重金属铜铅胁迫下不同品种玉米污染程度监测研究

摘要：

植被重金属污染监测是当今高光谱遥感监测研究的重要内容.为了将高光谱遥感技术定性的用于植被重金属污染监测研究,从盆栽实验采集的反射率光谱数据方面进行研究.在实验室室内设置不同胁迫浓度的重金属铜铅玉米盆栽实验,测定了不同浓度Cu2+和Pb2+胁迫下玉米叶片的反射率光谱和Cu2+和Pb2+含量等有关铜铅污染玉米的基础数据,形成了关于重金属铜铅污染玉米植株的一套完整的数据集.研究提出了一种铜铅探测指数(CLDI),实现了不同培育期的两种玉米品种的重金属铜铅胁迫监测,从而为当前植被重金属污染探测提供了新的思路.研究设计了不同浓度的铜铅污染实验,将测量获得的玉米叶片450～850 nm的光谱反射率进行一阶微分(D)和包络线去除(CR)处理后得到微分包络线去除(DCR)光谱曲线,利用皮尔逊相关系数(r)分析DCR数据和生化数据,选择对重金属Cu敏感的特征波段.计算的皮尔逊相关系数表明DCR值在490～520和680～700 nm与土壤和叶片中的Cu2+含量呈现接近于1的线性正相关,在630～650和710～750 nm呈现接近于-1的线性负相关.选择波长505,640,690和730 nm的DCR值建立CLDI,通过计算土壤和叶片中的Cu2+含量与CLDI和常规的植被指数(VIs)的皮尔逊相关系数,将两者进行对比,从而验证了CLDI的有效性.选用2017年实验获取的不同品种玉米叶片光谱数据,将CLDI同样和常规的植被指数(VIs)进行对比,从而验证了CLDI对不同品种的玉米具有鲁棒性.将CLDI应用到铅胁迫下玉米叶片的污染程度监测,验证了其对于不同重金属的普适性.结果表明,CLDI与Cu2+和Pb2+胁迫浓度相关性显著,与其他植被指数相比,相关性更高.提出的CLDI探测铜铅胁迫下不同品种不同时期的玉米污染程度,具有计算方便,鲁棒性,高效性、普适性的优点.该研究基于实验室叶片尺度,可为冠层尺度的重金属胁迫监测提供理论基础.

关键词：高光谱遥感、玉米叶片、重金属污染、铜铅探测指数、特征波段

所属期刊栏目：43

分类号：TP75(遥感技术)

资助基金：国家自然科学基金;国家重点研发计划

在线出版日期：2023-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：1268-1274