0 引 言

為了研究長白落葉松光譜對土壤Cu脅迫的響應特征和變化規(guī)律，在遼東樹基溝礦區(qū)的３條勘測線上布置采樣點，進行表層土壤的多種重金屬元素含量和長白落葉松針葉的反射光譜測定，并提取了７個特征波段，計算了多個波段區(qū)間的光譜角，將其與土壤主要重金屬銅的含量進行相關分析。

光譜反演原理

植被的生長狀況也是礦山周圍生態(tài)環(huán)境變化的重要指示因子。

植物的光譜特征（對光的吸收、透射和反射的變化）由生理特征決定，生理特征又反映生長狀況。植被在生長過程中受到周圍不利因素脅迫時，生長狀況將發(fā)生變化，特別體現(xiàn)在葉內(nèi)的色素成分、含量、內(nèi)部細胞結構以及含水量等方面，葉面反射光譜也隨之發(fā)生改變。

本文利用長白落葉松針葉光譜的細微差別，反演礦區(qū)地表的土壤重金屬含量。

1 研究區(qū)概況研究區(qū)屬山地丘陵區(qū)，大地構造位置為華北地臺北緣東段遼東臺背斜鐵嶺—靖宇古隆起中部，主要由混合花崗巖、花崗混合巖和太古宙變質巖系組成。斷裂構造和褶皺構造非常發(fā)育，其中太古代中晚期花崗-綠巖地體多期變形作用形成的褶皺構造被認為與區(qū)內(nèi)銅、鋅多金屬礦化關系密切。

本文選取垂直于礦體走向且礦體埋深分別為：15m、127m、264m的4#、12#、20#三條勘測線，測定了３條勘測線上表層土壤的重金屬元素Cu、Zn、Cd、Pb、Hg含量，研究了在土壤中主要重金屬銅脅迫下長白落葉松針葉反射光譜的變化規(guī)律。

圖１為樹基溝礦區(qū)地質簡圖（ａ）及３條勘測線上采樣點的位置（ｂ）。4#勘測線附近從低緯度到高緯度，采樣點編號分別為4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9和4-11；12#勘測線附近采樣點按緯度從高到低分別為12-1、12-2、12-3、12-4、12-5、12-6、12-7、12-8和12-9；20#勘測線附近按緯度從高到低，采樣點分別為20-3、20-4、20-5、20-6、20-7和20-8。

2 材料與方法2.1土壤樣品采集與處理

在垂直于深部礦體的地表4#、12#、20#勘測線上每間隔30ｍ進行表層土壤樣品的采集，礦體附近采樣間隔加密到20m。３條勘測線上每個采樣點采用多點混合采樣，采樣深度為0~20cm。

土壤樣品在室溫下風干，磨碎，采用四分法，逐級過篩，用瑪瑙研缽磨細過0.149mm篩，置于塑料瓶中保存待測。消解土壤樣品時每個樣品做３個平行樣。重金屬全量的測定采用硝酸-高氯酸-氫氟酸消化，原子吸收分光光度法測定。

2.2植被反射光譜測量

選擇各采樣點相同朝向、相同樹齡、生長狀況近似的長白落葉松作為取樣對象，采集其針葉樣品，在仍然新鮮時用地物光譜儀進行室內(nèi)反射光譜的測量。

2.3特征波段/參數(shù)

在多條光譜曲線上存在顯著差異的波段處選取特征波段/參數(shù)，能有效鑒別相似光譜曲線之間細微的光譜差異，對相似地物具有較強的識別能力。特征波段的選擇和提取至關重要，本文將特征波段的位置取在反射光譜曲線的峰值點或谷點以及坡度的拐點處，表1給出了反射光譜的幾種特征波段。

利用相似度的度量工具—光譜角法對受重金屬銅脅迫的長白落葉松針葉多個波段區(qū)間的光譜變化進行分析，當針葉光譜角小于對應波段區(qū)間的閾值時認為不存在光譜差別；當光譜角大于閾值時，表明該針葉光譜變異顯著，長白落葉松受到銅的脅迫。

光譜角越小，長白落葉松針葉的光譜曲線與對照組植被葉片的光譜曲線越相似；反之，光譜角越大，光譜曲線相似度越差，長白落葉松受到銅的脅迫越嚴重，從而達到診斷銅污染程度的目的。

3結果與討論

3.1各采樣點重金屬平均含量

圖2為３條測線上各采樣點表層土壤樣品的重金屬平均含量分布圖。同一采樣點處各重金屬總量的大小關系為Zn>Cu>Pb>Cd>Hg，由于土壤中Cd與Hg的含量差異小，圖2中Cd與Hg曲線幾乎重合。4#勘測線上的4-5、4-6采樣點為Cu、Zn含量最大富集處，含量異常突出，其余各樣點的重金屬含量波動不大。Nemero綜合污染指數(shù)表明，土壤只有Cu為輕度污染，Zn、Cd、Hg、Pb無污染，３條測線的表層土壤污染主要由Cu引起。

測得4#、12#、20#三條勘測線上各采樣點長白落葉松針葉的反射光譜如圖3所示。

可見光波段的反射低谷主要由柵欄組織中的光合色素強烈吸收引起；近紅外波段形成的“反射高原”（700~1300nm）主要是植物葉片內(nèi)部海綿組織細胞中的“水-氣界面”多次反射和散射的結果；波長大于1300nm的中紅外波段存在３個明顯的吸收谷，這主要是由葉片中的液態(tài)水強烈吸收所致。銅脅迫長白落葉松針葉的光譜反射率在高反射區(qū)（800~1300nm）遠高于健康植被，而這些差別反映了它們光譜特性的不同，是用于識別和區(qū)分植被受脅迫程度的基礎。

審核編輯：符乾江