Ауыр металдардың астық тұқымдас өсімдіктердің өніп-өсуіне әсері

Ауыр металдардың

астық тұқымдас өсімдіктердің

өніп-өсуіне әсері

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ

ХХ ғасырдың басында, ғылым мен техниканың дамуы өндіріс орындарының жедел өсуіне ықпал етті. Осыған орай  алғаш рет қоршаған ортаға химиялық элементтердің түсуі мен таралуы, және олардың тірі ағзаларға зиянды әсерін жүйелі түрде зерттеу өзекті мәселелер қатарынан орын алды [1].

Қазіргі кездегі дүние жүзі ғалымдарының басты мәселелердің бірі-пестицидтерден кейін ауыр металдардың тірі ағзаларға әсерін әлсірету болып табылады. Ауыр металдардың қоршаған ортаға таралуы тек табиғи жағдайда ғана емес, сонымен қатар антропогенді жолмен де қарқынды түрде жүзеге асуда. Олардың қатарына өндіріс қалдықтары, тау-кен өндірісі, транспорт, түсті және қара металл өндіру, құрамында ауыр металдар кездесетін тыңайтқыштарды ретсіз пайдалану, жылу-электр орталықтары (ЖЭО) немесе жалпы урбанизацияны жатқызуға болады.

Овчаренко М. М. (1995) мәліметтері бойынша жоғарыда келтірілген түсті металл балқыту заводтардан әр жыл сайын қоршаған   ортаға - 154650 т. мыс, 121500 т. мырыш, 89000 т. қорғасын, 12000 т. никель, 765 т. кобальт, 1500 т. молибден, 30,5 т. сынап, ал көмір және мұнай өнімдерін жағудан 1600 т. сынап, 3600 т. қорғасын, 2100 т. мыс, 700 т. мырыш, 3700 т. никель және автотранспорт газынан 260000 тонна қорғасын бөлінеді [2], ал Новосибирскідегі Қоршаған ортаны қорғау комитетінің анықтауы бойынша ауаның ластануының 70 %-дан көбі автотранспорттан болса, 11 %-дайы ЖЭО үлесіне тиеді.

Ауыр металдармен ауаның, судың және топырақтың ластануы Қазақстанның ірі өндірістік орталықтарында да экологиялық өзекті мәселе болып саналады. Мысалы, Семей қаласының өндірістік орындарына жақын маңдағы топырақ құрамындағы кейбір ауыр металл концентрациялары қалыпты жағдайдағы топырақпен салыстырғанда мырыш-7,4, қорғасын-9,9, мыс-3,8, кадмий-13,3, марганец-1,3, кобальт-2,4  есеге жоғарылаған. Ауыр металдардың топырақтағы мөлшері, таяу маңдағы өсірілетін ауылшаруашылық өсімдіктері мен бау-бақша дақылдарында бақылағанда 2-3,5 есеге дейін жоғарылаған [4].

Осыған байланысты қоршаған ортаны қорғау мамандардың алдына қойылып отырған бірінші мәселе-ауыр металдардың қоршаған ортадағы жалпы және белсенді мөлшерін анықтау. Екінші мәселе-табиғи  объектілердің ластану деңгейін болжау мақсатында ластаушы заттардың таралуына қарапайым және айтарлықтай сенімді модельдерін жасау. Үшінші кезекте ластанудың келеңсіз әсерлеріне жол бермеу мақсатында ауыр металдарды ғылыми негізделген түрде залалсыздандыру және нормалау тұр [4].

Әртүрлі жолдармен ауаға тараған ауыр металдардың шаң түріндегі жалпы фракцияларында өте ұсақ бөлшектері (0,001-0,005 мкм) және орташа деңгейдегі фракциялары әр жерде ірі көлемдегі фракцияларына қарағанда 34-54 %-дай мөлшерін құрайды. Осындай ұсақ деңгейдегі фракциялар Дж. Уэсти (1988) мәліметтері бойынша адам тыныс алу жолдарындағы қан тамырлары мен тыныс алу жүйелері үшін ең қауіпті болып саналады [5].

Ғылыми деректерге сай,  трофикалық байланыстар  арқылы адам ағзасы тағам өнімдерінен 40-50 %, судан 20-40 %, ауадан 20-40 % улы заттарды қабылдайды.

Осындай жолмен түскен ауыр металл иондары адам ағзасында әртүрлі аурулардың қозуы мен пайда болуының басты себебі. Техногенді ластанған аудандарда асқазан ауруы бірінші орында, тыныс алу жүйелері аурулары екінші орында, қан айналу жүйелері аурулары үшінші орында тұр.

Сондықтан қоршаған ортаны ауыр металл иондарынан тазарту және оны сақтау, кезек күттірмейтін өзекті мәселе болып саналады.

Ластанған қоршаған ортаны қайта қалпына келтірудің физикалық, химиялық және биологиялық жолдары белгілі. Олардың ішінде химиялық немесе физикалық әдістермен топырақты тазарту өте қымбатқа түседі.

Қоршаған ортаны қайта қалпына келтіру, әсіресе топырақты ауыр металдардан мұндай жолдармен тазарту өте тиімсіз. Жоғарыда келтірілген әдістердің ішіндегі ең тиімдісі-биологиялық әдіс.  Әсіресе, ластанған ортаны  өсімдіктер көмегімен  қайта қалпына келтіру жолдарын жасау соңғы жылдары аса қарқынды дамуда.

Осындай бағыттағы ізденістер индустриялы өркендеген мемлекеттерде  кеңінен жүргізіле бастағаны әдебиеттерден белгілі. Сонымен қатар әр елде климат жағдайына сай емес өсімдік түрлерін табумен қатар оларды кеңінен қолдану, төзімділік табиғатын анықтау жұмыстары жүргізілуде. Қоршаған ортаны қалпына келтіру, әр елде халықты таза сапалы өніммен қамтамасыз ету, ауылшаруашылық және мәдени  өсімдіктердің ауыр металдарға төзімді сорттарын шығару ғылымның әртүрлі салаларының алдында тұрған басты мәселе.   

1. АУЫР МЕТАЛДАР, ОЛАРДЫҢ ӨСІМДІКТЕРГЕ ӘСЕРІ ЖӘНЕ ТАРАЛУЫ

1.1             Ауыр металдарға жалпы сипаттама

Жалпы ауыр металл дегеніміз, салыстырмалы атомдық салмағы 40-тан, тығыздығы 5 г/текше см-ден жоғары химиялық элементтер [6]. Ауыр металдарды улы элементтермен қоса есептегенде Менделеев таблицасының 2/3-дей бөлігі кіреді. Олардың ішінде кадмий, қорғасын және сынап элементтері ең улы ауыр металл болып саналады.  1980 жылғы UNESCO-нің шешімі бойынша бұған тағы сегіз элемент (V, Co, Mn, Cu, Mo, Nі, Zn, Cr) және үш металлоид (As, Se, Sb) қосылған болатын. Сонан соң олардың қатары тағы екі металмен толықтырылды (Tі, Sr) [6]. Осы элементтер тірі ағзаларға улы әсері жағынан мынадай кластарға жіктелген.

Класс                                Элементтер

1                                       As, Cd, Hg, Pb, Se, Zn, Tі 

2                                       Co, Nі, Mo, Cu, Sb, Cr

3                                       Ba, V, W,  Mn, Sr

Г. И. Оксенгендлер (1991) мәліметтері бойынша кадмий және қорғасын іс жүзінде барлық жерлерде таралған және олар улы әсер ету жағынан бірінші класқа жатқызылады. Бұл элементтердің қандай да мөлшері болмасын адам ағзасы үшін өте қауіпті және қалыпты мөлшерден жоғарылауы тірі ағзаларда зат алмасудың әртүрлі бұзылуына әкеледі [7].

Ауыр металдар арасында “улы” сөзінің түсінігі тек ауыр металдардың жеке түріне ғана қатысты емес, олардың ортадағы концентрациясына байланысты. Ауыр металдар арасында тапшы жағдайда өсімдік тіршілігі үшін өте қажетті микроэлемент, ал ортадағы концентрациясы жоғары болғанда улы ауыр металл болып есептелетін түрлері бар. Ауыр металдардың улы концентрация шегі өсімдік түріне жекелеген түрлердің төзімділігі мен химиялық элементтің өсімдік тіршілігінде алар орнына байланысты. Өсімдік тіршілігінде көп кездесетін кейбір химиялық элементерді Кабата-Пендиас, Пендиас Х. (1989) тапшы, қалыпты және жоғары болуына байланысты төмендегідей 1 кесте көрсеткіштермен  келтірген. Сонымен қатар ауыр металдардың қоректік ортадағы өсімдіктерге улы әсер ету концентрациясына байланысты төмендегідей қатарға жіктеген [19]:

1. Өте улы 1 мг/л-ден төмен концентрациясында Ag, Be, Hg, Sn, Cd, Nі, Pb;     

2. Орташа улы 1 мг/л-ден 100 мг/л аралықтағы концентрация As, Se, Al, Ba, Cо, Cu, Cr, Fе, Mn, Zn;

3. Улы әсері төмен 100 мг/л Ca, Mg, Sr Lі;

1 Кесте-Өсімдіктер тіршілігіне ауыр металдардың әсер ету концентрациясы (мг/кг құрғақ салмаққа шаққанда)

Ауыр металдардың басқа ластаушылардан мынандай ерекшеліктері бар:

-ауыр металдар арнайы ластаушы заттар тобына жатпайды, себебі бұл заттар арнайы ластағыштарға қарағанда (мысалы, пестицидтер мен бензапирен) биосферада қалыпты, экологиялық таза аймақтарда да кездеседі.

-ауыр металдарға “өзін-өзі” тазарту ұғымы қолданылмайды, яғни олар қоршаған ортада ыдырамайды. Олардың жартылай тазаруының алғашқы кезеңі (бастапқы концентрациясының жартысы) әр элемент үшін әртүрлі және ұзақ уақытты қажет етеді: мырыш 70-310 жылға дейін, мыс 310-1500 жыл, кадмий 13-110 жыл, қорғасын 740-5900 жылды қажет етеді. Бұл көрсеткіштер топырақ түріне, ортаның рН-на және тағы басқада қасиеттерге байланысты өзгеріп отырады [8].

1.2             Ауыр металдардың өсімдіктерге ену жолдары

Атмосфераға таралған ауыр металдарды өсімдіктер жапырағы арқылы қабылдаса, тамыр арқылы топырақтан сіңіреді. Ауадағы шаң  құрамындағы ауыр металдар өсімдік жапырағының эпидермисінің балауыз құрамына шөгіп, устьица немесе кутикула арқылы өсімдікке сіңірілсе, көп бөлігі жауын-шашын арқылы шайылып кетеді. Өсімдік жапырағы арқылы элементтердің сіңірілуі жапырақтың морфологиялық құрылысы және жапырақ бетінің функционалдық негізімен (балауыз қабатының қалыңдығы, тегістігі, жабысқақтығы) анықталады. Мысалы, шөптесін өсімдіктер мен ағаштардың жапырағы арқылы қорғасын және басқа элементтердің сіңірілуін зерттеген жұмыстар нәтижесі көрсеткендей, күрделі жалпақ жапырақтар ұсақ балауыз қабаты жұқа жай жапырақтармен салыстырғанда ауыр металл иондарын көп жинақтаған. Дегенмен, қорғасын элементінің басқа элементтермен (Zn, Cd, Cu, Fe) салыстырғанда өсімдіктердің жапырағымен өте аз сіңіріліп, оның басқа мүшелеріне нашар тасымалданатындығы анықталған [9].

Ауыр металдардың өсімдіктерге сіңірілуін тамыр мен жапырақ арасындағы қатынасын көптеген ғалымдар өз еңбектерінде қарастырған. Мысалы, неміс ғалымдары ауыр металдардың өсімдіктерге сіңірілуінің негізін анықтау үшін атмосфера қабатының әртүрлі ластанған аймақтардағы ағаштардың жекелеген мүшелеріне талдау жасаған. Зерттеу нәтижелерінің қорытындысы бойынша ауа қабаты көп ластанған аймақтағы өсімдік жапырағында ауыр металл концентрациясы жоғары болғанымен сабағында аз кездескен. Жапырақтағы ауыр металдардың көп бөлігі жапырақтың үстіңгі қабатында болғаны анықталған. Бұл мәліметтер өсімдіктер ауыр металдарды ассимиляциялаушы ұлпаларымен көп сіңірмейтіндігін, олардың өсімдікке негізгі түсу жолы тамыр арқылы екендігін аңғартады. Қосымша жүргізілген мәліметтерге қарағанда жауын-шашынға дейінгі және одан кейінгі жапырақтағы ауыр металдардың концентрациясы өзгеріп, тамырдағы мөлшері 1,5-2,5 есеге дейін артқан.