Қазіргі кездегі экологияның орны мен ролі

Қазіргі кездегі экологияның орны мен ролі

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.

Шымкент қаласының территориясында орналасқан “Южполиметалл” ӨК АҚ ұзақ жылдардан бері қала территориясын зиянды қалдық заттармен ластауда. Қаланың айналасында көптеген өндіріс орындары соңғы жылдардағы экономикалық дағдарысқа байланысты өз жұмыстарын тоқтатқанмен, аталған қорғасын өндірісі қазіргі күнге дейін үздіксіз жұмыс істеуде. Оны жылдың барлық мезгілдерінде өндіріс мұржаларының будақтап шығып жатқан қою сұр түтін мен қаланың осы өндіріс орны орналасқан оңтүстік-батыс бөлігінің жиі-жиі көк тұманға малынып тұруынан, кейде тынысты тарылтып, тамақты ашытар атмосфера ауасынан да байқауға болады. Республикамызда өндіріс орындары дамуының ғылыми тұрғыдан жеткіліксіз негізделуі және өндірістік қуаттың көп жылдар бойы қарқынды өсуі адам экологиясы мен қоршаған орта гигиенасын төтенше ауыр жағдайға алып келді. Осыған байланысты қоршаған ортаның ластануы мен оның өсімдіктер мен жануарларға, адам денсаулығына тигізетін әсерін зерттеу үлкен қажеттілікке айналып отыр.

Өндірістік қалдықтардың қоршаған орта объектеріне түсуін, жиналуы мен миграциясын зерттеу , олардың әсерін дұрыс бағалауға мүмкіндік береді. Қоршаған табиғи ортаның жағдайын бақылаудың құрамына өндіріс орындары мен ластаушы заттардың құрамы мен қасиеттерін, биосферадағы химиялық элементтердің таралуын, олардың құрылымы мен функциональды көрсеткіштеріндегі өзгерістерді бақылау кіреді.

Осыған байланысты біздің жұмысымыздың мақсаты- Шымкент қаласының территориясында ауыр металдардың таралуы мен өсімдіктерде жиналу мөлшерін анықтау және қоян арпа (Hordeum leporinum) өсімдігін биоиндикатор ретінде алып өсімдіктердің хромосомалық жиынтығына әсерін зерттеп, соның негізінде қоршаған ортаның экологиялық жағдайын бағалау.

Қазақстандағы экологиялық қауіптілігі жоғары аймақтардың бірі Оңтүстік Қазақстан облысы. Шымкент қаласындағы ірі өндіріс алыптарының бірі- «Южполиметалл» ӨК АҚ. Осы өндірістен бөлінген зиянды қалдықтардың негізгісі қорғасын және т.б. ауыр металдар. Олар суда, топырақта және тірі организмдерде жиналып, қоректік тізбек арқылы тасымалдана отырып адам ағзасына жиналады. Сондықтан қоршаған ортада ауыр металдардың таралу мөлшерін анықтап, олардың өсімдіктердің құрылысына әсерін бақылау өзекті мәселелердің бірі болып табылады.

Ғылыми жұмыстың жаңалығы -Шымкент қаласының климаттық жағдайында ауыр металдардың әртүрлі қашықтықтарға таралуына сәйкес өсімдіктерде жиналу дәрежесі анықталды. Жабайы астық тұқымдастардың өкілі- қоян арпа биоиндикатор ретінде алынып, олардың хромосома жиынтығына ауыр металдардың кешенді әсерінің мутациялық активтілігі бағаланды.

Ауыр металдардың өсімдіктерге биологиялық әсері

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, олар органикалық 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. 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 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. 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 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.

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 .

Мыс — өсімдіктердің тіршілігіне қажетті микроэлемент. Бірақ мыстың өсімдіктер организмінде артық мөлшерде жиналуынан тамыр системасының дамуы мен өсуінің тежелуі, өсімдіктердің жер үстіндегі бөлімдерінің баяу өсуі және жапырақ ұштарының бозаруы байқалады. Мыстың артық мөлшерінен туындайтын патологиялық өзгерістердің нәтижесінде мәдени өсімдіктердің өнімі күрт төмендейді .

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

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 жапырақтарының ұшы мен өркені қызыл- бурыл түске боялады. Жапырақтар жиырылып немесе түсіп қалады, өсімдіктердің өсуі баяулайды. Топырақта кадмий мөлшері 30 мг/кг–нан артса, өсімдіктер тіршілігін жояды. Кадмийдің көп мөлшері топыраққа мырыш рудаларын өндіру және өңдеу кезінде түседі [33,34]. Кадмийдің әсерінен өсімдіктердің өсуінің тежелуі-фотосинтез процесінің әлсіреуіне байланысты. 1кг жапырақта 96 мг кадмийдің болуы фотосинтез қарқындылығын 50 төмендетеді.

Қоршаған ортаны қорғаудағы мемлекеттiк iс- шаралардың жүргiзiлуi

Қазiргi кезде қалыптасып отырған күрделi экологиялық жағдай, әсiресе бiздiң мемлекетiмiзде табиғатты қорғауда декларациялы iс-шараларды емес, iс-жүзiндегi нақтылы iс- шараларды талап етедi. Көрсетiлiп жатқан iс- шараларға қарамай, елiмiздегi экологиялық жағдайды қалпына келтiру жұмыстары қанағаттанарлық емес. Тiптi қай жерлерде болмасын, кризистi жағдайлар қалыптасып алаңдаушылық туғызуда.

Ластанумен күресудiң барлық түрлерi мен бағыттарының iшiнде ең бiрiншi экологиялық залалдың пайда болуына кедергi бола алатындарына мән берген жөн. Осындай жолдардың бiрi табиғи ресурстарды үнемдi пайдалану болып табылады.

Табиғат пайдалануды басқару табиғатты тиімді пайдалану, табиғи ортаны қорғауды ғылыми негізде жоспарлау, құқықтық ережелерді дайындау, экономикалық ынталандыру, техникалық-ұйымдастырушылық, экологиялық және экономикалық шараларды белгілеу, оларды қаржыландыру және орындалуын қадағалау арқылы жүргізіледі.

Табиғат пайдалануды басқару аса күрделі процесс, өйткені мұнда табиғи және қоғамдық құбылыстар бір-бірімен тығыз байланысып жатады. Сондықтан кешенді , жүйелі басқаруды талап етеді. Табиғат қорғау және тиімді пайдалану шешімдерін дайындау, қабылдау үшін мемлекеттік есеп беру жүйесінің мәліметтері пайдаланады. Қоршаған ортадағы заттардың табиғи мөлшерiн қалыпты ұстау үшiн халықаралық және мемлекеттiк дәрежедегi биосфералық қорықтар жүйесi ұйымдастырылған. Мұндай мемлекет территориясында қоршаған табиғи ортаны бақылау қызметтерiнiң жүйесi, ұлттық мониторингтiң құрамдас бөлiгi болуы керек.

1992 жылы Рио-де-Жанейрода “Жер планетасы” деген атпен өткен жоғары дәрежедегi кездесуде БҰҰ-ның климаттың өзгеруi туралы конвенциясына 157 мемлекеттiң өкiлдерi қол қойды. 1993-1995 жылдары Казгидромет пен КазЗИ Москвада “Парниктi газдар және Қазақстандағы климаттың өзгеруi” атты бiрiккен қазақ- американ жобасы орындалды. Бұл жобаның шеңберiндегi жұмыстар мынадай бағыттарды қамтиды: Қазақстандағы климаттың аймақтық өзгерiсiн анықтау және бағалау, парниктi газдардың эмиссиясы мен ағынын тiркеу, экономиканың әр саласында парниктi газдардың бөлiнуiн шектеу шараларының орындалуын бағалау, т.б. Негiзгi өндiрiс көзi-энергиялық сектор болып табылады. Екiншi орынды жер астындағы көмiр шахталарынан және ауыл шаруашылығы секторларынан бөлiнетiн метан газы иелендi.Тұрақты даму концепциясы мен Рио-92 Декларациясының принциптерi адамзаттың экологиялық, әлеуметтiк-саяси және экономикалық тұрғыдан дамуын қамтиды. Осы саладығы дүние жүзiн қамтып отырған мәселелер барлық мемлекеттердiң өзара бiрiгiп, қызмет етуi қажеттiгiн анықтай түседi.