农用地土壤As元素与叶片光谱特征关系研究

重金属污染是土壤环境污染中亟待解决的问题之一,重金属通过土壤向植物富集,危及人体健康,对生态环境产生巨大隐患。传统的土壤污染监测以化学方法为主,不仅费时费力且监测范围有限,而基于植被高光谱技术的土壤重金属监测方法能够快速准确地获取土壤重金属含量,突破植被屏障,提高土壤重金属监测效率。近年来,国内外许多学者致力于使用盆栽实验定量研究土壤污染物对植物光谱特征影响,而野外环境下的实验研究相对缺少,因此建立合适准确的野外土壤重金属预测模型具有重要意义,为改善耕地土壤质量提供参考。以北京市优势经济果树桃树为研究对象,在研究区均匀设置了50个采样点,利用FieldSpec 4便携式地物波谱仪测量桃树叶片光谱数据,同时采集土壤样本带回实验室检测分析获得土壤重金属含量数据。通过分析不同污染下桃树叶片在重金属胁迫下的叶片光谱特征,计算不同土壤重金属与叶片光谱之间的相关关系,确定土壤As元素与光谱反射率相关性更大,因此选择土壤As元素计算其与不同植被指数之间的相关系数,并用合适的植被指数构建土壤As元素预测模型。结果表明：污染区桃叶光谱反射率总体上比背景区的光谱反射率更高,其中760~1 300 nm波长范围内对土壤重金属更加敏感,土壤重金属对叶片红、蓝、黄边位置干扰不明显,对红、蓝、黄边斜率敏感,且均呈正向相关性。光谱反射率与土壤Cr,Cu和Hg元素相关性较弱,与As,Pb和Cd元素在某些波段范围内达到0.1级显著相关,且总体相关曲线趋势相同,相关性大小依次排序为As>Pb>Cd。以相关性更强的土壤As元素与植被指数进行相关分析表明,土壤As元素与PRI1和PRI3均显著相关。使用SPSS数据分析软件以PRI1和PRI3为自变量,土壤As元素为因变量分别进行回归分析,检测结果发现,PRI3的指数预测模型(y=e43.644x-39.386, R2=0.937, RMSE=0.161)效果最好且具有更好的稳定性。     

不同含水量条件下树种叶片光谱差异分析

叶片含水量是影响树种光谱特征的一个重要因素,探索不同叶片含水量条件下相同树种叶片光谱特征的变化规律及相同叶片含水量条件下不同树种叶片的光谱差异,不仅是高光谱植被遥感信息识别的关键,也为研究植被光谱随着叶片含水量变化产生的差异提供理论支撑。利用地物光谱仪对6个树种叶片进行观测,获取了不同含水量叶片的反射光谱,同时进行一阶微分光谱变换,从而分析不同叶片含水量条件下各树种叶片的光谱变化特征,对比了相同叶片含水量条件下不同树种叶片的光谱差异,探索高光谱遥感识别树种叶片含水量的可能波段。结果表明：各树种叶片光谱都随着叶片含水量的改变而产生较大差异,但变化规律各有不同;相同叶片含水量条件下,不同树种叶片的光谱在部分波长范围差异较大,为实现树种高精度识别提供了可能。本研究旨在为植被叶片光谱库的构建以及植被的高光谱识别提供理论支撑和基础数据。     

玉米叶片铜铅污染元素种类光谱判别的EC-PB规则

随着人类生活质量的提高,农产品重金属污染问题备受关注。农作物中的重金属元素会通过食物链侵害人体健康,而不同重金属元素对人体毒害差别较大,因此农作物中含有重金属元素的类别识别至关重要。传统重金属元素检测方法存在环节多、耗时长、成本高等缺点,但高光谱遥感技术具有信息使用量大,理化反演能力强,分析速度快,无损监测等优势,逐渐成为农作物重金属污染分析的重要手段之一。以不同CuSO₄·5H₂O和Pb(NO₃)₂浓度梯度土壤胁迫下典型农作物玉米生长的叶片光谱为研究对象,引入光谱包络线去除（CR）、光谱比值（SR）、分数阶微分（FOD）同时结合改进红边比值指数（MSR）构建铜铅元素识别指数（CLI）;通过挑选与铜铅元素种类相关性最强的三个分数阶微分阶数的CLI值建立铜铅元素判别特征点（CLDFP）;再利用欧式聚类（EC）将训练集样本分为铜污染与铅污染两类并结合圆心连线的垂直平分线（PB）,建立基于EC-PB识别铜铅元素种类的二维坐标系下判别规则线（CLDRL）和三维坐标系下判别规则面（CLDRP）,从而实现玉米叶片光谱信息的重金属铜铅元素种类准确识别。研究结果表明,CR-SR-FOD光谱变换处理增加了玉米叶片光谱信息与铜铅元素种类之间的相关性;各阶次FOD对应的CLI与铜铅元素种类相关系数各不相同,随着阶次的增加,相关性呈现先递增后递减的趋势,其中相关系数最高的三个阶次分别为1.2阶,0.7阶,1.0阶;在二维坐标系下训练集样本判别正确率为78.95%,验证集样本判别正确率为75.0%;在三维坐标系下训练集样本判别正确率为76.32%,验证集样本判别正确率为75.0%,证明了基于EC-PB构建的二维CLDRL和三维CLDRP光谱判别规则可以有效识别玉米叶片中铜铅污染元素种类。     

X射线荧光光谱法快速分析盐湖粘土矿物元素含量

以低压聚乙烯粉镶边垫底粉末压片法制样,用X射线荧光光谱法测定盐湖粘土矿物中主次组分含量的定量分析曲线,测量了粘土矿物中As, Mn, Co, Cu, Cr, Dy, Ga, Mo, P, Pb, Rb, S, Sr, Ba, Cs, Ta, Th, Ti, U, V, Y, Zn, Zr, MgO, K₂O, Na₂O , CaO, Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂含量。研究了各元素的谱线干扰特别是谱线的间接干扰,同时提出了元素周期表中各周期元素相互之间干扰的判别方法; 使用α经验系数法及康普顿内标法校正基体效应,经对国家标准物及实际样品进行分析,测量值与标准值结果吻合。方法的检出限和准确度均满足分析要求,除了Mo,Cs,Ta ３个元素RSD较高,其他元素RSD 为0.01%～5.45%。     

杨树叶片的飞秒等离子体丝诱导击穿光谱研究

开展了杨树叶片的飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱研究, 定性比较分析了长春市区的第一汽车厂、火车站、净月潭公园及长春理工大学四个地理区域的杨树叶片中重金属元素Ca, Fe和Cr. 实验结果表明, 通过分析杨树叶片中Ca Ⅱ 393.37 nm和Fe Ⅰ 422.87 nm光谱谱线可知叶茎中Ca和Fe元素浓度均高于叶肉. 比较长春四个地理区域的杨树叶的飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱, 发现汽车厂附近的杨树叶内重金属Ca, Fe和Cr 元素浓度最高, 净月公园的杨树叶重金属浓度最低. 由于飞秒激光等离子体丝光强度的“光学钳箍”效应, 对于杨树叶片这种表面不平整样品, 仍可获得稳定性较好的等离子体光谱. 飞秒激光等离子体丝诱导光谱技术有望在环境污染在线检测具有广泛的潜在应用.     

固态检测器－ICP－AES中的计算机差谱改进技术──Ⅰ．原理和实验

本文使用固态检测器－光电二极管阵列（ＰＤＡ）或电荷耦合器件（ＣＣＤ）在ＩＣＰ－ＡＥＳ上实现了无需知道基体浓度情况下对复杂组分中微量元素进行测定的计算机差谱改进法。用Ｃ语言编写了实施差谱技术以及实验室例行分析的软件，探讨了方法的原理，对Ｖ基体中Ａｌ，Ａｌ和Ｍｇ基体中Ｖ的测定结果表明，该差谱技术能准确消除复杂基体产生的光谱干扰。     

模拟酸雨胁迫与植物叶片光谱反射率特征间的关系

酸雨是一个严重的全球环境问题,中国亚热带地区的严重酸雨污染对森林生态系统的健康构成了潜在的威胁。文章研究了中国亚热带地区常见的6种常绿阔叶树种幼树在不同强度的模拟酸雨(pH 2.5, pH 4.0和pH 5.6)作用下,其叶片的叶绿素含量及可见光部分的光谱反射率的变化特征。结果表明,随模拟酸雨强度的增加,受试树种在pH 2.5和pH 4.0处理下的叶绿素含量均高于pH 5.6的处理;而可见光部分的光谱反射率则普遍低于pH 5.6的处理;pH 2.5和pH 4.0间的差异无显著规律。在经不同强度模拟酸雨作用后,各树种叶片在可见光部分的光谱反射率的差异主要集中在绿光反射峰及红边附近。受试树种对酸雨胁迫均表现出了一定的耐受性,较强的酸雨可在一定程度上对植物生长起到正的生物效应。     

ICP-AES测定米中多种微量元素

以全谱直读光谱法测定了米中11种微量元素。对米的消化方法、元素分析谱线的选择、背景校正、仪器分析参数等因素进行了研究,综合确定了最佳试验条件。试验表明测定元素的回收率在96%—109%之间。     

北京市平谷区桃林土壤重金属元素含量反演估测

矿产资源开采中产生的废渣废液长期堆存后产生的渗滤液向土壤中扩散易造成周围土壤的重金属污染,影响作物生长;人类通过食物链食用含重金属元素的果实后,会引起神经系统的神经衰弱、手足麻木,消化系统的消化不良,血液中毒和肾损伤等症状;这种对生态环境和人身安全的污染和损害是十分严重的。因此如何快速有效摸清矿区周围农作物土壤污染情况尤为重要。多光谱遥感由于具备光谱分辨率高、实时无损、大面积监测等优势,在突破植被屏障监测土壤重金属上具有巨大的潜力。以平谷区主要的农作物桃树为研究对象,利用桃叶的高光谱数据、土壤采样数据,分析桃叶光谱曲线的响应特性,对桃叶反射光谱进行一阶／二阶微分、标准正态、连续去统等四种变换,结合相关分析及多元线性回归模型确定光谱特征变量,构建植被指数HMSVI;结果表明HMSVI与土壤中Cd,AS和Pb含量的相关性较常用植被指数高。运用线型回归方法进行元素含量与植被指数HMSVI建模后,选取拟合较好的模型,实现了叶片高光谱与土壤重金属含量的统计建模, 最后利用Sentinel-2遥感影像反演三种重金属含量空间分布,并对结果进行精度验证。结果表明：受重金属胁迫叶片的平均光谱反射率高于正常叶片且红边位置发生了“蓝移”现象。780,945和1 375 nm三个波段对三种重金属污染都较为敏感,利用三个波段构建的植被指数建立的反演模型能较好的用于桃林土壤重金属元素含量预测,其预测模型分别为Y=0.44X+0.193,Y=7.436lnX+13.161,Y=-15.359X+13.583X2+23.541,且具有较好稳定性和适宜性。空间反演结果表示,三种重金属高值区均大面积的分布在平谷区刘家店尾矿库、万庄尾矿库、金海湖尾矿库附近,西部相比东部矿区重金属污染更为严重。研究结果可以为北京平谷区桃林重金属污染的预防与治理提供基础数据支持。     

Application of nuclear techniques to study of trace elements

Trace elements in various materials using nuclear techniques are studied. Results obtained by using energy-dispersive X-ray fluorescence (EDXRF) and proton-induced X-ray emission (PIXE) are examined. The EDXRF method is used to quantitatively evaluate trace elements such as Mn, Fe, Cu, Zn, Br, Rb and Sr in tea leaves. Correlation of trace elements in tea leaves and in the corresponding soil is studied.     

ICP-AES测定市售艾叶中的金属元素

采用电感耦合等离子体-原子发射光谱测定大连市售的6种艾叶中的Zn、Pb、Cd、Fe、Mn、Cr、Mg、Ca、Cu、A110种金属元素含量。方法的加标回收率在97.0%—107.2%之间,相对标准偏差(RSD)均小于4%。该测定结果为研究金属元素含量水平与中药药效关系提供了有用的数据。     

Performance Check of Vegetation Fluorescence Imaging Lidar through In Vivo and Remote Estimation of Chlorophyll Concentration Inside Plant Leaves

Laser-induced fluorescence imaging lidar was developed for in vivo plant/vegetation monitoring. Fluorescences of poplar tree leaves growing naturally at a distance of 60 m from the lidar were successfully detected as two spectral images at wavelengths of 685 nm and 740 nm. By comparing chlorophyll concentration quantified with high performance liquid chromatography, it was confirmed that the intensity ratio of the two wavelengths was converted into the chlorophyll concentration inside the leaves. The intensity ratio of the images reflected the status of the poplar tree in the process of senescence so well that it was possible to assess the living status of the tree as a numerical value. The performance characteristics and the potential of the laser-induced fluorescence imaging lidar for monitoring the physiological activities of plants and vegetation are described.     

琅琊山景区不同叶绿素条件下树种叶片光谱差异分析

叶绿素含量高低反映植物健康状况,研究景区树种叶片叶绿素绝对值(SPAD)不同的光谱变化规律能为叶绿素高光谱监测波段识别与景区树种管理提供理论支撑。从琅琊山景区灌木和乔木类选取9个常见树种,探讨相同树种叶片SPAD值变化时的光谱差异,同时,横向对比相同SPAD值不同树种叶片的光谱特征,并深入分析不同树种叶片SPAD值与单波段原始光谱、光谱倒数、一阶微分、二阶微分及波段组合差值指数、归一化指数、比值指数、一阶微分归一化指数、一阶微分比值指数之间的关系。结果表明：9个所测树种叶片随着叶绿素SPAD值的升高,光谱变化规律各不相同,在可见光波段区分明显,总体上,光谱反射率最高的样本组SPAD值较低;叶绿素SPAD值相同时,在可见光波段,桂花较其余树种反射率整体较高; 在780~1 350 nm波段,广玉兰叶片反射率始终排前三,其余波段变化规律不明显;原始光谱反射率的二阶微分与海桐叶片SPAD值相关系数最大,一阶微分与其余8种相关性最高;与灌木、落叶乔木叶片SPAD值相关系数最大的光谱指数分别为差值指数、一阶微分归一化指数,与常绿乔木、不分树种相关系数最大的为一阶微分比值指数。     

微波消解FAAS测定新疆出口番茄酱中的微量元素

采用微波消解试样,FAAS法对新疆4个厂家出口番茄酱中的微量元素进行测定.经过回收率和精密度试验,结果表明:6种微量元素的相对标准偏差在0.23%-2.10%;回收率在94.8%-104.5%;并以番茄叶的标准样品(ESP-1)进行比较测定,标准样品的测定值与参考值基本一致,该方法获得了满意的精密度和准确度.     

ICP-AES和ICP-MS法测定大米中的微量元素

采用微波消解法处理样品，运用电感耦合等离子体发射光（ICP－AES）和质谱法（ICP－MS）测定大米中微量元素，结果表明，学生所食大米符合国家卫生标准，与所患疾病没有直接关系。     

新型铜胁迫植被指数NCSVI探索铜污染下玉米叶片光谱敏感区间

目前我国土壤重金属污染日趋严重,高光谱遥感因具有光谱分辨率高、图谱合一等特点成为农作物重金属污染研究的热点。农作物受重金属污染后其光谱会发生细微的改变,如何探寻叶片光谱中对重金属污染敏感的波段是目前的一种研究方向。提出了一种新型铜胁迫植被指数（NCSVI）来探索铜胁迫下玉米光谱敏感区间。通过设计不同梯度下的玉米铜胁迫实验,测定每个铜胁迫浓度下玉米叶片的光谱和Cu2+的含量。首先,将玉米叶片光谱分为11个子区间,以每个子区间的中间波长对应的光谱反射率构建各自的NCSVI。然后,计算NCSVI与玉米叶片中Cu2+含量的相关性系数R及均方根误差RMSE,结合水波段指数（WBI）、改进的叶绿素吸收率指数（MCARI）和归一化水指数（NDWI）这三种常规植被指数进行对比。最后,选用其他年份相同实验条件下获取的玉米叶片光谱进行验证,确认NCSVI的稳定性和有效性。结果表明,11个子区间中只有绿峰、红边、近谷和近峰A这四个子区间对应的NCSVI与玉米叶片Cu2+含量相关性系数的绝对值高于0.9,分别为-0.94,-0.97,-0.94和-0.96,均方根误差均低于15,分别为12.57,8.71,12.71和10.06,而WBI,MCARI和NDWI的相关性系数最高的仅达到0.75,均方根误差最小的为24.21,说明四个子区间对应的NCSVI对玉米叶片铜污染有着更好的指示性。利用不同年份相同条件下的玉米实验对以上结果进行验证,发现11个子区间中,R绝对值大于0.9、RMSE小于1.55的只有绿峰、红边、近谷和近峰A这四个子区间,其中R分别为-0.9,-0.97,-0.97和-0.93,RMSE分别为1.50,0.85,0.78和1.29,均优于WBI,MCARI和NDWI,与2016年实验得出的敏感子区间一致,说明NCSVI能探测铜胁迫下玉米光谱的敏感区间,具备效率高、稳定性好的特点。所提出的NCSVI指数可作为监测玉米叶片铜污染的一种方法,并为其他农作物重金属污染研究提供一定的理论支持。     

原子吸收光谱法测定5种中草药中K、Cr和Cu的含量

分析中草药中金属元素K、Cr、Cu的含量.选取丹参、当归、党参、鱼腥草和银杏叶5种治疗呼吸系统疾病的中草药,采用湿法消化(HNO3、HClO4),用火焰原子吸收光谱法分别测定K、Cr、Cu的含量.测量结果表明,鱼腥草中金属元素含量丰富,丹参中K、Cr以及党参的Cu元素在5种中草药中含量最低,鱼腥草中K、Cr、Cu的含量最高,分别为3654.8125±20.9367μg/g、35.0667±0.8872μg/g、102.1475±9.6936μg/g,丹参中K、Cr的含量最低,分别为3334.0000±31.6465μg/g、2.3012±0.2701μg/g,党参中Cu元素含量最低,是44.8250±0.7823μg/g.在5种中草药中K的含量大小顺序为:鱼腥草＞当归＞银杏叶＞党参＞丹参,Cr元素含量大小顺序为:鱼腥草＞当归＞党参＞银杏叶＞丹参,Cu元素含量大小顺序为:鱼腥草＞当归＞丹参＞银杏叶＞党参.各种中草药中金属元素的含量有一定差异(P＜0.05).结论:本实验结果提供了中草药丹参、当归、党参、鱼腥草和银杏叶中金属元素含量的数据,为探讨中草药中金属元素与治疗呼吸系统疾病的关系以及临床上合理有效使用药物提供了科学的依据.     

Elemental composition of marine sponges from the Berlengas natural park,western Portuguese coast

Analytical studies of sponges have recently become a matter of interest, since these organisms have been reported to accumulate high levels of some elements, including heavy metals, which may have an anthropogenic origin, allowing their application as environmental pollution indicators. In the present work, 35 sponges collected in August 1998 at the Berlengas Natural Park were classified and analysed by secondary target energy‐dispersive x‐ray fluorescence spectrometry (EDXRF). Some major, minor and trace elements could be determined: Al, Si, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Br, Rb, Sr, Zr, I and Pb. To assess some local influences on the sponge composition, two sediment samples were also taken from the area and analysed. Besides these elements, sponges are constituted by fairly high percentages of elements that do not emit characteristic x‐ray lines. Therefore, absorption corrections for quantitative calculations were carried out taking into account the ratio between the inelastic and elastic scattered incident radiation from a silver secondary target to calculate the mean atomic number of the light matrix. Calibration was performed using chemical compounds and standard reference materials. Precision, accuracy and detection limits for the range of elements determined by the method are particularly suitable for the chemical analysis of these organisms. Results for the sediment chemical composition indicated the existence of high Ca and low Si levels and confirmed the absence of any trace metal contamination in the region. The sponge composition showed low Si contents, even in siliceous specimens. Certain high elemental contents determined in some species indicated a clear selective bioaccumulation of particular trace elements, such as Ni, Zn and As, which is not dependent on local influences. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

ICP-MS法分析不同种质荒漠肉苁蓉矿质元素分布特征

矿质元素是中药材品质评价的重要指标之一,与中药材功效物质合成及其功效的发挥密切相关,中药材矿质元素含量受其种质、采收时期、药用部位、产地等因素的影响。荒漠肉苁蓉是我国著名补益中药,也是药食同源类药材,其矿质元素含量越来越受到人们关注。应用ICP-AES法测定了黄花、白花、紫花三种类型荒漠肉苁蓉不同部位4种常量矿质元素和8种微量矿质元素含量。结果表明：（1）不同类型荒漠肉苁蓉均含有K、Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Cr、As、Pb和Cd元素,但不同类型荒漠肉苁蓉矿质元素含量差异较大,黄花肉苁蓉矿质元素含量低于白花肉苁蓉和紫花肉苁蓉;白花肉苁蓉K、Ca、Mg、Na、和Cu含量高于紫花肉苁蓉,而Zn、Cr和Cd含量低于紫花肉苁蓉。（2）荒漠肉苁蓉中12种矿质元素分布特征差异明显,K、Ca、Mg、Na和Cu主要分布在上部。（3）荒漠肉苁蓉不同部位矿质元素比值差异显著,三种类型荒漠肉苁蓉K/Na值均为下部>中部>上部;Mg/Fe值紫花、白花类型中部最高,黄花类型上部最高;Zn/Mn比值紫花和黄花类型中部最高,而白花类型下部最高;Cu/Cr值白花和黄花类型上部最高,紫花类型中部最高。研究结果将为荒漠肉苁蓉的良种选育和质量控制与利用提供数据支撑。     

ICP-AES法测定氯化血红素中的微量铅

本文用美国 Thermo Jarrell Ash公司 IRIS全谱直读等离子体光谱仪分析了氯化血红素中微量铅的含量。采用 CID二维阵列检测器 ,根据仪器对谱线选择非常灵活这一特点 ,选择了合适的分析线 ,研究了基体元素对被测元素分析线的光谱干扰 ,采用基体匹配与背景扣除法进行校正。铅的检测限达到 17ng·m L- 1 ,回收率 95 %～ 10 7% ,RSD<2 % ,达到国内血红素中 Pb<10μg· m L- 1 的要求 ,通过几种样品的分解方法对比 ,选出一种最佳分解方法。实测样品获得满意的结果。