автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Исследование и разработка метода и аппаратно-программного комплекса для дистанционной оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами



На правах рукописи

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА И АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ИНДИКАТОРНЫХ ВИДОВ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Специальность: 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и

комплексы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 ОПТ 2009

Санкт-Петербург - 2009

003480753

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Анатолий Алексеевич Бузников

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Биненко Виктор Иванович доктор технических наук, профессор Горохов Владимир Леонидович

Ведущая организация: ГУП Научно-исследовательский институт космоаэрогеологических методов (НИИ KAM)

Защита состоится 11 ноября 2009 г. в 15:30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.238.08 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан октября 2009 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссер! к.т.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Активное развитие России в настоящее время влечет за собой расширение жилищного и производственного комплекса, развитие инфраструктуры. Особенно активно ведется строительство в крупных городах и на прилегающих к ним территориях. Интенсивное строительство и стремительное увеличение количества автотранспорта влекут за собой динамичное изменение экологической обстановки, которая выходит за пределы норм, допустимых для безопасной жизни и деятельности человека и окружающей среды. Чтобы контролировать экологическую обстановку, необходимы недорогие и простые в использовании экспресс-методы оценки состояния окружающей среды, которые позволят своевременно реагировать и устранять загрязнения, превышающие допустимые уровни, представляющие опасность.

Загрязнение одного региона влияет на экологическое состояние соседних территорий. Поэтому, эта проблема имеет международный характер, так как все большее значение приобретает отслеживание и оценка трансграничного переноса загрязнений.

Переход на путь устойчивого развития общества, провозглашенный ООН и принятый Россией в 1996г., предусматривает применение дистанционных методов исследования, на основе которых может проводиться диагностика состояния природных экосистем на больших территориях. В этой связи актуальным является установление и изучение признаков, характеризующих состояние экосистем, и разработка имитационных моделей, адекватно отображающих их эволюцию под влиянием антропогенных воздействий.

Одними из основных поллютантов атмосферы и почвенного покрова мегаполисов являются тяжелые металлы. Они являются активными комплексообразователями, способны к окислительно-восстановительным реакциям, что обуславливает их высокую биологическую активность и токсичное воздействие на живые организмы. Однако, в докладе на заседании ООН в 2007 г. отмечена ограниченность массивов данных по пространственному распределению выбросов тяжелых металлов и полное отсутствие измерений в некоторых районах Европы. В докладе подчеркнута необходимость дальнейших исследований для совершенствования методов получения информации о содержании в окружающей среде тяжелых металлов и продемонстрирована полезность данных с высоким разрешением во времени для понимания расхождений между расчетными параметрами и результатами экспериментальных наблюдений.

Наиболее заметный вклад в ухудшение экологической ситуации вносят металлургическая и химическая промышленность. Такие гиганты, как Североникель (г. Мончегорск), ЛАЭС (г. Сосновый Бор), Сибур Холдинг (г. Москва и др.), Еврохим (г. Москва и др.), ООО НПФ "Балтийская мануфактура" (г. Санкт-Петербург), ООО Петербургский Красный Химик (г. Санкт-Петербург) и т.д. сильно загрязняют окружающую среду отходами производства. Поэтому, в городах, где расположены такие предприятия, широко распространены даже у детей такие серьезные заболевания, как аллергия, астма, дерматит, туберкулез, рак, врожденные патологии, нарушения работы иммунной системы и пр. В связи с этим серьезное внимание стали уделять методам оценки экологической обстановки и борьбе с загрязнениями окружающей ср&ды, в том числе такими поллютантами, как тяжелые металлы.

Целью диссертационной работы является исследование влияния тяжелых металлов на спектральную отражательную способность растений и разработка на этой основе экспресс-метода дистанционной количественной оценки загрязнения городской растительности тяжелыми металлами с помощью спектральной аппаратуры в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра.

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих

задач:

- Исследование влияния тяжелых металлов на спектральную отражательную способность растений.

- Выявление индикаторных видов городской растительности для изучения влияния тяжелых металлов на спектры отражения растений.

- Определение информативных параметров спектра отражения для оценки влияния отдельных тяжелых металлов на растительность.

- Измерение фонового спектра отражения излучения индикаторными видами растительности для оценки состояния природной среды.

- Исследование корреляционно-регрессионной связи информативных оптических параметров с содержанием тяжелых металлов в растениях.

- Разработка метода дистанционной экспресс-оценки загрязнения растительности тяжелыми металлами.

- Разработка аппаратно-программного комплекса для экспресс-оценки степени загрязнения индикаторных видов растений тяжелыми металлами.

Методы исследования и аппаратура. В работе использовались: полевой фотоэлектрический спектрометр ПФС, работающий в видимом диапазоне спектра и новый аппаратно-программный комплекс «Радуга», работающий в видимом и ближнем ИК диапазонах, разработанный и изготовленный нами для реализации задач исследования. Экспериментальные данные обрабатывались статистическими методами. Методы корреляционного анализа использовались для установления корреляций между спектральными параметрами и концентрациями химических соединений в исследуемых растениях. Методы регрессионного анализа применялись при установлении математических зависимостей изменений исследуемых оптических параметров от изменения концентраций тяжелых металлов. Для анализа содержания исследуемых металлов в растениях применялся метод атомно-абсорбционной спектрометрии.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Установлены корреляционные связи и регрессионные зависимости между оптическими параметрами листьев и концентрациями тяжелых металлов в растениях. . ..„.....-■"'

2. Установлены индикаторные виды городской растительности: мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara L.), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale L.), мятлик луговой (Pöa Pratensis) для дистанционной экспресс-оценки загрязнения территорий тяжелыми металлами по спектральным информативным параметрам с помощью спектральной аппаратуры.

3. Для . дистанционной оценки загрязнения тяжелыми металлами по регрессионным зависимостям каждый индикаторный вид растительности имеет свой, отличный от других набор спектральных информативных параметров: одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale L.) - Rssc/Rwtb R550/R485, R550/R620. R450/R735, R435/R500, R435/R-620 - для определения содержания Fe, Си, Zn; мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara L.) - R550/R485. R«7(/Rffio> Rsso/Riss, Ros/RiTo.

R4sj/Régj - для определения содержания Fe, Mn, Zn; мятлик луговой (Роа Pratensis) -1^70/1^20. Ros^îo. R435/R635 - для определения содержания Ni, Pb.

4. Разработанный в результате исследования аппаратно-программный комплекс "Радуга" обеспечивает в режиме реального времени оценку загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами по значениям индивидуальных спектральных информативных параметров.

Научная новизна. В процессе проведения исследовании получены новые научные результаты:

Впервые по результатам экспериментальных исследований и на основании корреляционного анализа установлены индикаторные виды городской растительности для дистанционной оценки загрязнения тяжелыми металлами: одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale L.), мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara L.), мятлик луговой (Роа Pratensis).

Впервые определены индивидуальные спектральные индексы в виде отношений коэффициентов спектральных яркостей, учитывающие особенности физиологии растений, значения которых связаны с уровнями содержания тяжелых металлов Fe, Си, Zn, Mn, Pb, Ni, Cd в установленных индикаторных видах городской растительности.

Впервые по результатам экспериментальных наблюдений и на основании комплексной биохимической и геохимической оценок тестовых участков Санкт-Петербурга была выявлена территория, на которой спектр отражения установленных индикаторных видов растительности является фоновым для городских условий, установлены и экспериментально исследованы их фоновые спектральные характеристики.

Разработан новый метод дистанционной количественной экспресс-оценки загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, основанный на измерении индивидуальных спектральных индексов индикаторных видов растительности и определения по их значениям уровня загрязнения в соответствии с корреляционно-регрессионными таблицами.

Разработан аппаратно-программный комплекс "Радуга", реализующий на практике метод дистанционной количественной экспресс-оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами, позволяющий оперативно оценить уровень загрязнения.

Теоретическая и практическая значимость результатов работы состоит в том, что:

1. Установленные индикаторные виды городской растительности позволяют разрабатывать методы дистанционной экспресс-оценки уровня загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.

2. Установленные индивидуальные спектральные индексы, представляющие собой отношения коэффициентов спектральной яркости позволяют проводить дистанционную количественную оценку содержания тяжелых металлов: Fe, Си, Zn, Mn, Pb, Ni, Cd в индикаторных видах городской растительности.

3. Установление фоновых спектральных отражательных характеристик индикаторных видов растительности г. Санкт-Петербурга позволяет классифицировать уровни загрязнения для городских условий от "чисто" до "сильное загрязнение" с соответствующими количественными характеристиками (концентрациями металлов).

4. Разработанный новый метод и реализация его в виде аппаратно-программного

комплекса «Радуга» позволяют дистанционно количественно оценивать уровень загрязнения растительности тяжелыми металлами. Заявки на патент на изобретение приняты к рассмотрению патентным бюро РФ (№2009115106 и №2009115097 от 20.04.09). Программная часть комплекса защищена регистрацией в государственном реестре. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ "Радуга" №2009611157, от 30.12.2008. Свидетельство о государственной регистрации программы ддя|ЭВ^1"Пофос" №2009611158 от 30.12.2008. й ; , '

Реализация и внедрение результатов исследований: , Теоретические положения, методики расчета и результаты исследований

диссертации использованы в З НИР, выполненных в течение2006-2009 гг,:

1. "Исследование и разработка фундаментальных основ и новых методологий дистанционного зондирования природной среды в оптическом и радиодиапазонах электромагнитного спектра". ,ФИЕТ/КЭОП-35,2006-200?.

2. "Разработка теоретических рснов и исследование нового поколения методов контроля физического состояния материальных, природных объектов и живых организмов в условиях экологического неблагополучия". КЭОП-37,2007-2009.

3. "Разработка теоретических основ физики и технологии создания систем квантовой и оптической электроники". КЭОП-40,2009-2010.

Результаты диссертационной работы используются в организациях:

1. Ботаническом институте РАН им. В.Л.Комарова в лаборатории Экологии и растительных сообществ для оценки экологического состояния городских территорий. - .,..:.

2. СПбГУ на кафедре геоэкологии и природопользования факультета географии й геоэкологии в магистерских курсах «Токсическое действие тяжелых металлов на высшие растения» и «Механизмы устойчивости растений к тяжелым металлам».

3. СПбГЭТУ «ЛЭТИ» - ; в дисциплинах «Оптико-электронные системы дистанционного зондирования» и «Расчет и конструирование лазерных и оптико-электронных систем». i

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной

работы докладывались и обсуждались на конференциях и,симпозиумах:

1. XI Санкт-Петербургская международная конференция «Региональная информатика - 2008». 22-24 октября 2008 г.'Санкт-Петербург.

2. Пятая Юбилейная Открытая Всероссийская конференция «Дистанционное зондирование Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 12-16 ноября 2007 г.

3. X Санкт-Петербургская международная конференция «Региональная информатика-2006 (РИ-2006)», Санкт-Петербург, 24-26 октября 2006 г.

4. The VI International Youth Environmental Forum «Ecobaltica'2006», St.-Petersburg, Russia, June27-29,2006. - : . , ■ ■. • :г:-нп< .

5. Четвертая открытая Всероссийская конференция. Москва, ИКИ РАН, 13-17 Ноября 2006 Г.- , ;.;;г '

6. Третья открытая Всероссийская конференция. Москва, ИКИ РАН, 14-17 ноября 2005 г.' ; .■■.'■ ,:,

7. 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment, June 20-24, 2005, Saint-Petersburg. ■""■; • ••.. ^ .

8. Политехнический симпозиум «Молодые ученые - промышленности СевероЗападного региона»,декабрь2005-г.-■■ ^

9. Политехнический симпозиум «Молодые ученые - промышленности Северо-

Западного региона», декабрь 2006 г. 10.14-я международная междисциплинарная конференция молодых ученых и специалистов «Человек. Природа. Общество. Актуальные проблемы.». Санкт-Петербург, 8-28 декабря 2005 г. 11.59-й, 60-й и 61-й научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава университета (СПбГЭТУ).

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 25 работах, из них: 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 2 свидетельства о регистрации программ, 2 заявки на авторские свидетельства на изобретения, принятых к рассмотрению, 5 статей в других изданиях, 13 докладов, получивших одобрение на 10 международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях, перечисленных в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав с выводами, заключения. Она изложена на 109 страницах машинописного текста, включает 31 рисунок, 5 таблиц, 14 страниц приложений и содержит список литературы из 119 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении кратко обоснована актуальность проблемы, ее научная новизна, сформулированы цель и задачи работы, приведены научные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. Кратко рассмотрены основные современные методы, применяемые при оценке экологического состояния растительности по оптическим характеристикам и дан критический анализ этих методов. Отмечено, что основным недостатком абсолютного большинства методов является качественный характер оценки состояния растительности, в то время как основной интерес представляет количественная оценка загрязнения, представляющая собой более сложную проблему. Показано, что методы дистанционного зондирования для оценки состояния окружающей среды являются весьма перспективными из-за высокой скорости получения результата, широты охвата территорий и низкой себестоимости.

В первой главе также рассмотрены физические аспекты дистанционного зондирования состояния растительного покрова и приведен сравнительный обзор основных приборов для спектральных измерений в полевых и лабораторных условиях. В дистанционном зондировании растительного покрова в качестве характеристики исследуемой поверхности обычно используются альбедо или коэффициенты спектральной яркости. Спектральное альбедо А^ представляет собой отношение величины полусферического потока радиации И;. , отраженного поверхностью, к падающему на эту поверхность потоку в некотором интервале длин волн (X, Я+ЛЛ):

Интегральное альбедо определяется соотношением

\FldX

Л - о_

г 1 (2)

о

Коэффициент спектральной яркости (КСЯ) поверхности Кх{3,(р) в интервале длин волн (ЛД + ДЛ), в данном направлении и при данных условиях освещения (освещение может быть диффузным или направленным под определенным углом) представляет собой отношение яркости исследуемой поверхности в данном направлении Ьх(Э,<р) к яркости в том же направлении 9,ср) ортотропной (отражающей по закону Ламберта) полностью отражающей поверхности,

находящейся при тех же условиях освещения:

Д (3)

Интегральный коэффициент яркости находится аналогично (2):

¡ь'МрЩ

о (4)

Между спектральным альбедо и коэффициентом спектральной яркости существует известная зависимость

хПяП

Аа= j ^ Я^Э^соядып^Мд)

оо (5)

В наших исследованиях в качестве оптических характеристик растительности использовались КСЯ, так как отношение падающего и отраженного потоков минимизирует влияние изменений освещенности объекта и позволяют сравнивать результаты измерений, проведенных в различных условиях.

Во второй главе проведен анализ воздействия различных факторов на спектры отражения растений. Особое внимание уделено рассмотрению воздействия тяжелых металлов на спектральные характеристики растений, как широко распространенных и серьезных поллютантов окружающей среды в городах. В этой главе также рассмотрено влияние загрязнения на пигменты растений, как основных цветообразующих факторов в видимом диапазоне спектра. Так как основные особенности спектральных характеристик растительности проявляются в видимом (поглощение излучения пигментами) и ближнем ИК (клеточная структура листьев и влагосодержание) диапазонах, то для исследования были выбраны спектральные измерительные приборы, работающие в этих диапазонах.

В качестве основных оптических характеристик растительности при анализе экспериментальных данных использовались спектральные индексы, представляющие собой отношения КСЯ на двух различных длинах волн, каждая из которых выбрана с учетом особенностей физиологии растений (рис.1).

I ¡^Хлорофилл Ь

Хлорофилл я

Длины волн спектральных индексов соответствуют экстремумам в спектре поглощения основных цветообразующих пигментов - хлорофилла а, хлорофилла Ь, р-каротина. Поэтому, при изменениях

7М 109 мм

Длина волны

Рис. 1. Спектры поглощения основных пигментов растений по отношению к максимуму поглощения хлорофиллом Ь и схема выбора длин волн для расчета спектральных индексов.

любых

содержания

результате

тяжелых

спектры

растений

пигментов в воздействия металлов, отражения в первую

очередь изменяются на выделенных длинах волн, что позволяет наиболее эффективно диагностировать такое воздействие.

Третья глава посвящена описанию использованной в работе аппаратуры, методик проведения полевых и лабораторных измерений и статистического анализа данных. На начальном этапе исследования для измерений спектров отражения растительности использовался спектрофотометр ПФС, работающий в диапазоне 400-750 нм в разрешением 8 нм. Он представляет собой модификацию спутникового спектрографа РСС-3. Так как диапазон работы прибора не охватывал всю область спектра, где проявляется воздействие тяжелых металлов и относительно низкое разрешение затрудняло изучение особенностей спектров, то для устранения этих недостатков нами был разработан и сконструирован спектрометр «Радуга», удовлетворяющий необходимым требованиям. Диапазон работы спектрометра: 400-1100 нм, разрешение 1 нм. В отличие от ПФС с фотодиодной линейкой из 64 элементов в качестве приемника, на «Радуге» установлена ПЗС-линейка Toshiba TCD1304AP, имеющая 3648 пикселей размером 8x200 мкм. Спектральный диапазон чувствительности приемника 200-1100 нм. Спектрометр «Радуга» сконструирован с использованием модифицированной оптической схемы круга Роуланда. Он снабжен объективом с фокусным расстоянием 58 мм. Вогнутая дифракционная решетка со 120 штр/мм обеспечивает спектральное разрешение не хуже 1 нм и преимущественную концентрацию света в диапазоне 400-1100 нм в первом порядке спектра. Угол поля зрения 12'х5°. Сигнал с приемника обрабатывается микросхемой eZdsp F2802 с цифровым сигнальным процессором TMS320F2808. Связь прибора с персональным компьютером (ноутбуком) осуществляется через порт USB. Спектрометр управляется с персонального компьютера (ноутбука) через специальную программу «Радуга», написанную на языке С++. Программа позволяет установить время интегрирования сигнала и количество последовательно регистрируемых спектров. Измеренные спектры выводятся на экран в виде графиков и в числовом виде. Предусмотрено сохранение данных в текстовом файле или в файле формата MS Excel, изображение спектра - в графическом файле. Программа «Радуга» позволяет анализировать

входные данные и на основе разработанного метода дистанционной экспресс оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами выдает результат в виде информации об уровне загрязнения выбранного вида растительности. Уровням «чисто», «среднее загрязнение» и «сильное загрязнение» соответствуют диапазоны концентрации загрязняющих металлов (см. табл. 2-4). Спектрометр обеспечивает возможность проведения измерений в полевых условиях. Инструментальная погрешность измерений не превышает 3%. Спектрометр и управляющая программа представляют собой аппаратно-программный комплекс «Радуга», в котором реализован разработанный метод дистанционной экспресс-оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами.

Основными методами статистического анализа данных в исследовании являлись корреляционный и регрессионный анализ. Корреляционный анализ проводился с целью установления наличия взаимосвязи между спектральными индексами и концентрациями тяжелых металлов в листьях растений. Величина коэффициента корреляции г оценивалась по формуле:

*£(»,*)-(£»,xS>) th-^y.-'y)}

где N. - число элементов выборки, а - стандартное отклонение. Ошибка вычислений г составила не более 3%. По результатам корреляционного анализа проводился регрессионный анализ с целью исследования наличия и характера зависимости между выделенными спектральными индексами и концентрациями тяжелых металлов. Уравнения регрессии имеют вид у, =ax2+bx+c, ух =ах+Ь. При установлении регрессионных зависимостей использовался метод наименьших квадратов, минимизирующий сумму отклонений наблюдаемых экспериментальных

значений У от их математических оценок

. В случае

¿ы

линейной регрессии коэффициенты а и b находятся по формулам:

Уравнения регрессии для разных тяжелых металлов имеют вид (у - концентрация металла, х - значение спектрального индекса), например: у=593х+121 (Zn, одуванчик), у=117х-68 (Мп, мать-и-мачеха), у=136х2-680х+872 (Fe, одуванчик).

Корреляционный и регрессионный анализы проводились с использованием программы MS Excel, которая содержит весь необходимый набор статистических характеристик и позволяет получать информацию как в табличном, так и в графическом виде. В результате корреляционного анализа установлены индикаторные виды городской растительности для дистанционной оценки загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами и информативные спектральные индексы для этих видов, по значениям которых производится оценка. Индикаторные виды и спектральные индексы вынесены в положения на

а = -

защиту. В результате регрессионного анализа установлены зависимости, позволяющие оценить содержание тяжелых металлов в растениях по значениям спектральных индексов.

В четвертой главе представлены результаты проведенных исследований влияния загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами на спектры отражения городских растений. Сформулирован разработанный метод дистанционной экспресс-оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами, который позволяет количественно оценить уровень загрязнения по спектральным характеристикам.

При избытке тяжелых металлов в окружающей среде происходит аккумуляция их в листьях растений, вызывающая физиолого-биохимические изменения, отражающиеся на спектральных характеристиках растительности. Как показали проведенные исследования, многие виды растительности толерантны к воздействию поллютантов, в том числе тяжелых металлов, поэтому при экологическом мониторинге необходим правильный выбор индикаторного растения.

3U им

0,8

0,7

0,6

0,5

0,3 /Ч\

0,2 0.1 //O^S ^/у s---

0

400 500 600

Рис. 2. Спектры КСЯ одуванчика лекарственного (а) и мать-и-мачехи обыкновенной (б) в

разных районах (Ю - Юнтолово в Приморском р-не, Б - Ботанический сад в Петроградском р-не, В - Василеостровский р-н, А - Автово, Кировский р-н) с различными уровнями загрязнения (август 2008 г.).

Нами было исследовано влияние тяжелых металлов на спектры отражения Taraxacum officinale L. (одуванчик лекарственный), Tussilago farfara L. (мать-и-мачеха обыкновенная), Роа Pratensis (мятлик луговой) и Aegopôdium podagrâria (сныть обыкновенная). Примеры спектров отражения при разных уровнях загрязнения (табл. 1) приведены на рис. 2.

Таблица 1. Экспериментально измеренные концентрации тяжелых

металлов

'мг/кг сухого вещества) в листьях растений (август 2008 г.).

вид район Fe Мп Си Zn Ni Pb Cd

1 Ю 71 28 9 61 1,0 4,2 0,4

M *£ ce S Б 107 17 10 30 1,3 2,7 0,5

к ? В 53 12 15 48 1,2 2,8 0,4

о А 204 17 18 59 1,2 6,9 0,8

- я Ю 47 29 9 40 1,2 3,9 0,3

Т X й ¥ es es S s Б 132 14 9 27 1,2 4,4 0,3

В 160 17 9 77 0,9 4,3 0,2

А 291 28 17 120 1,6 8,6 0,5

Относительная погрешность измерений не превышала 5%. КСЯ

определялись по формуле: (т _г W , где I,

\ пад m) мс

прибора, Кж - коэффициент ослабления излучения молочным стеклом. Установлено, что наиболее чувствительными к уровню загрязнения тяжелыми металлами являются первые три вида растений.

Исследование спектральных характеристик растительности велось на основе анализа 20 спектральных индексов, представляющих собой отношения КСЯ R>. на различных длинах волн X: R435/R500, R«7(/R«2o> Ri7</R5oo, Rtss/R^o. R435/R670, R500/R620, R435/R585> R435/R«35! RJ0C/R450> R50(/R465> R55(/R485> R55(/R«20> ^435^735, R450/R735. R465/R735, R485/R735, Rt35/Ri85, R45o/R«85. «465-^85, Rw^W Перечисленные индексы основаны на физиологических особенностях растений и связаны с характерными длинами волн спектров поглощения основных пигментов (см. рис. 1). Поэтому, они максимально чувствительны к любым изменениям содержания пигментов в листьях и являются основой дистанционной диагностики экологического состояния растительности.

В результате корреляционно-регрессионного анализа по данным многолетних экспериментальных измерений составлены таблицы связи значений спектральных индексов установленных индикаторных видов городских растений с уровнями концентраций в них тяжелых металлов и экологическим состоянием окружающей среды (табл. 2-4). Таблицы представляют собой основу разработанного дистанционного метода, вынесенного на защиту, так как позволяют по измеренным значениям спектральных индексов бесконтактно оценить загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. Приведенные в таблицах спектральные индексы показали устойчивую связь с уровнями содержания соответствующих тяжелых металлов (коэффициент корреляции > 0.7) на протяжении основного периода жизни растений. Для них установлены регрессионные зависимости имеющие вид прямой или параболы. На рис. 3 приведены примеры таких зависимостей.

Таблица 2. Связь значений спектральных индексов одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale L.) с уровнями концентраций тяжелых металлов и

- значение темпового тока

Me с, мг/кг экологическое состояние Rjj0/R)8j R55o/Ri20 R135/K500 RWR«20 R450/R735

Fe <80 чисто >0.7 >3.5 >1.7

Fe 80-250 среднее загрязнение 0.7-0.3 3.5-2.5 1.7-1.2

Fe >250 сильное загрязнение <0.3 <2.5 <1.2

Си <10 чисто >0.8 >0.5

Си 10-25 среднее загрязнение 0.8-0.5 0.5-0.2

Си >25 сильное загрязнение <0.5 <0.2

Zn <40 чисто >0.1

Zn 40-80 среднее загрязнение 0.1-0.05

Zn >80 сильное загрязнение <0.05

Таблица 3. Связь значений спектральных индексов мать-и-мачехи обыкновенной (Тсишкдо СагГага Ь.) с уровнями концентраций тяжелых металлов и экологическим ___состоянием окружающей среды.__

Ме С, мг/кг экологическое состояние R550/R485 R670/R620 R435/Ri70 R»85/R«85

Fe <100 Чисто >3.5 <0.7

Fe 100-400 среднее загрязнение 3.5-2.5 0.7-1

Fe >400 сильное загрязнение <2.5 >1

Mn <40 Чисто <0.8 <0.8

Mn 40-120 среднее загрязнение 0.8-1 0.8-1.4

Mn >120 сильное загрязнение >1 >1.4

Zn <80 Чисто <4

Zn 80-250 среднее загрязнение 4-6

Zn >250 сильное загрязнение >6

На основе данных полевых измерений и лабораторных химических анализов на содержание тяжелых металлов, а также оценки физиологического состояния, для каждого из перечисленных выше растений были установлены диапазоны концентраций металлов, соответствующие различным уровням загрязнения по сравнению с "фоновой" территорией ("чисто", "среднее загрязнение", "сильное загрязнение").

Таблица 4. Связь значений спектральных индексов мятлика лугового (Роа Pratensis) с уровнями концентраций тяжелых металлов

и экологическим состоянием окружающей с{ >еды.

Ме c, мг/кг экологическое состояние R6?o/R«o R435/R670 R435/R635

Ni <1 Чисто >0.9

Ni 1-3 среднее загрязнение 0.9-0.7

Ni >3 сильное загрязнение <0.7

Pb <2 Чисто >0,8 >0,9

Pb 2-10 среднее загрязнение 0,8-0,55 0,9-0,5

Pb >10 сильное загрязнение <0,55 <0,5

В результате исследования было установлено, что территория Юнтоловского заказника в Приморском районе г. Санкт-Петербурга является "фоновой" для города. Таким образом, уровням загрязнения через регрессионные зависимости соответствуют диапазоны изменений спектральных индексов. Это позволяет решить «обратную задачу» определения концентраций по спектрам отражения и сформулировать метод дистанционной экспресс-оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами.

FWRra> ЯиЛга

а б

Рис. 3. Регрессионные зависимости спектрального индекса Rsso/R«» от концентрации железа в одуванчике лекарственном (а) и R550/R485 от концентрации цинка в мать-и-мачехе

обыкновенной (б).

В результате проведенного исследования нами разработан метод дистанционной экспресс-оценки загрязнения городской растительности тяжелыми металлами, который состоит из следующих этапов:

1. Для экспресс-оценки загрязнения растительности тяжелыми металлами необходимо использовать один из следующих видов растительности:

- Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale L.) - для оценки загрязнения Fe, Си, Zn и их соединениями;

- Мать-и-мачеху обыкновенную (Tussilago farfara L.) - для оценки загрязнения Fe, Mn, Zn и их соединениями;

- Мятлик луговой (Роа Pratensis) - для оценки загрязнения Ni, Pb и их соединениями.

Применение двух или трех видов растительности увеличивает степень достоверности оценки.

2. Выбор тестового участка с индикаторным видом растительности.

3. Измерение коэффициентов спектральных яркостей листьев индикаторного вида растительности и вычисление спектральных индексов, установленных в данной работе и приведенных в табл.2-4.

4. Оценка уровня содержания тяжелых металлов по эталонным таблицам 2-4, составленным в результате проведенного исследования.

Для реализации метода разработан аппаратно-программный комплекс «Радуга» состоящий из спектрометра и управляющей программы (рис. 4). Для съемки спектров необходимо предварительно указать время интегрирования сигнала. После измерения спектров отраженного и падающего излучений программа рассчитывает спектры КСЯ, вычисляет спектральные индексы и в зависимости от выбора оператором индикаторного растения показывает результат анализа загрязнения для каждого из предусмотренных тяжелых металлов в соответствии с табл. 2-4 в виде «чисто», «среднее загрязнение» или «сильное загрязнение». Такая реализация метода позволяет дистанционно оценивать загрязнение индикаторных видов растительности тяжелыми металлами.

Заключение

В результате выполнения работы проведены теоретические и

экспериментальные исследования

влияния тяжелых металлов на спектральную отражательную

способность растений.

Установлены индикаторные виды городской растительности для дистанционной экспресс-оценки

загрязнения территорий тяжелыми металлами с помощью спектральной аппаратуры: мать-и-мачеха

обыкновенная (Tussilago farfara L.), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale L.), мятлик луговой (Роа Pratensis).

В результате корреляционно-регрессионного анализа установлены спектральные индексы для

индикаторных видов растительности, характеризующие уровни содержания в них тяжелых металлов: R55&/R<i2o, R550/R485, R550/R«20, R450/R735. R435/R500, R435/R620 Для определения содержания Fe, Си, Zn в листьях одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale L.); R550/R485. R^o/R^o, R550/R485, R435/R670, R485/R«85 для определения содержания Fe, Mn, Zn в листьях мать-и-мачехи обыкновенной (Tussilago farfara L.); R67o/R«20» R435/R670, R435/R635 для определения содержания Ni, Pb в листьях мятлика лугового (Роа Pratensis). : г :

Установлены фоновые для городских условий спектры индикаторных видов для возможности сравнительной оценки состояния природной среды.

В результате исследования составлены таблицы зависимостей значений спектральных индексов индикаторных видов от уровней концентраций тяжелых металлов и экологического состояния окружающей среды, являющихся основой метода дистанционной диагностики загрязнения.

Разработан метод-дистанционной оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами с помощью спектральной аппаратуры.

Разработанный метод реализован в виде аппаратно-программного комплекса «Радуга», позволяющего дистанционно в режиме реального времени производить оценку загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами через измерение спектров отражения растительности в диапазоне 400-1100 нм с разрешением 1 нм, обработку измеренных спектров, расчет спектральных индексов и сравнение их с табличными эталонами, разработанными в результате исследования.

программного комплекса :"Радуга"

Публикации по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК России:

Г. Особенности спектральной аппаратуры для проведения полевых исследований растительности [Текст] / A.A. Тимофеев, A.A. Бузников, A.B. Андреева, A.B. Буданов, A.JI. Есипов // Естественные и технические науки. - М. : Компания Спутник+. 2009. - №¡2. - С.298-301.

2. Спектральные исследования техногенной нагрузки на растительность мегаполисов [Текст] / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников и др. // Известия государственного электротехнического университета. - СПб., 2006. -Вып.1. - С.31-38.

3. Исследование корреляционных зависимостей между оптическими характеристиками природных вод и их экологическим состоянием [Текст] / A.A. Тимофеев, A.A. Бузников, A.B. Буданов, A.JI. Есипов и др. // Известия государственного электротехнического университета. - СПб., 2005. - Вып.1. - С.51-60.

Другие статьи:

4. Исследование влияния тяжелых металлов на оптические характеристики растительности [Текст] / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников и др. // Известия государственного электротехнического университета. - СПб., 2007. -Вып.1. -С.39-46.

5. Исследование характера изменения оптических характеристик растительности под воздействием тяжелых металлов для разработки метода дистанционной диагностики загрязнения [Текст] / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников и др. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов. Сборник научных статей. -М.: ООО «Азбука-2000»., 2007. - Том II, Вып.4. - С.175-182.

6. Оценка экологического состояния окружающей среды по спектрам отражения индикаторных видов растительности [Текст] / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников, Н.В. Алексеева-Попова, А.И. Беляева // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов. Сборник научных статей. - М.: ООО «Азбука-2000», 2006. -Том II, Вып.З. - С.265-270.

7. Использование спектров отражения индикаторных видов растительности для оценки экологического состояния окружающей среды [Текст] / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников // Человек. Природа. Общество. Актуальные проблемы - 14. Материалы международной конференции молодых ученых 8-28 декабря 2006 г. - СПб., 2006. - С.955-958.

8. Связь оптических характеристик с экологическим состоянием природных вод [Текст] / A.A. Тимофеев, A.A. Бузников, A.B. Андреева, и др. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов. Сборник научных статей. - М.: ООО «Азбука-2000», 2006. -Том II, Вып.З. - С.155-160.

9. Диагностика загрязнений растительности тяжелыми металлами на основе спектральной информации. [Текст] / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников

// Материалы XI Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика - 2008». 22-24 октября 2008 г. - СПб., 2008. -С.281.

10. Применение спектрометра с ПЗС-линейкой для исследования загрязнения растительности тяжелыми металлами. [Текст] / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников // Материалы XI Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика - 2008». 22-24 октября 2008 г. - СПб., 2008.-С.282.

11. Дистанционный мониторинг загрязнения окружающей среды по спектрам отражения растительности [Текст] / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников и др. // Пятая Юбилейная Открытая Всероссийская конференция «Дистанционное зондирование Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 13-17 ноября 2007 г. Тезисы доклада.

12. Исследование характера изменения оптических характеристик растительности под воздействием тяжелых металлов для разработки метода дистанционной диагностики загрязнения [Текст] / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников и др. // Четвёртая Всероссийская открытая конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» Москва, ИКИ РАН, 13-17 ноября 2006 г. Тезисы доклада.

13.Research influence of heavy metals on indicator plants of St.-Petersburg (Исследование влияния тяжелых металлов на индикаторные виды растений Санкт-Петербурга) [Текст] / A.A. Timofeev, A.V. Andreeva, A.A. Buznikov, N.V. Alexeeva-Popova, A.I. Belyaeva // The VI International Youth Environmental Forum «Ecobaltica'2006», Book of Proceedings. - St.-Petersburg, Russia, June 27-29, 2006. pp.76-77.

14. Применение информации об оптических характеристиках растительности для оценки уровня загрязнения тяжелыми металлами». [Текст] / А.А Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников и др. // X Санкт-Петербургская международная конференция «Региональная информатика-2006 (РИ-2006)», Санкт-Петербург, 2426 октября 2006 г. Материалы конференции. - СПб.: СПОИСУ, 2006. - С.259-260.

15. Исследование спектральных свойств природных объектов для дистанционного контроля их экологического состояния [Текст] / A.A. Тимофеев // Одиннадцатая Санкт-Петербургская Ассамблея молодых ученых и специалистов. Аннотации работ по грантам конкурса 2006 года для студентов и аспирантов вузов и академических институтов Санкт-Петербурга. - СПб., 2006. - С.37.

16. Разработка метода оценки экологического состояния природной среды по спектрам отражения индикаторных видов растительности Санкт-Петербурга [Текст] / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников // Молодые ученые -промышленности Северо-Западного региона: Материалы конференций политехнического симпозиума. Декабрь 2006 года. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2006. - С.29-30.

17. Определение экологического состояния природных образований по их спектральным характеристикам [Текст] / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников // Молодые ученые - промышленности Северо-Западного региона: Материалы семинаров политехнического симпозиума. Декабрь 2005 года. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2005. - С.22-23.

18. Дистанционное зондирование растительности в оптическом диапазоне для оценки уровня загрязнения тяжелыми металлами [Текст] / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников и др. // Аэрокосмические методы и геоинформационные

технологии в лесоведении и лесном хозяйстве: доклады IV Международной конференции (Москва, 17-19 апреля 2007 г.). - М.:ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. - С.87-88.

19. Influence of natural waters components on reflect spectra of solar radiation (Влияние компонентов природных вод на спектр отражения солнечного излучения) [Текст] / А.А. Timofeev, А.А. Buznikov, A.V. Andreeva // The VI International Youth Environmental Forum «Ecobaltica'2006», St.-Petersburg, Russia, June 27-29, 2006. Book of Proceedings. - pp.92-94.

20. Связь оптических характеристик с экологическим состоянием природных вод [Текст] / А.А. Тимофеев, А.А. Бузников, А.В. Буданов, А.Л. Есипов и др. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Третья открытая Всероссийская конференция. Москва, 14-17 ноября 2005 г. - М.: Ротапринт ИКИ РАН, 2005 г. - С.36.

21. The Investigation of Correlation Functions Between Water Quality Parameters and Uprising Radiation (Исследование корреляций между параметрами качества воды и отраженным излучением) [Текст] / А.А. Timofeev, А.А. Buznikov, A.V. Budanov, A.L. Esipov et al. // 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment, June 20-24, 2005, Saint-Petersburg, thesis of report.

Заявки на изобретение:

22. Способ оценки экологического состояния окружающей среды / А.А. Тимофеев, А.В. Андреева, А.А. Бузников, Н.В. Алексеева-Попова, И.В. Дроздова // Заявка на патент на изобретение №2009115106 от 20.04.09. Принята к рассмотрению.

23. Способ оценки экологического состояния окружающей среды / А.А. Тимофеев, А.В. Андреева, А.А. Бузников, Н.В. Алексеева-Попова, И.В. Дроздова // Заявка на патент на изобретение №2009115097 от 20.04.09. Принята к рассмотрению.

Свидетельства о регистрации программ:

24. А.А. Тимофеев, А.В. Андреева, А.Л. Есипов, А.В. Буданов, А.А. Бузников. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ "Радуга" №2009611157 от 30.12.2008.

25. А.А. Тимофеев, А.В. Андреева, А.Л. Есипов, А.В. Буданов, А.А. Бузников. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ "Пофос" №2009611158 от 30.12.2008.

Подписано в печать 06.10.2009. Формат 60x84/16 Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ЗАО «КопиСервис». Печать ризографическая. Заказ № 1/1006. П. л. 1.0. Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 100 экз.

ЗАО «КопиСервис» Адрес: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 3. тел.: (812) 327 5098

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ И СПЕКТРАЛЬНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПО ОПТИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

1.1. Методы оценки экологического состояния растительности по оптическим характеристикам

1.2. Физические основы применения спектральной аппаратуры в дистанционном зондировании

1.2.1. Отражательная способность в дистанционном зондировании

1.3. Приборы дистанционного зондирования для спектральных измерений в полевых условиях

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЙ ОПТИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ИНДИКАТОРНЫХ ВИДОВ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

2.1. Взаимодействие света с листом

2.2. Влияние внешних факторов на спектральные характеристики растений

2.3. Пигменты листьев и их спектральные характеристики

2.4. Оптическое зондирование и оценка экологического состояния растений

2.5. Цветообразующие факторы листа в различных диапазонах спектра

2.6. Индикаторные виды городской растительности для диагностики загрязнения тяжелыми металлами: Сё, Си, Хп, Ре, Мп, РЬ

ГЛАВА 3. СПЕКТРАЛЬНАЯ АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

3.1. Полевой фотоэлектрический спектрометр

3.2. Аппаратно-программный комплекс «Радуга»

3.3. Методика проведения полевых и лабораторных экспериментов

3.4. Статистический анализ экспериментальных данных

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПЕКТРАЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ

4.1. Исследование спектров отражения индикаторных видов растительности в полевых условиях

4.2. Исследование фонового спектра отражения индикаторных видов городской растительности

4.3. Исследование влияния тяжелых металлов на спектры отражения растений в контролируемых условиях

4.4. Метод дистанционной оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами 99 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 101 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 103 ПРИЛОЖЕНИЕ

В настоящее время Россия активно развивается, что влечет за собой расширение жилищного и производственного комплекса, развитие инфраструктуры. Особенно активно ведется строительство в крупных городах и на территориях, прилегающих к ним, так как рынок ориентирован на потребителей, наибольший процент которых сосредоточен в мегаполисах. Интенсивное строительство и стремительное увеличение количества автотранспорта влекут за собой динамичное изменение экологической обстановки, которая выходит за пределы норм, допустимых для безопасной жизни и деятельности человека и окружающей среды. Чтобы контролировать экологическую обстановку, необходимы недорогие и простые в использовании экспресс-методы оценки состояния окружающей среды, которые позволят своевременно реагировать и устранять загрязнения превышающие допустимые уровни и представляющие опасность.

Загрязнение одного региона влияет на экологическое состояние соседних территорий. Поэтому, эта проблема имеет международный характер, так как все большее значение приобретает отслеживание и оценка трансграничного переноса загрязнений [1, 2, 23, 92, 93].

Переход на путь устойчивого развития общества, провозглашенный ООН и принятый Россией в 1996г. [3], предусматривает применение дистанционных методов исследования, на основе которых может проводиться диагностика состояния природных экосистем на больших территориях. Стратегия устойчивого развития предполагает проведение оценки состояния биосферы, определение степени ее изменчивости и прогноз состояния, как следствие вмешательства человека в биосферный круговорот вещества и энергии. В этой связи актуальным является установление и изучение признаков, характеризующих состояние экосистем, и разработка имитационных моделей, адекватно отображающих их эволюцию под влиянием антропогенных воздействий. [4]

Одними из основных поллютантов атмосферы и почвенного покрова мегаполисов являются тяжелые металлы. Они являются активными комплексообразователями, способны к окислительно-восстановительным реакциям, что обуславливает их высокую биологическую активность и токсичное воздействие на живые организмы. Однако, в докладе [5] на тридцать первой сессии руководящего органа Совместной программы наблюдения и оценки распространения загрязнителей воздуха на большие расстояния в Европе (ЕМЕП) ООН в 2007 г. отмечена ограниченность массивов данных по пространственному распределению выбросов тяжелых металлов и полное отсутствие измерений в некоторых районах Европы. В докладе подчеркнута необходимость дальнейших исследований для совершенствования методов сбора информации о содержании в окружающей среде тяжелых металлов и продемонстрирована полезность данных с высоким разрешением во времени для понимания некоторых расхождений между смоделированными параметрами и результатами измерений.

Наиболее заметный вклад в ухудшение экологической ситуации вносят металлургическая и химическая промышленность. Такие гиганты, как Североникель (г. Мончегорск), ЛАЭС (г. Сосновый Бор), Сибур Холдинг (г. Москва и др.), Еврохим (г. Москва и др.), ООО НПФ "Балтийская мануфактура" (г. Санкт-Петербург), ООО Петербургский Красный Химик (г. Санкт-Петербург) и т.д. сильно загрязняют окружающую среду отходами производства. Поэтому, в городах, где расположены эти предприятия, широко распространены даже у детей такие серьезные заболевания, как аллергия, астма, дерматит, туберкулез, рак, врожденные патологии, нарушения работы иммунной системы и пр. В связи с этим серьезное внимание [6-12, 22, 23] стали уделять методам оценки экологической обстановки и борьбе с загрязнениями окружающей среды, в том числе такими поллютантами, как тяжелые металлы.

Целью диссертационной работы является исследование влияния тяжелых металлов на спектральную отражательную способность растений и разработка на этой основе экспресс-метода дистанционной количественной оценки загрязнения городской растительности тяжелыми металлами с помощью спектральной аппаратуры в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра.

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:

- Исследование влияния тяжелых металлов на спектральную отражательную способность растений.

- Выявление индикаторных видов городской растительности для изучения влияния тяжелых металлов на спектры отражения растений.

- Определение информативных параметров спектра отражения для оценки влияния отдельных тяжелых металлов на растительность.

- Измерение фонового спектра отражения излучения индикаторными видами растительности для оценки состояния природной среды.

- Исследование корреляционно-регрессионной связи информативных оптических параметров с содержанием тяжелых металлов в растениях.

- Разработка метода дистанционной экспресс-оценки загрязнения растительности тяжелыми металлами.

- Разработка аппаратно-программного комплекса для экспресс-оценки степени загрязнения индикаторных видов растений тяжелыми металлами.

Методы исследования и аппаратура. В работе использовались: полевой фотоэлектрический спектрометр ПФС, работающий в видимом диапазоне спектра и новый аппаратно-программный комплекс «Радуга», работающий в видимом и ближнем ИК диапазонах, разработанный и изготовленный нами для реализации задач исследования. Экспериментальные данные обрабатывались статистическими методами. Методы корреляционного анализа использовались для установления корреляций между спектральными параметрами и концентрациями химических соединений в исследуемых растениях. Методы регрессионного анализа применялись при установлении математических зависимостей изменений исследуемых оптических параметров от изменения концентраций тяжелых металлов. Для анализа содержания исследуемых металлов в растениях применялся метод атомно-абсорбционной спектрометрии.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Установлены корреляционные связи и регрессионные зависимости между оптическими параметрами листьев и концентрациями тяжелых металлов в растениях.

2. Установлены индикаторные виды городской растительности: мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara L.), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale L.), мятлик луговой (Роа Pratensis) для дистанционной экспресс-оценки загрязнения территорий тяжелыми металлами по спектральным информативным параметрам с помощью спектральной аппаратуры.

3. Для дистанционной оценки загрязнения тяжелыми металлами по регрессионным зависимостям каждый индикаторный вид растительности имеет свой, отличный от других набор спектральных информативных параметров: одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale L.) — Rsoo/R^ib R550/R4S5, R550/R620, R450/R735, R435/R500, R435/R620 - для определения содержания Fe, Си, Zn; мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara L.) — R550/R485? R670/R62Cb R435/R670, R485/R685 - для определения содержания Fe, Mn, Zn; мятлик луговой (Роа Pratensis) — R670/R620, R435/R670, R435/R635 - Для определения содержания Ni, Pb.

4. Разработанный в результате исследования аппаратно-программный комплекс "Радуга" обеспечивает в режиме реального времени оценку загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами по значениям индивидуальных спектральных информативных параметров.

Научная новизна. В процессе проведения исследований получены новые научные результаты:

Впервые по результатам экспериментальных исследований и на основании корреляционного анализа установлены индикаторные виды городской растительности для дистанционной оценки загрязнения тяжелыми металлами: одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale L.), мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara L.), мятлик луговой (Роа Pratensis).

Впервые определены индивидуальные спектральные индексы в виде отношений коэффициентов спектральных яркостей, учитывающие особенности физиологии растений, значения которых связаны с уровнями содержания тяжелых металлов Fe, Си, Zn, Mn, Pb, Ni, Cd в установленных индикаторных видах городской растительности.

Впервые по результатам экспериментальных наблюдений и на основании комплексной биохимической и геохимической оценок тестовых участков Санкт-Петербурга была выявлена территория, на которой спектр отражения установленных индикаторных видов растительности является фоновым для городских условий, установлены и экспериментально исследованы их фоновые спектральные характеристики.

Разработан новый метод дистанционной количественной экспресс-оценки загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, основанный на измерении индивидуальных спектральных индексов индикаторных видов растительности и определения по их значениям уровня загрязнения в соответствии с корреляционно-регрессионными таблицами.

Разработан аппаратно-программный комплекс "Радуга", реализующий на практике метод дистанционной количественной экспресс-оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами, позволяющий оперативно оценить уровень загрязнения.

Теоретическая и практическая значимость результатов работы состоит в том, что:

1. Установленные индикаторные виды городской растительности позволяют разрабатывать методы дистанционной экспресс-оценки уровня загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.

2. Установленные индивидуальные спектральные индексы, представляющие собой отношения коэффициентов спектральной яркости позволяют проводить дистанционную количественную оценку содержания тяжелых металлов: Бе, Си, Zn, Мп, РЬ, №, Сс1 в индикаторных видах городской растительности.

3. Установление фоновых спектральных отражательных характеристик индикаторных видов растительности г. Санкт-Петербурга позволяет классифицировать уровни загрязнения для городских условий от "чисто" до "сильное загрязнение" с соответствующими количественными характеристиками (концентрациями металлов).

4. Разработанный новый метод и реализация его в виде аппаратно-программного комплекса «Радуга» позволяют дистанционно количественно оценивать уровень загрязнения растительности тяжелыми металлами. Заявки на патент на изобретение приняты к рассмотрению патентным бюро РФ (№2009115106 и №2009115097 от 20.04.09). Программная часть комплекса защищена регистрацией в государственном реестре. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ "Радуга" №2009611157 от 30.12.2008. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ "Пофос" №2009611158 от 30.12.2008.

Реализация и внедрение результатов исследований: Теоретические положения, методики расчета и результаты исследований диссертации использованы в 3 НИР, выполненных в течение

2006-2009 гг.:

1. "Исследование и разработка фундаментальных основ и новых методологий дистанционного зондирования природной среды в оптическом и радио- диапазонах электромагнитного спектра". ФИЕТ/КЭОП-35, 2006-2009.

2. "Разработка теоретических основ и исследование нового поколения методов контроля физического состояния материальных, природных объектов и живых организмов в условиях экологического неблагополучия". КЭОП-37, 2007-2009.

3. "Разработка теоретических основ физики и технологии создания систем квантовой и оптической электроники". КЭОП-40, 2009-2010.

Результаты диссертационной работы используются в организациях:

1. Ботаническом институте РАН им. В.Л.Комарова в лаборатории Экологии и растительных сообществ для оценки экологического состояния городских территорий.

2. СПбГУ на кафедре геоэкологии и природопользования факультета географии и геоэкологии в магистерских курсах «Токсическое действие тяжелых металлов на высшие растения» и «Механизмы устойчивости растений к тяжелым металлам».

3. СПбГЭТУ «ЛЭТИ» - в дисциплинах «Оптико-электронные системы дистанционного зондирования» и «Расчет и конструирование лазерных и оптико-электронных систем».

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях и симпозиумах:

1. XI Санкт-Петербургская международная конференция «Региональная информатика - 2008». 22-24 октября 2008 г. Санкт-Петербург.

2. Пятая Юбилейная Открытая Всероссийская конференция «Дистанционное зондирование Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 12-16 ноября 2007 г.

3. X Санкт-Петербургская международная конференция «Региональная информатика-2006 (РИ-2006)», Санкт-Петербург, 24-26 октября 2006 г.

4. The VI International Youth Environmental Forum «Ecobaltica'2006», St.-Petersburg, Russia, June 27-29, 2006.

5. Четвертая открытая Всероссийская конференция. Москва, ИКИ РАН, 1317 ноября 2006 г.

6. Третья открытая Всероссийская конференция. Москва, ИКИ РАН, 14-17 ноября 2005 г.

7. 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment, June 20-24, 2005, Saint-Petersburg.

8. Политехнический симпозиум «Молодые ученые — промышленности Северо-Западного региона», декабрь 2005 г.

9. Политехнический симпозиум «Молодые ученые — промышленности Северо-Западного региона», декабрь 2006 г.

10.14-я международная междисциплинарная конференция молодых ученых и специалистов «Человек. Природа. Общество. Актуальные проблемы.». Санкт-Петербург, 8-28 декабря 2005 г. 11.59-й, 60-й и 61-й научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава университета (СПбГЭТУ).

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 25 работах, из них: 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 2 свидетельства о регистрации программ, 2 заявки на авторские свидетельства на изобретения, принятых к рассмотрению, 5 статей в других изданиях, 13 докладов, получивших одобрение на 10 международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях [76, 77, 96, 97, 99-119].

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав с выводами, заключения. Она изложена на 109 страницах машинописного текста, включает 31 рисунок, 5 таблиц, 14 страниц приложений и содержит список литературы из 119 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения работы проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния тяжелых металлов из окружающей среды на спектральную отражательную способность растений.

Установлены индикаторные виды городской растительности для дистанционной экспресс-оценки загрязнения территорий тяжелыми металлами с помощью спектральнрой аппаратуры: мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara L.), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale L.), мятлик луговой (Роа Pratensis).

В результате корреляционно-регрессионного анализа установлены спектральные индексы для индикаторных видов растительности, характеризующие уровни содержания в них тяжелых металлов: R550/R620, R550/R485, R550/R620, R450/R735, R435/R500, R435/R620 Для определения содержания Fe, Си, Zn в листьях одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale L.); R550/R485, R670/Rö20, R550/R485, R435/R670, R485/R685 Для определения содержания Fe, Mn, Zn в листьях мать-и-мачехи обыкновенной (Tussilago farfara L.); R67o/R620> R435/R67Ü5 R435/R635 для определения содержания Ni, Pb в листьях мятлика лугового (Роа Pratensis).

Установлены фоновые для городских условий спектры индикаторных видов для возможности сравнительной оценки состояния природной среды.

В результате исследования составлены таблицы зависимостей значений спектральных индексов индикаторных видов от уровней концентраций тяжелых металлов и экологического состояния окружающей среды, являющихся основой метода дистанционной диагностики загрязнения.

Разработан метод дистанционной оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами с помощью спектральной аппаратуры.

Разработанный метод реализован в виде аппаратно-программного комплекса «Радуга», позволяющего дистанционно в режиме реального времени производить оценку загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами через измерение спектров отражения растительности в диапазоне 400-1100 нм с разрешением 1 нм, обработку измеренных спектров, расчет спектральных индексов и сравнение их с табличными эталонами, разработанными в результате исследования.

1. Трансграничный перенос загрязнений-основная причина региональной экологической опасности Текст. / В.И. Данилов-Данильян, М.Ч. Залиханов, К.С. Лосев // Экологическая безопасность. Общие принципы и российский аспект. М., 2001. - С. 121-127.

2. Трансграничное загрязнение воздушного бассейна на примере СевероЗападного региона Текст. / В.Б. Миляев, И.А. Морозова // ВИНИТИ. Сер. Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2002. - № 2. -С.27-35.

3. Методы обеспечения экологической безопасности в целях устойчивого развития Западной Сибири. Текст. / A.M. Адам // "Безопасность жизнедеятельности". 2008. - №1. - С.2-5

4. Экологические проблемы урбанизированных территорий на примере г. Томска и пути их решения. Текст. / П.Н. Черногривов, Л.Г. Колесниченко // "Безопасность жизнедеятельности". 2008. - №1. - С. 17—25.

5. Изучение промышленного воздействия на северную растительность по космическим снимкам: трудности и нерешенные проблемы Текст. / В.И. Кравцова//Исследование Земли из космоса. 1999. - №1. - С. 112-121.

6. Operational space technology for global vegetation assessment (Оперативный космический метод глобальной оценки растительности) Текст. / F.N. Kogan // Bull. Amer. Meteor. Soc. 2001. - V.82, №9. - pp. 1949-1964.

7. Экология севера: Дистанционные методы изучения нарушенных экосистем (на примере Кольского полуострова) Текст. / Под ред. А.П. Капицы и У.Г. Риса. М.: Научный мир, 2003. - 248 с.

8. Исследования спектров отражения индикаторных мхов Текст. / А.А. Бузников, Г.А. Лахтанов, Н.В. Алексеева-Попова, А.В. Виролайнен и др. // Исследование Земли из космоса. 1995. - №2. - С.37-44.

9. Опыт проведения узкозональных съемок переносными камерами на станции «Салют-7» Текст. / М.Л. Ропжин //Гагаринские научные чтения по космонавтике и авиации. М.: Наука, 1987. - С.54-57.

10. Spectral reflectance responses from lichens subjected to melal-induced stress

11. Спектральная реакция мхов при стрессе под воздействием металлов) Текст. / J. Сох, Р.J. Beckett // 7th Themat. Conf. Remote Sens. Explor. Geol. Calgary, 2-6 Oct. 1989. Ann Arbor (Mich.), 1989. P.35.

12. Влияние тяжелых металлов на оптические характеристики листьев растений Текст. / С.М. Кочубей, К.Д. Каракас, В.И. Лилька, С.Г. Шварева //Физиол. и биохим. культурных растений. 1984. - Т. 16, №3. - С.248-251.

13. Biological indicators in environmental protection (Биологические индикаторы в защите окружающей среды) Текст. / Ed. М. Kovacs. Budapest: Academiai Kiado, 1992. - 207 с.

14. Спектральные характеристики растительности в тепловом ИК-диапазоне 8-14 мкм Текст. / В.Г. Сурин, Г.А. Ладнер //Исследование Земли из космоса. 1994. - №3. - С.26-34.

15. Теория и эксперимент в дистанционных исследованиях растительности. Текст. / H.H. Выгодская, И.И. Горшкова. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. -248 с.

16. Отражательные свойства и состояние растительного покрова. Текст. / В.И. Рачкулик, М.В. Ситникова. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - 288 с.

17. Влияние тяжелых металлов на спектры отражения индикаторных мхов Текст. / A.A. Бузников, Г.А. Лахтанов, Н.В. Алексеева-Попова, A.B. Виролайнен и др. // Известия ГЭТУ, 1995. Вып.481. - С.67-79.

18. Возможность оценки трансграничного переноса тяжелых металлов дистанционным методом Текст. / A.A. Бузников, Н.В. Алексеева-Попова, A.B. Виролайнен, М.В. Андреев // Известия ГЭТУ. 1997. - С.55-61.

19. Спектральная отражательная способность и распознавание растительности. Текст. / К.Я. Кондратьев, П.П. Федченко. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 216 с.

20. Применение результатов моделирования переноса радиации в посеве картофеля для дистанционной оценки фитопатологического состояния посевов Текст. / Е.А. Яновская, А.Ф. Яновский, Ю.Н. Чиберкус // Исследование Земли из космоса. 1994. - №1. - С.98-104.

21. Обобщенные спектральные индексы природных образований Текст. / C.B. Свистунов// Исследование Земли из космоса. 1994. - №2. - С.41-50.

22. Мониторинг состояния природно-техногенных комплексов по космическим снимкам Текст. / В.Г. Сурин, М.А. Шубина // Оптическийжурнал. 2006. - Т.73, № 4. - С.88-92.

23. Метрологйческие аспекты измерений оптических характеристик системы "Поверхность Земли атмосфера" по результатам съемки из космоса Текст. / A.C. Панфилов // Исследование Земли из космоса. - 2002. - №5. -С.15-21.

24. Специализированный фотометр для измерения патологических и физиологических изменений в растениях Текст. / Э.В. Кувалдин, В.Г. Сурин // Оптический журнал. 1998. - №5. - С.43-46.

25. Полевые фотометрические фитоиндикационные исследования геохимических аномалий Текст. / В.Г. Сурин // Исследование Земли из космоса. 1997. - №5. - С.83-92.

26. Метод полевой прецизионной фотометррш для интерпретации геохимических аномалий Текст. / В.Г. Сурин // Исследование Земли изкосмоса. 1998. - №4. - С.38-14.

27. Спектральный метод диагностики состояния растений в тепловом инфракрасном диапазоне Текст. / В.Г. Сурин // Измерительная техника. -1997.-№5.-С.63-66.

28. Дистанционное зондирование: количественный подход Текст. / Ш.М. Дейвис, Д.А. Ландгребе, Т.Л. Филлипс и др. Пер. с англ. М.: Недра, 1983. -415 с.

29. Оптическое дистанционное зондирование Текст. / Б.И. Беляев, Л.В. Катковский. Минск: БГУ, 2006. - 455 с.

30. Physical studies of nature by thermal mapping (Физические исследования природы по термальному картированию) Текст. / Е. Fagerlund, В. Kleman, L. Sellin & Н. Svensson // Earth Science Rev., 1970. V.6. - P.169-180.

31. Ecological potential in spectral signature analysis (Экологический потенциал в спектральном сигнатурном анализе) Текст. / R.M. Hoffer, С .J. Johannsen // Remote Sensing in Ecology. Athens. Georgia, 1969. P. 1-16.

32. Image enchancement for vegetative pattern change analysis (Улучшениеизображения для анализа изменений распределений растительности) Текст. / G.L. Brothers, К.В. Fish // Photogr. Eng. and Remote Sensing, 1978. V.44.-P.607-616.

33. Multitemporal remote sensing of a geobotanical anomaly (Мультивременное дистанционное зондирование геоботанических аномалий) Текст. / J.P. Darch, J. Barber//Econ. Geol., 1983. V.78(4). - P.770-782.

34. Geologic remote sensing (Дистанционное зондирование в геологии) Текст. / A.F.H. Goetz, L.C. Rowan. // Science, 1981. V.211(4484). P.781-791.

35. Airborne biogeophysical mapping of hidden mineral deposits (Самолетное биогеофизическое картирование скрытых месторождений полезных ископаемых) Текст. / W. Collins, S.H. Chang, G. Raines, F. Canney, R. Ashley // Econ. Geol., 1983. V.78. - P.737-749.

36. Factors affecting light reflectance of cotton (Факторы, влияющие наотражение света хлопком) Текст. / J.R. Thomas, C.L. Wiegand, V.I. Myers // Proc. 4th Symp. on Remote Sensing of Environment. Ann Arbor, Michigan, 1967. -P.30S-312.

37. Leaf reflectance and image formation on color infrared film (Отражение листьями и формирование изображения на цветной ИК пленке) Текст. /

38. E.В. Knipling // Remote Sensing in Ecology. Athens, Georgia (Univ. of Georgia Press), 1969. - P. 17-29.

39. Vegetation and geology (Растительность и геология) Текст. / G.L. Raines,

40. F.C. Canney, B.S. Siegal, A.R. Gillespie // Remote Sensing in Geology. New York (Wiley), (1980). - P.365-380.

41. Пигменты, оптика листа и состояние растений Текст. / М.Н. Мерзляк // Соросовский образовательный журнал. 1998. - №4. - С. 19-24.

42. Фотосинтез: (Физиол. аспекты) Текст. / О. Хит. М.: Мир, 1972. 315 с.

43. Спектры отражения листьев и плодов при нормальном развитии, старении и стрессе Текст. / М.Н. Мерзляк, А.А. Гительсон, С.И. Погосян и др. // Физиология растений. 1997. - Т.44, №5. - С.707-716.

44. Pigment Changes in Senescent and Stored Tissues (Изменения пигментов встареющих и сохранившихся тканях) Текст. / С.О. Chichester, Т.О.М. Nakayama // Chemistry and Biochemistry of Plant Pigments. New York: Academic, 1965. - P.440-457.

45. Carotenol Esters in Developing Apple Fruits (Эфир каротенола в садоводстве яблок) Текст. / М. Knee // Phytochemistry. 1988. - V.27, №4. - P. 10051009.

46. The Degradation of Chlorophyll: A Biological Enigma (Разрушение хлорофилла: биологическая загадка) Текст. / G.A.F. Hendry, J.D. Houghton, S.B. Brown // New Phytology. 1987. - V.107. - P.255-302.

47. Chlorophyll Breakdown. Chlorophylls (Разрушение хлорофилла. Хлорофиллы.) Текст. / S.B. Brown, J.D. Houghton, G.A.F. Hendry // Boca Raton: CRC, 1991. P.465-489.

48. Carotenoid Catabolism during Leaf Senescence and Its Control by Light (Катаболизм каротиноидов в процессе старения листьев и управление им светом) Текст. / В. Biswall // J. Photochemistry Photobiology, В., 1995. -V.30, №1. P.3-14.

49. Oxygenation and Oxidation in the Metabolism of Aromatic Compounds (Оксигенация и окисление в метаболизме ароматических соединений) Текст. / V.S. Butt // Proc. Phytochem. Soc. Eur., 1985. V.25. - P.349-365.

50. Reflectance and Transmittance of Light by Leaves (Отражение и пропусканиесвета листьями) Текст. / J.T. Wooley // Plant Physiol., 1971. V.47. - P.656-662.

51. Картирование растительности Санкт-Петербурга по материалам космической цифровой многоспектральной съемки. Текст. / A.B. Григорьев, С.Г. Крицук, А.Н. Мезенко, A.A. Тронин, Б.В. Шилин // Оптический журнал, 2004. Т.71, №3. - С.40-47.

52. Полевой фотоэлектрический спектрометр Текст. / A.A. Бузников, В.И. Jleyc, Н.Б. Леус // Известия ТЭТУ, 1995. Вып.481. - С.3-7.

53. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для вузов Текст. / В.Е. Гмурман. 9-е изд., стер. - М.: Высшая школа, 2003. -479 с.

54. Загрязнители атмосферы и растения Текст. / Г.М. Илькун. Киев: Наук. Думка, 1978.-246 с.

55. Применение вероятностно-статистических методов для анализа гидрохимических данных Текст. / В.И. Пелещенко, Н.И. Ромась. К.: Б.и., 1977. - 65 с.

56. Статистические выводы и связи Текст. / М. Кендалл, А. Стьюарт. М.: «Наука», 1973. - С. 140-142.

57. Спектральные исследования техногенной нагрузки на растительность мегаполисов Текст. / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников и др. // Известия государственного электротехнического университета. СПб., 2006. - Вып.1. - С.31-38.

58. Исследование влияния тяжелых металлов на оптические характеристики растительности Текст. / A.A. Тимофеев, A.B. Андреева, A.A. Бузников и др. // Известия государственного электротехнического университета. -СПб., 2007. Вып.1. - С.39-46.

59. Опыт проведения узкозональных съемок переносными камерами на станции «Салют-7» Текст. / JLA. Ронжин // Гагаринские научные чтения по космонавтике и авиации, 1988. С.54-57.

60. Spectral Response of Vegetation to Metallic Elements in Northeastern

61. Методика кодирования спектров отражения природных образований по наблюдениям в интервале длин волн 0,4.0,7 мкм Текст. / О.Б. Васильев, З.Ф. Миронова // В кн.: Проблемы физики атмосферы. JL: ЛГУ, 1974. -Вып. 11. - С.22-26.

62. Космическая спектрофотометрия природной среды с пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций: опыт и перспективы Текст. / К.Я. Кондратьев, A.A. Бузников // Материалы семинара "Космос-океан-атмосфера". М.: ВИНИТИ, 1981. - 42 с.

63. Спектральная отражательная способность природных образований Текст. / E.JI. Кринов. Л.: Изд. АН СССР, 1947. - 271 с.

64. Дистанционные исследования Земли из космоса Текст. / Д.Н. Мишев. -М.: Мир, 1985.-229 с.

65. Поляризованный свет Текст. / У. Шерклиф. М.: Мир, 1965. - 264 с.

66. Вектор-параметр Стокса Текст. / Г.В. Розенберг // Успехи физических наук, 1955. №56, Вып.1. - С.77-110.

67. Solar and terrestrial radiation (methods and measurements) (Солнечное и земное излучение (методы и измерения)) Текст. / K.L. Coulson. New

68. York: Acad. Press, 1975. 322 p.

69. Применение эффекта поляризации для целей дистанционного обнаружения нефти на поверхности моря Текст. / A.A. Бузников, Г.А. Иванян, К.Я. Кондратьев, Д.В. Поздняков. ДАН СССР, 1975. - 221, №5. -С.1082-1085.

70. Поляриметрический эксперимент на борту "Марс-5" Текст. / JI.B. Ксанфомалити, В.И. Мороз, А. Дольфус // Космические исследования. -1975. 13,№1.-С.92-98.

71. Исследование поляризации излучения, отраженного от некоторых типов растительного покрова Текст. / Г.А. Лахтанов, А.П. Пиотровская // В кн.: Дистанционное исследование окружающей среды оптическими и радиофизическими методами. JL: ЛГУ, 1983. - С.84-90.

72. Морфолого-анатомическая характеристика Hylocomium splendens -индикатора загрязнения лесов Карельского перешейка Текст. / О.В. Яковлева, A.A. Бузников, Н.В. Алексеева-Попова и др. // Ботанический журнал. 2001. - Т.86, №8. - С.58-68.

73. Итоги науки и техники. Атмосфера, океан, космос. Программа «Разрезы». Глобальная экология: дистанционное зондирование Текст. / К.Я. Кондратьев, A.A. Бузников, О.М. Покровский. М.: ВИНИТИ, 1992. -Т.14.-308 с.

74. Ручной спутниковый спектрограф РСС-3 для спектрографирования Земли Текст. / A.A. Бузников, В.М. Орлов // Тр. XI Всесоюзное совещание по актинометрии. Ч. II. Приборы и методы наблюдения. Таллин, 1980. -С.131-134.

75. А.А. Тимофеев, A.B. Андреева, А.Л. Есипов, A.B. Буданов, A.A. Бузников.

76. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ "Пофос" №2009611158 от 30.12.2008.

77. А.А. Тимофеев, A.B. Андреева, A.JI. Есипов, A.B. Буданов, A.A. Бузников. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ "Радуга" №2009611157 от 30.12.2008.

78. Влияние тяжелых металлов на спектры отражения растительности Текст.: дис. . канд. техн. наук: 05.11.07 / Виролайнен Анжела Витальевна. СПб., 1998.

79. Способ оценки экологического состояния окружающей среды / А.А.