Система государственного экологического мониторинга Российской Федерации направлена на изучение изменения состояния окружающей среды – среды обитания населения. На территории г. Самара расположены крупные промышленные предприятия, которые являются источником многокомпонентного загрязнения атмосферного воздуха, но в 21 веке количество выбросов в атмосферу города значительно уменьшилось. Однако степень антропогенного воздействия на окружающую среду осталась высокой вследствие загрязнения от выхлопов газа автомобильного транспорта. Количество автотранспорта увеличилось на 18 % в 2012 году по сравнению с 2007 годом. Вклад автомобилей в валовые выбросы в приземный слой атмосферы г. Самара в последние 5 лет составляет 75–80 % [1].
В работе представлен анализ загрязнения снегового покрова в г. Самара в 2012–2013 годах. Актуальность изучения снега в санитарно-гигиеническом отношении обусловлена тем, что снеговой покров на территории г. Самара сохраняется не менее 5 месяцев. Снег является косвенным, но в то же время достаточно надежным индикатором загрязнения атмосферного воздуха [2]. Данные о содержании антропогенных химических ингредиентов в снеге являются практически единственным материалом для оценки реального загрязнения воздушной среды в зимний период на территориях мегаполисов, для выявления ареала распространения загрязнителей.
Материалы и методы исследования
Пробоотбор снега проводили в девяти районах города Самары по двум точкам: на расстоянии 5 м и 30 м от дороги. Студеный овраг выбрали районом сравнения («контрольная» зона), поскольку это район малоэтажной застройки с расположенной насосно-фильтровальной станцией на берегу водохранилища, не имеющий источников промышленного загрязнения. Пробы снега отбирали во второй половине марта в период максимального накопления в нем химических загрязнителей из атмосферного воздуха. Снег отбирался специальным пробоотборником для получения керна практически на всю толщину сугроба [3]. В лаборатории снег растапливали в талую воду. Санитарно-гигиеническую оценку снегового покрова проводили в соответствии с СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенически требования к охране поверхностных вод». Учитывали, что снег – иное агрегатное состояние воды, при уборке снега последний часто вывозится на лед водоема, что недопустимо в соответствии с п.4.1.3 настоящих санитарных правил, талые воды весной стекают в водные объекты. Качество снегового покрова оценивалось по широкому спектру критериев (органолептические показатели, показатели кислородной и азотной групп, взвешенные вещества, нефтепродукты с детектированием в ультрафиолетовом и инфракрасном спектрах, ряд металлов). Был проведен санитарно-бактериологический анализ снега: общее микробное число, сапрофитные микроорганизмы. Дана токсиколого-гигиеническая оценка.
Результаты исследования и их обсуждение
У трасс величина рН снегового покрова по среднегодовым значениям составляет – 8,08 в 2012 и 8,02 в 2013 годах, а в удалении от них 7,48 и 7,57 соответственно. Отмечается загрязнение снега и в контрольной зоне: рН – 7,89 в 2012 и 7,3 в 2013 годах. По данным литературы, незагрязненные атмосферные осадки имеют слабокислую реакцию, рН 5,5–5,6 [2]. Выбросы промышленных предприятий и автотранспорта чаще всего способствуют щелочной реакции среды [4]. Показательна динамика запаха. В 2012 году он соответствовал гигиеническому критерию (1 балл), а в 2013 году в большинстве районов интенсивность запаха в снеге превышала норматив, составляя 2,5 балла и приобретала оттенок нефти. Цветность снега в исследуемых годах превышает норматив по всем административным районам с тенденцией к увеличению в 2013 году, в том числе и в «контрольной» зоне (рис. 1). Цветность снега (талой воды) не «истинная», а «кажущаяся», вызванная присутствием в воде растворенных взвешенных веществ.
Таким образом, динамика рН, цветности и запаха в снеге за двухлетний промежуток времени свидетельствуют об увеличении антропогенной нагрузки на среду обитания населения г. Самары.
Рис. 1. Динамика цветности снега на территории административных районов г. Самары
Гигиенический интерес представляет содержание взвешенных веществ в снеговом покрове на территории г. Самары (рис. 2), основным источником которых является автотранспорт [5].
За двухлетний период проявилась четкая тенденция к возрастанию количества взвешенных веществ в снеге: среднегодовая величина показателя в 2012 году составляла 47,8 мг/л, в 2013 – уже 55,2 мг/л. При этом количество взвешенных веществ активно возрастает и вблизи автомобильных дорог – 76,5 и 84,6 мг/л, и на явном удалении от них – 16,4 и 25,8 мг/л, что связано с парковкой автотранспорта.
Рис. 2. Динамика взвешенных веществ в снеге на территории административных районов г. Самары
Важным критерием антропогенности считается показатель ХПК – химическая потребность воды в кислороде, свидетельствующая о наличии трудноокисляемого органического вещества в воде водоема [6, 7].
Картина пространственного распределения величин ХПК за 2 года исследований (рис. 3) наглядно свидетельствует, во-первых, о значительной контаминации снега территории г. Самары трудноокисляемой органикой и, во-вторых, об увеличении содержания трудноокисляемого органического вещества в снеге на втором году исследования практически на всей территории города.
Рис. 3. Динамика ХПК в снеге на территории административных районов г. Самары
Наличие трудноокисляемого органического вещества в снеге обусловлено исключительно выхлопами автотранспорта, тем более направленность химической потребности в кислороде совпадает с динамикой и взвешенных веществ, и цветности. А динамика величины ХПК в снеге Студеного оврага имеет обратную тенденцию.
В снеге всех административных районов присутствуют все разновидности азотсодержащих веществ: азот аммонийный, азот нитритов, азот нитратов. Нитриты и нитраты присутствуют в снеговом покрове в пределах гигиенических нормативов. По-иному обстоит дело с аммонийным азотом (рис. 4).
Рис. 4. Динамика аммонийного азота в снеге на территории административных районов г. Самары
Азот аммонийный содержится в снеге в превышающих ПДК концентрациях в оба периода наблюдений. Большие величины аммонийного азота по сравнению с другими формами свидетельствуют о свежем загрязнении и об угнетении процесса минерализации при низкой температуре. Можно предполагать, что источником поступления аммонийного азота в снеговой покров являются и человек, и животные. Для аммонийного азота характерна динамика снижения содержания от 2012 к 2013 году. Возможно, это связано с повышением культуры общества в целом.
Эколого-гигиенический интерес пред-
ставляет загрязнённость снега углеводородами, учитывая их значительное содержание в воздухе [1].
В табл. 1 обобщены результаты исследования по загрязнённости снегового покрова на территории г. Самары нефтепродуктами (ПДК – 0,1 мг/л). Известно, что более 75 % общего состава нефти составляют различные углеводороды. Оценивалось содержание углеводородов, определяемых путём инфракрасной (C1-C10) и ультрафиолетовой (> C10) спектрофотометрии. Первые – более лёгкие, вторые (ароматические) более тяжелые и более стойкие в окружающей среде.
Таблица 1
Загрязнённость снегового покрова территории г. Самара углеводородами (мг/л)
|
№ п/п |
Место отбора проб снега |
2012 год |
2013 год |
||||||
|
ИК спектр1 |
УФ спектр2 |
ИК спектр |
УФ спектр |
||||||
|
5м |
30м |
5м |
30м |
5м |
30м |
5м |
30м |
||
|
1 |
Промышленные районы* |
2,2 |
1,74 |
1,18 |
2,36 |
1,09 |
2,80 |
0,96 |
4,77 |
|
2 |
Октябрьский район |
0,99 |
0,66 |
0,29 |
0,55 |
1,33 |
1,62 |
0,95 |
1,45 |
|
3 |
Центральные районы** |
0,55 |
1,21 |
0,17 |
1,24 |
1,64 |
4,70 |
0,79 |
5,36 |
|
4 |
Красноглинский район |
0,58 |
3,30 |
0,26 |
2,87 |
1,35 |
1,91 |
1,73 |
1,56 |
|
5 |
Куйбышевский район |
2,18 |
1,89 |
0,22 |
1,83 |
0,73 |
2,23 |
0,46 |
2,30 |
|
6 |
Студёный овраг, устье («контрольная» зона) |
1,3 |
0,67 |
0,52 |
0,26 |
||||
Примечания:
1Детектирование в инфракрасной области спектра
2Детектирование в ультрафиолетовой области спектра
*Безымянская промзона: Кировский, Советский, Промышленный районы
**Самарский, Ленинский, Железнодорожный районы.
Как следует из таблицы, снеговой покров в г. Самары по всей территории города и в 2012 и в 2013 гг. интенсивно загрязнён углеводородами разных групп и в среднем по району отбора образцов, и независимо от условий отбора. При этом загрязнённость снегового покрова нефтепродуктами от 2012 к 2013 году возросла. Исходя из средних значений, количество углеводородов, измеренных в инфракрасной (ИК) области спектра, возросло в 1,3 раза, ароматических – в 1,8 раза. Благоприятным является факт снижения содержания углеводородов в снеге в Студёном овраге («контрольная» зона). Тем не менее оно по-прежнему превышает ПДК. В первую очередь это касается лёгких фракций (C1-C10). Это естественно, так как основным их источником в этом районе является автотранспорт.
В снеге территории г. Самары распространены все определяемые металлы: Fe, Al, Cd, Pb, Cu, Zn, Hg). При этом железо в снеговом покрове всех районов города присутствовало в концентрациях выше ПДК (0,3 мг/л) за весь период наблюдений с динамикой снижения к 2013 г. по среднегодовым концентрациям: 1,91 и 0,91 мг/л. Аналогична динамика металла и в снеге контрольного участка: 1,3 мг/л (4 ПДК) и 0,16 мг/л (0,5 ПДК). Но в то же время содержание кадмия в снеге в среднем увеличилось в 10 раз с 0,0002 мг/л (0,2 ПДК) в 2012 г. до 0,002 мг/л (2 ПДК) в 2013 г. Данная тенденция повторяется и в районе сравнения: 0,2 ПДК (0,0002 мг/л) и 1,5 ПДК (0,0015 мг/л). Остальные металлы присутствовали в снеге в пределах гигиенических нормативов без видимых закономерностей.
Гигиенически значимым является факт высокой микробной обсемененности снегового покрова и теплокровной (ОМЧ) и сапрофитной микрофлорой (табл. 2).
Таблица 2
Микробная обсемененность снегового покрова г. Самара (среднегодовые данные)
|
Годы наблюдений |
ОМЧ* КОЕ/мл |
Сапрофиты КОЕ/мл |
Студеный овраг |
|||
|
М |
колебания |
М |
колебания |
ОМЧ КОЕ/мл |
Сапрофиты КОЕ/мл |
|
|
2012 |
170 |
50-1040 |
3800 |
180-6285 |
20 |
300 |
|
2013 |
290 |
90-1150 |
4020 |
1140-6080 |
110 |
1770 |
Примечание: ОМЧ – общее микробное число
Обращает на себя внимание увеличение микробной обсемененности снега в течение двухлетнего периода и в целом по территории административных районов г. Самары и в Студеном овраге, в частности. Развитие микроорганизмов в снеге обусловлено и высоким содержанием взвешенных веществ и наличием большого количества органического вещества.
Многолетнюю динамику загрязнения снегового покрова характеризует табл. 3.
Отмечены тенденции увеличения интенсивности рН, запаха и цветности, содержания взвешенных и органических веществ, аммонийного азота и нефтепродуктов. Появились условия к вегетированию сапрофитных микроорганизмов и теплокровной микрофлоры, формирующей общее микробное число.
Таблица 3
Характеристика загрязненности снега в многолетней динамике
|
Год Показатели |
1995 |
2013 |
|
Запах, баллы |
1 |
2,5 |
|
рН |
6,4 |
7,69 |
|
Взвешенные вещества, мг/л |
0,9 |
39,2 |
|
ХПК, мг/л |
6,2 |
36,8 |
|
Азот аммонийный, мг/л |
0,86 |
3,6 |
|
Нефтепродукты, мг/л |
0,05 |
1,48 |
|
ОМЧ, КОЕ/мл |
не обнар. |
50 |
|
Сапрофиты, КОЕ/мл |
не обнар. |
80 |
Для обоснования возможного риска здоровью населения проведен токсикологический эксперимент по оценке токсичности снега на организм лабораторных животных. Эксперимент завершен патоморфологическими исследованиями внутренних органов. Эксперимент классический токсикологический для выявления кожно-резорбтивного действия с использованием половозрелых белых крыс-самок, снега из всех районов г. Самары и из Студеного оврага. Контролем служила кипяченая водопроводная вода. Гибели животных в опыте не наблюдалось. У экспериментальных животных выявлено достоверное снижение массы легких, а также массы обеих почек по сравнению с животными контрольной группы и животными с использованием снега из Студеного оврага. В органах опытных лабораторных животных изменения констатировались и носили стереотипный характер. В интерстициальной ткани миокарда отмечался незначительный отек, в селезенке и хвостах слабо выраженная гиперемия. В пульпе селезенок обнаруживались отложения пигмента гемосидерина и незначительное полнокровие.
Слабо выраженные отклонения от гистологической нормы констатировали в печени и почках экспериментальных животных. Эти изменения сводились к незначительно выраженной гидропической дистрофии гепацитов и эпителия почечных канальцев.
Следовательно, предварительные токсиколого-гигиенические исследования свидетельствуют о токсичности снега. Наименее токсичен снег из Студеного оврага.
Выводы
- Состояние снегового покрова территории г. Самары неудовлетворительное. Отмечаются сдвиг рН среды в щелочную сторону, высокая цветность, большое содержание взвешенных и трудноокисляемых органических веществ. Приоритетными загрязнителями являются нефтепродукты, аммонийный азот, из металлов – железо и кадмий. Дополнительными неблагоприятными эколого-гигиеническими факторами являются токсичность снега и его высокая микробная обсемененность.
- В многолетнем плане загрязнение снегового покрова территории г. Самара многократно возросло. Основным источником загрязнения снега являются выхлопы автотранспорта, которым принадлежит ведущая роль в общем объеме выбросов в приземный слой атмосферы города.
- Учитывая постоянный рост численности автотранспортных средств в г. Самара, сопровождающийся ростом объемов выхлопных газов, в ближайшей перспективе следует ожидать увеличения загрязненности снегового покрова на территории города с возрастанием его токсичности.
- Эколого-гигиеническое значение высокого уровня загрязнения снега состоит в том, что он может служить источником вторичного или дополнительного загрязнения почвы и подземных вод.
- Учитывая высокую степень загрязнения снега г. Самары, его нельзя вывозить на лед близлежащих водоемов. На наш взгляд, снег из города надо вывозить чаще, не превращая его в накопитель вредных веществ.
Рецензенты:
Давыдкин И.Л., д.м.н., профессор, проректор по научной и инновационной работе, г. Самара;
Березин И.И., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой общей гигиены, г. Самара.
Работа поступила в редакцию 05.08.2014.