязнения (проливов нефтепродуктов и т. д.);
• не содержать инородные включения в большом объеме; • количество проб должно быть не менее 50 шт.
В рамках проведения работ по Государственному контракту №066-24 от 12.03.2024 г. на оказание услуг по оценке уровня загрязнения почвогрунтов на территории Санкт-Петербурга в зоне влияния промышленных объектов, транспортной зоны и селитебной в целях осуществления государственного мониторинга состояния и загрязнения окружающей среды (исполнитель работ – ООО «ТехноТерра»), параллельно с отбором проб на базовых площадках в 2024 году был произведен отбор дополнительных проб для создания банка образцов, что позволит зафиксировать уровень загрязнения почв на момент проведения мониторинга в 2024 году.
В рамках проведения работ по Государственному контракту №066-24 от 12.03.2024 г. на оказание услуг по оценке уровня загрязнения почвогрунтов на территории Санкт-Петербурга в зоне влияния промышленных объектов, транспортной зоны и селитебной в целях осуществления государственного мониторинга состояния и загрязнения окружающей среды (исполнитель работ – ООО «ТехноТерра»), параллельно с отбором проб на базовых площадках в 2024 году был произведен отбор дополнительных проб для создания банка образцов, что позволит зафиксировать уровень загрязнения почв на момент проведения мониторинга в 2024 году.
Общая концепция и подход к выбору мест отбора проб для создания банка определены следующим образом:
• пробы отбирались в каждом административном районе города (всего 18 районов), чтобы в дальнейшем отслеживать динамику загрязнения не только для всего города в целом, но и отдельно по каждому административному району, которые между собой достаточно разнятся по степени антропогенной нагрузки;
• в каждом районе отобрано по четыре пробы (таким образом, банк сформирован из 72 проб (при общем количестве базовых площадок равном 124);
• из четырех проб три отобраны на площадках с большей антропогенной нагрузкой и одна – с меньшей (т. н. «фоновые» пробы в рекреационных зонах города (сады, парки, скверы, ООПТ);
• упор делался на формирование банка почв по социально значимым территориям (большинство проб отобрано в жилой зоне).
Банк образцов почв позволяет законсервировать время в материальном формате депонирующей среды как индикатора состояния природной среды Санкт-Петербурга 2024 года.
Кроме того, учитывались следующие аспекты:
• отобранные и перемешанные образцы имеют объем, рассчитанный на три–пять анализов по определенному сегодняшней программой мониторинга перечню показателей основных загрязнителей (если мониторинг будет повторяться в дальнейшем, то можно будет сравнивать с уровнем 2024 года на протяжении 50–70 лет);
• описание мест отбора (акт отбора) и фотофиксация должны быть уникальны для каждой пробной площадки.
Сводный перечень выбранных площадок мониторинга для формирования банка образцов представлен в табл. 1.
После отбора проб для формирования банка было сделано следующее:
• пробы были высушены без принудительного нагрева до воздушно-сухого состояния (рис. 1) в алюминиевых лотках (алюминий не входит в перечень анализируемых показателей по программе мониторинга);
• из отобранного материала были удалены (при наличии) крупные камни, мусор, растительные остатки; • пробы были упакованы в стеклянные банки объемом 4 л (рис. 2), закрыты непроницаемыми крышками. Каждая банка пронумерована, этикетка заклеена скотчем (шифр согласно табл. 1).
• тара, уплотнение крышки и маркировка были выбраны таким образом, чтобы не оказывать влияние на содержание основных поллютантов в отобранных образцах;
• банки упакованы в пластиковые светонепроницаемые контейнеры, пригодные для их хранения и перемещения;
• место хранения банка – склад ООО «ТехноТерра», где всегда сохраняется постоянная температура воздуха (рис. 1–3).
В заключение можно сказать, что банк образцов почв является важным инструментом мониторинга загрязнения почв. Он позволяет получить объективную картину состояния среды, выявить источники загрязнения и принять меры по их устранению. Создание и поддержание банка образцов почв должно быть приоритетной задачей, требующей совместных усилий государства, бизнеса и общества.
В нашем материальном мире почти все можно восстановить, исправить, отреставрировать, но нельзя восстановить прошедшее время. Банк образцов почв позволяет законсервировать время в материальном формате депонирующей среды как индикатора состояния природной среды Санкт-Петербурга 2024 года. Расчетный срок хранения составляет 40–50 лет с возможностью примерно раз в десять лет повторять аналитические исследования.
Источники
1. The UKCEH Soil Bank [Электронный ресурс] URL: https://www.ceh.ac.uk/our-science/researchfacilities/ukceh-soil-bank;
2. K.C. Jones, C.J. Symon, A.E. Johnston. Retrospective analysis of an archived soil collection II. Cadmium, Science of The Total Environment, Volume 67, Issue 1, 1987, Pages 75-89 [Электронный ресурс] URL: https://www.sciencedirect.com/science/ article/pii/0048969787900672;
3. Aurea C. Chiaia-Hernandez, Armin Keller, Daniel Wächter, et al. Long-Term Persistence of Pesticides and TPs in Archived Agricultural Soil Samples and Comparison with Pesticide Application Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 18 [Электронный ресурс] URL: https://doi.org/10.1021/acs. est.7b02529;
4. Технический отчет о выполнении работ «Оценка уровня загрязнения почвогрунтов на территории Санкт-Петербурга», Государственный контракт №053-23 от 21.03.2023 г. Шифр: 34/23, 2023 г. Заказчик: Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности
