НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o088.pdf (1090.36Кб)

УДК 504.064.36

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

Одним из наиболее перспективных методов оперативного дистанционного зондирования состояния растительности в настоящее время является лазерный метод, основанный на регистрации лазерно-индуцированной флуоресценции растений.
На сегодняшний день экспериментальные данные по спектрам флуоресценции растений получены при различных длинах волн возбуждения флуоресценции от УФ до видимого спектральных диапазонах. При этом, наиболее перспективным лазерным источником для бортовой аппаратуры контроля состояния растений является твердотельный лазер на иттрий-алюминиевом гранате с удвоением частоты на длине волны 0,532 мкм.
Хотя число опубликованных работ, посвященных описанию и параметрам флуоресцентных лидаров, задаче дистанционного зондирования состояния растений по характеристикам лазерно-индуцированной флуоресценции и экспериментальным исследованиям спектров флуоресценции растений, довольно велико, некоторые важные вопросы остаются неясными.
Одним из таких вопросов является вопрос о влияния флуоресценции грунта на работу флуоресцентного лидара и регистрируемый приемником лазерного флуориметра спектр лазерно-индуцированной флуоресценции.
Для экспериментального исследования спектров лазерно-индуцированной флуоресценции растений и грунта была создана лабораторная установка. В качестве источника лазерного излучения в экспериментальной установке использовался ИАГ: Nd лазер с удвоением частоты на длине волны 0,532 мкм.
Полученные экспериментальные данные показывают, что спектры флуоресценции грунтов и спектры подстилающих поверхностей не имеют такой специфической структуры, которую имеют спектры флуоресценции растений. Уровень флуоресценции грунтов и подстилающих поверхностей существенно меньше уровня флуоресценции растений (по крайней мере, в области максимумов флуоресценции растений ~ 680 нм и ~ 740 нм).
Поэтому при проведении лабораторных измерений влияние флуоресценции грунтов, в которых высажены растения, и флуоресценции подстилающих поверхностей, на фоне которых проводятся экспериментальные исследования, является несущественным.
Однако, при дистанционных измерениях влияние флуоресценции почвы может быть значительно. Для уменьшения погрешностей (измерения спектра лазерно-индуцированной флуоресценции), связанных с влиянием флуоресценции почвы, необходимо синхронно с флуоресцентным зондированием измерять степень проекционного покрытия растительности.

1. Panneton B., Guillaume S., Roger J.M., Samson G. Discrimination of Corn from Monocotyledonous Weeds with Ultraviolet (UV) Induced Fluorescence // Applied Spectroscopy. 2011. Vol. 65. No. 1. Pp. 10-19.DOI: 10.1366/10-06100
2. Gouveia-Neto A.S.,Silva E.A.,Oliveira R.A. ,Cunha P.C. ,Costa E.B. ,Câmara T.J.R.,Willadino L.G. Water deficit and salt stress diagnosis through LED induced chlorophyll fluorescence analysis in Jatropha curcas L. oil plants for biodisiel // Proc. of SPIE. 2011. Vol. 7902. Рp. 79020А-1-79020А-10. DOI: 10.1117/12.872991
3. 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.
4. Федотов Ю.В., Булло О.А., Белов М.Л., Городничев В.А. Устойчивость результатов лазерного флуоресцентного метода контроля состояния растений // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 1. С. 80-84.
5. Panneton B., Guillaume S., Roger J.M., Samson G. Improved Discrimination Between Monocotyledonous and Dicotyledonous Plants for Weed Control Based on the Blue-Green Region of Ultraviolet-Induced Fluorescence Spectra // Applied Spectroscopy. 2010. Vol. 64. No. 1. Рp. 30-36. DOI: 10.1366/000370210790572106
6. Zhi-qiang C., Wen-li C. Effects of NaCl on photosynthesis in Arabidopsis and Thellungiella leaves based on the fluorescence spectra, the fast Chlorophyll Fluorescence Induction Dynamics Analysis and the delayed fluorescence technique // Proc. of SPIE. 2010. Vol. 7568. Рp. 756822-1-756822-8. DOI: 10.1117/12.841257
7. A.S. Gouveia-Neto, E.A. da Silva, P.C. Cunha, R.A. Oliveira-Filho, L.M. H. Silva, E.B. da Costa, T.J.R. Câmara, L.G. Willadino. Plant abiotic stress diagnostic by laser induced chlorophyll fluorescence spectral analysis of in vivo leaf tissue of biofuel species // Proc. of SPIE. 2010. Vol. 7568. Рp. 75680G-1 - 75680G-8. DOI: 10.1117/12.839462
8. Grishaev M.V., Sal’nikova N.S. A Setup for Remote Recording of the Spectrum of Laser-Induced Fluorescence from Crowns of Woody Plants // Instruments and Experimental Techniques. 2010. Vol. 53. No. 5. Pp. 746–749. DOI: 10.1134/S0020441210050246
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, Pp. 263–267. DOI: 10.1080/00387010.2016.1138311
10. Hedimbi1 M., Singh S., Kent A. Laser induced fluorescence study on the growth of maize plants // Natural Science. 2012. Vol. 4. No. 6. Pp. 395-401. DOI: 10.4236/ns.2012.46054
11. Saito K. Plant and Vegetation Monitoring Using Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy. Industrial Applications of Laser Remote Sensing. 2012. Pp. 99-114. DOI: 10.2174/97816080534071120101
12. Pandey J.K., Gopal R. Laser-induced chlorophyll fluorescence and reflectance spectroscopy of cadmium treated Triticum aestivum L. plants // Spectroscopy. 2011. Vol. 26. No. 2. Pp. 129–139. DOI:10.3233/SPE-2011-0530
13. Gopal R., Pandey J.K.. Laser-induced chlorophyll fluorescence spectra of Cajanus cajan L. plant growing under cadmium stress // Proceedings of the International Symposium on Molecular Spectroscopy, June 21-25, 2010, Ohio State University, Columbus, OH., USA.
14. Pandey J.K., Gopal R. Laser-Induced Chlorophyll Fluorescence: A Technique for Detection of Dimethoate Effect on Chlorophyll Content and Photosynthetic Activity of Wheat Plant // Journal of Fluorescence. 2011. Vol. 21. No. 2. Pp. 785-791.DOI:10.1007/s10895-010-0771-5
15. 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. С. 299-318. DOI: 10.7463/1212.0506199
16. 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.