基于水稻生理要素与生理功能遥感评估的重金属胁迫监测研究

发布时间：2020-10-10 03:38

　　 遥感技术具有快速、大范围连续动态监测的优势,已成为农田重金属胁迫最重要的监测手段之一。大多数研究侧重于重金属胁迫对作物生理要素或者生理功能单方面的影响,协同生理要素和生理功能的作物重金属胁迫监测研究是未来研究的发展趋势。本文研究区选择湖南省株洲市,采集了不同生长期水稻、土壤的重金属含量数据以及地面实测高光谱数据,并获取了2014-2017年水稻整个生长期内无云的Landsat 8 OLI影像,以及2017年水稻整个生长期内无云的Sentinel-2影像。协同作物生理要素变化和生理功能变化两个方面对水稻重金属胁迫进行研究,本文的研究工作和主要结论如下:(1)从生理要素角度,基于Sentinel-2的“红边”波段构建新型植被指数:重金属胁迫敏感指数(HMSSI)。对比HMSSI和已有指数在水稻不同生长期的重金属胁迫判别精度。同时,基于随机森林算法和多时相HMSSI影像,分别构建基于单一生长期(孕穗期、扬花期和成熟期)和基于整个生长期的水稻重金属监测模型并进行精度对比。结果表明相比于单一生长期影像,基于整个水稻生长期影像构建的评估模型具有更高的判别精度。(2)从生理功能角度,改进了光能利用率(LUE)模型中LUE的计算方法,评估了连续三年水稻生长期不同重金属胁迫水平下LUE的差异,并探究了LUE指数(结构不敏感指数(SIPI)和红绿比值指数(RGR))与LUE的关系。结果表明,LUE能够作为判别重度和轻度重金属胁迫水平的指标,SIPI和RGR与LUE具有显著的相关性。(3)协同生理要素和生理功能,基于HMSSI和LUE构建二维特征空间HMSSI_LUE监测区域尺度重金属胁迫。结果表明,HMSSI_LUE能够弥补LUE无法区分中度重金属胁迫的不足,提高重金属胁迫的判别精度。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S511;S127
【部分图文】：

图 1-1 技术流程图1.4 论文结构本文的章节安排如下：第 1 章绪论。分析目前国内重金属污染研究背景，综述遥感监测作物重金属胁迫的国内外研究现状及所存在的问题，陈述本文的研究目标、研究思路与技术路线。第 2 章实验设计与数据处理。选择研究区，分析研究区的土壤污染现状，地面实测数据与遥感影像数据的采集及预处理。第 3 章基于多时相 Sentinel-2 影像构建新型植被指数监测水稻重金属胁迫。分析了重金属胁迫对水稻生理要素的影响从而导致“红边”光谱变化情况，基于“红边”波段构建重金属胁迫敏感指数，利用 Sentinel-2 多时相特性构建监测重

图 2-1 实验区位置分布示意图2.2 地面数据采集2.2.1 冠层光谱测定与预处理本研究采用美国分析光谱设备（ASD）公司的便携式光谱仪 Field Spec 3 进行水稻叶片光谱的采集。ASD Field Spec 3 型光谱仪可以连续获取可见光到近红外波段 350-2500nm 波长范围内地物波谱。在不同的光谱区间设置了不同的采样间隔，其中波长在 350-1000nm 之间采样间隔为 1.4nm。光谱采集工作集中在每年的7月-9月，选择在风力小于3级光照稳定的天气，于上午 11:30~14:30 进行。光谱测量前，在每个实验区提前设定并标记好采样点的位置，光谱采集点要求均匀分布光谱测量的目标要具有代表性，能真实反映实

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本文编号：2834669