重金属铜胁迫下玉米的光谱特征及监测研究

摘要：

农作物重金属污染监测是当今高光谱遥感研究的重要内容之一,旨在设计一种新的窄带植被指数,以实现不同培育期的两种玉米品种的重金属铜胁迫监测.研究设计了不同浓度的铜污染实验,采用SVCHR‐1024I型高性能地物光谱仪测量不同浓度铜离子(Cu2+)胁迫下玉米叶片的光谱反射率,并同步获取了玉米叶片中Cu2+含量数据.首先,对玉米叶片原始光谱数据进行一阶差分处理,并计算一阶差分反射率与叶片中Cu2+含量的相关系数(r) ,筛选对铜胁迫敏感的波段.计算结果显示,489～497 ,632和677 nm波长附近的一阶差分反射率与叶片中Cu2+含量显著相关,可将其视为敏感波段.其次,根据以上3个敏感波段,建立基于一阶差分反射率的铜胁迫植被指数(dVI) .对所有可能的dVIs和Cu2+含量进行一元回归分析,并采用决定系数(R2 )和均方根误差(RM SE)对回归结果进行评估,以筛选最佳指数.最后,采用不同生长年份的玉米实验数据对敏感波段的稳定性及dVI的适用性进行了验证评估;同时,通过与归一化植被指数(NDVI) 、红边叶绿素指数(CIred‐edge ) 、红边位置(REP ) 、光化学反射指数(PRI)等常规重金属胁迫植被指数进行应用比较,证明dVI更具有优越性.结果表明:一阶差分处理后,在450～500 ,630～680和677 nm波长处的叶片反射率与Cu2+含量的相关系数明显增大.基于一阶差分反射率的特征波段具有稳定性,对于不同生长年份的玉米叶片数据,特征波段的波长位置不变.一元回归分析结果表明,结合497 ,632和677 nm波长的一阶差分反射率的指数与Cu2+含量具有显著的相关性,对于不同生长年份的2种玉米品种数据集, R2 都高达0·75以上.另外,与常规植被指数比较结果表明,该研究所提出的dVI具有更好的鲁棒性及有效性,可为冠层尺度的重金属胁迫监测提供理论基础.

关键词：玉米、铜胁迫、植被指数、特征波段、高光谱

所属期刊栏目：39

分类号：X87(环境遥感)

资助基金：煤炭资源与安全开采国家重点实验室 2017 年开放基金课题基金项目;国家自然科学基金项目;中央高校基本科研业务费专项资金项目

在线出版日期：2020-01-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：2823-2828