Дистанционная диагностика состояния растений на основе метода лазерно-индуцированной флуоресценции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат физико-математических наук Фатеева, Наталья Леонидовна

• Фатеева, Наталья Леонидовна
• кандидат физико-математических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Фатеева, Наталья Леонидовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МОНИТОРИНГА АНТРОПОГЕННОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ ПОСРЕДСТВОМ МЕТОДА ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ. ОПИСАНИЕ ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО ЛИДАРА И ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ.

1.1. История вопроса.

1.1 1.Современные методы мониторинга растительности.

1 1 2 Использование метода лазерно-индуцированной флуоресценции для контроля состояния растений

1.2. Обоснование использования меюда лазерно-индуцированной флуоресценции для дистанционной оценки фотосинтезирующего состояния растения.

121 Механизм возникновения лазерно-индуцированной флуоресценции . . .23 1 2 2 Фотосинтез и преобразование оптической энер| ии.

1.3. Флуоресцентный лидар для исследования растений.

1 3 1 Лидарное уравнение для флуоресцентного лидара.

1 1 2 Техническое описание флуоресцентного лидара

1 3 3 Ошибки и шумы

1.4. Современная техника измерений лазерно-индуцированной флуоресценции.

1 4 1 Недостатки современной аппаратуры при дистанционном зондировании растительности с использованием метода лазерно-индуцированной флуоресценции

1 4 2. Область применения флуоресцентных лидаров 43 ВЫВОДЫ

ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ НАТУРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ДИСТАНЦИОННОМУ

ИССЛЕДОВАНИЮ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ЗЕЛЕНОГО РАСТЕНИЯ.

2.1. Факторы естественного влияния на значения сигнала лазерноиндуцированной флуоресценции при дистанционном зондировании.

2 110 выборе ширины спектрального интервала детектирования сш налов флуоресценции при определении типа растительности

2 1 2 Исследование фотосинтезирующей функции древесной растительное i и в различные периоды вегетации

2 1 З.Лазерно-индуцированная флуоресценция древесной растительности при различных температурах окружающей среды

2.2. Изменения лазерно-индуцированной флуоресценции при де! радации растений.

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ И ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТОКСИЧНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ НА ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННУЮ ФЛУОРЕСЦЕНЦИЮ РАСТИТЕЛЬНОСТИ.

3.1. Исследование процессов влияния изменения минерального питания растений (лабораторные эксперименты).

3.2. J1 идарное зондирование древесной растительное i и при антропогенном загрязнении почв.

3 21. Влияние нефтяных загрязнений . . . . . 82 3 2 2.Влияние азотных загрязнений на лазерно-индуцированную флуоресценцию

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Дистанционная диагностика состояния растений на основе метода лазерно-индуцированной флуоресценции»

Развитие методов и средств мониторинга окружающей среды вызвано необходимостью исследования взаимодействия человека и окружающей его природы, а также контроля над результатами этой деятельности. Особенно важно это для территорий, связанных с добычей и транспортировкой нефтепродуктов, а также различных активных химических веществ. Утечка при транспортировке и добыче таких веществ приводит к загрязнению земель и изменяет структуру питательного грунта близрастущих растений, что вызывает деградацию или гибель растений. В настоящее время в нашей стране и за рубежом для целей мониторинга лесных массивов используются контактные методы анализа, а также пассивные спутниковые методы. Однако существующие контактные методы при их высокой точности и селективности исследуемых параметров имеют ограниченную область применения, связанную с трудоемкостью измерений, недоступностью многих точек наблюдения, недостаточной оперативностью анализа [1,2].

Методики лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ) целых растений и их фрагментов, а также технические средства для таких исследований активно разрабатываются, начиная с восьмидесятых годов прошлого века [3,4,136]. Однако все исследования по количественной и качественной оценке состояния фитомассы лесов с применением лазерных систем сосредоточены сегодня в США, Канаде, Японии, Италии и Германии [5-9]. Первые работы по дистанционному распознаванию растений с применением лидаров появились в России лишь к концу 90-х годов прошлого века. Так, Бункин в своей работе показал [133], что при дистанционном зондировании (до 530 м) растений in vivo существуют спектральные особенности эхосигналов, характерные для различных пород деревьев.

Для разработки методов дистанционного зондирования древесной растительности на основе ЛИФ важным являются исследование и понимание деталей спектра флуоресценции интактных растений [8,9,24,30]. Наиболее перспективным для дистанционного анализа состояния растений с применением ЛИФ-методик является «красная» (600-750 нм) флуоресценция [9]. В настоящее время в разных странах ведется накопление данных по изменению спектров флуоресценции различных пород деревьев и разрабатываются алгоритмы их интерпретации согласно физиологическим особенностям растений. Однако существует проблема, связанная с различием объектов исследования, например видовой состав лесов Японии значительно отличается от видового состава лесов Западной Сибири [28,42,133]. Первым и очень существенным следствием этого является слабая изученность флуоресцентных характеристик древесной растительности, что приводит к различным затруднениям при интерпретации изменений спектра флуоресценции древесной растительности в ответ на различные неблагоприятные факторы окружающей среды. Поэтому основной задачей сегодня является выявление характера и связей параметров при дистанционном измерении лазерно-индуцированной флуоресценции с результатами лабораторных экспериментов. Для решения этой задачи необходимы сбор и создание базы данных основных типов спектральных изменений флуоресценции, зависящих от состояния растительности, следующих за изменением условий окружающей среды [1,5,11,13,14,23-26,35-41]. Поэтому наряду с лазерными устройствами и методами актуально использование относительно недорогих, простых, надежных, контактных методов с приемлемой точностью измерений.

Известно [5,9-23], что интенсивность флуоресценции зеленого растения зависит от количества поглощенной энергии, концентрации хлорофилла и выбора длины волны возбуждения. В настоящее время накоплен значительный материал о перераспределении энергии в спектре флуоресценции в зависимости от физиологического состояния растительности [24—31]. Получение экспресс-информации с помощью методов ЛИФ позволит сделать оценку характера, величины и значимости антропогенного воздействия на окружающую среду.

Вопросам оптимизации существующих и разработке новых методов мониторинга растительных массивов активными и пассивными методами - посвящены многочисленные исследования отечественных [15-17] и зарубежных авторов. В частности, фотофизические процессы в фотосинтезирующих организмах, сопровождающиеся их флуоресценцией при импульсном лазерном возбуждении предлагается описывать трехпараметрической моделью [43], а фраун-гоферовы линии использовать для контроля концентрации хлорофилла в растениях [32-34].

Разрабатываемые в последние десятилетия дистанционные методы контроля окружающей среды позволят получать оперативную информацию о наличии загрязняющих веществ в почве и атмосфере, посредством лазерного дистанционного зондирования растительности в реальном масштабе времени и на больших площадях.

Исходя из приведенной выше оценки состояния дистанционных методов диагностики растений, сформулирована следующая цель диссертационной работы:

Адаптировать метод лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ) в красной области спектра для оперативной дистанционной диагностики изменения состояния целых растений в условиях антропогенного загрязнения почвы.

Для достижения данной цели сформулированы следующие основные задачи исследования:

Показать существование видовой зависимости ЛИФ в период вегетации, включая процесс сезонного увядания для хвойных и лиственных деревьев Западной Сибири.

Выявить особенности ЛИФ хлорофилла у хвойных и лиственных деревьев при увядании, а также сделать оценку информационной значимости флуоресцентных сигналов растительности на длинах волн 740 нм и 685 нм.

Оценить степень влияния температуры на значения отношения интенсив-ностей флуоресценции в максимумах на длинах волн 685 и 740 нм (отношения f) для лиственных и хвойных деревьев при дистанционном зондировании в различные периоды вегетации.

Определить основные изменения в спектрах флуоресценции растений при дефиците микроэлементов питания.

Показать возможность обнаружения методом ЛИФ хлорофилла ) растении ранних этапов внешнего физико-химического воздействия по каналам питания

Методы исследования:

Для решения поставленных задач использовался комплексный подхоч, сочетающий в себе биохимические методы анализа хлорофилла; натурные и лабораторные эксперименты по дистанционному зондированию; а также методы математической статистики для обработки экспериментальных данных.

На защиту выносятся следующие положения:

1. При лазерном зондировании хвойных и лиственных пород деревьев в течение периода вегетации и ширине спектрального интервала детек! ирования сигналов лидара от 2 до 6 нм, величина отношений максимумов итепсивно-стей лазерно-индуцированной флуоресценции на длинах волн 685 и 740 нм для березы и осины, произрастающих в средних широтах России, лежи! в пределах 3.2 ± 0.4, а для сосны и кедра в пределах 2.1 ± 0.3.

2. При дистанционном зондировании древесной растительности m vivo температурную зависимость лазерно-индуцированной флуоресценции можно не учитывать для летнего периода, если температура окружающей среды лежит в диапазоне от +3° до +24°С.

3. Признаком дефицита микроэлементов питания растительности (на примере кукурузы) является смещение максимумов на длине волны 685 и 740 нм в спектре флуоресценции в длинноволновую область спемра в интервале oi 2 до 4 нм.

4. Оценка значений интенсивностей лазерно-индуцированной флуоресценции растений на длинах волн 685 и 740 нм, а также их отношений позволяет идентифицировать наличие антропогенного воздействия нефтепродуктами или азотосодержащими веществами на почву.

Достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы:

Научные положения и выводы, сделанные в диссертационной работе, следуют из адекватности используемых физических и биологических моделей и методов, что подтверждается сравнением с результатами экспериментальных наблюдений, полученными контактным методом. Так, для первого защищаемого положения, коэффициент корреляции между данными, полученными биохимическим методом коллегами из Института мониторинга климатических и экологических систем (ИМКЭС СО РАН) и методом ЛИФ при дистанционном зондировании лиственных и хвойных деревьев Западной Сибири, составил от 0,65 до 0,96.

Достоверность второго защищаемого положения обосновывается данными статистической обработки генеральной совокупности наблюдений, проводимых в период 2004-2005 годов, и подтверждается теоретическими предпосылками (в частности теорией о температурной зависимости).

Достоверность третьего и четвертого защищаемых положений вытекает из идентичности механизмов перераспределения энергии в спектре флуоресценции при изменении условий минерального питания и не противоречит результатам других авторов: Карапетян Н.В., Андриенко О.С., Agati G.

Научная новизна заключается в том, что:

- доказана информативность отношения сигналов ЛИФ хлорофилла для решения задач распознавания хвойных и лиственных типов растительности;

- поставлена задача выявления термозависимости ЛИФ хвойной и лиственной растительности при положительных температурах в весенне-летний период (с мая по сентябрь);

- метод ЛИФ, основанный на анализе отношений максимумов интенсивности флуоресценции древесных растений и значений интенсивности ЛИФ на длинах волн 685 и 740 нм, адаптирован для выявления наличия фактора химико-физического воздействия на растительность и идентификации типа и степени этого воздействия;

- предложено использовать значения флуоресцентных сигналов растительности на длинах волн 740 нм и 685 нм как дополнительного критерия, характеризующего наличие фактора деградации (увядания) растения;

- для разработки алгоритмов идентификации ранних этапов внешнего физико-химического воздействия показана целесообразность использования особенностей трансформации спектров флуоресценции растений.

Научная ценность защищаемых положений и других результатов диссертации:

1. Ценность первого защищаемого положения заключается в том, что знание интервалов изменения отношения сигналов флуоресценции на длинах волн 685 и 740 нм (отношения f), при дистанционном зондировании, позволяет идентифицировать лиственные и хвойные деревья, растущие вблизи города Томска в период с мая по сентябрь.

2. Второе защищаемое положение позволяет минимизировать число учитываемых параметров для качественной оценки состояния растений, при дистанционном зондировании деревьев без потери информативной значимости отношения f.

3. Третье защищаемое положение позволяет использовать модель преобразования в спектрах флуоресценции при дефиците микроэлементов питания для разработки алгоритмов обнаружения антропогенного загрязнения почв.

4. Ценность четвертого защищаемого положения позволяет рассматривать растительность в качестве индикатора экологического состояния окружающей среды. Выявленная временная зависимость между изменениями значений сигнала флуоресценции и фактами воздействия загрязнителей на почву как в единичном, так и в многочисленных случаях способна служить основой для создания ранней дистанционной диагностики лесов.

В диссертации показана возможность ранней диагностики нефтяных и азотных загрязнений, основанная на лидарном зондировании хвойных и лиственных деревьев, расположенных вблизи «зон риска», излучением второй гармоники YAG: Nd лазера, позволившая существенно повысить моники YAG: Nd лазера, позволившая существенно повысить чувствительность метода и детектировать фактор стресса на ранней стадии.

Практическая значимость диссертации и использование полученных результатов работы состоит в том, что её применение обеспечивает:

- реализацию возможности использования ЛИФ как информационного признака при классификации древесной растительности в период вегетации;

- визуализацию процесса пространственного и временного изменения состояния лесных покровов (первое защищаемое положение);

- существенное сокращение трудо- и времязатрат, связанное с дистанционным мониторингом лесов (второе защищаемое положение);

- обнаружение наличия антропогенных загрязнений хвойных и лесных массивов по изменению интенсивности ЛИФ хлорофилла в красной области спектра задолго до появления видимых признаков повреждения;

- многофункциональную автоматизацию процесса обработки данных по состоянию растительности и факту антропогенной деятельности;

- возможность применения лидаров для мониторинга растительности в условиях антропогенного загрязнения почв;

- создание рекомендаций для разработки новых алгоритмов и технических средств активного дистанционного зондирования растений (третье и четвертое защищаемое положение).

Создание таких рекомендаций и методик позволит создать основу для управления запасами лесных ресурсов на уровне сбалансированной экосистемы, а процесс управления экосистемой реализует компромисс трех целей: экологической, социальной, экономической.

В данной работе для контроля результатов, полученных при натурных ли-дарных измерениях и интерпретации сигналов флуоресценции растений, используются данные, полученные при широко используемом биохимическом методе.

Внедрение результатов и рекомендации по их дальнейшему использованию:

Исследования по работе поддерживались фантами фонда Минисгерсгва Образования и Науки РФ:

- Д0044, в рамках целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы», travel grant для поездки на международный симпозиум «Photosynthesis», 2000 г.

- В рамках целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы» на проведения научных исследований, 2002 г.

- А03-2.9-713 (проект «Дистанционное исследование процессов минерального питания и обмена в растениях», 2003-2004 г г).

- В рамках целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы», travel grant для поездки на международный симпозиум «Remote Sensing», 2004 г.

РФФИ:

- 03-05-64228-а, «Физические основы лазерного фемтосекундного зондирования атмосферных аэрозолей», 2003-2005 гг., исполнитель.

- 98-04-03099, «Сибирь-98», «Разработка методологии наземного и аэрокосмического мониторинга состояния и трансформации древесной растительности таежной и горной зон Западной Сибири», 1998-2000 гг., исполнитель.

- 05-04-58911-3, travel grant для поездки на международный симпозиум «Remote Sensing» 2005 г., руководитель.

- 06-05-64799-а, «Оптика мощных фемтосекундных лазерных импульсов в атмосфере», 2006-2008 гг., исполнитель.

SPIE:

- SPIE travel grant для поездки на международный симпозиум «Remote Sensing», 2005 г., руководитель.

Программы СО РАН:

- Проект 3 «Изучение процессов флуоресценции и комбинационного рассеяния лучистой энергии видимого и УФ диапазона атмосферными и антропогенными газами для целей мониторинга и дистанционного анализа состава среды», 2003 г., исполнитель.

- приоритетная программа «12.3 Физика атмосферы и окружающей среды», 2004-2006 гг., исполнитель.

Материалы диссертации в частях, касающихся видовой классификации древесной растительности и обнаружения антропогенных выбросов с использованием флуоресцентных лидаров, используются в учебном процессе в курсе «Оптические методы измерений в экологии», а также в семинарских занятиях по этому курсу, читаемому для студентов кафедры космической физики и экологии радиофизического факультета Томского государственного университета. Имеется справка ТГУ (приложение 1).

В научно-исследовательской работе (НИР) по геме: «Аксис-ИОА», в Институте оптики атмосферы СО РАН (ИОА СО РАН), в частях «Экспериментальные исследования процессов изменения вторичного метаболизма растений в стрессовых условиях» и «Проведение натурных экспериментов по измерению вторичных метаболитов растений», а также по теме: «Исследование проблемы дистанционного детектирования паров взрывчатки в атмосфере и воздействие на растительность», при описании влияния антропогенных загрязнений по каналам питания на трансформацию спектров лазерно-индуцированной флуоресценции растений, использовались результаты диссертации. Имеется справка ИОА СО РАН (приложение 1).

Результаты диссертационной работы целесообразно также использовать в НИР на биологическом факультете Московского государственного университета (МГУ), на радиофизическом факультете Томского государственного университета, в Институте оптики атмосферы, а также в других организациях, где занимаются дистанционным мониторингом растительности с применением лидаров.

Апробация работы и публикации:

Результаты работы докладывались на 17-ти международных, 4-х всероссийских и 2-х региональных конференциях. Обсуждались на семинарах кафедры физиологии растений биологического факультета МГУ и отдела теоретических и прикладных проблем дистанционного зондирования Института космических исследований МОиН РК (Алматы, Казахстан) (приложение 1).

По результатам работы опубликовано более 30 работ, из них 3 статьи в рецензируемой печати, 3 статьи в трудах SPIE, 8 статей в материалах и трудах международных конференций.

Характеристика личного вклада соискателя:

Основные результаты диссертационной работы получены автором лично как в индивидуальных, так и в коллективных исследованиях. Постановка задачи была предложена научным руководителем. Техническая реализация флуоресцентного лидара выполнена сотрудниками лаборатории лидарных методов ИОА СО РАН. Оборудование для проведения лабораторных исследований предоставлено биологическим факультетом МГУ. Данные по концентрации хлорофилла для сравнительного анализа дистанционных измерений с измерениями, полученными контактным методом, предоставлены коллегами из лаборатории дендрологии ИМКЭС СО РАН.

Объем и структура диссертации:

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения; общий объем работы - 123 страницы; работа содержит - 6 таблиц и 44 рисунка список цитируемой литературы включает - 138 наименований.

Заключение диссертации по теме «Оптика», Фатеева, Наталья Леонидовна

Выводы

Изменение интенсивности флуоресценции и отношения f кедра при загрязнении почвы нефтесодержащими веществами зависит от объема и продолжительности загрязнения. При этом нефтяной раствор в почве вызывает не только физиологические изменения (торможение роста и дальнейшую гибель растения, целый ряд адаптивных перестроек при небольших концентрациях, обеспечивающих выживание в неблагоприятных условиях), но и соответствующие каждому этапу адаптации изменения сигналов флуоресценции хвои.

Отношение f древесной растительности при азотном загрязнении начинает изменяться только после второго полива, что связано со способностью кедра ингибировать поглощение азота корнями. Для березы высокий уровень снабжения корневой системы азотом приводит к накоплению пигментов на 37 % больше по сравнению с контролем. Отношение интенсивностей флуоресценции резко увеличивается уже после первого полива. В варианте с березой не наблюдается снижения поглощения азота, наблюдаемого у кедра сибирского.

Таким образом, приведенный выше экспериментальный материал показывает принципиальную возможность использования метода лазерно-индуцированной флуоресценции хлорофилла для диагностики физиологического состояния хвойной и лиственной растительности при попадании загрязняющих веществ в почву. Главная особенность этих измерений - возможность установить изменение в физиологическом состоянии у растений даже в отсутствие визуальных признаков повреждения. Это свидетельствует о потенциальных возможностях использования флидара в целях экологического мониторинга растительности.

Заключение

По результатам исследований и анализа данных можно сделать следующие основные выводы:

1. При дистанционном зондировании растений с использованием метода ЛИФ возможно сделать качественную оценку состояния растительного покрова в различные периоды вегетации, определив при этом тип растительности. Величина интенсивности флуоресценции растений, её амплитуда и длины волн максимумов зависят от общего состояния растения и внешних физико-химических воздействий.

2. Для определения видовой принадлежности объекта исследования необходим анализ отношения f = F(685)/F(740). В работе рассчитаны средние значения этого отношения для березы, осины, сосны и кедра, произрастающих на территории г. Томска. Полученная зависимость сигнала флуоресценции от концентрации хлорофилла может быть использована как дополнительный фактор при определении видового состава древесной растительности. Показано и обоснованно, что в весенне-летне-осенний период, при положительных температурах (в диапазоне от +3° до +24° С) влияние физико-химических воздействий на растения, а следовательно, и на величину отношения f более существенно (от 30 до 50%), чем существующая температурная зависимость, значения которой лежат в пределах 10%. Однако при отрицательных температурах, эта зависимость значительно (до 30%) увеличивается.

3. Изменение состава почвы или другого питательного грунта вызывает перераспределение интенсивности флуоресценции внутри спектра и смещение максимумов сигналов ЛИФ хлорофилла в длинноволновую область спектра.

4. Изменения физиологического состояния, вызванные попаданием нефте-содержащих веществ в почву, непосредственно отражаются на значениях ин-тенсивностей максимумов спектра флуоресценции и зависят от дозы загрязнителя, при этом отмечаются значительные увеличения значения отношения f=F(685)/F(740) в отсутствие визуальных признаков повреждения, в том числе изменений концентрации хлорофилла.

5. Показано, что изменение отношения f = F(685)/F(740), при наличии азотных загрязнений, в первую очередь проявляется у лиственных (береза), а хвойные проявляют большую устойчивость. Величина отношения f изменилась за 14 дней в 2 раза, в то время как у лиственных изменение f в два раза можно было зарегистрировать уже на третий день после первого внесения загрязняющих веществ в почву.

Отношения сигналов ЛИФ на длинах волн 685 и 740 нм, вместе со значениями на каждом канале, специфичны для каждого типа загрязнений и позволяет идентифицировать степень угнетенности растения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Фатеева, Наталья Леонидовна, 2007 год

1. Brach Е J , Molnar J М. Identification of horticultural crops by remote spectroscopic techniques // HortSci. 1977. - Vol. 12 - P. 50-53.

2. Brach E.J., Molnar J.M., Jasmin J J. Detection of lettuce maturity and variety by remote sensing techniques // J. Agric. Eng Res. 1977. - Vol. 22, № 1. - P 45-54

3. Brach E J , Klyne M A., Phan T , Jasmin J.J. Use of laser fluorescence to study lettuce growth and development under controlled environment // Laser Spectrosc -1978. -Vol. 158 -P 156-162.

4. Brach F.J, Gasman В , LaCroix L.J. Development of laser fluorosensor for cultivars and species identification of grain crops // J Agron. Crop Sci Z Acker Pflan/enbau 1982.-Vol 151, №1 -P. 6-16

5. Chappelle F W., Wood Jr. F.M., McMurtrey III J.E , Newcomb W W. Laser-induced fluorescence of green plants 1: a technique for the remote detection of plant stress and specics differentiation // Appl. Opt. 1984b, - Vol. 23. - P. 134-138.

6. Chappelle F.W., Lichtenthaler H. (Eds.) Special issue on fluorescence measurement of vegetation // Remote Sens. Fnviron 1994 - Vol. 47. - P. 1-105

7. Johansson J, Andersson M , Edner H , Mattsson J , Svanberg S. Remote fluorescence measurement of vegetation spectrally resolved and by multi-color fluorescencc imaging // J. Plant Physiol. 1996. - Vol.148, № 6 - P. 632-637.

8. Saito Y., Kanoh M., Hatake K., Kawahara T.D., Nomura A. Investigation of laser-induced fluorescence of several leaves for application to lidar vegetation monitoring // Appl. Opt. 1998. - Vol 37. - P. 431-437.

9. Briantais J. M. Light as an Energy Source and Information Carrier in Plant Physiology ed R С Jennings, G Zucchelli, F Ghetti and G Colombetti New York: Plenum -1996 -P. 113-124.

10. Bongi G , Palliotti A , Rocchi P , Moya I., Goulas Y. Blue-green fluorescence excited by UV laser on leaves of different species originates from cutin and is sensitive to leaf temperature // Plant Cell Environ. 1994. - Vol. 17, №6 - P. 777-780.

11. Broglia M. Blue-green laser-induced fluorescence from intact leaves, actinic light sensitivity and subcellular origins // Appl. Opt. 1993. - Vol. 32. - P. 334-338.

12. Chappcllc E W., Williams D L. Laser-induced fluorescence (LIF) from plant foliage // IEFE Trans Geosci. Remote Sens. 1987. - GF-25 (6). - P. 726-736.

13. Базилевич H. И. Географические закономерности структуры и функционирования экосиаем. М.: Наука, 1986. - 296 с.

14. Методика организации и проведения космовизуальных наблюдений в целях охраны лесов от пожаров. Минлесхоз РСФСР, Центр подготовки космонавтов, М., 1987.-36 с.

15. Froehlich P.M., Guilbault G G. Instrumentation for fluorescence. In: Guilbault G.G , Practical Fluorescence // Marcel Dekker, NY 1990.- P 41-74.

16. Goulas Y , Moya I., Guido S Time-resolved spectroscopy of the blue iluorescence of spinach leaves // Photosynthesis Res. 1990 - Vol. 25, №3 - P. 299-307.

17. Guilbault G.G., General aspects of luminescence spectroscopy. In- Guilbault G.G. Ed , Practical Fluoresccnce // Marcel Dekker, NY, 1990 P 1-40.

18. Lang M., Siffcl P., Braunova Z , Lichtenhaler H.K. Investigations on the blue-green fluorescence emission of plant leaves // Bot. Acta. 1992 - Vol. 105, №6. - P. 435— 440

19. Lichtenthalcr H.K., Stober F. Laser-induced chlorophyll fluorescence and blue fluorescence of green vegetation // Proc 10th EARSeL Symp Toulouse 1990, EARSel, Boulogne-Billancourt, P. 234-241.

20. Stober F., Lang M., Lichtenthaler H К Blue, green, and red fluorescence emission signatures of green, etiolated, and white leaves // Remote Sens. Environ 1994. -Vol.47 -P 65-71.

21. Krajicek V , Vrbova M., Laser-induced fluorescence spectra of plants // Remote Sens Fnviron 1994.-Vol. 47.-P. 51-54

22. Lichtenthaler H.K., Buschmann C., Rinderle U., Schmuck G Application of chlorophyll fluorescence in ecophysiology // Radiat. Environ. Biophys 1986. Vol 25.-P. 297-308.

23. Stober F., Lichtenthaler H.K , Studies on the localization and spectral characteristics of the fluorescence emission of differently pigmented wheat leaves//Bot Acta -1993 -Vol 106.-P. 365-370.

24. L ang M , Stober F , Lichtenthaler U.K. Fluorescence emission spectra of plant leaves and plant constituents // Radiat. Environ. Biophys. 1991. - Vol. 30 - P. 333-347

25. Chappelle F W., Wood F.M. Jr., Newcomb W W., McMurtrey J F III Laser-induced fluorescence of green plants 3 L1F spectral signatures of five major plant types // Appl Opt -1985 Vol.24 - P. 74-80.

26. I ichtenthaler H.K. and Rinderle U. The role of chlorophyll fluorescence in the detection of stress conditions in plants // CRC Critical Reviews in Analytical Chemistry 1988 -Vol. 19 (suppl) - P. 529-585.

27. Lichtenthaler H.K., Stober F., Lang M. The nature of the different laser-induced fluorescence signatures of plants // EARSeL Adv. Remote Sen. 1992. - 1(2-11). -P. 20-32.

28. Mineucchi K., Takahashi K., Komatsu A., and Tatsumola H. Seasonal variation of laser induced fluorescence spectra in tree leaves // Environ Technology 1999. -Vol. 20. - P. 633-638.

29. Carter G A., Theisen A F. and Mitchell R J. Chlorophyll fluorescence measured using the Fraunhofer line-depth principle and relationship to photosynthesis rate in the field // Plant Cell Environ. 1990 - Vol. 13. - P. 79-83.

30. Carter G.A , Jones J H., Mitchell R J and Brewer C.H. Detection of solar-excited chlorophyll a fluorescence and leaf photosynthetic capacity using a Fraunhofer I ine Radiometer// Remote Sens. Environ. 1996 - Vol. 55. - P. 89-92.

31. Kebabian P.L., Theisen A.F., Kallelis S. and Freedman A. A passive two-band sensor for sunlight-excited plant fluorescence // Review of Scientific Instruments 1999. -Vol. 70.-P. 4386-4393.

32. Buschmann C., Langsdorf G., and Lichtenthaler H К Imaging of the blue, green, and red fluorescence emission of plants An overview // Photosynthetica. 2000. - Vol 38, №4 - P. 483-491.

33. Lichtenthaler H.K., Stober F., Lang M. Laser-induced fluorescence emission signatures and spectral fluorescence ratios of terrestrial vegetation // Inter. Geosci. Remote Sen Symp., 1GARSS-93, III, Tokyo, Japan, 1993.-P. 1317-1320.

34. Hoge F.E , Swift R.N., Yungel J.K., Feasibility of airborne detection of laser-induced fluorescence emissions from green terrestrial plants // Appl. Opt. 1983. - Vol 22 P. 2991-3000.

35. Chappelle F W , McMurtrey J.E. Ill, Wood F.M. Jr., Newcomb W.W Laser-induced fluorescence of green plants: 2. LIF caused by nutrient deficiencies in corn // Appl Opt. 1984a. - Vol. 23. - P. 139-142.

36. Lichtenthaler H К , Lang M , Stober F., Nature and variation of blue fluorescence spectra of terrestrial plants // Proc. Int. Geosci. Remote Sen. Symp., IGARSS-91, Helsinki, Lspoo, Finland.-1991.-P. 2283-2286.

37. Gunther K.P., Dahn H.-G., Ludeker W. Remote sensing vegetation status by laser-induced fluorescence // Remote Sens. Environ. 1994. - Vol. 47. - P 10-17.

38. Saito Y., Saito R, Kawahara 1. D., Nomura A., Satomi Г. Development and performance characteristics of laser-induced fluorescence imaging lidar for forestry applications // Forest Fcology and Management. 2000. - Vol. 128. - P. 129-137.

39. Маслова Д.В., Фадеева B.B., Литвинова П Н. // Вестник mockobckoi о университета. Секция 3. Физика. Астрономия. 2002 -№1.-С.34-37

40. Воронцов А.И., Семенкова И.Г. Лесозащита. М.: Агропромиздат, 1988. - 336 с.

41. Сга!ья 7. Федеральный закон 10.01.2002г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды», извлечения из зак. актов РФ в редакции проекта федерального закона № 95911-4- Режим доступа: http://www chirkunov ru/artieles/print php^id=253#7

42. Постановление коллегии Рослесхоза от 19 10 1993 г. "Лесной мониториш в Рос-сии".-Режим доступа:http://rossiproles park.ru/public/default asp?WCl=:Document&no=l 7850558&print=l

43. Лопатин В Н., Апонасенко А.Д., Щур Л.А. Биофизические основы оценки состояния водных экосистем (теория, аппаратура, методы, исследования) -Новосибирск: Изд.-во Сибирского отделения Российской академии наук, 2000360 с

44. Шлык А А Биохимические методы в физиологии растений М.: Наука, 1971. -С.91-154

45. Кондратьев К.Я, Миронов З.Ф, Otio А.К. Спектральное альбедо естественных подаилающих поверхностей // Проблемы физики атмосферы. 1965. -. Вып.З. -С 18-27.

46. Исследование оптических свойств природных объектов и их автофоюграфиче-скою изображения: Сб.статей.-Л : Наука, 1970.- 238 с.

47. Радиационные характеристики агмосферы и земной поверхности / Под ред. К Я. Кондра1 ьева.- Л Гидрометиоиздат, 1969 152 с.

48. Сухих В.И Дистанционные методы в лесном хозяйстве и охране природы // Лесное хозяйство.-1979 № 3.- С.41 -45.

49. Положение о лесном мониторинге. Федеральная служба лесного хозяйства РФ. 29.11 1995г. N МГ-И 7-6/287 Режим доступаhttp://www businesspravo ru/Docum/DocumShow DocumlD 35821 html

50. Huete A.R. A soil adjusted vegetation index (SAVI) // Remote Sens Fnviron. -1988-Vol.25.-P. 295-309.

51. Pinty В., Vertraete M.M. GEMI: A non-linear index to monitor Global vegetation from satellites // Vegetatio. 1992. - Vol. 111, №1 -PI 5-20.

52. Murthy C.S., Thiruverngadachan S., Raju P.V., Jonna S Improved ground sampling and crop yield estimation using satellite data // Int. J Remote Sensing. 1996. - Vol 17, N5 -P 945-956

53. Методы дистанционного зондирования в Сельском хозяйстве Казахстана /1 А Закарин, Л.Ф. Спивак, О П. Архипкин и др 1999- С. 49-65

54. Моуа I, Guyot G., and Goulas Y. Remotely sensed blue and red fluorescence emission for monitoring vegetation // 1SPRS International Society of Photogrammetry and Remote Sensing. 1992. - Vol. 47. - P. 205-231.

55. Plascyk J A The MK II Fraunhofer line discriminator (FLD-II) for airborne and orbital remote sensing of solar-stimulated luminescence // Optical Fngineering 1975 Vol. 14,№4.-P. 339-346.

56. Nilsson, H.E. Remote sensing and image analysis in plant pathology // Annu Rev. Phytopathol 1995. - Vol. 15. - P. 489-527.

57. Anderson D M., Fredrickson E L., Nachman P., Estcll R.E., Havstad K.M., Murray L.W. Laser-induced fluorescence (LIF) spectra of herbaceous and woody pre- and post-digested plant material // Animal Feed Science I echnology 1998. - Vol. 70. P. 315-337.

58. Roscma A., Verhoef W , Schroote J. and Snel J F.H. Simulating fluorescence light-canopy interaction in support of laser-induced fluorescencc measurements // Remote Sens. Fnviron. 1991. - Vol. 37. - P. 117-130.

59. Chappclle E.W , Williams D L., McMurtrey J.E III. Lasers may help in remote assessment of vegetation // Laser Focus World. 1989. - Vol. 6. - P. 123-132.

60. Rosema A , Verhoef W., Schrootc J., Snel J.F.H. Simulating fluoresccnce light-canopy interaction in support of laser-induced fluorescence measurements // Remote Sens bnviron.-1991.-Vol 37.-P 117-130.

61. Agati G Response of the in vivo chlorophyll fluorescence spectrum to environmental factors and laser excitation wavelength // Pure and Applied Optics 1998 - Vol 7 -P.797-807.

62. Mohammed G.H., Binder W.D. and Gillies S L Chlorophyll fluoresccnce. A review of its practical forestry applications and instrumentation // Scandinavian J. Forest Res -1995.-Vol 10. P. 383—410

63. Olioso A., Methy M. and Lacaze B. Simulation of canopy fluorescence as a function of canopy structure and leaf fluorescence // Remote Sens. Environ 1992. - Vol. 41 P.239-247

64. Oums A., Cerovic Z.G., Bnantais J.M and Moya 1 Dual excitation FLIDAR for the estimation of epidermal UV absorption in leaves and canopies // Remote Sens Environ.-2001 Vol. 76.-P 33-48

65. Krause G.H. and Weis E. Chlorophyll fluorescence as a tool in plant physiology II. Interpretation of fluorescence signals // Photosynthesis Res.-1984.-VoI 5—P. 139—157.

66. Govindjee. Sixty-three years since Kautsky: chlorophyll a fluorescence // Australian J Plant Physiol.—1995 Vol.22- P. 131-160.

67. Papageorgiou G. Chlorophyll fluorescence: an intrinsic probe of photosynthesis, in Bioenergetics of Photosynthesis (Govindjee, cd) // Academic Press, New York, 1975

68. Schreiber IJ, Bilger U. and Neubauer C. Chlorophyll fluorescence as a non-intrusive indicator for rapid assessment of in vivo photosynthesis // Ecological Studies 1994 Vol 100 - P. 49-70

69. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 48th ed., R.C. Weast and S. M Selby, Eds , The Chemical Rubber Co., Cleveland, OH, 1967. 133 p.

70. Физиоло! ия растений: Учебник для студ Вузов / Н Д Алехина, Ю В.Балнокин, В Ф Гавриленко и др.,М.' Издательский центр Академия, 2005.- 640 с

71. King D.W., Estell R F , Frednckson b.L., Havstad К M , Wallace J.D , Murray L. Effects of Flourensia cernua ingestion on intake, digestion kinetics, and ruminal fermentation of sheep consuming tobosa // J. Range Manage 1996-Vol. 49.1. P 325-330.

72. Рубин А.Б. Биофизика M.: Высш.шк., 1987 - 319с.

73. Lasertech S A. Laser Remote Sensing of Forest and Crops in Genetic-Rich Tropical Areas// International Archives ofPhotogrammetry and Remote Sensing.-1992-Vol.XXIX.

74. Холл Д., Pao К. Фотосинтез. I Iep. с анг. М.:Мир, 1983 - 134 с.

75. Rosema A. and Zahn H. Laser pulse energy requirements for remote sensing of chlorophyll fluorescence //J. Remote Sens. Environ 1997. - Vol. 62 - P. 101-108

76. Карапе1ян H.B., Бухов H F. Переменная флуоресценция хлорофилла как показатель физиологического состояния растений//Физиология растсний-1986 -Т 33, Вып.5. С. 1013-1026.

77. Нестеренко Т.В. Исследование медленной индукции флуоресценции в онтогенезе лиаьев высших растений Препринт Института физики СО АН СССР. №62Б Красноярск, 1987 - 84 с.

78. Гордиенко В И. Содержание пигментов в хвое сосен в зависимисти oi географических условий // Адаптационная изменчивость растений при интродукции. -Рига, 1990.-С. 22-25.

79. Андриенко О.С., Астафурова Т П. и др. Алгоритм обработки спектров флуоресценции методами анализа изображений // Сб. статей «Светокорелирующие пленки для сельского хозяйства»,- Томск' Спект, 1998 С. 57-62

80. Габукова В.В., Ивонис И.Ю. Экофизиология репродукт ивных процессов у хвойных. Петрозаводск, 1993.- 176 с.

81. Нестеренко Т В., Сидько Ф.Я. Индукция флуоресценции листьев пшеницы в их онтогенезе // Физиология растений. 1980. - Т.27, Вып 2 - С.336-340.

82. Lichtenthaler Н.К., Miehe J.A. Fluorescence imaging as a diagnostic tool for plant stress // Trends in Plant Science, 1997.- Vol.2.- P. 316-320.

83. Kotb A.R., Luckey T.D. Markers in nutrition // Nutr. Abstr. Rev. 1972.- 42. -P.813-845.

84. Гапоненко В И Влияние внешних факторов на метаболизм хлорофилла-Минск, 1976-240 с

85. Flexas J., Briantais J.-M., Cerovic /., Medrano H. and Moya I. Steady-state and maximum chlorophyll fluorescence responses to water stress in grapevine leaves A new remote sensing system //Remote Sens. Environ 2000-Vol.73.- P 283-297

86. Subhash N. and Mohanan C.N. Curve-fit analysis of chlorophyll fluorescence spectra. Application to nutrient stress detection in sunflower //Remote Sens. Fnviron.- 1997. Vol. 60 P. 347-356.

87. Bruggemann W. Low temperature limitations of photosynthesis in 3 tropical Vigna species A chlorophyll fluorescence study // Photosynthesis Research 1992 Vol.34(3).-P. 301-310.

88. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. -М.: Наука, 1993.-240 с.

89. Родин А.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещее 1ва и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах рас гигельности земного шара М. Наука, 1965. - 252 с

90. Методические указания по камеральному составлению карт пастбищ в зоне пустынь с применением космических снимков.-Ашхабад, 1984 С.6-10, 15-17

91. Межерис Р Лазерное дистанционное зондирование. Г1ер. с англ. М.: Мир, 1987550 с

92. Зуев В.Е., Креков Г.М., Крекова М.М , Лазерное зондирование атмосферного аэрозоля // Дистанционное зондирование атмосферы,- Новосибирск. Паука, 1978-С 3-46.

93. А.И. Гришин, 1 .Г. Матвиенко, О.В. Харченко, В.И Тимофеев. Исследование флуоресценции растений при возбуждении излучением второй гармоники YAG' Nd-лазера // Оптика атмосферы и океана.- 1997 -1 10, №07 С. 806-812.

94. Agati G Response of the in vivo chlorophyll fluorescence spectrum to environmental factors and laser excitation wavelength // J. Appl. Opt. -1998. Vol. 37, №71. P 797-807

95. Ландсберг Г.С. Оптика -M.: Наука, 1976. 928 с.

96. Kim М S , VcVurtrey Y. Е. Steady-state multispectral fluorescence imaging system for plant leaves // J. Appl. Opt.- 2001 .-Vol. 40, №3.- P. 157-166

97. Брипон Г Биохимия природных пигментов: Пер. с анг. М Мир, 1986 -422 с

98. Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме. М.: Медгиз, 1960 - 132 с

99. Lichtenthaler Н.К. Vegetation stress: an introduction to the stress concept in plants // J. Plant Physiol 1996 -Vol. 148. - P.4-14.

100. Карташев А.Г. Биоиндикация экологического состояния окружающей среды. -Томск: Водолей, 1999 192 с.

101. Зайдельман Ф Р. Мелиорация почв. М. Изд -во МГУ, 1987. - 304 с.

102. Heisel F., Sowinska М , Miehe J.A., Liang М., Lichtenthaler U.K. Detection of nutrient deficiencies of maize by laser induced fluorescence imaging //1 Plant Physiol -1996.-Vol.148.- P 622-631.

103. Воронцов А.И., Семенкова И.Г. Лесозащита. М.: Агропромизда1, 1988 - 336 с

104. Saito Y. Remote estimation of chlorophyll concentration the of living trees using laser-induced fluorescence imaging lidar // J Opt rev 2002. - Vol. 9, №2. - P.37-39.

105. Fateeva N.L , Matvienko G.G., Shul'gina L.A. Nondestructive methods for early detection of damage to living plants // Abstracts of The 11-th Int. Symposium "Remote Sensing", Maspalomas, Gran Canaria, Spain, 2004. P 20.

106. Фатеева Н J1, Матвиенко Г.Г. Лидарное исследование спектров флуоресценции хлорофилла в растениях // Сборник статей молодых ученых 11 Международной школы «Физика окружающей среды». Томск, 2000г С. 111-113.

107. Fateeva N.L., Matvienko G.G Application of the method of laser-induced fluorescence // SPIE Preceding on "Remote Sensing", 2003, Barcelona, Spain, Vol 5232, P. 652-657

108. Шульгина Л.А., Фатеева H Л. Изменение лазерно-индуцированной флуоресценции хлорофилла в условиях водного стресса // Сб тезисов IV Международной школы молодых ученых и специалистов «Физика окружающей среды».- Томск, 2004.- С. 73-75

109. Шулы ина Л.А., Фатеева Н.Л. Флуоресцентные методы исследования расти 1ель-пости // Сб докладов IX Международной школы -семинара по люминесценции и лазерной физике Иркутск, 2004 - С. 152-157.

110. Шульгина Л.А., Фатеева Н Л. Индуцированная лазером флуоресценция древесной растительности // Известия высших учебных заведений. Физика (приложение).-2005.№6.-С. 151-152.

111. Евстигнеева З.Г., Пушкин А. В. Глутаминсинтетаза, глутаматсинтаза, acnapai ип-синтетаза // Молекулярные механизмы усвоения азота растениями. М . Паука, 1983.- 198 с.

112. Фатеева Н.Л., Климкин А.В., Бендер О.В., Зотикова АЛ , Ямбуров М.С. Исследование лазерно-индуцированной флуоресценции хвойных и лиственных растений при азошом загрязнении почвы // Оптика атмосферы и океана. 2006. 1. 19,№2-3,-С 212-215

113. Долинский Е.Ф. Обработка результатов измерений. М.: Изд-во стандартов, 1973.-192 с.

114. Kharchenko O.V., Grishin A G , Matvienko G.G. and others. Chlorophyll content research using spectroscopic and laser-induced fluorescence techniques // SP1E Preceding on "Atmospheric and occan optics: Atmospheric physics". 2001.-Vol.4678,1. P 471^77.

115. Matvienko G.G., Grishin А.1., and others. Application of laser-induced fluorescence for remote sensing of vegetation // Opt. Eng. 2006 - Vol.45. - P. 056201- 056206.

116. Бункин Ф В , Бункин А.Ф. Лидарное зондирование водоемов, почвы и растительности // Опшка атмосферы и океана. 2000. 1. 13, № 1. - С 63-69.

117. Применение лазерных систем.-Режим доступа'Ыф //www ltlaseis com/appsei htm

118. Корнеев Д Ю. Информационные возможности метода индукции флуоресценции хлорофилла. К Альтерпрес, 2002 - 188 с.

119. Лукин Ю Л , Агишев B.C., Берников А.Д, Мергелян О.С. Исследование спектрально-кинетической характеристики индуцированной лазером флуоресценции растений // Оптика атмосферы и океана. -1989. Т 2, № 5, - С. 506 - 512.

120. Matvienko G.G., Timofeev V.I., Grishin A.I., Fateyeva N.L Lidar fluorescent method for remote monitoring of the effects on the vegetation // Proceedings of SP1E. 2006. V. 6367 63670F. 9 p.

121. AieeB Б.Г., Зотикова А.П., Капитанов В А., Климкин A.B , Климкин В М, Мака-гон М.М., Матвиенко Г.Г., Понаморев Ю Н., Фатеева Н J1. Комплексный стенд оптической диагностики биосистем Оптика атмосферы и океана. -2007. Т. 20, № 1,-С 90-95.