重慶市兩種特色蔬菜鎘污染的高光譜檢測(cè).pdf

1、蔬菜是人類(lèi)膳食中必不可少的食材，蔬菜品質(zhì)的好壞將直接影響著人類(lèi)身體的健康。我國(guó)土壤重金屬污染嚴(yán)重，使蔬菜的品質(zhì)受到很大的影響。其中，鎘(Cd)污染最為嚴(yán)重，Cd是毒性最強(qiáng)的生物非必需的重金屬元素之一，具有較強(qiáng)的水溶性，極易被蔬菜吸收。因此，快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)蔬菜中的Cd含量對(duì)蔬菜食用安全和產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重要的意義。高光譜遙感技術(shù)(Hyperspectral remote sensing)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的快速發(fā)展，為準(zhǔn)確、無(wú)損、動(dòng)態(tài)地診斷和檢測(cè)農(nóng)

2、作物重金屬含量提供了可行性的方法。但目前對(duì)于精確的預(yù)測(cè)蔬菜可食用部分鎘含量的研究較少，特別是對(duì)于蔬菜生長(zhǎng)早期預(yù)測(cè)生長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)，研究了不同鎘濃度梯度下莖瘤芥和辣椒對(duì)鎘的富集、轉(zhuǎn)移特征以及葉片高光譜反射率的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)原光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行一階微分、重采樣和小波變換等方法，篩選了對(duì)鎘污染敏感的生長(zhǎng)期、對(duì)應(yīng)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(shí)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(jié)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(shí)對(duì)鎘的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)呈先增加后下降的趨勢(shì)。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(zhuǎn)移系數(shù)均大于1，說(shuō)明莖瘤芥具有超富集植物的特性。莖瘤芥瘤莖和辣椒果實(shí)與各生長(zhǎng)期葉片的鎘含量相關(guān)性較好，其膨大期和辣椒成熟期的與鎘含量的相關(guān)系數(shù)R分別為0.942、0.925(P＜0.01)。根據(jù)

4、國(guó)家蔬菜質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)(GB2762-2005)，當(dāng)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(shí)，即土壤pH值為7.6，鎘含量背景值分別為0.295、0.495 mg/kg時(shí)，莖瘤芥和辣椒將存在重金屬超標(biāo)危險(xiǎn)。
　　(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(jiàn)波段和近紅外波段均有明顯的差異。莖瘤芥膨大前期時(shí)，反射率對(duì)鎘的響應(yīng)程度最明顯，CK組與其他各處理組差異較大，在可見(jiàn)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(shì)，近紅外、遠(yuǎn)紅外波段呈增大的趨勢(shì);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(dǎo)數(shù)敏感光譜參數(shù)R382和R359的二次模型預(yù)測(cè)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(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的擬合度R

6、可達(dá)到0.719(P＜0.01)。其中，綜合RMSE與R值，GRI模型預(yù)測(cè)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(shí)鎘含量的能力。其中R2168線性模型的預(yù)測(cè)反演能力最好，辣椒果實(shí)鎘含量的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的擬合度R達(dá)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(guān)性，且對(duì)低濃度污染(T1-T4)下莖瘤芥和辣椒葉片鎘含量的預(yù)測(cè)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(duì)應(yīng)的模型預(yù)算莖瘤芥瘤莖的鎘含量與實(shí)測(cè)鎘含量的擬合值為0.618，可以用于瘤莖鎘含量的預(yù)測(cè)。db5對(duì)應(yīng)模型預(yù)測(cè)辣椒果實(shí)鎘含量的能力不強(qiáng)，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的擬合度僅為0.567，可以用于粗略的估計(jì)辣椒果實(shí)的鎘含量。
　　本研究結(jié)果表明，莖瘤芥的食用安全存在風(fēng)險(xiǎn)，人們應(yīng)該更加重視莖瘤芥的食用安全。通過(guò)對(duì)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(guān)分析發(fā)現(xiàn)，葉片光譜反射率與其鎘濃度