Ауыр металдар

ЖОСПАР

 

 

І. КІРІСПЕ 

ІІ. Негізгі бөлім

1.1. Ауыр металдардың өсімдіктерде таралуы және  олардың әсері

1.2. Өсімдік тіршілігіндегі  химиялық элементтер қатынасы 

1.3. Мыс 

1.4. Кадмий 

1.5. Ауыр металдардан қоршаған ортаны залалсыздандыру жолдары

1.6. Органикалық қышқылдар және олардың өсімдіктегі ауыр

       металдарды залалсыздандыруы металдардың әсері

ІІІ. ҚОРЫТЫНДЫ 

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КІРІСПЕ

 

Қазіргі кездегі  дүние жүзі ғалымдарын алаңдатып  отырған мәселелердің бірі - ауыр металдардың тірі ағзаларға әсерін әлсірету болып табылады. Ауыр металдардың қоршаған ортаға таралуы тек табиғи жағдайда ғана емес, сонымен қатар антропогенді жолмен де таралуда. Олардың қатарына өндіріс қалдықтары, тау-кен өндірісі, транспорт, түсті және қара металл өндіру, жалпы урбанизацияны жатқызуға болады.

Осыған байланысты эколог мамандардың  алдына қойып 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 моделдерін жасау. Үшінші кезекте, ластанудың келеңсіз әсерлеріне жол бермеу мақсатында ауыр металдарды ғылыми негізделген түрде залалсыздандыру және нормалау тұр.

Қоршаған ортаны ауыр металл ионынан тазарту және оны сақтау, кезек күттірмейтін өзекті мәселе болып саналады. Ластанған қоршаған ортаны қайта қалпына келтіру жолдарының физикалық, химиялық және биологиялық тәсілдері белгілі. Солардың ішінде ең тиімдісі, биологиялық әдіс. Әсіресе, ластанған ортаны өсімдіктер көмегімен қайта қалпына келтіру жолдарын жасау соңғы жылдары аса қарқынды дамуда.

Осындай жұмыстар  индустриясы өркендеген мемлекеттерде  кеңінен пайдалана бастағаны  белгілі. Сонымен қатар, әр елде климат жағдайына сай эндемикалы және  эндемикалы емес өсімдік түрлерін табумен қатар оларды кеңінен қолданып төзімділік табиғатын анықтау жұмыстары жүргізілуде. 

Қоршаған ортаны қалпына келтірумен қатар, әр елде халықты  таза сапалы өніммен қамтамасыз ету  үшін ауылшаруашылық және мәдени өсімдіктердің ауыр металдарға төзімді сорттарын шығару физиология, селекция, биотехнология ғылымдарының алдында тұрған басты мәселе.

Аталғандарды ескерсек, ауыр металл иондарының кең тараған өсімдіктерге әсерін жан-жақты зерттеу маңызы зор актуалды мәселелер қатарына жататыны белгілі. Себебі, трофикалық байланыстар тізбегінде өсімдіктердің алатын орны ерекше.

Жұмыстың мақсаты - әртүрлі  астық тұқымдас өсімдіктеріне ауыр металдардың әсер және олардан залалсыздандырудағы  органикалық қышқылдардың ролі.

Осы мақсатқа жету жолында алға келесі міндеттер қойылды:

1.Өсімдіктердің биометлік  парметрлеріне ауыр металдардың  (Cu, Cd) әсерін зерттеу.

2. Өсімдіктердің ауыр металдарға  төзімділігінің органикалық қышқылдарға  қатынасын анықтау.

 

 

 

 

   

1. Ауыр металдардың өсімдіктерде таралуы және  олардың әсері.

 

Жалпы ауыр металл дегеніміз - салыстырмалы атомдық салмағы 40 – тан, тығыздығы  5 г/см ³ – тан жоғары химиялық элементтер [1].

Өсімдіктер  ауыр металдарды әртүрлі жолдармен  қабылдайды. Топырақтан ауыр металдарды тамыр арқылы сіңіріп, ауадан жапырақ устьицалары арқылы негізінен шаң-тозаң арқылы қабылдайды. Ауыр металдар сулы ерітінділерден устьица және кутикула арқылы пассивті диффузиялану, белсенді тасымалдану арқылы енеді. Ауыр металдардың өсімдіктерге әсер етуінің алғашқы белгілері: өсімдік өсуінің баяулауы, биомассасының азаюы, хлороздың дамуы, су айналуының бұзылуы, өнім сапасының төмендеуі болып табылады [2].

Ауыр металдармен  ластану – «топырақ - өсімдік» жүйесін  ластаудағы кең таралған қауіптіліктің бірі болып табылады.

Топырақ - алмастырылмайтын табиғи ресурс, ол қажетті глобальді  және экологиялық функциялардың  тобын толықтырады және атмосфералық ауаның, жер беті және жер асты суының сапасына әсер етеді. Сондықтан топырақтың ауыр металдармен ластануынан туындаған қауіп - қатер ауылшаруашылық дақылдарының өнімділігінің төмендеуіне және оның гигиеналық сапасының нашарлауына әкеледі. Бұл мәселе, өсімдіктің ешқандай көрнектіі белгілерінсіз ақ, адамдарға және жануарларға қауіп төндіреді. Осыған орай, топырақтың «тазалығы мен саулығы» көптеген жағдайларда өсімдік сапасымен байланысты [3]. 

Болашақтағы тапсырмаларды  шешу үшін агрохимиялық заттарды белсенді   түрде пайдаланудан жинақталған  ауыр металдардың топырақтарды және өсімдіктерді ластау деңгейі және оның көздерін дұрыс бағалау үшін топырақтың экологиялық мониторингі үлкен мүмкіндік береді. Бұл үшін, әр түрлі формалы ауыр металдардың топырақтардағы және олардың өсімдіктерге жинақталуы жөніндегі тәжірибелі мәліметтер керек. Бұл мәліметтерді алу үшін математикалық талдаудың жаңа әдістері, модельдеу, инженерлік білім керек. Бұл - информациялық ресурстарды эффективті пайдалануға және топырақтың, өсімдіктердің ластануын болжауына экологиялық баға беру үшін мүмкіндік береді, сондай – ақ олардың улылығын төмендетіп және экологиялық жағынан қауіпсіз өсімдік өнімдерін алуға жағдай туғызады [4].    

Минералды органикалық  тыңайтқыштарды және өсімдіктерді қорғаушы заттарды қолданбай дәнді – дақылдардың  жоғарғы және тұрақты өнімін алу  мүмкін емес. Тыңайтқыштар және кейбір мелиоранттар, өздерінде белгілі бір мөлшерде микроэлементтердің болуымен сипатталады, топырақта жетіспеушілігі ауылшаруашылық дақылдарының көлеміне және өнімнің сапасына кері әсерін тигізеді. Көптеген ғалымдардың айтуынша, топырақта әртүрлі улы заттардың жинақталуы, соның ішінде ауыр металдардың болуы тыңайтқыштарды пайдаланғаннан болады. 

Тыңайтқыштарды  және мелиоранттарды қолдану белгілі  деңгейде топырақтың химиялық элементтерін өзгертуі мүмкін. Біріншіден, топырақтарға қосымша мөлшерде металдардың түсуі. Екіншіден, топырақтағы элементтердің қозғалыстарының өзгеруін, оның өзгерістерге түсуі. Бұл енгізілген физиологиялық жағынан қышқыл немесе физиологиялық сілті бола тұрып, ортаның реакциясын өзгертеді. Физиологиялық қышқыл, тыңайтқыштардың топырақтағы кадмийдің, никельдің және цинктің қозғалысын жоғарылатады, ал физиологиялық сілті керісінше - төмендетеді [5]. 

Топырақтардың және өсімдіктердің ауыр металдармен  ластану мәселесі   қазіргі  кезде бәрін адаңдатуда. Бұл бір  жағынан түскен өнімдерде ауыр металдардың жоғары болуы, адам және жануарларға зиянды екендігімен және көп жағдайда тағам немесе жем ретінде пайдалы немесе пайдасыз екендігі анықталады. Екінші жағынан, топырақтың ауыр металдармен ластануы кәсіпорындарға пайдалы өнімді жарамсыз ету қаупі бар.

Көптеген ғалымдардың  жұмысына сүйенетін болсақ, өсімдіктердің  химиялық құрамы мен ортаның элементтер құрамының байланысы бар, ал химиялық негізгі массасы өсімдікке топырақтан түседі. 

Өсімдіктерге ауыр металдардың  түсуі мынадай факторларға байланысты: өсімдіктер түрлерінің ерекшеліктері, топырақтың түрі, концентрациясы, ауыр металлдың болу формасы, топырақтың рН және оның гранулометрлік  құрамы, органикалық заттардың болуы, топырақтардың катионды жұту мөлшері, экожүйенің ластануының техногендік көздерінің болуы. [6]

Өсімдіктерге ауыр металдардың  түсуінің негізгі көзі тамыр абсорбциясы  жолымен жүзеге асады. Бұл процесс  пассивті және активті болуы мүмкін, ал тамыр арқылы ауыр металдарды сіңіру жылдамдығы олардың топырақтағы  болу мүмкіндігінің қорымен өзара байланысады.                      

Ауыр металдардың активті  жұтылуы градиент концентрациясына қарсы жүреді және оған энергия қажет. Топырақ ерітіндісінің қалыпты  концентрациясында ауыр металдардың  сіңірілуі тамырдың өзінің ішіндегі метоболиттік процестері арқылы бақыланады.

Топырақтағы метал иондарының концентрациясына тәуелді аталған  механизмдер арасындағы қарым-қатынас  және олардың әрқайсысына қатысты  ролі өзгеруі мүмкін [7]. 

Металдардың тамыр арқылы сіңірілуі мынаған әсер ететіндігі көрсетілген: тамырлық жүйедегі катиондардың алмасуы, клеткаішілік тасымалдаушылармен тасымалданып, ризосфералық әсері, өсімдіктердің тамырлық жүйесі, топырақтың қозғалыс жағдайына байланысты әртүрлі компоненттері бар, ауыр металдардың белсенді тасымалдануына әсер етеді. Бұл қоршаған ортаның әртүрлі рН деңгейіне байланысты әрқалай болып жүреді.

Өсімдіктердің ауыр металдарды сіңіруі өзгермелі түрде болады. Өсімдіктермен шектен тыс жеңіл  сіңірілетіндері: Cd, B, Br, Cs, Pb. Мынадай  элементтер: барий, титан, цинк, бериллий, кобальт және кейбір деңгейде темір және цезий өсімдіктерге әлсіз сіңеді [8]. 

Ауыр металдардың өсімдіктерге түсуін өсімдіктердің элементтік химиялық құрамына сай, екі басты факторлардың болуымен түсіндіріледі: генетикалық  – экологиялық, әр қайсысының үлестік қатысуы орта жағдайының өзгеруіне тәуелді ауысып отырады. Өсімдіктердің трофикалық сұраныстары фитоценоздардың геохимиялық жағдайы олардың элементтік құрамына қатысты, негізінен генетикалық бақылаудың негізін қалыптастырады. Бұл жағдайларда өсімдіктің ұлпаларының таңдаулы және сипатты берілген түрдегі металл иондарының сіңірілуі сақталады. Бұған экологиялық фактор тек өмір сүру ортасы ауыр металдарының қозғалмалы формаларының қамтылған жағдайында ғана қатысады [9]. 

Өсімдіктердің және оның мүшелеріндегі, ұлпаларындағы элементтердің концентрациясының қарым – қатынасы өте өзгермелі және бұл өсімдіктердің түрлік спецификасымен, сондай – ақ элементтердің құрылымдарымен байланысты.

Көптеген ғалымдар ауыр металдардың  максималды жинақталуы өсімдіктердің тамырларында деп көрсетеді. Металлоаккумуляцияның негізгі ролі тамыр ұлпаларына жатады. Көптеген жағдайларда қабық ұлпаларының, тамырларының жалпы массасында, металдардың концентрациясы өседі. [10]. 

Д. А. Сабинин химиялық элементтерді, олардың өсімдік мүшелеріне жинақталуына байланысты екі топқа бөлді:

- базипетальді (олардың жылжуы  жапырақтан сабаққа және тамырға  қарай төмендейді);

- акропетальді (олардың көп  болуы тамырда байқалып, сабақ  бойымен төмендейді).

Ластанбаған топырақта ауыр металдардың мөлшері аз болады, тек қорлық мүшелерге ғана тән (жеміс, тамыр және түйнек) екендігі анықталған. Бұл осы мүшелерге аздаған мөлшерде ауыр металл қажет екендігін түсіндіреді.

Ауыр металдарды өсімдіктердің жер үсті және жер  асты мүшелері бойынша бөлу белгілі  бір тәуелділікке байланысты емес. Мысалы, кадмийдің биоаккумуляциясы бойынша оның ауылшаруашылық өсімдіктерінің тамыры мен жер үсті мүшелерінде жинақталуына байланысты көптеген ерекшеліктер көрсетілген. Бірнеше өсімдіктерде кадмийдің белсенді жинақталуы тамырда жүргізілгендігі анықталған.  Көптеген зерттеушілердің мәліметтері бойынша [11] өсімдітер ауыр металдарды тамырына жинақтайды, ал кейбір зерттеушілер [12,13] ауыр металдар өсімдіктердің жер үсті мүшелерінде жинақталатынын көрсетеді. Негізінен көптеген зерттеушілер көзқарасы бойынша ауыр металдардың өсімдік бойында жинақталуы өсімдік түріне, сортына, элементтің физикалық және химиялық қасиетіне байланысты [14,15]. Ауыр металдардың өсімдік тамырында шоғырлануы күдік туғызбайды. Металға төзімді өсімдік тамыры мен топырақ ерітіндісі арасында олардың жылжымалы формасы төмендейді және концентрация градиенті жоғарылай отырып өсімдікке сіңірілуі артады [16]. Ауыр  металдардың тамырда шоғырлану механизмі өсімдіктер арасында ауыр металға төзімсіздермен салыстырғанда төзімділерде байқалады [17]. Көптеген зерттеушілердің мәліметтері бойынша [18,19] көбінесе өсімдіктерде тамырдың өсуі тоқтатылып, тамыр түктері мен биомассасы азаяды. Ауыр металдар әсерінен ең бірінші меристима аймағы, одан соң созылу және тамыр түктерінің түзілу процесі жүретін өсу аймақтары бұзылады. Қоректік заттардың тамыр арқылы сіңірілуін төмендетеді. Нәтижесінде жалпы тамыр көлемі азайып, тамырдың адсорбциялаушы ауданы азаяды да, соңынан тамырдың өлуіне әкеледі. Сонымен қатар, ауыр металдар жер үсті бөліктерінің де өсуін тежейді. Бұдан өсімдіктердің мүшелерінің сырттан келген заттарды сіңіру қабілеті бұзылып, құрғақ биомассасының жинақталуы азайып, өсімдіктің тіршілікке қабілеттілігі төмендейді. Ақыр соңында өсімдіктің өсіп – дамуы тежеліп,  тіршілігін жояды [20,21]. Ортада ауыр металдардың тым көп болуынан, өсімдіктердің ең алғаш қорғаныс жүйесі - тамыр жүйесі екені бізге мәлім, олар жапырақтың фотосинтездік ұлпасына енуіне жол бермей ауыр металдарды тоқтатады, осының әсерінен өсімдіктің өнімділік процессінің мүмкіндігі төмендейді.

Көптеген зерттеушілердің мәліметтері  бойынша [22,23] көп жағдайда ауыр металдардың  әсерінен тамырының өсуі тежеледі, тамыр түктерінің саны және тамыр  биомассасы  азаяды. Ең бірінші меристема  аймағы бұзылады, содан кейін тамыр түктерінің түзілу процессі жүретін клеткалардың созылу аймағы бұзылады. Нәтижесінде жалпы көлемі мен тамырдың жалпы және сіңіруші ауданы кішірейеді, бұл бірте – бірте тамырдың өліміне әкеледі. Тамырдың жұту қабілеті мен қоректі заттарды сіңіруінің төмендеуінің  нәтижесінде өсуі мен дамуы тежеледі, бұл ең ақырында өсімдік организмінің өліміне әкеп соқтырады. 

Жер үсті бөлігінің өсуі тежелгенде ассимиляциялаушы мүшелердің  дамуы  бұзылады,  құрғақ биомассаның  жинақталуы нашарлайды, бұл және де өсімдіктің өсу қабілетінің әлсіреуіне әкеледі.

Панин М. С. (2000 ж.) мәліметтері  бойынша Cu мен Mn элементтерінің өсімдіктер мүшелерінде таралу реті мынандай: жапырақ > гүл > тамыр > сабақ, ал мырыш, кобальт, молибден элементтерінікі  болса: жапырақ > гүл > сабақ > тамыр. Сонымен қоса, өсімдіктердің тіршілік формаларының әртүрлілігіне байланысты олардың металдарды жинақтау қабілеті де әртүрлі болады. Мысалы: Mn – бұтақты, жартылай бұтақты және шөптесін өсімдіктерге қарағанда ағаш өсімдіктерде 2,3 – 3 есе жоғары. Ал, Cu мен Co шөптесін өсімдіктер көп сіңірсе, Zn – ағаштарда, жартылай бұтақты өсімдіктерде, Мо – шөптесін және жартылай бұтақты өсімдіктерде көп жинақталады [25]. Топырақтағы және өсімдік мүшелеріндегі ауыр металл мөлшерін салыстыра отырып, топырақ пен өсімдіктердегі тәуелділік дәрежесі дара жарнақтыларда мына қатарға байланысты: Cd > Zn >Cu > Pb > Cr. Ал қос жарнақтыларда бұл заңдылық өте аз мөлшерде сақталады. Мәдени және табиғи өсімдіктердің түр аралық, түр ішіндегі өсімдіктерін салыстыра отырып, ауыр металдардың улы әсері жағынан мынандай қатарға жіктеген: Cu > Cd > Zn > Ni > Pb > Mn [26].

 

2. Өсімдік тіршілігіндегі химиялық элементтер қатынасы.

 

Ауыр металдардың  улы әсер етуі олардың өсімдіктердегі бір – бірімен қатысының бұзылуынан болуы мүмкін. Бір металдың артық мөлшерінің өсімдікке енуі басқа металдардың жетіспеуіне әкеледі. Бұл металдардың «бақталастық» қатынасына байланысты. Иондар антоганизмі макроэлементтердің Ca, Mg, Cd, P мен ауыр металдар арасында болуы мүмкін. Ауыр металл қорғасын ерімейтін фосфаттарды түзеді де, фосфордың жетіспеушілігін туғызады. Топырақ типі, ондағы механикалық құрамы, органикалық заттар мөлшері, рН көрсеткіші басқа элементтердің қатысуы әсіресе, Са және өсімдіктегі ауыр металдардың улылығын өзгертуі мүмкін. Өсімдіктегі металдардың улы әсері олардың өзара қарым – қатынас жасау әрекеттерінің нәтижесі деп болжауға болады. Сонымен қатар, қоршаған орта факторларының температура, ауа және топырақ ылғалдылығы жарықтың қарқындылығы өсімдіктегі ауыр металдардың улы реакцияларын    өзгетеді [27].