Өсімдіктердің фенологиялық даму кезеңіне ауыр металдардың әсері

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Созақ ауданы әкімдігінің білім бөлімінің Т.Әлімқұлов атындағы №14 мектеп интернат-лицейі

Жоба тақырыбы: «Өсімдіктердің фенологиялық даму

кезеңіне ауыр металдардың әсері»

Жоба авторы: Балтабай Айнел Арманқызы 9х/б сыныбы

Бағыты: «Таза табиғи орта – Қазақстан -2030 стратегиясын

іске асырудың негізі»

Секция: Биология

Жетекшісі: Карибекова Гулжан Серикбаевна

Шолаққорған - 2020

Мақсаты мен міндеттері. Зерттеу жұмысының мақсаты- Созақ ауданы территориясында кездесетін ағаш өсімдіктерінде ауыр металдардың жиналуын,олардың фенологиялық даму фазаларының жүруіне ауыр металдардың кешенді әсерін зерттеу болып табылады.

Өсімдіктер тамыры арқылы су,түрлі қоректік заттар және солармен қатар ауыр металдар тұздарын топырақтан сіңіреді.Сондықтан мынадай міндеттер қойылады:

1. Созақ ауданы топырағындағы ауыр металдардың мөлшерін анықтау

2.Қара терек ағаш өсімдегін дегі ауыр металдар мөлшерінің кездесу деңгейін анықтау

3.Қоршаған ортаны ластаушы заттардың өсімдіктердің фенологиялық фазаларының жүру барысына әсерін зерттеу.

Зертттеу тақырыбының өзектілігі. Қазақстан Республикасында түсті металлургия өндірісінің қарқынды дамуымен қоршаған ортаның ауыр металдармен ластануы қатар жүруде.Осыған байланысты,ауыр металдардың қоршаған орта объектілерінде

Түсті металлургия өндірісінен бөлінген ауыр металдар суда,топырақта, өсімдіктерде жинала алады.Сонымен қатар, қоректік тізбек арқылы жануарлар мен адам организміне түсіп, аталған аймақтың экожүйесі мен тұрғындардың денсаулығына айтарлықтай кері әсер етеді. Ксенобиотиктердің, әсіресе қорғасын, мыс,кадмий,т.б.ластаушылардың тірі организмдерге әсері, соңғы жылдары шын мәнініде бағалануда.

Біздің жұмысымызда ауыр металдардың сүректі өсімдіктерде жиналу дәрежесін анықталып, олардың фенологиялық даму фазаларының жүруіне әсері зерттелді. Қазіргі кезде түсті металлургия өндірісі қалдықтарының тірі организмдерге улы әсерін зерттеу биология мен экология саласындағы өзекті мәселелердің бірі болып отыр.

Жұмыстың ғылыми жаңалығы: Созақ ауданын негізге ала отырып, өндіріс орындарынан бөлінген ауыр металдардың қазіргі кезеңде табиғи объектілерде ,атап айтқанда топырақта және ағаш текті өсімдіктерде жиналуы анықталды.

Аудан территориясын көгалдандыратын өсімдіктер-шетен, жапырақты үйеңкі,қара терек,арша түрлері биоиндикатор ретінде алынып,олардың фенологиялық фазаларының жүру барысына ауыр металдардың кері әсер ететіні анықталды.

Жұмыстың практикалық маңызы. Зерттеу барысында алынған мәліметттер түсті металлургия өндірістері шоғырланған аудандарда табиғи экожүйелердің ауыр металдармен және т.б. ластаушы заттармен ластану заңдылықтары туралы мәліметтерді кеңейте түседі.Фенологиялық бақылаудың қорытындысы өсімдіктердің фенологиялық фазаларының ұзақтығына ауыр металдардың әсер ету дәрежесін және морфологиялық мүшелерінің дамуына кері әсерін бағалауға мүмкіндік береді.

1

МАЗМҰНЫ

I.Кіріспе....................................................................................................4

II.Негізгі бөлім

2. 1. Қоршаған ортаның өндірістік қалдық заттармен ластану дәрежесі .................................................................................................................5-9

2.2. Ауыр металдар –биологиялық активті заттар..........................10-11

III.Зерттеу бөлім....................................................................................

3.1.Өсімдіктерге және топырақтағы ауыр металдардың анықтау әдісі ..................................................................................................................12

3.2.Өсімдіктерге фенологиялық бақылау жүргізу әдісі.................13-14

IV. Зерттеу нәтижелері

4.1. Топырақтағы ауыр металдардың мөлшері...................................15

4.2. Өсімдіктердегі ауыр металдардың анықтау әдісі...................16-17

4.3. Өсімдіктердің фенологиялық фазаларына химиялық ластаушы заттардың әсері..................................................................................18-23

V.Қорытынды.......................................................................................24

VI.Пайдаланылған әдебиеттер тізімі...............................................25

2

Андатпа

Қазіргі таңда Қазақстандағы экологиялық жағдайға үлкен мән беру қажеттілігі туындап отыр. Негізгі экологиялық мәселелердің бірі–ластаушы заттардың атмосфераға таралуымен байланысты. Ғылыми деректерге сүйенсек, Қазақстан территориясында экологиялық қауіп төнген аймақтар бар. Шымкент қаласындағы қорғасын,мұнай өңдеу өндірісі,Өзіміздің Созақ ауданын алсақ уран өндірісі қарқын алып тұр.

Аннотация

В настоящее время назрела необходимость придавать большое значение экологической ситуации в Казахстане. Одна из основных экологических проблем–связана с выбросом в атмосферу загрязняющих веществ. Согласно научным данным, на территории Казахстана существуют зоны, подверженные экологической опасности. В Шымкенте активно идет производство свинца,нефтепереработки,а также добыча урана в Сузакском районе.

Abstract

Currently, there is a need to attach great importance to the environmental situation in Kazakhstan. One of the main environmental problems is related to the release of pollutants into the atmosphere. According to scientific data, there are zones on the territory of Kazakhstan that are subject to environmental hazards. Shymkent is actively engaged in lead production, oil refining, and uranium mining in the Suzak district.

3

I.Кіріспе

Қазіргі таңда Қазақстандағы экологиялық жағдайға үлкен мән беру қажеттілігі туындап отыр. Негізгі экологиялық мәселелердің бірі–ластаушы заттардың атмосфераға таралуымен байланысты. Ғылыми деректерге сүйенсек, Қазақстан территориясында экологиялық қауіп төнген аймақтар бар.Атап айтқанда,республикада ең зиянды болып Өскемендегі қорғасын-мырыш өндірісі, Шымкент қаласындағы қорғасын,мұнай өңдеу өндірісі,Ақтөбенің хром өндірісі, Тараз қаласындағы фосфор өндірісі болып саналады.Атмосфераны күшті ластаушы көлдердің біріне мұнай өндірісі, түсті және қара металлургия өндірісі және автотранспорт саласы Созақ ауданындағы уран өндірісі жатады.

Өндірістік прогресс қоршаған ортаға көп мөлшерде зиянды заттардың түсуімен және қалыптасқан табиғи тепе –теңдіктің бұзылуымен қатар жүруде.Біздің республикамыздың экологиялық жағдайы күрделі –барлық жерде өндірістік қалдықтармен радиациямен ластану, ауру түрлері мен мутациялардың өсуі, су мен тамақ өнімдерінде нитраттардың, пестицидтердің, ауыр металдардың мөлшерінің өсуі етек алуда.Соңғы кезде өндірісі дамыған ,өндірістен және автотранспорттан бөлінген зиянды қалдықтармен ластану дәрежесі жоғары аймақтарда ауыр металдардың артық мөлшерінің қоршаған ортаға және адам организміне түсуіне, олардың зияны мен биологиялық ролін зерттеуге ерекше көңіл бөлінуде.Түсті металлургия өндірісі орналасқан аймақтардың атмосферасына көп мөлшерде әртүрлі химиялық қоспалар түседі,олардың ішіндегі негізгілерінің бірі–ауыр металдар. Ауыр металдардың 80 микроэлементтердің қатарына жатады. Микроэлементтердің тіршілік ортасында, оның ішін де ауыз су мен тамақ өнімдерінде жетіспеуі немесе артық мөлшерде болуы зат алмасудың бұзылуына, нәтижесінде эндемикалық аурулардың дамуына әкеліп соқтырады. Ал өсімдіктерде артық мөлшерде жиналуы, олардың организмінде өтетін тіршілік үшін маңызды процестерге қауіп төндіретіні белгілі. Бұл ауыр металдардың суда және басқа геохимиялық орталарда қалыпты мөлшерде болуы қажетттігін көрсетеді. [1].

Қоршаған ортаның өндіріс орындарынан бөлінген зиянды қалдықтармен ластану дәрежесі ,олардың адам денсаулығына әсері және санитарлы-гигиеналық маңызы көп ғылыми еңбектерде келтрілген. Қазақстаннның бүтін облыстары мен өлкелері экологиялық апат аймағына айналып отыр. Солардың бірі- уран қалдықтарымен ластанған Созақ ауданының территориясы.

Қазіргі кезде аудан ортасының экологиялық жағдайы өсімдіктер мен жануарлардың тіршілігіне, дамуына, сонымен қатар адамның денсаулығына кері әсер етеді.

4

II.Негізгі бөлім

2. Қоршаған ортаның өндірістік қалдықтармен ластану дәрежесі

Қоршаған ортаға түскен экотоксиканттар метеорологиялық факторлардың әсерінен топырақта, суда және атмосферада кең таралып ,тірі организмдердің тіршілік әрекетіне кері әсерін тигізуде. Экотоксиканттардың үлкен қашықтықтарға таралуы,олардың физикалық және физика-химиялық қасиеттеріне, яғни булануына, ұшқыштығына, ерігіштігіне т.б. байланысты. Қазіргі кезде барлық табиғи орталарда бақыланып отырған ластаушы химиялық затттардың негізгілерінің бірі-ауыр металдар. Бұл бір жағынан металдардың биологиялық активтігіне байланысты.Сонымен қатар ,олар органикалық қосылыстар сияқты трансформацияға берілмейді, биохимиялық айналымға түскенде ұзақ сақталады. Үздіксіз әсер етуші химиялық заттардың аз мөлшерінің өзі өсімдіктер,жануарлар және адам организміне канцерогенді әсер етеді.

Көптеген ауыр металдар, олардың ішінде қорғасын, кадмий, хром, никель, улы затттардың қатарына жататыны белгілі. Олар тірі организмдерде жинақталып, ұзақ уақыт бойы сақтала алады және аккумуляцияланған у ретінде әсер етеді. Бұл затттардың тірі организмдердегі концентрациясы қоршаған ортадағы концентрациясынан 100-1000 есе жоғары.[2].

Адам өз іс-әрекеті нәтижесінде химиялық элементттердің табиғи ағымын түбірімен өзгертті. Антропогенді көздерден атмосфераға түсетін қорғасын қалдықтары табиғи қалдықтармен салыстырғанда 18,3 есе,кадмий-8,8 есе,мырыш -7,2 есе жоғары.Соңғы жылдары экономикалық дағдарысқа байланысты Шымкент қаласында кейбір өндіріс орындары үзіліспен немесе жекеленген цехтар ғана жұмыс істеуде. Осыған байланысты атмосфераға бөлінетін өндірістік қалдық затттардың мөлшері де біршама төмендеді. Әйтседе кейбір зиянды заттардың мөлшері шекті рұқсат етілген концентрациядан (ШРК)жоғары күйінде қалып отыр.

5

2.2. Ауыр металдар –биологиялық активті заттар

Ауыр металдар –биологиялық активті заттар.Олардың мұндай қасиетін организмдегі клеткалармен, олардың компоненттері немесе функциональды топтарымен байланысуынан көруге болады. Әсіресе олар нуклеин қышқылдарымен ,ферменттермен және белок түзуші амин қышқылдарымен активті әрекеттесіп,нәтижесінде белок денатурацияланып,клеткалар мен ұлпалардың және зат алмасу процесін реттейтін ферменттердің қызметі бұзылады.

Ауыр металдар ,атап айтқанда: Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Co, Hg, Mo,Те өздеріне тән химиялық және биологиялық қасиеттеріне қарай гео- және биоаккумуляцияға өте бейім элементтер. Эклогиялық тұрғыдан оларды 2 топқа бөлуге болады: Zn, Cu, Co, Mo, Mn, т.б. –биологиялық процестердің қалыпты жүруіне қажетті микроэлементтер, Pb, Cd, Hg -биологиялық процестерге қатысуы әлі толық анықталмаған элементттер.Атмосферадағы зиянды заттардың улы әсер етуінің механизмі өсімдіктердің физиологиялық және биохимиялық ерекшеліктеріне байланысты және түрлі абиотикалық, биотикалық факторлардың әсерінен өзгеруі мүмкін.

Зерттеулер көрсеткеніндей, топырақта ауыр металдардың концентрациясы жоғарылағанда (әсіресе Pb²⁺ ), атмосфераға бөлінетін СО₂ төмендейді. СО₂ ең жоғары мөлшері 11г/кг қорғасынның концентрациясы Pb²⁺2-5мг/кг жеткенде байқалады. Pb²⁺ орташа және жоғары концентрациясы, сонымен қатар Zn²⁺ жоғары концентрациясы (150мг/кг артса) топырақ микрофлорасының жойылуына және микроорганизмнің маманданғантүрлерінің пайда болуына әкеліп соғады. Бірақ мұндай маманданған түрлердің қалыптасуына ұзақ уақыт керек. Ал бұл аралықта топырақтың күшті десорбциясымен және ластаушы заттардың жер асты суларына қосылуымен байланыстыратын екінші ластанудың жүруі мүмкін.

Өсімдік және жануарлар организмінде ауыр металдардың жиналуы, бірінші кезекте бос иондардың активтілігімен анықталады. Ауыр металдардың организмге енуіне әсерететін екінші фактор болып алкилденген және басқа да арнайы химиялық формалардың болуы болып есептеледі.

Металдар генетикалық өзгерістердің кең спектрінің түзілуіне себепкер. Бір металл клетканы бірнеше жерден зақымдай алады.Мысалы,кадмий ДНҚ молекуласын зақымдауға, лизосомаларды бұзуға, ДНҚ репарациясын тежеуге қабілетті. Қорғасын ДНҚ репликациясы ферменттерінің синтезін бұзады, ДНҚ–ның үшінші ретттік құрылымын өзгертеді. Мыстың жоғары концентрациясы ДНҚ конформациясын өзгертеді және ДНҚ мен РНҚ синтезін стимуляциялайды.

Өндіріс орындарына жақын аудандарда топырақ бетіндегі ауыр металдар мөлшері 30 құрайды. Ал еңісте және желдің негізгі бағытында тұрған жағдайда бұл шама 60–ке жетеді. Ауыр металдар орман

6

фитоценоздарының әртүрлі компоненттерінде, яғни ағаш өсімдіктерінің жапырақтарында, қылқандарында, діңінде, қабығында, тамырында, мүктерде, қыналарда, саңырауқұлақтар мен төменгі ярустың өсімдіктерінде жинақтала алады.

В.С.Николаевскиий мен Т.В.Николаевскаяның (1996) бақылаулары көрсеткеніндей, өндіріс аймағынан алыстаған сайын ластанудың мөлшері азая түседі. Құрамында ауыр металдардан басқа күкірт ангидриді,күкірт қышқылы, фтор қосылыстары,т.б.поллютанттар кездесетін газ-шаң түріндегі қалдықтарының әсерінен топырақ құрамы өзгереді, эрозияға ұшырайды, беткі қабатттарында гуммус мөлшері төмендейді (кей жерлерде 1), қышқылдығы жоғарылайды (рН-2-3). Мұның әсерінен ауыр металдар қосылыстарынң қозғалғыштығы артып,өсімдіктерге жеңіл сіңіріледі.[3].

Ауыр металдардың өсімдіктерде жиналуы әртүрлі ерекшеліктеріне байланысты. Зерттеулер бойынша мыс балқыту өндірісіне жақын аймақта топырақ пен өсімдіктердегі ауыр металдардың мөлшері бақылау аймағымен салыстырғанда өте жоғары. Мыстың мөлшері 12 есеге дейін, ал басқа элементтердің мөлшері 1-5 есеге артады. Алайда топырақта ауыр металдардың мөлшері 2-3 есе артса, олардың өсімдіктердегі мөлшері 5-6 есе артады. Статистикалық талдау қорытындысы бойынша,топырақ пен өсімдіктер арасында тура корреляциялық байланыс бар.Зиянды қалдық заттардың вентиляциялық таралу аймағында жапырақтардың және барлық өсімдіктердің морфопатогенезі байқалады. Жапырақтардың зақымдануы формасы мен түсі өзгерген некроз түрінде, сонымен қатар, хлороз, сарғаю, тургорлық қасиетін жоғалту, түсі өзгермей сақтап қалу,өзгерізсіз немесе болмашы ғана сыртқы зақымданудан соң түсіп қалумен байқалады. Ауыр металдар өсімдіктер организмінде жинақталып, трофикалық тізбек арқылы таралып, тірі организмдердің әртүрлі таксономилық топтарына, оның ішінде адамға да зиянын тигізеді. Мыс – өсімдіктер тіршілігіне қажетті микроэлемент. Алайда мыстың өсімдіктер организміне артық мөлшерде жиналуынан тамыр системасының дамуы мен өсуінің тежелуі, өсімдіктердің жер үстіндегі бөлімдерінің баяу өсуіжәне жапырақ ұштарының ағаруы байқалады. Мыстың артық мөлшерінен туындайтын патологиялық өзгерістердің нәтижесінде,мәдени өсімдіктердің өнімі күрт төмендейді.

Мырыш та өсімдіктер тіршілігіне қажеттті микроэлемент қатарына жатады. Алайда мырыштың жоғары концентрациясы өсімдіктерге кері әсерін тигізеді. Бұл металдың улылығының бр себебі, өсімдіктерде өте интенсивті жиналуына байланысты. Әсіресе веймутов қарағайы, қызыл емен және кәдімгі шырша мырышты өте жылдам сіңіретіні сонша,тіпті бұл процестің жылдамдығы мен қоректік ортадағы мырыш мөлшері арасында тікелей байланыс орнайды. Өсімдіктерде мырыштың көп жиналуынан некроз пайда болады, тамыр мен жер беті мүшелерінің өсуі баяулайды, жапырақтар солып қалады және ерте түседі.

7

Кадмийдің көп мөлшері автомобиль жолдары бойында өскен өсімдіктерде анықталған. Осындай жағдай қоршаған ортаны осы токсикантпен ластайтын өндірістердің жанында өскен өсімдіктерде де байқалады. Кадмийдің артық мөлшерінің жиналу белгілері:өсімдіктердің жапырақтарынң ұшы мен өркені қызыл-бурыл түске боялады. Жапырақтар жиырылып немесе түсіп қалады, өсімдіктердің өсуі баяулайды.Оның 20мг 1кг топыраққа сепкенде өсімдіктің өнімділігі 50 кемиді. Өнім мөлшерінің осылайша төмендеуі бидайда кадмийдің 15мг/кг топыраққа сепкенде байқалған. Өзінің әсер ету күшіне қарай кадмий көптеген ауыр металдармен салыстырғанда улы. Топырақта кадмий мөлшері 30мг/кг–нан артса, өсімдіктер тіршілігін жояды. Кадмийдің көп мөлшері топыраққа мырыш рудаларын өндіру және өңдеу кезінде түседі.

Кадмийдің әсерінен өсімдіктердің өсуінің тежелуі – фотосинтез процесінің әлсіреуіне байланысты. 1кг жапырақта 96мг кадмийдің болуы фотосинтез қарқындылығын 50 төмендетеді. Алайда бұл кадмийдің улы әсерінің біреуі ғана. Күшті ластану аймақтарында өндірістік шаң да өсімдіктерге айтарлықтай кері әсерін тигізеді. Шаңның ірі бөлшектері (5-10мкм) өсімдіктердің жер бетіндегі мүшелеріне механикалық түрде әсер етеді. Шаң бүршік, гүл, жапырақты зақымдаумен қатар (кескілеумен) ағаш қабығын да зақымдап, оның жарылып, ашылып қалуына себепші болады. Қабығы ашылған ағаш организмдегі суынан айырылып, қурай бастайды, калийдің қызметі бұзылады, яғни жалпы өсімдіктер организмінің тіршілік қабілеттілігі төмендейді.[4].

Механикалық әсерден басқа, шаң өсімдіктер организміндегі түрлі физиологиялық процестердің қалыпты жүруіне де кері әсерін тигізеді. Жапырақтар шаңданып кеткен жағдайда жарық және температуралық режим өзгереді, транспирация, фотосинтез процестері бұзылады, өсу қарқыны төмендейді. Өндірістік шаңның фитотоксинді әсері оның химиялық құрамына байланысты. Металлургия өндірісінен бөлінген шаңның құрамында металдар көп кездеседі. Техногенді қалдықтар атмосфераның жерге жақын бөлігіне таралған аймақта жапырақтағы қайтымсыз өзгерістер және сыртқы зақымдану белгілері бірте-бірте, яғни жапырақтар бүршік жарған соң 1-2 немесе бірнеше айдан кейін пайда болады. Бүршіктер мен жас жапырақтардың зақымдануы, ксерофитизация белгілерін (мөлшерінің кішірееюі, жүйкеленуінің жиіленуін) есептемегенде, жай көзге байқалмайды. Зақымдану көбінесе алдымен жапырақ жиегінде, кейіннен бүкіл жапырақ тақтасында бозғылт дақтардың пайда болуынан басталады. Ластанудың күшеюінен бұл дақтар некрозға айналады да бірте-бірте ұлғайып, жапырақтар түскен кезде ,,жұлмаланған” күйге енеді. Вегетацияның соңында өсімдіктердің анағұрлым төзімді түрлерінде зақымдану жапырақ тақтасының кей жерлерінде кішігірім некрозды немесе хлорозды дақтардың болуымен сипатталады. Кей жағдайда жапырақ тақтасының әр жері зақымданған клеткалардың әсерінен ісініп ,көтеріліп кетеді.Мұндай зақымдану түрлері

8

жиі кездеседі. Оларда негізінен жапырақ түгелдей сарғайып ,ұшы мен жиектері некрозға ұшырап, ағаш басынан тез түсіп қалады. Анағұрлым төзімді түрлерінде мұндай өзгерістерге кейбір жеке-дара жапырақтар ғана ұшырайды. Химиялық қалдық заттармен ластанған иаймақта күзде жапырақтары қызғылт түске боялатын өсімдік түрлерінде жапырақтарға тән күздік бояу байқалмайды. Бұл химиялық стресс жағдайында фотосинтез бен көмірсулардың алмасуының бұзылуымен түсіндіріледі, ал қызғылт, қызыл, қызыл-қоңыр түсті тудыратын антоциандардың синтезі ерігіш қантттардың болуына байланысты. Сондықтан металлургиялық өндіріс аймағында жапырақтардың күздік бояуында, хлорофилл құрамына кіретін және ол зақымданғанда босап шығатын сары пигменттердің әсерінен сары түстің бояуы басым болады.

Қаланың газданған және автомобиль қозға