【摘 要】
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再生水是城市景观河湖的重要补给水源,然而再生水中含量较高的氮和磷营养盐会引起水体富营养化,破坏水生态平衡.以再生水补给的潮白河为研究区,运用高光谱技术分析了挺水植物
【机 构】
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中国科学院地理科学与资源研究所,陆地水循环及地表过程院重点实验室,北京100101;中国科学院大学,资源与环境学院,北京100049;立命馆亚洲太平洋大学,亚洲太平洋学院,大分県别府市,日本
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再生水是城市景观河湖的重要补给水源,然而再生水中含量较高的氮和磷营养盐会引起水体富营养化,破坏水生态平衡.以再生水补给的潮白河为研究区,运用高光谱技术分析了挺水植物芦苇(Phragmifesaustralis)叶片的光谱特征,并结合水质数据,通过拟合模型,探究了芦苇对再生水中氮和磷的响应关系.结果表明,各采样点水体的总氮(TN)和总磷(TP)含量分别介于1.85-18.16 mg·L-1及0.01-0.36 mg·L-1之间,叶绿素a(Chl a)和溶解氧(DO)含量的范围分别为0.60-47.45μg·L-1与4.24-11.4 mg·L-1.水体富营养化较为严重,但仍处于富氧环境.多重方差分析表明,不同采样点之间水体的TN、TP和Chl a含量差异显著(P＜0.05).由光谱反射率及反射率一阶导数曲线可知,水体TN含量越高,叶片光谱在可见光区的反射率越小,红边位置也越向波长长的方向移动(即红移).相关分析表明,水体TN和TP含量与吸光度值log(1/R)在可见光区的相关性较强,且TN与log(1/R)的相关系数高于TP.芦苇叶片光谱可在一定程度上区分水体TN含量差异,但TP对光谱特征的影响模式不明显.光谱指数与水体TN含量之间的拟合模型中,基于光化学指数(PRI)、修正叶绿素吸收指数(MCARI)和导数叶绿素指数(DCI)的模型能够解释水体TN含量变化的62.4％-70.9％(P＜0.05),可用于再生水氮含量的定量监测.该研究证明了植物光谱技术在水体富营养化监测上的可行性,为保障再生水修复河道水质和生态安全提供了科学依据.
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