1材料與方法

1.1供試材料

供試黑藻為水鱉科多年生沉水草本，莖圓柱形，表面具有縱向細棱紋，質較脆。葉多以3～8枚輪生，葉片綠色，線形或長條形，長7～17mm、寬約1～1.8mm，常具紫紅色或黑色小斑點,先端銳尖，邊緣鋸齒明顯，無柄，具腋生小鱗片和明顯主脈1條。黑藻廣布于亞歐大陸熱帶至溫帶大陸地區，常見于水溝、沼澤、池塘、湖泊、水庫和河道等靜水或緩流水環境中，適宜水深為0.5～3.0m。其耐污性和適應性強、繁殖快。相對于同類沉水植物苦草(Vallisneriaspiralis)，黑藻具有較強的競爭優勢，在上海地區分布廣泛，而且對水體環境具有很好的指示作用。黑藻目前已被用于富營養化水體的生態修復和水產養殖飼料的種植。

1.2試驗方法

試驗在華東師范大學校園麗娃河邊空曠地進行。將黑藻移栽到裝滿河泥的圓柱形托盤(d=60cm,h=10cm)中，放入裝有自來水的試驗圓桶(d底部=123cm,d上部=138cm,h=95cm,V=1200L)中培養備用。15天后，托盤中黑藻群落平均高度為30cm，蓋度為70%，鮮質量為2kg左右。將1個試驗圓桶中全部注入潔凈自來水，通過繩索固定托盤,放入試驗圓桶水體中，調整托盤中黑藻群落冠層頂端距水面為30cm，測定黑藻群落光譜反射率，作為試驗的對照。然后通過注入不同體積已測懸浮物濃度(suspendedmatterconcen-tration,SMC)的麗娃河水，人工調控水體中的懸浮物濃度。各處理按照懸浮物濃度順序依次為SMC1、SMC2、SMC3、SMC4、SMC5和SMC6，其中SMC1為對照,不加含有懸浮物的麗娃河水。實驗中實測的水體懸浮物濃度分別為2.0、26.7、34.7、42.0、54.0和72.0mg·L-1。

1.3光譜測定

使用便攜式地物光譜儀，測定不同懸浮物濃度水體中沉水植物的光譜反射率。光譜儀的波段覆蓋350～2500nm，其光譜分辨率在700nm為3nm，1400nm和2100nm為30nm，采樣間隔在350～1000nm內為1.4nm，1000～2500nm內為2nm。傳感器探頭全視場角(FOV)為25°。測定沉水植物光譜反射率前，用黑色棉布貼在試驗圓桶的底部和周壁，以消除試驗圓桶底部和周壁對光的反射和吸收。在天空晴朗，氣溫14℃～25℃，陽光幾乎直射的條件下，測定不同懸浮物濃度條件下的黑藻群落光譜反射率。測定時，將探頭垂直置于水面1m之上進行光譜采集，每次測定10個光譜數據.每次測定前，使用白板(反射率為98%)作為漫反射參考板進行優化，并將光譜數據轉化為反射率。

1.4懸浮物濃度測定

水體中懸浮物濃度的測定采用過濾重量法，濾膜直徑47mm、孔徑0.45μm。40℃條件下烘干過濾前后的濾膜至恒量，差量法計算懸浮物的質量，根據過濾水樣的體積折算出水體中懸浮物濃度。

1.5數據分析

由于沉水植物反射光譜在900nm所受干擾較大，本研究選擇400～900nm波段范圍的光譜數據，進行水體中不同懸浮物濃度與黑藻群落光譜反射率的相關分析。根據相關分析結果和4個波段范圍(藍光波段：430～470nm；綠光波段：500～560nm；紅光波段：620～760nm；近紅外波段:760～900nm，應用便攜式地物光譜儀攜帶的光譜處理軟件，對所測反射光譜進行截取與計算。通過計算黑藻群落在不同懸浮物濃度條件下的光譜反射率與在對照水體中光譜反射率的差值，分別得到水體中不同懸浮物濃度在4個波段的光譜反射率，并進一步對水體中不同懸浮物濃度與其在4個波段相應的光譜反射率進行回歸分析。

2結果與分析

2.1不同懸浮物濃度條件下的黑藻反射光譜特征

從圖1可以看出,在不同懸浮物濃度條件下,黑藻群落的反射率隨著水體中懸浮物濃度的增加而上升.黑藻群落的光譜反射曲線顯示,黑藻群落在藍光波段和紅光波段有較強的吸收,形成了兩個吸收谷。

圖1水體中不同懸浮物濃度條件下黑藻群落的光譜特征

在綠光波段則形成了明顯的反射峰。與典型陸生植被的反射光譜曲線相比,沉水植物黑藻群落在近紅外波段的光譜反射率比在可見光波段光譜反射率要低,沒有形成類似陸生植被在近紅外波段的反射高原區,而是在近紅外波段演變為兩個反射峰,分別位于712nm和815nm附近。

2.2水體中懸浮物濃度和懸浮物光譜反射率的回歸分析

對水體中不同懸浮物濃度與黑藻群落光譜反射率的相關分析表明，在400～900nm范圍內，兩者之間均為顯著相關(P450nm的波段，兩者之間均為極顯著相關(P

2.3水體中懸浮物濃度對黑藻群落反射光譜影響的修正

在藍光波段、綠光波段、紅光波段和近紅外波段水體中，由于懸浮物濃度與其相應的光譜反射率之間均能建立較好的線性關系，因此可以利用這4個波段所建立的線性方程對水體中懸浮物濃度對黑藻群落的反射光譜影響進行修正。

圖2水體中不同懸浮物濃度與黑藻群落光譜反射率的相關系數

圖3水體中不同懸浮物濃度與反射光譜之間的回歸分析

在實際測量中得到的黑藻群落光譜反射率包括了黑藻群落自身的光譜反射率和水體中懸浮物的光譜反射率兩部分。因此可以利用上述水體中不同懸浮物濃度與其相應的光譜反射率的回歸方程,分別修正水體中懸浮物濃度對黑藻群落反射光譜的影響。

yB=ym-(0.0004x-0.0056)(1)

yG=ym-(0.0009x-0.0119)(2)

yR=ym-(0.001x-0.0188)(3)

yNIR=ym-(0.001x-0.0259)(4)

式中：yB、yG、yR和yNIR分別為在藍光、綠光、紅光和近紅外波段，修正后的水體中懸浮物對黑藻群落影響后的光譜反射率；ym為不同懸浮物濃度條件下黑藻群落在4個波段的實測光譜反射率；x為水體中懸浮物濃度。

3 討論

3.1不同懸浮物濃度條件下的黑藻群落光譜特征

在可見光波段，與陸生植被的反射光譜特征相比，沉水植物黑藻群落在不同懸浮物濃度水體中的反射光譜具有與陸生植被反射光譜類似的光譜特征。其主要表現：在藍光波段和紅光波段，前者由于植物色素和水體黃色物質的吸收，后者由于葉綠素a較強的吸收，分別形成了一個吸收谷；在綠光波段，由于沉水植物光合色素弱吸收和水體中懸浮物質散射的共同作用形成了明顯的綠峰現象。而在近紅外波段，由于水體中懸浮物質可能吸附在葉片表面，改變了植物的結構，從而降低了黑藻群落在近紅外波段的光譜反射率。黑藻群落在近紅外波段的光譜反射率要低于可見光波段的反射率，沒有表現出陸生植被反射光譜典型的近紅外高原區這一獨有的特征。在紅光波段和近紅外波段，由于水體本身和水體中懸浮物等物質對光的吸收和反射等作用，出現了雙峰的現象。其中，在700nm附近的反射峰是由于水體和葉綠素a的吸收系數之和在該處為最小所形成的，而在800nm附近的反射峰則是由水體中懸浮物等物質對光的反射所引起的。

3.2不同懸浮物濃度對黑藻群落反射光譜的影響

專家學者在分析廈門近海岸懸浮物污染狀況的研究中，利用紅光波段與懸浮物濃度之間的線性關系，發現隨著水體中懸浮物濃度的增加，水體的光譜反射率也會增大本。研究結果表明，隨著水體中懸浮物濃度的增加，黑藻群落的光譜反射率也呈現相應的增加，在400～900nm范圍內所有的波段都為顯著相關(P450nm的波段均為極顯著相關(P

3.3不同懸浮物濃度對沉水植物反射光譜影響的修正

水體懸浮物濃度是影響沉水植物光譜特征和遙感監測的重要水環境因子之一。某學者利用便攜式光譜輻射計的實測光譜數據，模擬建立了水體光譜反射率的分析模型，較準確地估算了水體的懸浮物濃度。利用地物光譜儀在巢湖進行了光譜測量和同步水質采樣分析，發現利用單波段反射率建立回歸方程可以估算內陸水體中的懸浮物濃度。上述研究探討了水體懸浮物濃度與其對應的光譜反射率之間的定量關系，并較準確地估算了水體中懸浮物濃度。因此，利用遙感技術大尺度實時監測沉水植物的分布及動態，需要修正水體中懸浮物濃度對沉水植物反射光譜特征的影響，研究二者之間的定量關系。本研究通過實驗分析了不同懸浮物濃度對黑藻群落反射光譜特征的影響，分別在藍光、綠光、紅光和近紅外4個波段建立了水體中不同懸浮物濃度與黑藻群落光譜反射率之間的定量關系，從而可以修正水體中不同懸浮物濃度對沉水植物反射光譜的影響。在實際應用中,可利用地物光譜儀測定沉水植物蓋度或生物量與其光譜特征的關系以及對富含懸浮物水體中沉水植物的反射光譜進行修正，消除水體中懸浮物對沉水植物反射光譜的影響。再結合遙感影像的解譯、分析和反演,進而進行大尺度遙感監測沉水植物的分布和動態變化。當然，在野外實際應用中，沉水植物的光譜特征往往還受到水體其他理化特性如水體深度、底質、葉綠素濃度等的影響,因此這些因素對沉水植物反射光譜所產生的影響還有待于進一步的研究。

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審核編輯：符乾江