基于高光谱小波分维的茎瘤芥镉含量估算模型

摘要：

[目的]定量揭示三峡库区特色蔬菜茎瘤芥瘤茎期食用部分瘤茎镉含量与茎瘤芥生长早期叶片光谱信息之间的相关关系,为快速、精准预测茎瘤芥食用部分镉含量提供理论指导,以实现在茎瘤芥生长早期阶段掌握瘤茎食用品质.[方法]以三峡库区重庆段土壤镉含量和国家土壤环境质量标准为背景,通过盆栽模拟试验,设置0、0.1、0.2、0.3、1 mg·kg-1 5个不同镉添加浓度处理.于茎瘤芥4个生育时期同步测定叶片光谱反射率、不同部位镉含量等信息,基于Daubechies函数2-8小波基的第5尺度提取茎瘤芥膨大前期光谱高频信息,结合相关分析与回归分析构建茎瘤芥瘤茎期食用部分瘤茎镉含量的预测模型.[结果]茎瘤芥不同生育时期叶片和瘤茎期食用部分瘤茎对镉均有较强的富集作用,且随着土壤镉处理浓度的增大而增加;瘤茎镉含量与不同生育时期叶片镉含量存在极显著的相关性,相关系数均在0.9以上.不同生育时期的茎瘤芥叶片光谱反射率均能较好地响应土壤镉胁迫,尤其是膨大前期对镉的光谱响应最明显;膨大前期的分维系数与不同镉胁迫下叶片镉含量均达到显著相关水平,有较大的预测瘤茎镉含量的潜力.基于膨大前期“db5”尺度构建的预测模型R2达到0.929,RMSE为1.0540,是预测瘤茎镉含量的最优模型.[结论]茎瘤芥对镉有较强的富集作用,能通过食物链进一步对人体健康构成潜在威胁,需要对其食品安全问题特别关注;小波分维方法能较好地提取重金属污染下的叶片光谱弱信息;基于“db5”建立的预测茎瘤芥食用部分瘤茎镉含量的幂函数模型,即Y=-0.029+32.878X7.656(R2=0.929,RMSE=-1.0540,P＜ 0.01)是最优的估算模型,在茎瘤芥生长早期能较好地实现对其成熟时期食用部分瘤茎镉含量的预测,为提早掌握其食用品质奠定了一定的理论基础.

关键词：三峡库区、茎瘤芥、镉、小波分维、估算模型

所属期刊栏目：51

资助基金：国家国际科技合作专项2015DFA90900;三峡后续工作库区生态与生物多样性保护专项5000002013BB5200002;中央高校基本科研业务费专项XDJK2017D104

在线出版日期：2018-03-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：71-81