重慶市兩種特色蔬菜鎘污染的高光譜檢測.pdf

1、蔬菜是人類膳食中必不可少的食材，蔬菜品質的好壞將直接影響著人類身體的健康。我國土壤重金屬污染嚴重，使蔬菜的品質受到很大的影響。其中，鎘(Cd)污染最為嚴重，Cd是毒性最強的生物非必需的重金屬元素之一，具有較強的水溶性，極易被蔬菜吸收。因此，快速、準確地檢測蔬菜中的Cd含量對蔬菜食用安全和產業(yè)發(fā)展有重要的意義。高光譜遙感技術(Hyperspectral remote sensing)在精準農業(yè)中的快速發(fā)展，為準確、無損、動態(tài)地診斷和檢測農

2、作物重金屬含量提供了可行性的方法。但目前對于精確的預測蔬菜可食用部分鎘含量的研究較少，特別是對于蔬菜生長早期預測生長后期植物體或可食用部分的重金屬含量的研究。
　　本研究以盆栽模擬實驗，研究了不同鎘濃度梯度下莖瘤芥和辣椒對鎘的富集、轉移特征以及葉片高光譜反射率的變化規(guī)律。通過對原光譜數(shù)據(jù)進行一階微分、重采樣和小波變換等方法，篩選了對鎘污染敏感的生長期、對應的敏感波段以及敏感生理參數(shù)，并建立反演了莖瘤芥瘤莖和辣椒果實的鎘含量的一元回

3、歸、多元回歸模型和小波分析模型。研究結果表明:
　　(1)隨著Cd處理濃度的增加，莖瘤芥和辣椒各器官的鎘含量隨之逐漸遞增。莖瘤芥瘤莖和辣椒果實對鎘的富集系數(shù)和轉移系數(shù)呈先增加后下降的趨勢。莖瘤芥膨大期的中高濃度處理組和成熟期低濃度處理組的轉移系數(shù)均大于1，說明莖瘤芥具有超富集植物的特性。莖瘤芥瘤莖和辣椒果實與各生長期葉片的鎘含量相關性較好，其膨大期和辣椒成熟期的與鎘含量的相關系數(shù)R分別為0.942、0.925(P＜0.01)。根據(jù)

4、國家蔬菜質量安全標準(GB2762-2005)，當莖瘤芥和辣椒處理組濃度分別大于0.1 mg/kg(T1)、0.3 mg/kg(T3)時，即土壤pH值為7.6，鎘含量背景值分別為0.295、0.495 mg/kg時，莖瘤芥和辣椒將存在重金屬超標危險。
　　(2)不同Cd濃度污染處理下莖瘤芥和辣椒的葉片光譜反射率在可見波段和近紅外波段均有明顯的差異。莖瘤芥膨大前期時，反射率對鎘的響應程度最明顯，CK組與其他各處理組差異較大，在可見光

5、波段（350 nm-680 nm），隨著Cd處理濃度的增加，反射率呈減小的趨勢，近紅外、遠紅外波段呈增大的趨勢;各處理組辣椒花蕾期的光譜反射率在近紅外波段差異明顯，反射率隨著處理濃度的增加而逐漸增加。
　　(3)莖瘤芥一階導數(shù)敏感光譜參數(shù)R382和R359的二次模型預測鎘含量的能力較好，R分別為0.763和0.758(P＜0.01);光譜敏感生理參數(shù)GRI、GRN、NDVI模型也具有較好的反演鎘含量的能力，實測值與預測值的擬合度R

6、可達到0.719(P＜0.01)。其中，綜合RMSE與R值，GRI模型預測能力較好。辣椒敏感參數(shù)DR和R2168的線性與非線性模型、R464的線性模型具有較好地反演辣椒果實鎘含量的能力。其中R2168線性模型的預測反演能力最好，辣椒果實鎘含量的實測值與預測值的擬合度R達到了0.771。
　　(4)小波函數(shù)db5的分維數(shù)與葉片鎘含量有較好的相關性，且對低濃度污染(T1-T4)下莖瘤芥和辣椒葉片鎘含量的預測能力較好，R2最大分別為0.

7、906、0.754(P＜0.01)。小波函數(shù)db5對應的模型預算莖瘤芥瘤莖的鎘含量與實測鎘含量的擬合值為0.618，可以用于瘤莖鎘含量的預測。db5對應模型預測辣椒果實鎘含量的能力不強，預測值與實際值的擬合度僅為0.567，可以用于粗略的估計辣椒果實的鎘含量。
　　本研究結果表明，莖瘤芥的食用安全存在風險，人們應該更加重視莖瘤芥的食用安全。通過對鎘污染下莖瘤芥和辣椒葉片光譜反射率與葉片鎘含量的相關分析發(fā)現(xiàn)，葉片光譜反射率與其鎘濃度