土壤铜对植物生长及叶片反射光谱的影响研究

发布时间：2017-06-09 11:12

  本文关键词：土壤铜对植物生长及叶片反射光谱的影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：土壤重金属污染是指土壤中重金属元素含量明显高于其自然背景值,并造成生态破坏和环境质量恶化的现象。近几年我国土壤重金属污染问题越来越严重,矿山的大量开采,工业化和城市化的快速发展以及环保措施的滞后,导致我国农田土壤污染日趋严重,严重威胁着人民群众的生命安全和健康。铜是植物生长发育必须的微量营养元素,它在调整蛋白质构成、参与光合作用、线粒体的呼吸作用和细胞壁的新陈代谢等方面起着重要作用。铜具有积累性会在植物体内累积,植物体内铜含量过高会影响植物正常的代谢功能,进而对植物的养分吸收、生长和产量、品质产生危害。近年来遥感技术的发展为快速准确提取土壤重金属元素含量提供了新的途径。高光谱地物识别是基于地物光谱的指纹效应,可用来评价土壤性质的细微差别。本文以试验为例,研究在土壤铜的胁迫下植物的生长状况及植物叶片光谱的变化规律,并建立叶片实测元素含量与叶片光谱特征参数之间的拟合关系,通过叶片光谱及其特征参数反演叶片金属元素含量。结果表明:(1)通过对空心菜宏观特征的描述,当铜处理浓度达到1000 mg/kg时,会出现明显的Cu胁迫现象,抑制生长作用明显;(2)通过叶绿素浸提实验,确定浸提液为95%乙醇与纯丙酮,两者体积比为1:2,浸提时间18 h,提取效果较好;用叶绿素含量与叶铜含量拟合分析时,得出叶绿素a的拟合效果最好,相关系数达到0.854和0.923。可以得到复合、增长、指数、逻辑函数曲线等模型;(3)重金属铜在空心菜不同部位的积累特征为根茎叶,随着铜浓度的增加,各部位含铜量也逐渐增加。两组空心菜的富集系数最大时达到:2.4859和2.3342,最小时为0.2648和0.2595,两者相差十几倍,而两组空心菜的转运系数基本上都呈下降趋势;(4)通过对FieldSpec光谱数据进行分析,得出青边、绿峰、黄边、红谷、红边、近红外、谷1和谷2这八个具有代表意义的特征波段;通过相关性分析及位移量的考察等,得出红边波段位置Xi与叶铜含量的相关性最大,第一批空心菜(GL)得到复合、幂、S、增长、指数、逻辑函数曲线等模型,拟合优度值为0.901;第二批空心菜得到二次、三次函数曲线等模型,拟合优度值为0.920;(5)通过对红透山矿区的地物波谱和TM遥感影像的分析,当植被被重金属胁迫时,“红边”位置均出现大于10 nm的“蓝移”现象,采用适当的方法可以很好地将矿化区与背景区植被区分开来,即通过对影像数据的解译,可以明显区分健康植被和重金属胁迫的植被。
【关键词】：土壤铜胁迫 空心菜 反射光谱 叶铜含量 红边位置
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53;X173
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第1章 绪论14-28
• 1.1 土壤重金属污染现状14-17
• 1.1.1 土壤重金属铜污染的来源15
• 1.1.2 我国土壤铜污染现状15-16
• 1.1.3 土壤重金属铜的污染特征和危害16-17
• 1.2 土壤重金属污染的检测方法17-18
• 1.2.1 传统分析方法17-18
• 1.2.2 遥感光谱检测方法18
• 1.3 土壤重金属污染的遥感检测技术研究进展18-25
• 1.3.1 遥感检测技术简介18-19
• 1.3.2 地物光谱特征19-23
• 1.3.3 光谱特征的提取方法23-24
• 1.3.4 高光谱检测技术的优点与局限性24-25
• 1.4 研究目的与意义25-26
• 1.5 研究内容26-28
• 第2章 土壤铜对空心菜生长的影响28-38
• 2.1 试验材料、试剂与仪器28-29
• 2.1.1 试验材料和试剂28
• 2.1.2 实验仪器28-29
• 2.2 研究方法29-30
• 2.2.1 实验设计29-30
• 2.2.2 测试方法30
• 2.2.3 数据分析30
• 2.3 实验结果与讨论30-37
• 2.3.1 土壤Cu对空心菜株高的影响30-31
• 2.3.2 土壤Cu对空心菜株粗的影响31-33
• 2.3.3 土壤Cu对空心菜叶面积的影响33-34
• 2.3.4 土壤Cu对空心菜株干重的影响34-35
• 2.3.5 土壤Cu对空心菜根长的影响35-36
• 2.3.6 土壤Cu对空心菜叶片失绿程度的影响36-37
• 2.4 小结37-38
• 第3章 土壤铜对空心菜叶绿素的影响38-55
• 3.1 试验材料、试剂与仪器38
• 3.1.1 试验材料和试剂38
• 3.1.2 主要仪器38
• 3.2 研究方法38-39
• 3.2.1 试验设计38-39
• 3.2.2 测试方法39
• 3.2.3 数据分析39
• 3.3 试验结果与讨论39-54
• 3.3.1 叶绿素浸提实验39-41
• 3.3.2 不同浓度土壤Cu对空心菜叶中叶绿素含量的影响41-44
• 3.3.3 叶绿素含量与叶片铜含量的回归拟合分析44-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第4章 空心菜含铜量及其富集转运研究55-63
• 4.1 试验材料、试剂与仪器55
• 4.1.1 试验材料和试剂55
• 4.1.2 主要仪器55
• 4.2 研究方法55-57
• 4.2.1 试验设计55-56
• 4.2.2 测试方法56
• 4.2.3 数据分析56-57
• 4.3 试验结果与讨论57-62
• 4.3.1 土壤Cu对空心菜根、茎、叶中铜含量的影响57-59
• 4.3.2 空心菜对土壤Cu的富集研究59-60
• 4.3.3 空心菜对土壤Cu的转运研究60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 叶片反射光谱响应特征及反演研究63-85
• 5.1 光谱仪与光谱测试63-64
• 5.1.1 光谱仪技术参数63
• 5.1.2 光谱测试63-64
• 5.2 反射率光谱数据的处理过程64-70
• 5.2.1 光谱重采样64-65
• 5.2.2 光谱数据处理说明65
• 5.2.3 叶片光谱数据预处理65-70
• 5.2.4 特征吸收带的提取70
• 5.3 植物叶片光谱特征的提取70-71
• 5.3.1 光谱特征计算方法70-71
• 5.4 基于光谱特征的叶片重金属含量反演预测71-76
• 5.4.1 皮尔森（Pearson）相关系数71-72
• 5.4.2 八个光谱特征波段位置（Xi）与叶片铜含量的相关关系72-75
• 5.4.3 八个光谱特征波段反射率值（Yi）与叶片铜含量的相关关系75-76
• 5.5 铜胁迫下空心菜叶片铜含量反演模型76-84
• 5.5.1 利用红边波段位置（Xi）提取叶片铜污染信息76-80
• 5.5.2 利用两波段组合提取叶片铜污染信息80-84
• 5.6 本章小结84-85
• 第6章 红透山矿区植被波谱及遥感影像分析初探85-96
• 6.1 高光谱遥感数据的获取与分析85-94
• 6.1.1 矿区自然概况86
• 6.1.2 地面数据获取与分析86-89
• 6.1.3 高光谱数据获取与分析89-94
• 6.2 小结94-96
• 结论96-98
• 参考文献98-105
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果105-106
• 致谢106-107

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1 李莲芳;曾希柏;白玲玉;;不同农业利用方式下土壤铜和锌的累积[J];生态学报;2008年09期

2 陈世俭;有机物质添加量对污染土壤铜形态及活性的影响[J];土壤与环境;1999年01期

3 刘q

本文编号：435261