Нейросетевой алгоритм на основе YOLOv8 для обнаружения биообъектов на примере Daphnia magna
А.С. Олькова, Е.В. Медведева
Раздел: Методология и методы исследований. Модели и прогнозы
Автоматизация рутинных процедур биологических анализов является важной междисциплинарной задачей. В статье описан нейросетевой алгоритм для обнаружения биологических объектов мезоразмера. Биомоделью служили ракообразные Daphnia magna, часто используемые для биотестирования природных и техногенных сред. Алгоритм реализован на легковесной свёрточной нейронной сети (СНС) YOLOv8s. Для обучения и тестирования СНС использовались собственные фото- и видеоизображения D. magna, а также находящиеся в открытом доступе на платформах Roboflow и Kaggle. База изображений была представлена 12540 снимками, из которых 430 исходных, остальные – преобразованные с помощью функций сервиса Roboflow. Обучение проводилось в течение 150 эпох, при разрешении изображений 1280×1280 пикселей. С помощью встроенных функций «Object Tracking» и «Object Counting» реализованы процедуры подсчёта и отслеживания объектов. Алгоритм обнаруживает объекты на статических изображениях и на видео в режиме реального времени. Значения метрик оценки качества работы алгоритма: средняя точность – 89,8%; точность – 88,4%; полнота – 87,4%. Алгоритм направлен на снижение трудоёмкости методов биотестирования и повышения точности результатов обработки данных. Предложенный нейросетевой алгоритм обнаружения биообъектов может быть адаптирован через аналогичное обучение к поиску и подсчёту других живых организмов.
Статья опубликована в № 3 за 2025 год DOI: 10.25750/1995-4301-2025-3-019-025
Просмотров: 7
Комплексный анализ качества поверхностных вод на основе данных дистанционного зондирования Земли, замеров автоматизированных датчиков и натурных исследований
Раздел: Мониторинг природных и антропогенно нарушенных территорий
В статье рассматриваются вопросы комплексного анализа экологического состояния поверхностных вод на основе использования разработанной многокомпонентной системы мониторинга. Основной целью работы было получить объективную информацию о состоянии вод на основе комплексного анализа данных, получаемых в непрерывном режиме с гидрохимических датчиков, натурных измерений и данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Традиционные методы мониторинга, такие как отбор проб и лабораторный анализ, хотя и обеспечивают высокую точность, являются трудоёмкими и не всегда позволяют получить своевременно информацию о состоянии водных объектов. Автоматизированные устройства функционировали в летне-осенний период 2024 г. на двух реках в непосредственной близости от источников загрязнения, также были проведены заверочные наблюдения. Натурные исследования позволили получить детальное представление о концентрациях химических элементов и соединений в водных объектах. При функционировании автоматизированных устройств были выявлены значительные краткосрочные изменения общей минерализации и температуры в р. Косьве, которые могут быть критически важными при оценке экологической ситуации района исследований. Обработка данных ДЗЗ и расчёт индекса AMWI (Acid Mine Water Index) позволили выявить источники загрязняющих веществ, зоны их переноса и аккумуляции. Постоянный мониторинг водных объектов в подобном режиме обеспечивает поток достоверных данных, что минимизирует риски получения необъективной информации и позволяет своевременно фиксировать возможные изменения гидрохимических параметров, вызванные техногенными и природными факторами.
Ключевые слова: мониторинг окружающей среды, речные системы, гидрохимические характеристики, гео- информационные системы, дистанционное зондирование Земли, загрязняющие вещества, автоматизированные датчики
Статья опубликована в № 3 за 2025 год DOI: 10.25750/1995-4301-2025-3-046-055
Просмотров: 13
Чувствительность к антибиотикам штаммов Klebsiella pneumoniae и Pseudomonas aeruginosa, выделенных из воды поверхностных водоёмов и сточных вод
Раздел: Мониторинг природных и антропогенно нарушенных территорий
Синегнойные палочки (Pseudomonas aeruginosa (Schroeter) Migula) и клебсиеллы (Klebsiella pneumoniae subsp. pneumoniae (Schroeter) Ørskov) являются условно-патогенными бактериями, имеющими этиологическую значимость в возникновении инфекций, связанных с множественной лекарственной устойчивостью. Присутствие штаммов перечисленных бактерий в водных объектах окружающей среды может указывать на фекальное загрязнение, ассоциированное с антропогенным фактором. Штаммы, обнаруженные в сточных и поверхностных водах, могут представлять собой резервуар антибиотикорезистентных бактерий. Целью исследования была оценка чувствительности к антибиотикам штаммов Klebsiella pneumoniae и Pseudomonas aeruginosa, выделенных из воды рек Дон и Темерник в акватории городов Ростова-на-Дону и Азова, а также сточных вод очистных сооружений канализации г. Аксая и г. Новошахтинска. В результате исследования было выделено и идентифицировано 22 штамма K. pneumoniae и 76 штаммов P. aeruginosa. Протестированные штаммы клебсиелл были резистентны к амоксиклаву, нитрофурантоину, цефепиму, псевдомонад – к цефепиму, имипенему и меропенему. Ципро-флоксацин и аминогликозиды (амикацин и гентамицин) проявили наибольшую антимикробную активность относительно тестируемых штаммов (0% резистентных штаммов).
Статья опубликована в № 3 за 2025 год DOI: 10.25750/1995-4301-2025-3-082-090
Просмотров: 6
Эколого-правовой нарратив возобновляемых источников энергии: правовое регулирование в Российской Федерации и Канаде
Е.С. Кощеева, М.А. Смирнов
Раздел: Экология и климат
Статья посвящена анализу нормативно-правового регулирования в области возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Российской Федерации и Канаде. Проанализирована нормативно-правовая база становления, генерации и влияния ВИЭ на развитие внутренней и внешней политики государств. Сделана попытка описания и сравнения эколого-правовых подходов к применению и реализации ВИЭ и их влияния на развитие Российской Федерации и Канады. В статье даётся анализ «зелёной» энергетики, исходя из государственных подходов и естественно-географических условий расположения территории государств при её образовании. В Российской Федерации основными секторами ВИЭ являются энергия солнца, энергия ветра, гидроэнергетика, энергия, получаемая при переработке биомассы и отходов, биогаз, газ, выделяемый отходами на свалках. В Канаде основные секторы «зелёной энергетики» более чётко привязаны к провинциям и дополнительно включают геотермальную энергию, зелёный водород и территориальные явления природы в виде приливов и отливов. Проведённый анализ ВИЭ поможет конкретизировать особенности и выявить возможности для применения и формирования новых механизмов государственной политики для совершенствования нормативно-правовой базы в Российской Федерации. Главные отличия канадского от российского подхода в законодательном регулировании состоит в двухуровневом регулировании: общие направления устойчивого развития и стратегия на четыре года закрепляются на уровне федерации, а основное законодательное регулирование осуществляется на уровне провинций в зависимости от региональных приоритетов в развитии отдельных видов ВИЭ. Опыт «распределённого» нормативного регулирования Канады может быть воспринят для совершенствования законодательства России, поскольку поможет учесть региональные приоритеты в развитии отдельных видов ВИЭ и реализовать краткосрочные проекты в сфере возобновляемой энергетики.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, экологическая безопасность, нормативное регулирование, государственная политика (государственное управление)
Статья опубликована в № 3 за 2025 год DOI: 10.25750/1995-4301-2025-3-195-201
Просмотров: 7
Геоинформационный анализ ландшафтной дифференциации дренированных озёрных котловин Юго-Востока Большеземельской тундры
Раздел: Методология и методы исследований. Модели и прогнозы
Охарактеризована пространственная дифференциация ландшафтных разностей дренированных озёрных котловин, полученная на основе спектрального анализа поверхности почвенно-растительного покрова по спутниковым изображениям. Исследования проведены на ключевом участке, расположенном на юго-востоке Большеземельской тундры, где в конце 1970-х гг. искусственно осушили десятки озёрных котловин. Оценка закономерностей ландшафтной дифференциации как на уровне отдельных природно-территориальных комплексов, так и их групп может проводиться с использованием комплекса методов геоинформационного, статистического и классификационного анализа. В настоящее время в осушенных котловинах преобладают ивняковые и ерниковые тундры, меньше представлены луговины и мочажины. Проведена группировка ландшафтных разностей котловин по преобладающему составу растительности и степени дренированности. Для характеристики ландшафтной дифференциации котловин предложена
классификация с использованием аббревиатурно-цифровых формул. Исследуемые котловины классифицируются преимущественно как умеренно-закустаренные среднедренированные. Рассчитаны статистические связи между значениями спектральных индексов и структурой ландшафтных разностей. Выявлены коррелятивные связи между количественными значениями спектральных индексов, определёнными уровнями закустаренности и дренированности котловин. Использование комплекса методов показало, что осушенные более сорока лет назад котловины стабилизировались в аспекте ландшафтной дифференциации. Апробирование комплекса методов для естественно-осушенных котловин показало возможность его применения и для других территорий Большеземельской тундры.
Статья опубликована в № 3 за 2025 год DOI: 10.25750/1995-4301-2025-3-026-036
Просмотров: 5
Сравнительная оценка экологического состояния различных локаций реки Луги
Т.В. Кузнецова, А.Б. Манвелова, Л.Л. Капранова
Раздел: Мониторинг природных и антропогенно нарушенных территорий
На основе комплексной оценки показателей качества водной среды, данных по содержанию тяжёлых металлов в донных отложениях и тканях двустворчатых моллюсков Unio pictorum, а также о физиологическом статусе (индексы состояния) моллюсков были исследованы 7 локаций р. Луги. Выявлены различия физико-химических характеристик качества природных вод, различия в содержании и бионакоплении тяжёлых металлов, как основных загрязнителей водных экосистем. Максимальные концентрации тяжёлых металлов в донных отложениях были характерны для Zn, затем Pb, меньшие – для Cu и Cd, вне зависимости от локации наблюдения. Коэффициент бионакопления тяжёлых металлов в мягких тканях моллюсков был максимальным для Zn, в меньшей степени – для Cu и Cd, и минимальны для Pb. Сравнительный анализ индексов состояния (здоровья) моллюсков, вычисленный с использованием различных морфометрических и массовых параметров, показал эффективность применения такого подхода в оценке экологического состояния изучаемых водных экосистем по показателям состояния местной биоты.
Ключевые слова: комплексная оценка экологического состояния, физико-химические показатели качества воды, тяжёлые металлы, донные отложения, ткани моллюсков, индексы состояния (здоровья) двустворчатых моллюсков
Статья опубликована в № 3 за 2025 год DOI: 10.25750/1995-4301-2025-3-065-073
Просмотров: 10
Климатические и постаграрные векторы трансформации лесопокрытых территорий староосвоенных районов Европейской России
В работе проведён анализ изменений растительного покрова ряда районов Костромского Заволжья за период 1985–2023 гг. по разновременным спутниковым данным Landsat и MODIS. Для выявления изменений площадей доминирующих классов использованы две тематические карты растительного покрова и земной поверхности, подготовленные по снимкам Landsat (М 1 : 100 000) для 08.08.1985 г. и 10.08.2018 г. На примере отдельных районов показано увеличение доли хвойных лесных сообществ с 32,6 до 43,8%. Доля лиственных сообществ осталась без изменений (39,7–39,9%). Доля «коренных» лесов (на классификации 1985 и 2018 гг. отнесены к одному классу) составила 25,9% для хвойных и 26,2% для лиственных лесов. Сопоставление снимков детального разрешения Corona KН-2 (19.08.1973) и ESRI Imagery (29.04.2023) демонстрирует участки изменений, связанные с зарастаниями залежных земель и заброшенных сельскохозяйственных угодий. Наиболее активное зарастание отмечено на краевых участках, граничащих с лесными фитоценозами. Показатели сомкнутости крон древесного полога, рассчитанные по снежным изображениям Landsat, наиболее полно отражают изменения лесных сообществ. После крупного пожара в 1972 г. (площадь около 870 км2) к 2015 г. были восстановлены лесные сообщества с сомкнутостью крон до 80–90%. Для ненарушенных хвойных коренных лесов характерно постепенное (порядка 0,2% в год) снижение значений сомкнутости, что может быть использовано как индикатор малонарушенных лесов. Анализ изменений спектрального индекса EVI (Enhanced Vegetation Index) показывает, что большая часть классов лесных сообществ находится в стабильном состоянии. Значительная протяжённость периода наблюдений по MODIS (24 года) нивелировала рассчитанный линейный тренд для многих участков, даже с крупными изменениями.
Статья опубликована в № 3 за 2025 год DOI: 10.25750/1995-4301-2025-3-188-194
Просмотров: 7
Сообщество фито- и зоопланктона Усинского залива Куйбышевского водохранилища в период начала «цветения» воды
О.В. Мухортова, Н.Г. Тарасова, В.С. Жихарев
Раздел: Мониторинг природных и антропогенно нарушенных территорий
Проанализированы результаты исследований планктонного сообщества (фито- и зоопланктона) Усинского залива и прилегающей к нему акватории Приплотинного плёса Куйбышевского водохранилища в период начала процесса «цветения» воды. Установлено, что в этот период на акватории Усинского залива и Приплотинного плёса Куйбышевского водохранилища сложились благоприятные условия для развития процесса «цветения» воды – достаточно высокая температура, слабощелочная реакция среды. Планктонное сообщество Усинского залива характеризовалось большим видовым богатством, чем Приплотинный плёс. Показатели численности и биомассы фитопланктона изменялись в очень широких пределах: от 2,31 до 149,52 млн кл./л и от 0,53 до 13,15 мг/л соответственно. В зависимости от структуры планктонного сообщества исследуемую территорию можно разделить на три зоны: водохранилищная (включая устье реки), переходная и зона залива. В фитопланктоне Приплотинного плёса в этот период преобладали криптофитовые водоросли, в Усинском заливе – цианобактерии. Явление «цветения» воды зарегистрировано только на двух станциях залива, удалённых от Куйбышевского водохранилища: с уровнем от «умеренного» до «интенсивного». Показатели численности и биомассы зоопланктона также изменялись в широких пределах: от 78 до 579 тыс. экз./м3 и от 0,61 до 2,33 г/м3 соответственно. В составе зоопланктона водохранилища преобладали науплиальные и копеподитные стадии Heterocope caspia Sars, 1897 (Copepoda), в то время как в Усинском заливе – её взрослые особи. На станциях, максимально удалённых от устья реки, отмечалось изменение доли основных таксонов зоопланктона в формировании общей численности и биомассы, которое выражалось в увеличении доли коловраток и уменьшении ветвистоусых рачков.
Объектом исследования являются накопители спиртовой барды, расположенные вблизи села Рождествено Самарской области. Проведена апробация технологии утилизации отходов спиртовой барды длительного хранения (размещение в окружающей среде сроком более 3 лет) методом аэробного компостирования на промышленной площадке. В рамках трёхнедельного цикла компостирования отходов проводились измерения температуры и определение состава компостируемой массы. Объёмные доли в первоначальной компостируемой массе, в том числе отходов спиртовой барды длительного хранения, «незрелого» (рециркуляционного) компоста и древесных опилок составляли 30–35% для каждого из компонентов. В отбираемых пробах контролировались следующие показатели: влажность, водородный показатель (рН), содержание органического вещества, азота нитратного (N-NO3-), нитритного (N-NO2-) и аммонийного (N-NH4+). Определено содержание альдегидов, кетонов, сложных эфиров, высших спиртов, органических (в т. ч. ароматических) кислот. При определении концентрации органических составляющих в пробах, отобранных после второй и третьей недель компостирования, зафиксированы только этановая и бутановая кислоты с незначительной разницей в 0,91 мг/кг. После двух недель компостирования произошло значительное снижение концентрации N-NH4+ и N-NO2-, а также повышение содержания N-NO3-. В результате компостирования снизилась доля органического вещества, а также произошла стабилизация рН до значений выше 6,0 единиц. Результаты эксперимента доказали эффективность метода аэробного компостирования для обезвреживания отходов спиртовой барды. Внесение рециркуляционного компоста и древесных опилок способствовало сокращению длительности компостирования с 21 до 14 суток.
Статья опубликована в № 3 за 2025 год DOI: 10.25750/1995-4301-2025-3-162-170
Просмотров: 7
Очистка сточных вод от красителей с использованием лигнина из кожуры дуриана (Durio zibethinus Rumph. ex Murray)
Чан И Доан Чанг, Лай Хонг Зунг, До Тхи Кам Ван, Та Тхи Хыонг, Нгуен Куанг Тунг, Тхи-Зунг Ха, До Тхи Хань, Ву Фыонг Лан
Раздел: Химия природных сред и объектов
Сельскохозяйственный сектор производит всё большее количество твёрдых отходов, в связи с этим возникает вопрос о повторном использовании или переработке этих отходов в ценные ресурсы. В данном исследовании оценивался потенциал лигнина, извлечённого из кожуры дуриана Durio zibethinus Rumph. ex Murray, для удаления красителя метиленового синего из сточных вод. Образцы лигнина были изучены методами инфракрасной Фурье-спектроскопии, оптической микроскопии, сканирующей электронной микроскопии и термического анализа. В экспериментах по адсорбции было оценено влияние различных факторов, включая pH, начальную концентрацию метиленового синего, дозировку адсорбента и время контакта. Результаты показали, что максимальная адсорбционная способность лигнина из дуриана наблюдалась при pH 5, дозировке адсорбента 10 г/л и времени контакта 60 минут. Кинетические исследования показали, что процесс адсорбции подчинялся кинетической модели псевдовторого порядка с высокой адсорбционной способностью 40,16 мг/г. Результаты адсорбционной изотермы хорошо согласовывались с уравнением Лэнгмюра, указывая на мономолекулярную адсорбцию на однородной поверхности. Было предположено, что механизм физической адсорбции включает электростатические взаимодействия, π-взаимодействия и водородные связи между адсорбатом и адсорбентом. Это исследование подчёркивает потенциал сельскохозяйственных отходов, таких как кожура дуриана, для преобразования в эффективные адсорбционные материалы для очистки промышленных сточных вод от загрязнения красителями.
ISSN 1995-4301
Выбор параметров просмотра
