ТОПЫРА?ТА?Ы АУЫР МЕТАЛДАРДЫ? ЖЫЛЖЫМАЛЫЛЫ?ЫНА АРАЛ ??ІРІ БОЙЫНША Ж?РГІЗІЛГЕН ЗЕРТТЕУЛЕРДІ ТАЛДАУ

ӘОЖ

ТОПЫРАҚТАҒЫ АУЫР МЕТАЛДАРДЫҢ ЖЫЛЖЫМАЛЫЛЫҒЫНА АРАЛ ӨҢІРІ БОЙЫНША ЖҮРГІЗІЛГЕН ЗЕРТТЕУЛЕРДІ ТАЛДАУ 

Қорқыт Ата атындағы Қызылорда мемлекеттік университеті, Қызылорда қаласы

Бұл мақалада Арал өңірінің қоршаған орта нысандарындағы топырақтағы ксенобиотиктерге жүргізілген зерттеулер талданған. Анықталған ауыр металдардың жылжымалылық қасиеттерінің деңгейі әр түрлі болғандықтан, олардың миграциялануы кезінде уыттылығының деңгейі де әр түрлі болады. Топырақтағы ауыр металдардың жылжымалылығы топырақ ортасына да байланысты. Топырақтағы қышқылдықтың артуы олардың жылжымалылығын жоғарылатады. қышқылдықтың артуы зерттеулер көрсеткендей олардың мөлшері топырақта шекті мөлшерден жоғары болғанда тірі ағзаларға жылжу қабілетіне ие. 

Түйінді сөздер: зақымдалған топырақ, ауыр металдар, жылжымалылығы, «топырақ-өсімдік» миграциясы, фитотоксикантты эффект, ауыр металдардың транслокациялық қабілеті

Топырақ қабатына ауыр металдар көбіне атмосферадағы шаң-тозаң, жауын-шашын арқылы келеді. Жауын-шашын арқылы қорғасын, кадмий, мышяк, сынап, хром, никель, мырыш және тағы басқа элементтер түседі.

Металдар топырақта оңай жиналады, бірақ оларды жою өте қиын Топырақты ластайтын аймақтағы мұнай кен орындарындарындағы негізгі заттарға: мұнай, газ, мұнай суы араласқан қабат сұйықтары, мұнай қабаттарының газды қақпағы; мұнай қабатының сыртындағы сулар; қабат сұйығы мен мұнайды айыру кезінде пайда болатын мұнай, газ және ағын сулар; жер асты сулары; бұрғылау сұйықтары және мұнай өнімдері жатады. Бұл заттар қоршаған ортаға технологияның бұзылуынан, әртүрлі апаттар әсерінен және т.б. болады. Газды ағынның компоненттері су көздеріне өсімдік, топырақ беттеріне түседі. Көп жағдайда көмірсутектер жер бетіне жауын-шашынмен бірге түседі. Бұл кезде су көздері мен жер бетінің екінші рет ластануы болады. Мұнаймен ластану көрсеткіштеріне байланысты топырақ төмендегідей болып бөлінеді: мазутталған; жасырын мазутталған және тұздалған. Ластанған қабаттағы мұнайдың мөлшеріне қарай: төменгі - 3% (30г/кг); орташа - 3-6% (30-60 г/кг); жоғары 6,1-12% (61-120 г/кг). Мұнайдың құрамының көрсеткішіне қарай, топырақтың қаншалықты мазутталғаны анықталады [4,8,15].

Арал өңірінің климатына, өсімдік жамылғысына, гидрогеологиясы мен гидрологиясына тән әр түрлі топырақ түрлері болғанымен, олардың ортақ белгілері карбонаты көп, макроқұрылымы жоқ, суға төзімді, тұзы көптеу, микробиологиялық процестер тым күшті болып келеді. Сырдария өзенінің төменгі ағысында коллекторлы судың түсуі нәтижесінде жинақталған улы қосылыстардың құрамы күрт жоғарылауынан, өзенінің жағасындағы топырақтың құрамы да өзгергендігі анықталған. 2010-2011жылғы Сырдария өзенінің жағасынан алынған топырақтың құрамында бензопиреннің канцерогенді көпциклды көмірсутектің мөлшері 42,1-47,9 мг/кг, ал оның судағы мөлшері 0,014-0,015 мкг-кг, яғни ШРК шамамен 3 еседей жоғары болған.[10].

Топырақтағы ауыр металдардың жылжымалылығы топырақ ортасына байланысты. Қышқылды ылғалды топырақ ортасында Pb,Cr, Ni,Co, Cu, Zn, Cd, Hg - металдары тірі ағзаларға жылжу қабілетіне ие. Нейтралдық ортадағы топырақтағы жылжымалы қосылыстарға Zn, V, Аs, Se және гумуста кідірісте болған Cd мен Hg жатады. Ортаның өзгеруіне қарай кейбір металдардың жылжымалылық қасиеттері өзгереді. Топырақ ертіндісіндегі Cd²⁺ болымсыз (₃, CdCI₄, CdSО₄ түзеді. Бірақ бұл теріс байланыстағы қосылыс Cd²⁺ болғандықтан, топырақта ұзақ болмайды, сирек кездеседі. Кадмий топыраққа негізінен ауылшаруашылығында фосфор тыңайтқыштарын көп мөлшерде пайдаланғанда, жылу электр станциялары жұмыс істегенде, пайдалы кен байлықтарды балқыту кезінде таралып, топырақтың беткі қабатында жинақталады [2,3,4,5,16].

Топырақты зақымдаушы кей ауыр металдар көбінесе автотрассаларда және өнеркәсіп орындарының маңында анықталады. Олар қорғасын, мырыш, кадмий. Әсіресе жол бойынан 100 метрге дейінгі топырақ қорғасынмен зақымданады. Қорғасынмен зақымданған топырақта еріген фосфат болса сілтілі немесе нейтралды реакцияда гидроксид түзіледі, ол Pb(OH)2 біртіндеп Pb₃ (РO₄)₂ – көшеді немесе одан да күрделі суда нашар еритін фосфат, плюмбогуммит PbAI₃H{OH}₆{PO₄}_2- түзеді. Бұл қосылыс топырақ ертіндісіндегі қорғасынның деңгейін нейтралдық ортаға жақын 10ˉ⁶ моль/л деңгейіне жуық екендігін көрсетеді. Топырақтағы қорғасын қосылыстарына CO₃^2-, OHˉ, PO₄^3-, SO₄^3-, аниондары үлкен әсерін тигізеді.

Облыс аймағындағы Құмкөл кен орны мұнай және газ өндірумен айналысатын ірі компания болғанмен, барлық салалар бойынша мониторингтер жасалып, экологиялық қауіпсіздікті сақтау жолға қойылған. Дегенмен өнеркәсіп қауіпсіздігі сақталмауынан мұнай төгілу немесе құбырлардың жарылуы т.б. жағдайларда топырақтың төтенше қауіпті зақымдалуы пайда болып, төтенше жағдайға әкеп соқтыруы мүмкін. Себебі солтүстік-батыс аймақтағы ағынды сулардың құрамынан ауыр металдармен бірге мұнай көмірсутектері де анықталған [8,14,15].

Кесте 1 -«Торғай Петролеум» АҚ аймағында ауыр металдарды зерттеуге жүргізілген топырақ үлгісі.2011. қараша-желтоқсан.

Жоғарыдағы 1-кестеде топырақтың зақымдалу категориясының ауыр металл көздерімен (2категор) зақымдалуы және төтенше қауіпті (3категор) зақымдалуға жататын «Торғай Петролеум» АҚ компаниясының топырақтағы ауыр металдың орташа маңызды концентрациясы мен зақымдалуы келтірілген. Топырақты ластаушы ауыр металлдар ішінде мырыштың мөлшері жоғары екендігі анықталды.. Zn 11,42- 24,08 мг/кг.

Металдар топырақта оңай жиналады, бірақ оларды жою өте қиын: мырышты топырақтан жартылай жою кезеңі 70–510 жылға дейін, қорғасындікі 740–5900 жыл, кадмий 13-110жыл, мыс 310-1500 жыл. Топырақтың бетіне ауыр металдардың 80-90% тотықтар түрінде өтеді. Оларға: PbO₃, CuO, ZnO т.б. Атмосфералық жауын-шашынмен бірге миграцияланып, CO₂, NO_3, SO₃, HCI₂, HF миграцияланып топыраққа өтеді. Топырақтағы ауыр металдар органикалық қосылыстармен де кешенді күрделі қосылыстарға түседі. Топырақтағы гумуспен байланысып, гуматтар түзсе, гумустық заттар фульва қышқылымен байланысып, ауыр металдардың фульваттарын түзеді. Ауыр металдар топыраққа әр түрлі ортада сіңіріле алады. Қышқылды ортада қорғасын мен мырыш, сілтілі ортада кадмий мен кобальт сіңірілетіні анықталған [4,5,6,7,8].Соңғы екі жылда мұнай өнімдерімен зақымдалған топырақтың 85 м² жері мұнай мен төгілген қышқылдардан тазартылып, рекультива-цияланды. 2012 жылдың 1-жартысында берілген есеп бойынша (124 га + 0,0085 га) 124,0085 га ластанған және зақымдалған жер рекультивацияланған [15].

Кесте 2 – Арал өңіріндегі топырақтың зақымдалу көрсеткіштері

2-кестеде көрсеткіштер бойынша соңғы жылдардағы жерді тиімді пайдалануға бақылауды күшейтуге байланысты зақымдану 38,95 га, жерге азайған, ал рекультивацияланған жер көлемі 8,46 га, немесе 17,0% 7,3 % -дан 17,0% жеткен.

«ПҚҚР» АҚ қарасты Қызылқия, Ащысай, Майбұлақ кен орындарымен Ақшабұлақ кен орындарында соңғы зерттеулерде мырыш, қорғасын, кадмийдің мөлшерлі концентрациясы аздаған мөлшерде көтерілетіндігі анықталған. Жалпы алғанда мұнай өндіруші бұл өнеркәсіптерде топырақтағы мұнай өнімдері мен ауыр металдар көрсеткіштері санитарлық нормадан асқан жоқ. Бірақ топырақтың химиялық зақымдалу көрсеткіштерінің ауыр металмен зақымдалу индексі кадмий бойынша болымсыз орташа зақымдалған болып саналады. Ал қалған металл көрсеткіштері одан төмен.

Топырақта токсиканттар көбірек жиналған сайын мұнда өсетін өсімдердің бойында аккумуляцияланады, ал өз кезегінде бұл өсімдіктермен жануарлар қоректенеді. Өсімдіктің микроэлементтерді жинақтау, оның ішінде ауыр металдарды жинақтауында «топырақ-өсімдік-жануар-адам» тізбегінің аралық қатарларын құрайды. Өсімдіктің химиялық құрамы топырақтың құрамына байланысты қажетті микроэлементтерін топырақтан сіңіріп отырады. Топырақтан оны сіңіру арқылы өсімдік өзінің физиологиялық, биохимиялық қажеттілігін қанағаттандырады.

Топырақты түзуге қатысатын немесе өсімдікке сіңірілетін ауыр металдардың транслокациялық қабілеті топырақтың агрохимиялық, физико-химиялық қасиеттеріне әсерін тигізеді. Олар топырақта аз өзгеретін, жинақталған, еріген, сіңіруге дайын түрде де болады. Транслокациялық қабілетін анықтау арқылы «топырақ-өсімдік» жүйесіндегі өсімдіктің биологиялық ерекшеліктері мен топырақтың ауыр металдармен зақымдануының деңгейлерін анықтауға болады. Әрине «топырақ-өсімдік» жүйесінде ауыр металдардың миграциясы барлық уақытта қауіпті бола бермейді. Кейбір өсімдіктердің адсорбциялық қасиеті болса, ал екінші бір өсімдіктер тіпті басқаша керісінше уыттылығын жоғарылатуы да мүмкін.Топырақтағы ауыр металдардың токсиканттығы ережеге сәйкес қышқыл, сілтілі және сирек нейтральді топырақтарда байқалады. Ал металдардың өсімдіктерге сіңірілуі де осы ережеге сәйкес келеді. Топырақтағы қышқылдықтың артуы олардың жылжымалылығын жоғарылатады. Мысалы: мырыш топыраққа түсу формуласы ZnO болса, қышқылдығы Рн ₂O₆)]²⁺ гексааква-ион деп аталып, ал Рн9,1 тең болғанда (ZnOН)₂ немесе [(ZnOН)₂]²ˉ деп белгіленеді.

Ғылыми әдебиеттер мәліметтерінде топырақтың әр түрлі токсиканттармен зақымдалуына өсімдіктің тұрақтылығы - фитотоксикантты эффект(ФЭ) өсімдіктің бақылауға алынған биомассасының үлесімен сипатталады:

ФЭ= [(P₀ – P_х) : P₀] ×100% ,

Мұнда P₀ – «таза» және P_X – зақымдалған топырақтағы өсімдікке қатысты салмағы(г),

ФЭ - өсімдіктің бақылауға алынған биомассасындағы ауыр металдардың теріс көрсеткіші анықталады.

Токсикаттардың транслокациялық қосылыстары өсімдік массасындағы металдардың іздерімен, Удовенко бойынша (ФТ) фитотоксиндігімен бағаланады. Өсімдікке топырақ арқылы енген ФТ биомассасының азаюын мына формуламен өрнектейді:

ФТ=[(P₀-P_х) – C₀ : P₀ – C_х] ,

C₀ – үлгі бақылаудағы және C_х – зақымдалған өсімдіктегі токсикант концентрациясы (мг/кг);

P₀ – үлгі бақылаудағы және P_х – металмен зақымдалған өсімдіктегі токсиканттың құрғақ массасы(г).

(ЭД₅₀) – Ауыр металдардың әсеріне өсімдіктердің тұрақтылығын бағалау критерииі - әсерлі доза (ЭД₅₀). Ол қорғасын үшін 12,2мк/кг, ал кадмий үшін 3,5 мк/кг [1,2,3,4]. Басқа қоспасыз тек белсендірілген топырақта миграциялық қабілеті төмендеп, Pb өсімдіктің өнімділігіне тікелей әсер етіп, Pb -12 мг/кг, уыттылық коэфициенті - 0,33-ке көтеріледі. Яғни қорғасынның адсорбциялық қабілеті кадмиға қарағанда жоғары, сондықтан ол иондармен қоспада, өз иондары есебінен де сейіліп, өсімдікке әсері азаяды.

қорғасынның миграциялық қабілеті басқа металдармен қосылыстарда үлкейетіндігін көрсетеді. Ол жылжымалы түрге айналып, өсімдіктің бойында жан-жақты таралып, Pb(NO₃)₂, Pb(NO₃)₂+Cd(NO₃)₂ қосылыстарында қорғасынның өсімдіктегі мөлшері 3 - 4,2 мг/кг, уыттылық кофициенті 0,13 - 0,17, өсімдікке әсерлі дозасы 4-2 мг/кг болады.

кадмийдің миграциялық қабілеті топырақ қоспасының барлық деңгейінде кадмийдің төмендеуіне әсер етеді. Кадмидің нитрат және қорғасын қосылыстарымен (Cd(NO₃)₂+Pb(NO₃)₂, Cd(NO₃)₂) ластанғандағы фитотоксиндігі үлкен - 10,5-3,1 мг/кг. Бірақ өсімдік бойындағы биогендік элементтер мен микроэлементтер онымен қосылыс жасап, өнімділік процесіне қатысады. Әрі кадмидің әсерінің азаюы биологиялық сіңіру коэфициентіне (0,00015- 0,0057) де тәуелді. Әсерлі доза(ЭД₅₀) топырақ қоспасында -3,5 мг/кг, ең жоғарысы - Cd (NO₃)₂ сәйкес келеді [4,5,6,7,8].

2010-2011жылдары «ПҚҚР» АҚҚ келісім шарт территориясындағы топырақ-өсімдік құрамындағы сынамаға алынған ебелек және күрделі гүлділер тұқымдасына жататын өсімдіктердің сазды-сортаң және сортаң жерде өсетін түрлерінде кадмийдің концентрациясы жоғары. Топырақта кадмий 0,5 мг/кг-нан 0,09 мг/кг (ШРК-0,5) аралығында болса, ал үлгіге алынған өсімдік түрлерінде 0,1мг/кг-0,05 мг/кг аралығында болған. Бұл мөлшерден артық.

«Топырақпен - өсімдік» жүйесінде ластаушы зат салмағына қарай белгілі бір концентрацияда ауытқу байқалады. 2011жылғы ОА топырағына жүргізген зерттеуде топырақтағы мырыш деңгейі 12,65мг/кг-15,2 (ШРК- 23,0), мыс-23,8 -26,2 мг/кг(33,0), кадмий- 0,6 - 0,8мг/кг (ШРК- 0,5), қорғасын-4,41-14,5 мг/кг (ШРК-32,0), сынап-0,5-0,11 (ШРК-0,1) мг/кг, көмірсутек құрамы 0,30 мг/кг, ол өсімдіктерде 0,14 мкг/г аралығынан ауытқып отырды.

Өсімдік бойына сіңірілген ауыр металдар біркелкі таралмайды. Көбіне мыс пен мырыш тамырда, ал кадмий жапырақта шоғырланады [1,4,9].

Қорытынды

Бұл мақалада Арал өңірі бойынша жүргізілген зерттеулер нәтижесінде топырақтағы ауыр металдардың токсиканттығы талданды. Анықталған ауыр металдардың жылжымалылық қасиеттерінің деңгейі әр түрлі болғандықтан, олардың миграциялануы кезінде уыттылығының деңгейі де әр түрлі болады. Топырақтағы қышқылдықтың артуы олардың жылжымалылығын жоғарлатады. Зерттеулер көрсеткендей олар топырақта шекті мөлшерден жоғары болғанда тірі ағзаларға жылжу қабілетіне ие. Топырақты ластаушы ауыр металлдар ішінде көмірсутекті кен орындарына жақын аймақтарда мырыштың мөлшері жоғары екендігі анықталды. Автотрассаларда және автотұрақтар топырағында анықталған қорғасын әсіресе жол бойынан 100 метрге дейінгі қашықтықта зақымдалу категориясы бойынша 12 ≤ К ≤ 40 –зақымдалу жоғары. Қорғасынның топырақтағы жылжымалылығы жоғары болғанымен «топырақ-өсімдік» миграциясына қатер төндірмейді. Яғни қорғасынның адсорбциялық қабілеті кадмиға қарағанда жоғары, сондықтан ол өз иондары есебінен де сейіліп, өсімдікке әсері азаяды. Бірақ топырақтың химиялық зақымдалу көрсеткіштерінің ауыр металмен зақымдалу индексі кадмий бойынша болымсыз орташа зақымдалған болып саналғанмен топырақтағы оның көрсеткіші 0,5 мг/кг-нан 0,09 мг/кг шекті мөлшерден жоғары болған.

Резюме

В почвенный покров тяжелые металлы в основном попадают из атмосферы с пылью, вместе с осадками в почву поступают свинец, кадмий, мышьяк, ртуть, хром, никель и другие элементы. В Аральском регионе проводились исследования ксенобиотиков в почве объектов окружающей среды. Уровень токсичности тяжелых металлов во время миграции бывает разным, так как свойства их миграции различные и скорость также зависит от условий почвенной среды. Повышенная кислотность почвы увеличивает скорость миграции тяжелых металлов. Сильное загрязнение тяжелыми металлами обнаружено вблизи автострад, особенно свинцом, а также цинком, кадмием. Ширина придорожных аномалий свинца в почве достигает 100 м и более. Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции. В пределах области на месторождении Кумколь действуют крупные нефтегазодобывающие компании, по всем направлениям ведется экологический мониторинг. Но все же при не соблюдении промышленной и экологической безопасности, может привести к чрезвычайным ситуациям.

Summary

Әдебиеттер

1. Орлов Д.С. Химическое загрязнение почв и их охрана. Словарь справочник.- М.: Агропромиздат, 1991.-303с.

2. Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. – М.: Высш. шк., -1998, -287с

3. Саданов А.К., Айткельдиева С.А., Файзулина Э.Р. Биотрансформация нефти в почвенной экосистеме – Алматы, 2010г.-172 с.

4. Садовникова Л.К., Орлов Д.С., Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. – М.: Высш. шк., -2006-334 с.

5. Миграция тяжелых металлов в окружающей среде.//Е.Г.Перязева, А.М.Плюснин, В.И.Гунин// -журнал.- «Экология и промышленность Росии», октябрь 2001. -29-31с.

6. Миграция тяжелых металлов в системе «почва-растение». // Л.В.Шведова, Т.А.Чеснокова, А.В.Невский //.-журнал.- «Инженерная экология», 2004.-46-53с.

7. Миграция кадмия и кадмия и свинца в растения //Л.В.Шведова, А.П.Куп-рияновская, А.В.Невский //-журнал.- «Экология и промышленность Росии», октябрь 2004. -28-31с.

8. Состояние загрязнений почвы тяжелыми металлами на нефтепромыслах НГДУ Жайыкнефть.// М.Л.Диаров., Е.Г.Гилажов., А.К.Шапакова., Г.Е.Ким., Т.Ж.Ергалиев //-журнал - «Инженерная экология», 2004.-24-26с.

9. В.С.Барсукова. Физико-генетические аспекты устойчивости растений к тяжелым металлам.//Аналитический обзор.СО РАН; ГПНТБ; Институт почвоведения и агрохимии. – Новосибирск. 1997. – 232 с.

10. Берденқұлова А.Ж. Арал өңірінің түрлі су көздері мен топырақтың ластану деңгейі және оның аймақ тұрғындарының тиреоидты жүйесінің функциялық белсенділігімен түйісуі 03.00.16 – экология -Автореф. дисс.канд.биол.наук. - Алматы, 2008. – 23 б.

11. СТ РК ГОСТ Р 51 301- 2005- Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания токсичных элементов (кадмий, свинец, медь и цинк)

12. Санитарные нормы и правил: Нормативы предельно допустимых кон-центраций вредных веществ, загрязняющих почву. Приложение 4, Совместный приказ Министерства здравоохранения РК от 30.01.2004 г. №99 и Министерства охраны окружающей среды РК от 27.01.2004 г. №21-п

13. Поянительная записка к отчету о качественном состоянии земель Кызылординской области. Научно-методические указание. Кызылорда. -12с.

14. ОТЧЕТ о результатах работ по мониторингу окружающей среды и здоровья населения Приаралья за 2008 – 2011гг. – Кызылорда: Центр экологического мониторинга окружающей среды, 2012. -35 с.

15. Информационно – аналитический отчет по контрольной и право-применительной деятельности Арало-Сырдарьинского департамента экологии за 2011 год. г.Кызылорда.2011. –3-70с.

16. С.А.Куценко. Основы токсикологии. Санкт-Петербург, 2002.- 365с. [Электронный ресурс].