镉污染胁迫下水稻生理生态表征高光谱识别模型

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1、生态环境学报2009,18(2):488-493http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com镉污染胁迫下水稻生理生态表征高光谱识别模型12关丽，刘湘南1.北京大学遥感与地理信息系统研究所，北京100871；2.中国地质大学信息工程学院，北京100083摘要：利用水稻生长季节多个时相的ASD实测高光谱数据和同步获取的土壤—作物特征参数，系统分析了高光谱遥感指数与镉污染胁迫下水稻生理生态参数变化特征之间的响应

2、关系。选择叶绿素含量、水分含量、细胞结构和叶面积指数4个重要生理生态参数作为水稻镉污染胁迫响应因子，通过理论分析和实验验证，得到对上述因子变化敏感的高光谱遥感指数及其响应规律。在此基础上建立MCARI-NDWI、MCARI-RVSI、MCARI-RVI、NDWI-RVSI、NDWI-RVI和RVSI-RVI模型，揭示了不同污染程度条件下响应因子在各光谱指数空间中的表征规律。关键词：镉污染胁迫；水稻生理表征；高光谱遥感；光谱特征空间；遥感识别模型中图分类号：X171.5文献标识码：A文章编号：1674-5906（

3、2009）02-0488-06[5-6]快速、动态、准确地识别和监测农田土壤污染的光谱波段和光谱变化形式即光谱指数，提出了特征具有重要的科学意义和实践价值。农田土壤重微分光谱、归一化光谱等光谱形式及红边位置等概金属污染成因复杂，涉及许多随机过程和随机影念。本文以农田土壤镉污染胁迫为研究对象，着重响，没有明显的外在表现，往往要通过农作物包括分析受污染胁迫的土壤-作物系统结构、理化性质和粮食、蔬菜、水果或牧草以及摄食的人或动物的健生物参数及其与高光谱遥感数据的响应关系，探讨康状况才能反映出来，从遭受污染到产生后果有

4、一水稻冠层的光谱信息参数对镉胁迫程度的响应模个相当长的逐步积累过程，具有滞后性和隐蔽性。型，分析其胁迫机理，建立水稻镉污染胁迫遥感识为了监测农田土壤重金属污染，不少领域的学者采别模型。[1-2]用了不同的生物和化学等方法，希望从不同角度1数据获取与处理获得解决这一问题的有效途径。但要在短时间内在苏州、长春等地区选择具有不同污染特征的获得大面积的土壤污染状况，仅靠地面调查是很水稻样地若干块，2008年6月至9月，在水稻生长难做到的，而利用高光谱遥感技术则可能十分迅季节的多个关键时期，运用美国ASD公司AgriTM

5、速而有效。一般情况下，农田土壤污染遥感监测Spec便携式地物波谱仪测量水稻冠层及土壤高多是通过农作物冠层光谱信息分析来展开的，所光谱数据，工作波段350~2500nm，光谱采样间隔以，利用高光谱技术大面积动态监测农田土壤污10nm。运用KonicaMinolta公司生产的SPAD-502染，需要分析受污染胁迫作物冠层的光谱特征，叶绿素仪进行水稻叶片叶绿素含量的测定。同步采提取有关的遥感信息参数，研究重金属污染的遥集土壤样本、水稻植株样本进行实验室化验分析，感胁迫机理，为农田土壤重金属污染胁迫遥感监得到土壤表层（

6、0~10cm）镉元素含量、叶片镉元测提供理论支持。因此，利用土壤-植被系统敏感素含量、植株水分含量、叶面积指数等实验数据。因子的高光谱识别能力建立定量遥感反演模型，对冠层高光谱数据进行处理，从原始测量数据中选进行农田面源污染的大范围快速提取，不但是必择一些特定波段和一组光谱特征参数，选用的波段要的，而且是可行的。从447nm到925nm，932nm到1296nm，没有考国内外学者在利用高光谱数据对植物生化组虑在1400nm和1900nm间隔中那些强烈被大气水分的定量研究中，大多采用统计分析的方法，对叶汽吸收的波

7、段，选用的光谱特征参数如表1所示，片不同形式的光谱数据进行直接或间接回归分析，它们对叶绿素含量、叶子水分和细胞结构及叶面积[3-4]以获得统计方程和相关系数，并对其进行评价。指数存在潜在的敏感性。为了分析镉污染胁迫对作[7]由于统计方法自身存在的局限性和不确定性等问物生长状态的影响，应用相关关系法分别提取对题，使其在实际应用中精度不高，特别是不能进行受的水稻叶绿素含量、叶子水分、细胞结构和叶面机制解释。围绕统计方法的改进研究，许多学者开积指数敏感的波段和光谱特征参数，以便建立水稻展了大量的工作，研究的核心在于如

8、何选择最适宜镉污染胁迫特征遥感识别模型。基金项目：国家自然科学基金项目（40771155）；国家863基金项目（2007AA12Z174）作者简介：关丽(1980年生)，女，博士研究生，研究方向为高光谱遥感及GIS数据组织的理论与应用研究。E-mail：binger02600@163.com收稿日期：2009-01-14关丽等：镉污染胁迫下水稻生理生态表征高光谱识别模型489表1水稻生