Топырақтың мұнай және мұнай өнімдерімен ластану жағдайындағы өсімдіктердің өсуі мен фиторемиадиация механизмдері

Фиторемедиация төмен орташа ластану деңгейіндегі бөліктерде ғана тиімді, нәтижелі болады. Көмірсутек сүйгіш өсімдіктер мұнаймен ластанған топырақтарды өз тамырларының өсу тереңдігіне қарай тазалауға қабілетті. Сонымен қатар, ағаштар мен бұталар шөпті өсімдіктерге қарағанда, топырақты үлкен тереңдікте тазалайды. Өсімдіктердің фиторемедиация потенциалы метаболизм белсенділіктері (ыдырау кезінде) немесе өсімдік мүшелеріндегі токсикант концентрациясына және соңғысының массасына (жиналу кезіндегі) тәуелді [27].

Өсімдіктердегі токсиканттар:

тамырларда, өсімдік сабағында, жапырағында жиналуы мүмкін (мысалы ауыр металдар).
аз токсинді заттарға дейін ыдырай алады (органикалық қосылыстар).
өсімдікте қозғалып, оның жер үсті мүшелерінен жоқ болып кете алады.

Өсімдіктер фиторемедиацияға жанама түрде де қатыса алады. Мысалға, кейбір өсімдіктер токсиканттарды тамырларының бетіне сорбцияланады: өсімдік тамырының маңында тіршілік ететін қоңыздар мен микроағзалар улы заттарды ыдыратып, оларды зиянсыздандырады.

Қазіргі таңда [28, 29], көптеген ғалымдар фиторемедиация процестерімен белсенді түрде айналысуда. Олар ластанған топырақтарда өсірілетін өсімдіктердің адам мен жануарға қаншалықты зиян екенін анықтап, мұндай өсімдіктердің атмосфераға зиянды газдар шығарады ма? деген сұрақтарға жауап іздеуде.

Ластанған аймақты өсімдіктер көмегімен тазалау үшін қажет уақыт бірнеше факторларға тәуелді:

өсімдіктердің түр-тұқым құрамы мен олардың тығыздығы (саны),
ластану типі мен қарқындылығы,
ластанған аймақ көлемі мен тереңдігі,
топырақ типі мен климаттық жағдайлар.

Бұл факторлар, сонымен қатар, топырақты тазалау жылдамдығы да ластанған бір аймақ көлемінде тез өзгере алады. Жағымсыз ауа-райы мен өсімдіктің жануарлармен желінуі тазалану уақытын ұзартуға қабілетті.

Жалпы айтқанда, фиторемедиация едәуір ұзақ уақыт жүреді және ондаған жылдарға да созылуы мүмкін. Фиторемедиацияның басқа топырақты тазалау әдістерінен артықшылығы, арнайы қондырғылармен жабдықтауды, еңбек күші мен қосымша шығынды қажет етпейді. Себебі, жұмыстың көп бөлігін өсімдіктер флорасы атқарады. Сонымен қатар, бұл әдістің жоғары экономикалық тиімділігі де түсіндіріледі. Оған қоса, өсімдік тазаланушы жер бөлігін тартымдырақ етеді.

Фиторемедиация – жаңа болмаса да, көптеген жерлерде ойдағыдай (табысты) тексерілген болашағы бар технология.

Табиғатты қорғау технологияларының маңызды секторларының бірін ремедиацияның ластанған жерді поллютанттардан тазарту әдістері құрайды. Сонымен қатар, бүкіл дүние жүзіндегідей, технологияның дамуы немесе жаңаның жасап шығарылуы – тазартудың тиімділігін (нәтижелігін) арттыру мен шараға жұмсалған шығынды азайту сияқты екі мақсатты көздейді [30].

Фитотұрақтандыру өсімдіктердің топырақтан немесе жер асты суларынан ластағыш заттарды жинап алуы немесе иммобилизациясы болып табылады. Фитотұрақтандыру кезінде процестің әр түрлі механизмдері болады. Олар: поллютанттардың тамырмен абсорбциялануы мен олардың өсімдікте жиналуы, поллютанттардың тамыр үсті зонада ризосферада адсорбциялануы немесе олардың сол жерде тұндырылуы (Сурет 2).

Сурет 2. Мұнай және мұнай өнімдерімен ластанған топырақтардың фиторемедиациясы кезіндегі негізгі механизмдері

Қазіргі таңда әдіс спетрлерінің ішіндегі бұл мәселені шешуде кең тараған, негізгілері сорбенттер мен реагенттер, яғни мұнай немесе мұнай өнімдерін ластанған аймақтан жинауға, иммобилизация — «байланыстыру» немесе химиялық реакциялар көмегімен экологиялық қауіпсіз заттарға айналдыруға мүмкіндік беретін қосылыстар [31].

Соңғы он жылдықта биотехнологияның қарқынды даму мәселесі ластанған топырақтарды тазартуда шешімдер табуға мүмкіндік жасады. Ғылыми журналдардың мұнай және мұнай өнімдерін деградациялау процестерінде микробиологиялық әдістер де жиі кездеседі. Биоремедиация әдістерінің қоршаған ортаны ластаушы көмірсутектердің мұнай немесе мұнай өнімдерін өз азығы ретінде пайдаланатын микроорганизмдер көмегімен тазартуға негізделген.

Алғашында фиторемедиация процестері топырақтағы ауыр металды жою үшін тазарту негізінде пайдаланылған. Өсімдіктердің кейбір түрлері қорғасын, сынап, мырыш иондары сияқты басқа да ауыр металдардың жұтылу қасиеттеріне қарай сорбциялық белсенділіктерін ғылыми бағыт ретінде қарастырған. Бұл жаңалықтар оңай шешім табуға мүмкіндік жасады. Енді топырақты тазалау үшін бар — жоғы оған қажет өсімдік түрін сеуіп тастау, ал маусым соңында ауыр металдар «өнімін» жинап алып, арнайы механизмдер арқылы тазарту.

Жер беті топырақтарынан асыл металдарды алу жайлы ұсыныстарды көптеген зерттеулер дәлелдейді [32]. Себебі, кейбір өсімдіктер, (әсіресе, жай қыр) соның ішінде жай қырыққабат жерден, күміс пен платинаның тамыр жүйесіне ғана тиесілі барлық иондарын табу арқылы көп мөлшерде өзінде жинақтауға қабілетті екені анықталды.

Краснодар өлкесінің Анастасиевск-Троицк кен орнының ауыр мұнайын (ІV горизонт) қара топырақтың 25/50 г/кг есебінен, көлемі 2 шаршы м бөлінген тақтайшаларға (2м х 1м) жағады. Бір қатар нұсқаларда, егін егу кезінде топыраққа саңырауқұлақтарды Penicillium canescens, Aspergillus ustus, өнеркәсіптік триходерминді, аталған микроорганизмдердің мұнаймен ластану жағдайында ауыл шаруашылық дақылдарының дамуына жағымды әсерін анықтау үшін, енгізген. Зерттелетін өсімдіктердің тұқымдарын (жүгері, күнбағыс, соя) егуден бұрын екі сағат бойына сәйкес келетін саңырауқұлақтың суспензиясында ұстаған. Саңырауқұлақтардың ұшпаларының есебі келесі шаманы көрсетті: P.canescens 6.4 х 10⁷ үшін егіннің бір қума метріне кеткен саңырауқұлақ ұшпалары және саңырауқұлақтың көп мөлшердегі мицелиялары; A.ustus – 8,0 х 10⁶ үшін ұшпа/м; триходермин үшін – 2,2 х 10⁶. Аталған нұсқалардан басқа тәжірибеде минералды тыңайтқыштар мен суландырудың әсері де зерттелді [33].

Тәжірибелік өсімдіктердің өсуі мен дамуы ластанған топырақ қабатындағы мұнай өнімдерінің мөлшеріне тікелей байланысты екендігі анықталды. Сонымен, соя өсімдігінің 50 г/кг мөлшердегі нұсқасында өскіндер фазасында барлығы өліп қалды. Күнбағыс пен жүгері мұнаймен ластануға берік болып шықты: бұл мөлшерде барлық өсімдіктер сақталған. Алайда, алғашқы жапырақ фазасына жеткенде, олар дамуын тоқтатты. 25 г/кг мөлшерде келесідей көрініс байқалды. Сояның жер үстілік массасының төмендеуі мұнайды енгізбей бақылаудың 80-90 % құраған. Күнбағыс пен жүгері өсімдіктері өніп шыққаннан кейінгі алғашқы уақытта баяу өскен, содан кейін, 4-5 жапырақ қалыптасқаннан кейін қарқынды өсе бастайды, вегетация соңында ауқымды биомасса құрап, осы көрсеткіш бойынша мұнайсыз өсімдіктерге жетіп қалды.

Жалпы алғанда, алынған мәліметтерді сараптап, келесідей қорытындыға келдік. Күнбағыста зерттелген микроорганизмдердің бірде бірі мұнайдың теріс әсерін жеңуге ықпалын тигізбеді. Жүгеріде осыған қарай тенденция байқалған. Ең жақсы нәтижелерді соя берді: тек триходермин ғана осы дақылдың массасын арттырмады. Басқа нұсқаларда тиімділіктің артуы байқалды. Сөйтіп, жүргізілген зерттеулердің нәтижесінде мұнайдың құрамы тым жоғары болғанда да, жақсы өсетін өсімдіктер мен ластанған топырақта өсімдіктердің өсуін қандай да бір дәрежеде ынталандыратын микроорганизмдер анықталды. Бұндай микроорганизмдер таза дақылдарға шығарылып, коллекцияда сақталуда және бұдан арқы зерттеулерде пайдалануға болады.

Мұнайға берік және вегетативті массасын тез жинақтайтын күнбағыс пен жүгері, потенциалды фиторемедиаторлар түрінде қарастырыла алады. алайда бұл үшін осындай өсімдіктердің мұнай өнімдеріне төзуінің айқын көрінетін қабілеттері болуы керек. Топырақ қабатындағы аталған дақылдарды газ-сұйықты хроматография әдісімен анықтау нәтижелері, кейбір нұсқаларда өсімдіктері жоқ нұсқаға қарағанда, төзетін мұнайдың мөлшері біршама артатынын көрсетеді. Басқаша айтсақ, өсімдік компоненттерінің фиторемедиацияны қалыптастыруға ықпалы бар. Бұл бағыттағы зерттеуде, мұнайдың көмірсутегілерімен ластанған топырақ қабатының қалпына келуінің тиімді жүйесін жасауға қажетті нақты материалды жинақтау мақсатында, жалғасуда [34].

Топырақ барлық құрлықтағы биогеоценоздың мiндеттi жиынтығы, бұл негiзгi, барлық қалған биогеоценоз компоненттерiн бiр функционалды жүйеге топтастырушы [12]. Топырақ көп жағынан тiрi заттардың негiзгi төсенiшi болып табылады, ол: топырақтағы жануарлардың, өсiмдiк тамырларының және микроорганизмдердiң, ал өсiмдiктермен басқа организмдерге арнайы азот, су, витамин және көптеген өнiмдердiң көзi болады [4, 16, 35].

Әр түрлi популяцияда қауымдас болып түрлi заттар айналымына қатысып, көптеген қызметтердi орындайтын әр түрлi өсімдіктер үшiн топырақ мекен ету ортасы [12, 36].

Көптеген биоценоздар үшiн маңызды процестердi өсімдікдер атқарады, ондай процестердi макроорганизмдер ешқашан алмастыра алмайды. Топырақта саны көп жағынан бактериялар, актиномицеттер, саңырауқұлақтар болса, ал балдырлардың саны аз. Барлық организмдер жиынтығына кiрiп, топырақ бөлiгiнiң биотасын қамтушы — дәл осы өсімдіктер болып табылады. Топырақ өсімдіктерінен басқа, құрамына сонымен бiрге клеткасыз бактериофагтар, вирустар және кейбiр микроскоптық жануарлар кiредi. Саны көп және әртүрлi топтар бактериялар болып табылады. Топырақ бактериясының құрамына 50 туыс, 250 түр кiредi, ал жалпы микроорганизмдер саны бойынша актиномицеттер 30%, 1-3% саңырауқұлақтар қамтиды [37].