Assessment of benzo(a)pyrene soil contamination in Khabarovsk

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

В городах с хорошо развитой промышленностью и инфраструктурой остро стоит проблема загрязнения окружающей среды супертоксикантами, к которым относится класс полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), различающихся по числу бензольных колец и особенностям их присоединения друг к другу. Вследствие высокой канцерогенной и мутагенной активности Агентство по охране окружающей среды США (US Environmental Protection Agency, US EPA) определило 16 ПАУ как приоритетные загрязняющие вещества [1]. В России и за рубежом проводятся исследования содержания ПАУ в объектах окружающей среды, в том числе в городских почвах — главном компоненте ландшафта, депонирующем ПАУ [2–8]. В России суммарное содержание ПАУ определяли в почвах Москвы, Санкт-Петербурга, Уфы, Тюмени, исследовали содержание различного количества ПАУ в разных функциональных зонах городов. Результаты этих работ варьируют в широких пределах.

Высокая чувствительность различных организмов к бенз(а)пирену (БП) определяет использование его в качестве индикатора состояния окружающей среды для всех ПАУ [9]. В России БП подлежит обязательному контролю [10]. В соответствии с СанПиН 1.2.3685-21 [11] предельно допустимая концентрация (ПДК) БП в почве с учётом фона (кларка) составляет 0,02 мг/кг, класс опасности первый, лимитирующий признак вредности общесанитарный. Российский норматив — более жёсткий по сравнению с нормативами Германии, Дании, Нидерландов.

Мониторинговые исследования содержания БП в почвах охватывают незначительную часть территории Российской Федерации. Наблюдения за содержанием БП в почвах фоновых площадок проводились на территории Дальневосточного федерального округа (Приморского края) в 2017–2020 гг. (концентрация БП — <0,005 мг/кг) и на территории Оренбургской области (г. Медногорск) в 2019 году (концентрация БП — 0,018 мг/кг).

Имеется ряд публикаций, характеризующих загрязнение почв БП в различных городах и регионах Российской Федерации. Значительное загрязнение почвы БП (до 5,5 ПДК) отмечено в крупных городах Красноярского края [12]. В работе [13] представлены результаты исследований на содержание БП 660 проб почв из 19 мониторинговых точек в г. Таганроге за 2013–2015 гг. Показано, что содержание БП является существенным фактором риска здоровью населения: превышение ПДК выявлено в 65,28% исследованных проб почвы при средней и максимальной концентрациях 2,45 и 38,05 ПДК соответственно. Наиболее детально исследованы почвы Москвы. В работе Г.И. Агапкиной с соавт. [6] установлено, что чуть более трети исследованных городских почв по содержанию БП классифицируются как «чистые», а около половины имеют допустимую категорию загрязнения. По данным А.Л. Чикидовой [2], в Восточном административном округе Москвы средняя концентрация БП в почвах составляет 0,06–0,10 мг/кг, что превышает ПДК в среднем в 3–5 раз, в почвах Национального парка «Лосиный остров» — 0,005 мг/кг. В работе [14] проанализировано временное и пространственное распределение БП в почвенном покрове Москвы за 2007–2016 гг. в 2238 точках на территории 9 административных округов (данные наблюдений ГПБУ «Мосэкомониторинг»). Анализ многолетних данных показал снижение концентраций БП в 4–8 раз почти во всех округах города. Пространственная неоднородность техногенных выпадений БП на территорию города усиливается под влиянием физико-химических свойств почв (гранулометрического состава, кислотно-щелочных условий и содержания гумуса). Частота превышения ПДК за период 2007–2016 гг. снизилась более чем в 100 раз. Существенные различия между результатами ежегодного почвенного мониторинга и данными исследований других авторов могут быть обусловлены как аналитическими погрешностями, так и выбором мест опробования [14]. Изучение накопления БП в дорожной пыли разных типов дорог Москвы показало, что на крупных автодорогах превышение ПДК в почвах составило 14 раз, в центре города содержание БП в пыли дворов достигает 1,02 мг/кг (51 ПДК). Минимальный канцерогенный риск отмечен для дорог с преобладанием безостановочного движения [15]. Для городских ландшафтов Алушты установлен чрезвычайно опасный уровень загрязнения частицами PM₁₀ почв почти на четверти, а дорожной пыли — на 70% территории города [16]. В работе [17] отмечено, что содержание БП в почвах и дорожной пыли превышает фоновые значения в почвах в среднем в 60 и 90 раз соответственно в Алуште, в 139 и 64 раза — в Ялте, в 260 и 89 раз — в Севастополе. Чрезвычайно опасный уровень загрязнения характерен для половины территории Севастополя, 35 и 25% городских территорий в Ялте и Алуште соответственно. Частицы РМ₁₀ концентрируют от 35 до 70% БП. В качестве основных источников загрязнения рассматривают выбросы автотранспорта при торможении и начале движения и продукты сгорания угля и дров при печном отоплении.

Среднее содержание БП в поверхностных слоях почвы Московской области в 2010 году в 83 раза превышало уровень в незагрязнённых фоновых почвах. Наибольший экологический риск характерен для промышленной зоны и районов расположения крупных автомагистралей. Выполнены расчёты критических нагрузок [18].

Таким образом, в большинстве опубликованных работ отмечается превышение нормативных требований по содержанию БП в почвах городских территорий. Имеет место пространственная неравномерность и приуроченность участков с повышенным содержанием БП в городских почвах к зонам влияния техногенных источников, связанных со сжиганием топлива, и автомагистралям.

Сведения о загрязнении БП почв городов Хабаровского края в доступной литературе отсутствуют.

Цель исследования. Дать оценку уровня загрязнения бенз(а)пиреном функциональных зон г. Хабаровска в сравнении с городами Дальнего Востока и других регионов Российской Федерации.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Бенз(а)пирен как поллютант

Бенз(а)пирен — это полициклический углеводород состава C₂₀H₁₂, образующийся при воздействии высокой температуры на некоторые органические вещества. Химическое название вещества по IUPAC — 3,4-бензпирен. Синонимы — 3,4-бензопирен; 6,7-бензопирен; бензо(d,e,f)хризен; benzo[a]pyrene; benzo(a)pyrene; benzo[def]chrysene. Торговые названия — бензо[а]пирен, бенз(а)пирен. CAS — 50-32-8 [19]. По классификации МАИР относится к первой категории: канцерогенен для человека. Основной путь воздействия пероральный, наиболее поражаемые органы и системы — печень, желудочно-кишечный тракт, почки, дыхательная система (БП способен вызывать в ней необратимые изменения вплоть до образования злокачественных опухолей и возникновения мутаций). Помимо канцерогенного, бенз(а)пирен оказывает мутагенное, эмбриотоксическое, гематотоксическое и театогенное действие.

Опасность БП усугубляется тем, что он способен накапливаться в организме, подобно радиоактивным веществам.

Главное условие образования БП — температура 800–1000 °С. Соответственно, основными антропогенными источниками поступления его в окружающую среду являются промышленные выбросы от нефтеперерабатывающих, металлургических, коксохимических и иных производств, предприятий теплоэнергетики, а также наземный транспорт, авиация, водный транспорт [9].

Глобальная эмиссия БП в природную среду составляет более 20 000 т в год. [20]. Он вместе с другими ПАУ оседает на частицах сажи и смолы и на поверхности почвы. В почву БП поступает в основном с атмосферными осадками. Максимальное его содержание отмечается в поверхностных горизонтах из-за высокой сорбционной способности по отношению к БП органических веществ. В поверхностном слое почв сельских районов, находящихся вдали от индустриальных центров, содержание БП не превышает 5–8 нг/г сухой массы. В почве БП опускается вертикально вниз под влиянием гравитационных сил и распространяется вширь под действием поверхностных и капиллярных сил. Такое проникновение приводит к нарушению сложившегося геохимического баланса в экосистеме [9]. Вследствие малодоступности БП почвенным бактериям процесс его разрушения идёт очень медленно [21]. Будучи химически сравнительно устойчивым, БП может долго мигрировать из одних объектов в другие, накапливаясь в пищевых цепях.

Предпосылки загрязнения почв бенз(а)пиреном на исследуемой территории

Основными стационарными источниками загрязнения атмосферы на территории Хабаровска являются АО ННК «Хабаровский нефтеперерабатывающий завод» (ХНПЗ) и Хабаровские ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3. С учётом преобладающих направлений ветра выбросы этих предприятий могут перемещаться на достаточные расстояния за пределы промышленных зон размещения. Второстепенным фактором загрязнения почв бенз(а)пиреном на исследуемых территориях может быть транспорт, однако влияние ТЭЦ является более существенным, особенно в отопительный период.

На исследуемых территориях города большая часть почвенных группировок сильно изменена и представлена в основном техногенными грунтами, задернованными с поверхности. До освоения территории почвенный покров холмисто-увалистых возвышенных территорий был представлен бурыми отбеленными суглинисто-глинистыми почвами и в меньшей степени — бурозёмовидными суглинисто-слабощебнистыми почвами [22]. На равнинных и чаще заболоченных поверхностях городской территории (2-я надпойменная терраса р. Амур и долины малых рек) ранее формировались иловато-дерново-глеевые и иловато-торфянисто-глеевые почвы, которые впоследствии были перекрыты отвальными и привозными грунтами для различных видов строительства [22]. Общие особенности вновь формирующихся почвенных образований в пределах всей городской территории — техногенное происхождение почвообразующей породы и преимущественно суглинистый состав. Следует также отметить, что в почвенных профилях исследуемых прикопок общая мощность всех органогенных горизонтов (включая слои вымывания органического вещества) не превышает 20 см.

Отбор проб и лабораторные исследования

В ходе проведения исследований за период 2017–2020 гг. было отобрано 78 проб почв на территориях различного функционального назначения и вблизи крупнейших стационарных источников загрязнения в черте г. Хабаровска. Пробы почв и грунтов отбирали из поверхностного слоя (0,0–0,05–0,2 м) в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01—2017, ГОСТ Р 58595—2019, ПНД Ф 12.1:2:2.2:2.3:3.2-03 (издание 2014 года). При отборе составлялись объединённые пробы путём смешивания точечных образцов. Для составления каждой объединённой пробы точечные образцы отбирали послойно с глубины 0–5 и 5–20 см в пяти точках одной пробной площадки размером 5×5 м. Отбор проб производили в стеклянную посуду при оптимальных погодных условиях. В ходе доставки образцов в лабораторию были приняты меры по предупреждению возможности их загрязнения.

В процессе подготовки образцов к лабораторным исследованиям их предварительно высушивали при комнатной температуре, затем измельчали и просеивали через сито с диаметром отверстий 1 мм. Содержание БП в навесках определяли на жидкостном хроматографе с многоволновым флуоресцентным детектором Waters HPLC 2475 (Waters, США) в соответствии с МУК 4.1.1274-03. Используемое для лабораторных исследований оборудование Waters HPLC 2475 ежегодно поверялось (свидетельства № 017376 до 04.08.2017 г., № 061851 до 31.07.2018 г., № 112625 до 24.07.2019 г., № 021155 до 22.07.2020 г., № 093129 до 14.07.2021 г.). Погрешность всех полученных и обработанных результатов не превысила 25%, что соответствует МУК 4.1.1274-03.

Точки отбора проб, основные источники возможного загрязнения почв БП, зоны влияния объектов энергетики представлены на рис. 1.

 

Рис. 1. Схема расположения точек отбора почв для исследования содержания бенз(а)пирена. / Fig. 1. Map of soil sampling sites for benzo(a)pyrene concentration assessment.

 

Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием надстройки Excel «Пакет анализа» и метода Boxplots («ящик с усами», диаграмма размаха (англ. box-and-whiskers diagram or plot, box plot), который позволяет компактно изображать скошенные данные. Такой вид диаграммы в удобной форме показывает медиану, нижний и верхний квартили, минимальное и максимальное значение выборки и выбросы. Для визуализации данных использовали иерархическую диаграмму «Дерево». При оценке загрязнения вычисляли коэффициент экологической опасности (коэффициент опасности K₀:

$K_0=\frac{C_i}{ПД{К}_{БП}}$,

где С_i — фактическое содержание БП, мг/кг.

Соответствие допустимым нормам и определение степени загрязнения исследованных почв оценивали по СанПиН 1.2.3685-21 [21].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Содержание БП в исследованных почвах г. Хабаровска представлено в табл. 1. Наименее загрязнёнными площадками предполагаются окраинные территории, представленные агроселитебными зонами, расположенными в Железнодорожном районе города. Буферной зоной между источниками выбросов и территориями с низкой нагрузкой с учётом сформировавшейся застройки города, как правило, являются жилые массивы. Из 78 исследованных проб 38 образцов (48,7%) отобраны в жилых зонах, 32 образца (41,0%) — в промышленных, 8 образцов (10,3%) — в агроселитебных (см. рис. 1).

 

Таблица 1. Загрязнение почв бенз(а)пиреном на территории города Хабаровска, мг/кг / Table 1. Contamination of soils with benzo(a)pyrene in Khabarovsk, mg/kg

№ станции отбора Soil sampling site	Административный район Хабаровска Administrative district	Местоположение объекта (координаты в системе WGS 84) Location in the WGS 84 coordinate system	Концентрация бенз(а)пирена, мг/кг Benzo(a)pyrene concentration, mg/kg	Доли ПДК Proportion of MPC	ения почв Soil coКатегория загрязнntamination category
Жилые зоны | Residential areas
1	Краснофлотский	N48°34’29,2641" E135°02’10,1412"	0,044±0,011	2,2	Опасная
2	Краснофлотский	N48°34’32,6737" E135°03’46,0884"	<0,005	н.п.о.	Чистая
3	Краснофлотский	N48°33’42,8662" E135°02’36,1082"	0,026±0,006	1,3	Опасная
4	Краснофлотский	N48°33’25,1618" E135°02’39,7588"	<0,005	н.п.о.	Чистая
5	Краснофлотский	N48°33’38,8595" E135°06’49,5789"	0,005±0,001	0,25	Чистая
6	Краснофлотский	N48°32’10,8806" E135°02’05,6536"	0,031±0,009	1,55	Допустимая*
7	Краснофлотский	N48°31’19,2659" E135°01’51,5716"	0,399±0,099	19,95	Чрезвычайно опасная
8	Краснофлотский	N48°31’43,5686" E135°03’23,3393"	0,005±0,001	0,25	Чистая
9	Железнодорожный	N48°30’11,4635" E135°03’57,6235"	0,010±0,002	0,5	Чистая
10	Железнодорожный	N48°30’34,8896" E135°05’33,3039"	<0,005	н.п.о.	Чистая
11	Железнодорожный	N48°30’23,2363" E135°06’31,9020"	0,022±0,005	1,1	Опасная
12	Железнодорожный	N48°30’24,2298" E135°07’10,1457"	0,009±0,002	0,45	Чистая
13	Железнодорожный	N48°30’23,4199" E135°07’55,5292"	<0,005	н.п.о.	Чистая
14	Железнодорожный	N48°30’25,5867" E135°10’40,2959"	0,013±0,003	0,65	Чистая
15	Железнодорожный	N48°30’38,2135" E135°10’37,8439"	<0,005	н.п.о.	Чистая
16	Железнодорожный	N48°30’04,6139" E135°04’15,3352"	0,776±0,128	38,8	Чрезвычайно опасная
17	Железнодорожный	N48°30’11,0554" E135°04’26,3468"	0,276±0,055	13,8	Чрезвычайно опасная
18	Железнодорожный	N48°30’14,6625" E135°06’37,7863"	<0,005	н.п.о.	Чистая
19	Кировский	N48°29’32,5748" E135°03’30,7702"	<0,005	н.п.о.	Чистая
20	Железнодорожный	N48°29’44,4384" E135°05’52,9588"	0,014±0,003	0,7	Чистая
21	Кировский	N48°29’02,3449" E135°02’43,6547"	<0,005	н.п.о.	Чистая
22	Центральный	N48°29’10,3404" E135°04’48,9238"	0,078±0,006	3,9	Опасная
23	Центральный	N48°29’25,9666" E135°05’49,6353"	0,280±0,055	14,0	Чрезвычайно опасная
26	Центральный	N48°28’42,2957" E135°04’14,4991"	<0,005	н.п.о.	Чистая
27	Центральный	N48°28’38,4408" E135°04’53,2745"	0,042±0,009	2,1	Опасная
28	Центральный	N48°29’04,2536" E135°04’14,3212"	0,009±0,002	0,45	Чистая
29	Центральный	N48°28’44,9519" E135°05’45,9824"	0,0135±0,0030	0,675	Чистая
30	Центральный	N48°28’08,3218" E135°03’55,5015"	0,0085±0,0020	0,425	Чистая
31	Центральный	N48°28’16,9187" E135°04’21,6359"	0,038±0,009	1,9	Допустимая*
32	Индустриальный	N48°27’14,8732" E135°06’43,7348"	0,010±0,002	0,5	Чистая
33	Индустриальный	N48°26’57,8553" E135°06’11,1170"	0,020±0,005	1,0	Допустимая*
34	Индустриальный	N48°26’38,5250" E135°06’01,4480"	<0,005	н.п.о.	Чистая
35	Индустриальный	N48°26’25,5587" E135°06’01,5791"	0,0125±0,003	0,625	Чистая
36	Индустриальный	N48°26’15,6567" E135°06’22,1694"	0,067±0,017	3,35	Опасная
37	Железнодорожный	N48°25’40,8764" E135°08’45,0246"	<0,005	н.п.о.	Чистая
38	Индустриальный	N48°23’51,4803" E135°06’28,2383"	0,009±0,002	0,45	Чистая
39	Индустриальный	N48°23’22,7287" E135°05’55,8409"	0,4026±0,0990	20,13	Чрезвычайно опасная
40	Индустриальный	N48°23’11,1049" E135°05’29,5509"	0,007±0,001	0,35	Чистая
Агроселитебные зоны | Agro-residential areas
41	Железнодорожный	N48°32’53,4416" E135°05’21,0136"	<0,005	н.п.о.	Чистая
42	Железнодорожный	N48°32’35,9002" E135°04’08,8643"	0,048±0,010	2,4	Опасная
43	Железнодорожный	N48°32’25,6929" E135°05’26,4697"	<0,005	н.п.о.	Чистая
44	Железнодорожный	N48°32’15,6386" E135°05’28,1692"	0,030±0,007	1,5	Допустимая*
45	Железнодорожный	N48°32’01,8643" E135°04’53,2919"	<0,005	н.п.о.	Чистая
46	Железнодорожный	N48°31’53,5530" E135°04’52,2876"	<0,005	н.п.о.	Чистая
47	Железнодорожный	N48°26’54,8679" E135°09’56,3946"	<0,005	н.п.о.	Чистая
48	Железнодорожный	N48°24’48,6371" E135°10’09,1043"	<0,005	н.п.о.	Чистая
Производственные зоны | Industrial areas
49	Краснофлотский	N48°33’24,8779" E135°05’01,9338"	<0,005	н.п.о.	Чистая
50	Краснофлотский	N48°32’38,3997" E135°00’51,0709"	0,010±0,002	0,5	Чистая
51	Краснофлотский	N48°32’08,9326" E135°01’41,2275"	0,097±0,020	4,85	Опасная
52	Железнодорожный	N48°32’26,9640" E135°04’13,7764"	0,0085±0,0020	0,425	Чистая
53	Железнодорожный	N48°32’13,0950" E135°04’10,3866"	0,0357±0,0080	1,785	Допустимая*
54	Железнодорожный	N48°31’47,9192" E135°03’44,4270"	<0,005	н.п.о.	Чистая
55	Железнодорожный	N48°31’10,1773" E135°04’17,6242"	0,038±0,009	1,9	Допустимая*
56	Железнодорожный	N48°31’14,8916" E135°09’04,6886"	0,010±0,002	0,5	Чистая
57	Кировский	N48°30’21,4483" E135°02’02,0612"	0,031±0,007	1,55	Допустимая*
58	Кировский	N48°30’21,8960" E135°03’41,4131"	0,020±0,005	1,0	Допустимая*
59	Кировский	N48°29’58,7003" E135°02’12,6030"	0,528±0,130	26,4	Чрезвычайно опасная
60	Кировский	N48°29’56,0385" E135°02’46,3704"	<0,005	н.п.о.	Чистая
61	Железнодорожный	N48°30’08,4254" E135°03’57,0214"	0,194±0,048	9,7	Чрезвычайно опасная
62	Железнодорожный	N48°29’49,3199" E135°06’58,3926"	0,057±0,014	2,85	Опасная
63	Кировский	N48°29’34,7293" E135°02’25,5483"	0,04±0,01	2,0	Опасная
64	Кировский	N48°29’32,8343" E135°02’18,4564"	<0,005	н.п.о.	Чистая
65	Железнодорожный	N48°28’17,3024" E135°09’57,8367"	<0,005	н.п.о.	Чистая
66	Индустриальный	N48°27’46,5700" E135°06’11,9792"	0,047±0,010	2,35	Опасная
67	Железнодорожный	N48°28’05,3877" E135°07’45,4490"	0,007±0,001	0,35	Чистая
68	Индустриальный	N48°27’48,3085" E135°06’51,2428"	0,036±0,009	1,8	Допустимая*
69	Индустриальный	N48°27’11,6787" E135°07’08,0910"	0,009±0,002	0,45	Чистая
70	Индустриальный	N48°26’59,2147" E135°07’11,6227"	<0,005	н.п.о.	Чистая
71	Индустриальный	N48°26’44,7397" E135°06’59,4732"	<0,005	н.п.о.	Чистая
72	Железнодорожный	N48°25’39,6463" E135°07’43,0200"	0,020±0,005	1,0	Допустимая*
73	Индустриальный	N48°24’40,0408" E135°05’45,8393"	<0,005	н.п.о.	Чистая
74	Индустриальный	N48°25’08,1341" E135°06’34,2283"	0,014±0,003	0,7	Чистая
75	Индустриальный	N48°24’15,2068" E135°05’31,2780"	0,055±0,014	2,75	Опасная
76	Индустриальный	N48°24’06,4572" E135°08’55,4492"	0,008±0,002	0,4	Чистая
77	Индустриальный	N48°23’31,7577" E135°08’26,1824"	<0,005	н.п.о.	Чистая
78	Индустриальный	N48°23’31,4624" E135°08’38,5258"	0,007±0,001	0,35	Чистая
79	Индустриальный	N48°23’42,6337" E135°09’50,5804"	<0,005	н.п.о.	Чистая
80	Индустриальный	N48°23’53,7195" E135°10’22,6381"	<0,005	н.п.о.	Чистая

Примечание: здесь и в табл. 3, 4 ПДК — предельно допустимая концентрация; н.п.о. — значение ниже предела обнаружения прибором; * в соответствии с СанПиН 1.2.3685-21 для почв, загрязнённых органическим токсикантом 1-го класса опасности, на уровне от 1 до 2 ПДК устанавливается категория «допустимая».

Note: Here and in Tables 3, 4 MPC — Maximum Permissible Concentration; н.п.о. — below detection level; * acceptable category can be assigned to soils contaminated with I Class organic toxicant between 1–2 MPC according to SanPin 1.2.3685-21.

 

В 28 точках (35,9%) концентрация БП оказалась ниже предела обнаружения (<0,005 мг/кг). Эти точки были исключены из дальнейшего анализа.

В соответствии с критерием согласия Пирсона исследуемая выборка не подчиняется нормальному закону распределения.

ОБСУЖДЕНИЕ

Boxplots («ящик с усами», диаграмма размаха) построен по выборкам: общий массив данных, жилые и производственные зоны, из которых исключены точки с концентрацией БП менее 0,005 мг/кг (ниже предела обнаружения прибора) (рис. 2). Выявлено 7 выбросов, четыре из которых (57,1%) входят в интервал от 9,7 до 20,0 ПДК, 3 (42,9%) — в интервал 20,1–38,8 ПДК. На жилые зоны приходится 71,4% точек выбросов, на производственные — 28,6%. Основные характеристики метода Boxplots, представленные в табл. 2, показывают, что минимальное значение для всех выборок приблизительно одинаково, максимальное значение и медиана — ниже, а межквартильный размах и количество точек выбросов выше для жилых зон.

 

Рис. 2. «Ящик с усами» по концентрациям бенз(а)пирена в почвах г. Хабаровска. / Fig. 2. Boxplots on the benzo(a)pyrene concentration in soils of Khabarovsk.

 

Таблица 2. Описательная статистика концентрации бензо(а)пирена в почве г. Хабаровска / Table 2. Benzo(a)pyrene soil concentration in Khabarovsk

Выборка Location	Минимальное значение, мг/кг Min, mg/kg	Максимальное значение, мг/кг Max, mg/kg	Межквартильный размах, мг/кг Interquartile range, mg/kg	Медиана, мг/кг Median, mg/kg	Количество точек выброса Number of outliers
Общий массив Total area	0,005	0,097	0,040	0,024	7
Жилые зоны Residential areas	0,005	0,078	0,058	0,02	5
Производственные зоны Industrial areas	0,007	0,097	0,0415	0,031	2

 

Распределение БП в поверхностном слое характеризуется наличием техногенных аномалий с контрастностью значений коэффициента опасности 9,7–38,8. Пять из семи точек выброса группируются в зоне влияния ТЭЦ-2, ХНПЗ, бывшего завода «Дальдизель» (см. рис. 1, зона 1).

В общей выборке в 86% проб концентрация БП составляет 0,005–0,145 мг/кг, в жилых зонах 81,5% проб входят в интервал 0,005–0,215 мг/кг, в производственных зонах 90,5% проб вписываются в интервал 0,007–0,157 мг/кг (рис. 3).

 

Рис. 3. Диаграммы Парето. / Fig. 3. Pareto Charts.

 

Сводные показатели загрязнения почв г. Хабаровска БП, приведённые в табл. 3, показали, что средняя концентрация БП в почвах Хабаровска составляет 0,07955±0,04310; превышение ПДК выявлено в 33,33% исследованных проб; более высокий уровень загрязнения приходится на жилые зоны, находящиеся под воздействием объектов энергетики и ХНПЗ. Максимальное содержание БП отмечено в почве жилых зон и составляет 0,776 мг/кг, коэффициент опасности — 38,8.

 

Таблица 3. Показатели загрязнения бенз(а)пиреном почв г. Хабаровска (2017–2020 гг.) / Table 3. Indicators of benzo(a)pyrene soil contamination in Khabarovsk (2017–2020)

Показатели	Всего Total	В том числе | Stratified by area
		жилые зоны residential areas	производственные зоны industrial areas	агроселитебные зоны agro-residential areas
Число отобранных проб почвы: Number of soil samples:	78	38	32	8
с концентрацией бенз(а)пирена <0,005 with benzo(a)pyrene concentration <0.005	28	11	11	6
с концентрацией >0,005 with benzo(a)pyrene concentration <0.005	50	27	21	2
с концентрацией > ПДК with benzo(a)pyrene concentration > MPC	26	13	11	2
Удельный вес проб, в которых бенз(а)пирен не обнаружен Proportion of samples with no benzo(a)pyrene detected	35,90	28,96	34,38	75,0
Удельный вес проб с превышением ПДК Proportion of samples with benzo(a)pyrene concentration > MPC	33,33	34,21	34,38	25,0
Средняя концентрация, мг/кг Mean concentration of benzo(a)pyrene, mg/kg	0,07955±0,04310	0,0973±0,0712	0,06058±0,05240	0,039
Показатель загрязнения (коэффициент опасности) по средней концентрации Pollution indicator (hazard coefficient) by mean concentration	3,98	4,87	3,02	1,95
Минимальная концентрация, мг/кг Minimal concentration, mg/kg	0,005	0,005	0,007	0,03
Показатель загрязнения (коэффициент опасности) по минимальной концентрации Pollution indicator (hazard coefficient) by minimal concentration	0,25	0,25	0,35	1,5
Максимальная концентрация, мг/кг Maximal concentration, mg/kg	0,776	0,776	0,528	0,048
Показатель загрязнения (коэффициент опасности) по максимальной концентрации Pollution indicator (hazard coefficient) by maximal concentration	38,8	38,8	26,4	2,4

Примечание: ПДК — предельно допустимая концентрация.

Note: MPC — maximal permissible concentration.

 

В агроселитебной зоне максимальная концентрация составила 0,048 мг/кг, соответствующий коэффициент опасности минимален — 2,4.

В соответствии с требованиями СанПиН 1.2.3685-21 62,8% проб относятся к категории «чистая» (включая точки с содержанием БП ниже предела обнаружения), 12,8% — к категории «допустимая», 15,4% — «опасная», 9,0% — «чрезвычайно опасная».

Наиболее загрязнёнными являются жилые зоны, которые расположены по периметру производственных зон и непосредственно крупнейших стационарных источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и попадают в зоны их рассеивания. Для почв, отобранных в жилой зоне, характерна самая высокая доля экстремальных загрязнений: 15,8% — с категорией «опасная», 13,2% — с категорией «чрезвычайно опасная». Наибольшей долей чистых проб отличается агроселитебная зона, для которой характерно отсутствие проб с категорией загрязнения «чрезвычайно опасная» (рис. 4).

 

Рис. 4. Доля проб, процент по категориям загрязнения в разных функциональных зонах: а — жилые зоны, b —промышленные зоны, c — агроселитебные зоны, d — общая выборка. / Fig. 4. Percentage of samples, across pollution categories in different functional zones: a — residential zones, b — industrial zones, c — agro-residential zones, d — all zones.

 

Анализ в разрезе административных районов города показал, что максимальные значения средних концентраций БП отмечены в почве жилых зон Железнодорожного района — 0,16 мг/кг (коэффициент опасности равен 8). По содержанию БП в почве производственных зон лидирует Кировский район — 0,1548 мг/кг, коэффициент опасности равен 7,74 (рис. 5). Ранжирование административных районов выполнено по среднему и максимальному содержанию БП в почве и сумме рангов раздельно по жилым и производственным зонам. Наиболее загрязнённым является Железнодорожный район. По загрязнению в промзоне лидирует Кировский район, в котором размещены Речной порт, ХНПЗ, ТЭЦ-2, бывший завод «Дальдизель».

 

Рис. 5. Иерархическая диаграмма по административным районам Хабаровска и ранжирование административных районов. / Fig. 5. Hierarchical diagram for administrative districts of Khabarovsk and administrative districts ranking.

 

Полученные результаты сравнивали с результатами исследований по другим населённым пунктам Дальнего Востока и Европейской части РФ (табл. 4 [15, 21, 23–25]).

 

Таблица 4. Сравнительный анализ концентрации бенз(а)пирена в почвах городов / Table 4. Benzo(a)pyrene concentration in urban soils (comparative analysis)

Населённый пункт Setting	Количество точек отбора Number of sampling sites	Средняя концентрация бенз(а)пирена, мг/кг Mean bemzo(a)pyrene concentration, mg/kg	Максимальная концентрация бенз(а)пирена, доли ПДК Mean bemzo(a)pyrene concentration, % MPC	Примечание Note
Город Хабаровск Khabarovsk [15, 21, 23–25]	78	0,07955	38,8	Наиболее загрязнёнными являются жилые зоны, расположенные по периметру производственных зон
Город Благовещенск Blagoveschensk [15, 21, 23–25]	18	0,02	2,15	Концентрация бенз(а)пирена выше порога определения обнаружена только в двух пробах, в одной из которых значение показателя ниже ПДК, во второй — 2,15 ПДК
Город Комсомольск- на-Амуре Komsomolsk- on-Amur [15, 21, 23–25]	31	0,0616	58,6	Категория загрязнения «допустимая» отмечена в 84,2%, «опасная» — в 5,3%, «чрезвычайно опасная» — в 10,5% проб. Более загрязнена промзона
Ванино-Токинская агломерация Vanino-Tokinsk agglomeration [21]	21	0,06375	6	Доля проб с концентрацией бенз(а)пирена ниже предела обнаружения составляет 66,7%. Категория загрязнения «опасная» отмечена в 14,3%, «чрезвычайно опасная» — в 9,5% проб. Более загрязнена жилая застройка
Город Таганрог Taganrog [23]	384	0,0460	45,5	Приведены данные за 2013–2020 гг. в 19 мониторинговых точках. Показано, что долевой вклад бенз(а)пирена в комплексный показатель загрязнения составляет (Кпочва) 55,25%. Превышение ПДК бенз(а)пирена зарегистрировано в 65,63% исследованных проб почвы при его средней и максимальной концентрациях 2,298 и 45,525 ПДК соответственно. Закономерно выше оказалось загрязнение 3,4-бенз(а)пиреном почв селитебных территорий вблизи от перекрёстков с интенсивным движением автотранспорта. Выполнена оценка индивидуального многомаршрутного канцерогенного риска (CR), обусловленного содержащимся в почве бенз(а)пиреном. Установлен его высокий уровень (2,4606·10–3) при приоритетном значении ингаляционного пути поступления (94,84%)
Город Воронеж Voronezh [25]	136	0,023	18	Показано, что уровень загрязнения почв города бенз(а)пиреном колеблется от 0,005 до 0,36 мг/кг и в разных функциональных зонах увеличивается в ряду: рекреационная, селитебная, промышленная, транспортная. Наиболее загрязнены почвы, расположенные в непосредственной близости от промышленных зон, центральных улиц и автомагистралей
Город Волгоград Volgograd [24]	105	0,153	8,2	Исследования выполнены в окрестности ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка». Исследовано 7 функциональных зон. Отмечено, что содержание бенз(а)пирена максимально (более 7,7 ПДК) в почвенном покрове полигонов захоронения твёрдых и вязких отходов. Концентрация бенз(а)пирена в почвенном покрове промзоны в 9 раз ниже, чем на полигонах, превышение ПДК локально. В почвах санитарно- защитной зоны и жилого массива
				превышение ПДК бенз(а)пирена не выявлено, концентрация составляет соответственно 0,006 и 0,010 мг/кг
Город Москва Moscow [15]	160+33 (дворы и стоянки)	0,26	14,5/51	Исследовано накопление бенз(а)пирена в дорожной пыли на разных типах дорог Москвы. Показано что наиболее загрязнёнными территориями являются крупные дороги (0,29 мг/кг; 14,5 ПДК) и автостоянки во дворах (0,37 мг/кг). В центре города содержание бенз(а)пирена в пыли дворов достигает 1,02 мг/кг (превышение ПДК в 51 раз). Канцерогенный риск для взрослых наиболее высок во дворовых зонах на юге, юго-западе, северо-западе и в центре Москвы

 

Представленные данные показывают, что:

• среднее содержание БП в городских почвах изменяется от 0,021 до 0,07955 мг/кг, более высокие значения соответствуют городам со сложной структурой функциональных зон и разнообразными источниками загрязнения;
• наиболее высокие значения максимальных коэффициентов опасности отмечены для Комсомольска-на-Амуре и Таганрога с развитой промышленностью и для Хабаровска (энергетика и транспорт);
• высокие средние концентрации БП в Волгограде определены в окрестности ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», в Москве — в дорожной пыли на разных типах дорог, а также автостоянок во дворах;
• приоритетными источниками поступления БП в почвы являются объекты промышленности, связанные со сжиганием топлива, а также объекты энергетики и автотранспорт, что подтверждается практически во всех цитированных в статье литературных источниках.

Известно, что функциональная структура города в сочетании с ландшафтно-геохимическими условиями относится к важным факторам, определяющим уровень техногенного воздействия на почву [25]. Специфика и уровень техногенной нагрузки на городские почвы, т.е. интенсивность поступления поллютантов, определяются видом использования территории, а уровень их накопления зависит от фиксирующей способности почв. Пространственное распределение БП находится в зависимости от количества и геохимической специализации источников загрязнения [14]. Результаты проведённых исследований по г. Хабаровску и другим дальневосточным населённым пунктам полностью согласуются с этими выводами.

Логичным продолжением работы являются исследования в точках выбросов с изучением распределения содержания БП по почвенным горизонтам, определением радиальной дифференциации и расчётом индивидуального канцерогенного риска.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённые исследования показали, что средняя концентрация бенз(а)пирена в почвах Хабаровска составляет 0,07955±0,04310, превышение предельно допустимой концентрации выявлено в 33,33% исследованных проб. Более высокий уровень загрязнения приходится на жилые территории, находящиеся в зоне влияния объектов энергетики и Хабаровского нефтеперерабатывающего завода. Максимальное содержание бенз(а)пирена отмечено в почве жилых зон и составляет 0,776 мг/кг, коэффициент опасности — 38,8. В соответствии с требованиями СанПиН 1.2.3685-21 62,8% проб относятся к категории «чистая» (включая точки с содержанием бенз(а)пирена ниже предела обнаружения), 12,8% — к категории «допустимая», 15,4% — «опасная», 9% — «чрезвычайно опасная». Анализ в разрезе административных районов города показал, что максимальные значения средних концентраций бенз(а)пирена отмечены в почве жилых зон Железнодорожного района — 0,16 мг/кг (коэффициент опасности равен 8), производственных зон Кировского района — 0,1548 мг/кг (коэффициент опасности равен 7,74).

Средняя концентрация бенз(а)пирена в почвах Хабаровска несколько выше по сравнению с рядом городов Дальнего Востока и европейской части РФ. Сложившаяся ситуация обусловлена несовершенством градостроительных решений, не учитывающих аэрогенный привнос загрязняющих веществ и накопление их в почвах селитебной территории.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО / ADDITIONAL INFORMATION

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Authors’ contribution. All authors confirm that their authorship meets the international ICMJE criteria (all authors have made a significant contribution to the development of the concept, research and writing of the article, read and approved the final version before publication).

Финансирование исследования. Работа выполнена при финансовой поддержке Тихоокеанского государственного университета (НИР 2.22-ТОГУ).

Funding sources. This work was supported by the Pacific National University (research project 2.22-PNU).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие конфликтов интересов, о которых необходимо сообщить.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

About the authors

Anton M. Koshelkov

Pacific National University; Institute of Mining of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences (IGD FEB RAS)

Author for correspondence.
Email: ecolog.dv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1736-1016
SPIN-code: 8540-9692
Scopus Author ID: Koshel’kov, A. M.
ResearcherId: ABF-5291-2022

Researcher at the Laboratory of Digital Methods of Research of Natural and Technical Systems

Russian Federation, Khabarovsk; Khabarovsk

Lyudmila P. Mayorova

Pacific National University

Email: 000318@pnu.edu.ru
ORCID iD: 0000-0002-6326-982X
SPIN-code: 5904-3031

Dr. Sci. (Chem.), professor

Russian Federation, Khabarovsk

References

Supplementary files