铜胁迫下玉米污染特征波段提取与程度监测

• 作者: 李燕 杨可明 王思佳 程凤 荣坤鹏 高鹏
• 来源期刊: 光谱学与光谱分析
• 学科: 工学
• 关键词: 重金属污染 光谱分析 特征波段 植被指数 农作物
• 年，卷（期）: 2020,（2）
• 页码范围: 529-534
• 页数: 6页
• 分类号: TP75
• 字数: 5034字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2020)02-0529-06

摘要

我国农田重金属污染形势不容乐观.土壤中的重金属被作物根系吸收后会影响作物正常的生长发育,降低农产品质量,进而通过食物链进入人体,危害人体健康.高光谱遥感为实时动态高效监测作物重金属污染提供了可能.设置不同浓度C u2+胁迫梯度的玉米盆栽实验,并采集苗期、拔节期和穗期玉米老、中、新叶片光谱数据,测定不同生长时期叶片叶绿素含量、叶片C u2+含量.基于所获取的光谱数据、叶绿素含量和叶片Cu2+含量,结合相关分析法、最佳指数法(OIF)和偏最小二乘法(PLS)构建OIF-PLS法提取含有C u2+污染信息的特征波段.首先依据苗期、拔节期和穗期叶片叶绿素含量及穗期叶片C u2+含量与相应叶片光谱的相关系数初步筛选特征波段;然后,从中选取三个波段计算最佳指数因子,并以该三个波段为自变量,对玉米叶片C u2+含量进行偏最小二乘回归分析,计算均方根误差;最后根据最佳指数因子最大、均方根误差最小的原则选取最佳特征波段.基于OIF-PLS法所选取的特征波段构造植被指数OIFPLSI监测重金属铜污染,并与常规的红边归一化植被指数(NDVI705)、改进红边比值植被指数(mSR705)、红边植被胁迫指数(RVSI)和光化学指数(PRI)监测结果做比较,验证OIFPLSI的有效性和优越性.另外利用在相同的实验方法下获取的不同年份的数据对OIFPLSI进行检验,验证OIFPLSI的适用性和稳定性.实验结果表明,基于OIF-PLS法提取的特征波段(542,701和712 nm)比基于OIF法提取的特征波段(602,711和712 nm)能更好地反映Cu2+污染信息;植被指数OIFPLSI与叶片Cu2+含量显著正相关,相关性优于NDVI705,mSR705,RVSI和PRI;OIFPLSI与叶片叶绿素含量显著负相关,与土壤中Cu2+含量显著正相关;不同生长时期OIF-PLSI与土壤中Cu2+含量的相关性高低依次为拔节期、穗期、苗期.基于不同年份数据验证结果表明,OIF-PLSI与叶片Cu2+含量显著正相关,OIFPLSI具有较强的稳定性.基于OIF-PLS法所提取的特征波段构建的OIFPLSI能够较好地诊断分析玉米叶片铜污染水平,可为作物重金属污染监测提供一定的技术参考.