مطالعه آلودگي درختان در فضاي سبز شهري بر اساس رفتار طيفي آن‌ها با استفاده از طيف‌سنجي ميداني

The spectral behavior of trees affected by traffic pollution using filed spectroscopy

افزايش حمل‌ونقل و ترافيك در شهرها را مي‌توان از عوامل اصلي آلودگي هوا نام برد كه تأثيرات منفي گسترده‌اي بر كيفيت زندگي انسان‌ها و گياهان گذاشته است. روش­هاي معمول براي بررسي تأثير آلودگي هوا بر اساس نمونه‌برداري از هوا و گياه و تجزيه‌وتحليل‌هايي است كه نيازمند تجهيزات آزمايشگاهي، زمان و هزينه نسبتاً بالا هستند. تركيبات بيوشيميايي و تغييرات ساختار سلولي گياه تحت تأثير بازتابندگي طيفي گياهان در محدوده طيف مرئي و مادون‌قرمز نزديك قرار دارد. آلودگي هوا و استرس‌هاي ناشي از آن باعث تغييراتي در تركيبات محتواي سلولي گياه خواهد شد؛ بنابراين مي‌توان با بررسي رفتار طيفي گياه با صرف زمان و هزينه كمتر به احتمال وجود آلودگي درختان در فضاي سبز شهري پي برد. هدف مطالعه حاضر مطالعه رفتار طيفي گونه‌هاي زبان‌گنجشك، نارون و سرو در دو حالت آلوده و شاهد و بررسي امكان تفكيك اين دو تيمار بوده است. اين مطالعه در بخشي از بزرگراه امام خميني اصفهان كه در معرض آلودگي هواي ناشي از ترافيك قرار دارد انجام شده است. به اين‌منظور شاخص‌هاي طيفي حساس به استرس و كلروفيل انتخاب و محاسبه شده؛ سپس به‌عنوان ورودي در مدل‌هاي شبكه عصبي مصنوعي وارد شد. نتايج مدل شبكه عصبي مصنوعي با استفاده از شاخص‌هاي طيفي براي تفكيك گونه‌هاي شاهد و آلوده داراي صحت كلي 73.4% بود. مدل رگرسيوني حداقل مربعات بخشي نيز براي تفكيك دو حالت آلوده و شاهد براي سه گونه به‌صورت توأم و براي هر گونه به‌صورت مجزا انجام شد و نتايج قابل قبولي در تفكيك گونه‌هاي شاهد و آلوده گونه‌ي زبان‌گنجشك با ضريب همبستگي 0/97 و ريشه ميانگين مربعات خطا حاصل از اعتبار سنجي متقاطع (Root Mean Square Error of Cross Validation) مدل به‌دست‌آمده معادل 0/76 به دست آمد.

Today, Industry and traffic can be a major contributor to the air pollution in the cities. The traditional methods for the study of air pollution are based on chemical measurements and analysis which requires time, labor along with relatively high costs. Study of spectral behavior of Plants affected by environmental stresses is one of the non-destructive methods in remote sensing science. The visible and near-infrared spectroscopy of plants technique, since it’s quick, easy to use and precise, is widely used to predict the biochemical components of plants and their changes. The aim of this study is to study the spectral reflectance behavior of leaves exposed to traffic pollution of a part of Imam Khomeini highway, Isfahan-Iran. Spectral characteristics of the leaf surface of infected species including ash, cypress and elm using spectral indices sensitive to stress and chlorophyll were studied. The results of artificial neural network to distinguish the control and polluted species using spectral indices (PRI, NDVI, Gitelson and …) shows the accuracy of 73.4%. The PLS regression model was conducted simultaneously for three species in polluted and control modes and it does not have any acceptable results. In addition, the model was conducted separately for each species; it showed acceptable results for ash trees in polluted and control modes.