全 文 ：鼎湖钥矿区芒其的生态变化与
光谱特性初探
刘 颖
(中国科学院地球化学研究所广州分部 )
摘 要 本丈通过衬生长在铂矿 区 的植物— 芒其的各种 生 化指标 的分析 , 探讨生长在铂犷 区的芒其受相 毒·害后 , 其体内微量 元素含量和叶绿素含量 的 变化情况及其与植物反扮光谱变化之 间 的 关
系 , 从理论上论证 用遥惑方法寻找 隐伏 于植被下 的矿床的 可能性 。
随着遥感技术的高速发展 , 应用于地质找
矿的遥感信息也越来越精确及多样化 。 怎样利
用遥感信息寻找半隐伏一隐伏的地质矿藏 , 已是
目前急需解决的问题 。 特别是在低纬度地带 ,
由于气候湿热 , 风化层和植被覆盖厚而广 , 这
给地质找矿带来很多困难 。 过去的生物地化找
矿是以典型指示植物或测试植物 甲某元素的含
量来推测矿体的存在 , 这与地质上的化探扫面
一样需要大量的人力和物力 。 能否利用植物生
态变化引起的反射光谱异常来寻找隐伏于植被
下的矿体 , 是本文拟探讨的问题 。
目前 , 国内同行们在遥感实验 中 均 发 现
C u
、
P b
、
Z n
、
M
O能够引起植物光谱的变化 ,
但均未做过系统的野外研究 。 国外关于利用旺
季植物光谱异常寻找铜矿方面的报道较多 , 也
取得了一定的成果 。
本研究以鸡笼山铂矿区为研究区 , 对植物
生态及光谱特性作系统的分析讨沦 。
里处 , 作为对照点 。
通过 1 9 8 7年 2 月对测点的近 20 种植物的反
射光谱测定及化学分析 , 发现覆盖面较大的浅
根植物芒其 , 中根植物桃金娘 , 深根植物马尾
松等对铂均有不 同程度的中毒反 映 ; 同时 , 发
现鼠刺 、 藤黄檀对铂有特殊的吸收 , 使这两种
植物内出现一种很少见的色 素— 灰 色素 。 因此 , 我们选择了上述 5种植物作为观测对象。
由于时间关系 , 这里只就芒其进行讨论 。
选点及选择植物
我们的测点是沿垂直矿体走向的 n 号测线
由矿体中心依次向外围延伸而布置的 。 2 号点
(含 M o 1 0 0 0一 1 2 0 0 p p m ) 、 4号 点 (含M o
5 0 0一 6 0 0 p p m )在 1 ) 蚀变带 上 ; 6 号 点 (含
M o 1 0 0一 2 0 0 p p m ) 在 2 ) 蚀变带上 ; 8 号
点 (含M o 5 0一 7 0 p p m ) 在 3 ) 蚀变带上 ,
1 0号点 (含 M o < 1 0 PP m ) 选在离开矿区几公
分析内容及结果
为了探讨钥矿区内芒其生态的变化及其与
反射光谱的关系 , 做了如下分析 :
1
.在各测点采集含腐殖质多的 A 层及土层
下的母岩各约 1 0 0 0 9 , 风干后破碎成 20 目、 60
目和 1 60 目三个粒级 , 分别做土壤 p H值 、 全 氮
量 、全磷量 、 有机质 、全铁量的化学分析 及 C u 、
M o
、
C r
、
Z n
、
F e
、
M g的等离子光 谱 分 析 ,
结果列于表 1 和表 2 。
2
.每个测点采集20 0 9芒其 叶 片 , 在 60 ℃
下烘干粉碎后称干样 0 . 59 做了 M 。 、 C u 、 C r 、
Z n
、
F e
、
M g的等离子光谱分析 , 结果列于 表
3
o
称干样 0 . 5 9 , 以丙酮提取叶绿素 , 用 7 21
型分光光度计测量其在 6 45 n m 、 6 3 n m处 的
光密度 , 然后计算出鲜叶的叶绿素总量 , 结果
列于表 4 。
表 卫 岩石 、 土壤的化学分析结果 ( P n x)
… Z· 1一 1一!一
1 0今 7。 41
9 3 9
。
0 6
3 32
。
2 0
1 6
。
68
4
。
2 9
1 1 8 8
。
8 1
2 97
。
8 9
5 2
。
4 4
1 0
。
3 0
12
。
7 3
2 9
。
1 1
, .ō月,` 胜`OJ
:
5
2 一 A
5
4中一 A
5 6
一
A
5 8
一
A
S
: o 一A
R
2
R
; 中
R
。
R a
R t o
4 0
。
7 1
14
。
9 8
8 5
。
4 2
6 8
。
78
1 1 7 1
。
5 4 1 30 4 8
。
8 7
1 6 47
。
8 1 2 2 0 5 9
3 0
。
3 9
10 7
。
0 4
6 4
。
6 0 1 22 6
.
8 1 1 2 46 2
14
。
3 5
8
。
2 1
5 3
。
70
5 2
。
6 5
1 9
。
5 1
3 2
。
6 0
5
。
0 9
4 4
。
38
6 1
。
7 7
6 4
。
9 4
1 4 5 9
`
8 8
3 4 15
。
96
2 2 4 5 1
。
9 6
2 72 69
.
2 6
6 9
。
34
5 0
。
00
3 5
。
1 1
2 9
。
2 8
1 0 8
.
4 5
8 0
.
96
10 6
。
0 7
1 47
.
3 5
l 石2 . 7 2
37
。
8 0
1 5
.
0 5
魂0 . 7 3
注 : S犷 A , A层土壤样品 ; R厂岩石 样品 。
表 2 土 坡 肥 析 结 果
\ 万马于`
\ 公 l 冲卜曰 容 有机质 (% )测点。
万
力 分丁全氮 (% ) 全磷 (% ) 全 铁 (乡石)
…n.八曰甘
b:
一
A
S
; 中一 A
5 6
一
A
5
8一 A
5 2 0
一
A
2
。
8 0
5
。
7 0
4
.
6 7
1
。
19
2
。
0 7
0
。
1 17
0
。 2 2 9
0
。
0 5
0
。
0 5 6
O
。
0 8 5
讨一76昭29韶
工臼呼呀U确OJ马匆
芒其叶片的元素分析结果 ( P p m )
素
M o C住 Z n C r
:;:
` …::::。 , ` 3
}
’ · 2 ,
:::
7 … :;::
二土二三
P
Z一 5
P` 一 5
P
。 一 5
P
。 一 5
P
l 。 一 5
6
。
2 2 3 1 5
。
1 9 70 2 4
。
0 7 37 4
。
9 1 8 9 1 4 8 6
。
8 19 8 5 5
。
9 85 1
9
。
2 3 39 5
。
85 49 3 2
。
82 34 4
。
2 16 1 1 75 5
。
6 0 4 0 9 7
。
0 2 6 8
3。 4 8 3 1 5
。
4 4 5 4 4 7
。
2 8 7 3 5
。
34 5 0 1 63 8
。
9 7 1 0 7 9
。
2 9 9 9
。
9 0 0
。
2 0 0
5
`
5 5 5 8 3 4
.
52 2 0 2
。
30 36 1 98 6
。
2 5 7 9 7 2
。
1 9 4 2
4
.
47 7 2 2 7
.
89 17 2
。
89 5 4 10 36
.
8 4 90 5 0
。
8 0 1 9
卫
|
表 4 豁鲜芒笼叶片的叶绿素及
缝胡多 卜素的含娥 (。 g / g )
侧 点 号
:3
3416锹 5 5。1 0 - 5 0。 46一 3 魂5。 55 。 0
另外 ,对 2号 、 10 号测点的芒其叶片的叶黄
素及胡罗 卜素做了中红外测量 ,结果示于图 l 。
3
.在各测点 20 x 10 m “的范围内采 集有 代
表性的数株芒其 , 分三次测量其室 内 反 射 光
谱 , 其反射光谱曲线示于图 2 。
2
1匀
(a )
2号点
(次à哥划姻
1 32 25石 5 5
0 I
s e一一
0 0 0 4320 0 2 40 0
16 5 9、 J .
-
一一二 ~ - -
16 0 0 80 0
只 ( nm)
(b)
10
`号点
最 6 0 2号点 6 16 1
讲 _划 4廷 j
梢
z 72 5’ , 6 7 2
O L玉
4 0 0 0
叼
3 2 0 0
图 1
讨 论
2 4 0 0 1 6 0 0 8 0 0
只 硬n m )
芒其色素的红外光谱特征曲线。
( a )叶黄素 , ( b )胡罗 卜素 。
而 4 号测点则可能保留一部分从 山上流下来的
铂 , 从而提高了 4 号测点的可溶性铂的含量 ,
1
. 芒其叶片中钧含履与土壤中钥元素的关
系
以各测点对土壤及芒其叶片中的钥含量作
图 , 结果示于图 3 。
由图 3 可清楚地看出 , 芒其中铝的含量基
本上是随土壤 中铂含量的增高而增加的。 4 号
测点的芒其的铂含量高于 2 号测点的 , 这是 因
为 : 1 ) 地形效应 : 两测点虽然处于 同一山坡
上 , 但铂含量高的 2 号测点位于 山顶 , 4 号测
点位于 山洼里 , 常年 的雨水淋洗必定使 2号测
点附近的可溶性铂及含翎腐殖质随雨水流失 ,
2 ) 4 号测点含腐殖质的 A 层土壤的厚度 ( 4 一
8 o m ) 远高于 2 号测点的 A层土壤 (1 一 4 c , : 1 ) ,
由于腐殖质对铂有极强的富集作用 , 故有利于
铂的氧化物转变为有效铂 。 因此 , 4号测点芒
其叶片中的铂含量比 2 号测点的要高 。
把地形效应及有机质所富集的铂统称为外
来的铂 , 用 A 层土壤中的铂与原岩中的铂之差
值来代表 , 而土壤中原有的铂用原岩中的铂来
代表 , 如表 5 所列 。
芒其叶片中的铂含量 、 外来钥含量及原有
铂含量的回归结果列于表 6 。
码舜犷飞 R叱0 7 /蕊巍斟
60
石0 0 70 0 8 0 0 波 长 (nm )
M 。 二一
1 0 0 0
M O拉 (p pm
队
60 0
图 2芒其反射光谱特征曲线
表 6芒其叶片中的铂含皿 、 外来铂含最及原
有钥含量的回归结果
回归方程 y芒 =0 . 41 +0 . 0 0 6 5 x断土 +0 . 0 1 1 义外来
A层土垠 中的批
芒其中的饥 全相关系数 R二 0 . 98
F = 04 9
。
1 7
F 原土 =1 61 。 78
F 外来 二 1 7 3. 0 1
统计数 : 5
标准差S 二 0 。 3;
F o
.
o x= 90
.
0 0
F o
.
o z二 5 9. 4 9
F o
4
o:= 98
.
4 9
1 0 测点 号
图 3
表 5
土壤中相与芒其叶片中铂的变化趋势
各种样品中的钥含量 (P Pm )
4 6 28
原土中的M 。 (笼原土 )
外 来M o (x外来 )
芒其中的M 。 (y芒 )
1 2
。
7 3
一 8 。 51
0
。
0 2
经F 检验 , y 与两个 自变量的 关 系 很 显
著 。 x 外来的作用大于 x 原土的 , 这就从统计 学 上
证明了上面的论述 , 即植物中的铂与原来土壤
中的铂 、 因地形效应造成的外来铂与有机质富
集所增加的钥的总和有显著的相关关系 , 并以
地形效应和有机质富集引起铝的变 化 影 响 最
大 。
2
. 相异常对芒其体内色素的影晌
( 1 ) 以各测点对土壤中的铂含量和叶片
中的叶绿素含量作图 (图 4 ) 。
土壤中的钥异常与芒其中叶绿素的关系通叫盆101刃se月fot烈勺lù名尸了n自…斤了,JO曰OU左O`扁nn口只`12DO. .占RùOU吸甘ù11.山1一
.
6` .
Mo出
(P Pm)
士壤 巾银
芒其中叶绿素
4 26 810钡 l J点 号
图 4芒其中叶绿素与土壤中铝的关系
过图 4可以明显地看出来。 随着土壤中铂含量
的增加 , 芒其中叶绿素的含量也随之增加 。 这
主要是由于土壤中的铂抑制了芒其对铜 、 铁 、
锌 、 铬的吸收 , 使芒其体内吸收元素的比例失
调 , 从而迟缓 了芒其的生长速度 。 表 8 列出的
是各元素比例失调的情况 。
表 7 芒龚中各元素与铂的比值
\ 测 点号 2 4 …6 8 1 0元素已 C u /M
O 0
。
84 0
。
6 3 1
。
5 6 6
。
17 2 1
。
3 9
Z
n
/M
o 3
。
8 7 3
。
5 5 1 3
。
5 8 3 8
。
1 1 1 39
。
3 6
F e /M o 9
。
0 0 10
。
5 1 2 2
。
7 7 80
.
2 2 2 5 4
。
0 1
M酬 M 。 2 3 8 。 9 2 1 90 。 1 3 47 0 。 5 5 2 2 0 6 . 价 5 1 5 1 R连 2连
( 2 )从芒其体内类胡罗 卜素的情 况来右 ·
呈黄色的类胡罗 卜素在受钥毒害的植物中的合
量是远低于正常植物的 (表 4 ) , 而单纯比权
受害植物 , 又会发现铂中毒较重的 2 号 、 4号
测点的类胡罗 卜素含量要高于中毒较 轻 的 6
号 、 8 号测点的 , 这是由于芒其体内过剩的铂
破坏了芒其体内的叶绿素蛋 白 , 生成了黄亮色
的铂黄蛋白所致 , 这对芒其在 5 50 n m处 附 近
的吸收反射有较大的影响 。
3
. 芒其的反射光谱特性与叶绿素和钥之间
的关系
图 2 是植物芒其的反射光谱特征曲线 , 曲
线的 4 5 0 n m及 67 0 n m处是 由叶绿素吸收引 起
的吸收谷 , 而 5 0 n m处的小反射峰则是 由 于
吸收减弱而 出现的 , 它受 450 n m及 67 0 n m 处
的吸收所控制 , 因此也反映了叶绿素的情况 。
6 90 一 7 30 n m 曲线最大斜率所对应的波长位置
的移动 , 反映了植物受害或成熟的情况 。 一般
情况是 , 受金属元素毒害曲线发生蓝移 , 而植
物生长成熟则发生红移 。 6 70 n m以后的 反 射
率 R值则与叶片的水份 、 内部结构有关 。
下面分别从 5 0 n m 附近的反射率 R值 、 最
大斜率的波长位移及 8 0 n m处的 R 值 三 个 光
谱特征值讨论其分布规律 。
( 1 )贾52 。 一 。 2 。 。 nI 与类胡罗 卜素的关系
为了与 T M卫星的波段对 应 , 以 52 0一 6 20
n m 的平均反射率值贾。 2。 一 。: 。 。 m为绿光波段的 特
由表 7 和图 4可以看出 , 元素在芒其体 内
失调得越大 , 芒其成熟期越拖后 , 即叶绿素含
量越高 。 从植物生理的角度来 看 , C u 、 Z n 、 F e 、
M g
、
M 。 均是植物生长必不可少的元素 , 它 们
对植物的基本代谢 起 着 重 要 作 用 。 C u 、 M g
主要影响植物的光合作用 , 而 F e 、 M 。对 氮 代
谢有影响 , Z n则是一种形成生长调节剂的重要
元素 , 这些元素在植物体内比例的失调 , 使正
常的光合作用 、 氮代谢等减慢 , 因而影响了植
物蛋白质的合成 , 减缓了植物的生 长 发 育 速
度 , 使植物在正常的成熟期里仍未达到成熟 。
0
.
6 0
.
8 1
.
0 1
.
2 1
.
4 1 。 6
C R ( m g / 1 00 9 )
图 5 芒其中类胡罗 卜素与光谱特征值
反5 2 0一 6 2 0 n m的关系
征值 , 以类胡罗 卜素 ( C R ) 含 量为横座标 ,
豆5: 。 一。 2。 。 m为纵座标作图 ( 图 5 ) 。
由图 5 可见 , 凤 : 。 一 62 。 。 m的值基本 上 是 随
着类胡罗 卜素含量的增高 而 增 高 的 。 也就是
说 , 瓦 2。 _ 。 2。 。 m与类胡罗 卜素含量的关 系是 相
对应的 , 只要叶片中类胡罗 卜素发生变化 , 就
必然在 5 50 n m处有所反映 。
( 2 )曲线最大斜率所对应的波长 只 极大的位
移与铂 中毒的关系
图 6 是 几 K极大与芒其中铂的关系 图 。 由该
图可见 , 随着芒其中钥含量的 增 加 , 之K极大是
向着蓝光方向偏移的 , 图 7 直观地显示了这种
蓝移的大小。 显然 , 由于受钥的毒害 , 曲线分
别蓝移了 2 一 8 n m o
1
.
7 3
6 8 0
汽K 极 人
图 7
`了0 0 7 1 0 7 2 0 7 3 0
几 ( n n l)
最大刹率所对应的波长位置
图 1 叶黄素图中铂中毒样品 ( 2 号测 点 )
的个别峰值与未中毒的 ( 10 号测点 ) 不同 , 发
生了位移 。
由于时间及经费等的影响 ,仅做了 2号测点
及 10 号测点的胡罗 卜素和叶黄素的 中 红 外 分
析 , 虽然已看 出结构的变化 , 但无法进行定量
讨论 。
订r` ]on71月日
7 0 9
7 0 8
2 4 6 8 1 0 1 2
M o 卜, ( P Pm )
图 6 久 K极大与芒其中相含量的关系
( 3 ) 8。。 n m处 R 值与叶片结构变化 的 关
系
芒其吸收过量的铂 , 破坏了叶片的结构 ,
这在图 1 中可以明显地看出 。 图 1 中受铂毒害
的 2号测点芒箕的胡罗 卜素分子在 1 67 2 c m 一 ` 、
1 5 7 o C m
一 `有两个峰 ,而对照点 1 0 号测点在 1 6 6 1
e m
一 ` 、 1 6 3 2 e m 一 `有两个峰 。 在 2 67 0一 1 6 0 0 e m 一 ’
表现的是C一 C双健伸展振 动 , 而 在 1 57 o c m 一 `
则是苯环的伸展振动 。 显然铂中毒后色素分子
的 C一 C双键伸展振动减弱了 , 而苯环的 伸 展
振动明显了 。
结 论
综上所述 , 可以认为 , 生长在铂异常地区
的芒其 , 5 0 n m处的 R值是受类胡罗 卜素变化
控制的 。 在植物受铂毒害而出现生长延缓的情
况下 , 钥 中毒深的植物的类胡罗 卜素增加 , 光
谱反射率在 5 50 o n处的峰值也 增加 ; 而几、 * 大
蓝位移则与铂中毒有直接关系 , 钥中毒越深 ,
蓝移越大 。 8 0 n m处 R值的变化也与铂中毒有
关 , 这主要是由于铂中毒后叶片内部结沟发生
了变化所致。 由于铂中毒在光谱上有上述明显
反映 , 故有可能利用遥感技术寻找隐伏于植被
下的矿床 。
. ` 8 .