基于日光诱导荧光的水稻铜胁迫遥感监测机理研究

发布时间：2020-07-13 03:48

【摘要】：我国有1/6的耕地(约2000万公顷)受到重金属污染,每年有超过1200万吨的粮食受到重金属污染,损失达200亿元。开展大面积的水稻重金属遥感监测对粮食安全有重要意义。铜胁迫与其他胁迫不同,在一定条件下,植被的光合功能已经受到损害,但色素不会被破坏,即色素含量并未减少,基于色素测量的光谱遥感反演可能因此产生误差。叶绿素荧光能敏感地探测胁迫引起的光合功能变化,远早于色素含量的变化。本研究将水稻铜胁迫的植被生理、高光谱遥感和日光诱导荧光结合,通过观测水稻叶片、冠层、卫星水平的表观反射率和荧光特性,提出日光诱导荧光的提取方法,建立铜胁迫荧光遥感反演模型,验证精度并应用于典型铜矿区,本研究旨在提高水稻铜胁迫反演精度,为水稻生态环境变化监测提供科学依据。本研究主要取得以下结论:(1)发现水稻叶片生理生化参数随铜浓度和胁迫时间变化的规律。对照组和处理组水稻叶绿素含量呈现先升后降的变化,一方面说明铜离子对植被的叶绿素含量具有一定的促进作用,而随着胁迫时间的增加,重金属会抑制叶绿素的合成,从而导致叶绿素含量的下降。同时,铜胁迫也会引起植被水分代谢失调,胁迫后失水是水分代谢失调的一个表现。(2)提出根据不同算法从反射光谱中提取出叶绿素荧光光谱方法。单叶水平通过选取叶片荧光辐射微弱的580~650nm范围内,采用PROSPECT模型减去叶片表观反射率,分离出无荧光辐射作用的叶片反射率光谱;冠层水平使用夫琅禾费暗线原理(FLD、3FLD、i FLD)计算获得荧光强度。(3)发现水稻叶片荧光光谱随铜浓度和胁迫时间变化的规律。水稻受铜胁迫下的荧光光谱红光荧光峰686nm在不同铜浓度梯度下呈正相关(r=-0.876),而远红荧光波峰760nm与铜胁迫强度呈负相关(r=-0.985),荧光686/760nm比值与铜胁迫呈正相关(r=0.903),即荧光差异比表观反射率表现更明显。(4)提出铜胁迫反演模型。通过分析日光诱导荧光波谱曲线,发现760nm处荧光指数与铜胁迫相关性较好。最佳模型为一元二次多项式模型,并且应用到影像数据进行验证分析,初步得到江西德兴铜矿区附近铜浓度强度分布图。
【学位授予单位】：杭州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;S511;TP79
【图文】：

日光,叶片,高光谱遥感,研究现状

图 1-1 日光在叶片中的分布[24]Fig. 1-1 Distribution of sunlight in leaves研究现状金属胁迫的高光谱遥感研究

技术路线图,实验材料,杭州市余杭区,嵩山

图 2-1 技术路线图Fig.2-1 Technology roadmap of this research2.1.2 实验材料与仪器2.1.2.1 实验材料本实验于 2018 年 8 月中旬移栽浙江省杭州市余杭区瓶窑镇崇化村嵩山头水

营养液配方,母液,中水

图 2-2 本实验研究区Fig.2-2 Study area of this research为：（NH4）2SO4、NaH2PO4、KNO3、K2SO4、C如表 2-1 所示：表 2-1 本研究中水稻营养液配方（母液）15L

【参考文献】