Комплексная гигиеническая оценка техногенной нагрузки на территории Воронежской области

Введение. Основой развития государства является здоровье населения [1]. При этом в последние десятилетия значительное влияние в формирование заболеваемости населения вносят факторы окружающей среды, что подтверждается многочисленными работами отечественных и зарубежных исследователей [2–7].

В Российской Федерации более 50 миллионов жителей находится в условиях влияния загрязнения воздушной среды, что обусловлено влиянием промышленности и автотранспорта, выбросами таких веществ, как диоксид азота, бенз(а)пирен, взвешенные вещества, сероводород, шестивалентный хром, формальдегид и др. Загрязнению окружающей среды способствует недостаточная модернизация оборудования предприятий. В регионах, имеющих проблемы в санитарно-гигиеническом плане, также отмечается рост распространенности острых и хронических заболеваний [8] респираторного тракта, ишемии сердца и гипертонии, аллергических заболеваний, патологии кожи [9], болезней эндокринной и пищеварительной систем, онкологии и аномалий развития [10][11].

Отдельно следует отметить влияние выбросов автотранспорта, которые по данным многочисленных отечественных и зарубежных исследований являются ведущей причиной загрязнения атмосферного воздуха городов. Наибольший вред, по результатам исследований Cicoira M. (2018 г.), оказывают взвешенные в воздухе вещества (PM – particulate matter), связанные с износом транспортных средств и дорожного покрытия и способные адсорбировать на себе иные токсичные вещества [12]. Атмосферный воздух крупных городов с интенсивным развитием транспортной инфраструктуры ухудшается по мере роста количества автомобилей [13], что характерно и для города Воронежа [14].

По результатам исследований, проведенных в Тульской, Иркутской, Липецкой, Воронежской областях, Приморском Крае, Башкортостане, Дагестане, северных регионах России, а также зарубежных исследований, отмечены проблемы, связанные с загрязнением подземных источников питьевой воды, а также с нехваткой водных ресурсов, недостаточной надежностью и санитарно-техническим состоянием водораспределительных систем, неблагоприятным составом вод подземных источников, нарушениями условий эксплуатации [15–19].

Несмотря на значительное количество исследований по оценке качества окружающей среды, данная проблема не теряет актуальности, т. к. регионы имеют как сходства, так и свои отличительные особенности [20–22]. В работах Клепикова О.В. и соавт. обращается внимание, что в комплексной техногенной нагрузке города Воронежа ведущий вклад принадлежит загрязнению атмосферного воздуха. При этом объем выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств преобладает над объемом выбросов промышленных источников [14][23]. Результатами проведенных ранее исследований установлено преобладающее влияние на качество питьевой воды факторов природного характера [20]. Ситуация усугубляется отсутствием эффективной водоочистки в отношении нитратов и других химических веществ. Присутствует антропогенное загрязнение подземных вод и изношенность распределительных систем. К числу веществ, содержание которых наиболее часто превышало санитарно-химические нормативы по результатам ранее проведенных исследований относятся железо, общая жесткость, марганец, бор, фтор нитраты [24][25]. Традиционно считается, что загрязнение почвы селитебных территорий оказывает опосредованное воздействие на здоровье населения.

В то же время ряд авторов отмечает возможность вредного влияния эффектов суммации и потенцирования наряду с непосредственным воздействием вредных веществ на организм. Поэтому современным и перспективным методом оценки возможного вредного влияния среды обитания является анализ риска воздействия на организм вредных веществ, поступающих одновременно из воздуха атмосферы, почвы селитебной территории, питьевой воды и др. [10][26].

Целью исследования являлось проведение комплексной гигиенической оценки техногенной нагрузки на территории Воронежской области.

Материалы и методы. Использовались данные ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области» о результатах мониторинговых лабораторных исследований воздуха атмосферы, питьевой воды, почвы селитебных территорий Воронежской области за 2018–2022 гг. Фактические данные по всем исследуемым средам анализировались на соответствие предельно-допустимым концентрациям, указанным в СанПиН 1.2.3685–21¹. Расчет комплексной нагрузки проводился в соответствии с формулой, разработанной Федеральным научным центром гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана: КН = (Квозд. + Квода + Кпочва) / N (за исключением влияния фактора шума), где КН – комплексная антропотехногенная нагрузка, Квозд. – показатель суммарного химического загрязнения атмосферы, Квода – показатель суммарного химического загрязнения питьевой воды, Кпочва – показатель суммарного химического загрязнения почвы селитебной территории, N – количество учитываемых факторов. Формула отражена в МР «Комплексное определение антропотехногенной нагрузки на водные объекты, почву, атмосферный воздух в районах селитебного освоения»². В основе расчетов – сопоставление фактических данных с гигиеническими нормативами. Величины коэффициентов Квозд., Квода, Кпочва, используемые в формуле, получены методом вычисления средних арифметических значения данных коэффициентов за отдельные годы исследуемого пятилетнего периода (2018–2022 гг.). С целью выявления территорий с высоким уровнем химической нагрузки («территорий риска») проведено ранжирование, включающее: 1) расчет среднемноголетнего уровня суммарного химического загрязнения атмосферного воздуха, питьевой воды, почвы селитебной территории; 2) расчет среднеквадратических отклонений; 3) распределение показателей с выявлением «территорий риска». Расчеты проводились с использованием программного обеспечения Microsoft Excel 2016.

Результаты. На территории Воронежской области развита автотранспортная сеть, по данным за 2022 год 6013 предприятий осуществляют производственную деятельность, в результате чего в атмосферу поступает более 350 разновидностей токсичных веществ.

В г. Воронеже на 5 маршрутных постах систематически проводятся определения концентраций вредных веществ в воздухе атмосферы (взвешенные вещества, сажа, свинец, серы диоксид, азота диоксид, углерода оксид, стирол, формальдегид, фенол, озон). В районах области определяются концентрации химических веществ в атмосферном воздухе (взвешенные вещества, серы диоксид, азота диоксид, углерода оксид формальдегид, фенол): в Аннинском, Острогожском, Калачеевском, Павловском, Лискинском, Семилукском, Россошанском муниципальных районах, городском округе Борисоглебском (по 1 маршрутному посту). С 2022 года внедрен отбор проб воздуха атмосферы на содержание частиц мелкодисперсной пыли на постах в городском округе город Воронеж.

Хозяйственно-питьевое водоснабжение населения области обеспечивается подземными водоисточниками (1978 водозаборных скважин по данным на 2022 год). Оценка качества питьевой воды проводится по средним и максимальным концентрациям следующих веществ: аммиак, железо, бор, марганец, общая жесткость, фториды, нитраты, нитриты.

В почве селитебных территорий определяются концентрации бенз(а)пирена, марганца, кадмий, меди, никеля, мышьяка, свинца, ртути, цинка, фтора).

В результате проведенного исследования установлено, что максимальная антропотехногенная нагрузка за исследуемый период пришлась на территорию городского округа города Воронежа (КН = 3,28). На территории 6 административных территорий области коэффициент комплексной нагрузки составил от 2 до 3 единиц: Аннинский район – 2,3; Калачеевский район – 2,3; Лискинский район – 2,4; Павловский район – 2,7; Россошанский район – 2,3; Семилукский район – 2,0. На территории 8 районов коэффициент нагрузки составил от 1 до 2 единиц: Бобровский – 1,5; Борисоглебский городской округ – 1,9; Кантемировский – 1,5; Каширский – 1,4; Ольховатский – 1,2; Острогожский – 1,9; Терновский – 1,4; Хохольский – 1,2. Комплексная нагрузка до 1 единицы выявлена на территории 18 районов: Богучарский – 0,7; Бутурлиновский – 0,8; Верхнемамонский – 0,7; Верхнехавский – 0,6; Воробьевский – 0,8; Грибановский – 0,6; Каменский – 0,6; Нижнедевицкий – 0,6; Новоусманский – 0,7; Новохоперский – 0,9; Панинский – 0,8; Петропавловский – 0,9; Поворинский – 0,9; Подгоренский – 0,9; Рамонский – 0,9; Репьевский – 0,7; Таловский – 0,9; Эртильский – 0,8.

По итогам ранжирования административных территорий за исследуемый период с 2018 по 2022 г. к «территориям риска» по суммарному химическому загрязнению атмосферного воздуха были отнесены городской округ город Воронеж и Павловский муниципальный район (22,2 % территорий области). К «территориям риска» по суммарному химическому загрязнению питьевой воды отнесены 7 административных территорий: Бобровский, Кантемировский, Каширский, Ольховатский, Терновский, Хохольский, городской округ город Воронеж (21,2 % территорий). К «территориям риска» по суммарному химическому загрязнению почвы селитебной территории отнесены городской округ город Воронеж, Борисоглебский городской округ, Лискинский, Подгоренский, Россошанский районы (15,2 % территорий). Низкий уровень суммарного химического загрязнения атмосферы выявлен на 3 из 9 исследуемых административных территорий (33,3 %): Острогожский, Семилукский районы и городской Борисоглебский городской округ. Низкий уровень суммарного химического загрязнения питьевой воды выявлен на 11 административных территориях (33,3 %): Богучарский, Борисоглебский, Верхнемамонский, Верхнехавский, Грибановский, Каменский, Нижнедевицкий, Новоусманский, Острогожский, Репьевский, Россошанский, Низкий уровень суммарного химического загрязнения почвы выявлен на 11 административных территориях (33,3 %): Верхнехавский, Воробьевский, Калачеевский, Нижнедевицкий, Новоусманский, Панинский, Петропавловский, Рамонский, Репьевский, Семилукский, Хохольский. Средний уровень суммарного химического загрязнения атмосферы выявлен на 4 из 9 административных территорий (44,4 %), средний уровень суммарного химического загрязнения питьевой воды – на 15 из 33 территорий (45,5 %), средний уровень суммарного химического загрязнения почвы селитебной территории – в 17 из 33 районов (51,5 %).

При оценке компонентов комплексной антропотехногенной нагрузки на территории города Воронежа и Воронежской области в период с 2018 по 2022 г. преобладало влияние загрязнения атмосферного воздуха. При этом на территории области данный фактор имел большую выраженность (61 %) по сравнению с территорией города Воронежа (57 %) (рис. 1).

Среди значений, превышающих среднегодовую предельно допустимую концентрацию (ПДКсг) вредных веществ в атмосферном воздухе, максимальные выявлены на следующих административных территориях: двуокись азота (0,04 мг/м³) – г. Лиски; взвешенные вещества (0,1 мг/м³) – г. Калач; оксид серы (0,17) – г. Павловск; фенол (0,0041) – г. Россошь; формальдегид (0,01 мг/м³) – п. г. т. Анна, г. Калач, г. Лиски г. Павловск г. Россошь.

Максимальные превышения ПДКсг в питьевой воде зарегистрированы: железо (0,73 мг/л) – в Терновском районе; общая жесткость (14 мг/л) – Таловский район; марганец (0,14 мг/л) – Бобровский район; нитраты (78 мг/л) – Каширский район.

Превышений ПДКсг вредных веществ в почве на территории Воронежской области за исследуемый период не выявлено.

Среди исследуемых территорий наибольший вклад (69,8 %) в суммарную антропотехногенную нагрузку компонент атмосферного воздуха имел на территории г. Павловска. Среди его составляющий за исследуемый период наибольшее влияние оказывали: формальдегид (38,6 %), диоксид серы (29 %), фенол (16 %). Влияние взвешенных веществ, диоксида азота и оксида углерода составили – 9,4; 5,2; 1,8 % соответственно.

Наибольший вклад загрязнения питьевой воды в суммарную антропотехногенную нагрузку по сравнению с другими районами отмечен в Семилукском районе (36,5 %). Среди наиболее значимых составляющих водной нагрузки следует отметить такие компоненты, как общая жесткость (42,6 %), железо (24,6 %), фтор (11,6 %), бор (9,6 %).

Наибольший вклад загрязнения почвы в суммарную антропотехногенную нагрузку по сравнению с другими районами отмечен в Россошанском районе (10,5 %). Составляющие коэффициента загрязнения почвы (К почвы) распределились следующим образом: бенз(а)пирен – 52 %, кадмий – 17 %, ртуть – 12 %, мышьяк – 11 %, марганец, медь, никель, свинец – 1,7; 1,0; 3,4; 1,1 % соответственно, фтор и цинк – до 1 %.

Для сравнения особенностей антропотехногенной нагрузки на территории городской и сельской местности Воронежской области были выбраны город Воронеж и п. г. т. Анна. Поселок городского типа Анна был выбран по причине наличия маршрутного поста для определения концентраций загрязняющих веществ в воздухе. Остальные 12 постов Воронежской области расположены на территории городов 9 административных территорий области. В связи с этим следует отметить, что в 24 районах (Бобровском, Богучарском, Бутурлиновском, Верхнемамонском, Верхнехавском, Воробьевском, Грибановском, Каменском, Кантемировском, Каширском, Нижнедевицком, Новоусманском, Новохоперском, Ольховатском, Панинском, Петропавловском, Поворинском, Подгоренском, Рамонском, Репьевском, Таловском, Терновском, Хохольском, Эртильском) исследования воздуха атмосферы не проводились.

На территории города Воронежа комплексная нагрузка (КН = 3,29) превышала таковую на территории п. г. т. Анна (КН = 2,3), а также среднее значение по области (КН = 2,38). Как было показано выше, на территории города Воронежа в комплексной антропотехногенной нагрузке преобладает влияние загрязнения атмосферного воздуха. Среди его составляющих наиболее значимо влияние формальдегида (23 %), озона (21 %), фенола (15 %) и сажи (11 %) (см. рис. 2).

На территории поселка городского типа Анна в комплексной антропотехногенной нагрузке также преобладает загрязнение атмосферного воздуха (61 %), более выражено влияние загрязнения питьевой воды (35 %) по сравнению с городом (32 %). Наибольшее влияние среди компонентов загрязнения воды обусловлено общей жесткостью (60,1 %). С целью углубленного изучения особенностей сельских территорий были проанализированы компоненты водной нагрузки на территории села Садовое Аннинского района, среди которых доминирующее влияние оказывали жесткость (39,7 %), марганец (28,6 %), нитраты (11,4 %).

Обсуждение. Оценка антропотехногенной нагрузки на территории Воронежской области проводилась и ранее. Наше исследование в части химического загрязнения атмосферного воздуха города Воронежа в целом соответствует результатам, отраженным в работах Клепикова О.В. и соавт. по результатам исследований предыдущих лет [14][23]. По-прежнему в комплексной антропотехногенной нагрузке на территории областного центра преобладает компонент химического загрязнения атмосферного воздуха. Причиной данной тенденции является факт того, что город Воронеж является промышленно развитым городом с развитой сетью автомобильных дорог. Причем количество автотранспортных средств с каждым годом увеличивается. Однако с учетом того, что к «территориям риска» по загрязнению воздуха атмосферы в результате проведенного нами исследования относится не только город Воронеж, но и Павловский район Воронежской области, актуальным и п ерспективным направлением является оценка особенностей химической нагрузки и ее влияния на заболеваемость населения, проживающего на территории районов области. Так, Механтьевым И.И. и соавт. была проведена комплексная оценка питьевого водоснабжения с выявлением проблемных сельских территорий [15]. В то же время ситуация может меняться с течением времени, примером чего является нитратное загрязнение воды сельских территорий, связанное с ведением сельского хозяйства и имеющее сезонный характер. Таким образом, оценку комплексного химического воздействия на окружающую среду и, как следствие, на здоровье населения целесообразно проводить на регулярной основе.

Выводы

1. К «территориям риска» по суммарному химическому загрязнению атмосферного воздуха были отнесены городской округ город Воронеж и Павловский муниципальный район (22,2 % территорий области). По суммарному химическому загрязнению питьевой воды – 7 административных территорий области (21,2 %). По суммарному химическому загрязнению почвы селитебной территории – городской округ город Воронеж, Борисоглебский городской округ и 3 района области (15,2 % территорий).
2. На территории города Воронежа уровень комплексной антропотехногенной нагрузки превышает среднее значение по области и по отдельным районам.
3. Как на территории города Воронежа, так и на территории районов области в комплексной антропотехногенной нагрузке преобладает загрязнение атмосферного воздуха промышленными и транспортными выбросами. Для объективизации выводов следует учитывать отсутствие маршрутных постов для отбора проб атмосферного воздуха на сельских территориях области.
4. В отношении питьевой воды можно сделать вывод, что в сельской местности, как и в городе, преобладает влияние компонентов природного происхождения. Однако на территории сельской местности более выражено влияние нитратного загрязнения, связанного с ведением сельского хозяйства.
5. Влияние загрязнения почвы более выражено на селитебной территории городов. При этом превышений ПДКсг вредных веществ в почве за исследуемый период как в сельской местности, так и в городе не выявлено.