植物叶片光谱角对土壤铀污染的指示作用

通过在土壤中添加浓度为0(对照组),25,75,125,175,275,375和485μg·g-1的铀,进行5种植物(苎麻、印度芥菜、酸模、甘蓝型油菜、玉米)的盆栽实验,研究了不同生长期的叶片光谱角对土壤铀污染的定性和定量指示作用,分析了定量指示作用与叶片铀含量的关系,并筛选出来在苗期即能反演土壤铀含量的植物,为通过野...     

土壤砷含量高光谱估算模型研究

以实验室内测取的土壤反射光谱为研究对象,利用PLSR方法建立反射光谱与土壤As含量之间的模型,通过交叉验证、估算检验建模精度,探讨利用反射光谱估算士壤As含量的可行性.通过比较不同光谱预处理方法、不同光谱分辨率和不同OM含量条件下建模、验证和估算结果.表明,MSC方法可以有效去除散射的影响而取得较好的结果(估算R2=0...     

煤矸石充填复垦重构土壤重金属含量高光谱反演

为研究煤矸石充填复垦土壤重金属含量快速有效的监测方法,以淮南创大生态园煤矸石充填复垦田间试验小区为研究区域,首先采用化学方法监测土壤(0～20 cm)重金属(Cu, Cr, As)含量,然后采用ASD(analytical spectral devices) FiSpec4型高光谱仪测量土壤样品的反射光谱,提取光谱特征,并对光谱进行一阶微分变换、二阶微分变换及倒数对数变换;将变换后的各光谱特征参数与监测的土壤重金属含量进行相关性分析,并依据相关性分析结果选择显著相关的波段作为相关因子供建模使用。采用多元逐步回归(stepwise multiple liner regression,SMLR)分析、偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)及人工神经网络(artificial neural network, ANN)三种方法分别建立基于光谱反射率估算土壤重金属含量的预测模型,并采用回归模型进行精度评定,然后确定各重金属含量的最佳预测模型。实验结果表明,经过微分变换的光谱波段与土壤重金属含量达到了显著相关;重金属Cu和Cr的一阶微分光谱的人工神经网络模型为最佳预测模型,重金属元素As的二阶微分光谱的偏最小二乘回归模型为最佳预测模型。     

基于高光谱成像技术的脐橙叶片的叶绿素含量及其分布测量

为实现脐橙叶片叶绿素含量无损检测及其分布可视化表征,采用高光谱成像技术,结合自适应重加权算法(CARS)和连续投影算法(SPA),筛选特征光谱变量,进行脐橙叶片叶绿素含量及可视化分布研究。选取叶绿素测量位置的7×7矩形感兴趣区域,提取并计算脐橙叶片平均光谱。基于Kennard-ston方法,将148个脐橙叶片样品划分成建模集和预测集(111∶37)。采用CARS和SPA算法分别筛选出了32个和6个叶绿素特征光谱变量,用于建立偏最小二乘(PLS)回归模型。采用37个未参与建模的脐橙叶片样品评价模型的预测能力,经比较,CARS-PLS和SPA-PLS模型均优于变量筛选前的PLS模型,且CARS-PLS和SPA-PLS模型的预测能力几乎相同,其预测集相关系数分别为0.90和0.91,均方根误差分别为1.53和1.60。SPA-PLS模型计算脐橙叶片每个像素点的叶绿素含量,经伪彩色变换,绘制了脐橙叶片叶绿素含量可视化分布图。实验结果表明:变量筛选方法结合高光谱成像技术,能够实现脐橙叶片叶绿素含量无损检测及叶绿素分布可视化表达,并简化了数学模型。     

基于多元定标法的脐橙Pb元素激光诱导击穿光谱定量分析

建立了利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术分析脐橙中Pb含量的多元线性回归定量分析模型.选用脐橙中Ca II 393.37 nm与Ca II 396.84 nm特征谱线强度之和、Pb I 405.78 nm特征谱线强度、在405.03—405.96 nm范围内Pb元素的谱线积分强度作为自变量,得到了回归关联式,通过方差分析和回归统计验证了关联式的可行性.结果表明,多元线性回归模型预测值与原子吸收光谱法检测值之间的相对误差最大值为12.99%,平均值为4.87%,并且利用这两种方法得到的结果拟合效果很好,拟合度达到0.995.这说明多变量的定标法能比较充分地利用光谱中的信息,降低基体效应的影响,从而提高LIBS定量分析的精确度,并对LIBS技术进一步应用于水果中重金属元素的定量检测提供了实验指导.     

脐橙放置方位对近红外光谱检测结果的影响

研究了不同放置方位对近红外光谱检测脐橙可溶性固形物(soluble solids content, SSC)结果的影响。按照脐橙果梗、窝底与入射光线所成角度的不同,分成垂直(90°)、平行(0°)和任意(不包含0°和90°)三种放置方位,并采用USB4000微型光纤光谱仪在465～1 150 nm范围内以半透射方式分别采集三种放置方位的脐橙光谱。脐橙样品数为336个,其中228个样本作为校正集,其余108个样本作为预测集。应用偏最小二乘回归并结合不同的预处理方法建立不同方位下的脐橙SSC预测模型,结果表明果梗、窝底与光源所成角度为垂直时脐橙SSC预测模型性能较优,其最好的模型相关系数r_c=0.93,RMSEC=0.37%,r_p=0.88,RMSEP=0.49%。     

基于中红外漫反射光谱的土壤重金属元素含量预测研究

研究了中红外漫反射光谱快速预测土壤重金属元素含量的可行性。以在南京江宁区和八卦洲采集的共161个土壤样品为例,利用偏最小二乘回归(PLSR)法对土壤中Ni,Cr,Cu,As,Zn,Pb,Hg和Cd等8种重金属元素数据进行了预测。通过对样品的中红外(MIR)漫反射光谱进行各种预处理,探讨了中红外光谱数据预处理对预测精度的影响,并比较了中红外光谱与可见光-近红外(VNIR)光谱对土壤重金属含量预测的精度。结果表明,依次经平滑、基线校正、多元散射校正预处理能显著提高中红外光谱数据的预测精度;经校正的中红外光谱对异地样品预测的均方根误差是可见光-近红外光谱的21%～73%,比VNIR波段更能准确预测异地样品中土壤重金属元素含量。研究表明,中红外漫反射光谱可以作为一种快速、非破坏方法预测土壤重金属元素含量,且比可见光-近红外精度高。     

用原子吸收光谱法分析铁路运输对周边脐橙种植园土壤元素的影响

铁路运输在推动路域经济发展的同时,也会对路域生态环境带来某些不良影响。水果品质与种植园土壤元素含量有直接关系,研究铁路周边脐橙种植园土壤元素含量对于农产品安全以及铁路周边生态环境建设都具有十分重要的意义。脐橙是一种人们十分喜欢的优质水果,在铁路周边尤其是四川省、重庆市、湖北省、江西省、贵州省等南方地区的铁路周边的栽种面积很大。应用原子吸收光谱法检测了四川省金堂县境内1997年建成的成达铁路沿线脐橙种植园土壤与对照土壤中Pb,Cd,Mn,Cu,Zn等多种元素的含量。结果表明, 铁路周边脐橙种植园土壤中重金属元素Pb和中量元素Mn比对照土壤增加明显,但重金属元素Cd与微量元素Cu和Zn在铁路周边脐橙种植园土壤与对照土壤之间差别并不明显。     

IWD-Hankel-SVD模型下玉米叶片光谱铜污染信息预测

近年来在工业化和城镇化快速发展的地区,由重金属污染导致的环境问题尤为突出,特别是农业重金属污染更为社会所关注,因此,探索快速便捷的重金属污染甄别与监测方法极为重要.高光谱遥感作为新兴的重金属污染监测技术已有了深入研究.提出了固有波长尺度分解(IWD)概念和方法,并结合Hankel矩阵和奇异值分解(SVD)等建立了植被重...     

基于支持向量机的矿区复垦农田土壤-小麦镉含量高光谱估算

以徐州柳新矿区复垦农田土壤-小麦为研究对象,采用传统采样检测方法分析土壤-小麦中重金属镉含量,借助ASD FieldSpec 3型便携式高光谱仪测量样品反射光谱,对光谱进行加权移动平滑、一阶微分变换、包络线去除以及倒数的对数变换,据此选择具有显著相关的土壤和小麦镉污染胁迫敏感波段作为相关因子,建立基于支持向量机的矿区复垦农田土壤-小麦镉含量高光谱估测模型.结果表明:以粉煤灰和煤矸石作为充填物料的复垦场地镉含量在土壤环境质量三级标准值之下,但是其上种植的小麦镉含量均超标,受到严重的镉胁迫;建立的模型能够较理想地进行土壤-小麦镉含量估测,土壤的估测模型相关系数为0.947,小麦的估测模型相关系数为0.782.该研究为监测复垦农田土壤及作物重金属污染提供新方法,为保障矿区粮食安全提供技术手段.     

近红外漫反射光谱检测赣南脐橙可溶性固形物的研究

研究了应用可见-近红外漫反射光谱技术快速检测赣南脐橙可溶性固形物的方法。以40个赣南脐橙为标准样本,利用漫反射光谱测定法获取完整赣南脐橙的可见-近红外光光谱(350～2 500 nm),采用多种光谱校正算法,选取不同的光谱波段范围对水果样本的漫反射二阶光谱进行有效信息的提取和分析,并结合偏最小二乘法和主成分回归等定量校正方法,建立了赣南脐橙可溶性固形物的定量数学模型。实验结果为: 在361～2 488 nm波段范围内,偏最小二乘法校正模型的预测精度最好,校正模型的相关系数为0.929,校正标准偏差和预测标准偏差分别为0.517,0.592,其预测集样本的预测值与真实值的相关系数为0.791。实验结果表明：应用近红外漫反射技术对赣南脐橙可溶性固形物的快速无损检测具有可行性。     

基于高光谱反射率的喀斯特地区土壤重金属锌元素含量反演

针对传统土壤重金属锌元素含量测定效率低下和喀斯特地区山高坡陡土壤样品采集难度大,亟需先进手段获取土壤重金属锌元素含量的要求,以喀斯特流域为研究区,利用电感耦合等离子质谱测定土壤样品的锌元素含量和分光光广度计采集土壤光谱数据。将所测定的原始光谱,经过连续统去除、一阶、二阶微分、倒数、倒数对数、倒数对数一阶、倒数对数二阶微分7种数学变换,基于高光谱吸收重金属元素的特征吸收带初步判断光谱特征变量,利用相关分析进一步筛选特征变量,运用逐步回归最终确定有效建模光谱变量。采用非线性和线性算法,揭示光谱敏感波段反射率与重金锌元素含量之间的映射关系,进行土壤重金属含量估测。结果表明：基于耦合的光谱特征变量甄选方式,锌元素的特征波段580,810,1 410,1 910,2 160,2 260,2 270,2 350,2 430 nm与铁氧化物、有机质、粘土矿物吸收带关联,表明一定程度上捕捉到喀斯特地区土壤重金属锌元素的光谱吸收特性;运用随机森林、支持向量机、偏最小二乘3种算法进行元素含量与光谱变量建模后,采用决定系数和均方根误差评价模型精度。从光谱变换形式和模型性能二个维度综合判断,基于二阶微分变换的随机森林算法准确度最高,为最佳估算模型。通过高光谱反射率估测重金属锌元素含量,实现了喀斯特地区土壤重金属锌元素含量的高效快速反演,为喀斯特地区重金属元素含量动态监测提供了可靠的技术支撑。     

玉米叶片重金属铅含量的SVD-ANFIS高光谱预测模型

重金属污染农作物后可通过食物链进入人体从而严重危害身体健康.如何快速准确地监测农作物中重金属含量已成为当今生态与粮食安全等领域的重要研究内容.常规的生化监测方法存在操作繁琐、过程长、具有破坏性等缺点,而高光谱遥感具有光谱分辨率高、信息量大、生化反演能力强、方便快捷、对监测对象无损伤等优势,因此利用高光谱遥感技术监测农作...     

激光击穿光谱检测赣南脐橙中铬元素的实验研究

为评估激光诱导击穿光谱技术(LIBS)对水果样品中重金属元素的检测潜力,选用在不同浓度梯度重铬酸钾水溶液中浸泡了30个小时的赣南脐橙样品进行LIBS实验,采集铬元素的特征谱线与峰值强度信息。在激光照射部位称取3 g左右的脐橙样品进行湿法消解,用原子分光光度计检测样品中的铬浓度。实验数据用Origin软件进行拟合后得到了谱线峰值强度和Cr浓度之间的关系曲线,即定标曲线,二者有线性关系,线性相关度0.981 66。由检测限公式计算得到铬浓度的检测限为11.68 μg·g-1。采用该定标曲线即可对赣南脐橙中的铬元素进行定量检测。实验结果表明LIBS技术是一种检测、定量分析水果样品中重金属元素含量的有效手段。     

矿区复垦农田土壤重金属含量的高光谱反演分析

以矿区复垦农田土壤为研究对象,利用实验室获取的土壤重金属元素砷(As)、锌(Zn)、铜(Cu)、铬(Cr)和铅(Pb)的含量与土壤可见近红外高光谱数据建立重金属元素含量的定量估算模型。为了保证模型预测的精度和稳定性,首先,对原始光谱数据进行平滑处理,并进行光谱变换,即：一阶导数,标准正态变量变换及连续统去除变换;然后,通过相关性分析提取不同变换光谱的特征波段;最后,将最小二乘支持向量机与传统的多元线性回归和偏最小二乘回归方法的结果相比较。研究表明：(1)以不同变换光谱数据建立反演模型均有较好的稳定性并达到一定精度,其中以最小二乘支持向量机方法优于偏最小二乘回归优于多元线性回归模型(除少数几个情况外);(2)从不同光谱变换数据中提取的光谱特征对反演模型结果有一定影响,其中以连续统去除和标准正态变量变换建模结果较好,一阶导数变换稍差。因此,利用高光谱遥感技术来定量估算土壤重金属含量是可行的,而且,必要的光谱预处理对提高估算模型的精度很有帮助。     

基于近红外漫反射光谱的丁香蓼叶片重金属铜含量快速检测研究

植物中的重金属离子以一定形式与具有近红外吸收的有机分子基团结合, 因此可以借助近红外光谱技术间接检测其重金属离子含量。研究了基于近红外漫反射光谱技术快速检测丁香蓼叶片中重金属铜含量的方法。通过不同光谱数据预处理方法的对比,结合偏最小二乘法,建立了丁香蓼叶内重金属铜含量近红外光谱检测定量模型。实验结果为,经过平滑处理的光谱建模效果较理想,其建立的校正相关系数为0.950,校正均方根误差为5.99;外部验证相关系数为0.923,预测均方根误差为7.38。研究表明,近红外漫反射光谱技术用于丁香蓼叶片中重金属铜含量的快速检测具有可行性。     

果皮对脐橙可溶性固形物可见/近红外检测精度的影响

利用可见/近红外半透射光谱技术对未剥皮(完整)和剥皮脐橙的可溶性固形物(SSC)进行检测,探索果皮对脐橙SSC检测精度的影响。采用QualitySpec型光谱仪获取未剥皮和剥皮脐橙在350~1 000 nm波段的可见/近红外光谱,并从光谱和模型性能两方面分析果皮的影响。对未剥皮和剥皮脐橙平均光谱进行比较,并提取前20个主成分进行多元方差分析;应用偏最小二乘(PLS)回归结合不同预处理方法分别建立未剥皮和剥皮脐橙SSC的预测模型,对预测模型性能进行比较,并对预测集样本的预测残差平方进行方差分析。结果表明,在5%置信水平下,果皮对脐橙SSC检测精度的影响是显著的。未剥皮和剥皮脐橙SSC的最优PLS模型的预测集相关系数和预测均方根误差分别为0.888,0.456%和0.944,0.324%。     

利用ICP-MASS研究有机培肥土壤重金属淋溶特征

以下辽河平原11年长期定位试验为平台,采用原状土柱淋溶实验,通过比较不同用量有机肥处理土壤重金属积累情况及其淋溶特征,探讨了雨养农业条件下有机培肥措施对土壤表层重金属（Cu,Zn,Cd和Cr）积累的影响,阐述了重金属在土壤表层(0～20 cm)中的积累特征明确了重金属元素的淋溶特点和垂直迁移规律(0～60 cm)。研究表明,随着有机肥用量增加,表层土壤中Cu,Zn,Cd和Cr的含量都随之升高,积累速度为Cd＞Cu＞Zn＞Cr。根据中国土壤环境质量标准(GB15618-1995),即使施入50 t·ha-1有机肥料,也未造成表层土壤Cr, Cu和Zn的污染,其中Cr仍符合Ⅰ类土壤质量标准,而Cu和Zn符合国家Ⅱ类土壤质量标准,但对Cd而言,此时表层土壤含量已接近国家Ⅲ类土壤质量标准阈值,存在较大风险,应引起足够重视。土柱淋溶实验表明,只有个别淋溶液Cu和Cd浓度属于国家Ⅲ类水质量标准（GB/T14848—93）,其余均符合国家Ⅱ类及以上水质标准,且所有淋溶液Cr的含量都符合国家Ⅰ类水质标准,表明在下辽河平原,即使有机肥使用量达到50 t·ha-1时,仍未对地下水构成任何风险。另外,淋溶液中的重金属含量均随土层深度增加呈现下降趋势(Cr除外),表现出重金属不易下移的特点,但相对而言,Zn和Cr向深层土壤淋溶能力较强,Cu和Cd则更易积累在表层土壤。