Ауыр метал иондарының кейбір өсімдіктердің жекеленген мүшелерінде таралу ерекшеліктері

Биологиялық рекультивацияда мәдени өсімідктерді өсіруге мүмкіндік беретін үлкен жер көлемін қайта қалпына келтіретін атжалдардың дұрыс пішінді көп көлемін жасау қажет. Рекультивацияның ауылшаруашылықтық бағыты бойынша атжалдардың беті ауыр ауылшаруашылық техникаларын және басқа да механизмдерді пайдалану үшін тегістелген болуы қажет. Локальді түрде артық ылғалданудың алдын-алу үшін атжалдардың беті атмосфералық жауын-шашынның артық мөлшері ағып кетуі үшін 10 шамада бір жаққа қарай ойыс болғаны дұрыс. Ал, 2-30 ойыстар егіншілікте эрозияға қарсы жұмыстарда арнайы орындалады [16].

Атжалдары тау-кен рекультивацияға дайындауды екі сатыда жүргізеді: жалпы - алдымен атжалдардың бетін тегістейді, содан кейін соңғы рекуль-тивация – 2-3 жылдан кейін грунт толығымен отырып болған соң. Атжалдар-дың толық тұрақтануы 15-20 жылда іске асады, ал грунттың біршама отыруы Н.И.Горбунов және көптеген зерттеушілердің бақылаулары көрсеткендей – алғашқы бір-екі жыл ішінде іске асады. Бірнеше жылдар бойы Н.И.Горбунов авторлармен бірге еліміздің көптеген карьерлеріндегі жыныстардың қасиеттерін зерттеу барысында жинақталған талдау материалдарын пайдалана отырып, нақты карьерлер үшін ауылшаруашылық рекультивация кезінде жарамдылығы бойынша жыныстардың жіктелуін жасады. Бұл жіктелу жыныстардың агрохимиялық қасиеттеріне емес, олардың жарамдылығына негізделген. Н.И.Горбуновтың  пікірі бойынша агрохимиялық және агрофизикалық көрсеткіштердің көбісі жарамдылықтың негізгі белгілерін тек тереңдете түсіндіреді [17].

Егер көптеген еуропаның елдерінде атжалдардың бетін жоспарлау және тегістеу жалпы қабылданған болса, АҚШ-та бұзылған жерлерді толық жос-парлау жерді қайта құнарландырудың міндетті шарты болып табылмайды. Кейбір зерттеулердің нәтижелері жоспарлау кезінде үйінділердің тығыздалуы мүмкін екендігін көрсетеді. Бұл олардың ылғалды сіңіру қабілеттерінің және эрозиялық үрдістердің дамуының төмендеуіне әкеліп соқтырады. Жоғарғы қабатты жалпылма және бөлшектеп жоспарлаудың екеуінің ішінде – екіншісі едәуір көп қолданылады [18] .

Тау-кен техникалық рекультивацияға сонымен бірге биологиялық мақсатта пайдалануға арналған атжалдарға құнарлы қабат төсеу де жатады. Атжалдардың жоғарғы бетін қалыптастыру үшін көп жағдайда өндірістік мақсаттарда пайдаланылған жерлердің аймақтық топырақтарының қарашірік горизонттары жиі қолданылады. Тау-кен техникалық рекультивация сәйкес мекемелермен жүргізіледі. Оның жүргізілу технологиясы мен сатылары өңдеу тәсіліне, атжалдардың түзілу әдісіне, тау жыныстарының биологиялық қасиеттеріне және рекультивацияның мақсатына байланысты болады.

Биологиялық рекультивация аймақтық топырақтардың деңгейіне дейін бүлінген жерлердің құнарлылығын қайта қалпына келтіру, көгалдандыру, ауылшаруашылығында, орман шаруашылықтарында пайдалануға қайтарылу, адамның өмір сүруіне қолайлы ландшафттар жасау сияқты іс-шаралардан тұрады. Биологиялық рекультивация ауыл- және орман шаруашылықтық болып бөлінеді. Ормандық рекультивация кезінде бүлінген жерлерді қайта қалпына келтіру ағаш өсімдіктерін таңдау, әртүрлі мақсаттарда және құндылығы әркелкі ормандарды жасау арқылы іске асырылады. Бұл рекультивацияда  құнарлы-лығы аз жерлер қолданылады [19].

Ауылшаруашылықтық рекультивация екі сатыдан тұрады. Бірінші са-тысында оның құнарлылығын ауылшаруашылық өсімдіктерін өсіруге болатын деңгейге дейін қайта қалпына келтіреді. Бұнда топырақты жақсартатын, эдафикалық жағдайларға қатаң талап қоймайтын, жерүсті және жерасты массаның көп мөлшерін беретін өсімдіктерді өсіреді. Екінші сатысында ат-жалдардың жоғарғы горизонтының құнарлылығының қайта қалпына келуіне орай өнімділігі жоғарылайтын ауылшаруашылық өсімдіктерін өсіру іске асырылады.

Биологиялық рекультивацияның табысты болуы және ауылшаруашылық өндірісінің рентабельділігі қалпына келген жерлерде көп жағдайда агрономиялық құнды аршылған жыныстарды пайдалану келешекте құнарлы-лық қасиетке ие болатын және ауылшаруашылық өсімдіктерінің жоғары өнімділігін беруге қабілетті атжалдардың беткі қабатын жасауға байланысты болады. Аршылған әр тау жынысының қасиеттерін, олардың үгілу процессте-ріне әрекетін зерттеу, сонымен бірге минералогиялық-петрографиялық және химиялық құрамын білу топырақтың түзілу жылдамдығы мен бағытын, осы процесстің жақсаруын болжауға  мүмкіндік береді [20].

Көптеген зерттеушілер әртүрлі кен орындарындағы атжалдарды түзетін жыныстардың құрамы мен қасиеттерін зерттеп, далалық және вегетациялық тәжірибелер жүргізу арқылы табиғи өсімдіктердің өсуін бақылап, осы жы-ныстардың минералогиялық, химиялық, физикалық құрамдары бойынша айырмашылықтарын, сәйкесінше биологиялық рекультивацияға жарамдылы-ғын айқындайды [21].

Шет елдерде атжалдардың грунттарын физика-химиялық қаситтері және игеруге жарамдылығы бойынша бөледі. Бұл кезде атжалдардың жыныстары мен грунтты орталардың бағасының жіктелуіне қышқылдылық, механикалық құрамы, қоректік заттардың құрамы және ылғалдану жағдайлары кіреді [26].

Біздің елімізде биологиялық игеруге жарамды жерлердегі аршылған тау жыныстарының жіктелуі 3 топқа біріктірілген: потенциалды құнарлы, инди-феррентті және фитоулы. Бұл топтың әрқайсысы физика-химиялық қасиеттері және игерудің әр түрлеріне байланысты топшаларға бөлінеді: физикалық және химиялық қасиеттері бойынша, игерудің әртүрлі тәсілдеріне қарай. Биологиялық рекультивация немесе жыныстардың потенциалды құнарлылығы бойынша бірінші топ үш топшаны біріктіреді: а) әртүрлі типті топырақтардың құнарлы қарашірікті құрылымдық горизонттарын; ә) топырақ түзетін потенциалды құнарлы жыныстарды. Бірінші топша ауылшаруашылық мақсаттары үшін жарамды болса, екінші топшаны орман ағаштарын отырғы-зуда пайдалану ұсынылады. Аз жарамды немесе индиферрентті жыныстарға: а) физикалық қасиеттері бойынша аз жарамды борпылдақ байланысқан құм және құрамында 75 % < 0,01 мм  фракциясы бар ауыр жыныстар; ә) химиялық қасиеттері бойынша аз жарамды қышқылды, орташа тұзданған және сортаң-данған топырақтар мен жыныстар жатады. Алдын-ала мелиорация үшін орман ағаштарын отырғызуда пайдаланылуы мүмкін. Жарамсыз немесе фитоулы жыныстарға:  а) физикалық қасиеттері бойынша жарамсыз  жарасты жыныстар және құрамында 75 % < 0,01 мм  фракциясы бар ауыр саздар; ә) химиялық қасиеттеріне қарай жарамсыз күшті қышқылданған, күшті сілтіленген, күшті тұзданған жыныстар жатады. Бұл жыныстардың барлығы түбірлі мелиорация жүргізілмеген жағдайда өсімдіктер үшін жарамсыз болып табылады [22].

Аршылған жыныстарды зерттеу процессінде бірқатар зерттеушілер  құ-рамында сульфид бар жыныстардың тобына келіп тірелді, олардың үгілуі нә-тижесінде субстраттың  жоғарғы  тотыққан қабаты өсімдіктер үшін де, ай-мақтық топырақтардың микроағзалары үшін де улы әсерге ие болады. Г.А.Зайцев құрамында сульфид бар жыныстардың табиғаты мен улылығының динамикасын зерттеп жыныстардың фитоулылығы атжалдардың аэробты жағдайларындағы тұрақтылығы төмен, құрамында сульфиді бар ми-нералдардың химиялық-микробиологиялық тотығуының белсенді өнімдерінің (бос күкірт қышқылы, темір мен алюминийдің гидролизденетін сульфаттары) мөлшерімен түсіндірілетінін айқындады. Ашық әдіспен аршылатын құрамында аталмыш улы жыныстары бар пайдалы қазбалардың кең таралуына байланысты рекультивация бойынша ғылыми-зерттеу жұмыстардың бағыттарының бірі құрамында сульфид бар жыныстардың токсикалылығын жоюдың тиімді жолдарын қарастыру болып табылады [23].

ГФР зерттеушілері нейтралдағыштардың пайдаланылу сипаты мен әсеріне қарай айырмашылығы бар сульфидті жыныстардың химиялық мелиорацияның үш негізгі әдістерін ұсынды. Беленнің әдісі бойынша әкті, Домсторф әдісі бойынша құрамында 15 %-дан жоғары СаО және 4 %-дан төмен күкірт бар қоңыр көмірдің күлін пайдалану ұсынылады. Улы элементтерді нейтралдауда қоңыр көмірді кокстағанда түзілетін өнеркәсіптік фенолды сулар пайдаланатын Кайненің әдісі үлкен тиімді әсер береді. Бұл кезде токсикалық ингредиенттерді нейтралдау, жоюмен қатар, өңделетін қабаттан атжалдарда шаятын тәртіпті жасау кезінде жыныстардың жоғарғы бетінде құрамы фосфор, азот және калийдің мөлшеріне бай биошлам адсорбцияланып, механикалық түрде ұсталып қалады. Бұл өз кезегінде биологиялық белсенділікті жоғарылатса, қоректенудің экологиялық жағдайларын жақсартуға және жоғарғы сатыдағы өсімдіктерді өсіруге жағдай жасауға ықпал етеді [24].

Құрамында пирит сияқты тұрақты емес минералдардың қышқыл тартуы үшін американдық зерттеушілер  әкті, электр станцияларының күлдерін, көң мен ағынды суларды пайдаланып улы белсенді ингредиенттерді төмен қабаттарға жіберуді ұсынды. Әсіресе, оларды басқа агромелиоративті әдіс-тердің кешенімен бірге қолданғанда әсер жоғарылайды, осылай, әктеу мен борлауды шаюмен, органикалық және минералды тыңайтқыштарды енгізумен,  міндетті түрде «биологиялық мелиорация» - шөптесін және ағаш-бұталы өсімдіктерді өсіруді пайдаланумен үйлестіру химиялық мелиоранттарды қолданудың тиімділігін жоғарылатады. Гидролитикалық қышқылдылық бойынша есептелген бейтараптайтын материалдың енгізілген дозасы сіңірілген (сорбциялық) сутегі мен алюминийдің белсенді және потенциалды қыш-қылдылығын бейтараптайды, бірақ, сульфидтердің әрі қарай тотығуы және күкірт қышқылының бос аниондарының босатылуының салдарынан жыныс-тың ортасының реакциясы қайтадан қышқылды мәнге ие болады. Демек, гидролитикалық қышқылдылықтың мәні бойынша қышқылды топырақтар үшін жалпы қабылданған агрохимиялық әдіс бойынша әктің дозасын есептеу құрамында сульфид бар жыныстар үшін жарамсыз болып табылады. Әктеу арқылы құрамында сульфиді бар жыныстарды жақсартудың маңызды шарасы кальций мен магний тотықтарының қатынасы алдын-ала есептелген бейтараптайтын материалды таңдау болып табылады, улы элементтерді қыш-қылдату жыныстың улылық дәрежесіне және сәйкесінше әк мелиорантпен бірге енгізілетін жыныстағы магнезиттің мөлшеріне байланысты кері биологиялық әсер беретін магний сульфатының түзілуі мен жинақталуы да іске асуы мүмкін [25].

Аршылған жыныстардың практика жүзінде биологиялық игеруге жарам-дылығын жеткілікті түрде бағаламау жиі атжалдардың бетінде еш өсімдік жамылғысы өсе алмайтын мүлдем жарамсыз күйге алып келуі мүмкін. Осындай жерлерді игеру практика жүзінде мүмкін емес немесе оларды жүргізу қымбат және ұзақ мерзімді шараларды талап етеді. Сондықтан қазіргі заманғы рекультивацияның негізгі талаптарының бірі – кен орындарындағы жұмыстарды жүргізгенде тау жыныстарының жарамдылығын дер кезінде айқындау және улы жыныстар болғанда аршу жұмыстарын таңдамалы түрде жүргізу қарастырылады. Бұл өз кезегінде фитоулы жыныстарды көмуді, атжалдардың бетінде экологиялық жағдайлары бойынша биологиялық игеруге арналған жағымды,  мүмкіндігінше құнарлы қабаттың қалыптасуын қарас-тырады. Осы талап көптеген өнеркәсіптік дамыған елдердегі рекультивация-ның маңызды шарты болып табылады [26].

Топырақ табиғи ортаның және қоғамның негізгі материалды байлығы болып табылады. Ол тірі ағзалар мен аналық жыныстардың арақатынасының нәтижесінде пайда болып қалыптасады да, биосфераның негізгі компоненті болып есептетелін литосферадағы өлі және тірі материяның күрделі синтезі түрінде білінеді.

Топырақ қабатында атмосфера жауын-шашындарының – топырақ, грунт, өзен суларының өзгеріске ұшырауы іске асады. Сондықтан да, өзен, сонымен қатар теңіз суларының химиялық құрамы топырақ қабатында болып жатқан биохимиялық құбылыстарға байланысты болады. Топырақтың «тыныс алуы», оның температуралық тәртібі және ылғалдылығы атмосфералық ауаның жерге жақын қабатының қасиеттері мен құрамына – тропосфераға әсер етеді.

Тірі ағзалардың - өсімдіктердің, жануарлардың және микроағзалардың тіршілік ортасы болып табылатын топырақ биосферада өте маңызды орын алады. Ол топырақ заттарының үш фазалы табиғи жүйе – сұйық, газ, қатты күйде болатын ерекше дене. Топырақтың құрамында органикалық және минералдық заттардың болуы, оның биологиялық, физика-химиялық қасиеттері тіршілік жағдайларының кең диапазонын білдіреді. Сондықтан да топырақ тіршіліктің өте белсенді орны болғандықтан, В.И.Вернадский оны биосфераның маңызды компоненті ретінде «қоюланған тіршілік ортасы» деп бағалады. Құрлықтың жалпы көлемі мұхиттар көлемінен бірнеше есе кіші бола тұрып, жерүсті жүйелеріндегі жалпы биомасса мұхиттар биомассасынан 3 еседей көп [27].

Адамзат үшін топырақтың құнарлығы мен оның биоөнімділігі – ауылшаруашылық өндірісінде салмағы бойынша жалпы қорек заттардың  98-99%-ын, соның ішінде ақуызды қоректі заттардың 85-87%-ын береді. Сонымен бірге топырақ барлық шөппен қоректенетін жануарларды азық жем-шөппен қамтамасыз етеді. Практика жүзінде адам мен жануарлардың трофикалық қорек тізбегінің барлық буындары топырақ арқылы өтеді. Атмосфераның газды құрамында ерекше орын алатын орман ресурстарын топырақтардың құнарлылығы қамтамасыз етеді.

Осылай, топырақ экологиялық және биосфералық функциялардың бүтін кешенін атқарады. Атмосфера, гидросфера, биотаға қарағанда табиғи жүйе ретінде топыраққа жылжымалылық, циркуляциялық және турбуленттілік құбылыстары сипатты емес. Топырақ жамылғысының қалыптасу уақыты, оның «пісіп жетілуі» және тепе-тең табиғи жүйенің қалыптасуына жүздеген, мыңдаған, миллиондаған жылдар кетеді. Топырақтың қарашірікті (ең құнарлы) қабатының түзілуіне жүз, мыңдаған жыл, ал топырақтың минералды құрамының қалыптасуына мыңдаған, миллиондаған жылдар уақыт қажет. Сондықтан да табиғи тұрғыдағы топырақ бастапқы қалпына келмейтін табиғи ресурстардың бірі болып табылады [28].

Жер шарында өңдеуге жарамды жердің көлемі 3200 млн га, соның жарты көлемі ауылшаруашылық өндірісінде қолданылады. ЮНЕП-тің (2004) бағасы бойынша 4500 млн га жер шөлденуге ұшыраған. Жыл сайын өңделіп жүрген жердің 21 млн га ауылшаруашылығында одан әрі қарай пайдалану үшін жарамсыз болып қалып отыр. Оның себебі топырақтың өте қатты деградацияға (топырақ құнарлылығының сыртқы қолайсыз әсерлерден ыдырап, тозып кетуі) ұшырауы. Әлемдегі 30-80% суарылып отырылған жер тұзданудың, сілтіленудің, батпақтанудың әсеріне кезігіп, әр жыл сайын жер шарындағы 200-300 мың га суарылған егістік алқаптарын зақымдайды. Өңделіп отырылған  жердің 35% көлемінде топырақ түзілу құбылыстарынан жылдам жүріп отырған эрозия құбылыстары іске асуда. Әр 10 жылда әлемдегі топырақтың беткі қабатының 7% істен шығып отырады [29].

Қазіргі кезде Жер шарының 1 тұрғынына егістік алқаптардың 0,35 га көлемі, ал тіршілікке жарамды  территория бір адам басына 4,5 га құрайды. Ғалымдардың болжауы бойынша 2000 жылдары дейін Таяу Шығыс елдерінің 87%, Қиыр Шығыс - 82%, Африканың - 42% тұрғындары құнарлы топырақтың жетіспеуіне кезігеді .

Көптеген ғалымдар топырақтағы биохимиялық құбылыстардың басымдылық роліне көп көңіл аударған, ауылшаруашылық дақылдарының өнімділігін микроскоптық топырақ ағзаларының белсенді тіршілігімен байланыстырған [30].

Микроэлементтердің биогенді миграцияға қосылуында өсімдіктердің та-мыр бөлінділерінің де атқаратын ролі ерекше. Осылай, бұршақ және астық тұқымдас өсімдіктердің тамыр бөлінділерінің құрамындағы арнайы органи-калық қосылыстардың микроэлементтердің, соның ішінде бордың талғамды сіңірілуі механизміндегі ролі туралы атап өткен. Оның пікірі бойынша, өсім-діктердің арнайы тамыр бөлінділері зат алмасудың түрлік ерекшеліктерін көрсетіп, белгілі бір дәрежеде өсімдіктердің қайсібір микроэлементке деген эволюциялық орнатылған қажеттілігін қамтамасыз етеді, немесе керісінше, басқа өсімдіктерді белгілі бір элементтің артық  мөлшерінен қорғайды.