CC BY
12
Науковий вкник НЛТУ УкраТни. - 2009. - Вип. 19.15
УДК557.4 Доц. В.1. Мокрий, канд. фн.-мат. наук; студ. О.О. Лесьмв-
НЛТУ Украти, м. Rbsis
ШФОРМАЦШНО-АНАЛГГИЧШ ТЕХНОЛОГИ МОН1ТОРИНГУ ТА 1НВЕНТАРИЗАЩ1 ПАРНИКОВИХ ГАЗ1В
Представлено результати застосування сучасних iнформацiйно-аналiтичних методiв i технологiй пщ час вiдбору, нагромадження та аналiзу параметрiв функць онування рiзних компонент бiогеоценозiв, необхiдних для просторово-часового оць нювання впливу лiсових формацiй на киснево-вуглецевий баланс бюсфери.
Ключов1 слова: мошторинг, лiсовi екосистеми, флуоресценцiя хлороф^, мате-матичнi моделi, геоiнформацiйнi системи.
Сучасш концепци управлшня люовими екосистемами грунтуються на широкому використанш даних комплексних мошторингових дослщжень. Комплексний мониторинг рослинного покриву реал1зуеться на основ! кореля-цшного синтезу бюлопчних, бюметричних та морфоф1зюлопчних даних i3 математичними моделями та шформацшними технолопями просторово-часо-во! швентаризаци парникових газ1в у сектор1 люового господарства.
Метою дослщжень е математична штерпретащя даних експрес-д1агнос-тики морфоф1зюлопчних показниюв рослин бюгеоценоз1в, вим1ряних флу-оресцентним методом, необхщних для яюсного оцшювання бюпродуктивност зелених насаджень та !хнього вкладу в киснево-вуглецевий баланс бюсфери.
Методом фотошдуковано! флуоресценци хлорофшу (ФХ) дослщжено актившсть фотосинтетичного апарату основних люоутворюючих порщ на вь докремлених вщ рослин листках [1]. Перед вим1рюванням листки адаптують-ся до умов, за яких визначатимуть флуоресценщю. Листок перед встановлен-ням у вщсж для зразюв необхщно адаптувати до темряви ще протягом трьох хвилин. 1ндукцшш крив1 ФХ вим1рюються динам1чним флуориметром. Спек-тральну селекщю збуджуючого (Я=450-550 нм) i реестрованого випромшю-вання (Я=680-760 нм) здшснюють за допомогою скляних свгтлофшьтр1в. Три-валють реестрацп - 3 хв. Часова залежшсть ФХ рееструеться самописцем. Вщношення максимально! i фоново! ампл1туд шдукцшних переход1в ФХ рееструють осцилографом. Математичш модел1 графтв кшетики ФХ вико-нано в Excel, з використанням програми "Graph2Digit".
Об'ектом комплексних дослщжень вибрано регюнальний ландшаф-тний парк (РЛП) "Знесшня", розташований в центр1 м. Львова, де накла-даеться кшька тишв функцюнального використання територи: вщ кар'ерно-промислового та селгтебного (грунтовий покрив парку зазнав докоршних трансформацш внаслщок розроблення запаЫв шску) до рекреацшного. Кар'ери та змшет ними територи займають близько 1/4 плошд парку. Сьогод-m в днишд кар'ер1в ведеться житлове буд1вництво, працюють промислов1 шд-приемства, формуеться парковий комплекс. Оскшьки дшянки РЛП "Знесшня" зазнають повторного антропогенного навантаження шшого функцюнального спрямування, що, в бшьшоси випадюв, сповшьнюе процеси грунтоутворення та процеси росту рослинносл, тому можуть використовуватись як еколопчш пол1гони для комплексних люоеколопчних та урбоеколопчних дослщжень.
Пщ час освгтлення адаптованих до темряви зелених рослин штенсив-ним свгтлом, спостер1гаеться шдукщя флуоресценци хлорофшу (ФХ), що вщ-
Глобальнi змши клiмату - загрози людству та мехашзми вмвсрнення
77
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраТни
значаеться складними змiнами в часi квантового виходу. В багатьох досль дженнях виявлено тюний зв'язок iндукованих процесiв ФХ з функщонуван-ням фотосинтетичного апарату. З'ясування природи процесiв, якi зумовлю-ють складну кiнетичну криву ФХ, дали змогу використовувати це явище для дослщження стану фотосинтетичного апарату. Розгляд результата моделю-вання параметрiв фотошдуковано! ФХ для розв'язку бiофiзичних задач стано-вить предмет нашого дослiдження.
На тiсний зв'язок змшно! ФХ iз iнтегральним процесом фотосинтезу вказуе корелящя багатьох параметрiв кшетичних кривих ФХ i газообмiну СО2 або О2 на свiтлi. У загальному виглядi антпипаралелiзм кiнетичних кривих повшьних змiн ФХ i фотосинтезу був зареестрований в попереднiх досль дженнях [2]. В умовах, коли кшетичт кривi цих процеЫв проявляли власти-ву осцилящю, антипаралелiзм повiльного свiтлового спаду ФХ i збiльшення швидкостi фотосинтезу було доведено найбшьш переконливо, причому як для поглинання СО2, так i для видiлення О2. Зафiксованi, змши на дiлянцi кь нетично! криво! ОЮРБ, яка вщповщае зростанню iнтенсивностi ФХ до пер-шого максимуму, не супроводжуються фотосинтетичним поглинанням СО2. Таким чином, швидюсть повiльних стадiй свгглового спаду ФХ характеризуе найважливiшу адаптивну ознаку фотосинтетичного апарату - його реактив-шсть, тобто здатнiсть бшьш або менш швидко реагувати на змшу штенсив-ностi свiтла та шших екологiчних чинникiв. В цьому аспект метод шдукци ФХ мае ютотт переваги перед iншими способами характеристики реактив-ностi фотосинтетичного апарату (шфрачервоний газоаналiз, радiоiзотопний метод), внаслщок простшо! апаратури та меншо! 11 iнерцiйностi.
Отже, iндукцiйна крива (ФХ) е вщображенням багатьох процесiв, як вiдбуваються у фотосинтетичному апаратi тд час переходу вiд темноти до св^ла, а вивчення кiнетики переходiв ФХ може дати важливу шформащю про його функцiонування. Складнiсть кшетично! криво! ФХ iнтактних об'ектiв дещо утруднюе !! математичне моделювання. Найпростше опи-суеться кiнетика наростання ФХ в iзольованих хлоропластiв у присутност дь урону, блокуючого перенесення електрона мiж ФС II i ФС I. На пiдставi ек-спериментально вимiряних кiнетичних кривих, виконано математичне моделювання кшетики змiнно! ФХ нормально функщонуючого фотосинтетичного апарату дуба звичайного (рис.).
Рис. Кнетика (ряд 1) i полiномiальна функщя фототдукованоХ флуоресценци хлорофту листшв дуба звичайного
100 Час, с
78
Збiрник науково-техшчних праць
Науковий iticiiiik- НЛТУ УкраТни. - 2009. - Вип. 19.15
Отриманi дат забезпечують можливiсть розрахунку елементарних констант швидкостей реакци на дiлянцi електрон-транспортного ланцюга, якiй вщповщае кiнетична крива повшьного свiтлового спаду ФХ. Бшьшш швидкостi фотосинтезу вщповщае iнтенсивнiше свгтлове гасiння змшно! ФХ до рiвня SMT, що вщповщае найменшому стацюнарному рiвню кшетично! криво! ФХ [3].
Ан^з бiопродуктивностi зелених насаджень на основi кореляцiйних спiввiдношень мiж швидюстю асимiляцi! СО2 та кiнетикою ФХ доцшьно ви-користати пiд час кшьюсного оцiнювання балансу газiв парникового ефекту, що необхщно для практичних задач зменшення дефiциту спроможностi наг-ромадження вуглецю рослинними компонентами бiогеоценозiв.
Математичнi моделi флуоресцентних параметрiв рослин доцшьно адаптувати з алгоритмами розроблено! авторами [4] геошформацшно! технологи просторово! iнвентаризацi! парникових газiв. Пропонована шформа-цiйно-аналiтична система, яка базуеться на створених програмних модулях в Delphi, з використанням георозподшених баз даних статистично! iнформацi!, даних дистанцшного зондування i геоiнформацiйно! системи MapInfo Professional, дасть змогу аналiзувати внесок окремих дiлянок та тишв лiсу, а також отримувати прогноз сумарно! емiсi!/поглинання вуглекислого газу та кисне-во-вуглецевого балансу в секторi лiсового господарства.
Л1тература
1. Капустяник В.Б. Оптико-спектральнi методи в науково-техшчнш експертизi : практикум / Капустяник В.Б., Мокрий В.1. - Львiв : Вид. центр ЛНУ iм. 1вана Франка, 2004. - С. 207.
2. Карапетян Н.В. Переменная флуоресценция хлорофилла как показатель физиологического состояния растений / Карапетян Н.В., Бухов Н.Г. // Физиология растений. - 1986. - Т. 33. - Вып. 5. - С. 1013.
3. Krause G.H. Biochim. et bicphys. acta, 1973. - Vol. 292, № 3. - P. 715.
4. Бунь Р.А. Геошформацшш системи як зааб мошторингу кругооб^ вуглецю та ш-вентаризаци парникових газiв в захщному регюш Укра!ни // Гори i люди у контекстi сталого розвитку : матер. Мiжнар. конф. / Бунь Р. А., Олекав Б.Я., Клим З.1. та iн. - Т. 2. - Раив : Кар-патський бiосферний заповiдник, 2002. - С. 21-25.
Мокрый В.И., Лэськив О.О. Информационно-аналитические технологии мониторинга и инвентаризации парниковых газов
Представлены результаты применения современных информационно-аналитических методов и технологий во время отбора, нагромождения и анализа параметров функционирования разных компонент биогеоценоза, необходимого для пространственно-временного оценивания влияния лесных формаций на кислородно-углеродный баланс биосферы.
Ключевые слова: мониторинг, лесные экосистемы, флуоресценция хлорофилла, математические модели, геоинформационные системы.
Mokryy V.I., Leskiv O.O. Information-analytics technologies of monitoring and equipments of greenhouse gases
The results of application of modern information-analytics methods and technologies are presented at a selection, accumulation and analysis of parameters functioning's different component of biogeocenoses, necessary for the spatio-temporal estimation of influencing of forest structures on oxygen-carbon balance of biosphere.
Keywords: monitoring, forest ecosystems, fluorescence of chlorophyll, mathematical models, geoinformation's systems._
Глобальш змши клiмату - загрози людству та мехашзми вщвернення
79
