镉是一种可在土壤内累积的对人与作物均有害的有毒重金属。人类70%~90%的镉吸收来源于植物源性食品，特别是可将高浓度镉转移至地上可食用组织的叶类蔬菜。文章中指出，解决重金属污染问题的最佳策略是将重金属固定在土壤中并阻止其进一步被作物组织吸收。生物炭可以降低土壤中重金属镉的生物有效性，实现土壤的改良修复。然而，多数作物在面对3-30mg/kg的有害镉胁迫时仅表现出有限的可见症状。在传统研究中，评价土壤改良剂的实际效用需要在作物收获后采用具有破坏性且高成本的重金属吸收化学检测方法。高光谱成像是一种可以在植物生长过程中无损快速定量检测镉的技术。本研究利用可见近红外(400nm-998nm)高光谱成像技术探索了检测两种截然不同的绿叶作物(罗勒与甘蓝)的镉胁迫的可行性，研究了从硬木中提取的生物炭对减少镉胁迫的作用并鉴别了与植物镉胁迫相关程度最高的植被指数。

　　该研究的高光谱采集实验设置在严格控制环境变量的自动化植物表型获取设施中。实验样本由64盆作物组成，其中实验因素包括土壤改良剂处理(2个)、镉胁迫处理(0,5,10,15 mg/kg)以及作物品种(2个)。

　　通过结合作物株高、重量、SPAD值、植被指数等表型参数与方差分析法发现，罗勒比甘蓝在面对镉胁迫时具有更明显的症状，而且使用高光谱成像技术更易被检测。多个植被指数有效地检测到了罗勒的镉胁迫，但只有花青素反射率指标(ARI)可以同时区分两种作物中不同处理下镉胁迫的梯度。研究结果表明，生物炭处理确实降低了甘蓝对重金属镉的吸收，特别是在镉的浓度较低时。而且，ARI指标是评价土壤改良剂中和重金属镉胁迫效果的最准确指标。该研究为利用高光谱成像技术加速土壤重金属镉改良剂的研究提供了新的思路，有助于阐明生物炭影响植物生长和应激反应的调节机制。

　　图1(A) 3个时间点的罗勒株高和(B)4种镉浓度土壤中收获后的地上部分的生物量干重的显著性分析图。不同字母表示使用方差分析确定的处理组之间的显著差异(p <0.05)

　　图2 在4个时间点与4种土壤镉浓度下，作物株高与生物炭处理的显著性分析图。不同字母表示使用方差分析确定的处理组之间的显著差异(p <0.05)

　　图3在土壤镉浓度为0或15 mg/kg时，在第1和第3个采样点进行生物炭修复后的甘蓝NDVI彩色图和光谱反射率曲线

　　来源：Zea M, Souza A, Yang Y, et al. Leveraging high-throughput hyperspectral imaging technology to detect cadmium stress in two leafy green crops and accelerate soil remediation efforts. Environmental Pollution, 2021: 118405.

　　编辑：张金诺