Важкі метали в українських ґрунтах: що показує аналіз 8000 проб вздовж лінії фронту

Екологічні наслідки війни для українських ґрунтів стали предметом дискусій серед науковців, фермерів і міжнародних організацій.

Та чи справді вплив бойових дій на ґрунти виявився настільки масштабним?

Результати міжнародного дослідження, у межах якого було відібрано понад 8000 ґрунтових проб у п'яти областях України вздовж лінії фронту, свідчать: у більшості випадків рівень забруднення залишається низьким. Концентрації важких металів в українських ґрунтах перебувають в межах гранично допустимих норм, обнадійливо повідомив професор Марк Гортон — проректор Королівського аграрного університету (RAU), у ході відкритої лекції, що відбулася 10 червня в Сумському національному аграрному університеті. 

«Я хочу донести вам і світовій спільноті, що українські ґрунти безпечні для сільського господарства. І в нас є докази», — наголосив він у передмові до лекції.

Марк Гортон за фахом археолог і спеціаліст із відновлення ґрунтів. За його словами, методи польових досліджень в археології та ґрунтознавстві мають багато спільного. Жартома він каже: «Як і в археології, у сільському господарстві теж доводиться багато копати». 

Дослідження забруднення ґрунтів стало одним із найбільших проєктів із вивчення впливу бойових дій на ґрунти в Україні. Науковці оцінювали забруднення ґрунтів внаслідок війни, концентрацію важких металів після обстрілів, а також механічні пошкодження земель у прифронтових регіонах. 

Головні висновки дослідження

• проаналізовано понад 8000 ґрунтових проб;
• більшість показників у межах норми;
• забруднення локалізоване у вирвах та місцях згорілої техніки;
• 88% проб містять миш'як вище українського нормативу, але нижче багатьох європейських стандартів;
• одна з гіпотез походження кадмію — сахарський пил;
• наступний етап — дослідження біодоступності металів.

Чому виник міф про масштабне забруднення українських ґрунтів?

Частина медійного шуму навколо забруднення українських ґрунтів важкими металами була викликана пропагандистською кампанією росіян з метою дискредитувати українське сільське господарство, знизити обсяги експорту української сільськогосподарської продукції і створити тиск на країни-партнери щодо постачання Україні озброєння. 

Навмисне чи ненавмисне цю пропаганду активно підтримували фермерські спільноти сусідніх країн, побоюючись не скільки вмісту важких металів у нашому зерні, скільки конкуренції з Україною на світовому на ринку. 

«Росія через своїх контрагентів хотіла підняти екологів з великих громадських організацій громадських по всьому світу, щоб зірвати постачання зброї Україні, яка на той момент могла б переломити хід військових дій. Наприклад, ці маніпулятивні новини про те, що артилерійські снаряди до Challenger містять збіднений уран. Вони навіть вийшли на контакт до нас із проханнями провести дослідження, щоб загальмувати процес. Були й недобросовісні науковці, які за результатами відбору якихось 20-ти зразків ґрунту масштабували проблему на всю Україну», — розповіла Олена Мельник, старший науковий співробітник науково-дослідної частини Сумського НАУ та Бернського університету прикладних наук BFH.

Історія про забруднення важкими металами хоч і має зміст, та виявилася недостовірною 

Варто сказати, що тези про забруднення українських ґрунтів вплинули на громадську думку не лише українського суспільства, але й за кордоном. Зі слів Олени Мельник, науковці з університетів Швейцарії, Франції і Німеччини почали говорити про те, що можливо після кінця війни українські ґрунти потрібно буде повністю вивести з сільськогосподарського використання. І хоча це були прогностичні висновки, радше ніж реальні, вони спонукали команду дослідників Сумського НАУ під керівництвом Олени Мельник розпочати дослідження ґрунтів у прифронтових областях. І вже в 2022 році, за підтримки уряду Великобританії, фахівці СНАУ, RAU, BFH, Sky Eye та Херсонського ДАЕУ розпочала роботу. А у 2023 році до Берна у Швейцарії були привезені перші зразки ґрунту. 

Читайте також: Забруднення ґрунтів важкими металами в місцях падіння авіабомб та згорілої техніки: дослідження в Сумській області

Отримані зразки розподілили між лабораторіями і вже через тиждень швейцарські науковці були відверто здивовані тим, що побачили. Українські зразки виявилися менш забрудненими, ніж швейцарські.

«Ми хотіли довести, що є локальні місця забруднень, а є території, придатні для сільського господарства. І тепер не лише ми, українці, про це говоримо. Про це говорять незалежні лабораторії», — додала Олена Мельник.

Наскільки забруднені українські ґрунти після початку війни? 

У ході дослідження фахівці виділили так звані «гарячі точки», де концентрація важких металів вища. Мова йде про місця, де вибухали снаряди, горіла військова техніка тощо. Переважна ж частина цих ґрунтів не мала сильного забруднення. 

Схожі висновки в 2023 році зробили фахівців Інституту охорони ґрунтів України та Дніпропетровської філії ДУ «Держґрунтохорона». Посилаючись на результати їхніх досліджень, доктор біологічних наук Юрій Дмитрук, президент ГО «Українське товариство ґрунтознавців та агрохіміків» першим вказав на необґрунтованість та непереконливість історій-страшилок щодо забруднення ґрунтів. Адже згідно результатів, ареали забруднення ґрунтів свинцем і міддю у Сумській області точкові і суто у вирвах від снарядів та місцях згоряння військової техніки. У таких місцях відмічено перевищення ГДК в 2-4 рази, решта зразків — у допустимих межах. 

Миш’як в українських ґрунтах: що показали результати дослідження

У ході дослідження фахівці виявили, що 88% зразків українських ґрунтів мають вміст миш'яку, що перевищує український національний стандарт. І тут думки фахівців з приводу походження цього миш’яка розійшлися. Тобто, чи є цей миш’як наслідком цієї війни, чи це миш’як, що залишився після бойових дій другої світової війни, чи це взагалі геологічне джерело — питання залишається відкритим.

Чому? 

• По-перше, рівень миш'яку в українських ґрунтах за європейськими стандартами дуже низький.
• По-друге, багато ґрунтів в інших європейських країнах також містять високу концентрацію миш'яку над національними рифовими мілинами. 

«Ми майже впевнені, що це природне геологічне явище. І я мушу сказати, що рівень вмісту миш’яку в українських ґрунтах на безпечно низькому рівні — 2 мг/кг. Це справді, низький рівень при середньому показнику 6,8 мг/кг. Нижчий, ніж будь-де у світі», — каже Марк Гортон.

Результати порівнювали як до порогового рівня державного стандарту України, так і до цільових рівнів, рекомендованих ФАО, ВООЗ, окремими країнами Європейського Союзу та США.

Барій, кадмій та уран у ґрунтах: чи є ризик для сільського господарства?

Крім миш’яку, в пробах українських ґрунтів були знайдені барій, кадмій, кобальт, мідь, цинк і нікель, свинець та уран. Їхній вміст був здебільшого у безпечних концентраціях.

Барій виявили у понад 60% випадків у «гарячих точках», в обмеженій концентрації виявили кадмій.

Найбільше занепокоєння викликала присутність урану в ґрунтових пробах з «гарячих точок». Його присутність невелика, а радіоактивність не вимірювалася, тому наразі достеменно невідомо його походження. Втім, цей елемент найчастіше є центром інформаційних маніпуляцій навколо українських ґрунтів.

Марк Гортон каже, якщо уран потребує додаткового обстеження, то природа походження кадмію є більш зрозумілою.

«Не так давно фахівці Інституту ґрунтознавства та агрохімії імені О. Н. Соколовського виявили підвищену концентрацію кадмію в ґрунтах у районах, де не було військових дій. Вони порівняли дві карти, що перекривалися. Зокрема, карту 2023 року, коли відбувся великий повітряний потік піску із Сахари, який вкрив значну частину Європи. Цей пісок містить мікронний кадмій», — пояснив він.

Марк Гортон наголошує, що російсько-українська війна не перша, яка сталася в Україні. Варто враховувати першу світову війну і особливо другу світову, під час якої відбулися одні з наймасштабніших військових дій із використанням техніки. І наслідки цієї війни відобразилися на урожайності сільгоспкультур всюди у Європі. Особливо в місцях, де були вирви від снарядів. Адже, мало того, що снаряди містять хімічні елементи, які вивільняються при вибуху, сам вибух призводить до грубого перемішування шарів ґрунту, заорюючи родючий шар на глибину 60-70 см. І в такому випадку мова йде не про забруднення ґрунту, а про порушення його фізичної структури, яку можна відновити.

Натомість сильно забруднені важкими металами ділянки («гарячі точки» у місцях вирв і кратерів) фіторемедіації не підлягають. На кілька років ці території варто вивести з сільського господарства. 

Біодоступність важких металів в ґрунті — пріоритет наступного дослідження

Інше питання, що стосується забруднення ґрунту, — це біодоступність знайдених важких металів. 

«У вас може бути висока концентрація свинцю в ґрунті, але питання: якою мірою рослини поглинають цей свинець? Наскільки він доступний? Чи він у формі сполуки, яка не поглинається рослинами? Чи він у металевій формі? Наразі ми вимірюємо загальну концентрацію елемента, а не сполуку в біоформах. Ми ще не дослідили, якою мірою будь-які з цих важких металів поглинаються рослинами. Ще ніде не проводилося досліджень, щоб з'ясувати як рослини справляються з важкими металами в ґрунтах», — висловив зацікавленість Марк Гортон.

Попередня гіпотеза фахівців говорить про те, що біодоступність важких металів дуже низька і залежить від типу ґрунту та вирощуваної культури. Наприклад, поглинання важких металів ріпаком відрізняється від поглинання пшеницею чи ячменем. 

Як археологія допомагає визначати забруднення ґрунтів важкими металами?

Основне правило відбору зразків ґрунту — це систематичність, наголосила Олена Мельник. Щоб була можливість змоделювати зміну концентрації важких металів на кожному полі. Для цього фахівці застосовували два підходи:

• збирання даних у вирвах і кратерах, що дозволило визначити, чи пов'язане забруднення зі згорілою технікою / снарядами чи чимось іншим. 
• аналіз даних із зіставленням за даними отриманими супутниками MAXAR.

У ході дослідження фахівці взяли точку даних на сильно постраждалому полі і розмістили її в системі сітки кожні 100 м, щоб потім нанести графіки змін.

«Якщо уявити, що ми досліджуємо вміст 29 різних елементів, а в полі може бути 100 точок даних з 29 окремими точками даних для важких металів, це дає нам величезну кількість інформації. І тому ми зараз працюємо над створенням схем розподілу, щоб визначити, де певні метали постійно концентруються», — підтвердив Марк Гортон.

Як супутники та ШІ допомагають оцінювати стан ґрунтів після бойових дій

Відбору ґрунтових проб передує аналіз знімків з сервісу CropWise, із супутникової системи ЄС Copernicus, а також отриманих даних із супутників MAXAR, які мають високу роздільну здатність зображення 30 см на піксель. 

Тобто, спершу шляхом аналізу знімків фахівці визначали точки відбору, орієнтуючись на вирви від снарядів, фортифікаційні споруди у Сумській, Харківській та Херсонській областях. А потім відбирали проби і порівнювали результати, щоб зрозуміти наскільки точно можна орієнтуватися за супутниковими даними, прогнозувати рівень забруднення, рівень механічного пошкодження ґрунтів. 

Найбільша перевага супутникових систем у тому, що вони здатні генерувати гігабайти мультиспектральних даних (ред. — коли генерується понад 200 оптичних діапазонів) по всьому світу. Втім, це викликає певну складність для аналізу такого великого обсягу даних. Для цього Найкраща опція у цьому випадку — застосувати ШІ. Адже ландшафт пошкодженої ділянки нерівномірний і потрібно чітко розуміти, які нерівномірності викликані антропогенним впливом, а які природні.

Спершу фахівці навчили ШІ ідентифікувати вирви, кратери і траншеї після снарядів, ракетних і дронових атак. Також використовували індекс вологості. Для навчання ШІ використовували військовий полігон Міністерства оборони Великої Британії.

«Дане зображення демонструє як стався вибух. Ви бачите, як «крейда» нерівномірно розподіляється на досить велику площу. Межі кратера розходяться в різні напрямки і відбір проб тут є досить складним. Спершу ми мали обчислити масу кратера, щоб змоделювати її за допомогою дрона, оснащеного технологією Lidar для виявлення та визначення дальності за допомогою світла та мультиспектром. Це дає можливість генерувати хмари точок двома способами. Зробивши кілька фотографій, що перекриваються, і використавши програму, яка моделює об’єкт у трьох вимірах», — пояснює Марк Гортон.

Що показують супутникові дані про використання земель уздовж лінії фронту

На слайді, взятому з веб-сайту CropWise показано, які культури вирощуються на кожному полі в Україні. В основному це супутникові знімки, які демонструють стан полів до війни у 2021 році, на початок війни у ​​2022 році, а також в 2023, 2024 та 2025 роках.

Марк Гортон навів ще один приклад використання супутникових знімків на території Сумщини. Перше літо після війни у 2022 році. На мапі можна побачити забарвлені у світло-рожевий колір занедбані території навколо міста Суми, розкидані по всій площі. 

Знімок 2025 року демонструє геть іншу картину. Територія, що не обробляється, знаходиться за 3-4 милі від лінії фронту.

Попри побоювання щодо масштабного забруднення українських ґрунтів внаслідок війни, результати міжнародного дослідження вказують на протилежне: землі залишаються придатними для господарювання, за виключенням вирв і кратерів. Водночас науковці наголошують, що оцінка наслідків війни для ґрунтів триває, а особливу увагу надалі приділятимуть вивченню біодоступності важких металів і моніторингу територій, що перебувають поблизу лінії фронту.

Більше того, такий точний аналіз вже зараз дозволяє оцінити ситуацію з пошкодженням і забрудненням ґрунтів на території, яка нині окупована росіянами. Поєднання польових досліджень, супутникового моніторингу та інструментів штучного інтелекту має допомогти не лише оцінити реальний масштаб пошкоджень, а й прискорити повернення звільнених земель до сільськогосподарського використання після завершення бойових дій.

©Меланія Несмачна, SuperAgronom.com

Світлини та відео про життя і роботу агрономів в Instagram SuperAgronom_