В.В. Решетов, К.А. Коршак, К.А. Ладина
В Санкт-Петербурге проблема загрязнения почвогрунтов стоит особенно остро. Город является крупным промышленным центром, в котором расположено множество предприятий, выбрасывающих в атмосферу вредные вещества. Кроме того, город активно растет и развивается, увеличивается протяженность автомобильных дорог.
Почва является естественным фильтром для атмосферных загрязнений, поглощая и удерживая вредные вещества. Эти загрязнения могут проникать в грунтовые воды, а также снова испаряться в атмосферу. Таким образом, существует тесная связь между загрязнением почвы и атмосферы. Проводя мониторинговые исследования загрязнения почв, мы также получаем косвенные сведения об уровне загрязнения воздуха, что особенно важно для принятия мер по обеспечению здоровья населения.
На территории Санкт-Петербурга наиболее планомерно мониторинговые исследования почвогрунтов проводятся Управлением Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по городу Санкт-Петербургу. Помимо Роспотребнадзора, исследования почв осуществляет Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Правительства Санкт-Петербурга. По заказу комитета в период с 1991-го по 2008 год проводился мониторинг загрязнения почв и грунтов Российским геоэкологическим центром – филиалом ФГУГП «Урангео» (РГЭЦ). С 2013-го по 2015 год подобные работы проводились СПб ГБУ «Минерал», а с 2019- го по 2024 год мониторинговыми исследованиями занималась организация ООО «ТехноТерра».
В Санкт-Петербурге мониторинг загрязнения почвогрунтов с 2021 года проводится регулярно по специально подготовленной программе с целью контроля состояния окружающей среды и предотвращения возможных негативных последствий. В данной статье мы рассмотрим результаты мониторинга за последние три года.
В рамках государственного мониторинга почвогрунтов Санкт-Петербурга в 2021-м и 2022 году было обследовано 120 площадок, а в 2023-м – 124 площадки мониторинга почвогрунтов в 18 районах города: Курортном, Выборгском, Приморском, Петроградском, Василеостровском, Адмиралтейском, Центральном, Калининском, Красногвардейском, Невском, Колпинском, Пушкинском, Фрунзенском, Московском, Кировском, Красносельском, Петродворцовом и Кронштадтском. Процесс отбора проб представлен на рис. 1–3.
Обследованные площадки мониторинга располагались в разных функциональных зонах города: в селитебной зоне (54 площадки), в рекреационной зоне (25 площадок), в промышленной зоне или в зоне влияния промышленности (22 площадки), а также в транспортной зоне (23 площадки). В соответствии с программой мониторинга загрязнение почвогрунтов на территории Санкт-Петербурга оценивалось путем сравнения фактических содержаний с ПДК, а также с ретроспективными данными по трем группам загрязняющих веществ:
• тяжелые металлы и металлоиды – 11 элементов 1–3-х классов опасности (1-й класс: ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, цинк; 2-й класс: никель, кобальт, хром, медь, сурьма; 3-й класс: марганец);
• органические загрязнители – бенз(а)пирен, нефтепродукты;
• стойкие органические загрязнители (СОЗ) – ПХБ, ДДТ, ДДЭ, ДДД, ПХДД/ПХДФ.
Исследования содержания ПХДД и ПХДФ (диоксинов и фуранов) включены в программу мониторинга с 2022 года для контроля степени воздействия потенциальных источников их образования (в городе это заводы по сжиганию осадка сточных вод ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»). Дополнительно была проведена оценка засоления (для всех функциональных зон) и потенциального плодородия почвогрунтов (для селитебной и рекреационной зон).
Для выявления закономерностей распределения содержания загрязняющих веществ в почвогрунтах по районам города применены методы пространственной и статистической обработки данных. Среди различных методов определения среднего содержания загрязняющих веществ (среднее арифметическое, медиана, мода) за основной был выбран расчет медианного значения, т. к., в отличие от среднего арифметического, медиана менее чувствительна к выделяющимся из общей выборки значениям, а мода лишь характеризует наиболее часто встречающееся значения в массиве данных.
Тем не менее, с целью подтверждения достоверности полученных данных в рамках исследований 2023 года также был произведен расчет среднего арифметического. Так, распределение содержания загрязняющих веществ в почвогрунтах городов редко подчиняется закону нормального распределения ввиду большого количества локальных источников их поступления в окружающую среду. Выборка из достоверных результатов исследований, как правило, будет содержать ряд выделяющихся значений («выбросов»), которые могут на несколько порядков отличаться от основного массива данных. «Нормальность» распределения в первом приближении можно установить по сопоставлению результатов расчета медианы и среднего арифметического – близость значений этих статистических параметров друг к другу является одним из признаков нормального распределения данных. Следует отметить, что для достаточно большого количества наблюдений при исключении из статистических расчетов «выбросов» распределение содержания загрязняющих веществ в почвогрунтах становится близким к нормальному [1].
Рисунки 1–3. Отбор проб почвогрунтов на базовых площадках в 2023 году
Ниже приведены результаты исследований почвогрунтов (значения среднего арифметического и медианного содержания загрязняющих веществ, а также минимальное и максимальное значение) в пределах площадок мониторинга за 2021–2023 годы (табл. 1 и 2).
Следует пояснить, что согласно методике ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.56-08 для оптимизации контроля содержания ПХДД и ПХДФ (диоксинов и фуранов) были установлены коэффициенты токсической эквивалентности (I-TEF – International Toxicity Equivalency Factor). Они выражают токсичность диоксинов и фуранов в соотношении с 2,3,7,8- ТХДД (2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин). Это вещество является широко изученным и представляет наиболее токсичное действие диоксиновой группы, поэтому оно используется в качестве эталона. Токсичность других ПХДД и ПХДФ выражается в коэффициентах токсичности – долях от токсичности 2,3,7,8-ТХДД, принятой за единицу.
I-TEF позволяет преобразовать количественные аналитические данные для отдельных ПХДД и ПХДФ в единый токсический эквивалент (I-TEQ – International Toxicity Equivalent) и таким образом оценить токсичность по порядку величины.
Для получения I-TEQ в пробе масса каждого химического вещества в смеси умножается на его I-TEF, а затем суммируется со всеми другими химическими веществами, чтобы получить общую массу, взвешенную по токсичности.
Для комплексной оценки загрязненности почвогрунтов были рассчитаны показатель суммарного загрязнения (Zc) по тяжелым металлам и металлоидам и индекс загрязнения почв (ИЗП) по всем исследованным показателям (тяжелым металлам и металлоидам, органическим загрязнителям). Индекс Zc характеризует превышение содержания тяжелых металлов и металлоидов над фоном [2], в то время как ИЗП характеризует превышение перечисленных поллютантов над ПДК.
Достоинство индекса ИЗП в том, что он учитывает не только металлы, но и другие нормируемые вещества. На ряде примеров показано, что количество гигиенически опасных геохимических аномалий, выявляемых с помощью ИЗП, в несколько раз больше, чем фиксируемых показателем суммарного загрязнения Zc [3].
Результаты расчетов индексов загрязнения почв представлены в табл. 3.
Сравнение результатов исследований по медианным значениям показателей Zc и ИЗП за 2021-й и 2023 год представлено на рис. 4.
Из рис. 4 и табл. 3 видно, что значительных изменений в уровне загрязнения почв за два цикла наблюдений не фиксируется. Тем не менее, т. к. некоторое увеличение показателей Zc и ИЗП все же наблюдается, очевидным становится проведение регулярных наблюдений для определения линии тренда по динамике уровня загрязнения для нивелирования различных погрешностей, возникающих в ходе каждого цикла наблюдений.
Сравнение уровня загрязнения почвогрунтов Санкт-Петербурга в разрезе административных районов и функциональных зон по данным за 2023 год
Тяжелые металлы. Наименьшие медианные значения суммарного показателя загрязнения Zc характерны для почвогрунтов Курортного, Калининского, Приморского и Колпинского районов. Наибольшие значения характерны для почвогрунтов районов с крупными промышленными зонами, функционирующими длительный период: Фрунзенский район (промзона «Волково»), Московский (Новоизмайловская, Лиговская промзоны и др.), Адмиралтейский район (Адмиралтейская промзона, промзона у Обводного канала) и Василеостровский (промзона «Уральская», «Балтийская»).
Во Фрунзенском районе медианные значения Zc соответствуют «умеренно опасной» категории загрязнения, во всех остальных районах медианные значения Zc соответствуют «допустимой» категории.
В соответствии с требованиями СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» превышения над допустимыми уровнями по содержанию тяжелых металлов:
• в селитебной зоне отмечены на 18 из 54 площадок (33,3%). Превышения по содержанию кадмия выявлены на семи площадках (1,1-158,0 ПДК), меди на трех площадках (2,45-10,3 ПДК), никеля на одной площадке (2,3 ПДК), свинца на девяти площадках (1,12-5,94 ПДК), цинка на 13 площадках (1,14-7,45 ПДК), сурьмы на одной площадке (1,56 ПДК), хрома (VI) на одной площадке (1,12 раз);
• в рекреационной зоне отмечены на двух из 25 площадок (8%). Превышения по содержанию кадмия выявлены на одной площадке (1,58 ПДК), свинца на двух площадках (1,31-1,38 ПДК), цинка на одной площадке (1,25 ПДК);
• в промышленной зоне (зоне влияния промышленности) отмечены на семи из 22 площадок (31,8%). Превышения по содержанию кадмия выявлены на четырех площадках (1,14- 2,5 ПДК), меди на одной площадке (11,52 ПДК), никеля на одной площадке (1,04 ПДК), свинца на двух площадках (1,31-3,19 ПДК), цинка на шести площадках (1,25-6,73 ПДК);
• в транспортной зоне отмечены на двух из 23 площадок (8,7%) по содержанию кадмия (1,76- 1,86 ПДК), меди на двух площадках (1,33-2,15 ПДК), свинца на двух площадках (1,75-4,31 ПДК), цинка на двух площадках (2,16-4,36 ПДК).
Бенз(а)пирен. Наименьшие медианные значения содержания бенз(а)пирена характерны для почвогрунтов Красносельского, Невского, Выборгского и Петроградского районов. Наибольшие значения отмечены в Московском, Адмиралтейском, Красногвардейском и Кировском районах.
Во всех районах города, кроме Красносельского, Невского, Выборгского, медианные значения содержания бенз(а)пирена превышают установленное ПДК в 1,23–6,95 раза.
Превышения над допустимыми уровнями по содержанию бенз(а)пирена установлены во всех административных районах города. Все это говорит о высоком уровне загрязнения почвогрунтов бенз(а)пиреном на территории Санкт-Петербурга в целом.
В соответствии с требованиями СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» превышения над допустимыми уровнями по содержанию бенз(а)пирена:
• в селитебной зоне отмечены на 43 из 54 площадок (79,6%) от 1,30 до 95,00 ПДК;
• в рекреационной зоне отмечены на 12 из 25 площадок (48,0%) от 1,30 до 6,35 ПДК;
• в промышленной зоне (зоне влияния промышленности) отмечены на 17 из 22 площадок (73,9%) от 1,45 до 85,50 ПДК;
• в транспортной зоне отмечены на 17 из 23 площадок (95,2%) от 1,65 до 94,50 ПДК.
Нефтепродукты. Наименьшие медианные значения содержания нефтепродуктов характерны для почвогрунтов Петродворцового, Красносельского, Курортного и Калининского районов. Наибольшие значения отмечены в Адмиралтейском, Московском, Невском и Приморском районах.
Во всех районах города медианные значения содержания нефтепродуктов не превышают установленное ПДК (1000 мг/кг), что говорит о низком уровне загрязнения почвогрунтов нефтепродуктами на территории Санкт-Петербурга в целом. Максимальная концентрация нефтепродуктов, незначительно превышающая ПДК, была зафиксирована только на одной площадке Приморского района, расположенной в транспортной зоне.
Значения комплексного индекса загрязнения почв ИЗП>1,0 диагностируют «загрязненный» грунт, и чем они выше, тем хуже состояние окружающей среды. По медианному значению ИЗП наиболее загрязненными являются почвогрунты на площадках мониторинга в Невском и Московском районах, а наименее – в Курортном, Выборгском и Петроградском.
Исходя из критериев санитарногигиенической оценки почв, изложенной в СанПиН 1.2.3685-21, для всех проб была определена их категория загрязнения. На исследованных площадках наибольшая доля проб «чрезвычайно опасной» категории загрязнения по химическим показателям отмечена в Красногвардейском, Адмиралтейском, Московском и Кировском районах города. В целом по городу доля проб «чрезвычайно опасной» категории загрязнения составила около 32%. Соотношение проб разных категорий загрязнения представлено на рис. 5.
Стойкие органические загрязнители. На площадках мониторинга во всех административных районах города не зафиксировано загрязнения почвогрунтов СОЗ. Превышения установленных ПДК отсутствуют. Концентрации ПХБ, ДДТ, ДДЭ, ДДД во всех пробах составляют меньше порога обнаружения (<0,1 мкг/кг).
Наименьшие медианные значения содержания ПХДД/ПХДФ в почвогрунтах характерны для Красносельского, Петродворцового, Пушкинского, Приморского и Курортного районов. Наибольшие значения отмечены в Московском, Адмиралтейском и Василеостровском районах.
Наивысшие максимальные значения по содержанию ПХДД/ПХДФ отмечены в Выборгском, Кронштадтском, Красногвардейском, Фрунзенском и Московском районах.
Оценка динамики уровней загрязнения почвогрунтов Санкт-Петербурга
Для оценки динамики уровней загрязнения почвогрунтов на территории административных районов Санкт-Петербурга был проведен сравнительный анализ современных и ретроспективных данных за три периода: 1990–2000-е, 2013–2015-е и 2021–2022 годы. Стоит учесть, что данные за период 2013–2015 годов содержат сведения только по жилым и рекреационным зонам, в связи с чем медианные значения содержаний загрязняющих веществ в почвогрунтах могут быть занижены.
Тяжелые металлы. В большинстве административных районов наблюдается снижение медианных значений показателя загрязнения Zc с 1990–2000-х годов. Такая тенденция согласуется с планомерным уменьшением доли проб, не соответствующих санитарно-гигиеническим нормативам по химическим показателям в Санкт-Петербурге за последние 10 лет, зафиксированным в рамках санитарно-гигиенического мониторинга, проводимого Роспотребнадзором [4]. Тем не менее, наблюдается повышение уровня загрязнения тяжелыми металлами по сравнению с 2021 годом, но данный уровень остается ниже, чем в 1990–2000-х.
Бенз(а)пирен. Динамика загрязнения почвогрунтов бенз(а)пиреном по районам города неоднозначна, что может быть обусловлено разным изменением степени транспортной нагрузки в различных частях города. Тем не менее, некоторые закономерности удалось установить по функциональным зонам города.
Так, медианное значение содержания бенз(а)пирена в почвогрунтах селитебной и транспортной зоны с 1990–2000-х годов по настоящее время не изменилось и остается стабильно высоким, что обусловлено выбросами автотранспорта на крупных магистралях и на территориях с густой транспортной сетью. Медианное значение содержания бенз(а)пирена в почвогрунтах рекреационной зоны с 1990– 2000-х годов по настоящее время снизилось в 2,8 раза. Медианное значение содержания бенз(а) пирена в почвогрунтах промышленной зоны незначительно возросло (в 1,1 раза) и остается стабильно высоким.
Нефтепродукты. В большинстве административных районов города наблюдается снижение медианных значений содержания нефтепродуктов в почвогрунтах с 1990–2000-х годов по настоящее время, за исключением Курортного, Выборгского, Приморского, Василеостровского, Адмиралтейского, Невского, Московского районов.
Стойкие органические загрязнители. По результатам сравнения полученных данных 2023 года с ретроспективными данными по содержанию стойких органических загрязнителей на территории Санкт-Петербурга можно отметить, что концентрация ПХБ и ДДТ во всех исследованных районах значительно ниже медианного значения за периоды с 1990– 2000-х годов. С учетом такого значительного сокращения концентраций рекомендуется провести межлабораторное сличение результатов исследований по данным СОЗ среди площадок мониторинга, по которым, согласно ретроспективным данным, фиксировались наибольшие концентрации.
В Курортном, Выборгском, Колпинском, Красносельском, Невском, Калининском, Центральном, Адмиралтейском, Василеостровском и Петроградском районах зафиксировано увеличение медианных значений содержания в почвогрунтах диоксинов и фуранов (ПХДД/ПХДФ) относительно результатов 2022 года. В ряде районов (Колпинский, Адмиралтейский, Центральный, Калининский, Красногвардейский и Московский) медианные значения также увеличились относительно более ретроспективных данных (2003–2007 годы). Максимальные значения, в свою очередь, планомерно уменьшаются практически во всех районах города.
С целью визуализации полученных результатов были построены карты загрязнения почвогрунтов Санкт-Петербурга тяжелыми металлами (по показателю Zc), бенз(а)пиреном, диоксинами и фуранами (рис. 6–11) за 2021-й, 2022-й (только по диоксинам и фуранам) и 2023 год.
На картах наиболее ярко выражены зоны так называемого «остаточного загрязнения» в центральной части города (территории с «умеренно опасной» и «опасной» категориями загрязнения по показателю Zc), а также зоны разовых выделяющихся значений в периферийных районах.
По аналогии с пространственным распределением загрязнения тяжелыми металлами на картах прослеживаются зоны повышенного загрязнения в центральной части города. В северных районах Санкт-Петербурга также выделяются зоны наиболее высокого загрязнения.
На картах четко прослеживаются зоны повышенных концентраций в северных районах, зоны т. н. «остаточного загрязнения» в центральной части, зоны разовых выделяющихся значений в периферийных районах города.
Оценка потенциального плодородия почвогрунтов
В рамках работ по оценке потенциального плодородия почвогрунтов в 2023 году было обследовано 79 площадок, из них 25 расположены в рекреационной зоне, 54 – в селитебной. Основными показателями, позволяющими оценить качество почвогрунтов с точки зрения их плодородных свойств, являются pH водной и солевой вытяжки, подвижный фосфор, обменный калий, нитратный азот, аммонийный азот, содержание гумуса.
На обследованных площадках почвы с очень высоким (>10%) и высоким (6–10%) содержанием гумуса составляют меньше половины от исследованных проб (39% проб). В 32% проб почвогрунтов содержание гумуса среднее, доля проб с очень низким (<2%) и низким (2–4%) содержанием составляет 29% (суммарно).
С одной стороны, почвы достаточно хорошо обеспечены подвижным фосфором и калием, большой процент почв (57%) обладает нейтральной и слабощелочной реакцией среды, наиболее благоприятной для роста растений. С другой стороны – почвы с высоким и очень высоким содержанием гумуса составляют меньше половины исследованных проб.
Такое неравномерное распределение характеристик почвенного плодородия может быть обусловлено рядом факторов: заменой верхнего почвенного слоя и применением минеральных удобрений в результате благоустройства территории, загрязнением почв продуктами сгорания топлива.
Оценка засоления почвогрунтов
Оценка засоления почвогрунтов проводилась на всех площадках мониторинга. Доля проб с незасоленными почвогрунтами составила 58%, остальные 42% являются слабозасоленными. Можно предположить, что засоление почвогрунтов противогололедными реагентами незначительно или отсутствует и не влияет на миграцию ряда загрязнителей в сопредельные среды. Исследованные почвогрунты благоприятны для произрастания растений (для городского озеленения), а также для жизнедеятельности почвенных организмов.
Обобщая итоги выполненных работ и сравнивая их с результатами предыдущих лет, можно сделать следующие выводы:
• Загрязнение почвогрунтов в целом для всех районов города не носит угрожающий характер, что не исключает выявления высоких уровней загрязнения в отдельных локациях.
• К постоянным компонентам загрязнения городских почв наряду с бенз(а)пиреном относятся кадмий, медь, свинец, цинк, однако их роль в загрязнении почв снижается.
• Подтверждена приоритетная роль бенз(а)пирена в загрязнении почвогрунтов Санкт-Петербурга, что может быть объяснено установленным нормативами заниженным порогом.
• Содержание стойких органических загрязнителей, таких как ПХБ, ДДД, ДДЭ, ДДТ, в почвогрунтах на выбранных площадках мониторинга оказалось ниже порога обнаружения.
• Загрязнение почвогрунтов диоксинами и фуранами (ПХДД/ПХДФ) также остается на очень низком уровне относительно ПДК. Тем не менее, незначительное увеличение медианных концентраций в ряде районов говорит о наличии в городе потенциальных источников поступления в почвогрунты диоксинов и фуранов. •Значительного засоления почв не происходит несмотря на применение антигололедных реагентов.
• Плодородие почв сохраняется на удовлетворительном уровне, что важно для поддержания рекреационной роли почвогрунтов.
• Значительных изменений в уровне загрязнения почв за два цикла наблюдений не фиксируется, хотя некоторое увеличение показателей Zc и ИЗП все же наблюдается. Очевидной становится необходимость проведения регулярных наблюдений для определения линии тренда по динамике уровня загрязнения для нивелирования различных погрешностей, возникающих в ходе каждого цикла наблюдений.
• Анализ пространственного совпадения мест с наибольшими концентрациями ряда загрязнителей позволяет подтвердить очевидный вывод о том, что основным источником поступления данных поллютантов является автомобильный транспорт и промышленность.
С целью повышения качества интерпретации результатов мониторинга и определения источников загрязнения необходимо продолжить регулярные наблюдения на установленных площадках мониторинга.
Источники
1. Иванюкович Г.А. Статистический анализ экогеологических данных / под ред. И.М. Хайковича, В.В. Куриленко. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2010. 204 c.
2. Информационно-аналитический сборник «О состоянии окружающей среды в Ленинградской области». – СПб., 2010. – 412 с.
3. Богданов Н.А. Диагностика территорий по интегральным показателям химического загрязнения почв и грунтов // Гигиена и санитария. №1, 2014. – С. 92-97;
4. Аналитические материалы по Санкт-Петербургу для включения в доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Российской Федерации». Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по городу Санкт-Петербургу. Санкт-Петербург, 2012–2023 гг.
5. Аналитические материалы по Санкт-Петербургу для включения в «Доклад об экологической ситуации в Санкт-Петербурге». Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности. Санкт-Петербург, 2011–2023 гг.
