При анализе содержания загрязняющих воздух веществ отметим, что в 20012015 гг. среднегодовое содержание диоксида азота колебалось в диапазоне 0,71,2 ПДК, а диоксида серы -- в диапазоне 0,1-0,3 ПДК. По объемам выбросов оксидов азота в 2010 и 2015 гг. лидировал автомобильный транспорт (63 и 62 % соответственно), а по объемам выбросов диоксида серы -- стационарные источники (75 и 51 % соответственно). Отметим, что в 2009-2010 гг. началась газификация предприятий тепловой энергетики (ТЭЦ) в городе. Перевод на газ в качестве топлива для ТЭЦ не только привел к сокращению эмиссий загрязняющих веществ (в основном диоксида серы), но и к увеличению соединений азота в выбросах ТЭЦ.
Рис. 2. Изменение первичной заболеваемости населения Санкт-Петербурга (число обращений на 1000 человек) и индекса загрязнения атмосферы (ИЗА)
В рассматриваемый 35-летний период значительно менялся и индекс загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА):
— в 1982 и 1983 гг. он был равен 5,3;
— далее, вплоть до 1989 г., он колебался в пределах 2,7-4,2;
— в 1990, 1998 и 2002 гг. он повысился до 9,1, 9,7 и 9,2 соответственно.
В остальные годы периода 1991-2015 гг. значения ИЗА оставались в диапазоне 5,7-8,4 (рис. 2). Отметим, что существенное (не менее чем в 2 раза) увеличение объемов выбросов в 2009-2015 гг. не привело к заметным изменениям значений ИЗА (см. рис. 1 и 2).
Как известно, показатель ИЗА используется для оценки качества атмосферного воздуха. Считается, что он характеризует уровень хронического длительного загрязнения атмосферы. В соответствии с его значением установлена качественная характеристика загрязнения этого важного для человека компонента окружающей среды. Принято считать (Безуглая и Смирнова, 2008), что значения ИЗА < 5 указывают на низкий уровень загрязнения атмосферного воздуха, при 5 < ИЗА < 7 загрязнение воздуха оценивается как повышенное, при ИЗА = 7.. .13 уровень загрязнения высокий, а при ИЗА > 14 -- очень высокий. По результатам анализа межгодовой изменчивости ИЗА, проведенного на основе этой классификации, можно заключить, что в 1984-1989 гг. уровень загрязнения атмосферного воздуха в Санкт-Петербурге был низким, а в последующие годы -- высоким.
Рис. 3. Оценка неканцерогенного риска для жителей Санкт-Петербурга в 1994 и 2004 гг. по значениям индекса опасности НІ
Здесь и на рис. 4 и 5: ССС -- сердечно-сосудистая система, ЦНС -- центральная нервная система
Однако отметим, что использование ИЗА как показателя качества атмосферного воздуха достаточно условно. Предложенные количественные градации ИЗА и их качественная оценка не основываются на строгих критериях и не учитывают эффекта суммирования при комплексном действии на организм человека нескольких загрязняющих веществ, а поэтому и не могут отражать степень влияния загрязнения воздуха на здоровье населения. Проведенное нами сравнение динамики первичной заболеваемости населения Санкт-Петербурга с межгодовой изменчивостью ИЗА подтверждает это положение (см. рис. 2). Например, в 2005-2009 гг. заболеваемость населения Санкт-Петербурга стремительно росла и за столь короткий период увеличилась в 1,4 раза. Что же касается ИЗА, его значения в эти годы существенно не менялись. В то же время в период, когда ИЗА достигал высоких значений (1998 и 2002 гг.), соответствующих высокому уровню загрязнения атмосферного воздуха, первичная заболеваемость населения практически не изменялась и колебалась в диапазоне 680-690 обращений на 1000 человек. Кроме того, корреляционный анализ показал, что между ИЗА и показателем первичной заболеваемости очень слабая связь (коэффициент корреляции г = 0,086).
При оценке влияния загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения более показателен индекс опасности развития неканцерогенных рисков. Проведен сравнительный анализ данных по загрязнению атмосферного воздуха г. Санкт- Петербурга за 1994 и 2004 гг. Их выбор связан с тем, что после 1994 г. на протяжении 4 лет резко увеличились значения ИЗА при незначительных колебаниях показателя заболеваемости населения, а в течение 4 лет после 2004 г. не отмечено заметного повышения индекса ИЗА. Проведенный нами расчет неканцерогенного риска для здоровья горожан показал (рис. 3), что по сравнению с 1994 г. в 2004 г. существенно (в 1,6 раза) возросли общий индекс опасности и индексы опасности возникновения болезней органов дыхания (в 1,5 раза) и болезней крови (в 1,9 раза), а также индекс опасности смертельных случаев (в 2,0 раза). При этом по всем рассмотренным показателям отмечены высокие риски для здоровья, в несколько раз превышающие допустимое значение (1,0). Особенно они высоки для общей заболеваемости, а также для болезней органов дыхания.
Полученные нами прогнозы риска для здоровья горожан подтверждаются реальными показателями заболеваемости населения. Например, с 2005 г. первичная заболеваемость населения Санкт-Петербурга действительно росла и к 2009 г. увеличилась в 1,4 раза. В этот период основной вклад в уровень общей заболеваемости населения вносили болезни органов дыхания (от 44 до 59 %). Последние лидировали и при оценке первичной заболеваемости детей в возрасте до 14 лет (Санкт- Петербург в 2000 году..., 2001; Санкт-Петербург в 2009 году..., 2010).
Чтобы оценить влияние техногенной нагрузки на показатели здоровья населения, рассмотрены два административных района Санкт-Петербурга:
1) Центральный, где основной источник загрязнения атмосферного воздуха -- автомобильный транспорт;
2) индустриальный Колпинский район.
На основе данных медицинской статистики установлено, что в 1994-1995 гг. указанные районы были близки по уровню заболеваний среди детей, однако в Центральном районе этот показатель был выше, чем в Колпинском (соответственно 1345 и 1309 обращений на 1000 детей). Среди других районов города по заболеваемости детского населения они занимали 10- и 11-е места соответственно.
В конце 1990-х и начале 2000-х гг. ситуация существенно изменилась: показатели детской заболеваемости в Колпинском и Центральном районах значительно выросли (до 1982 и 1958 обращений за год на 1000 детей соответственно), и лидером стал Колпинский район. Такие изменения можно было предвидеть, используя результаты расчетов неканцерогенного риска для здоровья населения этих районов. Чтобы прогнозировать заболеваемость населения, риски следуют рассчитывать на основе данных по загрязнению атмосферного воздуха в предшествующие рассмотренному периоду годы.
Мы оценили риск для здоровья населения, обусловленный хроническими воздействиями химических веществ, по данным о загрязнении атмосферного воздуха (среднегодовые концентрации и их верхние 95 %-ные доверительные границы, установленные по среднесуточным концентрациям) в 1994 г. (рис. 4). Для этой оценки применяются среднегодовые концентрации химических веществ. Чтобы рассчитать их, как правило, используются данные трехлетних наблюдений, но не менее чем за 1 год. В Колпинском районе общий индекс опасности и индекс опасности для органов дыхания были выше, чем в Центральном районе в 1,1 раза, а смертность -- в 1,6 раза. В этих районах показатели рисков превышали допустимые значения в 6-7 раз. По показателям реального уровня здоровья (детской заболеваемости) в 1997-2001 гг. эти районы были лидерами среди всех районов Санкт-Петербурга. Отметим, что в 19902000-е гг. по общим объемам выбросов загрязняющих веществ Колпинский район был на втором (после Кировского района) месте и лидировал по количеству загрязняющих веществ, поступающих от стационарных источников на одного жителя.
Рис. 4. Оценка неканцерогенного риска для жителей Центрального и Колпинского районов Санкт-Петербурга в 1994 г. по значениям индекса опасности НІ
В 2010 и 2014 гг. по заболеваемости детей на первом месте в городе оказался Центральный район (2848 случаев на 1000 человек), а Колпинский район занял второе место (2437 случаев на 1000 человек). В структуре заболеваемости на первом месте были болезни органов дыхания (их удельный вес составлял 60-48 %) -- главным образом острые респираторные инфекции верхних дыхательных путей. На втором месте были болезни нервной системы и органов чувств (17-18 %) -- в первую очередь болезни глаза и его придаточного аппарата. Следует отметить, что по показателям первичной заболеваемости взрослого населения Центральный район был вторым (633 случаев на 1000 человек), а Колпинский район -- третьим (590 случаев на 1000 человек) в городе.
Проведенная нами ранее (Мовчан и др., 2017) оценка содержания химических элементов в волосах младших школьников Колпинского района выявила избыточное содержание железа, меди, марганца, кальция и магния, а также дефицит хрома, кобальта, цинка, натрия и калия. При этом в биопробах подавляющего большинства (95-97 %) обследованных детей этого района содержание свинца, никеля и кадмия не превысило условного биологически допустимого уровня (Скальный, 2003). Судя по литературным данным (Детков и др., 2012), избыток железа и меди -- характерная особенность элементного статуса детей всего Санкт-Петербурга. В их волосах обнаружено повышенное содержание и таких токсичных элементов, как свинец, никель и кадмий. Повышенное содержание свинца обнаружено в волосах детей Центрального района Санкт-Петербурга (Богданов и др., 2003). Считается, что повышенное содержание в организме свинца, никеля и кадмия приводит к возникновению болезней органов дыхания, эндокринной и нервной систем (Маймулов и др., 2005).
Чтобы выявить последствия отмеченного в 2010-2015 гг. уровня загрязнения атмосферного воздуха, мы рассчитали неканцерогенный риск для здоровья жителей разных административных районов Санкт-Петербурга при ингаляционном поступлении приоритетных загрязняющих веществ в организм человека. Анализ численных значений индексов опасности показал, что в Центральном районе можно ожидать наибольшую среди других районов заболеваемость населения, так как общий индекс опасности в среднем по рассмотренным годам составил 3,4. В Колпин- ском районе (занявшем по этому показателю 6-е место в городе) среднее значение общего индекса опасности равно 2,4, что указывает на высокие, хотя и меньшие, чем в Центральном районе, риски нарушения здоровья населения. Судя по расчетным данным, среди административных районов города только в Петродворцовом районе Санкт-Петербурга сохранялись благоприятные условия для здоровья населения -- общий индекс опасности в 2010-2015 гг. был на уровне 0,7.
На остальных территориях города стабильно превышается граничное значение общего индекса опасности, что вызвано существенным загрязнением атмосферного воздуха. Вслед за Центральным районом по этому показателю лидируют Фрунзенский и Калининский районы, далее идут Приморский, Курортный, Московский, Петроградский, Красногвардейский, Красносельский и Невский, затем -- Пушкинский, Колпинский и Выборгский. Последними в этом списке стоят Кировский, Василеостровский, Кронштадтский и Адмиралтейский районы, где общий индекс опасности равен 1,5-1,9 (рис. 5).
Рис. 5. Средние индексы опасности НІ по основным нозологическим формам в административных районах Санкт-Петербурга за период 2010-2015 гг.
В зависимости от принадлежности к группе заболеваний средние индексы имеют значительные различия по районам города. Максимальные индексы опасности возникновения заболеваний органов дыхания при одновременном поступлении нескольких веществ отмечаются в Центральном, Калининском, Фрунзенском, Приморском и Московском районах. Максимальные риски болезней сердечно-сосудистой системы и риски смертельных случаев отмечены в Московском и Центральном районах. По всем категориям заболеваний только в Петродворцовом районе средние значения индексов опасности не превышают 1,0 и колеблются от 0,1 до 0,6.
Чтобы проверить точность полученных значений индекса опасности по районам города за 2010-2015 гг., рассчитан предел погрешности при доверительном уровне 95 %, значения которого составляют от 0,07 в Петродворцовом районе до 0,84 в Московском. При этом нижняя граница доверительного интервала выше единицы для всех районов, кроме Петродворцового. экологический загрязняющий атмосферный воздух
Заключение
Проведенные исследования показывают, что за последние 35 лет в Санкт- Петербурге экологическая ситуация существенно изменилась. Прежде всего обращает на себя внимание значительное увеличение доли выбросов загрязняющих веществ от автомобильного транспорта, что с 2009 г. привело по сравнению с периодом 1993-2008 гг. более чем к двукратному увеличению загрязнения атмосферного воздуха. С 2009 г. автотранспорт стал основным загрязнителем атмосферного воздуха диоксидом азота, а вклад автотранспорта достиг 91 % от общего объема выбросов стационарных источников и автотранспорта. За исследуемый период заметно возросла и заболеваемость населения. Особенно отчетливо это проявилось в 2005-2009 гг., когда первичная заболеваемость населения в Санкт-Петербурге увеличилась в 1,4 раза. В 2004 г. по сравнению с 1994 г. существенно вырос и другой показатель здоровья населения -- неканцерогенный риск здоровью при ингаляционном поступлении в организм приоритетных загрязняющих веществ. Так, в индустриальном Колпинском районе, а также в Центральном районе Санкт-Петербурга (где основной источник загрязнения атмосферного воздуха -- автомобильный транспорт) показатели рисков для здоровья населения превышают допустимые значения в 6-7 раз. В этих административных районах города увеличился общий индекс опасности и индексы опасности возникновения болезней органов дыхания, болезней крови, а также индекс опасности смертельных случаев.
За рассмотренный период в административных районах Санкт-Петербурга экологическая ситуация существенно изменилась и по показателям актуальной заболеваемости населения. В частности, с конца 1990-х гг. среди лидеров по первичной заболеваемости детского населения в городе были Центральный и Колпинский районы. В середине 1990-х гг. по этому показателю они занимали 10-е и 11-е места. Отметим, что у подавляющего большинства обследованных детей Колпинского района обнаружено повышенное содержание железа, меди, марганца, кальция и магния в волосах. В то же время содержание свинца, никеля и кадмия (элементов с высокой концентрацией в волосах детей всего Санкт-Петербурга) было меньше условных биологически допустимых уровней. В отличие от Колпинского, в Центральном районе, так же как и в Санкт-Петербурге в целом, характерной особенностью элементного статуса детей является повышенное содержание свинца в волосах. По-видимому, накопление этого металла в организмах детей является следствием многолетнего загрязнения атмосферного воздуха Центрального района автомобильным транспортом в условиях плотной городской застройки. Полученные данные по индексам опасности развития неканцерогенных рисков для здоровья населения позволяют предположить, что наибольшую заболеваемость населения, вызванную загрязнением атмосферного воздуха, следует ожидать в Центральном, Фрунзенском и Калининском районах. В зону высокого риска болезней органов дыхания входят Центральный, Калининский, Фрунзенский, Приморский и Московский районы. Риск возникновения заболеваний сердечно-сосудистой системы наиболее велик в Московском и Центральном районах. Наименьший риск развития неканцерогенных эффектов при комплексном воздействии загрязняющих атмосферный воздух веществ -- в Петродворцовом районе.