Дистанционный лазерный флуориметр для обнаружения стрессовых состояний растительности


https://doi.org/10.24108/rdopt.0117.0000082

Полный текст:


Аннотация

Одним из перспективных направлений лазерного мониторинга природных образований является контроль состояния растительного покрова.

Стрессовые состояния растений (состояния, при которых невозможно нормальное развитие растений) могут быть вызваны самыми разными причинами – болезнями растений, недостатком влаги или питательных веществ в грунте, разного рода вредителями и т.п.

По внешнему виду растений эти стрессовые состояния часто (особенно на ранних стадиях) сложно определить. Поэтому актуальным является разработка дистанционных методов обнаружения стрессовых состояний растительности.

На сегодняшний день метод, основанный на регистрации флуоресценции хлорофилла растений, является единственным методом, который позволяет обнаруживать изменения в работе фотосистемы 2 живых растений.

В подавляющем большинстве работ в качестве исследуемой характеристики флуоресценции растительности используется форма спектра флуоресцентного излучения, а стрессовые состояния растений определяются по искажению формы спектров флуоресценции (по сравнению с растительностью в нормальном состоянии).

В работе представлены новые экспериментальные данные по спектрам лазерно-индуцированной флуоресценции растений в нормальном и стрессовых состояниях (вызванных различными причинами), анализ которых позволяет определить технический облик дистанционного лазерного флуориметра для обнаружения стрессовых состояний растительности.

Анализ работ показывает, что с точки зрения аппаратурной реализации для возбуждения лазерно-индуцированной флуоресценции растений наиболее подходящей является вторая гармоника твердотельного импульсного лазера на иттрий-алюминиевом гранате активированном ионами неодима с длиной волны 0,532 мкм. При этом, длина волны возбуждения 0,532 мкм характеризуется большой (близкой к максимальной) эффективностью возбуждения флуоресценции.

Результаты проведенных экспериментальных исследований позволяют определится с наилучшими вариантами каналов регистрации лазерно-индуцированного флуоресцентного излучения для задачи обнаружения стрессовых состояний растений. В наиболее простом варианте аппаратуры лазерный флуориметр при длине волны возбуждения флуоресценции 0,532 мкм может регистрировать лазерно-индуцированное флуоресцентное излучение растений только в двух спектральных диапазонах с центральными длинами волн 0,685 мкм и 0,740 мкм.


Об авторах

Ю. В. Федотов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

SPIN-код 5104-7350



О. А. Булло
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


М. Л. Белов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

SPIN-код 6214-0799



В. А. Городничев
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

SPIN-код 8460-3126



Список литературы

1. Weitkamp, C. Lidar. Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere. Berlin: Springer, 2005. 460 p.

2. Utkin A.B., Lavrov A.V., Vilar R., Babichenko S., Shchemelyov S., Sobolev I., Bastos L., Deurloo R.A., Torres Palenzuela J., Yarovenko N.V., Cruz I. Optical Methods for Water Pollution Monitoring. Spatial and Organizational Dynamics Discussion Papers, 2011, No. 2011-17. Режим доступа: http://www.cieo.ualg.pt/discussionpapers/8/article10.pdf (дата обращения 25.11.2016).

3. Токарева О.С. Обработка и интерпретация данных дистанционного зондирования Земли // Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010.148 с.

4. Белов М.Л., Городничев В.А., Колючкин В.Я., Одиноков С.Б. Оптико-электронные системы мониторинга природной среды // М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 76 с.

5. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2013 год // М.:РОСГИДРОМЕТ. 2014. 229 с.

6. Measures R.M. Laser remote sensing. Fundamentals and applications. John Wiley & Sons, 1984. Reprint de 1992, Krieger Publishing Company, Malabar, Florida, 1992. 510 р.

7. Фатеева Н.Л. Дистанционная диагностика состояния растений на основе метода лазерно-индуцированной флуоресценции: дис. … канд. физ.-мат. наук. Томск, 2006. 123 с.

8. Афонасенко А.В., Иглакова А.И., Матвиенко Г.Г., Ошлаков В.К., Прокопьев В.Е. Лабораторные и лидарные измерения спектральных характеристик листьев березы в различные периоды вегетации // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25, № 3. С. 237-243.

9. Yanga J., Gonga W., Shia S., Dua L., Suna J., Songe S. Laser-induced fluorescence characteristics of vegetation by a new excitation wavelength. Spectroscopy letters. 2016. Vol. 49, No. 4, P. 263–267.

10. Лысенков В.С., Вардуни Т.В., Сойер В.Г., Краснов В.П. Флуоресценция хлорофилла растений как показатель экологического стресса: теоретические основы применения метода // Фундаментальные исследования. 2013. № 4. С. 112-119.

11. Нестеренко Т.В., Тихомиров А.А., Шихов В.Н. Индукция флуоресценции хлорофилла и оценка устойчивости растений к неблагоприятным воздействиям // Журнал общей биологии. 2007. Т. 68. № 6, ноябрь-декабрь. С. 444-458.

12. Белов М.Л., Булло О.А., Городничев В.А. Лазерный флуоресцентный метод обнаружения стрессовых состояний растений, вызванных недостаточным уровнем питательных веществ или наличия загрязнителей в почве // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 12. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/506199.html (дата обращения 05.03.2016).

13. Chappelle E.W., Corp L.A., McMurtrey J.E., Kim M.S., Daughtry C.S.T. Fluorescence: a diagnostic tool for the detection of stress in plants. SPIE Proceedings, 1997, Vol. 2959, P. 14-23.

14. Федотов Ю.В., Булло О.А., Матросова О.А., Белов М.Л., Городничев В.А. Устойчивость результатов лазерного флуоресцентного метода контроля состояния растений // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 01. С. 80-84.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Федотов Ю.В., Булло О.А., Белов М.Л., Городничев В.А. Дистанционный лазерный флуориметр для обнаружения стрессовых состояний растительности. Радиостроение. 2017;(1):1-13. https://doi.org/10.24108/rdopt.0117.0000082

For citation: Fedotov Y.V., Bullo O.A., Belov M.L., Gorodnichev V.A. Remote Laser Fluorimeter to Detect Stress of Plants. Radio Engineering. 2017;(1):1-13. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/rdopt.0117.0000082

Просмотров: 369

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)