基于高光谱的甘薯重金属镉含量监测研究

doi:10.16178/j.issn.0528-9017.20240192

浙江农业科学 ›› 2025, Vol. 66 ›› Issue (6): 1471-1476.DOI: 10.16178/j.issn.0528-9017.20240192

基于高光谱的甘薯重金属镉含量监测研究

陈玉¹(), 舒兴², 白嘉成², 吕尊富²^,^*()

1.杭州市临安区科学技术局,浙江杭州 311300
2.浙江农林大学现代农学院浙江省农产品品质改良重点实验室, 浙江杭州 311300

收稿日期:2024-03-10 出版日期:2025-06-11 发布日期:2025-06-23
通讯作者: 吕尊富,教授,E-mail:lvzunfu@163.com。
作者简介:陈玉,E-mail:chenyu12388@163.cm。
基金资助:
国家自然科学基金(32071897);国家自然科学基金(32272222);浙江省“三农九方”农业科技协作计划项目(2022SNJF007);浙江省粮油产业技术项目

Monitoring of cadmium content in sweet potato based on hyperspectral analysis

CHEN Yu¹(), SHU Xing², BAI Jiacheng², LYU Zunfu²^,^*()

1. Hangzhou Lin an Science & Technology Bureau, Hangzhou 311300, Zhejiang
2. Key Laboratory for Quality Improvement of Agricultural Products of Zhejiang Province, College of Advanced Agricultural Sciences, Zhejiang A&F University, Hangzhou 311300, Zhejiang

Received:2024-03-10 Online:2025-06-11 Published:2025-06-23

摘要/Abstract

摘要：

重金属镉的快速检测对甘薯优质安全生产具有重要意义。本实验采用心香、薯绿1号、广薯87、浙薯13和商薯19等5个甘薯品种进行盆栽实验,设置了5个不同含量的镉处理,探究甘薯对镉吸收及其累积的特性。结果表明,随着土壤镉含量的增加,甘薯的叶片和块根中的重金属镉含量呈上升趋势。通过对甘薯叶片光谱反射特性的分析,识别出与镉含量密切相关的关键光谱波段,并在这些波段内确定了与叶片镉含量和归一化植被指数(NDVI)相关性最强的2个敏感波段(830和910 nm),基于NDVI指数构建了甘薯叶片中重金属镉含量的定量估算模型,实现了对甘薯植株镉含量的实时监测和精确诊断。

关键词: 甘薯, 镉, 吸收, 积累, 光谱, 估算模型

Abstract:

The rapid detection of cadmium is of great significance for the high-quality and safe production of sweet potatoes. This experiment used five sweet potato varieties, Xinxiang, Shulv 1, Guangshu 87, Zheshu 13, and Shangshu 19, for pot cultivation. By setting five different contents of cadmium treatment gradients, the characteristics of cadmium absorption and accumulation in sweet potatoes were explored. The results showed that the heavy metal cadmium content in sweet potato leaves and root tubers showed an upward trend with the increase of soil cadmium content. By analyzing the spectral reflectance characteristics of sweet potato leaves, key spectral bands closely related to cadmium content were identified, and two sensitive bands (830 and 910 nm) with the strongest correlation with leaf cadmium content and normalized vegetation index (NDVI) were determined within these bands. A quantitative estimation model for heavy metal content in sweet potato leaves was constructed based on the NDVI index,achieving real-time monitoring and accurate diagnosis of cadmium content in sweet potato plants.

Key words: sweet potato, cadmium, absorption, accumulation, spectrum, estimation model

中图分类号:

S531

陈玉, 舒兴, 白嘉成, 吕尊富. 基于高光谱的甘薯重金属镉含量监测研究[J]. 浙江农业科学, 2025, 66(6): 1471-1476.

CHEN Yu, SHU Xing, BAI Jiacheng, LYU Zunfu. Monitoring of cadmium content in sweet potato based on hyperspectral analysis[J]. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2025, 66(6): 1471-1476.

图/表 7

图1 甘薯薯块干重

Fig.1 Dry weight of sweet potato root tubers

图2 甘薯茎秆质量

Fig.2 Stem weight of sweet potato

图3 甘薯叶片中重金属镉含量

Fig.3 Content of heavy metal cadmium in sweet potato leaves

图4 甘薯薯块中重金属镉含量

Fig.4 Content of heavy metal cadmium in sweet potato root tubers

图5 心香叶片光谱反射曲线结果

Fig.5 Results of spectral reflectance curve of leaves in Xinxiang

图6 任意两波段NDVI值与镉含量的决定系数等势线图

Fig.6 The equipotential plot of the determination coefficient between NDVI values and cadmium content in any two bands

图7 NDVI值与甘薯叶片的镉含量关系

Fig.7 Relationship between NDVI value and cadmium content in sweet potato leaves

参考文献 17

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Monitoring of cadmium content in sweet potato based on hyperspectral analysis

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