再生水补给河道内芦苇的光谱特征及其对水体氮和磷含量的响应

• 作者: 赵睿 卜红梅 宋献方 高融瑾
• 来源期刊: 植物学报
• 关键词: 再生水 光谱反射率 光谱指数 氮和磷含量 芦苇
• 年，卷（期）: 2021,（null）
• 所属期刊栏目: 研究论文
• 页码范围: 666-676
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.11983/CBB20085

摘要

再生水是城市景观河湖的重要补给水源，然而再生水中含量较高的氮和磷营养盐会引起水体富营养化，破坏水生态平衡。以再生水补给的潮白河为研究区，运用高光谱技术分析了挺水植物芦苇(Phragmites australis)叶片的光谱特征，并结合水质数据，通过拟合模型，探究了芦苇对再生水中氮和磷的响应关系。结果表明，各采样点水体的总氮(TN)和总磷(TP)含量分别介于1.85–18.16 mg·L–1及0.01–0.36 mg·L–1之间，叶绿素a (Chl a)和溶解氧(DO)含量的范围分别为0.60–47.45 μg·L–1与4.24–11.4 mg·L–1。水体富营养化较为严重，但仍处于富氧环境。多重方差分析表明，不同采样点之间水体的TN、TP和Chl a含量差异显著(P<0.05)。由光谱反射率及反射率一阶导数曲线可知，水体TN含量越高，叶片光谱在可见光区的反射率越小，红边位置也越向波长长的方向移动(即红移)。相关分析表明，水体TN和TP含量与吸光度值log(1/R)在可见光区的相关性较强，且TN与log(1/R)的相关系数高于TP。芦苇叶片光谱可在一定程度上区分水体TN含量差异，但TP对光谱特征的影响模式不明显。光谱指数与水体TN含量之间的拟合模型中，基于光化学指数(PRI)、修正叶绿素吸收指数(MCARI)和导数叶绿素指数(DCI)的模型能够解释水体TN含量变化的62.4%–70.9% (P<0.05)，可用于再生水氮含量的定量监测。该研究证明了植物光谱技术在水体富营养化监测上的可行性，为保障再生水修复河道水质和生态安全提供了科学依据。