铜离子胁迫下玉米叶片污染信息的SM-DMFD探测模型

通过设置不同浓度铜离子(Cu2+)胁迫梯度的玉米盆栽实验,在采集了不同类型玉米叶片的光谱数据以及测定其Cu2+含量的基础上,通过建立叶片光谱变异的信息甄别模型(SM),并采用光谱谐波分析(HA)预处理、经验模态分解(EMD)、离散小波多层分解、量规法分形维数(DMFD)计算等方法,构建了玉米叶片光谱污染信息的SM-DMFD探测模型。同时,利用常规的绿峰高度(GH)、红边位置(REP)、红边最大值(MR)、红边一阶微分包围面积(FAR)和盒维数法(BDM)等植被重金属污染信息监测方法进行应用结果比较与分析,实验结果表明:SM-DMFD模型应用所得DMFD值与所测玉米叶片中Cu2+含量的相关系数R和拟合判定系数R2分别达到0.986 0和0.972 3,说明该模型能够有效甄别光谱间差异信息并能判别叶片的污染程度,从而验证了SM-DMFD模型在玉米的Cu2+污染信息监测方面具有更好的有效性和优势。而且,通过对玉米污染信息不同探测方法的监测结果进行可视化,也验证了SM-DMFD模型监测效果最为理想。     

基于CWT-HHT的玉米叶片铜离子污染信息探测

为了准确探测农作物在不同浓度重金属污染下叶片光谱间微弱的畸变信息,本研究通过设置不同浓度铜离子（Cu2+）胁迫下的玉米盆栽实验,在采集了不同梯度下玉米叶片光谱并测定同期叶片Cu2+含量的基础上,采用连续小波变换（CWT）结合希尔伯特-黄变换（HHT）的方法,构建CWT-HHT算法以探测玉米叶片光谱重金属污染信息,同时与红边位置（REP）、红边归一化指数（NDVI705）和红边植被胁迫指数（RVSI）等常规的植被指数监测方法进行对比分析。结果表明：基于CWT-HHT探测方法提取的瞬时能量峰值呈现先升高、后降低的趋势,与玉米叶片Cu2+含量变化趋势一致。而且通过与植被指数监测农作物重金属污染的方法对比,证明CWT-HHT探测结果最优,表明CWT-HHT方法在玉米叶片重金属Cu2+污染信息探测方面具有可行性。     

基于SD-SWT的铜胁迫下玉米光谱奇异性甄别与污染监测

为甄别重金属铜(Cu)胁迫下玉米光谱的弱差及奇异信息以监测玉米受Cu污染的程度,于2017年设置多浓度Cu胁迫下玉米培株盆栽实验,测定玉米叶片反射光谱和Cu含量数据,将一阶光谱微分(SD)和离散平稳小波变换(SWT)相结合,定义并提取小波奇异指数(WSI),进行光谱的奇异性甄别,并与常规的光谱特征参数进行对比;结合逐步多元线性回归(SMLR)算法,构建玉米叶片Cu含量的WSI-SMLR反演模型,同时利用不同年份采集的玉米叶片反射光谱和Cu含量数据验证反演模型的可行性及稳定性,并与一些已有的类似研究成果进行对比。结果表明:相比于常规的光谱特征参数,WSI与玉米叶片中的Cu含量有更显著的相关性及线性关系,可用来监测玉米叶片中的Cu含量变化;与一些已有的类似研究成果相比,WSI-SMLR模型反演玉米叶片中Cu含量的精度更高且更稳定。研究验证了小波奇异指数在监测玉米Cu污染方面具有有效性和优越性,为监测农作物重金属污染提供了新的光谱奇异指数与技术方法。     

玉米铜污染实时动态监测的高光谱分形维数模型

重金属Cu~(2+)在玉米植株中过量积累会破坏其组织细胞结构,降低叶绿素含量,使植物代谢紊乱,都将在光谱上表现变化。传统监测污染的方法费时费力,不能满足快速实时监测的需求。农作物污染监测中的高光谱遥感监测应用技术是当前研究的重点。通过设置不同Cu~(2+)浓度的盆栽试验,测得不同Cu~(2+)胁迫浓度下玉米叶片的Cu~(2+)含量、叶绿素含量以及高光谱反射率数据,系统分析玉米叶片光谱曲线的特征以及不同Cu~(2+)胁迫浓度下的光谱分形维数与光谱指数变化的情况,建立玉米叶片Cu~(2+)浓度、光谱分形维数和光谱指数的空间分布,研究Cu~(2+)定性分析中光谱指数与光谱分形维数的关系。结果发现,光谱分形维数比光谱指数能更好地反映Cu~(2+)污染下玉米植株的生理特征的变化,从而可以成为大范围监测玉米Cu~(2+)污染的甄别依据。     

重金属铜胁迫玉米叶片的光谱响应特征

为研究玉米叶片的反射光谱特征在受重金属铜胁迫时发生的变化,通过玉米铜胁迫种植试验,分析不同浓度铜胁迫对玉米叶片叶绿素及铜含量的影响,同时根据12个特征波段及其归一化植被指数、光谱角及作者提出的光谱差之和与光谱差均值描述铜胁迫叶片的光谱特征。结果表明:随着土壤中Cu2+浓度升高,玉米叶片铜含量逐渐增加,叶绿素含量逐渐降低;可采用光谱特征波段、归一化植被指数、光谱角、光谱差之和与光谱差均值的方法识别铜胁迫玉米叶片和健康玉米叶片之间的光谱差异。     

玉米叶片铜污染的EEMD-MA-FD光谱诊断模型

以铜为例探讨重金属不同胁迫浓度下玉米叶片光谱的微弱信息量差异,在2017年测定的玉米叶片光谱数据和Cu~(2+)含量的基础上,结合集成经验模态分解(Ensemble empirical mode decomposition,EEMD)、Mallat算法(MA)和分形维数(Fractal dimension,FD)构建EEMD-MA-FD光谱诊断模型来进行光谱弱信息变换监测。与红边最大值、蓝边最大值等常规重金属污染监测方法进行对比分析,验证EEMD-MA-FD模型在玉米叶片铜污染监测中的优越性,最后利用2016年采集的光谱数据作为检验数据验证模型的稳定性。结果显示,玉米叶片Cu~(2+)含量与EEMD-MA-FD模型结果存在较强的相关性,相关系数为-0.942 2,检验数据Cu~(2+)含量与模型结果相关系数为-0.993 7,与实验结果有较高的一致性。由此验证了EEMD-MA-FD诊断模型在农作物重金属铜污染监测中的可行性。     

铜胁迫下玉米光谱变化的奇异性诊断指数与污染甄别

通过研究不同程度铜污染胁迫下玉米光谱奇异性变化特征来诊断玉米受Cu2+污染程度。通过设置不同铜胁迫浓度下的玉米盆栽实验,根据实测的SVC高光谱数据和Cu2+含量数据,采用经验模态分解(EMD)与小波变换相结合的方法提取玉米光谱奇异信息,并构建奇异性诊断指数对玉米光谱奇异性进行定性分析,从而实现玉米铜污染程度的甄别。同时与常规的绿峰高度、红边最大值、红边一阶微分包围面积等植被重金属污染信息监测方法进行比较来验证该方法的有效性。结果显示:奇异性诊断指数(SI)与玉米叶片中Cu2+含量存在较强的相关关系,SI随叶片中Cu2+含量的增加而增大,其相关系数达到0.972 4,从而证明光谱奇异性诊断指数能有效地诊断叶片光谱的奇异性变化及其污染程度,为作物重金属污染监测提供参考依据。     

镧对铜胁迫下玉米幼苗叶片抗氧化系统的影响

为探讨La促进作物生长、增强抗逆性的生理基础,以玉米(Zea maysL.)幼苗叶片为材料,研究了Cu2+胁迫下La3+对玉米幼苗抗氧化系统的影响.结果表明:0.5 mmol/L Cu2+处理促进了脯氨酸(Pro)、可溶性糖和丙二醛(MDA)的积累,显著提高了细胞质膜透性(RMP)及POD和CAT的活性;随着La3+浓度的升高,Pro、可溶性糖和MDA含量先下降后上升,保护酶POD和CAT活性呈下降-上升-下降趋势.说明适宜浓度的La3+降低了细胞内Cu2+胁迫诱导的膜脂过氧化产物和渗透物质的积累,延缓膜透性的增加,缓解了活性氧自由基的产生,从而缓解Cu2+对玉米幼苗的伤害,La3+最佳作用浓度为80 mg/L,La3+浓度160 mg/L及以上则与Cu2+协同作用加剧对玉米幼苗的伤害.     

铜污染土壤中耐铜微生物的筛选与分离

[目的]探索受铜污染土壤的微生物修复方法。[方法]运用单因素分析方法对受铜浓度胁迫的微生物进行筛选分离以及驯化。[结果]分离得到4种不同菌株,其中MD1菌株的铜耐受极限为4 000 mg/L,MD2菌株的铜耐受极限为6 000 mg/L,N1菌株的铜耐受极限为1 000 mg/L,ML菌株的铜耐受极限为8 000 mg/L。经TAS-990F火焰原子分光光度计检测后其对铜离子吸附能力依次为10.420、16.884、9.764、23.309 mg/g。[结论]ML菌株能较好地生成菌胶团,可作为耐铜微生物工业化生产的优良菌种。     

铜胁迫下硫对玉米叶片叶绿素及MDA含量的影响

以农大108号玉米为供试材料,通过室内盆栽方法,测定Cu(+Cu)和S（+S）处理及二者共同处理（+Cu+S）下玉米苗期和拔节期生物量、叶片SPAD值及丙二醛（MDA）含量变化。结果表明,不同处理在玉米苗期和拔节期的生物量分别表现为CK>+S> +Cu+S>+Cu及+S>CK>+Cu+S>+Cu,说明铜污染对玉米生长有明显的抑制作用,而增加硫营养可减轻铜对植株的毒害。玉米苗期不同处理间叶绿素含量差异显著。在拔节期,+Cu处理对SPAD值的影响显著增加,但补充硫营养后可明显减小铜对叶绿素的抑制作用。苗期铜对叶片MDA含量的影响显著,可导致MDA含量增大,说明铜胁迫可引起膜质过氧化程度加剧,其产物MDA的积累增加;+S与CK处理间变化不明显,但+Cu+S较+Cu处理的MDA的积累明显减少,说明硫营养体现出一定的抵御铜胁迫的作用。     

铜离子、铅离子胁迫的玉米冠层微分光谱与污染效应

通过设置玉米在不同浓度重金属铜、铅处理下的污染试验,测定玉米冠层在不同浓度重金属铜、铅污染下的高光谱反射率及其对应玉米叶片中的叶绿素、铜含量,分析玉米叶片中的叶绿素含量与土壤中重金属铜、铅浓度的关系,受不同浓度重金属铜、铅污染的冠层光谱的一阶、二阶、三阶、四阶微分光谱及其所对应的微分光谱角的区别,以及微分光谱及其所对应的微分光谱角与叶片中重金属铜含量的相关性。结果表明,玉米叶片中的叶绿素含量与土壤中Cu2+、Pb2+含量呈负相关;微分光谱波段位置的微分值和微分光谱角值可明显分辨受不同浓度重金属铜、铅的污染,微分光谱波段位置的微分值和微分光谱角值与叶片中重金属铜含量有显著相关性。     

铜锌复合胁迫下禾本科观赏草的富集、转运效应评价

研究禾本科观赏草在土壤重金属铜、锌复合污染下的富集、转运效应,筛选出耐性品种,为挖掘超富集植物及推动利用植物修复铜、锌污染环境提供参考依据。以9种常见禾本科观赏草作为试验植材,设置5个胁迫梯度,采用盆栽控制法,探究供试观赏草体内铜、锌含量分布状况并分析其对铜、锌的富集能力与转运特征。结果表明,不同供试观赏草吸收重金属铜、锌的能力存在差异;不同部位吸收重金属铜、锌的能力亦差异显著,供试观赏草地上部吸收锌的能力强于地下部,而地下部吸收铜的能力强于地上部。供试观赏草富集、转移锌的能力均强于铜,在锌富集系数、转运系数方面高于铜。采用隶属函数法及Q型聚类分析法,当相对距离为7.5时,可将供试观赏草划分为高、中、低铜锌积累型3类,丽色画眉草、细叶芒综合表现最强且属于高铜锌积累型。     

某铜选冶场地土壤重金属污染特征及风险评价

【目的】了解铜选冶场地重金属污染特征,为场地污染评价及土壤修复提供科学依据。【方法】测定场地土壤重金属(Cd、As、Hg、Cu、Cr、Ni、Pb)含量,采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、地累积指数法及潜在生态危害指数法评价场地土壤重金属污染情况,结合相关性分析、主成分分析对重金属来源进行分析。【结果】研究区土壤重金属含量相对较高,Cu、Pb、Cd、As、Hg 5种重金属元素的平均含量均高于云南省土壤背景值。重金属单因子污染结果表明Cr元素属于重度污染,As元素属于轻度污染,其余Cu、Ni、Pb、Cd、Hg元素均为清洁状态。内梅罗综合污染指数分析表明研究区属于重度污染。地累积指数结果显示Hg元素为中度累积,Cd、As元素为偏中度累积,Cu元素为轻度累积,Pb、Cr、Ni元素为无累积。重金属潜在生态危害单项指数Hg>Cd>As>Cu>Pb>Ni>Cr, Hg、Cd元素为很强生态风险,其余5种重金属均为轻微生态风险,整体上研究区生态风险属于强生态风险。研究区属于复合污染,土壤重金属污染受人类活动和自然因素共同影响。【结论】研究区土壤中Hg、Cd、...     

3种含磷材料修复铜镉复合污染土壤的研究

以冶炼厂附近的实地污染土壤为材料,采取室内模拟法研究了磷酸二氢钙(CDP)、钙镁磷肥(CMP)和骨粉(BM)3种典型含磷材料对铜(Cu)、镉(Cd)复合污染土壤的修复效果。结果表明,3种含磷材料添加后均可使土壤中Cu、Cd等重金属从有效性高的形态向有效性低的形态转变;其中,以CMP的钝化效果最好,且随着含磷材料比例的增加,钝化效果逐渐增强。例如磷与重金属的摩尔比为4.0的钙镁磷肥处理后,土壤中无机结合态Cu和残渣态Cu的百分比之和最高可达78.91%,有效态Cd百分比从10.37%降到了0.19%,残渣态Cd的百分比则从66.53%增至84.84%。     

基于SD-SVD-Burg的玉米叶片铜铅污染甄别与程度诊断

为研究一种快速甄别作物受重金属污染的元素类别和所受污染程度的方法,于2017年设置不同梯度铜(Cu)、铅(Pb)胁迫下的玉米盆栽实验,对玉米的紫谷、绿峰和红边3个光谱特征区间的高光谱数据进行光谱一阶微分和奇异值分解处理,并结合Burg算法绘制功率谱密度曲线,同时利用2014年采集的光谱数据作为验证组检验该模型的稳定性。结果表明:健康玉米叶片与不同浓度Cu、Pb胁迫下玉米叶片光谱信号的功率谱密度曲线的波峰数及波峰坡度均不相同。功率谱曲线平均功率和玉米叶片中Cu、Pb含量的相关系数最高可达0.9958,证明该方法在对玉米进行污染元素种类辨别和污染程度诊断方面具有可行性,不同年份Cu与Pb胁迫下绿峰功率谱曲线平均功率与玉米叶片中Cu、Pb含量的相关系数分别为0.9213和0.9915,进一步验证该算法在玉米Cu、Pb污染诊断方面具有稳定性与普适性。     

菌肥对铜污染土壤玉米苗期光合特性的影响

采用盆栽试验,研究了在铜(100 mg·kg-1)污染土壤中,施用菌肥(0,50,100,200 g)对不同品种玉米(晋单56号、长玉16号、大正2号)苗期光合特性(净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率和气孔导度)的影响。结果表明:(1)施入菌肥100 g,大正2号、长玉16号和晋单56号玉米的苗期净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的值有明显的增加,且含量均高于其他处理,胞间CO2浓度均低于其他处理。(2)大正2号玉米在施用菌肥100 g处理下,苗期叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的含量均高于其他品种玉米,而叶片的胞间CO2浓度含量低于其他品种玉米。4种光合特性的值分别为:8.34,3.08,69.3,23.3μmol·m-2·s-1。由此可见,在铜污染土壤中施入菌肥,对不同品种玉米苗期净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均有明显的促进作用,对胞间的CO2浓度有明显的抑制作用,即大正2号玉米在施用菌肥100g时,苗期光合作用最强。     

铜胁迫下玉米叶片的水分吸收光谱响应及其污染程度预测模型

通过不同浓度硫酸铜(CuSO_4)污染土壤的盆栽玉米培养胁迫试验,并依据不同铜胁迫浓度下玉米叶片的反射光谱及其Cu~(2+)含量实验室测定数据,分析不同铜浓度下叶片水分吸收波段的多种光谱参数和含水量指数变化趋势,讨论水吸收光谱区间吸收深度及吸收面积与叶片中Cu~(2+)含量之间的相关性,提出相应的铜污染程度预测模型。试验结果表明,当玉米受到重金属铜污染时,叶片含水量减少,水分吸收谷变浅,且随着铜污染梯度的升高,光谱曲线在水吸收波段呈水平趋势;水吸收深度、吸收面积以及各叶片含水量指数与叶片中Cu~(2+)含量有显著相关性。研究得出,基于叶片光谱的水吸收深度、吸收面积以及归一化水指数(NDWI)可以有效地预测玉米受重金属铜污染程度。     

遥感同化WOFOST模型动态监测水稻重金属污染胁迫

为研究土壤重金属污染对作物生长尤其是根系生长的影响,探讨了利用遥感与作物生长模型同化方法获取水稻根重WRT(Weight of Root)的变化,进而动态监测水稻重金属污染胁迫的可行性。以吉林省长春市两块不同污染水平的水稻种植区为研究对象,以叶面积指数LAI(Leaf Area Index)为结合点,使用灰色关联度分析选择与根重关联度最高的作物参数CVR(干物质转化为根重的效率,Efficiency of Conversion into Roots),通过粒子群优化算法PSO(Particle Swarm Optimization)优化CVR,实现作物生长模型WOFOST(World Food Studies)与CCD遥感数据的同化,并用同化后的WOFOST模型模拟WRT进行水稻重金属污染胁迫状况分析,最后对研究区水稻重金属污染胁迫进行了分级评价。结果表明,整个生长期污染严重区域水稻根重比污染较轻区的水稻根重低,二者比值范围为0.894~0.972,均值为0.922,在水稻分蘖期比值最低达到0.894。可见根重的变化是监测水稻重金属污染胁迫的有效指标,该方法能够在水稻生长的早期(分蘖期)就监测到重金属污染胁迫。     

镉与铜胁迫下无柄小叶榕的生理响应

为研究无柄小叶榕对土壤中镉(Cd)和铜(Cu)两种重金属的抗性能力,解决日渐严重的城市土壤重金属污染问题,并探讨不同浓度的Cd与Cu胁迫对无柄小叶榕生长生理的影响,以盆栽无柄小叶榕作为试验材料,清水为对照,设置不同浓度的Cd2+和Cu2+16个处理,研究了Cd、Cu胁迫对无柄小叶榕光合作用、丙二醛(MDA)含量及抗氧化酶活性等的影响。结果表明:随着Cd、Cu胁迫浓度升高,无柄小叶榕中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)与过氧化物酶(POD)活性呈逐渐增强的趋势;不同水平的Cd、Cu复合胁迫下,随着重金属胁迫浓度增加,无柄小叶榕植株叶绿素a与叶绿素b含量随着胁迫浓度增加而降低,最低值出现在Cd2+为50 mg·kg-1与Cu2+为400 mg·kg-1处理组,是对照组的32.2%与35.9%。无柄小叶榕可在一定程度上抵抗Cd、Cu产生的胁迫影响。