一種植物響應(yīng)復(fù)合污染的無損檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及植物檢測領(lǐng)域，特別涉及一種基于紅外熱成像技術(shù)的無損檢測植物對復(fù)合污染響應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度在絕對零度以上的任何物體都會發(fā)生自身的分子和原子無規(guī)則運動，并不停地輻射熱紅外能量，紅外熱成像技術(shù)正是基于這一原理，通過紅外探測器將物體紅外熱輻射的功率信號轉(zhuǎn)換成電信號后，經(jīng)成像裝置的放大處理，模擬出被掃描物體表面溫度的空間分布，形成視頻信號傳至顯示屏或監(jiān)視器上，得到與物體表面熱分布相對應(yīng)的熱像圖。從開始主要應(yīng)用于軍事，到后來在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、消防、森林管理等民用事業(yè)上的應(yīng)用，紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越發(fā)廣泛。
[0003]已有研宄表明植被表面溫度對水分狀況和環(huán)境質(zhì)量的反應(yīng)很敏感。在正常情況下，植物主要通過蒸騰作用來維持葉片溫度的相對穩(wěn)定性，且葉片溫度與蒸騰作用強度呈負相關(guān)。氣孔蒸騰是葉片蒸騰作用的主要形式，占全部蒸騰的90%以上。植物體天生的固定性決定了植物往往會通過調(diào)節(jié)自身體內(nèi)的信號網(wǎng)絡(luò)去適應(yīng)不斷變化的環(huán)境刺激，這會通過植物葉片表面的氣孔行為表現(xiàn)出來。植物體葉片上下表皮分布著很多的氣孔，它的張開和閉合會調(diào)節(jié)葉片表面水分的蒸發(fā)；而水分的喪失會帶走葉片表面的熱量進而在溫度上表現(xiàn)出來。此外，植被蒸騰擴散系數(shù)(hat)能很好地反映蒸騰過程和確定蒸騰量，hat的表示式為hat= OVTa)/(Tp-Ta)，式中T。、Tp和T 3分別為冠層溫度、沒有蒸騰(蒸騰量為零)的冠層溫度和氣溫。植被蒸騰擴散系數(shù)的取值為hat< l，hat越小，蒸騰量越大。
[0004]紅樹林是生長在熱帶、亞熱帶海岸潮間帶的木本植物群落，具有固岸護堤、凈化環(huán)境、維持生物多樣性等多種生態(tài)功能，對紅樹林的保護具有重要意義。但因其地處海陸交界帶，同時受到陸源和海洋污染物的威脅，且污染問題日益突出并有復(fù)雜化趨勢。其中，深圳灣因香港米埔紅樹林國際濕地和位于大都市腹地的內(nèi)伶仃-福田紅樹林鳥類國家級自然保護區(qū)而備受關(guān)注。伴隨著海灣周邊經(jīng)濟的快速發(fā)展，源源不斷的生活、工業(yè)污水排放和大規(guī)模填海工程的實施使得海灣納潮量降低，海水交換能力差，海灣內(nèi)營養(yǎng)鹽、重金屬、有毒有害有機污染物在海水和沉積物中迅速蓄積，海灣生態(tài)環(huán)境受到威脅，這嚴重影響了沿岸生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。富營養(yǎng)化和重金屬污染是深圳灣紅樹林當(dāng)前面臨的兩個重要環(huán)境污染問題:深圳灣水域的N、P等營養(yǎng)鹽的含量較高，且有逐年增加趨勢；與國內(nèi)其他主要紅樹林分布區(qū)相比，深圳灣的重金屬污染最為嚴重。紅樹林可進入性差，加大了常規(guī)檢測的難度；同時，常規(guī)檢測方法也無法做到無損檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對以上問題，本發(fā)明專利目的在于設(shè)計了一種植物響應(yīng)復(fù)合污染的無損檢測方法，能快速、無損、準確的檢測植物對復(fù)合污染的響應(yīng)。本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0006]一種植物響應(yīng)復(fù)合污染的無損檢測方法，包括如下步驟:
[0007]獲取植物的熱紅外圖像；
[0008]處理分析所述熱紅外圖像得到植物葉面溫度平均值作為葉溫值T。，得到植物葉面溫度最大值作為參考葉片溫度值Tp;
[0009]計算植物的蒸騰擴散系數(shù)hat，基于所述葉溫值T。和蒸騰擴散系數(shù)h at對植物的復(fù)合污染情況進行初步分析；
[0010]用光合儀測定植物的氣孔導(dǎo)度、蒸騰強度和光合速率，對植物的復(fù)合污染情況進行對比驗證分析。
[0011]進一步，本發(fā)明所述方法進一步包括獲取拍攝所在地對應(yīng)時間點的氣溫數(shù)據(jù)Ta。
[0012]進一步，本發(fā)明所述蒸騰擴散系數(shù)hat的計算公式為h at= (T。-Ta)/(Tp-Ta)，所述T。、Tjp T a分別為葉溫值、參考葉片溫度值和拍攝時間點的氣溫數(shù)據(jù)。
[0013]進一步，本發(fā)明采用軟件SmartView處理分析所述熱紅外圖像，提取葉溫值T。和參考葉片溫度值Tp。
[0014]進一步，本發(fā)明所述光合儀采用美國L1-6400XT便攜式光合儀。
【附圖說明】
[0015]以下參照附圖對本發(fā)明實施例作進一步說明，其中:
[0016]圖1是本發(fā)明植物響應(yīng)復(fù)合污染的無損檢測方法的流程圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實施例一不同處理組的葉溫值圖；
[0018]圖3是本發(fā)明實施例一不同處理組的植被蒸騰擴散系數(shù)圖；
[0019]圖4是本發(fā)明實施例一不同處理組的氣孔導(dǎo)度圖；
[0020]圖5是本發(fā)明實施例一不同處理組的蒸騰速率圖；
[0021]圖6是本發(fā)明實施例一不同處理組的光合速率圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0023]本發(fā)明提出了一種植物響應(yīng)復(fù)合污染的無損檢測方法，請參閱圖1是本發(fā)明植物響應(yīng)復(fù)合污染的無損檢測方法的流程圖，包括如下步驟:
[0024]獲取植物的熱紅外圖像；
[0025]處理分析所述熱紅外圖像得到植物葉面溫度平均值作為葉溫值Τ。，得到植物葉面溫度最大值作為參考葉片溫度值Tp;
[0026]計算植物的蒸騰擴散系數(shù)hat，基于所述葉溫值T。和蒸騰擴散系數(shù)h at對植物的復(fù)合污染情況進行初步分析；
[0027]用光合儀測定植物的氣孔導(dǎo)度、蒸騰強度和光合速率，對植物的復(fù)合污染情況進行對比驗證分析。
[0028]實施例一:
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，本發(fā)明通過復(fù)合脅迫控制實驗?zāi)M復(fù)合污染環(huán)境，并通過本發(fā)明的檢測方法檢測植物對復(fù)合污染的響應(yīng)。
[0030](I)復(fù)合脅迫控制實驗:野外采集或培育長勢一致的紅樹植物幼苗，培養(yǎng)、緩苗；通過模擬多梯度的復(fù)合脅迫環(huán)境，進行脅迫實驗；培養(yǎng)過程保持水淹/非水淹的模擬潮汐環(huán)境。
[0031]具體的，本實施例的實驗材料是在野外采集的長勢一致的紅樹植物幼苗。本發(fā)明實驗材料的培育在下述條件下完成:底部完全封閉的塑料盆，每盆裝3kg用稀鹽酸浸泡清洗的砂子作為培養(yǎng)基，并種植3株幼苗；每兩周添加50mL Hoagland營養(yǎng)液，并定期補水，使其每日保持水淹/非水淹的模擬潮汐環(huán)境；培養(yǎng)、緩苗時限為2個月。本實施例通過人工模擬創(chuàng)造多梯度的復(fù)合脅迫環(huán)境，脅迫實驗主要涉及兩種脅迫因子，即重金屬鎘和氮營養(yǎng)供應(yīng)。脅迫實驗設(shè)計如下:重金屬Cd脅迫濃度為10mg/L(相應(yīng)的CdCl2濃度為20.3Img/L)，NH4+-N 供應(yīng)濃度分別為 0、10、50、100mg/