基于高光谱的常见园林灌草吸污能力研究

摘要

我国工业化、城镇化进程的加快和经济的飞速发展造成了大气环境污染问题，已严重危害到人类健康。园林植物具有削减大气污染物，改善城市生态环境等多种功能，筛选不同气候条件下吸污能力强的园林植物具有重要的实践意义。本研究以柳州市、冷水江市、武汉市、北京市和哈尔滨市5个不同气候区代表性城市常见园林灌草植物为研究对象，分别测定各城市污染区和对照区常见园林灌草光谱反射值，利用灌草叶片含硫、氮量高光谱反演模型和构建的叶片滞尘量反演模型计算出叶片污染物含量，采用聚类分析方法评价了各城市常见园林灌草吸收SO2、NOx和滞尘的能力，筛选出不同气候区代表性城市吸污能力强的常见灌草植物种类，以期为城市吸污绿化树种应用提供合理的科学依据。主要研究结果如下：
　　（1）常见灌草植物单位叶面积滞尘量分别与原始光谱反射率、光谱一阶导数、光谱二阶导数、倒数光谱及对数光谱的多元线性逐步回归模型中，只有光谱二阶导数与单位叶面积滞尘量的回归模型达到极显著水平，判定系数为0.779，因此，基于高光谱的常见灌草植物单位叶面积滞尘量最优反演模型为：
　　Y=0.255+1864.517*P''422+93.415*P''758-719.570*P''578-5202.463*P''435-1600.248*P''502（判定系数R2=0.779，拟合R2=0.910，RMSE=0.071，预测精度1-RE=55.347％）。
　　（2）在不同气候区代表性城市中，吸收SO2能力极强和强的灌草植物柳州市和冷水江市各12种、武汉市20种、北京市14种、哈尔滨市6种；吸收NOX能力极强和强的灌草植物柳州市14种、冷水江市12种、武汉市17种、北京市14种、哈尔滨市6种；滞尘能力极强和强的灌草植物柳州市15种、冷水江市15种、武汉市18种、北京市12种、哈尔滨市6种。
　　（3）从常见园林灌草植物对SO2、NOX和粉尘污染的综合吸污能力看，综合吸污能力极强和强的灌草植物柳州市8种、冷水江市11种、武汉市15种、北京市13种、哈尔滨市6种，综合吸污能力一般的灌草植物柳州市11种、冷水江市9种、武汉市11种、北京市4种、哈尔滨市2种。
　　（4）五个不同气候区代表性城市71种常见园林灌草植物中综合吸污能力强的植物有48种，可选择应用于城市污染区大气净化。其中综合吸污能力极强的植物有21种，包括夹竹桃（Nerium indicum）、北京丁香（Syringa pekinensis Rupr.）、灰莉（Fagraea ceilanica）、乌桕（Sapium sebiferum(L.)Roxb.）、石楠（Photinia serrulata Lindl.）、黄金榕（Ficus microcarpa cv.Golden Leaves）、巧玲花（Ligustrum quihoui Carr.）、大叶栀子（Gardenia jasminoides Ellis var.grandiflora Nakai.）、日本珊瑚树（Viburnum odoratissimum Ker-Gawl.）等；综合吸污能力强的有27种，包括杜鹃（Rhododendron simsii）、金银忍冬(Lonicera maackii(Rupr.)Maxim.)、平枝栒子(Cotoneaster horizontalis Dcne.)、三角梅(Bougainvillea glabra)、尖叶木樨榄(Olea ferruginea Royle)、等；综合吸污能力一般的植物有23种，包括紫荆(Cercis chinensis Bunge)、爬山虎(Parthenocissus tricuspidata)、毛竹(Bambusoideae)、红花酢浆草(Oxalis corymbosa DC.)、凤尾竹(Bambusa multiplex‘Fernleaf’)、葱兰(Scirpus validus Vahl)、南天竹(Nandina domestica Thunb.)等。
　　（5）不同生活型植物的吸污能力具有差异性。不同气候区代表性城市常见园林灌草植物对SO2、NOX和粉尘三种大气污染物的吸收能力及综合吸污能力均是：灌木>草本；常绿灌木>草本；常绿灌木>落叶灌木。但不同气候区代表性城市落叶灌木和草本的吸污能力没有一致规律。

目录

声明

1.前言

1.1 选题背景及意义

1.2 研究综述

1.2.1 园林植物吸收大气污染物能力研究进展

1.2.2高光谱遥感技术监测植物生化参量的研究进展

1.3研究的主要内容

2.研究区概况与研究方法

2.1研究区概况

2.2研究方法

2.2.1研究技术路线

2.2.2研究地点与材料

2.2.3植物叶片光谱反射率的测定

2.2.4植物光谱数据的处理

2.2.5常见园林灌草滞尘量反演模型构建

2.2.6常见园林灌草叶片含硫、氮及滞尘量的反演

2.2.7常见园林灌草吸污能力评价

3.结果与分析

3.1 基于高光谱的常见园林灌草滞尘量反演模型建立

3.1.1构建高光谱常见园林灌草滞尘量反演模型

3.1.2 最优回归模型精度检验

3.2不同气候区代表性城市常见园林灌草吸污能力分析

3.2.1柳州市常见园林灌草吸收SO2、NOx和滞尘能力分析

3.2.2冷水江市常见园林灌草吸收SO2、NOx和滞尘能力分析

3.2.3武汉市常见园林灌草吸收SO2、NOx和滞尘能力分析

3.2.4北京市常见园林灌草吸收SO2、NOx和滞尘能力分析

3.2.5哈尔滨市常见园林灌草吸收SO2、NOx和滞尘能力分析

3.3常见园林灌草吸污能力综合评价

3.3.1不同生活型园林灌草吸污能力比较

3.3.2不同气候区代表性城市常见园林灌草吸污能力综合评价

3.3.3代表性城市常见园林灌草吸污能力综合评估

4.结论与讨论

4.1 结论

4.2 讨论

参考文献

致谢

附表