Научный журнал
Научное обозрение. Биологические науки
ISSN 2500-3399
ПИ №ФС77-57454

ИЗМЕНЕНИЯ ЛЕТУЧИХ СОЕДИНЕНИЙ В СОСТАВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПОЧВЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВЛИЯНИЯ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Жаббаров З.А. 1 Атоева Г.Р. 1 Сайитов С.С. 2
1 Национальный университет Узбекистана им. Мирзо Улугбека
2 Институт минеральных ресурсов
В настоящее время загрязнение почв бытовыми отходами становится одной из самых актуальных проблем, как и другие виды загрязнения. К этой проблеме приводят рост населения мира и усиление урбанизации. Хвостохранилище бытовых отходов города Ташкента расположено в Ахангаранском районе Ташкентской области. Для изучения изменения летучих соединений в составе органических составляющих почвы в результате влияния бытовых отходов были отобраны почвенные пробы и проанализированы в лабораторных условиях с помощью спектрофотокалориметра, а количество летучих соединений в органическом веществе почвы – с помощью газовой хроматографии (Agilent 8890 GC da SIM, SCAN va Electron Impact (EI), методом режима ионизации (Agilent 5977B Series GC / MSDс). В почвенных пробах, загрязненных бытовыми отходами, установлено повышенное содержание органических соединений, таких как алканы, простые эфиры, опасные для жизни человека различные органические кислоты, бензол, амиды и полиамиды, которые практически не присутствуют в фоновом образце почвы, отобранном на удалении от полигона бытовых отходов. Увеличение содержания этих органических соединений в почве усложняет биологические, химические, физические и агрохимические процессы, происходящие в почве, что приводит к снижению плодородия почвы.
почва
бытовые отходы
органическое соединение
летучие соединения
бензоприн
нафталин
1. Цибарт А.С. Полициклические ароматические углеводороды в пирогенных почвах заповедных территорий (Хакасский заповедник) // География и природные ресурсы. 2012. № 2. С. 50-55.
2. Цибарт А.С., Геннадиев А.Н. Ассоциации полициклических ароматических углеводородов в пройденных пожарами почвах // Вестник Московского Университета. География. 2011. Сер. 5. № 3. С. 13-19.
3. Пастухов А.В., Каверин Д.А., Габов Д.Н. Полициклические ароматические углеводороды в мерзлотных бугристых торфяниках на европейском северо-востоке // Почвоведение. 2017. № 7. С. 814–823.
4. Филатов В.В., Кайргалиев Д.В., Васильев Д.В., Мельников И.Н., Пичхидзе С.Я. Возможности жидкостной хроматографии в определении полициклических ароматических углеводородов // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-1. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=19108 (дата обращения: 21.02.2023).
5. Денисова А.П. Роль природных материалов и минеральных удобрений в связывании и биодеградации топливных углеводородов в почвах: автореф. дис. … канд. биол. наук. Казань, 2009. 23 с.
6. Геннадиев А.Н., Жидкин А.П., Пиковский Ю.И., Ковач Р.Г., Кошовский Т.С., Хлынина Н.И. Углеводородное состояние почв в условиях загрязнения атмосферы локализованным промышленным источником // Почвоведение. 2016. № 9. С. 1-11.
7. Агапкина Г.И., Чиков П.А., Шелепчиков А.А., Бродский Е.С., Фешин Д.Б., Буханько Н.Г., Балашова С.П. Полициклические ароматические углеводороды в почвах Москвы // Вестник Московского университета. Серия: Почвоведение. 2007. № 17. С. 38-47.
8. Максимова Е.Ю., Цибарт А.С. Абакумов Е.В. Полициклические ароматические углеводороды в почвах, пройденных верховым и низовым пожаром // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15, № 3. С. 63-68.
9. Абакумов Е.В., Парникоза И.Ю., Лупачев А.В., Лодыгин Е.Д., Габов Д.Н., Кунах В.А. Содержание полициклических ароматических углеводородов в почвах окрестностей Антарктических станций // Гигиена и санитария. 2015. № 7. С. 20-25.
10. Белинская Е.А., Зыкова Г.В., Семёнов С.Ю., Финаков Г.Г. Полициклические ароматические углеводороды в почвах г. Москвы // Почвоведение. 2015. № 6. С. 668-674.
11. Зомарев А.М. Санитарно-гигиенический мониторинг полигонов захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) на этапах жизненного цикла: автореф. дис. … докт. мед. наук, Пермь, 2010. 50 с.
12. Jomolca Parra Y., Oyebayo O.O., Guilherme M.P., Henrique P.A., Lima A., Ellenda S., Caumo S., Olajumoke A.M., Perolade C.V. Polycyclic aromatic hydrocarbons in soils and sediments in Southwest Nigeria // Environmental Pollution. 2020. Vol. 259. DOI: 10.1016/j.envpol.2019.113732.
13. Jian Wang., Xiaofang Zhang., Xian Zhou., Michael Gatheru Waigi., Fredrick Owino Gudda., Chaolan Zhang., Wanting Ling. Promoted oxidation of polycyclic aromatic hydrocarbons in soils by dual persulfate calcium peroxide system // Science of The Total Environment. 2021. Vol. 758.
14. Жаббаров З.А., Атоева Г.Р., Сайитов С.С. Загрязнение почв тяжелыми металлами вокруг полигона твердых бытовых отходов города Ташкента // Научное обозрение. Биологические науки. 2021. № 2. C. 17-23.
15. Жабборов З.А., Атоева Г.Р. Изменение агрохимических свойств почв, за грязненных бытовыми отходами // Научное обозрение. Биологические науки. 2020. № 4. С. 22-26.

Бытовые отходы, поступавшие в почвенный покров, претерпевают различные изменения, при этом вместе с полезными компонентами в почве образуются различные вредные соединения, которые участвуют в биологических, химических и физических процессах в почве. Это приводит к ухудшению свойств почвы, в том числе плодородности почвенного покрова. В результате накопления, переработки и сжигания отходов сельскохозяйственные поля и плодородные почвы становятся непригодными для использования. В результате сжигания отходов в составе почв территорий, прилегающих к полигонам твердых бытовых отходов, обнаружены органические углеводородные соединения, такие как нафталин, тетрафен, хризен, флуорен, а также невысокие содержания пирена и пиримидина [1, 2]. Средняя концентрация полициклических ароматических углеводородов в торфяных почвах северо-востока Европы составляет 150–3700 нг/г [3].

Повышение содержания полициклических ароматических углеводородных соединений, таких как бензантрацен, 3,4-бензо(а)пирен, 7,12-диметилбензантрацен, входящих в состав газов, вызывает развитие опасных опухолей в организме человека. Эти соединения накапливаются не только в воздухе, но и в почве, сельскохозяйственных продуктах и попадают в организм человека, поражая его [4, 5].

missing image file

Рис. 1. Накопление органических загрязнителей в почве

Различные органические соединения, полициклические ароматические углеводородные соединения, свободные углеводородные газы в больших количествах содержатся в почвах, расположенных вокруг полигонов бытовых отходов и различных промышленных зон. В почвах зон, удаленных от промышленных предприятий, количество этих соединений уменьшается [6, 7]. Накопление бытовых отходов на сельскохозяйственных землях и их сжигание приводят к накоплению в почве различных органических загрязнителей, в результате чего сельскохозяйственные земли начинают приходить в негодность (рис. 1) [8].

N-тридекан, гексан оксилол обладают токсичными свойствами и при попадании в почву нарушают ее структуру, отрицательно влияют на ее биологическую активность. Загрязнение почв этими веществами приводит к фитотоксическому воздействию на рост и биомассу растений; внесение аммиачных удобрений в почву и накопление отходов также приводят к более сильному загрязнению почв вышеуказанными веществами [5].

Полициклические ароматические углеводороды – эти высокомобильные органические соединения бензольного ряда, обладающие способностью диспергироваться в биосфере, образуются в результате естественного и техногенного загрязнения [9]. Исследование городских почв Москвы выявило шестикратное увеличение количества бенз(а)пирена, содержание которого в фоновых почвах составляет 10–740 мкг/кг. В почвах европейских стран этот показатель в 2–6 раз выше [10]. Из-за различных органических летучих соединений и водных отходов, образующихся в процессе разложения бытовых отходов, создается благоприятная среда для развития различных вредных насекомых, грызунов, переносчиков инфекционных заболеваний и патогенов. Это представляет серьезную угрозу для здоровья человека [11].

Полициклические ароматические углеводороды в почвах тесно связаны с сельскохозяйственной, жилищной, транспортной и промышленной деятельностью [12]. Ученые считают, что почвы, загрязненные летучими органическими соединениями, можно очистить до 70,8% с помощью окислителя Fe2+, активированного оксидом кальция (CaO2) и персульфат оксалат кислотой (S2O82-) [13].

Результаты изучения почв, находящихся вокруг полигона твердых бытовых отходов города Ташкента, показали загрязнения этих почв тяжелыми металлами и изменение их агрохимических свойств [14, 15].

Исходя из вышеизложенного, были проведены лабораторные исследования проб почв, находящихся вокруг полигона твердых бытовых отходов города Ташкента, с целью изучения изменения летучих соединений в составе органических составляющих почвы в результате влияния бытовых отходов.

Материалы и методы исследования

Район исследования представляет собой типичные орошаемые серые почвы, распространенные вокруг полигона бытовых отходов г. Ташкента в Ахангаранском районе Ташкентской области. Этот полигон работает с 1968 года. В 2012 году к полигону добавлено еще 30 га в соответствии с решением Кабинета Министров Республики Узбекистан. Образцы почвы для исследования были отобраны по следующим координатам (рис. 2): 41°05'32.5"N 69°28'48.8"E, 41°08'15.0"N 69°26'35.0"E.

missing image file

Рис. 2. Снимок с высоты 200 м исследуемой территории

missing image file

Рис. 3. Хроматограмма летучих органических соединений в органическом веществе почвенной пробы № 1, отобранной с полигона бытовых отходов

missing image file

Рис. 4. Хроматограмма летучих органических соединений в органическом веществе фонового образца почвы (Проба № 2)

Отбор и хранение почвенных образцов для изучения органических свойств почв, загрязненных бытовыми отходами, осуществлялись в соответствии с Межгосударственным стандартом (ГОСТ: 17.4.4.02-84). Первая проба была отобрана с поверхности (0–20 см) полигона бытовых отходов в Ахангаранском районе Ташкентской области, вторая проба – на расстоянии 9 км (фон) от полигона с глубины 0–20 см. Общее количество органического вещества в пробах определено по ГОСТ-26213-91 с помощью спектрофотокалориметра, а количество летучих соединений в органическом веществе почвы – с помощью газовой хроматографии (Agilent 8890 GC da SIM, SCAN va Electron Impact (EI), методом режима ионизации (Agilent 5977B Series GC / MSDс).

Результаты исследования и их обсуждение

Плодородие почвы напрямую связано с ее физико-химическими свойствами, гумусовым покровом, содержащимися в ней органическими и минеральными веществами и особенно с количеством различных полезных микроорганизмов в них и их биологической активностью.

Воздействие загрязнителей почвы на азотобактерии очень невелико, и увеличение их количества приводит к снижению уровня загрязнения почвы. Другая группа микроорганизмов, функция которых заключается в поддержании и восстановлении плодородия почвы в почве, очень чувствительна к загрязнению бытовыми отходами. Помимо микроорганизмов, органический состав почвы также является одним из важных показателей почвы. Увеличение и уменьшение содержания органических веществ также негативно сказываются на растениях, на активности микроорганизмов, обитающих в почве. При изучении органических загрязнителей почв исследуемой территории было обнаружено, что отходы почвы содержат алкановые углеводороды, различные эфирные вещества и кислоты (рис. 3–5).

missing image file

Рис. 5. Количество летучих органических соединений в почвах: пробы № 1 (загрязненная почва) и пробы № 2 (фоновая почва)

Количество летучих соединений органических веществ в почвах, загрязненных бытовыми отходами (проба № 1)

Название веществ

%

Название веществ

%

1

1,3-Cyclopentadiene, 5-(1-methylet hylidene)

0,88

16

trans-2,3-Epoxydecane

0,52

2

1-Hexanol, 5-methyl-2-(1-methylethyl)

0,20

17

N-Hexadecylpyridinium bromide

0,72

3

Bicyclo[3.2.1]oct-2-ene, 3-methyl-4-methylene-

0,78

18

Citronellol epoxide (R or S)

0,85

4

1,4-Cyclohexadiene, 3-ethenyl-1,2-dimethyl

1,19

19

2-Octyn-1-ol

0,16

5

Oxalic acid, 6-ethyloct-3-yl ethyl ester

1,16

20

2-Butyl-3-methylcyclopent-2-en-1-one

0,7

6

Decane, 3-methyl

1,18

21

3-Heptyne, 7-chloro-

0,49

7

Oxalic acid, cyclobutyl tetradecyl ester

2,15

22

Bicyclo[10.1.0]trideca-4,8-diene-1, 3-carboxamide, N-(4-fluorophenyl)

0,35

8

2,4,6,8-Tetramethyl-1-undecene

1,12

23

Aspidofractinine-3-methanol, pha.,3.beta.,5.alpha.)

8,89

9

4-Allyloxyimino-2-carene

4,37

24

7-Octenal, 3,7-dimethyl

14,26

10

Oxalic acid, allyl undecyl ester

1,81

25

Carbonic acid, but-3-yn-1-yl undecyl ester

2,4

11

1,2-dibromo-Dodecane

4,53

26

Tricyclo[6.3.3.0]tetradec-4-ene,10, 13-dioxo

0,94

12

Carbonic acid, but-3-yn-1-yl dodecyl ester

1,06

27

cis-9,10-Epoxyoctadecan-1-ol

1,04

13

8-Methyl-6-nonenoic acid

1,33

28

Oxirane, (7-octenyl)

1,05

14

Sulfurous acid, octadecyl 2-propyl ester

0,89

29

1H-3a,7-Methanoazulene, octahydro-1,4,9,9-tetramethyl

0,62

15

1-(Cyclopropyl-nitro-methyl)-cyclo pentanol

0,91

     

Результаты анализов показали, что почвы пробы № 1, распространенные вокруг территории полигона бытовых отходов, содержали о-ксилол, оксаликовую кислоту, алканы, олеамид, пиредин, карбоновую, карбонатовую кислоту и др. Исследование показало, что количество почти всех органических соединений в загрязненных почвах было выше, чем в образце фоновой почвы. Летучие органические соединения различными путями попадают в почву и загрязняют ее. Олеамид и Di-n-Десилсульфон, карбонатовая кислота в фоновом образце (проба № 2) накапливаются за счет выброса этих веществ в атмосферу при сжигании отходов. Кроме того, в образцах почвы, отобранных вблизи полигона, определено наличие таких органических соединений, как пентафторпропионовая кислота (9,71%) и бензофуран (14,1 %), которые не были обнаружены в фоновом образце почвы.

Также результаты анализов показали, что органические соединения, обнаруженные в пробах почвы, загрязненных бытовыми отходами, отсутствовали во 2-й пробе почвы (таблица).

Заключение

По результатам проведенного исследования можно сделать вывод о том, что обнаруженные органические соединения состоят в основном из алканов, сложных эфиров, полициклических ароматических углеводородов, которые образовывались в результате сжигания бытовых отходов в течение многих лет. В сравнении с фоновыми почвами установлены повышенные содержания следующих летучих органических соединений в составе почв, распространенных вокруг полигона бытовых отходов г. Ташкента: О-ксилол, щавелевая кислота, нонан, карбоновая кислота, пиридин, негексаконтановая кислота, нонеамид, бензофуран и др. Установлено повышенное содержание некоторых органических летучих компонентов, таких как олеамид, Di-n-Десилсульфон, угольная кислота, в фоновом образце, что вызвано выбросом этих веществ в атмосферу при сжигании отходов.


Библиографическая ссылка

Жаббаров З.А., Атоева Г.Р., Сайитов С.С. ИЗМЕНЕНИЯ ЛЕТУЧИХ СОЕДИНЕНИЙ В СОСТАВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПОЧВЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВЛИЯНИЯ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ // Научное обозрение. Биологические науки. – 2023. – № 2. – С. 28-33;
URL: https://science-biology.ru/ru/article/view?id=1325 (дата обращения: 23.06.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674