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。     

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。     

镉、铜复合污染下丛枝菌根真菌对玉米重金属吸收的影响

 农田重金属污染引发的环境问题日益受到关注。通过盆栽实验,开展Cd、Cu 复合污染条件下丛枝菌根真菌（AMF）对玉米的接种研究,探讨了重金属污染对宿主与AMF 共生的影响、AMF 对玉米重金属耐受性和吸收方面的作用。结果显示,AMF 具有一定的Cd、Cu 耐性,但重金属处理能明显抑制AMF 对玉米根系的侵染（P<0.05）,尤其是减少AMF 的丛枝和泡囊结构形成。重金属明显抑制了玉米的生长,但AMF 能够缓解重金属的生物毒性效应,表现为玉米植株的生物量、株高的显著增加（P<0.05）。接种AMF 会显著提高玉米对Cd 和Cu 的积累（P<0.05）。结果表明,重金属污染对农田生态系统中农作物和AMF 均具有潜在的危害。在一定程度重金属污染的农田生态系统中,AMF 能够改善农作物对重金属的耐性,也可能提高重金属进入人类食物链的风险。     

水和稀硝酸吸收NO2的研究

基于NOx气体的资源化处理考虑,研究了水和不同浓度的稀硝酸对NO2的吸收性能,考察了吸收剂用量、稀硝酸的浓度(3%～30%)以及气相压力对NO2吸收效果的影响。结果表明,增加吸收剂用量、硝酸浓度和气相压力均能提高NO2的吸收效率,其中稀硝酸用量对吸收效率的影响特别显著。水吸收NO2是化学吸收与物理吸收并存的复杂过程,气液两相中存在溶质(NO2、N2O4等)和生成物(HNO2、HNO3等)的物理扩散和化学反应。该文分析了各种吸收条件下吸收液中亚硝酸和硝酸的浓度组成关系,讨论了吸收前后气相中NO2、N2O4的组成变化,证明了NO2在水中的吸收是以N2O4与水的化学反应为主。     

Fe6+对土壤中Cu2+浓度动态变化的影响

为了探究高铁酸钾(Fe~(6+))对于Cu~(2+)在土壤垂直方向上迁移时浓度的影响,采用土柱实验,通过加入薄层示踪剂(Cu~(2+)、Fe~(6+)),以研究Cu~(2+)溶液在下渗过程中浓度的变化,以及Fe~(6+)对其下渗过程中浓度变化的影响;同时探求高铁酸钾(Fe~(6+))对铜污染土壤进行修复时的最佳使用量和最佳作用时间。实验结果表明,Fe~(6+)十分显著地提高了土壤对于Cu~(2+)的吸附作用,有效地控制了Cu~(2+)在土壤中的向下迁移,Fe~(6+)作用于铜污染土壤的最佳使用浓度为100 mg/L,最佳作用时间为5 h。     

基于地物波谱形态参数化的高光谱图像分类方法研究

利用语素向量的形态描述方法实现地物波谱形态的参数化,以不同地物具有不同波谱曲线为地物分类准则,在MATLAB设计中,实现一种带通配符的地物波谱曲线形态差异遥感图像分类程序,应用此程序对高光谱遥感图像所得的分类结果与其他分类方法所得的分类结果进行对比.结果说明,此方法可以将地物波谱的波形信息最大限度地保留并利用,进一步解决遥感影像分类中"光谱值"相似及现有的光谱匹配方法受类内差异变化影响大的问题,运用Kappa系数的精度评价证明此方法对高光谱遥感图像的分类优于SVM分类方法.     

卫星遥感监测全球和中国区域污染气体NO2和NO2时空变化

 卫星遥感技术的发展为连续、大面积监测城市污染气体NO₂和NO₂提供了重要技术支持。本文基于紫外-可见光高光谱传感器OMI观测数据,分析了近10余年(2004-2014年)全球和中国区域NO₂和NO₂空间分布特征、长时间序列变化和季节变化特征。结果表明,中国NO₂含量的高值主要集中在京津冀及周边、长江三角洲、珠江三角洲、新疆乌鲁木齐、辽宁沈阳、陕西西安等地,NO₂主要集中在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲、四川、重庆等地。较2005-2009 年,2010-2014年NO₂高值范围有所扩大,河北、山东、河南、安徽、新疆乌鲁木齐等地NO₂含量有所上升,而珠江三角洲、上海等地NO₂含量有所下降。与NO₂时空变化不同,较2005-2009年,2010-2014 年NO₂高值区范围有所缩小,且河北、山东、河南、安徽、江苏、上海、重庆、贵州、珠江三角洲等地NO₂含量有所降低。全球范围内,中国东部、美国东部、荷兰、德国、意大利、南非等地NO₂含量较高,中国中东部、美国东部、南非、印度等地NO₂含量较高。较2005-2009 年,2010-2014 年美国东部、中国珠江三角洲、中国上海、日本、西班牙、葡萄牙、意大利北部、迪拜等地NO₂含量下降明显,而2010-2014 年中国东部地区和乌鲁木齐、波兰大部、伊朗德黑兰、伊拉克巴格达、科威特、沙特利雅得、印度新德里、印度巴朗格伊尔及周边、孟加拉国达卡、智利圣地亚哥等地NO₂含量却有不同程度的上升。较2005-2009 年,2010-2014 年中国华北大部、重庆和贵州大部、珠江三角洲、长江三角洲,以及美国东部、南非姆普马兰加及周边等地的NO₂含量有所下降,而秘鲁利马、秘鲁南部等地NO₂含量出现增长。全球7 大主要城市近10 年NO₂和NO₂含量比较结果显示,中国石家庄NO₂含量均值最高,其次为中国北京、俄罗斯莫斯科、南非姆普马兰加、美国纽约、德国科隆、中国乌鲁木齐;南非姆普马兰加、中国石家庄、中国北京的NO₂总量明显高于美国纽约、德国科隆、俄罗斯莫斯科;中国北京、中国乌鲁木齐、美国纽约、德国科隆、俄罗斯莫斯科城市NO₂含量高于NO₂。     

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。     

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。     

“微超酸”改性硅藻土对Pb~(2+),Cu~(2+),Cd~(2+)的吸附性能研究

以天然硅藻土为原料,通过微波、超声、酸化制备得到"微超酸"改性硅藻土.探讨了该改性硅藻土对水溶液中Pb~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)3种重金属离子的吸附效果及影响因素.实验结果表明,在一定范围内,提高溶液pH值、延长吸附时间、升高吸附温度、增加吸附剂的用量均可提高3种金属离子的吸附去除效果;"微超酸"改性硅藻土对3种金属离子的等温吸附符合Langmuir方程.     

重金属Cu2+、Zn2+、Cd2+在海泡石中的吸附特征

针对重金属复合污染问题,通过等温吸附实验,研究了海泡石对复合重金属Cu2+、Zn2+、Cd2+的平衡吸附量和吸附选择性,并通过XRD、IR等分析探讨了海泡石的吸附机理。结果表明:海泡石对Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附顺序和富集系数顺序均为Cu2+>Cd2+>Zn2+,并且平衡吸附量随初始溶液质量浓度的提高而增大;海泡石对重金属离子的吸附主要是离子交换吸附及表面络合吸附。该研究证明海泡石具有较强的吸附复合重金属离子的能力,可修复重金属复合污染的废水及土壤。     

普朗铜矿土壤中7种重金属检测和污染评价

通过对普朗铜矿土壤中铬(Cr)、镍(Ni)、砷(As)、铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)7种重金属元素的含量分析,采用单项污染指数法和综合污染指数法综合评价当地土壤中重金属污染状况和土壤质量.     

土壤重金属的污染与治理进展研究

土壤重金属是土壤环境污染最主要的一个方面.介绍了重金属污染的特点和危害机理,并针对污染途径提出了"减源""截流"和"修复"治理措施,控制流入环境中的重金属的绝对值;重点介绍了土壤重金属污染修复的各种方法.     

重金属离子对双氧水氧化淀粉的催化作用及其特性的影响

以双氧水为氧化剂制备氧化淀粉,研究F eSO4、CuSO4和N iC l2的催化作用,分析比较重金属离子催化作用下所制备的氧化淀粉的特性,探讨残留的重金属离子对氧化淀粉凝沉性的影响。结果表明,在所研究的范围中,F eSO4的催化作用最强,其催化制得的氧化淀粉羧基含量最大,CuSO4催化作用次之,N iC l2不起催化作用。铁、铜离子一方面通过催化作用提高了氧化淀粉的透明度降低了粘度;另一方面残留的铁、铜离子对氧化淀粉的凝沉性有较大的影响。     

秦皇岛冬季典型污染时段PM2.5中重金属和PAHs的污染特征

为了探究近年来秦皇岛市大气中PM_2.5污染特征和影响因素,通过采集冬季重污染时段城区和开发区PM_2.5样品,使用等离子体发射光谱仪和气相色谱-质谱仪,分别测定城区样品中6种元素(Cu,Pb,Zn,Cr,Ni,Cd)和PAHs.结果表明,秦皇岛城区PM_2.5日平均质量浓度186μg/m³,开发区平均质量浓度为118.88μg/m³,城区PM_2.5中各重金属元素的浓度水平排序为Zn＞Pb＞Ni＞Cr＞Cu＞Cd,其中Cd为强-极强污染,Pb为中-强污染,Zn属于中等污染,Ni,Cu,Cr等其他元素基本无污染.PM_2.5中定性的检测到奈(Nap)、菲(Phe)、荧蒽(Fla)、芘(Pyr)、苯并(k)荧蒽(BkF)等单体.PM_2.5日浓度与风速具有显著的负相关性,与相对湿度呈正相关性.     

城市生污泥与熟化后的污泥Cu2+，Zn2+的吸附解吸比较

采用序批实验法对城市生污泥及熟化后的污泥Cu2+, Zn2+的吸附解吸特性进行了比较研究,实验结果表明：生污泥、熟污泥Cu2+, Zn2+的吸附量均随平衡质量浓度的增大而增大,而且与生污泥相比,熟污泥的吸附能力较强,吸附量较大。利用Henry型、Langmuir型、Freundlich型等温吸附模型分析了生污泥和熟污泥Cu2+, Zn2+的等温吸附数据,发现用这3种吸附模型拟合均较好,其中Langmuir的拟合系数最高,但属于假显著相关, Freundlich为描述生污泥、熟污泥Cu2+, Zn2+等温吸附过程的最佳模型。生污泥、熟污泥的解吸量与吸附量呈极显著的正相关,并且熟污泥的解吸曲线滞后于生污泥的,表明熟污泥对Cu2+, Zn2+的吸附强度较大。总体而言,污泥农用前将其熟化,能增强其固定外源Cu2+, Zn2+的能力,降低它们的生物有效性。