鎘協(xié)迫下兩種葉菜類蔬菜的葉片高光譜特征及生理參數(shù)模擬.pdf

1、高光譜遙感技術(shù)的快速發(fā)展,為快速、無破壞地監(jiān)測(cè)重金屬Cd污染提供了可行的方法。本文以空心菜、小白菜兩種葉菜類蔬菜為研究對(duì)象,通過盆栽實(shí)驗(yàn),應(yīng)用植物葉片對(duì)不同鎘污染的光譜特征響應(yīng)監(jiān)測(cè)葉菜類蔬菜鎘污染。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了6個(gè)不同的鎘濃度處理CK(0mg/kg)、T1(0.5mg/kg)、T2(1mg/kg)、T3(5mg/kg)、T4(10mg/kg)、T5(20mg/kg),對(duì)空心菜、小白菜的生長指標(biāo)、葉片葉綠素含量、高光譜特征進(jìn)行了研究,并對(duì)

2、葉片葉綠素含量和葉片鎘含量與葉片光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到以下結(jié)論:
　　 (1)不同濃度鎘脅迫條件對(duì)空心菜、小白菜的生長指標(biāo)的影響
　　 鎘污染環(huán)境下的植物,其生長會(huì)受到抑制。鎘污染下的空心菜和小白菜的株高和生物量都有顯著下降,且處理時(shí)間越長,植株生長受到的抑制作用越強(qiáng)。本研究中,從鎘濃度為5mgg/kg時(shí),空心菜、小白菜的株高、生物量顯著低于對(duì)照,并隨處理時(shí)間的延長,脅迫效應(yīng)增強(qiáng)。同時(shí)低濃度鎘對(duì)植物的生長有一定的促進(jìn)作用

3、,在0.5mg/kg濃度的鎘處理下,空心菜、小白菜的株高和生物量高于CK。
　　 (2)不同濃度鎘脅迫條件對(duì)空心菜、小白菜的葉綠素含量的影響
　　 研究表明,在15d時(shí),空心菜較高濃度處理T4(10mg/kg)、T5(20mg/kg)組的葉綠素a、總?cè)~綠素含量顯著降低。隨著處理時(shí)間的增長,在30d時(shí),中濃度處理(T3)葉綠素a和總?cè)~綠素含量也開始降低,T1、T2組與對(duì)照無顯著差異。小白菜的15d、30d的葉綠素變化和空心

4、菜的規(guī)律基本一致,在30d,雖然只有T5組葉綠素a、總?cè)~綠素含量與CK顯著差異,但其他處理組與CK組對(duì)比,均低于CK組。
　　 (3)不同濃度鎘脅迫條件下空心菜、小白菜的葉片葉綠素含量敏感波段及光譜參數(shù)反演
　　 通過對(duì)400-899nm波段進(jìn)行重采樣,將獲得的新波段與空心菜、小白菜總?cè)~綠素含量進(jìn)行相關(guān)分析,其中與空心菜相關(guān)性較高的特征波段為R710、R700、R540、R720、R550、R530,與小白菜相關(guān)性較高的

5、特征波段為R550、R710。R710與空心菜、小白菜的總?cè)~綠素含量均具有較高的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)分別為0.867和0.757,均為極顯著水平。
　　 對(duì)光譜參數(shù)與葉片總?cè)~綠素含量進(jìn)行相關(guān)分析,相關(guān)系數(shù)前3的光譜指數(shù)為Dr、RVI(550)和GNDVI,與小白菜葉綠素含量相關(guān)系數(shù)前3的光譜指數(shù)為NDVI(864)、RVI(864)、紅邊斜率Dr。其中Dr與空心菜和小白菜的葉綠素含量的相關(guān)性均較高,都達(dá)到了0.7以上。
　　

6、 R710和紅邊斜率Dr與空心菜和小白菜的葉綠素含量相關(guān)性較高,一元線性回歸模型擬合效果較好。因此,研究中R710和Dr可作為鎘污染下監(jiān)測(cè)葉菜類蔬菜生長的待選光譜指標(biāo)。
　　 (4)空心菜、小白菜的葉片鎘含量的光譜反演
　　 對(duì)不同時(shí)間、不同濃度鎘脅迫條件下的空心菜、小白菜的400-1300nm重采樣光譜進(jìn)行分析,以反映空心菜、小白菜的鎘污染狀況?？招牟?5d時(shí)的葉片光譜特征與葉片鎘含量相關(guān)性最好,并且本著發(fā)現(xiàn)污染越早越

7、好的原則,對(duì)空心菜15d葉片光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,提取出能反映較多信息的特征波段進(jìn)行主成分分析,得到的因子F1能夠較好的反映空心菜鎘污染狀況,一元回歸模型的決定系數(shù)R2達(dá)到0.714。
　　 小白菜的葉片光譜數(shù)據(jù)與葉片鎘含量進(jìn)行相關(guān)分析。通過對(duì)10個(gè)特征波段進(jìn)行主成分分析,10個(gè)主成分的前兩個(gè)貢獻(xiàn)率累積達(dá)到了94%,因此選取前兩個(gè)主成分為F1和F2。其中F1與葉片鎘含量的決定系數(shù)R2達(dá)到0.565,而F2與葉片鎘含量并無顯著相關(guān)。F