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矿山资源的开采为国民经济的建设提供了大量的金属资源,同时对当地经济发展起到良好的促进作用。但是矿山资源的开采,尤其是金属矿山资源的开采,在开采、冶炼、运输过程中,矿渣废液及矿渣的排放会导致矿区土壤和水体中富集大量的重金属,对矿区环境造成严重的重金属污染。本文选取攀枝花市米易县典型钒钛磁铁矿区作为研究区域,采用地面实测光谱仪ASD FieldPro III采集了三个矿区内部及周边的主要农作物、土壤、水体样本的光谱数据,并在实验室采用电感耦合等离子体质谱仪对相应的土壤、水体样本的重金属含量进行分析。拟通过对矿区农作物、水体、土壤样本光谱与土壤样本、水体样本重金属进行定性或者定量的分析,建立重金属含量与水体、土样样本光谱之间的反演模型,得到矿区重金属污染的分布情况,为矿区污染的防治和治理提供详实的理论依据。本文主要从植物、水体、土壤对矿区环境污染情况进行了分析,主要工作及成果如下:(1)土壤重金属研究方面,通过元素原始光谱及其数学变换(一阶导数、二阶导数、对数倒数、去包络线)后的光谱形式与重金属含量的相关分析,得出了Mn、Cr、Zn三种重金属元素相关性最高的特征波段,其中Mn元素的特征波段为2142nm、2296nm、2411nm,Cr元素的特征波段为2205nm、2386nm、2411nm,Zn元素的特征波段为2205nm、2267nm、2411nm。采用多元线性回归分析的方法,建立了Mn、Cr、Zn三种元素的反演模型,模型预测结果良好,Mn、Cr、Zn元素实测值与预测值的可决系数分别达到了0.9358、0.86、0.7723。(2)水体重金属污染方面,通过元素原始光谱及其数学变换(一阶导数、二阶导数、对数倒数、去包络线)后的光谱形式与重金属含量的相关分析,发现Pb元素原始光谱677nm和811nm处的比值R677/R811与重金属Pb含量存在良好的相关性,并采用线性回归分析的方法,建立了Pb元素与反射波谱的反演模型,Pb元素实测值与预测值的可决系数为0.6243,模型预测结果良好。将重金属反演模型与GF-1号波段结合,建立了地面实测波谱与卫星遥感谱段直接的转换关系,基于遥感影像预测了研究区水体中Pb元素含量分布。(3)植被重金属污染方面,以红薯、芒果、桃叶三种植物为例,研究发现植物红边位置与重金属含量有着良好的相关关系。同种植物受不同种金属胁迫程度,在不同区间相关差异明显。就同种植物而言,相比700-1400nm的近红外波段区间,可见光区间和植物光谱存在相关性的金属元素种类更多。在某种程度上说明,重金属元素对于叶绿素、叶黄素等色素的影响可能比重金属元素对细胞结构及水分的影响更加明显。同种重金属对不同植物影响不同,重金属含量与植物波谱区间存在较大差异。重金属含量与某些植物波谱在细胞压和色素胁迫波谱区间整体存在某种良好的相关性,这些相关性使得植物光谱可以作为研究重金属含量的遥感指数。通过波谱特征与重金属含量相关性分析进一步明确了元素含量与植物波谱相关的特征区间,为寻找重金属元素敏感植物类型和特征波段区间奠定了基础。