Ауыр металдардың өсімдіктерге биологиялық әсері

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ.................................................................................................................3

І БӨЛІМ. АУЫР МЕТАЛҒА ЖАЛПЫ СИПАТТАМА.....................................4

1.1.Ауыр металдар.........................................................................................5

1.2.Ауыр металдардың физика-химиялық сипаттамасы....................................

1.3. Топырақтың ауыр металдармен ластануын зерттеу нәтижелері................

II БӨЛІМ. АУЫР МЕТАЛДЫҢ АДАМ АҒЗАСЫНА ӘСЕРЛЕРІ....................

2.1. Адам ағзасына кері әсерлері...........................................................................

2.2. Ауыр металдармен ластану............................................................................

III БӨЛІМ. Ауыр металдардың өсімдіктерге биологиялық әсері.....................

3.1. Өсімдіктерге металдардың  әсері…..............................................................

3.2. Ауыр металдардың экологиялық рөлі.........................................................

3.3. Өсіміктердегі ауыр металдардың мөлшері. Кеніштен қашықтаған сайынғы өсімдіктердегі ауыр металдардың мөлшері........................................

ҚОРЫТЫНДЫ

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

ҚОСЫМШАЛАР

                                           

 

 

 

 

КІРІСПЕ

Қазақстан Республикасында  түсті металлургия  өндірісі қарқынды дамыған.

Оңтүстік Қазақстан облысындағы  Шымкент қаласының территориясында 

орналасқан “Южполиметалл” ӨК ЖАҚ-нан бөлінетін қалдық заттар ұзақ

жылдар бойы табиғи ортаны ластауда. Олардың ішіндегі негізгілері  – ауыр

металдардың ауаға, топыраққа, суға таралу дәрежесі артуда. Ауадағы  ауыр

металдар жел арқылы тараса, ал топырақта ортаңғы қабаттарға дейін өтіп,

өсімдік тамыры арқылы өсімдік  ағзасына  тасымалданып өз зиянын тигізуде.

Атап айтқанда, Шымкент  қорғасын өндірісінен бөлінетін  негізгі ауыр

металдарға – қорғасын, мыс , кадмий , мырыш жатады. Олардың  ішінде

қорғасын  мен кадмий өте  улы металдар. Ауыр  металдардың  қоршаған

ортаға таралуы белгіленген  санитарлық  мөлшерден асып кетсе, тірі ағзаларға 

ауыр металл иондары кері әсерін тигізеді. Сондықтан олардың  қасиетін

зерттеумен  қатар, қоршаған ортаны  тазарту жолдарынан іздестіру   өзекті 

мәселелерінің  бірі болып  отыр.

 

 

 

 

 

 

І БӨЛІМ. АУЫР МЕТАЛҒА ЖАЛПЫ  СИПАТТАМА

1.1.АУЫР МЕТАЛДАР

       Ауыр  металдар – тығыздығы темірдің тығыздығынан (7,874 г/см3)   артық    болатын түсті металдар тобы.  Оларға мырыш, қорғасын, қалайы, марганец, висмут, мыс,сынап, сүрме, никель, кадмий жатады. Ауыр металдардың көптеген қосылыстары, әсіресе, тұздары организм үшін зиянды. Олар тағам, су, ауа арқылы ағзаға түскенде ыдырамайды, кейбір органдарды (бүйрек, бауыр, буын, т.б.) жиналып, денсаулыққа қауіп төндіреді. Сондықтан Ауыр металдардың қоршаған ортадағы мөлшері белгіленген шамадан аспауы керек. Ауыр металдарға атомдық массасы 50 атом бірлігінен асатын немесе алтыдан аса тығыздықтағы қырық элемент жатады. Қауіпті ластаушылардың саны сыртқы ортадағы токсиндік, тұрақтылығын, жинақталуы мен аталған металдардың таралу масштабын ескергенде айтарлықтай аз. Ауыр металдар көптеген ферменттер құрамына кіріп биологиялық процестерге белсенді қатысады. «Ауыр металдар» тобы көбіне «микроэлементтер» түсінігімен сәйкес келеді. элементтердің экзогендік, жоғары концентрациясына «микроэлементтер» термині жарамайды. Ең алдымен өндірісте кең ауқымда және көп мөлшерде қолданылатын металдар зиянды. Олар биологиялық белсенді және токсинді. Ауыр металдардың табиғи ортаға түсуі табиғи (тау жыныстары мен минералдардың үгілуі, эрозиялық процестер,жанартау атқылауы) және техногенді (пайдалы қазбаларды өндіру, өңдеу, жанармай жағу, көлік, ауылшаруашылығының әсері) болып екіге бөлінеді. Өндіру мен өңдеу табиғи ортаның металдармен ластанудың күшті көзіне жатпайды. Бұл өндірістердегі ластанушы заттардың қалдығы жылуэнергетика қалдықтарынана әлдеқайда аз. Металлургиялық емес өндіріс, нақты айтқанда көмірдің жануы биосфераға ауыр металадардың түсуінің басты көзі. Жанармай жануынан атмосфераға тасталатын қалдықтар ерекше маңыды.

4

 

Мыс: сынап, кадмий, кобальт, мышьяктың мөлшері өдірілетін металдардан 3 8 есе көп. ЖЭС-ның бір қазаношағы көмірмен жұмыс істеп, атмосфераға  жылына 1-1,5 т сынап буын шығарады. 
Атмосфера ауасында ауыр металдар органикалық және бейорганикалық қосылыс, шаң-тозаң және газ тәріздес түрінде болады. Осы орайда қорғасын, кадмий, мыс, мырыш аэрозольдері субмикронды диаметрі 0,5-1 мкм б-лшектерден6никель және кобальт аэрозольі ірі дисперсті бөлшектерден тұрады (1 мкм аса). Металлургия өндірісінде Ауыр металдар қалдықтарыкөбіне ерімеген күйде болады.

2.2.Ауыр металдардың физика-химиялық сипаттамасы

Ауыр металдардың ішінде қоршаған ортаны ластауына, азық-түлік  өнімдерінде және өсімдіктер, жануарлар  мен адам ағзасындағы әртүрлі  мүшелерде жинақталу қабілетіне және улылығына қарай ерекше орын алатындарының қатарына – қорғасын  жатады.Қорғасын – элементтердің  периодты системасында ІV-топта орналасқан химиялық элемент. Атомдық номері 82, атомдық салмағы 207,2. Қосылыстарында +2 және +4 тотығу дәрежелерінде кездеседі. Қорғасын – көгілдір-сұр түсті  жұмсақ металл. Қатты күйдегі тығыздығы  - 11,336 г/см³, ал ерітілген кезде (балқу температурасына жақындағанда) -10,686 г/см³ тең. Балқу температурасы- 327,4 ⁰С. Табиғатта 3 тұрақты изотопы  Рb 204,  Pb 207,  Pb 208 кездеседі.  Химиялық қосылыстарының көпшілігінде қорғасын 2 валентті.

      Мұндай қосылыстары негізінен тұздар. Олар Рb²⁺ катионын түзе диссацияциаланады, бірақ РbО^-₂ анионды плюмбит – тұздар да кездеседі. (Na₂РbO₂). 4 валентті қорғасын қосылыстары өте сирек кездеседі. Олар РbО₃ ^2-  және РbО₄^4- аниондарын түзетін плюмбаттар (СаРbО₃) және кейбір комплексті қосылыстар. Рb⁴⁺ катионы РbСІ₄, Рb (SO₄)₂ және т.б. бірқатар

5

тұздардың құрамына кіреді.  Ауада қорғасын тез тотығып жұқа жарғақпен қапталады. Рb – коррозияға өте төзімді метал. Ол кейбір қышқылдарда (НСІ, Р₂ SO₄), сілтілерде, тұздарда амиакта әлсіз ериді. Сүйытылған қышқылдарда мүлдем ерімейді. Қорғасынның мұндай беріктігі оның сыртында жұқа жарғақ ретінде ерімейтін тұздар – қорғасын хлориді, қорғасын сульфаты және негізгі қорғасын корбанатының 3 РbСО₃ Рb(ОН)₂ түзілуімен түсіндіріледі. Алайда қорғасынды азот қышқылы, сірке қышқылы, борфторсутек қышқылы (НВҒ₄) және т.б. бірқатар заттар ерітуге қабілетті. Концентрациялы күкірт қышқылын қыздыра отырып, қорғасынды интенсивті ерітіп Рb(НSO₄)₂ қышқыл тұзын алуға болады.Қорғасынның барлық еритін қосылыстары улы. Ауада қорғасын тез тотығып, жұқа жарғақпен қапталады. Қорғасынды ауада қыздырса оңай тотығып, қорғасын тотығы Рb₂О түзіледі, ары қарай температураны көтеріп балқытса, сары түсті ұнтаққа айналады. Қорғасын   өзінің химиялық және биологиялық қасиеттеріне қарай топыраққа  және тірі организмге сіңірілуге  өте бейім элемент. Ауыр металдар өсімдіктерге 2 жолмен, яғни топырақтан тамыры арқылы және атмосферадан жапырақтары арқылы  түседі. Бізге дейінгі зерттеулердің нәтижесіне сүйенетін  болсақ, Шымкент қаласының топырағында  ауыр металдардың мөлшері өте жоғары . Атап айтқанда “Южполиметалл” ӨК ЖАҚ өндірістік  ауданындағы  топырақта қорғасын мөлшері  900-1000 мг/кг, ол белгіленше  шекті концентрациядан 2-31 есе жоғары.

       Қорғасын-уран, актиний, торий элементтері радиоактивті ыдырауының соңғы өнімі болып табылады. Ол табиғатта қорғасын жарқылы PBS түрінде кездеседі.Қорғасын- көкшіл сұр түсті, жұмсақ металл. Ауада тотығып, оксид қабығымен қапталып тұрады.  Қорғасын радиоактивті сәулені, әсіресе ў- сәулесін жақсы жұтады. Сондықтан оны радиоактивті сәулелерден сақтану үшін пайдаланады. Оны түрлі құймалар (баспахана құймасы, баббит) алу үшін, аккумулятор жасау үшін кеңінен қолданады. 

6

Қорғасын сұйылтылған  қышқылдарда ерімейді. Тек концентрлі қышқылдарда ғана ериді. Ол активтік қатарда сутегінен кейін орналасқандықтан қышқылдардан сутегін бөле алмайды. Қорғасын оттегімен +2 және +4 тотығу дәрежесін көрсетіп екі түрлі оксид түзеді ( PbO және PbO₂). Сонымен қатар аралас оксидтері де белгілі Pb₂O₃, Pb₂O₄ Алайда қорғасынның +2 тотығу дәрежесін көрсететін қосылыстары тұрақты. Қорғасын ( || ) оксиді сары және қызыл түсті болады. Көп уақыт қыздырған кезде ол қорғасын бояуына (сурик ) Pb₃O₄ айналады.   Қорғасын ( || ) тұздарын плюмбиттер дейді. Қорғасын ( |V ) оксиді PbO₂- қоңыр ұнтақ зат, бұл да амфотерлі оксид, дегенмен қышқылдық қасиеті басым. Оған метақорғасын H₂PbO₃ және ортоқорғасын H₄PbO₄ қышқылдары тән. Бұл қышқылдар бос күйінде жоқ. Алайда, оның тұздары, метаплюмбаттар және ортоплюмбаттар белгілі. Мәселен, қорғасын аралас оксиді деген Pb₂O₃ қосылысын Pb  PbO₃ – қорғасын метаплюмбаты, ал Pb₃O₄ - ті - Pb₂PbO₄- қорғасын ортоплюмбаты деп қарастыруға болды.

 

2.3. Топырақтың ауыр металдармен ластануын зерттеу нәтижелері

      Ауыр металдар  – қоршаған ортаға көп мөлшерде  түскенде организмдерді уландыратын  металдар. Бұл терминмен соңғы  жылдары тек қана мынадай элементтер: қорғасын, мырыш, кадмий, сынап, молибден, марганец, никель, қалайы, кобальт, титан,  мыс, ванадий аталады. Бұл элементтер  қоршаған ортаға түскенде экожүйелердің  өздігінен тазалану процесімен  ыдырамайды. Олар топырақта жинақталып, өсімдіктерге өтіп, әрі қарай  биологиялық айналымға түсіп  отырады. Биологиялық тізбек: топырақ  - өсімдік – адам, топырақ - өсімдік  – адам, топырақ – су – адам  және топырақ – атмосфералық  ауа – адам арқылы адам организміне  өтіп, олар әр түрлі ауруға  шалдықтыратыны белгілі.  

7

Біз Ақшабұлақ кен орыны  маңайындағы әртүрлі қашықтықтағы топырақтардан сынамалар алып, зерттеу  жұмыстарын жүргіздік (2-кесте).  

2 - кесте.   Ақшабұлақ  кен орыны маңайындағы топырақтағы  ауыр металдардың мөлшері, мг/кг                                                   

Ауыр металдар	Топырақтағы мөлшері, мг/кг
	500 метр арақашықтықта		1000 метр арақашықтықта		1500 метр арақашықтықта		2000 метр   арақашықтықта		500-2000 м арақатынас мөлшері
	n	%	n	%	n	%	n	%	Р
Cu	10,0	100	5,0	70	5,0	50	3,0	30	0,999
Cd	0,3	100	0,1	66,6	0,1	33,3	0,05	16,6	0,95
Pb	5,0	100	2,7	60	2,7	54	2,0	40	0,99
Zn	30,0	100	15,0	53,3	15,0	50	12,0	40	0,999

 

 Қорғасынды анықтау  әдісі. Әдіс қорғасын иондарының (Pb²⁺) сынап тамшылы электродта тотықсыздануына негізделген. Бұл әдіспен сынамадағы 0.5 мкг мөлшердегі қорғасынды анықтауға болады.

Құралдар мен реактивтер ׃

1.Полярограф, полярографиялық  ұяшық ׃ анод – қаныққан каломельді электрод, капилляр ( t › 05.0 сек. ).

2.Газды баллон ׃ аргон немесе азот.

8

3.Су моншасы.

4.Муфель пеші.

5.Эксиктор.

6.Фарфор немесе кварц  тиглдер.

7.Филтерлеуші воронка  ( 3 – 5 см ).

8.Өлшегіш цилиндрлер, пробиркалар, 10 мл.

9.Яшма езгіш.

10.Колбалар, 100 мл – 1000 мл.

11.Қорғасын металы.

12.Тұз қышқылы, конц. 

13.Азот қышқылы, ерітілген  ( 3 ׃ 2 ).

Стандартты ерітінді ׃ 0.1 г қорғасынды  250 мл колбаға салып 20 мл

сұйытылған ( 2 ׃ 2 )азот қышқылын құяды.

  Еріген соң ерітіндіні  буландырады ( 3 – 5 мл дейін  ), 15 мл тұз қышқылын ( сал. салмағы  1,19 ) қосып тағы 3 – 5 мл дейін  буландырады.Осы жұмысты тағы 2-3 рет жүргізеді, содан соң 20 мл 20 % тұз қышқылын қосып, қорғасын  хлоридінің қызғылт ерітіндісі  түзілгенше қыздырады. Ерітіндіні 1 литрлік колбаға құйып, колбаны  бірнеше рет 20 % тұз қышқылымен  шайып негізгі ерітіндіге қосады. Ерітіндіні 20 % тұз қышқылымен белгісіне  дейін жеткізіп араластырады. Осы  ерітіндіден 10 мл пипеткамен алып  өлшегіш 100 мл – лік колбаға  құйып дистилденген сумен белгісіне  дейін жеткізіп араластырады. Алынған  ерітіндінің құрамына 10 мкг/ мл  немесе 10 мг / л қорғасын болады.

 

9

Жұмыс барысы. Зерттеуге  арналған топырақ сынамасын көлеңкеде  құрғатады.Топырақ сынамасын үлкен  фарфор тиглде ұнтақтап 1 – 2 мм тесікті електен өткізеді. Осылай ұнтақталған татпадан 200 – 300 г орташа сынама алынады, қайта ұнтақталады. Капрон електен өткізіліп 10 – 20 г топырақ сынамасы алынады. Бұл топырақты агат немесе хелцедонды табақшада қайта ұнтақтайды. Осы ұнтақтан 1 г топырақ сынамасы алынып, фарфор немесе кварц тиглге салынып, 10 – 15 тамшы күкірт қышқылы            ( конц. ) тамызады да 15 – 20 сағатқа қалдырады. Содан соң құм үстіне қыздырып қышқыл қалдығы ( SO₃²⁺ ) буланып кеткенше ұстайды және муфель пішінде 450 – 500°С дейін күйдіреді ( 1 сағат ). Күйдірілген топырақты эксикаторда суытып 20 % тұз қышқылы ( HCl ) 10 мл қосып, 2 – 3 рет қыздыра отырып ерітеді. Фильтрленген соң фильтраттың көлеміне 50 мл жеткізіп, әбден араластырады. Фильтраттан 5 мл алып полярографтың ұяшығына құяды, инертті газды 10 – 15 мин.жібереді, ерітіндіні 3 мин. Қалдырып, соңынан дифференциалды полярограммасын алады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

      II.БӨЛІМ АУЫР МЕТАЛДЫҢ АДАМ АҒЗАСЫНА  ӘСЕРЛЕРІ      

                                  2.1. Адам ағзасына кері әсері

      XX ғасырдың 40-шы жылдарынан бастап биосфера қорғасынмен қарқынды ластана бастады. XX ғасырдағы адамның қаңқасында қорғасын 1600 жыл бұрын өмір сүрген адам сүйегімен салыстырғанда 700-1200 есе артық екендігі анықталды. Химиялық ластағыш заттардың адам ағзасына әсерін екі түрге бөлуге болады: арнайы - ағза жүйесіне және мүшелерге талғап әсер ету нәтижесінде белгілі бір аурулар тудыратын және арнайы емес, бұл кезде элементтердің әсері басқа да факторлармен этнологиялык байланысқан аурулардың өсуіне мүмкіндік туғызады.

     Қорғасын -Тау  жыныстарының құрамындағы қорғасынның  орта мөлшеріне қарап, зерттеушілер  оны сирек кездесетін элементтердің  қатарына қосады. Бұл элемент  негізінен сульфидты жыныстардың  құрамында жиналады. Олар жер  бетінің әр түкпірінде көптеген  аймақтарда тараған. Кенді балқыту  арқылы оны оп - оңай бөліп алады.  Қорғасын жер қыртысында галенит  (PbS) түрінде де кездеседі. Жер  қыртысындағы қорғасын сумен  шайылады және магмалық жыныстардан  да босап шығады, сөйтіп, жер бетіндегі  ағын сумен бірге біртіндеп  мұхитқа түседі. Қорғасынның ионы (Pb2) тұрақты емес, сол себепті  ол мұхит суында көп болмайды (10-8 %). Ащы суға қарағанда қорғасынның  тұщы судағы мөлшері көбірек.  Геохимиялық айналымда бұл элемент  тұрақсыз болғандықтан оның топырақтағы  орта  мөлшері жер қыртысындағы  орта деңгейіне сәйкес келеді. Ғылыми әдебиеттерде бар мәлеметке  жүгінсек, бұрынғы Одақ көлеміндегі  топырақтағы қорғасынның орта  мөлшері  1,2^. 10^-3 %  шамасында.  Ауыр металдардың ішінде қазіргі кезде биологиялық тұрғыдан жан-жақты көбірек зерттеліп жүргені- қорғасын. Әлемде жыл сайын өндірістік және тұрмыстық мақсатқа 3,0 млн тонна қорғасын тұтынуға түседі екен.Алайда, топырақтағы

11

және өсімдіктегі қорғасын мөлшерінің арасында  тікелей корреляция барлық уақытта байқала бермейді. Бұл жағдайда ең басты рөл атқаратын топырақтың механикалық құрамы, ондағы органикалық заттың қоры, ортаның рН, топырақтағы қорғасынның химиялық қосылыстары мен өсімдіктің түрі. Әдетте механикалық құрамы жеңілдеу және құрамында органикалық зат тапшы немесе реакциясы қышқылдау топырақтарда қорғасын көбінесе оңайалмасуға бейім сіңірілгенкүйде болады. Сол себепті органикалық затқа бай, реакциясы бейтарап немесе сілтілеу болатын саздақ топырақтардағы өсімдікте қорғасын көбірек жиналады.

        Мыс - Тегі жағынан халькофильдік металдардың бірі. Табиғатта мыс екі тұрақты изотоптардан тұрады:  ⁶² Cu (69,1%) және  ⁶⁵ Cu (30,9% ). Массаға шаққанда мыстың жер қыртысындағы орта мөлшері (кларк) – 4,7х10^-3%. Бұл метал жер қыртысының терең қабатындағы ыстық суларда, сондай-ақ жер бетіндегі биосфералық салқын ерітінділерде де күшті миграцияланады. Табиғи сулардағы мыс сульфидтері күкіртті сутекпен (Н₂ S) қосылып шөгіндіге түседі. Құрамында мыс бар көптеген минералдардың ішінде басым көпшілігі сульфидтер, фосфаттар, сульфаттар, хлоридтер, карбонаттар, тотықтар. Ығалы көп топырақтардағы тірі ағзалар, әсіресе өсімдіктер мен жануарлар мыстың жетіспеуінен улкен қорлық көреді, нәтижесінде әр түрлі ауруларға шалдығады. Далалық және шөлейт далалық құрғақ жерлерде топырақ ерітіндісінің реакциясы әлсіз сілті болғандықтан олардағы мыс шынына көп жылжымайтын күйде болады. Құрамында мысы бар минералды өндіретін жерлерде топырақ пен өсімдікте мыстың мөлшері шамадан тысартық болатын көрінеді. Өсімдіктің қайсысы болса да ауыр металдан улануы оның тек тамыр арқылы өткен мөлшерімен ғана шектелмейді. Металдар атмосферадан жапыраққа түсіп, онан клеткаға өтеді. Бұл ауыр металдардың бәріне тән ерекшелік. Жапрақ арқылы өсімдікке өткен  мыстың биохимиялық реакцияларға тигізетін зияны аз емес.

12

Мысалы, фотосинтездің нашарлауына, тыныс алу процесінің екпінді  жүруіне ықпал жасайды, ал мұның  ағза үшін еш пайдасы жоқ, өйткені, энергиянын шығыны көбейеді, сол сияқты метаболиттердің  жылжуына себін тигізеді. Рас, жапырақ  бетіне түскен мыстың өсімдік бойына өту жылдамдығы кутикуланың қалыңдығына  қарай әр түрлі  өсімікте түрліше  болады. Осы белгілеріне қарай ауыр металдарды ретімен орналастырса, онда кадмий, қорғасын, мырыштан кейін мыс төртінші орында тұраы: Cd > Pb > Zn > Cu > Mn > Fe. Ал  активтілігіне, яғни, түрлі реакцияларға тез кірісетін қабілетіне қарай мыс екінші орынға шығады:  Fe > Cu > Mn > Cd > Zn> Pb. Демек, қорғасынмен салыстырғанда кутикула арқылы мыс өсімдіктің бойына нашарлау енеді, бірақ оның есесіне ішке кіріп алған соң мыс темірден кейін ең активті метал болып, тұрғанына қарағанда оның зиянды жағы аз болмаса керек.

    Мырыш - Жер қыртысында сульфидті шөгінділердің құрамына кіретін халькофильдік элемент. Массаға есептегенде жер қыртысындағы оның орташа мөлшері 8,3х10^-3% болатынын А.П.Виноградов (1952ж) хабарлайды. Кварц және далалық шпат сияқты жеңіл минералдың  құрамында мырыш бола бермейді, ал саз минералдарының құқрамында оның жалпы қорының 20-60%-ға дейін мөлшері шоғырланған. Мырыштың атмосфераны ластау жолдары кадмийге ұқсас. Қоршаған ортаға мырыш таратып, оны ластайтын негізгі көздерінен гальванивалық және оны қорытатын зауыттарды айтуға болады. Жоғарыда айтылғандай ауырметалдардың қай қайсысының да өсімдікке өтуі тек топырақтан тамыр арқылы ғана емес, оның белгілі бөлігі ауадан жапырақ бетіне түсіп, онан кутикула арқылы клеткаға өтеді.  Мырыш солардың бірі. Ауыр металдардың жапырақ бетіне түсіп, онан клеткаға өту жылдамдығына қарай ретімен орналастырғанда солардың ішінде кадмий мен қорғасыннан кейінгі үшінші орыны осы мырыш иемденеді. Демек, мырыштың өсімдік клеткасына өтуде оның өткірлігі бірден көзге түсеі.

13

Ол қатар мынадай: Cd > Pb > Zn > Cu > Mn > Fe.Кадмий. Қоршаған ортада тірі табиғатқа, әсіресе жан- жануарларға  аса қауіпті аур металдардың  бірі саналатыны осы кадмий. О сульфидтік шөгінділердің құрамында болатын  халькофилдік элемент. Көбінесе қорғасын мен мырыш өндіру үшін сульфидт шөгінілерді  өңдегенде алынатын концентраттың  құрамында болады. ондағы кадмийдың  мөлшері 0,2% шамасында. Топырақтағы бұл металдың табиғи қоры 4,5х10^-4%, ал оның ауадағы деңгейі шамамен 0,002 мкг/м. Қоршаған ортаға кадмий тарататын көздер осы металды өндіретін салаларымен байланысты. Зерттеулердің қолда бар нәтижелері Сырдарияның атыраулық топырақтарында кадмийдың орташа ең төменгі мөлшері 0,38-0,55 мг/кг-нан жоғары деңгей 0,62-0,65 мг/кг-ға дейін болатынын көрсетті. Сонда топырақтағы жалпы орташа мөлшері 0,51-0,60 мг/кг шамасында. Осы мәліметтерге қарағанда сырдың атыраулық топырағындағы кадмийдің қоры тегі жағынан табиғи болғанымен ол ауадан және фосфор тыңайтқыштарымен бірге түсетін кадмийдың есебінен толғып тұраы. Қазіргі кезде топырақтың осы элементпен ластануы өсімдік қауымдастығына, оның ішінде микробиологиялық ценоздарға зиянды екені белгілі болып отыр. Әйтсе де топырақтағы биохимиялық процестер неғұрлым күшті жүретін болса, кадмий металының тірі табиғатқа улылық әсері солғұрлым пәстеу болатыны дәлелденді. Бұл элемент басқа ауыр металдар сияқты өсімдіктің жапырақ бетіне түсіп, онан кутикула арқылы клеткаға өтеді. Мысалы, Жапонияда балықтардың сынаппен ластануы күрделі минамат ауруын тудырды. Иракта фунгицидпен дәріленген бидайдан жасалған наннан улану жағдайлары байқалған. Минералды тыңайтқыштардың жоғары мөлшерін қолдану улануды және әртүрлі ауруларды тудырады. Адамдар және жануарлар үшін ауыр металдардың жоғары мөлшерінің жалпы уытты әсері ағзаның маңызды жүйелерінің орталық және перифериялык жүйке жүйесі, қан айналымы, ішкі секрецияның іс-әрекетінің өзгеруіне немесе бұзылуына әкелед.

14

Химиялық ластағыш заттар адам және жануарлардың әртүрлі мүшелеріне және ұлпаларында іріктеле жинақталады. Әдетте олар қарқынды биохимиялық үрдістер жүретін мүшелерде - бүйрек, бауыр, эндокринді безде шоғырланады. Өнеркәсіпті  аудандарда атмосфералық ауаның ластануы нәтижесінде өлім-жітім және аурулардың артуы; орташа өмір сүру ұзақтығының  төмендеуі; иммундық жүйенің, қанның морфологиялық  құрамының, балалардың физикалық дамуының бұзылуы түрінде спецификалық емес биореакциялар байқалады. Мыс балқыту  зауыттарының зонасында өмір сүретін  адамдарда тыныс алу мүшесінің  ісік ауыруынан өлім-жітімнің жоғарылауы, алюминий, болат құятын және суперфосфат  өндірісінің маңында тері аурулары байқалған. өзінің улылығына, табиғатта  таралуына, қорек тізбегінде жинақталу  мүмкіндігіне қарай биосфераны ластайтын, бірінші кезекті бақылауды қажет  ететін оннан астам элементтерге ерекше назар ауды.  Қауіптілік дәрежесі(1.2 кесте) бойынша оларды үш топқа бөледі:

1.1 кесте –Ауыр металдарды  қауіптілік дәрежесі бойынша  жіктелуі

Iтоп – өте улы	IIтоп – улы	IIIтоп – әлсіз улы
Кадмий (Cd)	Бор (B)	Барий (Ba)
Мышьяк (As)	Кобальт (Co)	Ванадий (V)
Қорғасын (Pb)	Мыс (Cu)	Вольфрам (W)
Сынап (Hg)	Молибден (Mo)	Марганец (Mn)
Селен (Se)	Никель (Ni)	Стронций (Sr)
Мырыш (Zn)	Сурьма (Sb)
	Хром (Cr)

 

 

15

2.2.Ауыр металдармен ластануы

     Жер бетінде қорғасын, сынап, кадмий, т.б. ауыр металдардың жергілікті, аймақтық және ғаламдық жиналу процесі. Ортаға металдардың ену жолдары әр түрлі (металл бөлшектерді жоңқалау, коррозия, іштен жанатын қозғалтқыштардың, жылу энергетикасы қондырғыларының, т.б. шығарындылары); олар, негізінен, терең жер қабатынан алынуы және жер бетінде таралуы арқылы жиналады. Бұл орайда антропогендік химиялық реакция нәтижесінде табиғи қосылыстардан металдардың босауының үлесі шамалы.Ғылыми-техникалық прогресс қоршаған ортаның көптеген мөлшерде зиянды заттармен ластанып, қалыптасқан табиғи тепе-теңдіктің бұзылуымен қатар жүруде. Республиканың көптеген аймақтары газ, сұйық және қатты күйдегі өндіріс қалдықтарымен, сульфаттармен және ауыр металдармен ластануда. Қоршаған ортаның зиянды заттармен ластану деңгейі жоғары болуына байланысты олардың жануарлар ағзасына түсуіне, тигізетін зияны мен биологиялық рөлін зерттеуге ерекше көңіл бөлініп отыр.Өндіріс ошақтары орналасқан аудандардың атмосферасына көп мөлшерде  әр түрлі химиялық қосылыстар, ауыр металдар түсуде. Ауыр металдардың 80% микро-элементтердің қатарына жатады. Микроэлементтердің ауыз су мен тағам өнімдерінде жетіспеуі зат алмасудың бұзылуына, нәтижесінде эндемиялық аурулардың дамуына әкеліп соқтырды. Ал, ауыр металдардың өсімдіктер мен жануарларда артық мөлшерде жинақталуы олардың ағзасында жүретін тіршілік үшін маңызды процестерге қауіп төндіреді. Бұл, ауыр металдардың суда, топырақта қалыпты мөлшерде болу қажеттілігін талап етеді. Себебі, трофикалық тізбек арқылы таралып, биотаға және адам ағзасына түседі де, оларға  кері әсер етеді. Өндіріс қалдықтарының қоршаған орта нысандарына түсуін, жинақталуы мен миграциясы, заңдылықтарын зерттеу олардың әсерін дұрыс бағалауға мүмкіндік береді (Попов А.В., 1993 ж).

16

Сондықтан, жоғарыда айтылған күрделі аймақтық проблемалар осы зерттеу жұмысының мақсаты мен міндеттерін  анықтады.

 

1-сурет. Ақшабұлақ кен  орнының жалпы шолу картасы.

 

 

 

 

 

17

      III. БӨЛІМ Ауыр металдардың өсімдіктерге биологиялық әсері

3.1. Өсімдіктерге металдардың тигізетін зиянды әсерлері

    Қоршаған ортаға түскен экотоксиканттар метеорологиялық  факторлардың әсерінен топырақта, суда және атмосферада кең таралып, тірі организмдердің тіршілік әрекетіне кері әсер етуде. 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  заттардың негізгілерінің бірі- ауыр металдар. Бұл бір жағынан  металдардың биологиялық активтілігіне байланысты. Сонымен қатар, оларорганикалық қосылыстар сияқты  трансформацияға  берілмейді, биохимиялық айналымға түскенде ұзақ сақталады . Металдардың осы қасиеттеріне және қоршаған ортаның  бақылаусыз ластануына байланысты, өткен ғасырдың 50-ші жылдарынан кейін тірі организмдер жаппай улануы  байқала бастады . Көптеген ауыр металдар, олардың ішінде қорғасын, кадмий, хром, никель улы заттардың қатарына жатады. Олар тірі  организмдерде  жинақталып, ұзақ уақыт бойы сақтала алады және аккумуляцияланған у ретінде әсер етеді. Бұл заттардың тірі организмдердегі концентрациясы қоршаған ортадағы  концентрациясынан 100-1000 есе жоғары .Ауыр металдар (Zn,Cu) мен күкірт тотығы (SО₂) ағаш жапырақтарында  жүретін метоболизм процестеріне ингибитор ретінде әсер етеді. Орталық Европаның орман массивтерінің 23% дефолияциямен бүлінген (интенсивтілігі 25%). Қылқан жапырақтыларға қарағанда емен сияқты жапырақты ағаштар көп зардап шеккен. Ауыр металдардың өсімдіктерде жиналуы әр түрдің өз ерекшелігіне байланысты. Зерттеулер бойынша мыс балқыту өндірісіне жақын аймақта топырақ пен өсімдіктерге ауыр металдардың мөлшері бақылау аймағымен салыстырғанда өте жоғары.

18

 Мыстың мөлшері 12 есеге  дейін, ал  басқа элементтердің  мөлшері 2-5 есеге дейін артады. Сонымен  қатар, мырыштан басқа  ауыр металдардың мөлшері топырақта   өсімдіктерге қарағанда әлдеқайда  көп. Алайда, топырақта ауыр  металдардың  мөлшері 2-3 есе артса, олардың  өсімдіктердегі  мөлшері 5-6есе  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 құрап  қалу, өзгеріссіз немесе  болмашы  ғана сыртқы зақымданудан соң   түсіп қалуымен байқалады . Күшті  ластану аймақтарында өндірістік  шаң да өсімдіктерге айтарлықтай  кері әсерін тигізеді. Шаңның  ірі бөлшектері (5-10м/км) өсімдіктердің  жер бетіндегі мүшелеріне механикалық  түрде  әсер етеді. Шаң бүршік, гүл, жапырақты зақымдаумен қатар  (кескілеумен) ағаш қабығын да  зақымдап, оның жарылып, аршылып  қалуына себепші болады. Қабығы  аршылған ағаш  организміндегі  суынан айрылып, қурай бастайды, калийдің қызметі бұзылады, яғни  жалпы өсімдіктер организмінің  тіршілік  қабілеттілігі төмендейді .Атмосфераға бөлінген зиянды  токсиканттар, атап айтқанда  күкірт  ангидриді, көміртегі тотығы, азот  тотығы, күкір қышқылы,  күкір  сутегі, хлор және ауыр металдар  қылқан жапырақты ағаштардың  жаңғақтарының дамуы мен мөлшеріне,  тұқым саны  мен массасына кері  әсер етеді. Қоршаған ортаны  ластаушы өндіріс  көздерінен  алшақтаған сайын бұл көрсеткіштер  дұрысталғандығы байқалады. Соңғы  кездерде экосистемалардың өздігінен  тазалануы тіпті оларға ауыр  металдардың түсуі тоқталған  күнде де жүрмей отыр, оның  себебі, осы уақытқа дейін топырақта  жиналған және оның тұрақты  компонентерінде фиксацияланған  металдар мөлшерінің шамадан   тыс көптігінде болып отыр.Өндірістік  шаңмен

19

интенсивті ластанған  аймақта тіршілігін жойған вегетативті бүршіктердің саны күрт өсіп (тыныштық күйдегі бүршіктер) мөлшері 80%-ке артқан. Ластану аймағынан қашықтағаннан сайын  тыныштық күйдегі тірі бүршіктердің саны артып, 90%- ке көтерілген. Соның әсерінен қабығы тілімденіп, бұтақтары деформацияланады. Экосистемалар-дың сандық және  сапалық өзгерістері өндіріс көздеріне жақындаған сайын арта түседі. Осының әсерінен  ағаш қабығындағы целлюлозаның мөлшері артады, нәтижесінде өсімдіктерің иммунитеті төмендеп, сыртқы  орта факторларының әсеріне төзімділігі төмендейді. (температура, стресс, патогенді микроорганизмдер) Ағаш қабығында целлюлоза мөлшері артып кеткен аудандарда зақымданған және тіршілігін жойған  ағаштардың саны артады. Сондықтан өсімдіктердің иммунитетін төмендететін техногенді  ластану олардың тіршілігін жоятын бірден-бір фактор. Табиғи стресстердің әсерінен иммуниеті төмендеген өсімдіктерде антропогенді ластануға жоғары  сезімталдық пайда болады.Өндірістік аймақтарда атмосфераның газды токсиканттармен ұзақ ластануы ағаш өсімдіктердің ассимиляциялық мүшелеріндегі пигменттердің түзілу мөлшеріне әсер етеді. Желдің бағыты бойынша таралған токсиканттардың жолындағы ағаштарда пигмент түзілу процесі жылдам жүретінін анықталған. Оған олардың жапырақтарындағы хлорофильдердің жоғары мөлшері дәлел бола алады .Соя өсімдігінің организміне кадмийдің түсуі артқан жағдайда (50мкг/моль) көміртегі айналымының жылдамдығы мен жапырақтардың су  өткізгіштігі алғашқы көрсеткішінен 50%-ке төмендеген. Мұндай өзгеріс жапырақтарда су мөлшеріне және  фотосинтез су өткізгіштігіде бір аптада 67% -ке төмендеген. Жоңышқа өсімдігіне құрамында мырыш пен кадмий бар ерітіндімен әсер  еткенде өсуі баяулап, хлороз белгілері мен жүйкелерінің арасында некроз пайда болған. Ластанудың артуы кейбір өсімдіктердің тіршілігінің жойылуына әкелген.

 

20

Кадмий мен қорғасынның  әсерінен өсімдіктер ұлпаларындағы  каталазаның және протеазаның активтілігі  төмендеп, ал пероксидазаның активтілігі  артады.Өсімдік және жануарлар организмінде ауыр металдардың  жиналуы, бірінші  кезекте бос иондарын активтілігімен  анықталады. Ауыр металдардың организмге енуіне әсер ететін екінші фактор болып  алкилденген және басқа да спецификалық химиялық формалардың болуы есептеледі.. Металдардың генетикалық өзгерістердің  кең спектрінің түзілуіне  себепкер. Бір метал клетканы бірнеше жерден зақымдай алады. Мысалы, кадмий ДНК  молекуласын зақымдауға, лизосомаларды  бұзуға, ДНК репарациясын тежеуге  қабілетті. Қорғасын ДНК репликациясы ферменттерінің синтезін бұзады, ДНК-ның  құрылымын өзгертеді. Мыстың жоғары мөлшері  ДНК конформациясын өзгертеді  және ДНК мен РНК синтезін  стимуляциялайды. Зерттеулердің нәтижелері көрсеткеніндей, кәдімгі сирень  және бирючина өсімдіктеріне ауыр металдар жиналған жағдайда фитогормондардың әсіресе цитокининдердің активтілігі төмендейді. Меристеманың флориальды морфогенезге көшуі гибберилиндер мен цитокининдердің активтілігінің артуымен  сипатталады. Алайда қоршаған орта ауыр металдармен ластанған жағдайда олардың активтілігінің деңгейі төмен күйінде қалады (ластанбаған ортамен салыстырғанда). Бұл фитогармондардың активтілігінің төмендеуі  меристеманың  дамуын тежеуші факторлардың бірі. Қоршаған орта ауыр металдармен ластанғанда өсімдік құрамындағы қанттардың, әсіресе сахарозаның мөлшері де төмендеп кетеді. Демек, орта ауыр металдармен ластанғанда  митоздың активлігінің төмендеуіне, меристеманың генеративті даму жолына көшуіне маңызды жағдайда фитогармондар мен қанттардың жетіспеуі кері әсер етеді. .Халықаралық денсаулық сақтау ұйымының мәліметтері бойынша қандағы қорғасынның қалыпты мөлшері 15-40 мкг/100 мл. АҚШ-да қала балаларының 5%-ке жуығының орталық жүйке жүйесінің қызметі қорғасын

21

тұздарымен зақымданған, ал Шотландияда балалардың 17%-нің  қанында 50-80 мкг/100 мл қорғасын кездеседі. Адам қанындағы қорғасынның мөлшері  оның ауадағы мөлшерінің артуымен пропорциональды  көтеріледі . Металдардың улылығын анықтаудағы маңызды жағдайдың  бірі –организмнің металдар аэрозолін  сіңіру. Мысалы, қорғасын-мырыш өндірістерінен бөлінетін қорғасын мен мырыштың сульфаттары мен хлоридтері биосферада оңай жылжып, бүкіл тірі организмдерге  жеңіл тасымалданады. Қорғасын-мырыш комбинаттарынан қоршаған ортаға бір мезгілде заттардың газды шаң түріндегі комплексі бөлінеді, ол газды заттардың организмге бірлескен түрде әсер ететінін көрсетеді. Мұндай комплексті әсерді бағалауда ортаның климаттық ерекшеліктеріне, атап айтқанда ауа температурасына, ауаның салыстырмалы ылғалдылығына көңіл бөлген жөн . Ауыр металдардың әсерінен өсімдік түрлерінің  реакциясы барлық ұйымдасу деңгейлерінде, яғни клеткалық, организмдік және популяциялық деңгейлерде байқала береді. Клеткалық деңгейде ауыр металдардың артық мөлшеріне қатысты жалпы байқалған стресс ретінде жасуша мембраналарының зақымдануы мен ферменттердің активтілігінің өзгеруі байқалады. Организмдік деңгейде өсімдіктің жеке бөлімдерінде морфологиялық және физиологиялық зақымданулар байқалады. Оларға  жапырақтардың некрозы, пішіндерінің өзгеруі, өркендердің қурап қалуы, өсімдіктің өсуінің баяулауы жатады. Зақымданған жапырақтарда жабын ұлпасы мен механикалық ұлпа, эпидермистің клеткалық қабаты әлсіз жетілген және кутикуласы жұқа болады. өндірістік ластанудың әсерінен дамудың толық циклы бұзылады . Ауыр металдарды адсорбциялау әр өсімдік түрінде әртүрлі жүреді. Мысалы бұршақ тұқымдастары, шатырша гүлділер , крест гүлділер және тал тұқымдастарына жататын өсімдіктер қорғасынды аз  жинайтыны анықталған, ал раушан гүлділер, күрделі гүлділер және  шегіршіндер тұқымдасының өсімдіктері көп мөлшерде жинайды. Ауыр металдардың тұздары өсімдіктер клеткеларында хромосомаларды үзеді, яғни құрылымына әсер етеді.

22

Аллюминий, кадмий, теллур т.б. ауыр металдар жануарлар мен өсімдіктердің  клеткаларында хромосомалық және генетикалық  мутациялардың кең  спектрін құрайтыны  туралы көптеген мәліметтер бар. Ауыр металдар өсімдіктер организмінде жинақталып, трофикалық  тізбек арқылы тарала отырып, тірі организмдердің әртүрлі таксономиялық  топтарына, оның ішінде адамға да зиянды әсер етеді .  Ауыр металдардың тұздары  бөліну кезеңінде хромосомалық аберрациялардың  жиілігін 2 есе арттырады. Көп жылдық  өсімдіктер, әсіресе дәнді дақылдар, құнды топырақтар мен өндірістік  территорияларда  табиғи  түрде  көптеп өседі.  Астық тұқымдастарының  түрлері ағаш өсімдіктеріне қарағанда  өндірістік газдардың әсеріне төзімді. Астық тұқымдастары ауыр металдармен  көп мөлшерде ластанған территорияларда  өсе алатындығы белгілі.Ауыр металдар иондарының жоғарғы концентрациясы, хросома ішіндегі  жеке органикалық  байланыстардың поляризациясын тудырады.  Бұл жағдайда барлық “ионды” мутациялар хромосомалардың үзілуімен сипатталады .