Ю. Одум - Основы экологии (1975) (1135319), страница 168
Текст из файла (страница 168)
Таким образом можно построить кодируемые в оттенках серого контурные карты, соответствующие распределению температур на поверхности обследуемого района в определенное время. Информация, полученная сразу в нескольких зонах спектра, часто дает больше суммарной информации от каждой из этих зон по отдельности. Это привело к развитию «спектрозонального» наблюдения, т.
е, к регистрации энергии в нескольких или многих зонах спектра одновременно. Полученные данные могут быть переданы на землю либо по каналу телеметрии, либо в записи на пленку или магнитную ленту. Такая информация зависит от обследуемой среды, от поверхностей растений и животных или сложного взаимодействия того и другого. Полученные сигналы подвергают анализу, пытаясь понять их биологическое значение, однако нередко при этом ощущается недостаток предварительного опыта, которым можно было бы руководствоваться. Как это часто бывает, техническое мастерство обгоняет понимание, так что возникает «отставание», продолжающееся до тех пор, пока полученные картины не удастся эффективно «привязать к поверхности».
Только после этого можно оценить, насколько полезно в действительности спектрозональное обследование. В общем потенциальная информация зависит от характерного для данного объекта соотношения энергии и массы. Поглощение, излучение, рассеивание и отражение энергии любым конкретным типом вещества избирательны в отношении длины волны и специфичны для каждого вещества, поскольку зависят от его атомного и молекулярного строения (Колузлл и др., 1963). Соответственно каждый тип биомассы или физического субстрата излучает спектр характерной частоты и интенсивности. Однако регистрируемый сигнал, проходя через атмосферу, к сожалению, несколько ослабляется, а кроме того, на него влияет качество используемой электромеханической системы.
Взаимоотношения энергии и растений Большая часть поверхности суши покрыта растительностью, Дистанционные датчики прежде всего воспринимают сигналы от поверхности листьев растений. Что происходит с солнечной энергией, падающей на листья? В видимой и близкой инфракрасной частях спектра кутикула и эпидермис листьев отражают и излучают слабо и не очень селективно. Хлорофилл поглощает более 80% энергии красного и синего концов видимого спектра, падающей на поверхность листьев, тогда как примерно 40% зеленого света отражается. На ближнюю инфракрасную часть спектра хлоропласты влияют мало, но на нее сильно влияет изменение коэффициента преломления между воздухом в межклеточных пространствах и гидратированной целлюлозой клеточных стенок.
Доля энергии, проникшей в лист до мезофилла и отраженной от него, больше для ближних инфракрасных, чем для видимых длин волн (Колуэлл и др.. Гл. !3. пРименение дистАнционных ДАтчиков 1963). На инфракрасных фотографиях часто лучше выявляются сукцессионные и сезонные изменения, вызываемые слабыми изменениями в растительных пигментах и структуре листьев, чем на обычных цветныМ фотографиях. Энергия, поглошенная на одной длине волны и высвеченная на другой (например, флуоресценцня), может быть существенной для датчиков ультрафиолетовых и ближних инфракрасных зон; потери на флуоресценцию составляют всего лишь несколько процентов доступной энергии света. Изменение физиологического состояния растения может привести к утрате тургора тканью листа.
По-видимому, изменения в отражательной способности в красном и ближнем инфракрасном диапазонах происходят гораздо раньше, чем можно обнаружить какие- либо сдвиги на видимых длинах волн. Однако механизм такого уменьшения отражательной способности в красной или ближней инфракрасной областях, происходящего в результате потери тургора, грибных болезней или изменения геометрии клеток, еше не исследован экспериментально. Физические и физиологические основы спектральных характеристик растений хорошо изложены Гейтсом и др. (!965) и Найплингом (1969).
Подробное изучение этих свойств обеспечило успех нескольким недавним экспериментам, в которых аэрофотосъемка на цветную и инфракрасную пленку была использована для обнаружения болезней и размеров поражения на цитрусовых плантациях, на картофельных и пшеничных полях н в хвойных лесах (Мейер и Френч, !966), для оценки влияния на растительность гербицидов, трудности поддержания тока воды через растение и ионнзируюшего излучения (Джонсон, 1965). Ведущиеся в настоящее время исследования вьивляют возможность предсказывать урожаи сельскохозяйственных культур (а также потери), пигментную структуру экосистем, а может быть, даже н видовое разнообразие (Одум, 1969) верхнего яруса растительности. В тех случаях, когда содержание хлорофилла на автотрофном уровне можно связать с продуктивностью (гл. 3, равд.
3), появится возможность определять это содержание при помощи дистанционных датчиков. Взаимоотношения энергии и животных Растения и животные связаны с окружающей средой обменом энергией, происходящим на их поверхности. Так как животные, в особенности гомойотермные, частично регулируют температуру поверхности своего тела посредством движения и метаболической активности, температура наружных покровов, шерсти илн перьев — важный индикатор реакции животных на факторы окружающей среды.
Измеряя температуру поверхности, можно понять энергетический баланс различных организмов (Гейтс, 1969). Сканирующее устройство с приемником теплового излучения для учета животных с мгновенным полем зрения в три мнллнраднана может обнаруживать различия температуры около 1'С (Мак-Каллок и др., 1969). Такое поле зрения — компромисс между температурной чувствительностью и разрешением. Чтобы повысить чувствительность, пришлось бы увеличить поле зрения, а это сделало бы невозможным выявление различия между температурой отдельного животного и температурой его местообитания.
Наилучшей для учета представляется длина волны от 8 до 14 мкм. На этой длине волны с успехом был проведен учет виргинского оленя и некоторых более крупных травоядных млекопитающих. Так как чувствительность и разрешение сканирующих устройств с приемником теплового излучения приближаются к теоретическому пределу, то вряд ли следует надеяться, что с их помощью можно будет обнаруживать отдельных животных величиной с лисицу или собаку или ЧАСТЬ 3 ПРИКЛАДНЪ|Е И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ различать виды более крупных животных. Поскольку успеху измерений способствуют большие температурные различия между животным и фоном, идеальные условия создает снежный покров.
Наблюдения за оленями лучше проводить при дневных полетах (Мак-Каллок и др., 1969); для интерпретации данных теплового сканирования растительности нагорья также следует предпочесть дневные полеты, однако типы низинной или болотной растительности в Мичигане легче было распознавать по ночным данным (Уивер и др., 1969). Обнаружение отдельных животных на расстоянии сильно облегчается, если удается укрепить на них какой-либо источник, излучающий легко обнаруживаемый сигнал.
Регистрация сигналов от прикрепленного к животному передатчика называется биотелеметрией. Обычно для этого пользуются маленьким длинноволновым радиопередатчиком, но полезным может быть также источник радиоактивности. Метод биотелеметрии позволяет исследователю очень точно определять местонахождение данного животного и регистрировать ритм сердечных сокращений; для этого достаточно поймать животное, прикрепить к поверхности или вживить в полость его тела передатчик и вновь выпустить его (Фолк, 1967).
Характер передвижения отдельных особей лося, карибу или оленя, например, позволяет получить такие данные о поведении, как величина индивидуальной территории, время питания и пищевые предпочтения, реакция на охотничьих собак и охотника (Мерчинтон, 1969). Регистрируя на расстоянии физиологические функции, например сокращения сердца, можно определить влияние стресса со стороны окружающей среды на циркадные ритмы организма. В рамках одной международной программы предполагается провести исследования, в которых северные олени и белые медведи, снабженные радиопередатчиками, будут пеленговаться спутником с полярной орбиты и сведения об их местонахождении будут передаваться в лаборатории, расположенные в умеренных широтах. Подобным же образом при помощи инструментальных буев можно проследить пути морских течений.
Радиопередатчики весом всего по 2,5 г прикрепляли к мелким перелетным птицам, следили за их перелетами с помощью приемников, установленных на пролетных путях или на небольшом самолете. В одном из таких исследований к дроздам, гнездящимся близ Великих озер и в Канаде, во время их остановки при весеннем перелете в центральной части Иллинойса прикрепляли передатчики.
При ночном перелете регистрировался путь птиц, который привел их в северную часть Висконсина. Ночной перелет начался через 1 — 2 ч после захода солнца (после того как птицы отдохнули) и у некоторых птиц продолжался до рассвета. Птицы летели на высоте от 600 до 1800 м со скоростью 40— 55 км/ч (Кочрен, Монтгомери и Грабер, 1967). (Использование миниатюрных передатчиков для регистрации температуры тела норных животных — см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
