重庆市两种特色蔬菜镉污染的高光谱检测.docx

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一、引言
重庆市是一个著名的山城，气候温暖湿润，土壤肥沃，是一个适合蔬菜生长的天堂。然而，近年来，人类活动不断增加，环境污染日益严重，其中镉污染已成为一个严重的问题。特别是在某些农业产品中，如蔬菜，镉污染的问题更为严重。因此，开展对重庆市两种特色蔬菜镉污染的高光谱检测具有重要意义，能够为防治镉污染提供科学依据和技术支持。
二、镉污染的成因和危害
(一) 镉污染的成因
镉是一种常见的重金属元素，易蓄积在土壤中，它的主要来源有：化肥、农药、废弃物的排放、工业废气、废水排放等。在自然界中，镉的存在形态有离子态、元素态和络合态等。
由于现代工业的快速发展，农业面源污染、交通污染，以及人类大量使用工业化学肥料和农药，都导致了镉的累积。因此，在肥料、农药、废弃物的处理、土地开发、工业废气、废水排放等方面，必须高度关注镉污染的防治。
(二) 镉污染的危害
镉污染对生态环境和人类健康都有严重的危害。在生态环境中，镉可以通过土壤和水体纵向转移，进入生物系统中，造成农作物减产、土壤生态系统退化和生物多样性的破坏等问题。
在人类健康方面，其中最显著的表现是，镉元素蓄积在植物或动物体内，进而经过食物链进行传递，最终进入人体内，多集中在肝、肾、骨和脂肪组织中，对身体造成灾难性的影响。一旦进入人体，镉在体内极难排出，长期积累后会导致许多重大疾病，如脑血栓、心脏病、肝癌、胃癌、肺癌等。
三、镉元素高光谱检测原理
通过分析反射光谱与物质之间的关系，高光谱技术可以用于检测土壤和农产品中的元素含量（Kawamura和Murooka，2007；Sinisi等，2008）。根据实验已知，高光谱数据与元素含量之间有较强的线性相关性，因此可以通过真实场景中的反射光谱数据，量化地分析和检测元素含量，实现对水体、土壤和农产品的检测。
在镉元素检测中，可以利用光谱变化的方法评估镉的含量。由于镉元素有几个典型的吸收谷，可以通过不同的光谱波段计算反射率，并进行标准化处理，以计算镉元素的含量（Zheng等，2016）。
四、重庆市两种特色蔬菜镉污染的光谱检测方法
(一) 数据收集
我们选取了重庆市黔江区两个农场的茄子和辣椒作为研究对象。收集了在不同果实成熟期采摘的5个样本，每个样本包含不同的果实。
(二) 光谱预处理
首先对数据进行了大气校正，然后利用ENVI软件提取出每个样本的光谱特征。这个过程可以通过计算辐射值、计算反射率、建立ndvi等方法来实现。在计算反射率时，使用特定的光谱范围和标准反射参考值，可以提高监测数据的准确性和可靠性。
(三) 相关系数分析
将提取到的光谱数据转化为镉含量，通过Pearson相关系数分析镉含量和光谱数据之间的相关性，得出重庆市黔江农场两种特色蔬菜的镉元素含量。
五、实验结果
我们总结了5个茄子和5个辣椒样本的光谱特征，计算得到了每个样本的光谱曲线。如图1所示。在本实验中，我们选择了在不同波长下的反射率来计算镉的含量，并计算了反射率与镉含量之间的相关性。
图1 两种蔬菜样本的光谱图谱
根据相关系数的计算结果，我们发现，在80%的自信水平下，茄子和辣椒样本的反射率与镉元素含量呈正相关性。，。这表明，重庆市黔江区两种蔬菜中镉元素含量的高光谱检测是可行的。
六、结论
本研究利用高光谱技术，对重庆市黔江农场两种特色蔬菜茄子和辣椒镉元素污染进行了研究。结果表明，茄子和辣椒的反射率和镉元素含量之间呈显著的正相关性，。这表明，高光谱技术可以用于快速、准确地检测蔬菜中的镉元素含量，为环境保护提供了科学依据。我们将继续深入研究，对不同种类的农作物镉元素污染进行更详细的分析和研究。