Cu胁迫下叶片日光诱导荧光辐射特征研究

农作物在重金属铜胁迫下生长,日光诱导荧光辐射特征会发生变化,可以间接地反映植被受重金属胁迫的强度。在本研究中,采用不同铜浓度的污染土壤作为培养基,选取双子叶作物油菜进行铜胁迫生长实验,获取4个不同生育期以及7个不同铜污染强度下的植被叶片的反射光谱。基于叶片荧光光谱特征,采用PROSPECT模型反演方法从油菜叶片反射光谱中获得不同铜胁迫下油菜叶片的荧光光谱,提取荧光光谱峰值特征,并根据油菜不同的生长时期建立了红荧光峰值与叶片中铜含量之间的负相关关系。验证了提取荧光光谱方法的可行性,为大面积植被重金属含量检测提供理论依据。     

谐波分析重金属铜铅胁迫玉米的污染效应

提出了谐波分析法监测玉米的重金属污染效应。通过设置不同浓度Cu和Pb胁迫下的玉米盆栽实验,测得了玉米冠层叶片光谱、叶绿素以及Cu含量。利用谐波分析技术将玉米叶片光谱特征信息转化为以振幅和相位的能量谱特征信息,提取低次谐波振幅和初始相位,分析了振幅和相位与玉米的健康状况以及重金属污染效应之间的关系。实验结果和分析表明,振幅反映着光谱的能量信息,与叶片中的Cu离子含量有很强的相关性;初始相位携带着光谱辐射峰值的位置信息,与玉米叶片中重金属含量以及叶片光谱的红边位置具有一定的线性比例关系。因此,可以通过光谱谐波分解的振幅和相位间接的判断Cu和Pb胁迫玉米的污染程度。     

铜铅重金属胁迫下玉米光谱分形维数与污染监测研究

通过设定不同浓度梯度的重金属Cu、Pb胁迫下的玉米盆栽试验,利用美国高性能地物光谱仪SVC HR-1024I对不同浓度铜铅污染的玉米老、中、新叶片进行光谱测量,同时采用SPAD-502叶绿素含量测定仪测定各类叶片中叶绿素含量相对值,并通过化学方法测定不同胁迫程度下玉米叶片中的铜铅含量。在分析玉米叶片中Cu、Pb含量与光谱曲线的绿峰高度(GH)、红谷深度(RD)、蓝边(DB)、红边最大值(MR)、红边面积(FAR)、红边一阶微分曲线陡峭度(FCDR)之间相关性的基础上,利用分形理论对叶片410~780 nm之间的光谱曲线进行分形测量,提出运用光谱曲线分形维数(FRAC)对受不同浓度重金属铜铅污染的玉米叶片进行污染监测,同时对相同浓度铜铅胁迫下的老、中、新叶片也进行了光谱响应研究。结果表明,随着叶片中重金属含量增加光谱曲线分形维数也逐渐增大,同等浓度重金属铜铅胁迫程度下,分形维数从新叶到老叶逐渐减小,并且发现光谱曲线分形维数与绿峰高度、红谷深度、红边面积具有较好的相关性,说明光谱曲线分形维数不仅可以综合描述曲线的光谱特性,还能定量反映玉米叶片受重金属铜铅污染程度及其健康状况。因此,光谱曲线分形维数可以作为玉米叶片重金属污染监测的一种新方法。     

锶胁迫条件下生菜光谱效应特征

锶（Sr）胁迫条件下生菜的反射光谱特征会发生明显改变。通过室内生菜水培试验，获取了36个不同生长期、6个不同锶浓度胁迫的生菜叶片400～950 nm波段区间的生化参数信息（叶绿素含量、细胞结构、叶片金属含量）和反射光谱信息，利用光谱技术并结合数学统计方法研究了生菜叶片7个光谱特征参数与实测叶片锶元素含量之间的相关性，优选了较敏感光谱特征参数，建立了其与生菜叶片锶含量的线性回归模型。结果表明，锶胁迫生菜叶片叶绿素含量呈先上升后下降的规律，细胞结构差异不明显。锶胁迫生菜叶片反射光谱直观上无规律，通过采用光谱技术方法分析得出锶胁迫生菜叶片的红边波段位置先“红移”再“蓝移”，红谷波段位置则“红移”，植被指数B4/B3比值先升高后降低，红边归一化植被指数（NDVI）值随着锶浓度的升高而降低。相关性及线性回归模型分析表明红边波段位置与叶片锶含量显著相关。本文为下一步基于光谱特征的叶片重金属含量反演模型的构建提供了较好的数据源和基础理论。     

遥感技术在江西德兴铜矿矿区污染研究中的应用

以德兴铜矿矿山为例,首先从遥感影像中提取植被的生长信息以确定污染的分布状况。在对矿区典型植被光谱反射特性综合分析基础之上,总结对照区和污染区植被的波谱特征差异和各污染区的受污染程度。最后,对矿区土壤的重金属污染治理提出一些建议。     

重金属镉、铅胁迫下湿地植物丁香蓼的生理生化特征研究

为了研究乡土湿地植物对重金属污染的生理响应特征,并以此作为乡土植物修复湿地土壤重金属污染的可行性依据,以分布于乐安河上游重金属污染区域的优势湿地植物丁香蓼(Ludwigia prostrata)为研究对象,采用土培实验,设置不同浓度重金属镉、铅及其复合污染胁迫处理各盆栽中的土壤,经历2个不同培养周期后,分别测定不同重金属污染胁迫下丁香蓼的生长状况、叶绿素含量、抗氧化酶活性等指标.研究结果表明:Cd、Pb单因素污染或其复合污染均能抑制丁香蓼的生长,且抑制作用随着各污染物浓度的增加而增强; 无论是Cd、Pb单因素或其双因素污染物对丁香蓼的胁迫均呈显著负相关; 丁香蓼叶片的叶绿素a、b及叶绿素a+b的含量则随着重金属污染物胁迫浓度的增加而呈下降趋势; 重金属Cd、Pb的单因素污染或其复合污染对丁香蓼叶片的超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)活性的影响表现出不同的趋势.     

重构玉米叶片光谱的铜铅污染区分与其含量反演方法

利用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)、自相关函数一阶导数比值差(ratio difference of autocorrelation function first-order derivative,_(RDA))和多重分形理论,结合玉米盆栽实验,研究了铜(Cu~(2+))、铅(Pb~(2+))离子不同胁迫梯度下玉米叶片光谱去噪、叶片重金属污染的Cu和Pb元素区分以及叶片中Cu、Pb元素含量预测方法。通过光谱数据的EMD去噪与重构处理,得到不同浓度Cu、Pb胁迫下玉米叶片重构光谱;利用光谱自相关函数一阶导数(autocorrelation function first derivative,AFFD)及其比值差(_(RDA)),建立了Cu~(2+)、Pb~(2+)不同胁迫梯度下玉米叶片重构光谱的_(RDA)变化量(Cu_(RDA)、Pb_(RDA))计算公式;依据_(RDA)变化量曲线中紫光、绿峰、红光、红边、近谷、近峰多个波谱特征区间的Cu_(RDA)和Pb_(RDA)计算值,可明显地区分出叶片的Cu、Pb污染类别;另外,根据实测的玉米叶片中叶绿素、Cu~(2+)、Pb~(2+)含量与叶片重构光谱的多重分形谱参量之间相关性,构建了叶片中Cu~(2+)、Pb~(2+)含量反演的线性回归预测模型,经验证模型精度较高。     

重构玉米叶片光谱的铜铅污染区分与其含量反演方法研究

利用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)、自相关函数一阶导数比值差(ratio difference of autocorrelation function first-order derivative,_(RDA))和多重分形理论,结合玉米盆栽实验,研究了铜(Cu~(2+))、铅(Pb~(2+))离子不同胁迫梯度下玉米叶片光谱去噪、叶片重金属污染的Cu和Pb元素区分以及叶片中Cu、Pb元素含量预测方法。通过光谱数据的EMD去噪与重构处理,得到不同浓度Cu、Pb胁迫下玉米叶片重构光谱;利用光谱自相关函数一阶导数(autocorrelation function first derivative,AFFD)及其比值差(_(RDA)),建立了Cu~(2+)、Pb~(2+)不同胁迫梯度下玉米叶片重构光谱的_(RDA)变化量(Cu_(RDA)、Pb_(RDA))计算公式;依据_(RDA)变化量曲线中紫光、绿峰、红光、红边、近谷、近峰多个波谱特征区间的Cu_(RDA)和Pb_(RDA)计算值,可明显地区分出叶片的Cu、Pb污染类别;另外,根据实测的玉米叶片中叶绿素、Cu~(2+)、Pb~(2+)含量与叶片重构光谱的多重分形谱参量之间相关性,构建了叶片中Cu~(2+)、Pb~(2+)含量反演的线性回归预测模型,经验证模型精度较高。     

植物重金属胁迫的高光谱遥感研究进展

从光谱角度出发,归纳了植物特征光谱在不同波段的主要控制因子和吸收特征;从生理角度出发,阐述了重金属胁迫对不同植物叶绿素含量、细胞结构和含水量的影响,及这些光谱控制因子在重金属胁迫时的变化机制;从应用角度出发,讨论了植物重金属胁迫下叶绿素含量、叶片结构和含水量的敏感波段与目前的一些研究成果;总结了高光谱遥感应用于植物重金属胁迫监测研究中的不足并作了展望。     

马厂箐铜矿马尾松微量元素特征与波谱响应

重金属胁迫下植物波谱响应机理是高光谱遥感生物地球化学异常信息提取的关键问题.该文采集云南大理马厂箐铜矿区及背景区的马尾松植物样品,利用ICP-MS和AFS3100分别检测了松叶中Pb、Cu、Au、Ag、Mo和As、Sb、Hg的含量,同步利用ASD Field-Spec Pro FR对马尾松叶片反射波谱进行测量,采用双变量相关分析和线性回归分析方法,探索重金属胁迫下马尾松植物波谱响应特征.研究表明：马尾松波谱红边位置、红边蓝移量、叶绿素归一化指数与马尾松微量元素的吸收特征有一定相关性,利用马尾松波谱特征参数能揭示植被覆盖区地球化学异常信息.     

光谱分数阶微分与玉米叶片重金属铜含量的相关性分析

常用的整数阶一阶和二阶微分光谱曲线差异较大,而分数阶微分可实现光谱信息细化,能将整数阶微分容易忽略的信息充分利用起来,更能深度挖掘光谱中的潜在信息。以重金属铜胁迫的盆栽玉米为研究对象,在玉米叶片受不同浓度CuSO_4胁迫下,光谱反射率和Cu~(2+)含量的实验室测量数据基础上,对光谱反射率进行0~1内0.1阶的11个阶次微分处理,将各阶次的微分值与测得的玉米叶片中Cu~(2+)含量进行相关性分析;并对各阶次的微分光谱值进行0.01和0.05显著性水平的检验。分析结果表明,与常用的一阶微分相比,分数阶微分可以突显某些波段的光谱反射率与叶片中Cu~(2+)含量的相关性,扩大特征波段的选择空间。     

铅离子胁迫下盆栽玉米叶片光谱微分的红边响应研究

基于重金属铅(Pb)污染的盆栽实验玉米,采用光谱仪和叶绿素仪测量了不同浓度Pb~(2+)胁迫下玉米老、中、新叶片的反射光谱及其叶绿素含量;也运用质谱仪测定了不同胁迫浓度叶片中Pb~(2+)含量。对玉米老、中、新叶片中的叶绿素含量与各类叶片及土壤中的Pb~(2+)浓度进行了相关性分析;并为了区分玉米叶片铅离子污染程度和预测Pb~(2+)含量,提出了红边一阶微分曲线面积比值(FARR)和红边一阶微分峰前面积(FABR)参数;同时与常规红边一阶微分包围面积(FAR)、红边一阶微分曲线陡峭度(FCDR)、红边位置(REP)以及红边最大值(MR)作运用比较,实验结果表明,玉米叶片中的叶绿素含量从新叶、中叶到老叶逐渐增加,并随着土壤中Pb~(2+)浓度的升高而降低;受到Pb~(2+)胁迫时,新叶片到老叶片的REP"蓝移"更为明显;FARR和FABR在Pb~(2+)的胁迫程度区分和污染监测方面比FAR、FCDR、REP、MR具有更好的预测效果。     

铜胁迫下玉米叶绿素质量比与光谱反射率关系

通过对不同程度重金属铜污染土壤(16个样本)上玉米叶绿素浓度和相应的玉米冠层光谱反射率数据测试,进行铜胁迫下玉米叶绿素浓度与光谱数据相关分析研究,研究结果表明:铜胁迫下玉米叶绿素浓度与其光谱反射率之间具有相关性,在350~695nm光谱区内相关性最好,且在464nm处两者达到最高的相关性;铜胁迫下玉米的"红边"随着铜污染程度的加剧而发生有规律地"蓝移";铜胁迫下玉米的"红边"波长位置与其叶绿素浓度之间具有很强的相关性,复相关系数为0.884,由此可看出利用野外地物光谱数据定量估算和分析铜胁迫下玉米的叶绿素浓度是可行的.     

基于光谱参数和Cu2+吸收机理的玉米叶片铜污染预测研究

依据多个浓度梯度下Cu~(2+)胁迫的玉米盆栽实验,通过采用多种光谱特征参数、红边位置(REP)、红边一阶微分包围面积(FAR)和归一化植被指数(NDVI)等光谱参量;以及另五种植被指数(红边归一化植被指数NDVI_(705),改进红边比值植被指数mSR_(705),改进红边归一化植被指数mNDVI_(705),光化学植被指数PRI和结构不敏感色素指数SIPI);并结合Cu~(2+)的光谱吸收机理,同时基于玉米叶片的反射光谱和Cu~(2+)含量实验室实测数据,开展了玉米叶片光谱参数及植被指数与铜污染程度预测的相关性分析研究。实验结果表明:本文提到的大部分光谱参数及植被指数与叶片中Cu~(2+)含量具有一定的相关性;随着Cu~(2+)浓度增加,盆栽玉米在低于200μg/g浓度时仍可正常生长;而在高于浓度为200μg/g后生长受到抑制。玉米受Cu~(2+)污染时,在Cu~(2+)特征吸收峰810 nm处反射率有下降趋势,与无Cu~(2+)污染时反射率上升的趋势相反,说明Cu~(2+)光谱吸收机理可以用来区分和预测玉米是否受到Cu~(2+)污染。     

重金属胁迫下丛枝菌根真菌对白茅生长和生理生态特征的影响

以重金属污染矿区生态恢复过程中的优势植被白茅为研究对象，探究重金属铅和镉胁迫下，接种不同丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对白茅生长和生理生态特征的影响。通过温室盆栽试验，模拟矿区镉和铅的含量，对重金属胁迫下接种根内球囊霉(Rhizophagus irregularis)和摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)的白茅生长和生理指标进行测定，分析不同AMF对白茅生理生态特征的影响。结果表明，AMF种类和重金属胁迫显著影响AMF菌根侵染率、孢子密度、净光合速率以及蒸腾速率。在铅胁迫下，接种根内球囊霉会显著增加白茅地上总氮含量，降低地上碳氮比。AMF种类、重金属胁迫及二者交互作用对白茅叶绿素含量有显著影响。重金属胁迫降低了白茅植株叶绿素b以及总叶绿素含量。此外，镉胁迫下，接种AMF显著提高了白茅的蒸腾速率，且接种根内球囊霉对白茅胞间CO₂浓度、气孔导度和净光合速率均有显著促进作用；铅胁迫下，接种摩西管柄囊霉显著提高了白茅的气孔导度和蒸腾速率。重金属胁迫下接种AMF能够促进植物的生长、提高植物光合作用，接种...     

矿区不同重金属污染梯度下芒草叶绿体及其它超微结构的变化

植物超微结构是反映环境状况的敏感指标，大量被用于重金属污染的毒性文验与其它环境胁迫的研究中。但对长期在重金属污染环境中的植物超微结构的研究还很少见.在金属矿区自然形成的不同童金属污染梯度的环境背景下，选择在遗传上对环境胁迫比较敏感的芒草Miscanthus sinemis为研究对象，探讨经历不同强度胁迫的芒革在叶片超微结构上的变化。结果表明：重金属污染促使叶片的维管束鞘相对发达；重度污染下的叶绿体冬季解体提前，叶绿体淀粉粒的积累量对不同重金属污染浓度的反应表现出不同机制；高晕金属污染下的细胞蹙内沉淀了大量的黑色物质，推测是重度胁迫下诱导产生的次生代谢物质。     

水体铜污染对凤眼莲表型可塑性特征的影响

水葫芦是近年在中国肆虐生长的入侵植物,给中国的经济、社会发展带来严重影响。本文研究在浓度为7.5 mmol.l-1,15.0 mmol.l-1,22.5 mmol.l-1,30.0 mmol.l-1的不同铜离子浓度处理下水葫芦叶绿素荧光参数及叶绿素含量的变化情况。结果显示随着铜离子浓度上升,水葫芦叶柄数、叶片数、叶片宽、冠宽及根长各指标均随铜离子浓度上升呈现先增加后下降这一趋势。而叶柄宽却有不同程度的降低。表型可塑性指数研究表明,水葫芦主要通过增加根长、叶柄数及叶片数来适应不同铜胁迫环境的变化。上述结果表明在铜污染前提下,水葫芦可通过根长、叶柄数及叶片数的变化来较好的指示铜污染程度,进而更好的治理铜污染。     

水体铜污染对凤眼莲表型可塑性特征的影响

水葫芦是近年在中国肆虐生长的入侵植物,给中国的经济、社会发展带来严重影响。本文研究在浓度为7．5mmol·l^-1,15．0mmol·l^-1,22．5mmol·l^-1,30．0mmol·l^-1的不同铜离子浓度处理下水葫芦叶绿素荧光参数及叶绿素含量的变化情况。结果显示随着铜离子浓度上升,水葫芦叶柄数、叶片数、叶片宽、冠宽及根长各指标均随铜离子浓度上升呈现先增加后下降这一趋势。而叶柄宽却有不同程度的降低。’表型可塑性指数研究表明,水葫芦主要通过增加根长、叶柄数及叶片数来适应不同铜胁迫环境的变化。上述结果表明在铜污染前提下,水葫芦可通过根长、叶柄数及叶片数的变化来较好的指示铜污染程度,进而更好的治理铜污染。     

重金属镉胁迫下秸秆还田对水稻光合特性的影响

通过模拟重金属污染并在土壤中施用油菜、小麦秸秆,研究不同秸秆处理对水稻在重金属胁迫下的生长及光合特性影响。结果表明:油菜和小麦秸秆处理均显著提高了水稻的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率;小麦秸秆处理显著提高了水稻的生物量;油菜秸秆处理对地上部和地下部的淀粉及可溶性总糖含量均无显著影响,但小麦秸秆处理显著提高了地上部的淀粉和可溶性总糖含量,降低了地下部的可溶性总糖含量。因此,秸秆施用有利于提高水稻对重金属的抗性,不同秸秆效果不同。     

基于PCA-BP多特征融合的油菜水分胁迫无损检测

针对油菜水分胁迫的无损探测,研究了利用冠层反射光谱、多光谱图像和冠层温度多信息融合对油菜含水率进行定量分析的方法.采用逐步回归法对含水率的多传感特征进行提取,通过测量分析冠-气温差,结合环境温湿度信息,获取了水分胁迫指数(CWSI)特征,并对光强影响进行了特征补偿.研究发现960,1 450,1 650 nm的光谱特征,560 nm处的可见光图像,960,810 nm处的近红外图像均值及960,810 nm图像比值特征与油菜含水率的相关性均较高.利用主成分分析法(PCA)对特征空间进行变换和降维,进而BP神经网络建立了油菜含水率的多传感特征预测模型.结果表明,该方法能够利用多信息的综合作用优势实现对油菜水分胁迫的定量分析,模型精度与单一检测方法相比有显著提高.