Биогеохимияның негізін қалаушы В. И. Вернадский болып табылады, ол биогеохимиялық процестерге организмдердің геохимиялық қызметін объективті сипаттайтын элементтік масса алмасу процестері ретінде анықтама берді.

Кен орындарын іздеудің биогеохимиялық әдісін жасау бойынша жұмыс XX ғасырдың 30-шы жылдарының ортасында басталды, оның бастамасымен 1926 жылы тірі заттар бөлімі ұйымдастырылды. Әдістің негіздері оның ізбасарлары А.П. Виноградов, В. В. Ковальский, М. С. Ткалич, В. В. Поликарпочкин, А. Л. Ковалевский және басқа зерттеушілердің еңбектерінде, шетелде – С. Палмквист, Н. Брундина, Г. В. Уоррен, Х. Л. Каннон, Р. Р. Брукс.

Бұл әдіс алғаш рет В. В. Ковальскийдің 80-ші жылдары урбанизацияланған аумақтарды зерттеу мақсатында қолданылды.

Бұл зерттеулерге белсенді жұмыс істейтін және қазіргі уақытта Биогел Биогеохимиялық зертханасының зерттеушілері: В. В. Ермаков, А. Л. Яншин, Г. Н. Саенко және М. А. Мальгин, сондай – ақ В. А. Алексеенко және басқалар елеулі үлес қосты.  Техногенез биогеохимиясы деп аталатын бағыттың қалыптасуына біз профессор Ю. Е. Сает, ал биогеохимияның Талдамалық аспектілерін дамытуға РҒА академигі Г. М. Колесов міндеттіміз.

Биосферада болып жатқан өзгерістерді зерттеудің биогеохимиялық әдістерінің дамуы көптеген авторлардың еңбектерінде көрсетілген.

М. Д. Уфимцева және т.б. «биогеохимиялық көрсеткіш» немесе «фитогеохимиялық зерттеулер» терминологиясын өсімдік шикізатын зерттеуге баса назар аудара отырып, элементтік құрамдағы өзгерістерді зерттеу үшін қолданады.

Әдебиетте биомониторинг немесе биоиндикация деп аталатын зерттеулер көп. Р. Виттинг осы мәселелер бойынша соңғы уақытта жарық көрген әдебиеттердің айтарлықтай көлемін ескере отырып, нақты анықтамаларды тұжырымдау қиындығы туралы жазды. Төменде орыс және шетелдік еңбектердегі әдістер мен тәсілдердің, сондай-ақ терминологияның әртүрлі қолданбалары мен анықтамаларына қысқаша шолу берілген.

Б. Маркерт алғашқылардың бірі болып биомониторинг пен биоиндикация ұғымдарын ажырату қажеттігін көрсетті. Биоиндикатор (биоиндикатор) астында ол қоршаған ортаның (немесе оның бір бөлігінің) жай-күйін сапалы бағалау туралы ақпаратты қамтитын ағзаны (оның бір бөлігі немесе, керісінше, организмдер қауымдастығын) білдіреді, ал биомониторда (биомониторда) қоршаған ортаның жағдайын сандық бағалау туралы ақпарат. Ол сондай-ақ биомонитордың әрқашан биоиндикатордың қасиеттеріне ие болатынын, бұл өз кезегінде биомониторға қойылатын талаптарға сәйкес келмейтінін атап өтті. Көптеген авторлар өз еңбектерінде бұл анықтамаларға жүгінеді.

Кезінде Р. Пейкман биологиялық мониторингті тірі ағзалардың қоршаған ортаның өзгеруіне, оның ішінде ластаушы заттардың жиналуы сияқты элементтік құрамның өзгеруіне реакциясын өлшеу деп түсіндірді.

Биомониторингтің тағы бір анықтамасын географиялық аумақта организмдердің көмегімен кеңістіктегі және уақыт бойынша ҚО өзгерістерін көрсететін тұрақты бақылаулар ретінде Б. Смодис берген. Биомониторлар қоршаған ортадағы элементтердің концентрациясын, соның ішінде жоғары деңгейлерді көрсету мүмкіндігіне ие.

М. Д. Брюин тірі организмдер әртүрлі ортадағы элементтердің концентрациясын ғана емес, сонымен қатар олардың биожетімділігін анықтауға мүмкіндік беретініне назар аударды.

Сонымен қатар биоаккумуляциялық көрсеткіш, жинақтау көрсеткіші, биогеохимиялық көрсеткіш сияқты ұғымдардың биомонитордың синонимі ретінде қолданылуы да бар.

Соңғы 40–50 жыл ішінде ластанудың әртүрлі түрлерін бақылау үшін жоғары сатыдағы өсімдіктер белсенді түрде пайдаланылды, оның 30 жылдан астамы жағдайды бағалауға және қалалық жерлерде топырақ пен атмосфералық ауаның ластануын бақылауға пайдаланылды.

Техногенез жағдайында химиялық элементтердің жиналу ерекшеліктерін және өнеркәсіптік кәсіпорындардың жұмыс істеуін бағалау үшін бұл аумақтарда ағаш өсімдіктері кеңінен қолданылды.

Ағаштар шаң аэрозольдерін негізінен жапырақтары арқылы ұстауда тиімді, осылайша қоршаған ортаға және адам денсаулығына теріс әсер ететін «жоғары қауіпті» ингаляцияның ұсақ бөлшектерінің (PM 2.5) деңгейін төмендетуде маңызды рөл атқарады.

Сонымен қатар, көптеген жағдайларда өсімдіктерде анықталған элементтердің концентрациясы, әсіресе фитоуытты компоненттер үшін, ластанудың бар деңгейінің қаупін дәлірек бағалауға мүмкіндік береді. Жалпы, өсімдік үлгісін талдау ауаның сапалық немесе сандық ластануы туралы ғана емес, сонымен қатар осы ластанудың тірі жүйеге әсері туралы ақпарат береді.

Мониторинг жүргізу үшін ағаштардың доминантты түрлерін таңдау бойынша ұсыныстар әртүрлі бағдарламаларда баяндалған.

Ағаш өсімдіктерін таңдаудың негіздемесі келесі артықшылықтардың тізіміне енеді: түрлерді сәйкестендірудің жеңілдігі, зерттелетін аумақта кең таралуы, бұл жоғары тығыздықты таңдау желісін құруға мүмкіндік береді, (уытты ) ластануға төзімділік. Ауаның ластануын бағалау үшін дәлелденген мүктер мен қынаптармен салыстырғанда, жоғары өсімдіктер қаланың жоғары урбанизацияланған аудандарында да өсу, талдау үшін қажетті үлгіні алу мүмкіндігі, сондай-ақ түрді анықтау мүмкіндігі есебінен пайда көреді.

Сонымен қатар, өсімдіктерді қоршаған орта жағдайының индикаторлары ретінде пайдалану олардың сирек кездесетін, сирек кездесетін жер және радиоактивті элементтердің жинақталуы тұрғысынан маңызды, олардың концентрациясы өндірісте өсіп келе жатқан қолданылуына байланысты биосферада артады.

Өсімдіктердің басқа бөліктерімен салыстырғанда жапырақтары көбінесе биомониторингтік зерттеулер үшін қолданылады.

Бұл ауыр металдарды ассимиляциялайтын және жинақтайтын өсімдіктердің ең пластикалық мүшелері.

Л. Юнфэннің жұмысы жапырақ құлағанға дейін жапырақтардағы металдардың мөлшері олардың бүкіл өсімдіктегі құрамына сәйкес келетіндігін көрсетеді. Ұсынылған жапырақтардың алғашқы зерттеулерінен басқа, ең алғашқы зерттеулерге 1972 жылы қарағаш жапырақтарын және 1973 жылы емен жапырақтарын зерттеу, сондай-ақ 1981 жылы өнеркәсіптік-урбанизацияланған және қала маңындағы аудандарда таңдалған 3 өсімдік түрін зерттеу кіреді.

Жапырақтардың қасиеттері (балауыз бен трихоманың болуы, бетінің кедір-бұдыры, устьица арқылы ластаушы заттардың пассивті диффузиясы, кутикула арқылы сіңірілуі және жиналуы және т.б.) зиянды қосылыстардың жеткілікті кең ауқымын жинақтауға ықпал етеді. Жапырақтың беті жер бетіндегі тәждің тікелей проекциясынан әлдеқайда жоғары болуы да маңызды, бұл атмосфераны ластаушы заттардың үлкен мөлшерін тиімді сүзуді көрсетеді.

Маусымдық қатты ағаштардың мәңгі жасыл қылқан жапырақтардан айырмашылығы, ластаушы заттарға тек вегетация кезеңінде ғана ұшырайды, бұл артықшылық, өйткені бұл ластаушы заттар жиналған уақыт аралығын анықтауға мүмкіндік береді.

Вегетациялық кезеңде жапырақ бетінің ластануы өзгеретіні анық (бөлшектердің жауын-шашынмен және қатты желмен шығарылуымен бірге техногендік және топырақ шаңының бөлшектерін әкелу), дегенмен ластанудың сандық сипаты рельефтің ерекшеліктерін, желдің маусымдық раушанын және ластану көздерінің орналасуын көрсете отырып, өзінің аймақтық өзгергіштігін сақтайды деп болжанады.

Көбінесе металдардың концентрациясы қыркүйек-қазан айларында максимумға жетеді, ал іріктеу жапырақтардың құлауына дейін ұсынылады.

Жаңа жапырақтардың өсуі жаз бойы жалғасады, бірақ оларды таңдаған кезде олардан аулақ болу керек, барлық ағаштардағы шамамен бірдей жастағы жапырақтарды таңдап алу керек: жас да, өте кәрі де емес.

Таңдау кезінде шамадан тыс шаңды, жәндіктермен зақымданған, механикалық немесе химиялық күйзеліске ұшыраған (температура немесе ылғалдылық әсерінен) жапырақтардан аулақ болу керек. Жаңбыр кезінде іріктеуді жүргізудің қажеті жоқ, таңдаудан кем дегенде бір апта бұрын болмағаны жақсы.

Жапырақ бетінде орналасқан шаң бөлшектерінің әсерін азайту үшін бөлшектерді механикалық түрде жою үшін үлгілерді жуу ұсынылады, бірақ оларды жапырақтардан шаймау керек.

Үлгілерді жуу элементтердің мазмұнын шамамен 10–30 % төмендететінін есте ұстаған жөн.

Микроэлементтердің жоғары сатыдағы өсімдіктерге, атап айтқанда жапырақтарға түсу жолдары туралы екі негізгі көзқарас бар.

Алғашында оларды биогеохимиялық зерттеулерде пайдалану пайдалы қазбалардың кен орындарын, яғни астындағы тау жыныстарының элементтік құрамын және сәйкесінше топырақтың геохимиялық ерекшеліктерін шағылыстыратын рефлекторлар ретінде зерттеуден басталды.

Көптеген өсімдіктер топырақ ерітінділеріне қарағанда жоғары концентрацияда да элементтерді жинақтай алады. Алтын кен орнындағы өсімдіктердің алтынды сіңіруі де дәлелденген.

Атмосфераның ластануын бағалау үшін өсімдіктерді пайдалану кеңінен қолданылды.

Қабық пен жапырақ арқылы элементтердің тікелей түсуі, әсіресе урбанизацияланған және қатты ластанған аймақтарда, өсімдіктерге элементтердің түсуінің негізгі жолы болуы мүмкін деген болжам жасалды, атмосфералық ластаушы заттардың шөгуі мен олардың жапырақтардағы концентрациясы арасындағы оң корреляцияны көрсетті.

Бірлескен ғылыми орталық және дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымының жетекшілігімен жүргізілген негізгі жұмыстарға шолулар талданып, қорытындыланды.

Зауыт топырақтың (концентрация ең алдымен элементтердің биожетімділігіне байланысты) және атмосфераның беткі қабатының (ылғалды және құрғақ тұндыру) ластануының күрделі әсерін көрсетеді деген нұсқа кеңірек таралуда. М. Д. Уфимцева және т.б., топырақ пен ауаның ластануы ғана емес, сонымен қатар барлық байланысты геохимиялық орталардың да әсер ететінін атап көрсетті.

Бақылау сұрақтары

1. Биоиндикация дегеніміз не?
2. Ластанудың әртүрлі түрлерін бақылау үшін қандай өсімдік түрлері қолданылады?
3. Неліктен жапырақтар биомониторингтік зерттеулерде жиі қолданылады?
4. Атмосфераны ластаушы заттардың үлкен көлемінің фильтраттары ретінде жапырақтардың қандай қасиеттері бар?