Mapping leaf metal content over industrial brownfields using airborne hyperspectral imaging and optimized vegetation indices
Cartographie de la teneur en métaux des feuilles sur les friches industrielles à l'aide de l'imagerie hyperspectrale aérienne et d'indices de végétation optimisés
Résumé
Monitoring plant metal uptake is essential for assessing the ecological risks of contaminated sites. While traditional techniques used to achieve this are destructive, Visible Near-Infrared (VNIR) reflectance spectroscopy represents a good alternative to monitor pollution remotely. Based on previous work, this study proposes a methodology for mapping the content of several metals in leaves (Cr, Cu, Ni and Zn) under realistic field conditions and from airborne imaging. For this purpose, the reflectance of Rubus fruticosus L., a pioneer species of industrial brownfields, was linked to leaf metal contents using optimized normalized vegetation indices. High correlations were found between the vegetation indices exploiting pigment-related wavelengths and leaf metal contents (r ≤ − 0.76 for Cr, Cu and Ni, and r ≥ 0.87 for Zn). This allowed predicting the metal contents with good accuracy in the field and on the image, especially Cu and Zn (r ≥ 0.84 and RPD ≥ 2.06). The same indices were applied over the entire study site to map the metal contents at very high spatial resolution. This study demonstrates the potential of remote sensing for assessing metal uptake by plants, opening perspectives of application in risk assessment and phytoextraction monitoring in the context of trace metal pollution.
La surveillance de l'absorption des métaux par les plantes est essentielle pour évaluer les risques écologiques des sites contaminés. Alors que les techniques traditionnelles utilisées pour y parvenir sont destructrices, la spectroscopie en réflectance visible - proche infrarouge représente une bonne alternative pour surveiller la pollution à distance. Sur la base de travaux antérieurs, cette étude propose une méthodologie pour cartographier la teneur de plusieurs métaux dans les feuilles (Cr, Cu, Ni et Zn) dans des conditions de terrain réalistes et à partir d'une imagerie aérienne. À cette fin, la réflectance de Rubus fruticosus L., une espèce pionnière des friches industrielles, a été liée aux teneurs en métaux des feuilles en utilisant des indices de végétation normalisés et optimisés. Des corrélations élevées ont été trouvées entre les indices de végétation exploitant les longueurs d'onde liées aux pigments et les teneurs en métaux des feuilles (r ≤ - 0,76 pour Cr, Cu et Ni, et r ≥ 0,87 pour Zn). Cela a permis de prédire les teneurs en métaux avec une bonne précision sur le terrain et sur l'image, en particulier Cu et Zn (r ≥ 0,84 et RPD ≥ 2,06). Les mêmes indices ont été appliqués sur l'ensemble du site d'étude pour cartographier les teneurs en métaux à une très haute résolution spatiale. Cette étude démontre le potentiel de la télédétection pour évaluer l'absorption de métaux par les plantes, ouvrant des perspectives d'application dans l'évaluation des risques et la surveillance de la phytoextraction dans le contexte de la pollution par les métaux traces.
Origine : Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte