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矾山铜钼矿区重金属与覆盖植被胁迫相关性光谱特征

史超 黄超 李书 聂峰 王学平

史超, 黄超, 李书, 聂峰, 王学平. 矾山铜钼矿区重金属与覆盖植被胁迫相关性光谱特征[J]. 地质科技通报, 2020, 39(3): 202-210. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0322
引用本文: 史超, 黄超, 李书, 聂峰, 王学平. 矾山铜钼矿区重金属与覆盖植被胁迫相关性光谱特征[J]. 地质科技通报, 2020, 39(3): 202-210. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0322
Shi Chao, Huang Chao, Li Shu, Nie Feng, Wang Xueping. Spectral characteristics and correlation of heavy metal and vegetation cover stress in Fanshan copper-molybdenum[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2020, 39(3): 202-210. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0322
Citation: Shi Chao, Huang Chao, Li Shu, Nie Feng, Wang Xueping. Spectral characteristics and correlation of heavy metal and vegetation cover stress in Fanshan copper-molybdenum[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2020, 39(3): 202-210. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0322

矾山铜钼矿区重金属与覆盖植被胁迫相关性光谱特征

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0322
基金项目: 

国家重点研发计划专项项目课题"山洪灾害动态预警与风险评估平台构建" 2017YFC1502505

详细信息
    作者简介:

    史超(1988-), 男, 工程师, 主要从事遥感地质应用、地理信息系统研究。E-mail:825090684@qq.com

    通讯作者:

    王学平(1964-), 女, 副教授, 主要从事数学地质、遥感应用研究。E-mail:xpwang@126.com

  • 中图分类号: P627

Spectral characteristics and correlation of heavy metal and vegetation cover stress in Fanshan copper-molybdenum

  • 摘要: 高光谱遥感在地物精细探测方面具有较高的精度,能够实现弱缓信息的提取。应用高光谱遥感技术研究福建矾山高植被覆盖铜钼矿区重金属铜铅等元素与覆盖植被光谱胁迫相关性。通过对比分析矿区与非矿区典型植被光谱特征,在光谱特征分析结果基础上得出矿区典型植被均不同程度受到了重金属元素胁迫,并造成光谱曲线发生变异。在分析结果基础上,结合植被地球化学数据建立重金属与植被光谱胁迫相关性数学模型,提出矿区重金属与覆盖植被胁迫相关性。依据该模型可获得金属元素的空间分布,最终实现高光谱遥感技术在高植被覆盖区地质找矿中的应用。

     

  • 图 1  矿区典型植被野外光谱反射图(a)和光谱吸收深度图(b)

    Figure 1.  Field spectral reflectance (a) and spectral absorption depth map of typical vegetation

    图 2  野外典型植被光谱

    Figure 2.  Typical vegetation spectrum in the field

    表  1  矾山矿区与非矿区典型植被金属元素平均质量分数

    Table  1.   Average content of metal elements in typical vegetation of Fanshan mining area and non-mining area

    植被类型 区域 Cu Pb Zn Mo Co Bi
    wB/10-6
    柚叶 非矿区 62.097 50 1.081 307 21.799 33 0.122 614 0.117 673 0.031 793
    矿区 76.852 86 1.479 766 23.519 86 0.142 834 0.136 509 0.040 556
    茅草 非矿区 7.262 083 1.148 877 35.267 42 0.135 238 0.261 183 0.011 163
    矿区 7.389 583 2.952 652 35.542 08 0.283 603 0.291 253 0.017 007
    毛蕨 非矿区 7.100 714 9.680 229 37.028 00 0.068 664 0.133 623 0.011 722
    矿区 7.541 111 48.993 470 38.387 44 0.224 708 0.137 149 0.014 408
    夹竹桃 非矿区 14.111 25 61.180 25 24.779 5 0.107 069 0.606 210 0.015 072
    矿区 15.454 00 138.105 30 24.918 0 0.276 837 0.714 096 0.018 957
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    表  2  非矿区与矿区柚叶光谱叶绿素及水吸收特征指数对比

    Table  2.   Comparison of chlorophyll and water absorption characteristics of grapefruit leaves in non-mineral and mining areas

    柚叶 叶绿素吸收(680 nm) 水吸收(970 nm) 水吸收(1 170 nm)
    中心波长/nm 吸收深度 中心波长/nm 吸收深度 中心波长/nm 吸收深度
    非矿区点1 677 0.936 2 974 0.182 1 1 162 0.146 0
    非矿区点1-1 677 0.886 3 975 0.176 5 1 162 0.132 6
    非矿区点1-2 677 0.901 8 973 0.167 3 1 161 0.114 3
    非矿区点1-6 676 0.935 9 974 0.127 6 1 162 0.125 3
    矿区A点 677 0.916 3 972 0.125 4 1 165 0.154 7
    矿区D点 675 0.891 3 954 0.067 6 1 166 0.110 4
    矿区1-6点 674 0.901 2 973 0.093 9 1 166 0.151 0
    矿区2-4点 677 0.906 3 974 0.097 9 1 169 0.131 7
    矿区2-5点 674 0.911 6 964 0.057 6 1 168 0.125 6
    矿区2-6点 675 0.916 5 954 0.139 4 1 156 0.194 4
    矿区2-9点 676 0.874 5 965 0.064 8 1 158 0.127 9
    矿区3-7点 676 0.921 7 956 0.096 0 1 158 0.166 6
    矿区4-4点 676 0.906 3 956 0.076 4 1 157 0.103 4
    矿区垂-1点 676 0.878 4 958 0.100 1 1 158 0.115 8
    矿区垂-2点 674 0.932 0 1001 0.071 1 1 161 0.139 0
    矿区垂-3点 676 0.934 4 956 0.116 4 1 156 0.160 0
    矿区矿洞口 675 0.924 1 963 0.104 4 1 159 0.171 1
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    表  3  非矿区与矿区毛蕨叶绿素及水吸收特征指数对比

    Table  3.   Comparison of chlorophyll and water absorption characteristics of non-mineral area and mining area

    毛蕨 叶绿素吸收(680 nm) 水吸收(970 nm) 水吸收(1 170 nm)
    中心波长/nm 吸收深度 中心波长/nm 吸收深度 中心波长/nm 吸收深度
    非矿区点1 676 0.923 2 964 0.101 2 1 163 0.122 8
    非矿区点1-1 675 0.924 2 965 0.100 3 1 162 0.122 1
    非矿区点1-2 676 0.886 4 964 0.102 3 1 163 0.114 3
    非矿区点1-5 675 0.875 2 964 0.101 0 1 163 0.127 6
    矿区A点 677 0.927 4 974 0.096 4 1 172 0.114 3
    矿区1-6点 677 0.907 7 975 0.055 9 1 166 0.103 0
    矿区2-5点 678 0.909 9 954 0.093 2 1 157 0.127 3
    矿区2-6点 678 0.897 4 955 0.082 5 1 152 0.108 4
    矿区2-9点 677 0.898 7 955 0.064 9 1 153 0.113 2
    矿区3-7点 678 0.906 7 963 0.063 9 1 156 0.112 0
    矿区4-5点 673 0.904 4 959 0.079 4 1 165 0.104 1
    矿区垂-1点 672 0.912 5 959 0.064 8 1 158 0.106 2
    矿区垂-2点 673 0.906 8 957 0.055 8 1 157 0.106 8
    矿区垂-3点 674 0.904 5 972 0.075 9 1 160 0.101 6
    矿区矿洞口 676 0.907 9 954 0.097 2 1 155 0.136 2
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    表  4  非矿区与矿区夹竹桃内叶绿素及水吸收特征指数对比

    Table  4.   Comparison of chlorophyll and water absorption characteristics of oleander in non-mineral area and mining area

    夹竹桃 叶绿素吸收(680 nm) 水吸收(970 nm) 水吸收(1 170 nm)
    中心波长/nm 吸收深度 中心波长/nm 吸收深度 中心波长/nm 吸收深度
    非矿区点1 672 0.936 2 954 0.094 2 1 153 0.118 1
    非矿区点1-1 672 0.923 1 954 0.092 1 1 151 0.116 3
    非矿区点1-4 673 0.912 3 953 0.094 5 1 153 0.114 2
    非矿区点1-5 672 0.931 2 954 0.100 1 1 153 0.134 1
    矿区A点 675 0.876 9 1 002 0.123 5 1 158 0.172 6
    矿区2-7点 678 0.903 4 951 0.055 2 1 157 0.103 4
    矿区2-9点 675 0.845 4 973 0.076 3 1 159 0.084 3
    矿区垂-1点 673 0.927 2 957 0.072 7 1 157 0.128 3
    矿区垂-2点 676 0.883 5 967 0.058 5 1 162 0.106 5
    矿区垂-3点 674 0.912 1 959 0.094 5 1 159 0.163 4
    矿区矿洞口 676 0.875 7 957 0.074 2 1 157 0.113 1
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    表  5  非矿区与矿区茅草内叶绿素及水吸收特征指数

    Table  5.   Chlorophyll and water absorption characteristics index of thatch in non-mineral area and mining area

    茅草 叶绿素吸收(680 nm) 水吸收(970 nm) 水吸收(1 170 nm)
    中心波长/nm 吸收深度 中心波长/nm 吸收深度 中心波长/nm 吸收深度
    非矿区点1 676 0.922 4 953 0.099 2 1 152 0.164 5
    非矿区点1-1 675 0.923 1 953 0.092 3 1 151 0.168 7
    非矿区点1-2 676 0.913 4 952 0.095 4 1 152 0.160 1
    非矿区点1-5 676 0.906 7 954 0.090 1 1 152 0.159 8
    矿区A点 679 0.865 3 958 0.085 4 1 164 0.130 3
    矿区1-6点 679 0.876 4 974 0.063 9 1 168 0.116 7
    矿区2-4点 679 0.907 2 956 0.124 5 1 157 0.175 6
    矿区2-5点 677 0.797 3 957 0.093 5 1 157 0.137 4
    矿区4-5点 673 0.918 9 962 0.088 9 1 157 0.142 7
    矿区垂-1点 679 0.866 1 950 0.089 3 1 153 0.133 4
    矿区垂-2点 677 0.857 3 957 0.082 9 1 158 0.156 7
    矿区垂-3点 678 0.883 4 956 0.094 5 1 151 0.150 9
    矿区矿洞口 676 0.925 3 958 0.115 3 1 159 0.185 5
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    表  6  植物叶片中金属元素质量分数

    Table  6.   Metal element content in plant leaves wB/10-6

    样品 Cu Pb Zn Mo Co Bi
    非矿区 BS-1-1夹竹桃 14.04 64.248 22.752 0.053 6 1.221 6 0.010 008
    BS-1-3夹竹桃 19.655 25.446 31.733 0.125 67 0.147 76 0.016 126
    BS-1-5夹竹桃 12.295 59.746 21.696 0.119 675 0.789 58 0.006 405
    BS-1-2毛蕨叶 5.19 16.748 36.185 0.066 3 0.105 72 0.011 76
    BS-1-3毛蕨叶 6.54 4.300 2 33.192 0.110 385 0.044 58 0.010 656
    BS-1-5毛蕨叶 7.05 21.576 35.985 0.071 09 0.176 94 0.007 018
    BS-1-2柚叶 34.105 0.977 14 16.461 0.089 145 0.080 34 0.035 126
    BS-1-3柚叶 78.67 1.184 36 20.829 0.132 285 0.119 56 0.036 334
    BS-1-4柚叶 145.66 1.681 2 23.889 0.165 395 0.168 44 0.049 978
    BS-1-2茅草叶 6.99 0.553 15.093 0.096 97 0.213 26 0.006 709
    BS-1-3茅草叶 6.565 2.032 2 15.049 0.128 475 0.207 44 0.016 868
    BS-1-5茅草叶 8.495 0.897 68 20.817 0.128 63 0.445 56 0.015 219
    矿区 垂-1柚叶 79.705 2.229 2 17.723 0.100 3 0.417 78 0.059 73
    垂-2柚叶 95.635 1.421 0 15.966 0.163 5 0.068 34 0.045 149
    垂-3柚叶 57.24 1.756 8 15.048 0.180 135 0.129 36 0.045 72
    3-7柚叶 25.56 1.214 4 23.4 0.173 43 0.056 34 0.034 56
    2-5柚叶 242.47 1.673 4 20.595 0.128 07 0.091 48 0.044 841
    2-9柚叶 4.38 1.093 62 20.794 0.088 38 0.115 22 0.025 806
    2-4柚叶 82.2 3.555 19 0.26 0.502 5 0.109 75
    D点-柚叶 21.5 0.847 5 20.575 0.075 0.017 5 0.034 25
    垂-1毛蕨叶 6.34 65.081 0 29.123 0.131 82 0.251 64 0.009 973
    3-7毛蕨叶 6.305 22.894 47.83 0.403 725 0.066 7 0.022 319
    2-7毛蕨叶 9.67 178.98 37.126 0.141 525 0.255 48 0.016 419
    2-6毛蕨叶 4.685 5.893 26.845 0.132 12 0.145 28 0.015 72
    2-9毛蕨叶 3.405 5.652 6 27.226 0.095 845 0.224 34 0.008 854
    1-6毛蕨叶 6.985 1.200 6 37.198 0.080 67 0.066 22 0.010 246
    垂-2毛蕨叶 5.025 39.88 48.6 0.175 0.02 0.037 25
    4-4毛蕨叶 6 9.48 41.85 0.275 0.047 5 0.034 25
    A点-毛蕨叶 6.2 6.355 46.85 0.53 0.317 5 0.129 75
    垂-3毛蕨叶 2.85 77.38 24.6 0.202 5 0.23 0.012 5
    垂-1夹竹桃叶 12.185 46.131 23.92 0.303 71 0.987 46 0.019 574
    垂-3夹竹桃叶 9.805 395.39 23.806 0.439 035 1.235 9 0.021 699
    2-6夹竹桃叶 11.77 213.68 25.026 0.157 06 0.788 02 0.021 383
    2-9夹竹桃叶 6.69 4.181 4 22.023 0.133 815 0.218 54 0.017 231
    3-6夹竹桃叶 9.175 11.455 23.675 0.317 5 1.567 5 0.024 25
    2-4夹竹桃叶 15.225 123.38 35.1 0.55 0.34 0.117 25
    A点-夹竹桃叶 13.9525 16.557 5 31.05 0.507 5 0.306 075 0.021 575
    垂-1茅草叶 7.44 2.365 6 20.075 0.510 205 0.330 96 0.033 292
    3-5茅草叶 7.68 1.093 2 20.568 0.483 9 0.169 22 0.026 018
    2-5茅草叶 13.025 9.999 4 12.182 0.070 14 0.467 4 0.024 9
    2-7茅草叶 9.415 3.683 2 25.333 0.316 93 0.382 3 0.016 893
    2-9茅草叶 4.225 1.275 4 10.309 0.120 17 0.258 26 0.034 701
    1-6茅草叶 12.475 1.708 8 17.156 0.224 085 0.319 66 0.016 965
    4-4茅草叶 10.875 1.265 0 15.575 0.352 5 0.215 0.037 25
    3-7茅草叶 8.375 1.082 5 19.025 0.857 5 0.245 0.085 75
    4-5茅草叶 9.725 1.315 0 19.05 0.155 0.145 0.028 75
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    表  7  矿区植被叶片成矿金属元素质量分数与对应光谱吸收深度值间的拟合方程

    Table  7.   Fitting equation between metallogenic metal content and spectral absorption depth of vegetation leaves

    金属元素 回归方程 复相关系数R2
    Co y=-5.95-296.953x1+286.812x2+40.07x3-29.43x4-3.98x5 0.85
    Ni y=-3.65-52.764x1+90.07x2-21.98x3-17.05x4+8.65x5 0.83
    Cu y=9.867-67.842x1+254.365x2-186.09x3+56.893x4-20.01x5 0.86
    Pb y=420.09-1 976.763x1+9 109.278x2-13 045.431x3+3 091.83x4-1 500.09x5 0.88
    Zn y=121.645+7 089.15x1-5 102.34x2-2 349.03x3+60.235x4+231.09x5 0.96
    Mo y=15.43-71.84x1+29.03x2+40.14x3-31.15x4+38.62x5 0.92
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