 Учитель – это ювелир детских мыслей и идей. Его филигранная работа способствует превращению природных самородков в дорогие бриллиантовые украшения. Эти украшения – наши ученики, которые в будущей жизни должны блистать и затмевать своими помыслами и делами взрослый мир. Сегодня мы обучаем криэйторов будущего, которые в 2030 г. должны обладать такими компетенциями, как дизайн мышления, когнитивная гибкость, нестандартное мышление, предприимчивость и принятие рисков. В этот же период ученые прогнозируют глобальную экологическую катастрофу, так как при нынешних объемах потребления человечеству к 2030 году потребуется еще одна планета. По данным WWF, человечество ежегодно использует на 30 процентов больше природных ресурсов, чем может восстановить экосистема Земли. Таким образом, криэйторы будущего должны быть экологически образованными профессионалами, умеющими оперативно определять экологические проблемы и эффективно их решать с минимальными последствиями для экосистемы.
Ориентируясь на вызовы общества, в нашей школе уже второй год реализуется элективный курс «Биолого-экологические исследования Жамбылской области». Элективный курс нацелен на овладение учащимися исследовательских навыков оценки и способов снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду Жамбылской области. В процессе обучения учащиеся в лабораторных и полевых условиях определяют тенденции временного и пространственного развития состояния экологических систем в процессе использования природных ресурсов своего края.
В рамках элективного курса учащимися были определены релевантные биоиндикаторы для почвенной и воздушной среды города Тараз; влияние сточных вод на продуктивность водного фитоценоза оросительных каналов города Тараз; реконструирована модель экосистемы мелководного моря нижнего карбона на местности современных гор Улкенбурылтау; использовано мироклональное размножение для ускоренного лесовосстановления можжевельника туркестанского (Juniperus turkestanica Komar.); определено качество питьевой воды и продуктов питания школьной столовой.
Экспериментальные исследования проводились на базе расширенной школьной лаборатории биологии и кабинета биотехнологии, в филиале северного региона РГКП «Республиканский лесной селекционный центр» г. Щучинска, палеонтологическом музее им. Ю.А. Орлова г. Москвы, лаборатории «Биотехнологии растений» ЕНУ им. Л. Гумилева, горных ущельях Жамбылской области.
Слушатели элективного курса в 2018 году представили результаты своих исследований широкой научной общественности и стали призерами сетевого и Республиканского конкурса научных проектов, I-го Международного конкурса «Новые идеи», Международного конкурса исследовательских работ и проектов школьников «Дебют в науке», а также Международного конкурса юношеских исследовательских работ имени В.И. Вернадского, внеся в копилку школы 14 дипломов I-III степени и 13 грамот.
В 2018-2019 учебном году слушатели элективного курса настроены оказать содействие аграриям Жамбылской области в повышении плодородия почвы и, как следствие, повышении урожайности сельскохозяйственных культур.
Молибден в помощь свекловодам
Лысакова Дарина, Усибалиев Дамир
 Сельское хозяйство – крайне важная отрасль экономики Казахстана, ведь это то, что кормит и одевает нас. Сельское хозяйство Жамбылской области зависит от качества почвы, вредителей, полива и климатических условий. Нас заинтересовал вопрос качества почвы в Жамбылском районе, который примыкает к областному центру – городу Тараз. Оказалось, что повышение плодородия почвы осуществляется традиционным путем – внесением на поля азотных, фосфатных и калийных удобрений, которые производятся местными предприятиями химической промышленности. Эффективность данных мероприятий позволяет поддерживать урожайность на стабильном уровне несколько десятков лет, а в некоторых крестьянских хозяйствах и вовсе наблюдается ее снижение.
В результате изучения международного и казахстанского опыта в области повышения урожайности сельскохозяйственной продукции нас заинтересовала идея ученого-биотехнолога Омарова Р.Т., руководителя лаборатории «Биотехнология растений» ЕНУ им. Л. Гумилева, который в лабораторных условиях на модельных растениях установил потребность растений в молибдене. В ходе исследования было установлено, что почва, используемая под посадку сельскохозяйственных культур в Жамбылском районе, испытывает дефицит в этом тяжелом металле. Потребность растений в молибдене составляет 6 г/ га, тогда как было установлено, что в среднем на районных землях его концентрация не превышает 3 г/га. Особенно к недостатку молибдена чувствительны капуста и свекла. Заметим, что сахарная свекла во времена Советского Союза была главной возделываемой культурой в Жамбылской области. Сейчас ее посевы сильно сокращены из-за снижения урожайности и рынка сбыта.
Наше исследование помогло оценить оптимальную концентрацию ионов молибдена для сельскохозяйственных растений Жамбылской области, которая составляет 500 μM. Для повышения урожайности сельскохозяйственных культур области в почву необходимо вносить 110 мг молибдена на литр дистиллированной воды. Данные проведенного исследования представляют интерес для крестьянских хозяйств области, которые заинтересованы в повышении урожайности сельскохозяйственных культур, традиционных для этого региона Казахстана. Фермерское крестьянское хозяйство «Тимофеев» выразило заинтересованность в использовании результатов исследования в своем хозяйстве.
Снижение солевого стресса у «важных» растений
Мухамеджанова Дарина
 В связи с высокой сельскохозяйственной загруженностью площадь почв, подверженных засолению в Казахстане, составляет 41 % от всего земельного фонда страны – 111, 55 млн га. Среди сероземно-луговых тяжелосуглинистых почв Жамбылской области широко распространены пятнами солонцы и солончаки, что серьезно влияет на урожайность агрокультур и качество сельскохозяйственной продукции. Решение проблемы засоленности разделяется на два направления – агротехническое и генно-инженерное. Проведение в Жамбылской области мелиоративных мероприятий осложнено развитием сильно засоленных почв и солонцов, а глубокое рыхление не позволяет получать гарантированные урожаи сельскохозяйственных культур. Генно-инженерное – селекция солеустойчивых растений – критически сложное направление исследований, так как признак солеустойчивости детерминирован около 8 % всех генов, а экспрессия более 25 % всех генов зависит от концентрации солей. В научной практике различные абсорбирующие вещества применяются для поглощения солей тяжелых металлов из производственных жидкостей. Мною было предположено, что ионообменные и адсорбционные свойства органо-неорганических сорбентов к низкомолекулярным веществам биологически эффективны для снижения засоления, что инициировало проведение научного исследования в данном направлении.
Был проведен анализ почв 6 сельских округов Жамбылского района, который показал, что почвы исследуемого района принадлежат к типу среднезасоленных, засоленных и сильнозасоленных. Из-за чего потенциальное снижение урожайности лежит в пределах от 50 до 75 %, а содержание в пахотном горизонте почвы солей более 0,1-0,3 % повышает вероятность угнетения роста и развития растений. Определив степень засоленности почв, мы провели исследование воздействия органо-неорганических сорбентов (Macro-Prep DEAE; Hydroxyapatite) на повышение солеустойчивости растений при солевом стрессе на модельной системе. На основе биометрических показателей и биохимического анализа мы определили, что свойства органо-неорганических сорбентов эффективны для снижения засоления: органо-неорганические иониты связываются с токсичными солями, выделяя в среду безопасные ионы и тем самым повышая устойчивость растений к засолению. Повышенная активность антиоксидантных ферментов (СОД, КАТ) свидетельствуют о ликвидации негативного влияния АФК как следствия засоления. Также мы определили, что концентрация сорбентов подчиняется закону толерантности Шелфорада, поэтому экспериментально были выявлены границы толерантности растений к различным концентрациям (от 10 % до 100 %) органо-неорганических сорбентов. Диапазон толерантности для органического сорбента Macro-Prep DEAE лежит в пределах от 20 до 90 %, а для неорганического гидроксиапатита: 10-90 %.
Затем сорбенты были апробированы на сельскохозяйственных культурах Жамбыской области: чувствительной к засолению моркови посевной и относительно толерантного томата. Эффект засоления был снижен до минимума с наименьшим угнетением роста у обоих типов растений, наблюдалась высокая активность в вегетативных органах альдегидоксидазы (фермента, ответственного за адаптацию к стрессу). В качестве дешевого аналога ионитам, адсорбирующие свойства активированного угля демонстрировали положительный эффект в нейтрализации токсичных солей в вегетационном опыте на перце стручковом. Результаты и интерпретация для сохранения достоверности проводились в ходе консультации с научным консультантом кандидатом биологических наук Омаровым Р.Т.
Впервые было доказано, что использование органо-неорганических сорбентов повышает устойчивость растений к условиям солевого стресса на примере сельскохозяйственных культур Жамбылской области. Механизмы воздействия сорбентов и закономерности ответной реакции растений в присутствии сорбентов на засоления были экспериментально определены и интерпретированы на основе внешних параметров и биохимического анализа. Мы установили границы толерантности и рекомендованную концентрацию органонеорганических сорбентов для растений на с/х объекте. Экспериментальным путем определена биологическая эффективность адсорбционных свойств активированного угля в условиях солевого стресса как дешевого аналога гидроксиапатита и Macro-Prep DEAE. Таким образом, рекомендуется использование золы-уноса, где содержание углерода превалирует не только в виде минерального удобрения, но и адсорбента для поглощения излишков токсичных солей. Для предотвращения развития нежелательной микрофлоры рекомендуется добавление бактерицидных добавок.
Перспектива дальнейшего использования сорбентов способствует началу процесса освоения непригодных засоленных почв для выращивания агрокультур в Жамбылской области. Применение сорбентов для повышения стресс-толерантности растений к засолению без необходимости проведения обработки непосредственно самой почвы и селективного метода способно повысить агрономическую устойчивость сельскохозяйственных растений – гликофитов. К тому же высокоперспективные сорбенты являются потенциальными инструментами коадаптации сельскохозяйственных растений к выращиванию на внеземных почвах.
Информационная карта для выбора арендуемых земель селянами
Зуфаров Файми
 Ежегодно селяне Жамбылской области берут в аренду до 860 км2 земли у председателей местных крестьянских хозяйств и соседних сел. Основная проблема селян – отсутствие информации о качестве почвы, которую они планируют взять в аренду. Единственным решающим фактором при выборе земли является ее удаленность от поливного канала, так как естественный полив в условиях жаркого климата минимальный. Химический анализ качества почвы или проведение бонитировки невозможны из-за высокой стоимости данных исследований и отсутствия местных агрохимических лабораторий. В сложившейся ситуации необходимо предложить селянам замену анализов – информационную карту, созданную на основе биохимических анализов проб почв сел Жамбылского района Жамбылской области с биолого-экологическими характеристиками почвы.
Мое исследование качества почвы арендуемых земель осуществлялось на территории двенадцати сел Жамбылского района Жамбылской области Республики Казахстан: Жаңатұрмыс, Гродиково, Бесағаш, Түрксіб, Пригородное, Жалпақтөбе, Қызылдиқан, Қызылқайнар, Седовка, Қараой, Жиделі, Қызылабад.
Для биологической оценки качества почвы была дана оценка плотности популяции на исследуемой территории растений-биоиндикаторов: щавель кислый (Rumex acetosa), клевер луговой (Trifolium pratense), смолевка поникшая (Silene nutans), мак снотворный (Рapaver somniferum), ярутка полевая (Thlaspi arvense). Были изучены морфологические данные дождевого червя (Lumbricina), клопа-солдатика (Pyrrhocoris apterus) и число яиц в кладке кобылки (Acrotylus patruelis). Биоиндикаторы показали, что в селах Жалпақтөбе и Пригородное высокая степень засоленности почвы и опасная степень ее загрязнения. В селе Бесағаш среднее содержание хлорид-ионов в почве и допустимая степень загрязнения почвы. В селе Гродиково средний уровень наличия ионов меди. В селах Жаңатұрмыс и Түрксіб допустимая степень загрязнения почвы.
Химический анализ почвы на содержание солей тяжелых металлов и уровень кислотности показал, что наиболее благоприятными почвами для посева различных культур являются почвы сел Түрксіб, Қызылқайнар, Қараой, Қызылабад и Бесағаш, т.к. в составе их почв не было выявлено превышения концентрации солей и тяжелых металлов. Самой неблагоприятной почвой для посева является почва села Жалпақтөбе. В данном селе обнаружено относительное превышение уровня Pb (свинца), Cu (меди), SO4 (сульфатов).
На основе результатов проведенного исследования была создана карта Жамбылского района Жамбылской области, которая содержит информацию об относительном превышении уровня тяжелых металлов (свинца, меди, железа), солей (хлоридов, сульфатов), а также об уровне pH данных земель.
Информационная карта осенью 2018 года была опробована земледельцами Жамбылского района и помогла в определении земель для посева сельскохозяйственных культур в 2019 году. В ноябре 2018 года земледельцы должны внести первый взнос за аренду земли, а предложенная карта значительно облегчила их выбор и помогла в определении сельскохозяйственных культур. На сегодняшний день картой воспользовались 15 земледельцев села Жаңатұрмыс, Гродиково, Бесағаш, Түрксіб, Пригородное, Жалпақтөбе, Қызылдиқан, Қызылқайнар, Седовка, Қараой, Жиделі, Қызылабад. Использование карты земледельцами Жамбылского района
Источники:
1. Кандиано Е. Статья «К 2030 году человечество исчерпает ресурсы Земли?». – Журнал «Сноб» https: //snob.ru/selected/entry/736 (10.10.18)
|
