Информационное обеспечение охраны почв в Санкт-Петербурге

Росол О.В., Отдел государственного регулирования в сфере охраны окружающей среды Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Санкт-Петербурга, e-mail: rosol@ecodata.spb.ru

Городские почвы – естественные, изменённые, а также искусственно созданные почвы, расположенные в пределах городской территории – являются важнейшим компонентом городской среды, неотъемлемой частью среды обитания человека. Они сформировались в современных условиях техногенных процессов почвообразования, все в большей и большей мере преобладающих над природными процессами.

Источниками загрязнения почв в большинстве городов, в том числе и в Санкт-Петербурге, являются выбросы промышленных предприятий, строительная, дорожная и другая пыль, захоронение промышленных отходов, свалки мусора и т.д. Значительные концентрации большинства элементов первого и второго класса опасности встречены в нашем городе в жилых зонах, расположенных в непосредственной близости от промышленных предприятий, и в транспортных зонах. Загрязнение и деградация почвенного покрова являются источником загрязнения подземных и поверхностных вод, приводят к гибели зелёных насаждений, являются источником вторичного загрязнения атмосферного воздуха. Загрязнение почвы является индикатором геохимического состояния окружающей среды в целом и отражает результаты многолетнего накопления загрязняющих веществ на территории города.

Именно поэтому оценке качества почв и грунтов урбанизированных территорий придается все большее значение. На ее основе принимаются решения о возможности размещения тех или иных промышленных или культурно-массовых объектов, изменяется стоимость земельных лотов и размещенных на них объектов. Кроме того, показатели загрязненности почв входят в набор обязательных параметров при определении зон экологического бедствия или кризиса.

История и методика исследований

Планомерная геохимическая съёмка Санкт-Петербурга с целью оценки загрязнения почв тяжёлыми металлами проводится с 1991 года Российским геоэкологическим центром (ФГУП «Урангео»). Отбор проб производится по равномерной сетке 200х200м. В настоящее время выполнена съемка 700 кв.км площади города (49%), включающая жилые районы, промышленные зоны и участки перспективного строительства (рис. 1). Работы по отбору проб, их камеральной обработке и анализу с последующим построением карт выполнялись ежегодно в рамках государственных контрактов.

Рис. 1. Изученность почвогрунтов на загрязнение.

В 2003-2005 годах были выполнены работы по изучению загрязнения тяжёлыми металлами почв в Курортном районе города. С 2006 года ведутся работы по опробованию почвогрунтов Петродворцового района. Одновременно проводятся работы по изучению загрязнения территории Санкт-Петербурга диоксинами и другими стойкими органическими загрязнителями.

Процедура обследования почво-грунтов включает в себя три основных этапа, каждый из которых в свою очередь может быть подразделен на ряд мероприятий:

1. Отбор проб – разбивка сети наблюдений, выполнение пробоотбора, транспортировка и хранение проб почвенного материала;
2. Аналитические исследования – экстрагирование экотоксикантов, аналитические исследования;
3. Обработка результатов и построение карт – ввод необходимой информации и ее статистическая обработка, методы построения картографического материала, оценка уровня загрязнения почв.

Для определения концентрации различных элементов и соединений используются следующие виды анализа:

• Атомно-эмиссионный спектральный на 42 элемента
• Рентгено-спектральный
• Атомно-абсорбционный.

Оценка качества почв проводится в соответствии с действующими законодательными и нормативными документами двумя путями: сопоставлением выявленных содержаний экотоксикантов с нормативными значениями и расчетом индекса суммарного загрязнения почв тяжелыми металлами. Оценка с использованием этого индекса проводится на основе суммарного показателя химического загрязнения Zc, который характеризует степень химического загрязнения почв обследуемых территорий веществами различных классов опасности.

В соответствии с Приложением 1 санитарно-эпидемиологических требований к качеству почвы СанПиН 2.1.7.1287-03, утвержденных Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 16 апреля 2003 г., оценка степени химического загрязнения почвы классифицируется следующим образом (см. таблицу).

Унифицированного подхода к определению набора элементов, по которым осуществляется расчет Zс, не существует. Поэтому принят следующий подход: определение суммарного загрязнения почв проводится по содержанию всех элементов первых трех классов токсической опасности. Таким образом, для расчета используются 15 элементов: ртуть, свинец, мышьяк, кадмий, цинк (1 класс токсической опасности); кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром (2 класс); марганец, ванадий, стронций, барий (3 класс).

Из расчетов Zcисключены только селен, фтор (1 класс), бор, и вольфрам (2 класс), так как содержания селена и вольфрама практически по всем пробам оказались ниже чувствительности применяемых аналитических методов. Определение фтора и бора не проводилось по причине того, что данные загрязнители не характерны для Санкт-Петербурга.

Статистическая обработка проводилась в различных программных пакетах, а базы данных хранятся в формате DBF. Результатами обработки данных являются картографические покрытия полей равных концентраций определяемых элементов и база первичных данных анализов с географической привязкой. Картографические покрытия предоставляются в Комитет в транспортном формате shape, а базы данных в виде таблиц dBase IV.

Построение карт изначально осуществлялось с помощью пакета SURFER и оригинальных программ, разработанных сотрудниками Российского геоэкологического центра (ФГУП «Урангео»). Регуляризация данных производилась методом кригинга с последующим матричным сглаживанием окном 200х200м. При необходимости дополнительно осуществлялось сглаживание кубическим сплайном. Данные, предоставленные в Комитет, интегрируются в среду Экологического паспорта Санкт-Петербурга.

Картографические данные интегрируются в среду информационно-аналитического комплекса «Экологический паспорт территории Санкт-Петербурга», где карты полей равных концентраций каждого элемента хранятся в виде отдельных классов корпоративной базы геоданных под управлением ArcSDE. При ежегодном добавлении в корпоративную базу данных новых результатов опробования проводится перестроение цифровых карт с учетом новых данных.

Предшествующие работы по изучению загрязнений тяжёлыми металлами почв Санкт-Петербурга в историческом центре города были закончены в 1993 году. Поскольку истекший со времени этих обследований период составляет более 10 лет, в 2005 году были организованы работы по повторному опробованию почвогрунтов на отдельных участках. Результаты работ показали целесообразность организации регулярных наблюдений за качеством почв на выбранных полигонах для долговременного планирования природоохранных мероприятий. После этого Комитет в рамках своих полномочий осуществляет мониторинг почв (почвогрунтов) Санкт-Петербурга. Мониторинг представляет собой систему регулярных наблюдений за качественным составом почв и включает разработку рекомендаций по предупреждению и устранению последствий негативных процессов, ухудшающих их состояние.

Таким образом, новая фаза работ по мониторингу почвогрунтов проводится в Санкт-Петербурге уже более двух лет. На настоящий момент система включает 34 станции. На них проводятся наблюдения за изменением концентрации приоритетных загрязнителей: тяжёлые металлы и органические токсиканты, а также показатели плодородия и эпидемические показатели.

На первом этапе была разработана сетка размещения постоянных пунктов наблюдения за степенью деградации почвенного покрова и программа мониторинга почв в Санкт-Петербурге (рис. 2).

Рис. 2. Схема размещения пунктов мониторинга почв.

Краткая характеристика информационной системы «Земельные ресурсы»

Существующий информационный блок «Земельные ресурсы» информационно-аналитического комплекса «Экологический паспорт Санкт-Петербурга» подразделяется на информационные слои. Каждый информационный слой представляет собой совокупность взаимосвязанных картографических и фактографических данных.

Картографическая информация хранится в виде векторных картографических покрытий, состоящих из уникально идентифицированных картографических объектов и атрибутивных таблиц. Фактографическая информация представлена в виде сопряженных таблиц и баз данных. Состав и структура баз данных зависят от типа хранимой информации. Фактографическая информация семантически связана с картографическими объектами.

Структурная организация информационного блока «Земельные ресурсы»

Получаемая первичная информация обрабатывается и хранится в базе первичных данных, представляющей собой информационный блок «Земельные ресурсы». Этот блок наряду с набором пользовательских сервисов формируют информационную систему «Земельные ресурсы». Первичная как пространственная, так и фактографическая информация организована и хранится в виде корпоративных баз, содержащих, соответственно, классы пространственных объектов (геоданных), таблицы (базы данных) фактографической информации, а также присоединенные внешние текстовые документы. Структура информационного блока утверждена Распоряжением 81-Р от 13.08.2007 “Об утверждении положения об информационно-аналитическом комплексе Экологический паспорт Санкт-Петербурга”.

Рис. 3. Карта загрязнения почв диоксинами.

Рис. 4. Карта распределения загрязнения почвогрунтов органическими токсикантами.

Информационная система «Земельные ресурсы» включает набор информационных сервисов, которые представляют собой пользовательские программные приложения для визуализации и анализа тематических пакетов и/или пользовательских запросов к базам первичных данных Экологического паспорта территории Санкт-Петербурга. Информационные сервисы данной системы обеспечивают доступ сотрудников Комитета к данным о состоянии почвогрунтов на территории города в рамках локальной вычислительной сети. В качестве примера представления картографических материалов, на рисунках 3-6 приведено несколько карт загрязнения почв города разными экотоксикантами. На рис. 3 показано загрязнения территории Санкт-Петербурга диоксинами – площадное распределение их содержания в почвах и риск загрязнения диоксинами в виде полигонов и изолиний; точки размещения предприятий, свалок, иловых площадок. Рисунок 4 иллюстрирует загрязнения территории Санкт-Петербурга органическими токсикантами (нефтепродукты, ПХБ, БАП), состав данных: точки отбора проб на определение органических токсикантов и их площадное распределение. Суммарное загрязнение территории органическими токсикантами и его территориальное районирование показано на рис. 5. Карта, демонстрирующая загрязнение почвогрунтов на территории города тяжелыми металлами (15 элементов 1-3 классов токсической опасности) и распределение суммарного показателя загрязнения, включающая материалы изученности почв на загрязнение (по данным опробования с 1991 по 2005 г), представлена на рис. 6.

Рис. 5. Карта районирования загрязнения территории органическими токсикантами.

Рис. 6. Карта загрязнения почвогрунтов тяжелыми металлами.

Заключение

Первичные данные о загрязнении почв города разными токсикантами, результаты их обработки и анализа, а также полученные на их основе картографические продукты используются сотрудниками Комитета в их повседневной деятельности. Информация о загрязнении почв является составной частью экологических материалов, представляемых органам государственной власти, другим организациям и общественности. Накапливаемая информации служит основой для принятия управленческих решений на общегородском и локальном уровнях.