Спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем
Вступ. Паркові зони виконують природоохоронні та рекреаційні функції в урбосередовищі, що знахо-
 диться під впливом інтенсивного техногенного навантаження.
 Проблематика. Глобальне зниження якості повітря, збільшення кількості токсичних викидів та відходів потребує проведення постій...
Saved in:
| Published in: | Наука та інновації |
|---|---|
| Date: | 2020 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2020
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184864 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем / В.Б. Небесний, Г.А. Гродзинська, А.І. Самчук, С.С. Дугін, Г.Ю. Гончар // Наука та інновації. — 2020. — Т. 16, № 4. — С. 78-86. — Бібліогр.: 27 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860123558885195776 |
|---|---|
| author | Небесний, В.Б. Гродзинська, Г.А. Самчук, А.І. Дугін, С.С. Гончар, Г.Ю. |
| author_facet | Небесний, В.Б. Гродзинська, Г.А. Самчук, А.І. Дугін, С.С. Гончар, Г.Ю. |
| citation_txt | Спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем / В.Б. Небесний, Г.А. Гродзинська, А.І. Самчук, С.С. Дугін, Г.Ю. Гончар // Наука та інновації. — 2020. — Т. 16, № 4. — С. 78-86. — Бібліогр.: 27 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наука та інновації |
| description | Вступ. Паркові зони виконують природоохоронні та рекреаційні функції в урбосередовищі, що знахо-
диться під впливом інтенсивного техногенного навантаження.
Проблематика. Глобальне зниження якості повітря, збільшення кількості токсичних викидів та відходів потребує проведення постійного моніторингу стану довкілля, орієнтованого, в першу чергу, на біотичні показники.
Мета. Оцінка стану техногенного забруднення паркових екосистем м. Києва за спектральними характеристиками листків біоіндикаторного виду Taraxacum officinale та вмістом важких металів в них
та в ґрунтах з місцезростань.
Матеріали й методи. Метод спектрофотометрії для дослідження спектральних характеристик
листків T. оfficinale; метод мас-спектрометрії з індукційно зв’язаною плазмою (ICP-MS) — для визначення вмісту Cu, Pb, Zn, Mn, Ni, Cr у листках та ґрунтах з локалітетів; статистичні методи. Результати. Показано середній рівень кореляційних зв’зків (0,50—0,69) між вегетаційними індексами R₅₅₀/R₄₈₅, R₅₅₀/R₆₂₀, R₄₅₀/R₇₃₅, NDVI, RESV, SI та вмістом Cu, Pb, Mn у листках й Pb і Mn — у ґрунтах,
та високий ступінь зв’язків (0,75—0,87) між індексами R₄₅₀/R₇₃₅, NDVI, RESV, LCI та вмістом Zn і Cr у
листках та ґрунтах. Встановлено чітку тенденцію зростання вмісту важких металів в напрямку від
центральних частин паркових зон, до периферійних, що зазнають інтенсивного впливу транспортного
навантаження. Найбільш забрудненим визначено Маріїнський парк. Високі рівні вмісту важких металів
Cu, Pb і Cr виявлені також в ґрунтах і листках рослин парку Київського політехнічного інституту. Найменший рівень забруднення має парк «Феофанія».
Висновки. Застосовані вегетаційні індекси рекомендовано як для експрес-оцінки стану природних і
міських екосистем, так і для інтерпретації супутникових зображень з метою зонування та визначення
ступеню техногенного забруднення. Використання спектрофотометричного методу для біоіндикації є
перспективним завдяки швидкості отримання результатів, широті охоплення територій та низькій
собівартості.
Introduction. Park areas perform conservational and recreational functions in an urban environment that is under the influence
of intense manmade load.
Problem Statement. The global decline in air quality, the augmentation of toxic emissions and industrial wastes, require
constant monitoring of the environment, which must be focused primarily on biotic parameters.
Purpose. Estimation of the manmade pollution of park ecosystems of Kyiv according to the spectral characteristics of
leaves of the bioindicator species Taraxacum officinale F.H. Wigg., and the content of heavy metals in them and in the soils.
Materials and Methods. Spectrophotometry method for studying the spectral characteristics of T. officinale leaves;
induction-coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) method for measuring the content of Cu, Pb, Zn, Mn, Ni, Cr in
leaves and soils from localities; statistical methods.
Results. The average level of correlations (0.50—0.69) between vegetation indices R₅₅₀/R₄₈₅, R₅₅₀/R₆₂₀, R₄₅₀/R₇₃₅, NDVI,
RESV, SI and Cu content is shown, Pb, Mn in leaves and Pb and Mn — in soils, and a high degree of correlation (0.75—0.87)
between the indices R₄₅₀/R₇₃₅, NDVI, RESV, LCI and the content of Zn and Cr in leaves and soils. There is a clear trend of
increasing the content of heavy metals in the direction from the central parts of the park areas to the peripheral ones, which
are intensively affected by traffic.
The most polluted is the Mariinsky Park. High levels of heavy metals Cu, Pb and Cr were also found in the soils and leaves
of the park of the Kyiv Polytechnic Institute. The lowest level of pollution is in the Feofaniya park.
Conclusions. The discussed vegetation indices are recommended both for rapid assessment of the state of natural and
urban ecosystems, and for interpretation of satellite images for zoning and to determine the degree of man-made pollution.
The use of the spectrophotometric method for bioindication is promising due to a high speed of obtaining results, a wide
coverage, and a low cost.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:40:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
78 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16(4)
цитування: Небесний в.Б., Гродзинська Г.А., самчук А.І., Дугін с.с., Гончар Г.Ю. спектрометрич-
ний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем. Nauka innov. 2020. т. 16, №4. с. 78—86. https://doi.
org/10.15407/scin16.04.078
https://doi.org/10.15407/scin16.04.078
в.Б. неБесний 1, Г.А. ГрОДЗинсьКА 1,
А.І. сАмЧуК 2, с.с. ДуГІн 3, Г.Ю. ГОнЧАр 1
1 Інститут еволюційної екології НАН України,
вул. академіка Лебедєва, 37, Київ, 03143, Україна,
+380 44 526 2051, info@ieenas.org
2 Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. м.П. Семененка НАН України,
просп. академіка Палладіна, 34, Київ, 03142, Україна,
+380 44 424 1270, office.igmr@gmail.com
3 Науковий Центр аерокосмічних досліджень Землі
Інституту геологічних наук Національної Академії Наук,
вул. О. гончара, 55 б, Київ, 01054, Україна,
+380 44 290 2601, casre@casre.kiev.ua
спектрофотометричний
експрес-метод бІоІндикацІї
паркових екосистем
Вступ. Паркові зони виконують природоохоронні та рекреаційні функції в урбосередовищі, що знахо-
диться під впливом інтенсивного техногенного навантаження.
Проблематика. Глобальне зниження якості повітря, збільшення кількості токсичних викидів та від-
ходів потребує проведення постійного моніторингу стану довкілля, орієнтованого, в першу чергу, на біо-
тичні показники.
Мета. Оцінка стану техногенного забруднення паркових екосистем м. Києва за спектральними ха-
рактеристиками листків біоіндикаторного виду Taraxacum officinale та вмістом важких металів в них
та в ґрунтах з місцезростань.
Матеріали й методи. Метод спектрофотометрії для дослідження спектральних характеристик
листків T. оfficinale; метод мас-спектрометрії з індукційно зв’язаною плазмою (ICP-MS) — для визна-
чення вмісту Cu, Pb, Zn, Mn, Ni, Cr у листках та ґрунтах з локалітетів; статистичні методи.
Результати. Показано середній рівень кореляційних зв’зків (0,50—0,69) між вегетаційними індекса-
ми R550/R485, R550/R620, R450/R735, NDVI, RESV, SI та вмістом Cu, Pb, Mn у листках й Pb і Mn — у ґрунтах,
та високий ступінь зв’язків (0,75—0,87) між індексами R450/R735, NDVI, RESV, LCI та вмістом Zn і Cr у
листках та ґрунтах. Встановлено чітку тенденцію зростання вмісту важких металів в напрямку від
центральних частин паркових зон, до периферійних, що зазнають інтенсивного впливу транспортного
навантаження. Найбільш забрудненим визначено Маріїнський парк. Високі рівні вмісту важких металів
Cu, Pb і Cr виявлені також в ґрунтах і листках рослин парку Київського політехнічного інституту. Най-
менший рівень забруднення має парк «Феофанія».
Висновки. Застосовані вегетаційні індекси рекомендовано як для експрес-оцінки стану природних і
міських екосистем, так і для інтерпретації супутникових зображень з метою зонування та визначення
спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 79
ступеню техногенного забруднення. Використання спектрофотометричного методу для біоіндикації є
перспективним завдяки швидкості отримання результатів, широті охоплення територій та низькій
собівартості.
К л ю ч о в і с л о в а: біоіндикація, важкі метали, паркові екосистеми, Taraxacum officinale F.H.Wigg., спект-
ральні відбивні характеристики.
паркові зони є невід’ємним елементом будь-
якого урболандшафту. Загальновизнаним фак-
том є те, що паркові або «зелені зони» вико-
нують природоохоронні, рекреаційні, культ ур-
но-оздоровчі та санітарно-гігієнічні функції, є
міс цями відпочинку населення [1]. водночас,
глобальна тенденція до підвищення темпе ра-
тури атмосферного повітря, зростання концент-
рації аеротехногенних викидів, антропогенне
навантаження, зменшення просторових меж
міських деревних насаджень викликають стре-
сові явища та порушення фізіологічного ста-
ну рослин, сприяють ураженню шкідниками й
хворобами [2, 3].
крім того, на динаміку розвитку паркових зон
впливає синантропізація флори, розширення
міської забудови та транспортної інфраструк-
тури [4]. міське середовище, трансформоване
під впливом інтенсивного техногенного наван-
таження, в свою чергу, впливає на об’єкти біоти,
які, як наслідок, зазнають фізіологічних, мор-
фологічних, анатомічних, біохімічних та інших
змін. така властивість біологічних об’єктів до-
зволяє ефективно використовувати низку пред-
ставників для біотестування та біоіндикації тех-
ногенних забруднень [1, 5].
рослини є надійними та репрезентативними
біоіндикаторами забруднення довкілля різ ни-
ми токсикантами, оскільки вони змушені адап-
туватися до стресу за допомогою фізіолого-
біохімічних і анатомо-морфо логічних перебу-
дов організму. На сьогодні актуальним є пи-
тання розробки експрес-методів діагностики
стану урбанізованого навколишнього середо-
Таблиця 1. Місця відбору проб у локалітетах паркових зон Києва
локалітет місце відбору проб широта Довгота
висота над рівнем
моря, м
ППСПМ «Феофанія»
i Автобусна зупинка, 300 м від входу до парку 50°20′24″ 30°28′39″ 186
ii 50 м нижче від входу до парку 50°20′24″ 30°29′00″ 176
iii 30 м нижче адмін. будівлі по вул. лебедєва, 37 50°20′24″ 30°29′14″ 152
iV 100 м від озера № 3 50°20′21″ 30°29′25″ 139
Парк «КПІ»
i Біля автомагістралі, проспект перемоги 50°27′05″ 30°27′47″ 153
ii 60 м від проспекту, посередині схилу парку 50°27′03″ 30°27′42″ 160
iii На схилі, 20 м від верхньої дороги 50°27′02″ 30°27′37″ 164
iV Біля правого крила корпусу № 1 50°27′02″ 30°27′34″ 165
ППСПМ «Маріїнський парк»
i Біля зупинки (навпроти Будинку офіцерів) 50°26′45″ 30°32′21″ 200
ii 50 м від зупинки 50°26′47″ 30°32′21″ 201
iii 25 м від адмін. будівлі міністерства охорони
здоров’я (мОЗ) України
50°26′49″ 30°32′24″ 201
iV Зворотна сторона адмін. будівлі мОЗ України
(початок схилу)
50°26′53″ 30°32′25″ 193
в.Б. небесний, Г.А. Гродзинська, А.І. самчук, с.с. Дугін, Г.Ю. Гончар
80 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4)
вища з використанням окремих видів рослин і
рослинних угруповань як біоіндикаторів.
Наслідком забруднення атмосферного по-
вітря і ґрунту є зміни пігментного складу рослин,
що, в свою чергу, проявляється в змінах спект-
ральних відбивальних характеристик лист ків.
Низкою досліджень доведено існування залеж-
ності між зміною оптичних параметрів та фізіо-
логічним станом рослин. Зокрема, встанов-
лено, що спектральні коефіцієнти відбиття
зелених листків корелюють із рівнем їхньої фо-
тосинтетичної активності. Оскільки процес фо-
тосинтезу дуже чутливо реагує на вплив фак-
торів зовнішнього середовища, то за зміною
його інтенсивності можна визначати реакцію
рослин на стресори, зокрема й на забруднення
повітря [6—11]. комплексний аналіз змін цих
параметрів може слугувати основою для роз-
роблення дистанційних методів діагностики
стану урбоекосистем [9, 12—15].
Біоіндикаторний вид кульбаба лікарська (Ta-
raxacum officinale F. h. Wigg.) було використа-
но для оцінки ступеню техногенного впливу
на екологічний стан паркових зон києва. ви-
бір цього виду обумовлено його широким роз-
повсюдженням, доступністю та високою чут-
ливістю до низки чинників техногенного за-
бруднення [16—20].
мета досліджень полягала в оцінюванні
стану техногенного забруднення паркових еко-
систем києва на основі комплексного аналізу
параметрів спектральних відбивальних харак-
теристик та вмісту важких металів Cu, Pb, zn,
Mn, ni, Cr в листках Taraxacum officinale та в
ґрунтах з обраних паркових локалітетів.
Дослідження було проведено в червні 2018 р.
на території трьох парків києва: парку-пам'ят-
ки садово-паркового мистецтва (ппспм)
«Фео фанія», парку київського політехнічно-
го інституту (парк кпІ), ппспм «маріїнсь-
кий парк», що знаходяться на різній висоті
над рівнем моря і мають різний кут нахилу
схилів. в кожному парку обрано по чотири
локалітети (i, ii, iii і iV), розташовані на різ-
ній відстані від автомобільних доріг у нап-
рямку до центральної частини паркової зо-
ни, де забруднення вважалося мінімальним
(табл. 1).
0,10
0,00
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
350
0,70
0,80
0,90
550 750 950
Т. І
Т. ІІ
Т. ІІІ
Т. ІV
ППСПМ «Феофанія»
Сп
ек
тр
ал
ьн
і к
ое
фі
ці
єн
ти
в
ід
би
тт
я
1150 15501750 1950 21501350 λ, нм
0,10
0,00
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
350
0,70
0,80
0,90
550 750 950
Т. І
Т. ІІ
Т. ІІІ
Т. ІV
Парк «КПІ»
Сп
ек
тр
ал
ьн
і к
ое
фі
ці
єн
ти
в
ід
би
тт
я
1150 15501750 1950 21501350 λ, нм
0,10
0,00
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
350
0,70
0,80
0,90
550 750 950
Т. І
Т. ІІ
Т. ІІІ
Т. ІV
ППСПМ «Маріїнський парк»
Сп
ек
тр
ал
ьн
і к
ое
фі
ці
єн
ти
в
ід
би
тт
я
1150 15501750 1950 21501350 λ, нм
Рис. 1. спектри відбиття листків Taraxacum officinale
F.h. Wigg. з локалітетів ппспм «Феофанія» (a), парк
кпІ (б) і маріїнський парк (в)
в
a б
спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 81
Таблиця 2. Спектральні вегетаційні індекси дослідження
спектральний
вегетаційний
індекс*
Назва індексу та його фізіологічне
значення
R550/R620; R500/R620;
R550/R485; R450/R735;
R435/R500; R435/R620
Індекси важких металів — характе-
ризують вміст останніх у рослині
NDVI = (R800 —
— R670)/(R800 + R670)
Нормалізований вегетаційний індекс —
кількісний показник фотосинтетич-
ної активності фітомаси, який мі ні-
мізує вплив умов освітлення, ґрун-
тового фону, орієнтації листків, ме-
теорологічних факторів
VI = R800/R670 Звичайний вегетаційний індекс — ха-
рактеризує стан та щільність рос-
линного покриву, нівелює різні ефек-
ти альбедо
SI = R550/R800 Індекс стресу (зворотній вегетацій-
ний індекс) — показує ступінь при-
гнічення рослин (низькі значення SI
відповідають більш продуктивному
фотосинтезу і, відповідно, кращому
стану екосистеми)
RESV = ((R718 +
+ R748)/2) — R733)
Індекс стресу червоного краю — ха-
рактеризує ступінь фізіологічних
змін рослини залежно від впливу
стресових факторів
HM = (R630/R690)/
(R520/R600)
Індекс накопичення важких металів —
характеризує загальне накопичення
важких металів (в першу чергу, за-
ліза) у листках рослин
CI = (R750/R710) — 1;
LCI = R695/R760
Хлорофільний індекс та листковий
хлорофільний індекс — вказують на
кількісний вміст хлорофілу у листках
PI = R430/R680 Пігментний індекс — характеризує
стан пігментного комплексу лист-
ків (в першу чергу, каротиноїдів та
антоціанів, яких у пригніченій рос-
линності значна кількість)
Примітка. * — цифра — це значення скв на певній дов-
жині хвилі у нанометрах.
Таблиця 3. Характеристика екотопів парків Києва
за вмістом важких металів у листках рослин
T. officinale (L) та в ґрунті (S)
показник
з локалітету
вміст важких металів, мг/кг сухої маси
Cu Pb zn ni Mn Cr
ППСПМ «Феофанія»
Li 15 8 150 10 400 7
Si 50 50 500 40 600 50
Lii 10 7 80 4 200 5
Sii 40 40 200 20 300 40
Liii 10 4 80 4 250 4
SІii 40 30 300 20 350 30
LІV 6 3 80 3 250 4
SІV 20 20 300 20 300 20
Парк «КПІ»
Li 80 10 800 8 300 8
Si 300 100 3000 30 500 80
Lii 50 5 100 5 180 3
Sii 100 60 300 20 350 10
Liii 30 4 100 3 150 5
SІii 60 40 300 10 300 30
LІV 30 7 200 4 170 6
SІV 50 80 500 20 350 40
ППСПМ «Маріїнський парк»
Li 60 40 250 20 200 8
Si 500 300 1000 100 400 40
Lii 30 5 130 10 300 3
Sii 200 60 450 30 350 10
Liii 30 4 90 10 250 5
SІii 80 50 300 30 350 30
LІV 20 2 100 2 200 4
SІV 40 20 500 10 300 20
У кожному локалітеті було відібрано по 5 зраз-
ків ґрунту з кореневмісного шару (0—5 см) і
по 30 зразків листків T. officinale. вимірюван-
ня спектральних відбивальних характеристик
листків виконано польовим портативним спект-
рорадіометром ASD FieldSpec® 3FR (сшА) з
робочим спектральним діапазоном від 350 до
2500 нм. Дані 10-кратних вимірювань кожно-
го листка автоматично програмно усередню-
вали, а результат використовували для обчис-
лення спектральних коефіцієнтів відбиття —
скв (або R).
серед різноманіття вегетаційних спектраль-
них індексів, на основі аналізу літературних дже-
в.Б. небесний, Г.А. Гродзинська, А.І. самчук, с.с. Дугін, Г.Ю. Гончар
82 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4)
рел і власних попередніх досліджень [13—15,
21—25], було відібрано 14 як найбільш інфор-
мативних (табл. 2).
вимірювання вмісту важких металів Cu, Pb,
zn, Mn, ni, Cr в зразках ґрунтів і листків до-
сліджуваного виду виконано методом мас-спект-
рометрії з індукційно зв’язаною плаз мою на
аналізаторі ICP-MS Element-2 (Німеччина) за ме-
тодом О.м. пономаренко зі співавторами [26].
Для відібраних з 12 локалітетів листків було
отримано та проаналізовано біля 1800 спект-
рів відбиття листків. Графіки спектрів відби-
вання листків T. officinale чітко демонструють
наявність контрастів в окремих спектральних
діапазонах між зразками, зібраними з різних
місцезростань (рис. 1).
Найбільш інформативними, як і очікувало-
ся, виявилися лінії поглинання та відбивання
сонячної енергії основними пігментними комп-
лексами рослин — хлорофілом та каротиної-
дами у видимій зоні спектру та максимуму її
відбиття у ближній інфрачервоній зоні, яка по-
Рис. 2. спектральні вегетаційні індекси листків Tara xa-
cum officinale з локалітетів: ппспм «Феофанія»,
парк кпІ, маріїнський парк
0,55
0,5
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
ІЗн
ач
ен
ня
в
ег
ет
ац
ій
но
го
ін
де
кс
у
ІІ
Локалітети
ІІІ
NDVI
ІV
a
0,22
0,20
0,24
0,26
0,34
0,28
0,30
0,32
0,36
0,38
0,40
ІЗн
ач
ен
ня
в
ег
ет
ац
ій
но
го
ін
де
кс
у
ІІ
Локалітети
ІІІ
SI
ІV
в
4,0
3,0
5,0
6,0
7,0
11,0
8,0
9,0
10,0
12,0
13,0
ІЗн
ач
ен
ня
в
ег
ет
ац
ій
но
го
ін
де
кс
у
ІІ
Локалітети
ІІІ
VI
ІV
б
0,07
0,05
0,09
0,11
0,19
0,13
0,15
0,17
0,21
0,23
ІЗн
ач
ен
ня
в
ег
ет
ац
ій
но
го
ін
де
кс
у
ІІ
Локалітети
ІІІ
SI
ІV
–0,040
–0,020
–0,030
ІЗн
ач
ен
ня
в
ег
ет
ац
ій
но
го
ін
де
кс
у
ІІ
Локалітети
ІІІ
RESV
ІV
г
д
R450/R735
спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 83
Таблиця 4. Кореляційні зв’язки між вегетаційними спектральними індексами
та вмістом важких металів в листках T. officinale (L) і ґрунтах (S) з паркових екотопів м. Києва
спект-
ральний
індекс
вміст металів у пробах
Cu Pb zn ni Mn Cr
L S L S L S L S L S L S
R550/R485 –0,646 –0,575 –0,516 –0,534 –0,573 –0,586 –0,455 –0,460 –0,115 –0,501 –0,673 –0,514
R550/R620 –0,566 –0,571 –0,553 –0,527 –0,649 –0,674 –0,381 –0,461 –0,142 –0,502 –0,735 –0,671
R500/R620 0,322 0,199 0,114 0,178 0,034 0,033 0,305 0,176 0,096 0,263 0,133 –0,114
R450/R735 0,668 0,643 0,504 0,504 0,833 0,861 0,456 0,477 0,377 0,657 0,786 0,769
R435/R500 0,612 0,402 0,196 0,342 0,255 0,242 0,312 0,194 –0,241 –0,050 0,095 –0,101
R435/R620 0,533 0,345 0,174 0,297 0,172 0,164 0,331 0,199 –0,125 0,068 0,108 –0,123
NDVI –0,567 –0,514 –0,339 –0,381 –0,844 –0,864 –0,318 –0,364 –0,406 –0,654 –0,772 –0,843
SI 0,140 0,201 0,147 0,074 0,611 0,633 0,089 0,165 0,561 0,550 0,527 0,716
VI –0,402 –0,447 –0,453 –0,393 –0,672 –0,699 –0,293 –0,402 –0,351 –0,600 –0,751 –0,758
RESV 0,669 0,689 0,543 0,543 0,826 0,866 0,376 0,447 0,157 0,438 0,707 0,732
HM 0,107 0,381 0,534 0,423 0,302 0,334 0,273 0,453 0,159 0,340 0,520 0,517
CI –0,153 –0,284 –0,266 –0,185 –0,594 –0,623 –0,113 –0,234 –0,395 –0,419 –0,552 –0,711
LCI 0,465 0,462 0,351 0,316 0,811 0,835 0,250 0,314 0,411 0,576 0,704 0,829
PI –0,041 –0,038 –0,147 –0,061 –0,442 –0,438 0,071 –0,068 –0,235 –0,410 –0,527 –0,713
Примітка. сірим кольором виділено коефіцієнти кореляції більше 0,50.
в’язана з клітинною структурою листка. За по-
казниками скв, виміряними у зазначених ді-
лянках спектру, було розраховано спектральні
вегетаційні індекси.
Аналіз графіків спектральних індексів лист-
ків T. оfficinale з локалітетів досліджуваних
парків (рис. 2) показав, що найбільш інформа-
тивними з них є: NDVI, VI, SI, RESV та R450/R735.
так, значення індексів NDVI та VI локалітетів,
що розташовані поблизу автомагістралей, ви-
явилися набагато нижчими від індексів з ло-
калітетів центральних частин паркових зон.
протилежна залежність спостерігається у ви-
падку індексів SI, RESV та R450/R735. слід від-
мітити зміну значень (зменшення NDVI і VI, та
підвищення SI, RESV і R450/R735) у iV локаліте-
ті всіх парків, що пов’язано з розташуванням
внутрішньої дороги у парках кпІ та маріїн-
ському і активною рекреаційною зоною у пар-
ку Феофанія.
Значення спектральних індексів листків T. of-
ficinale з ппспм «Феофанія» суттєво від різ-
няються від індексів інших парків, що підтвер-
джує найменше антропогенне навантаження
на його екосистему.
Дослідження листків T. officinale і проб ґрун-
тів з паркових локалітетів показало, що най-
вищий рівень важких металів було виявлено
в локалітетах i, розташованих поблизу авто-
мобільних доріг і зупинок громадського тран-
спорту (табл. 2). Найбільш забрудненим вия-
вився маріїнський парк, розташований на пла-
то в центральній (піднесеній) частині міста.
тут визначено високий вміст Cu, Pb, zn в ґрун-
тах і Pb, zn, ni в листках. високі рівні вмісту
важких металів Cu, Pb і Cr виявлено також в
ґрунтах і листках з парку кпІ. при цьому під-
вищений вміст важких металів в зразках з ді-
лянки iV, напевно, пов’язаний з її розташуван-
ням біля навчального корпусу та безпосеред-
ній близькості від верхньої паркової дороги.
Найменш забрудненим є парк «Феофанія»,
розташований поблизу межі міста і на деякій
відстані від автомагістралі.
Дослідження активності цезію-137 та міне-
рального складу дикорослих макроміцетів з
в.Б. небесний, Г.А. Гродзинська, А.І. самчук, с.с. Дугін, Г.Ю. Гончар
84 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4)
території парку «Феофанія» у 2015—2017 рр.
показали безпечний рівень вмісту важких ме-
талів у їхніх плодових тілах [27], що підтвер-
джує відносну екологічну чистоту цієї терито-
рії. слід зазначити, що в окремих випадках
високий рівень вмісту металів в зразках ґрун-
ту не збігався з їхнім рівнем у біомасі листків.
це явище пов’язане, вочевидь, з наявністю ру-
хомих форм важких металів в системі «ґрунт—
рослина».
Аналіз спектрів відбиття листків T. officina-
le з трьох паркових екотопів м. києва та вміст
важких металів у листках і ґрунтах з місце-
зростань показав середній рівень кореляцій-
них зв’зків (0,50—0,69) між рядом спектраль-
них індексів: R550/R620; R550/R485; R450/R735; NDVI;
RESV, SI і вмістом Cu, Pb, Mn у листках та Pb і
Mn у ґрунтах з кореневмісного шару, та високий
ступінь зв’язків (0,75—0,87) між спект раль-
ними індексами R450/R735; NDVI; RESV; LCI та
вмістом zn і Cr у листках та ґрунтах (табл. 4).
сучасні підходи до екологічної оцінки стану
навколишнього середовища повинні бути орієн-
товані, в першу чергу, на біотичні показники.
при цьому застосування методів дистанційно-
го зондування для оцінки стану природних і
міських екосистем є досить перспективним че-
рез високу швидкість отримання результатів,
широту охоплення територій і низьку собівар-
тість. враховуючи те, що запропонований в ро-
боті експрес-метод об’єктивно відображає фі-
зіологічний стан рослин у режимі реального
часу, його можна рекомендувати для впрова-
дження у мережу постів спостереження за за-
брудненням навколишнього природного сере-
довища в києві центральної геофізичної об-
серваторії ім. Б. срезневського, яка належить
до Державної системи моніторингу довкілля.
таким чином, встановлено кореляційні зв’яз-
ки між оптичними показниками листків T. of-
ficinale та накопиченням в них важких металів.
Аналіз вегетаційних спектральних індексів та
вмісту важких металів у ґрунтах і листках рос-
лин-індикаторів показав наявність чіткої зміни
цих характеристик в напрямку від цент раль-
них, менш забруднених паркових зон, до пери-
ферійних, що зазнають інтенсивного впли ву
транспортного навантаження.
Найбільш забрудненою визначено терито-
рію маріїнського парку. високі рівні вмісту
важких металів Cu, Pb і Cr виявлено також в
ґрунтах і листках рослин з парку кпІ. Най-
менш забрудненим є парк «Феофанія» завдя-
ки своєму віддаленому від джерел забруднен-
ня розташуванню.
Обрані в дослідженні спектральні індекси
можуть бути рекомендовані як для експрес-
оцінки стану паркових екосистем, залежно від
рівня антропогенного забруднення, так і для
інтерпретації супутникових зображень з ме-
тою зонування та визначення ступеню цього
забруднення.
Застосований метод є перспективним та ре-
комендованим до широкого застосування в
системі моніторингу довкілля через низку пе-
реваг у використанні.
списОк лІтерАтУри
1. Біоіндикація стану техногенного забруднення м. Києва: методичні підходи: монографія / за ред. О .п. Дмитрієва.
київ: Наш формат, 2016. 122 с.
2. Дідух я.п. Основи біоіндикації. київ: Наукова думка, 2012. 344 с.
3. iqbal M.z., shafig м., Qamar zaidi s., Athar M. effect of automobile pollution on chlorophyll content of roadsideurban
trees. Global J. Environ. Sci.Manage. 2015. V. 1, no. 4. P. 283—296. doi: 10.7508/gjesm.2015.04.003
4. Бурда р.и., Голивец м.А., петрович О.З. Чужеродные виды во флоре природно-заповедного фонда равнинной
части Украины. Рос. журн. биол. инвазий. 2014. № 4. с. 1—29.
5. самчук А.І., кураєва І.в., Гродзинська Г.А., вовк к.в., войтюк Ю.Ю., Злобіна к.с., стадник в.О., Огар т.в., Не-
бесний в.Б., Гончар Г.Ю. Важкі метали в об’єктах довкілля Київського мегаполісу: монографія / ред. А.І. самчук,
І.в. кураєва. київ: Наш формат, 2019. 164 с.
6. кондратьев к.я., Федченко п.п. Спектральная отражательная способность и распознавание растительности.
ленинград: Гидрометеоиздат, 1982. 216 с.
спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 85
7. nebesnyy V.B., Dubyna D.V., Prokopenko V.F., shelyag-sosonko Y.r. Distribution of heavy metals accumulated in
Phragmites australis in delta zones of the northern Black sea coast. Hydrobiological Journal. 1993. V. 29. P. 9—21.
8. леванчук А.в., копытенкова О.и., Нехорошев А.с., Гайко и.и. метод контроля качества среды обитания в мега-
полисе. Успехи современного естествознания. 2005. № 9. с. 59—61.
9. Андреева А.в., Бузников А.А., скрябин с.в., тимофеев А.А., Алексеева-попова Н.в., Беляева А.и. исследование
характера изменения оптических характеристик растительности под воздействием тяжелых металлов для разра-
ботки метода дистанционной диагностики загрязнения. Современные проблемы дистанционного зондирования
Земли из Космоса. 2007. T. 4, № 2. с. 175—182.
10. khavaninzadeh A.r., Veroustraete F., Buytaert J.A.n., Dirckx J., samson r. Assessing urban habitat quality using spectral
characteristics of Tilia leaves. Environ. Pollut. 2013. V. 178. P. 7—14. http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2013.02.021.
11. khavaninzadeh A.r., Veroustraete F., Buytaert J.A.n., samson r. leaf injury symptoms of Tilia sp. as an indicator of
urban habitat quality. Ecological indicators. 2014. no. 41. P. 58—64.
12. сурин в.Г. Активные оптические тестеры для информационного обеспечения точного земледелия, точного живо-
тноводства и экологической безопасности. Агрофизика. 2011. № 2. с. 39—49.
13. Небесний в.Б., Гродзинська А.А. Оцінка техногенного забруднення м. києва за спектральними відбивними ха-
рактеристиками листків Tilia cordata (Tiliaceae). Укр. Ботан. журн. 2015. т. 72, № 2. с. 116—121.
14. Небесний в.Б., Гродзинська А.А., Гончар Г.Ю. використання спектрофотометричного методу для оцінки еколо-
гічного стану урбанізованих територій міста києва. Вісник НАН України. 2016. № 8. с. 59—67.
15. nebesnyi V.B., Grodzinskaya А.A., Gonchar A.Yu., konyakin s.M., schur k.Yu. The use of Tilia cordata Mill. as
bioindicator for the evaluation of the ecological state of kyiv urbanized areas (ukraine). Journal of Medicinal Plants
Studies. 2016. V. 4, no. 3. P. 277—282.
16. Никольский в.и. Одуванчик как возможный объект фенологического мониторинга природных экосистем.
Проблемы устойчивости биологических систем: тез. докл. всесоюзн. школы. харьков, 1990. с. 99—101.
17. стволинская Н.с. жизнеспособность Taraxacum officinale Wigg. в популяциях города москвы в связи с авто-
транс портным загрязнением. Экология. 2000. № 2. с. 147—150.
18. пестова л.в., рязанцева О.в. Биоиндикация автотранспортого загрязнения городских территорий. Ползуновский
вестник. 2004. № 2. с. 87—94.
19. nebesnyi V., Grodzinskaya A., Dugin s. using remote sensing Methods in Bioindication of urban ecosystems. Abstract
eBook: The 4rd International Symposium on EuroAsian Biodiversity 2018 (03—06 July 2018, Kiev). kiev. 2018. P. 421.
20. nebesnyi V.B., Grodzinskaya A.A., samchuk A.i. Bioindication of pollution by heavy metals of parking ecosystems of
kiev. Proceedings of the Xi international biogeochemical school: Biogeochemistry — the scientific basis for sustainable
development and protection of human health (13—15 June 2019, Tula). Tula, russia: TsPu, 2019. V. 2. P. 71—74.
21. тимофеев А.А. Исследование и разработка метода и аппаратно-программного комплекса для дистанционной
оценки загрязнения индикаторных видов растительности тяжелыми металлами: автореф. дис. …канд. техн. наук:
05.11.07. санкт-петербург, 2009. 18 с.
22. Черепанов А.с., Дружинина е.Г. спектральные свойства растительности и вегетационные индексы. Геоматика.
2009. № 3. с. 28—32.
23. roberts D., roth k., Perroy r. Hyperspectral vegetation indices: Hyperspectral Remote Sensing of Vegetation. CrC Press,
Boca raton, Fl, us, 2011. P. 309—328.
24. якимчук в.Г., ліщенко л.п., суханов к.Ю., порушкевич А.Ю. Застосування спектральних індексів спектрограм
листя дерев для оцінки екологічних умов їхнього росту в м. києві. Український журнал дистанційного зондування
Землі. 2015. № 5. с. 4—14.
25. index Data Base: A data base for remote sensing indices: list of available indices. Germany. url: https://www.index-
database.de/db/i.php (дата звернення: 27.12.2019).
26. пономаренко О.м., самчук А.І., красюк О.п., макаренко т.І., Антоненко О.Г. Аналітичні схеми пробопідгготов-
ки гірських порід та мінералів і визначення в них мікроелементів методом мас-спектрометрії з індукційно
зв’язаною плазмою (isP-Ms). Мінералогічний журнал. 2008. № 4. с. 97—103.
27. Grodzinskaya A.A., nebesnyi V.B., samchuk A.i., honchar h.Yu. radiocesium (137Cs) and Mineral elements in Culinary-
Medicinal Mushrooms from the southern outskirts of kyiv, ukraine. International Journal of Medicinal Mushrooms.
2019. V. 21, no. 1. P. 71—77. doi: 10.1615/intJMedMushrooms.2018029583
Стаття надійшла до редакції / Received 10.01.20
Статтю прорецензовано / Revised 05.03.20
Статтю підписано до друку / Accepted 17.03.20
в.Б. небесний, Г.А. Гродзинська, А.І. самчук, с.с. Дугін, Г.Ю. Гончар
86 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4)
Nebesnyi, V.B.1, Grodzynska, G.A.1,
Samchuk, A.I.2, Dugin, S.S.3, and Honchar, H.Yu.1
1 institute for evolutionary ecology, the nAs of ukraine,
37, Acad. lebedev st., kyiv, 03143, ukraine,
+380 44 526 2051, info@ieenas.org
2 semenenko institute of Geochemistry, Mineralogy, and ore Formation, the nAs of ukraine,
34, Acad. Palladin Ave., kyiv, 03142, ukraine,
+380 44 424 1270, office.igmr@gmail.com
3 scientific Centre for Aerospace research of the earth,
institute of Geological science, nAs of ukraine, ukraine,
55 B, o. honchara st., kyiv, 01054, ukraine,
+380 044 290-26-01, casre@casre.kiev.ua
sPeCTroPhoToMeTriC eXPress
MeThoD in BioinDiCATion oF PArk eCosYsTeMs
Introduction. Park areas perform conservational and recreational functions in an urban environment that is under the inf lu-
ence of intense manmade load.
Problem Statement. The global decline in air quality, the augmentation of toxic emissions and industrial wastes, require
constant monitoring of the environment, which must be focused primarily on biotic parameters.
Purpose. estimation of the manmade pollution of park ecosystems of kyiv according to the spectral characteristics of
leaves of the bioindicator species Taraxacum officinale F.h. Wigg., and the content of heavy metals in them and in the soils.
Materials and Methods. spectrophotometry method for studying the spectral characteristics of T. officinale leaves;
induction-coupled plasma mass spectrometry (iCP-Ms) method for measuring the content of Cu, Pb, zn, Mn, ni, Cr in
leaves and soils from localities; statistical methods.
Results. The average level of correlations (0.50—0.69) between vegetation indices R550/R485, R550/r620, R450/R735, NDVI,
RESV, SI and Cu content is shown, Pb, Mn in leaves and Pb and Mn — in soils, and a high degree of correlation (0.75—0.87)
between the indices R450/R735, NDVI, RESV, LCI and the content of zn and Cr in leaves and soils. There is a clear trend of
increasing the content of heavy metals in the direction from the central parts of the park areas to the peripheral ones, which
are intensively affected by traffic.
The most polluted is the Mariinsky Park. high levels of heavy metals Cu, Pb and Cr were also found in the soils and leaves
of the park of the kyiv Polytechnic institute. The lowest level of pollution is in the Feofaniya park.
Conclusions. The discussed vegetation indices are recommended both for rapid assessment of the state of natural and
urban ecosystems, and for interpretation of satellite images for zoning and to determine the degree of man-made pollution.
The use of the spectrophotometric method for bioindication is promising due to a high speed of obtaining results, a wide
coverage, and a low cost.
Keywords: bioindication, heavy metals, park ecosystems, Taraxacum officinale F.H. Wigg., and spectral reflection.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-184864 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1815-2066 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:40:35Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Небесний, В.Б. Гродзинська, Г.А. Самчук, А.І. Дугін, С.С. Гончар, Г.Ю. 2022-07-24T09:21:24Z 2022-07-24T09:21:24Z 2020 Спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем / В.Б. Небесний, Г.А. Гродзинська, А.І. Самчук, С.С. Дугін, Г.Ю. Гончар // Наука та інновації. — 2020. — Т. 16, № 4. — С. 78-86. — Бібліогр.: 27 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin16.04.078 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184864 Вступ. Паркові зони виконують природоохоронні та рекреаційні функції в урбосередовищі, що знахо-
 диться під впливом інтенсивного техногенного навантаження.
 Проблематика. Глобальне зниження якості повітря, збільшення кількості токсичних викидів та відходів потребує проведення постійного моніторингу стану довкілля, орієнтованого, в першу чергу, на біотичні показники.
 Мета. Оцінка стану техногенного забруднення паркових екосистем м. Києва за спектральними характеристиками листків біоіндикаторного виду Taraxacum officinale та вмістом важких металів в них
 та в ґрунтах з місцезростань.
 Матеріали й методи. Метод спектрофотометрії для дослідження спектральних характеристик
 листків T. оfficinale; метод мас-спектрометрії з індукційно зв’язаною плазмою (ICP-MS) — для визначення вмісту Cu, Pb, Zn, Mn, Ni, Cr у листках та ґрунтах з локалітетів; статистичні методи. Результати. Показано середній рівень кореляційних зв’зків (0,50—0,69) між вегетаційними індексами R₅₅₀/R₄₈₅, R₅₅₀/R₆₂₀, R₄₅₀/R₇₃₅, NDVI, RESV, SI та вмістом Cu, Pb, Mn у листках й Pb і Mn — у ґрунтах,
 та високий ступінь зв’язків (0,75—0,87) між індексами R₄₅₀/R₇₃₅, NDVI, RESV, LCI та вмістом Zn і Cr у
 листках та ґрунтах. Встановлено чітку тенденцію зростання вмісту важких металів в напрямку від
 центральних частин паркових зон, до периферійних, що зазнають інтенсивного впливу транспортного
 навантаження. Найбільш забрудненим визначено Маріїнський парк. Високі рівні вмісту важких металів
 Cu, Pb і Cr виявлені також в ґрунтах і листках рослин парку Київського політехнічного інституту. Найменший рівень забруднення має парк «Феофанія».
 Висновки. Застосовані вегетаційні індекси рекомендовано як для експрес-оцінки стану природних і
 міських екосистем, так і для інтерпретації супутникових зображень з метою зонування та визначення
 ступеню техногенного забруднення. Використання спектрофотометричного методу для біоіндикації є
 перспективним завдяки швидкості отримання результатів, широті охоплення територій та низькій
 собівартості. Introduction. Park areas perform conservational and recreational functions in an urban environment that is under the influence
 of intense manmade load.
 Problem Statement. The global decline in air quality, the augmentation of toxic emissions and industrial wastes, require
 constant monitoring of the environment, which must be focused primarily on biotic parameters.
 Purpose. Estimation of the manmade pollution of park ecosystems of Kyiv according to the spectral characteristics of
 leaves of the bioindicator species Taraxacum officinale F.H. Wigg., and the content of heavy metals in them and in the soils.
 Materials and Methods. Spectrophotometry method for studying the spectral characteristics of T. officinale leaves;
 induction-coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) method for measuring the content of Cu, Pb, Zn, Mn, Ni, Cr in
 leaves and soils from localities; statistical methods.
 Results. The average level of correlations (0.50—0.69) between vegetation indices R₅₅₀/R₄₈₅, R₅₅₀/R₆₂₀, R₄₅₀/R₇₃₅, NDVI,
 RESV, SI and Cu content is shown, Pb, Mn in leaves and Pb and Mn — in soils, and a high degree of correlation (0.75—0.87)
 between the indices R₄₅₀/R₇₃₅, NDVI, RESV, LCI and the content of Zn and Cr in leaves and soils. There is a clear trend of
 increasing the content of heavy metals in the direction from the central parts of the park areas to the peripheral ones, which
 are intensively affected by traffic.
 The most polluted is the Mariinsky Park. High levels of heavy metals Cu, Pb and Cr were also found in the soils and leaves
 of the park of the Kyiv Polytechnic Institute. The lowest level of pollution is in the Feofaniya park.
 Conclusions. The discussed vegetation indices are recommended both for rapid assessment of the state of natural and
 urban ecosystems, and for interpretation of satellite images for zoning and to determine the degree of man-made pollution.
 The use of the spectrophotometric method for bioindication is promising due to a high speed of obtaining results, a wide
 coverage, and a low cost. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Науково-технічні інноваційні проєкти Національної академії наук України Спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем Spectrophotometric Express Method in Bioindication of Park Ecosystems Article published earlier |
| spellingShingle | Спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем Небесний, В.Б. Гродзинська, Г.А. Самчук, А.І. Дугін, С.С. Гончар, Г.Ю. Науково-технічні інноваційні проєкти Національної академії наук України |
| title | Спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем |
| title_alt | Spectrophotometric Express Method in Bioindication of Park Ecosystems |
| title_full | Спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем |
| title_fullStr | Спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем |
| title_full_unstemmed | Спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем |
| title_short | Спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем |
| title_sort | спектрометричний експрес-метод біоіндикації паркових екосистем |
| topic | Науково-технічні інноваційні проєкти Національної академії наук України |
| topic_facet | Науково-технічні інноваційні проєкти Національної академії наук України |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184864 |
| work_keys_str_mv | AT nebesniivb spektrometričniiekspresmetodbíoíndikacííparkovihekosistem AT grodzinsʹkaga spektrometričniiekspresmetodbíoíndikacííparkovihekosistem AT samčukaí spektrometričniiekspresmetodbíoíndikacííparkovihekosistem AT dugínss spektrometričniiekspresmetodbíoíndikacííparkovihekosistem AT gončargû spektrometričniiekspresmetodbíoíndikacííparkovihekosistem AT nebesniivb spectrophotometricexpressmethodinbioindicationofparkecosystems AT grodzinsʹkaga spectrophotometricexpressmethodinbioindicationofparkecosystems AT samčukaí spectrophotometricexpressmethodinbioindicationofparkecosystems AT dugínss spectrophotometricexpressmethodinbioindicationofparkecosystems AT gončargû spectrophotometricexpressmethodinbioindicationofparkecosystems |