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1.
监测农作物的重金属污染和污染程度是高光谱遥感研究的一个热点。通过盆栽玉米的不同Cu~(2+)胁迫梯度实验,在测定玉米叶片光谱和Cu~(2+)含量的基础上,针对不同Cu~(2+)胁迫梯度下玉米叶片光谱仍具有极高相似度以及传统光谱测度方法难以区分污染程度的问题,进行相似光谱的差异性有效区分方法研究。结合欧氏距离(ED)与光谱微分梯度角(DSAG)的正切处理,提出了一种基于光谱相似性测度的ED-T-DSGA光谱分析模型,并通过传统光谱测度方法应用比较、谐波分析(HA)技术和5种HA分解次数下的光谱重构结果分析,验证了ED-T-DSGA分析模型在区分极度相似光谱的微小差异上具有可行性与有效性。同时,ED-T-DSGA分析模型可用于测度不同Cu~(2+)胁迫梯度下玉米叶片光谱间差异与污染程度。实验结果表明,ED-T-DSGA分析模型值越大,Cu~(2+)胁迫梯度越大,玉米的重金属铜污染越严重;并且基于ED-T-DSGA分析模型进一步提取到"黄边"、"红谷"、"红边"和"近峰B"为Cu~(2+)胁迫光谱响应的有效波段,这些敏感位置可为监测Cu~(2+)污染程度提供有利依据。 相似文献
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根据不同Cu~(2+)胁迫梯度下玉米叶片光谱及叶片中Cu~(2+)含量数据,利用经验模态分解(EMD)获取不同胁迫梯度下叶片光谱的各阶本征模态函数(IMF),选IMF4进行HHT包络谱分析,研究了玉米叶片在不同Cu~(2+)胁迫梯度下光谱的Hilbert包络谱变化特征与污染程度预测方法。通过构建包络谱峰值指标(E_1)和包络谱峭度系数(E_2)特征参量,分析叶片在不同Cu~(2+)胁迫梯度下的包络谱变化;同时基于包络谱特征参量值与叶片中Cu~(2+)含量的相关性分析和逐步回归统计,建立了玉米叶片重金属污染的Cu~(2+)含量的单、双因素变量预测模型。实验结果表明:不同Cu~(2+)胁迫梯度下,玉米叶片光谱的包络谱为分布在100 Hz频率以内的连续谱;E_1和E_2值均表现出与叶片中Cu~(2+)含量呈正相关的变化趋势,两个包络谱特征参量值都在Cu(150)位置达到最大值;由于E_1和E_2值与叶片中Cu~(2+)含量都具有良好的相关性,可把E_1和E_2作为监测玉米重金属污染预测指标。根据E_1、E_2单因素及双因素变量构建的Cu~(2+)含量预测模型应用结果比较,表明E_1、E_2双因素变量构建的模型具有最优的预测能力。 相似文献
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重金属污染会引起作物光谱畸变,本文通过挖掘光谱信息中微弱的畸变信息诊断玉米受污染程度。将变分模态分解(VMD)运用到高光谱弱信息探测中,并结合多尺度熵(MSE)构建VMD-MSE光谱弱信息探测模型,同时利用模型值VM进行Cu2+含量回归分析与建模。结果表明:对原始光谱数据进行3次VMD分解后,可有效提取光谱奇异特征;计算VMD结果的MSE值,可获取5个尺度的模型值。各尺度模型值VM与玉米叶片中Cu2+含量呈现显著负相关,其中第一尺度模型值(VM1)与叶片中Cu2+相关性最好。对各尺度VM构建的Cu2+含量预测模型应用结果进行比较,证明VM1线性回归模型预测效果最优。表明VMD-MSE模型可为作物污染信息提取、污染诊断及Cu2+含量预测提供思路与方法。 相似文献
4.
为探测重金属铜污染胁迫对玉米叶片光谱的影响,判别玉米植株受铜污染胁迫的程度,在地面设置了11个梯度铜胁迫玉米盆栽实验,获取了玉米在出苗期、拔节期和出穗期的老叶光谱、叶绿素含量以及出穗期叶片铜含量,阐述了利用前3次谐波子信号振幅C1、C2与C3探测玉米叶片光谱弱畸变的机理,并选取出苗期、拔节期和出穗期玉米老叶光谱480～670 nm与670～750 nm两波段进行谐波分析,解析了前3次谐波子信号振幅C1、C2、C3与铜胁迫梯度间的规律。研究得出:出苗期,在Cu(100)到Cu(1200)梯度范围内,随铜胁迫程度增加,玉米老叶光谱在480～670 nm与670～750 nm两波段的谐波振幅C1逐渐增大,利用谐波振幅C1可以判别与区分玉米植株受铜胁迫程度;拔节期,在480～670 nm与670～750 nm两波段、所有设置胁迫梯度内,谐波振幅C1、C2、C3特征变化规律不明显;出穗期,从Cu(50)到Cu(1200)梯度范围内,除Cu(1000)外,在480～670 nm波段的谐波子信号振幅C1随胁迫梯度增加而增大;玉米出苗期与出穗期是利用谐波子信号振幅特征进行铜胁迫程度判别与分析的最佳生长阶段。 相似文献
5.
水稻是我国主要粮食作物,在粮食安全中占有极其重要的地位,镉(Cd~(2+))和铅(Pb~(2+))是稻田水中常见的重金属污染物,受到污染的水用于下游农田的灌溉,将进一步扩大重金属的污染,给人们食品安全和身体健康造成威胁,因此稻田水中重金属污染的检测非常重要。本文以差分脉冲阳极溶出伏安法,制备了氮掺杂石墨烯修饰的电极并使用该电极对稻田水溶液中镉(Cd~(2+))、铅(Pb~(2+))两种重金属的含量进行检测,并在华南农业大学跃进农场水稻田采集了水样,经过室内试验测得,该水样质量达标。 相似文献
6.
选用豆科红花合欢为试验材料,采用盆栽培养方式,研究红花合欢在不同铜(Cu~(2+))浓度胁迫下对其生长、耐性生理的影响。红花合欢的根在不同Cu~(2+)含量下MDA相对含量呈现降低趋势。 相似文献
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残膜污染严重制约了西松辽地区节水农业的可持续发展,为探究寒旱区不同秸秆覆盖量对滴灌玉米土壤热环境、生长以及水分利用效率的影响,确定西松辽平原滴灌玉米适宜的秸秆覆盖量。试验以无覆盖为对照,设置M1.20(秸秆覆盖量12 000 kg/hm~2)、M0.85(秸秆覆盖量8 500 kg/hm~2)、M0.50(秸秆覆盖量5 000 kg/hm~2)和地膜覆盖4个处理进行对比研究。结果表明:滴灌玉米秸秆覆盖量达到8 500 kg/hm~2在播期可以达到与地膜覆盖相近的播层热环境,有利于种子的萌发,且其经济产量较地膜覆盖差异不显著(p0.05)。各秸秆覆盖处理对株高的影响在苗期最为显著,表现为随着秸秆覆盖量的增加而增加,这是由于较高的秸秆覆盖量处理可提前玉米出苗时间。秸秆覆盖量达到8 500 kg/hm~2处理在生殖生长阶段LAI不会显著低于地膜覆盖,且在生长后期处理M0.85保持了较大的LAI,而且LAI下降速率较处理PM、M1.20显著(p0.05)减缓了23.6%、21.3%,冠层叶片衰退的时间滞后于处理PM、M1.20,在生长后期保持了较高的光合面积,延长了光合作用的时间,具有一定的后效性。研究表明,西松辽平原滴灌玉米8 500 kg/hm~2秸秆覆盖量可作为替换地膜覆盖的材料。 相似文献
8.
为了在病害发生条件下进行玉米LAI的遥感估算,针对41个不同抗性的玉米自交系品种,通过人工接种方法,获得了不同病害严重程度(1～9级)的LAI数据,同时采集了地面高光谱和无人机多光谱数据,构建了K近邻算法、支持向量机、梯度提升分类树和决策分类树分类模型对病害进行分类,对玉米种质资源抗病性进行了划分。基于不同玉米病害胁迫程度分类结果,采用随机森林回归、梯度提升回归树、极端梯度增强算法、轻量梯度提升机4种机器学习模型对玉米LAI进行反演,讨论了不同模型在病害胁迫下的鲁棒性。研究结果表明,对不同生育期玉米病害程度进行划分,基于地面高光谱识别精度分别为84.72%(梯度提升分类树)、47.67%(支持向量机)、55.05%(K近邻算法)、83.02%(决策分类树)。基于病害分类结果,本文利用无人机多光谱数据估算了不同病情等级胁迫下的玉米LAI。构建了4种集成学习模型对不同病情等级的LAI进行估算,4个LAI反演模型的总体反演精度(rRMSE)分别为：19.11%(梯度提升回归树)、15.94%(轻量梯度提升机)、14.51%(随机森林回归)和15.45%(极端梯度增强算法)。其中极端梯度增强算... 相似文献
9.
《中国农机化学报》2019,(3)
为实现小麦叶片含水量精准检测,该文提出基于主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和长短时记忆网络(long Short-Term Memory,LSTM)构建预测模型对小麦叶片含水量进行精准检测。试验以济麦22号小麦为研究对象,均匀划分其种植区域并灌溉不同水量以作叶片水分梯度分析;然后采集叶片图像并提取叶片R、G、B颜色特征值,运用灰度梯度共生矩阵提取均值、灰度熵、逆差距、梯度熵、混合熵、惯性、等15个纹理特征值,形状特征值提取面积、宽、伸缩率;最后基于主成分分析对提取特征值进行降维处理,并分别应用BP神经网络、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)进行检测对比。试验证明:该模型平均绝对误差、平均绝对百分误差、均方根误差分别为0.002、0.002和0.011,均优于传统预测方法,具有良好的预测性能和泛化能力。由此表明,该方法切实可行,能够满足小麦叶片水分预测的实际需要,为后期研发智能灌溉系统提供坚实理论指导。 相似文献
10.
对白菜和萝卜进行再生水滴灌大棚试验,与地下水滴灌为对照,分析研究了再生水滴灌后土壤和植物地下及地上部分中重金属积累分布情况。结果表明:重金属主要在土壤表层(0~40 cm深度处)积累,浓度随深度降低,40~80 cm深度处无明显差异,80~100 cm深度处重金属含量突增,浓度最高,100~180 cm深度处重金属含量急剧降低,180~220 cm深度处重金属浓度无差异。对植物地下及地上部分进行研究,发现再生水滴灌使白菜和萝卜地上部和根系中Pb~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)的含量增加显著。 相似文献
11.
为辨别农作物所受重金属胁迫种类,以受重金属铜(Cu)、铅(Pb)胁迫的玉米叶片为研究对象,利用ASD地物光谱仪获得叶片高光谱数据,通过分数阶微分(FD)对原始光谱数据进行处理,采用竞争性自适应重加权采样法(CARS)提取特征波段,最后通过多层感知机(MLP)、K-最近邻(KNN)、支持向量机(SVM) 3种模型对受胁迫的叶片光谱进行辨别,选择最优的MLP构建的FD-CARS-MLP模型,进行玉米生长铜铅污染信息光谱辨别。结果表明,FD-CARS-MLP模型对于受胁迫叶片光谱辨别的能力相较于传统方式有所提高,试验集辨别精度均可达到98%以上,0.1、0.2阶分数阶微分辨别精度可达到99%以上。选取苗期与抽穗期的玉米叶片,对其进行FD-CARS-MLP模型的可行性测试,经验证可得,FD-CARS-MLP模型辨别受重金属胁迫玉米叶片光谱数据的精度更高且更稳定,可为监测谷类作物不同重金属胁迫提供技术与方法。 相似文献
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巢湖流域典型农田土壤重金属污染评价与地理探测分析 总被引：8，自引：0，他引：8
为了分析巢湖流域农田土壤重金属污染特点,选择位于巢湖西部的A村进行了实地土壤样品采集,利用XRay荧光光谱仪对Zn、Cr、Cd、Hg、Pb、As、Cu、Ni 8种重金属元素进行测定,利用污染指数法和潜在生态风险指数法,对土壤重金属污染程度、空间分布和潜在生态风险进行评价。为了进一步分析土壤重金属污染的来源,采用主成分分析和聚类分析对重金属来源进行分类;利用地理探测器,选择高程、距铁路距离、距村庄距离、距公路距离、距水库距离和农用地分类作为变量因子,分析其与重金属污染分布的空间相关关系。研究结果表明,A村主要受到Hg(P_i17.2)、Cd(Pi10.3)污染;Pb、Cu、Zn、Ni主要来自成土母质源,Hg、Cr、Cd、As主要来自人为污染源;农用地类型(PD,H=0.405)和铁路分布(PD,H=0.362)对污染分布的解释力最强,Hg、Cd污染可能来自耕地、畜禽饲养和铁路运输污染,污水灌溉也会一定程度影响重金属污染空间分布。 相似文献
13.
【目的】揭示太原市农田土壤重金属污染现状、污染来源及其空间分布格局情况,为区域土壤污染防控和农业生产提供依据。【方法】采集太原市农田土样214个,测定土壤中Cr、Cd、Pb、Hg和As 5种重金属量,采用单因子指数法和内梅罗综合指数法对土壤重金属进行污染评价,运用ArcGIS 10.3绘制太原市农田土壤重金属空间分布图,利用SPSS 16.0对数据进行相关分析,进一步了解土壤重金属的污染来源。【结果】①太原市农田土壤中重金属量分布差别较大,Cr、Cd、As、Hg和Pb均值分别为68.38、0.121、8.59、0.08、24.23 mg/kg,均未超过《绿色食品产地环境质量》(NY/T 391—2013)中的规定,但其平均值均显著高于太原市土壤背景值。②单项污染指数值由大到小顺序为Hg(2.36)>Pb(1.76)>Cd(1.57)>Cr(1.19)>As(1.12)。其中,Hg、Pb和Cd主要受工业生产、污水灌溉、燃煤、农药化肥施用和交通运输等人为因素的影响,As和Cr主要受成土母质和农业活动的影响。③太原市农田土壤内梅罗综合指数为2.14,呈中度污染。7个县区农田土壤内梅罗综合指数由大到小依次是晋源区(4.17)>小店区(2.98)>尖草坪区(2.13)>清徐县(2.07)>阳曲县(1.71)>娄烦县(1.67)>古交市(1.57)。重金属空间分布图可以直观看出土壤重金属空间分布和污染情况,在工业发达和人口密集的城郊晋源区、小店区、尖草坪区和清徐县,农田土壤为重度污染和中度污染,远离太原市市区的阳曲县、古交市和娄烦县农田土壤为轻度污染。【结论】太原市农田土壤总体呈中度污染,Hg和Pb单项污染指数最高,重金属污染较严重的区域集中在太原市城郊晋源区、小店区、尖草坪区和清徐县,今后工作中应加强对太原市城郊污染较重区域农田土壤重金属重点监测,尤其是Hg和Pb,以确保土壤健康和可持续利用。 相似文献
14.
通过电位滴定研究了从洞庭湖沉积物中分离得到的腐殖酸(HA)的酸碱性和配位性,采用修正格兰函数进行了数据拟合。表征了6类可滴官能团含量和分布,pKa数值在2.35~10.50之间,羧基占可电离中心总数的62%,利用铜离子选择电极和汞齐电极(Pb、Cd和Zn)研究了腐殖酸与Cu2+、Pb2+、Cd2+和Zn2+配位性质,借助Scatchard方法对数据进行了处理,显示铜和铅为二配体,镉和锌为单配体。平均稳定常数顺序为:logKHA-CulogKHA-PblogKHA-CdlogKHA-Zn,配位能力顺序为:PbCuCd≈Zn。 相似文献
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基于地统计学的土壤重金属分布与污染风险评价 总被引：3，自引：0，他引：3
在野外调查取样和室内分析获得大量土壤重金属含量数据和空间数据的基础上,利用经典统计学和普通克里格法(OK)对采样区域土壤重金属含量的空间变异性进行了分析,并利用指示克里格法(IK)和多变量指示克里格法(MVIK)绘制了各项重金属元素污染风险和土壤污染综合风险概率图。结果表明:岩溶地貌区土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb、Hg、Ni和Zn的含量显著高于非岩溶地貌区,各项重金属元素之间具有显著的相关性,说明它们存在很大的同源性和复合关系;受岩性、成土母质等内在因素的影响,各项重金属元素(除Cu元素外)都具有强烈的空间变异性,重金属元素含量高值主要分布在东南部和北部的岩溶地貌区,低值主要分布在西南部的非岩溶地貌区;采样区域存在As、Cd、Cu、Hg、Ni和Zn等重金属污染风险,其风险概率分别为0.326、0.805、0.185、0.192、0.267和0.270,土壤重金属污染综合风险概率为0.335。 相似文献
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基于GIS/RS的不同土地利用类型重金属面源污染比较 总被引：1，自引：0，他引：1
针对不同土地利用类型,采样测定土壤重金属质量比背景值;基于DEM数据和遥感影像数据,结合空间信息技术（GIS/RS）,利用RUSLE模型和SCS-CN模型分别核算流域内不同土地利用类型的土壤流失量和地表径流量,在验证模型准确性的基础上,估算重金属非点源污染负荷。研究结果表明：研究区域不同土地利用类型的重金属质量比背景值差异较大,重金属Cu和Pb在工矿用地、草地和住宅用地的背景值较高,在有林地的背景值较低。综合估算随2种主要迁移途径输出的重金属面源污染负荷,重金属Cu总污染负荷量大约为651913kg/a,重金属Pb总污染负荷量大约为268004kg/a。不同土地利用类型中,随土壤侵蚀输出的重金属污染负荷,以疏林地和草地的贡献率最大,有林地和水浇地最小;随地表径流输出的重金属污染负荷,以草地和疏林地的贡献率最大,有林地和旱地最小。 相似文献
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为了研究吸附剂对于沼液中重金属的去除能力,实验首先比较D401树脂对模拟沼液和实际沼液中Cu 2+,Zn 2+,Pb 2+,Cd 2+4种重金属的吸附效果。结果表明,D401树脂对模拟沼液中4种重金属的吸附能力远远高于实际沼液。其次,选取D401树脂、LSC-500树脂及沸石3种吸附剂,比较3种吸附剂对实际沼液中Cu 2+,Zn 2+,Pb 2+,Cd 2+4种重金属的吸附效果。结果表明沸石对实际沼液重金属的去除效果最差,LSC-500树脂的吸附能力略优于D401树脂。以期该实验结果为今后更高效地处理沼液中的重金属提供基础理论依据。 相似文献
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以汾河水库流域为研究对象,采用实测数据对SWAT模型进行参数率定与验证,进而定量估算了该流域2000—2010年径流、泥沙、氮、磷负荷,以揭示流域非点源污染负荷时空分布规律,识别污染关键区。结果表明,模型对研究区具有较好的适用性;丰水年氮、磷负荷量分别为139.34、0.92 kg/hm~2,是平水年的1.2、1.5倍,是枯水年的1.3、2.0倍;氮、磷负荷量主要集中在汛期(6—10月),分别占全年的68.81%、68.53%,非点源污染的时间变化与降雨发生的规律有很高的相关性;有机氮、硝酸氮、有机磷、溶解态磷排放强度分别为0.25~10.00、1~270、0.03~1.50、0.002~0.25 kg/hm~2,非点源污染的空间变化因降水分布、地形坡度、土地利用及土壤类型等的差异性呈现较强的区域性分布。岚县、静乐县是非点源N、P污染负荷控制的关键区。 相似文献
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针对高光谱遥感土壤重金属含量估算研究中光谱特征信息弱、模型反演鲁棒性差的问题,提出构建污染源-汇空间特征量化污染物扩散与汇聚空间影响因子,融合光谱特征建立基于极端随机树（Extremely randomized trees,ERT）的土壤重金属含量估算模型。以济源市耕地土壤为研究区,布设采集土壤样本249个,分析了光谱特征、地形特征和污染源空间特征在土壤重金属铅（Pb）、铬（Cd）含量反演中的有效性及影响机理,采用置换重要性指数优选多源特征,通过与多种回归模型对比,评价ERT模型的预测精度。研究表明,变换后的土壤光谱特征构建ERT模型引入地形特征和污染源空间特征后精度提升显著,尤其是污染源空间特征优势更为明显,Pb的ERT模型均方根误差由43.185mg/kg下降到22.301mg/kg,下降了48.36%。Cd的ERT模型均方根误差由0.738mg/kg下降到0.371mg/kg,下降了49.73%,充分说明引入污染扩散空间特征的有效性。与其他回归模型对比,ERT估算模型在各项指标评价中优势明显,其中Pb的ERT模型的测试集R2达0.964,Cd的ERT模型R2为0.923。 相似文献