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ASD | 牛奶掺假如何识别？地物光谱仪给出答案！

研究背景牛奶作为一种富含蛋白质、钙和多种维生素的基础性食品，在日常饮食中占据着举足轻重的地位，是儿童成长、老年人骨骼健康以及全民营养均衡的重要保障。然而，在庞大的消费市场需求下，部分不法商家为追逐利润，采取掺水稀释、以低价牛奶冒充高价值山羊奶或绵羊奶等方式牟利。这类掺假行为不仅损害了消费者的知情权和选择权，还可能引发营养成分失衡、食品过敏等健康风险，更破坏了乳制品市场的公平秩序和行业声誉。如何高效、可靠地识别这类掺假行为，成为保障乳品质量安全、提升消费者信任度和推动行业健康发展的关键课题。一、技术需求与挑战传统实验室检测方法虽具备较高准确度，但存在样品制备复杂、检测周期长、现场应用受限等不足。鉴于牛奶及不同动物奶品成分相近，快速、灵敏且无损的检测手段迫在眉睫。二、仪器与方法概述本研究采用 LabSpec 4 Standard-Res 便携式地物光谱仪，结合主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLSDA）与随机森林等多变量统计方法，对掺水及不同奶种混合的牛奶样本进行定性与定量分析。主要特点如下：光谱范围：350–2500 nm，VNIR 分辨率 3 nm，SWIR 分辨率 10 nm；测量模式：Contact Probe® ATR 多次反射采样，减少杂散光干扰，无需破坏样品；便携性：设备轻便，可现场实时测量。三、实验是如何开展的？本研究围绕两种常见掺假行为展开：1、用水稀释牛奶2、不同种类奶之间的混合掺假（如奶牛奶混入山羊奶）表 1.掺假研究为了全面评估检测能力，研究人员选择了牛奶、山羊奶和绵羊奶三种品种，并设计了三组掺假研究：绵羊奶 × 牛奶绵羊奶 × 山羊奶山羊奶 × 牛奶表 1.掺假研究图 1. 不同百分比组合获得的光谱数据：a) 羊奶和牛奶 b) 山羊奶和牛奶 c) 绵羊奶和山羊奶。每组实验分别按照0%、33%、66%、100%的比例混合，模拟真实掺假场景。每种混合比例设置3个重复，每个样品进行4次光谱测量，共完成216次光谱数据采集，为模型分析提供了坚实的数据基础。此外，研究还扩展了实验范围，纳入了不同热处理方式（如UHT、巴氏杀菌）、脂肪含量和多个品牌的市售牛奶，进一步贴近真实市场环境。表 2. 模型对于定性研究的准确性。图2. 针对品牌3个样品的不同类型牛奶分类对应的分析结果。图3. 可以检测山羊奶是否掺假牛...

2025 - 06 - 24
LI-2100 | 如何让森林“喝饱水”？——来自黄土高原的答案

在干旱少雨的黄土高原，种树是生态修复的重要手段。但你知道吗？树种得太密，反而可能加剧水资源紧张！最近，中国科学院生态环境研究中心的团队，在《Catena》上发表了一项新研究，给我们带来了新的思考：“合理间伐”——也就是适当间隔砍掉一部分树木，竟然能让森林更健康、更省水！为什么要给森林“瘦身”？在黄土高原这样的半干旱地区，水分原本就稀缺。如果森林种得过密，树木们为了生存，只能展开“抢水大战”，结果大家都活得不好：· 土壤里的水被快速抽干· 树木长势变弱，易枯死· 生态修复变得不可持续而间伐，就像给森林做“减肥手术”，腾出空间，减少竞争，让留下来的树能更好地“喝水”、更好地“呼吸”。研究团队做了什么选取人工刺槐林（Robinia pseudoacacia，黄土高原很常见的一种树），设置了4种不同的管理方式：重度间伐（砍掉55%）中度间伐（砍掉45%）轻度间伐（砍掉35%）不间伐（啥也不动）图1. 研究区概况连续3年（2020-2022年）通过观测土壤水分、树干液流和稳定同位素（δ2H、δ18O和δ13C）等一系列指标。对土壤和木质部样品进行三次重复水分提取时，使用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（北京理加联合科技有限公司），每次提取时间为3小时，确保了样品中水分提取效率达到98%以上，且无同位素分馏的问题。此外，采用激光同位素分析仪测定土壤水和雨水的同位素组成（δ²H和δ18O），精度分别达到±1.0‰和±0.1‰。对木质部水样品则采用同位素比质谱法，以确保避免有机污染的影响。结果图2. 2020 - 2022年气象要素日变化图3. 不同间伐处理下刺槐林土壤含水量( SWC )在各水文年( a、b、c)和总体年份( d )的变化规律。不同小写字母表示不同间伐处理下SWC在P 0.05水平上差异显著。误差条为标准差。图4. 不同( a )间伐处理和( b )水文年型下刺槐林蒸腾速率的变化。不同小写字母表示不同间伐处理或不同水文年的蒸腾速率在P 0.05水平上差异显著。误差棒为标准差。图5. 不同间伐处理下刺槐土壤水和木质部水同位素组成的关系。LMWL和SWL分别指当地大气降水线( y = 7.76x + 5.14 , R² = 0.91 , P 0.01)和土壤水蒸发线。图6. 不同水文年4...

2025 - 06 - 24
Resonon | 让生菜更健康，高光谱成像技术实现病害早期预警

在农业生产中，病害防控一直是影响作物产量和品质的重要因素。尤其是生菜这种广受欢迎的叶菜类作物，易受到霜霉病侵袭，一旦发病，损失可达90%以上。传统的病害检测往往依赖人工经验，不仅耗时费力，而且存在延误防治的风险。最近，发表在国际期刊《Agriculture》的一项研究，为作物病害防控提供了全新思路：通过高光谱成像技术，实现生菜霜霉病的早期检测和精准评估！01 高光谱成像：植物健康的“千里眼”高光谱成像是一种融合了图像与光谱数据的前沿技术，能够细致捕捉到植物叶片反射光谱中的微小变化。这种变化往往在肉眼能观察到病斑之前就已经发生，为早期诊断提供了可能。在本研究中，科研团队使用400–1000 nm波段的Resonon高光谱成像仪，拍摄了健康与感染霜霉病的生菜叶片。通过对比不同生长状态下的光谱数据，结合标准植被指数（如NDVI、SAVI等），提取了与病害发展密切相关的特征指标。图1 (a)健康生菜(b)患有霜霉病的生菜和(c)可见症状。02 智能分析：让检测更高效不仅如此，研究还引入了机器学习算法，如支持向量机（SVM），对海量高光谱数据进行建模与分类分析。通过特征选择优化，最终建立了准确率高、鲁棒性好的早期检测模型。图2.高光谱成像系统。03 关键成果SVM在病害初期识别阶段准确率达94%；最具判别力的特征波段集中于绿光（530–580 nm）和近红外区（700–900 nm）；与传统目视检测相比，高光谱方法可提前数天发现病害发生。图3. 高光谱成像过程。图4. 第1天至第7天光谱带的VIP值。图5. Ref-DI 相关性与第 1 天至第 7 天 Ref 平均 VIP 的重叠。04 为什么早期检测这么重要？传统病害管理往往依赖经验和目测，当病斑可见时，病害已经扩散，防控成本高、效果差。而高光谱+智能分析技术，不仅能缩短反应时间，还能降低农药使用，实现更加环保、高效的农业生产。05 面向未来的农业“黑科技”随着设备小型化和算法智能化发展，高光谱成像有望从科研实验室走向田间地头，配合无人机、智能农机应用，形成“天-地-机”一体化监测体系，为精准农业、智慧农业注入强大动能。参考文献：Ban, S.; Tian, M.; Hu, D.; Xu, M.; Yuan, T.; Zheng, X.; Li, L.; Wei, S. Evaluation and Early Detec...

2025 - 06 - 24
荒漠草原的“呼吸密码”：一场关于碳汇与气候变化的秘密对话

当我们谈到气候变化时，总会关注北极冰川、碳达峰、绿色能源……但你是否知道，一片荒漠草原的土壤，也在悄然影响着全球碳循环？近期，内蒙古农业大学草地资源团队在《植物生态学报》发表研究成果，揭示了荒漠草原土壤在不同“冻融阶段”下，对气候变暖和氮沉降的响应机制。图1. 土壤不同冻融阶段对应的平均气温、降水量、土壤温度和含水量。A,平均气温和降水量。B, 0–10cm深度的土壤温度。C, 0–10cm深度的土壤含水量。D,不同处理下的土壤冻融阶段。黑色垂直线区分生长季(Gs)和非生长季节(Ngs), 灰色垂直虚线之间的区域是冬季冻结期(Sfw), 黑色垂直虚线之间的区域是秋季冻结期(Saf); Sst, 春季解冻期。CK, 对照; N, 氮添加; W, 增温; W+N, 增温+氮添加。Freezing, 秋-冬季冻结; Frozen, 冬季冻结; Thawed, 融化; Thawing, 冬-春季解冻。图2. 不同处理下土壤CH4全年和季节性累积吸收通量以及季节性吸收通量对全年通量的相对贡献。A, 土壤CH4累积吸收通量(平均值±标准误)。B, 土壤CH4季节性吸收通量对年吸收通量的相对贡献。CK, 对照；N, 氮添加；W, 增温；W+N, 增温+氮添加。Gs、Saf、Sfw和Sst分别指生长季、秋季冻结期、冬季冻结期和春季解冻期。不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(p 0.05)。*, p 0.05; **, p 0.01; ***, p 0.001。一年四季，草原土壤会“呼吸”出什么？本研究区域位于内蒙古自治区乌兰察布市西北部的四子王旗，本研究利用SF-3500多通道土壤气体通量测量系统（北京理加联合科技有限公司），在一年中不间断监测了内蒙古荒漠草原的土壤甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）通量。结果发现：荒漠草原是甲烷的“净吸收器”（即“碳汇”），全年吸收通量高达344–471mg C·m-2，其中非生长季贡献竟占了41%！CO₂则以排放为主，非生长季也贡献了9%的年度排放总量。特别是在“秋冻”“冬冻”和“春融”这些特定阶段，土壤的气体交换行为表现出不同的“性格”：秋季：土壤尚未完全冻结，微生物活跃，CH₄吸收最多。冬季：土壤进入低温沉寂，CH₄吸收虽少，但并未完全“停工”。春季：随着温度回升，CO₂排放“骤然苏醒”。表1. 增温、...

2025 - 06 - 17
ASD | 草饲牛肉真不真？“光谱识肉术”来辨别！——草饲？谷饲？光谱一看便知！

你买的牛肉，真的是“草饲”的吗？在如今“绿色”“有机”越来越受欢迎的消费趋势下，草饲牛肉因其脂肪含量更低、Omega-3更高、抗氧化能力强，还能兼顾生态环境保护，成了不少人的首选。但问题来了：“草饲”标签靠谱吗？真的能靠外观判断？本研究带来一项新突破：利用可见光-近红外光谱技术（Vis–NIRS），就能快速、无损地识别出牛的实际饲养方式！研究背景：样品来自加拿大牛肉主产区在加拿大阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省，养牛是重要产业。到2024年初，这两个省共饲养超过100万头牛，其中大多数采用谷物饲养，谷物类型主要为西部大麦和东部玉米，旨在提升增重速度、肉质大理石花纹和脂肪颜色。研究团队选用了45头安格斯×西门塔尔杂交牛，按饲喂方式分成三组：草饲组：8个月放牧+30天苜蓿+79天黑麦草大麦饲组：先30–40天过渡饲粮，再进入148–197天高精料大麦日粮玉米饲组：类似大麦组，但主粮为玉米牛在平均16.7月龄、体重约638 kg时屠宰，胴体冷藏3天后取样分析。光谱技术怎么“看出牛吃过什么”？本研究使用的是ASD LabSpec®4 地物光谱仪，搭载20mm接触式光纤探头，扫描范围为350–2500nm，每个样本光谱由50次扫描平均而得，采样时间仅约5秒！采集部位包括：完整肉块（Longissimus thoracis）皮下脂肪绞碎后的肉样数据处理方式：使用偏最小二乘判别分析（PLS-DA）模型对光谱进行多种预处理（如二阶导数、标准正态变换SM、均值中心化MC等）每个模型提取关键波段并生成VIP图（变量重要性投影）图 1. 草饲（n =15）、玉米饲喂（n =15）或大麦饲喂（n =15）的牛的（a）脂肪、（b）完整肉和（c）碎肉样品的原始 Vis-NIR 平均吸光度光谱。表 1. 根据所分析的组织，大麦、玉米和草饲脂肪和肉类样品的 PLS-DA 结果。图 3. 基于可见光和/或近红外光谱的脂肪、完整肉和碎肉的偏最小二乘判别分析模型，用于区分草饲、大麦饲喂和玉米饲喂的牛，得出的投影变量重要性 (VIP)：(a) 可见光，2ndder + SM + MC，脂肪 5 LV；(b) 近红外，1stder + MSC + MC，脂肪 5 LV；(c) 可见光-近红外，2ndder + SM + MC，完整肉 6 LV；(d) 近红外，SM，碎肉 5 LV。红线表示 VI...

2025 - 06 - 16
LI-2100 | 沙柳的“未雨绸缪”:在干旱来临前，植物也有“预感”？

在中国西北干旱、半干旱地区，水资源的紧缺一直是制约生态系统恢复与可持续发展的核心难题。随着全球气候变暖导致干旱频率增加和降水不确定性加剧，生活在这些区域的植物如何感知、应对干旱，成为科研人员关注的焦点。本研究将目光投向中国黄土高原的典型灌木——沙柳（Salix psammophila）。这种耐旱先锋树种不仅是半干旱区植被恢复的重要角色，更在水分利用上展现出了超强“智慧”。三年观察，揭示灌木的水分“生存术”本研究团队在2019–2021年连续三年间，走进陕西神木六道沟流域，系统监测沙柳林的土壤水分、液流变化、叶片生理特性以及稳定同位素（δ²H、δ¹⁸O、δ¹³C）指标，力求揭开沙柳如何在干旱胁迫下实现“智慧用水”的秘密。图1. (a)研究区域位置和沙枫林图片；(b)实地观测的气象变量、叶片生理特性、土壤水分和稳定同位素。研究地点小科普地处黄土丘陵区的六道沟，属温带大陆性气候，年均降水仅约457毫米，且集中于6-9月，植被以人工灌木为主，沙柳正是其中的“主力军”。沙柳的“感知系统”：未雨绸缪不是说说而已研究发现，沙柳在干旱真正到来之前就已启动节水机制：提前降低蒸腾速率，减少水分流失；控制叶片面积，调节叶水势；并不依赖深层土壤水，而是主动调控生理活动应对水分波动。这就像植物拥有了“气象雷达”，提前感知土壤水分的变化，进行自我调整。作者称这种现象为“预感干旱”策略。更有趣的是，即使干旱发生，沙柳在生长期的蒸腾趋势仍保持先升后降的节律，展现出强大的生理稳定性和适应能力。图2. 三个水文年（2019–2021年）沙柳林土壤含水量（SWC）、土壤储水量（SWS）和土壤干燥化指数（SDI）的变化。误差线表示标准误差。图3. 2019-2021年生长季沙柳平均日蒸腾速率(T)、固有水分利用效率(iWUE)、叶水势(Ψ)和叶面积指数(LAI)的变化。误差线表示标准误差。图4. 三个水文年（2019–2021年）不同土层（0–40 cm、40–120 cm、120–200 cm）土壤水分对沙柳的贡献比例。误差线表示标准差。图 5. iWUE 与（a）林分蒸腾速率的关系，以及（b-d）不同土层（0-40 cm、40-120 cm、120-200 cm）土壤水分对沙生林的贡献比例。图6. 三个水文年（2019–2021年）沙柳林叶片生理性状、水分利用比...

2025 - 06 - 10
300TC | 机载高光谱成像仪助力美洲黑杨健康监测

美洲黑杨（Populus deltoides Marshall）是一种重要的速生用材树种，广泛栽培于中国温带平原地区。它生长迅速、早熟、丰产、易于更新，因此在生态防护林和工业用材林中具有广泛应用。研究其表型性状，特别是叶片叶绿素含量（LCC），对于筛选出适应不同环境和管理条件的优良基因型至关重要。为什么不再“采一片叶子”？传统测定叶绿素含量的方法依赖实验室化学分析，不仅操作繁琐、耗时长，而且具有破坏性。对于覆盖数千株样木的大型试验林来说，这种方法显然难以适应大范围、高频率的监测需求。遥感技术，尤其是无人机搭载高光谱传感器的应用，为这一问题提供了有效解决方案。研究表明，叶绿素对光具有特定吸收特性，尤其集中在可见光和红边波段。通过获取叶片反射的光谱信息，研究人员可以“无接触式”地反演叶绿素含量，实现对林分健康状态的快速评估。图 1. 研究区域位置。本研究选取湖北省石首县国家优质杨树种苗基地为研究区域，如图1所示，开展无人机高光谱数据获取与建模分析工作。该区域种植面积约 83,600平方米，共有 3000余株不同基因型的美洲黑杨，具备良好的实验基础。图 2. DJI 350M无人机搭载300TC高光谱成像仪。设备：DJI 350M 无人机搭载 300TC 高光谱成像仪（北京依锐思遥感技术有限公司）光谱通道数：308波段范围：393–1007nm空间分辨率：20cm/像素飞行时间：5月14日 10:00–15:00，天气晴朗、风速较低影像处理软件：Mega Cube v11.0.13（北京依锐思遥感技术有限公司），用于辐射、几何及正射校正同时，现场采集了叶片样本，通过实验室分析获得真实的LCC值，用于模型训练与验证。图 3. 美洲黑杨树叶的收集、储存和 LCC 提取。01 从数据中“找关键波段”：集成特征选择框架面对海量的光谱数据，如何从中筛选出与叶绿素密切相关的波段，是模型构建的关键。本研究提出了一种集成特征选择框架，融合多种算法优势，在不同机器学习模型（如 GBRT、SVR、GPR）下实现了高效稳定的波段子集提取。具体做法包括：改进嵌入式特征选择算法，引入SHAP解释值，增强波段排序的可解释性；综合嵌入式与包装器方法，提升特征选择的全局最优性；重点关注红边波段（680–760 nm）的作用，改善高LCC区间的估计偏差。图4. (a) GBRT模型在逐步降维过程中的RM...

2025 - 05 - 28
Resonon | 你吃过的藏红花真的来自西藏吗？

被誉为“软黄金”的藏红花，因其独特的药用价值和市场热度，早已成为高端养生圈的心头好。但你知道吗？藏红花的品质很大程度取决于它的产地、储存时间和等级。而这些，仅靠肉眼和经验很难判断。那么，有没有一种更科学、更可靠的方法来鉴别藏红花的“出身”和“身价”呢？本研究基于 HSI 技术，融合光谱与图像特征，结合机器学习建立藏红花产地、年份和等级的识别模型，重点提升中国藏红花的质量溯源与市场可信度。1 什么是高光谱成像？简单来说，高光谱成像（HSI）就像是“能看透物质内部结构的眼睛”它可以同时采集图像信息和光谱信息，识别物体在400-1000 nm范围内的光谱“指纹”，这就为精准识别藏红花的“身份特征”提供了可能。2 本研究做了什么？本研究团队采集了320份中国藏红花样品，涵盖不同产地（上海、浙江、河南、安徽、西藏）与不同年份（2021-2023），并对其等级进行分级。图1. 中国主要产区采样点图。本研究通过使用Resonon公司 Pika XC2 高光谱成像仪，获取每份样品的高维光谱图像后，研究人员进一步提取关键波长特征，并构建多种分类模型，逐步实现了：✅ 产地识别✅ 储存年份判别✅ 等级判断图2. 不同种类藏红花样品的平均原始光谱差异（a）产地（EST：东部地区；CT：中部地区；WST：西部地区）；（b）年份（2021、2022、2023年）；（c）等级（HQ：优质；NQ：中质；UQ：不合格样品）及不同种类藏红花光谱数据的特征波长分布（d）产地-MSC；（e）年份-FD；（f）等级-FD。图3.基于中层数据融合的SVM判别模型混淆矩阵（a）产地预测集；（b）年龄预测集；（c）等级预测集。3 哪些结果值得关注？✅ 产地预测准确率高达 98.3%✅ 年份预测准确率达 97.9%✅ 等级判别准确率达 89.6%这些预测结果都建立在真实光谱数据和图像特征的基础上，不依赖化学试剂、无损快速、成本低廉，为中药材质量检测提供了新的可能。该方法在改善藏红花产地可追溯性、年龄验证和质量控制方面展现出良好潜力，从而确保公平贸易，并提供了一种快速、低成本的方法来核实藏红花贸易商的标签声明。该技术的成功应用彰显了其在食品和草药可追溯性和质量控制领域的巨大潜力。参考文献：https://doi.org/10.1016/j.foodres.2024.115585

2025 - 05 - 28
LI-2100 | 全自动真空冷凝抽提系统在矿区生态修复方面的应用

研究背景水分是限制植物生长的关键因素，特别是在全球气候变化的背景下，干旱半干旱地区的生态水文过程和植被水分利用策略受到显著影响。煤矿开采，尤其是露天矿，对环境破坏严重。黑岱沟露天煤矿位于黄土高原生态脆弱区，矿区的生态修复已成为重点工作。排土场的植被恢复对于合理利用水土资源和促进煤矿可持续发展至关重要。目前，矿区生态修复中的水问题研究主要集中在土壤水文效应、物理性质和坡面侵蚀等方面，但对植物水源及其利用机制的定量研究较少。利用稳定同位素技术，可以高效分析植物的水源，并通过多源混合模型量化各水源的贡献率。例如，深根植物通常利用深层土壤水，而浅根植物则更多依赖浅层水分。由于煤矿开采扰动了土壤结构，植物的水源利用方式与自然状态下有所不同。此外，雨季的不同月份中，植物水源及其利用机制也存在差异。因此，本研究以黑岱沟露天矿排土场为例，分析蒙古松、柠条和紫花苜蓿在雨季的水分来源及其利用机制，并提出两项假设：H1，三种植物的水源可能相似；H2，不同月份的水源利用程度会有所不同。实验过程研究区黑岱沟露天煤矿位于准格尔煤田中部（图1），矿区属温带半干旱大陆性气候，海拔1256m，年平均气温7.2 ℃，年平均降雨量408mm。研究期间，6月至8月的总降雨量占全年的70%以上。无霜期在125至150天之间，平均日照时数为3119.3 h。矿区排土场为多级台地式排土场，由捣蒜沟排土场、东排土场、北排土场、西排土场、内排土场、东排土场6座排土场组成。土壤类型以黄绵土为主，养分含量较低。该区植被属暖温带草原区，以低矮稀疏的天然植被为主，盖度不足30%，优势种有长山针茅、蒙古百里香、赖草等。排土场内人工植被有柠条、臭柏、山杏等（表1）。图1. 研究区域的位置表1. 研究区域概况选择3种典型的可恢复样地的植物作为研究对象，即蒙古杨样地、柠条样地和苜蓿样地（图2）。试验于2023年6月至8月的雨季进行。每月样品采集2天，天气晴朗、无云，前3天无降雨事件。每分钟记录一次数据，连续观测研究期间该地区的降雨量（mm）、大气温度（℃）和空气相对湿度（%）。每个样地选取3株生长状况较好的代表性植物，这些植物可以典型地反映整个试验地的生长水平。采集每株植物的木质部枝条，同时进行降水和土壤采样。图2. 三种植物的图像在每个样地选取3株长势良好、形态相似的植物作为样本，每株重复采集3次枝条以减...

2025 - 03 - 06
Resonon | 高光谱成像仪在检索城市河流水质参数方面的应用

点击蓝字，关注我们健康的水环境对可持续的城市发展至关重要。然而，随着城市化的快速推进和人口增长，工业废水和生活污水造成了严重的水污染，危及人类健康和水生生态系统。传统的水质监测方法成本高昂且劳动密集。近年来，MODIS、Landsat 和 Sentinel 等卫星图像技术取得了进展，提供了广泛且具成本效益的监测手段，但由于空间和光谱分辨率的限制，在监测总磷 (TP) 和化学需氧量 (CODMn) 等非光学活性参数时仍面临挑战。机载高光谱成像仪通过提供高分辨率图像，弥补了卫星与地面监测之间的不足，成为一种有效的解决方案。无人机获取的高光谱图像能够捕捉到详细的光谱数据，从而改善非光学活性水质参数的反演。尽管具备优势，但仍面临诸如水质样本有限和光谱特征复杂等挑战。有效的光谱预处理和特征选择对于提高高光谱图像水质反演的准确性和效率至关重要。分数阶导数 (FOD) 和离散小波变换 (DWT) 等技术能够降低噪声并提取有价值的信息，但它们在水质监测中的应用仍处于发展阶段。本文旨在：(1) 评估 FOD、DWT 及特征选择在水质参数反演中的有效性；(2) 比较不同回归模型的性能；(3) 确定敏感光谱带及其在水质估计中的作用。目标是建立一个基于无人机高光谱图像的城市河流水质监测综合框架。这项研究聚焦于广州市荔湾区部分河流。荔湾区位于广州中心城区，人口稠密，拥有大量旧城区建筑以及发达的花卉和贸易产业。研究区位于珠江三角洲北部，地势平坦，水系复杂，夏季降水充沛。人类活动产生的污染物通过排水系统进入城市河流，导致严重的水污染问题，甚至出现黑臭水体。自2015年以来，广州市政府采取了一系列水环境治理措施，水质明显改善。采样点分布在花地河、葵蓬河、广佛河和涌沙河。无人机图像及部分视图如图1b所示，红、绿、蓝波段分别选为620 nm、520 nm、432 nm。图 1. 研究区域地图和采样点位置。（a）研究区域和采样点的位置和（b）收集的无人机图图2. 研究框架2022年10月14日至15日，在图1a所示位置共采集了45个水样，采样深度为水面以下0.5米。花地河大多数采样点由船只在河中心进行采集，无法乘船的小河则在距岸边约3米处采样。由于当地限制，奎彭河和剑沙河水深约1.5-2米，未能使用船只采样，且采样点附近无河床露出，故无人机图像仅记录水面的反射率。每个采样点收集五个250 mL水样用于实...

2025 - 03 - 06
土壤呼吸 | 森林中溶解有机物的移动在解冻期间影响下游土壤的二氧化碳通量

森林约占全球土壤碳库的70%，是调节大气CO2浓度的关键因素。湿地作为陆地和水生系统的过渡区，通常地下水位接近地表。全球变暖导致北方低地森林被湿地取代，造成景观破碎化，并可能改变碳通量。土壤CO2通量占大气碳的20-38%，其主要来源是土壤呼吸，包括自养和异养呼吸。异养呼吸受温度、湿度和溶解有机物（DOM）影响。低分子量化合物（LMW）更易降解，促进微生物活动和土壤呼吸。解冻期雨雪事件可将DOM输送至湿地，影响土壤CO2通量。本研究假设，解冻期森林湿地集水区的土壤CO2通量受DOM运动的影响，目标是分析CO2通量变化，确定DOM的影响，并探索微生物在其中的作用。图们江位于中国、朝鲜和俄罗斯的交界处，最终流入日本海，地处中高纬度地区，范围为北纬41.99°到44.51°（图1(a)）。布尔哈通河是图们江的重要支流，其上游流域面积为1560平方公里。该流域以山地森林为主，森林、农田和湿地的覆盖率分别为81.7%、12.0%和2.0%（图1(b)）。主要植被为蒙古栎、白桦、红松和苔草，分别分布在混交林和湿地中。土壤类型包括壤土、粉质黏壤土和黏土，深度分别为0–11、11–34和34–64厘米。水东森林湿地流域（SFWC）是布尔哈通河流域的一个子流域，面积为0.98平方公里，其中森林、农田和湿地面积比例分别为93.1%、0.7%和2.2%。此外，高地森林汇聚形成一条流经下游湿地的溪流。因此，该流域为研究融化期间森林湿地内DOM运动对土壤CO2通量变化特征的影响提供了一个理想的天然实验室（图1(c)）。图 1. 图们江流域地理位置（TRB，a）及BRW主要土地利用分布（b）。森林湿地流域内现场站点（▲）、土壤呼吸站点（●）、水体采样站点（▲）的空间分布及相应的场景图片（c）。上游水和下游水分别是流入湿地的上游水和流出湿地的下游水的简称。本研究使用便携式温室气体分析仪及PS-3010超便携CH4/CO2土壤呼吸系统（北京理加联合科技有限公司）测量了低洼森林、湿地和农田的土壤呼吸速率。在每种土地利用随机选择的5m×5m区域内设置三个独立地块（1 m × 1 m），并将九个表面积为 78.5cm2 的土圈提前24小时插入土壤10 cm。分别于2021年4月18日至21日 8:00、12:00 和17:00 记录原位土壤呼...

2024 - 12 - 02
ASD | LabSpec地物光谱仪在反演土壤水分特征曲线方面的应用

对地表入渗和蒸发通量的分配，以及准确量化不同空间尺度下土壤与大气之间的质量和能量交换过程，都需要了解土壤的水文性质（如土壤水分特征曲线和导水率特征曲线）。土壤水分特征曲线（SWRC）描述了在基质势下土壤水分含量的平衡情况，是重要的水文特性，与土壤孔隙的大小分布和结构密切相关，受土壤结构、质地、有机物和粘土矿物等因素的影响。传统测量SWRC的实验室方法繁琐，数据往往不完整，且只覆盖有限的水分含量范围。近年来，近程和遥感技术得到了广泛关注，特别是在光学域内的土壤反射光谱已被用于获取土壤矿物学和化学成分、有机物含量、粒度分布及水分含量等信息。这些研究为卫星遥感提供了大尺度测绘的基础。传统方法主要依赖光谱转移函数，尽管能有效推断土壤水力特性，但需大量数据进行模型校准。本文提出了一种新的实验室方法，通过水分含量依赖的短波红外（SWIR）土壤反射光谱直接估计SWRC，利用最近开发的前向辐射传输模型，仅依赖水分含量-反射率数据对，计算更高效，无需反演流动方程，简化了测量过程。为了测试提议的新实验室方法，作者使用了21种亚利桑那州土壤，这些土壤的质地（表 1）和矿物成分（即高岭石、云母/伊利石、蒙脱石、蛭石、绿泥石和黑云母含量）有很大差异。下面提供了实验确定的 SWRC 和干燥土壤的反射光谱的描述。表 1. 亚利桑那州土壤的质地特性使用ASD LabSpec®2500 地物光谱仪测量不同含水量水平的土壤反射光谱。波长范围：350-2500nm。将烘干的土壤样品通过2mm筛子，然后装入直径为40mm、高度为1.5mm的黑色金属容器中。反射率测量采用与SWRC测量相同的目标填充密度。样品经过仔细平整（即不压实以尽量减少阴影效应）。土壤样品最初用2毫升注射器浸透，在土壤从浸透到风干的过程中，每3分钟自动获取一次反射光谱。图 2. (a) 假设 θo= 0.18, log|hm| = 0.7和σ=1.3的毛细管水和吸附水贡献的土壤水分保持模型。(b) 构成土壤总水分含量的毛细管水和吸附水成分。图 3. Lebeau 和 Konrad (2010) 模型参数的变化及其对土壤水分特征曲线（上行）、吸附水分量（中行）和毛细管水分量（下行）的影响。在每个图中，其他两个参数保持不变，等于图 2 中的参考值。图 4. Lebeau 和 Konrad (2010) 模型与四...

2024 - 11 - 07
LI-2100 | 基于水分利用策略和植物性状确定坡耕地玉米种植适宜土壤厚度

水资源在粮食生产和生态修复中的关键作用，特别是在频繁出现的高温、干旱等极端天气条件下，威胁粮食生产，加速土地退化。研究指出，中国作为人均水资源低于世界平均水平的国家，农业用水已占全国总用水量的60%以上，但整体用水效率较低且区域差异显著。尤其在山区和丘陵地区，土壤侵蚀和厚度减少严重影响了蓄水能力，加剧了干旱频发和作物减产的风险。为应对这些挑战，本文强调了通过优化农业管理实践，提高用水效率，以缓解干旱胁迫，维持作物产量的重要性。本次田间试验在中国科学院盐亭紫色土农业生态站进行，该站位于中国四川盆地中北部，海拔400-600m（东经105° 27’，北纬 31°16’）（图 1）。该地区属于中亚热带季风气候，平均气温 17.3℃。年平均降水量为826mm，蒸发量为680 mm。降雨分布不均，约70%的年降水发生在夏秋季，季节性干旱频繁，主要发生在春季和初夏。图1. 研究区域位置（a）、实验地块图片（b）、地块设计图（c）、实验地块剖面图（d）。本试验土壤为钙质紫色土，来源于蓬莱镇组，属于中温土壤质地，被称为新土，占四川盆地紫色土总量的四分之一以上（图1）。钙质紫色土剖面主要发育在页岩和泥岩中，常与不透水的砂岩互层。浅层紫色土的下伏基岩限制了根系生长，入渗的大部分水分往往会因地下径流绕过根区而流失。试验土壤性质相似，平均值为：pH 值为8.37，土壤有机碳 (SOC) 为5.80 g·kg−1，全氮含量 (TN) 为0.80 g·kg−1，容重为1.14 g·cm−1，阳离子交换容量 (CEC) 为8.22cmol(+)·kg−1，含沙量为17.28%，饱和水力传导率为16.8mm·h−1。坡耕地冬小麦 (Triticumaestivum L.) 与夏玉米 (Zea mays L.) 轮作常规种植制度已持续 50 余年。现场监测共设计15个小区。小区尺寸为5mx 1.5m，坡度为6.5°，模拟长江上游坡耕地的平均梯田坡度。试验设置了5种土壤厚度处理（20 cm、40 cm、60 cm、80 cm、100 cm），每个处理重复3次。试验小区通过无缝水泥墙和基座进行水文隔离，构建不同厚度的防渗混凝土盆并重新填筑原有土层。经过8年的常规耕作（小麦-玉米轮作）后，确保土壤剖面保持原状。所有...

2024 - 10 - 29
Resonon | Pika IR+高光谱成像仪在考古学方面的应用

考古学虽然常与发掘相关，但许多遗址仍需通过地表上的文物和其他特征来进行识别。对这些地表考古记录的分析不仅可以揭示不同定居时期的信息，还能展示土地的农业、生产或仪式用途，以及景观中人、物、思想的流动模式。本文介绍了一种利用机载高光谱短波红外 (SWIR) 图像的新方法，用于记录和分析地表考古材料。SWIR 光可以区分不同类型的岩石、矿物和土壤，地质学家经常利用这一原理绘制地质图。Resonon Pika IR+高光谱成像仪能够以优于10厘米的空间分辨率收集SWIR图像，从而识别并表征地表文物。本文探讨了在NASA Space Archaeology 资助下进行的实验，展示了这项技术的潜力和挑战，特别是在成功定位和表征单个文物方面，同时指出了未来发展的关键方向。作者团队将 Resonon Pika IR+高光谱成像仪安装在 DJI M600上（图 1）。还在机身顶部安装了额外的 GPS 天线杆，并安装了一个 GPS 定位器，用于将位置数据传输到 Pika 的 IMU。图 1. 搭载在 DJI M600 无人机上的 Resonon Pika IR+ 高光谱传感器（左）；无人机在科罗拉多州梅萨维德附近的调查中飞行（右）。为了测试超高分辨率 SWIR 成像在考古学中的可行性，作者团队设计了一个简单的实验调查，以便确定 Resonon Pika IR+ 在定位和确定文物表征方面的有效性。首先制作仿制文物，旨在模仿考古遗址中常见的材料类型。共制作两种尺寸的仿制品：较大的版本直径为 5-7 厘米，较小的版本直径约为 3 厘米。图 2. 本次实验中使用的人工制品类型包括（从左上角开始）：(1) 黑色/深灰色英安岩燧石薄片，(2) 白色碎裂岩燧石薄片，(3) 红色/桃花心木黑曜石薄片，(4) 黑色黑曜石薄片，(5) 釉面白陶陶瓷碎片，(6) 素红陶陶瓷碎片，(7) 铜片金属方块，(8) 钢片金属方块，以及 (9) 来自 19 世纪建筑地基的烧砖碎片。场地选择为为当地的棒球场进行实验调查（图 3），能够将人工制品放在一个有草地的区域和另一个有内场混合物（沙子、淤泥、粘土和细砾石的混合物）的区域。然后，将仿制的人工制品排成线，每种地面覆盖类型都有两条不同大小的线。图 3. 本研究中使用的实验装置，在数...

2024 - 10 - 29
2018–2019年大兴安岭北部近地表土壤冻融期森林土壤CO2和CH4通量

高纬度苔原和针叶林、中纬度阔叶林和草原、高山和高原地区普遍存在季节性、昼夜性甚至持续数小时的冻融循环。北半球近55%的陆地面积经历季节性冻融，土壤冻融循环持续时间从几天到150天不等。频繁的冻融循环改变了土壤微生物群落结构和代谢，加速土壤有机质的分解，并以温室气体（如CO2、CH4和N2O）或溶解有机碳（DOC）的形式排放。这些过程已成为生态学、冻土学和生物地球化学研究的重点。冻融循环对地表土壤CO2和CH4通量的影响备受关注。一项研究发现，积雪对冬季土壤呼吸的影响是短暂的，厚度变化对CO2通量影响小。了解活动层过程对多年冻土区土壤CO2和CH4动态的响应和反馈至关重要。冻融循环频率和持续时间对高寒地区土壤碳通量具有重要调控作用。不同生态系统在融化期具有较高的CO2和CH4通量，研究表明，在近地表土壤冻结期间CO2通量达到峰值，随后显著下降。春季融化期（20-30天）的甲烷通量占全年总量的11%。本研究在内蒙古自治区大兴安岭生态系统国家野外观测研究站（NFORS-DXAE）进行。该地区具有典型的大陆性季风半干旱气候，多年平均气温为-4.4°C，年蒸发潜力800-1200毫米，年降水量450-550毫米，其中60%集中在7月和8月，降雪期为9月至次年5月，平均降雪厚度约30厘米。实验地块位于海拔820米的北坡落叶松林，主要乔木为兴安落叶松和白桦，平均胸高10 cm，平均树高10±4.90 m。主要灌木为杜香，平均株高0.31±0.07 m，平均植被盖度39±8%。土壤为棕色针叶林土，土层厚度30-40 cm（包括10 cm的腐殖质层），有机质含量42.74±0.92 g·kg−1。根据2009-2011年地温数据，活动层厚度为0.5至2.0 m。图1. 内蒙古自治区大兴安岭生态系统国家野外科学观测研究站研究区位于中国东北大兴安岭北部。由于测量系统配套设施通道数量和长度有限，样地被划分为4个子区。为保证测量的可靠性和代表性，样地被划分为16个5×5 m的子区。每个子区随机选择4个子样。在每个子区放置一个点来测定土壤呼吸速率。为此，将一个高10 cm、直径20 cm的PVC土环的一端压入土壤5cm深，并清除表面废弃物。PVC土环在土壤呼吸测量前一周铺设，整个测试过程中PVC土环保持静止。由于...

2024 - 10 - 21
ASD LabSpec 4 地物光谱仪在近地天体群中识别人造天体的应用

在2020年9月，由美国夏威夷的Pan-STARRS1望远镜发现了一颗疑似地球的临时卫星，为地月系统带来了一颗新的天体。起初，科学家们认为它是一颗普通的阿波罗小行星，即轨道穿过地球的天体，并将其命名为2020SO。然而，模拟结果显示，它将在10月变成一个绕地球公转的小天体，成为一个迷你月球。随后的观察结果则让天文学家更加困惑。科学家们发现，这颗神秘的天体每年围绕太阳公转一周，其轨道偏心率与地球的公转轨道非常相似。天体在太空中的运动非常复杂，小天体容易受到大天体引力的扰动，因此其运动规律也十分复杂。但是因为它们与地球的相似性，反而显得更加神秘。不仅如此，2020SO的运行速度也比普通的小行星慢，这一点与其他小行星有显著的不同。由于这些原因，科学家们开始重新思考2020SO的真实身份。2020 年 11 月至 2021 年 3 月 2020 SO 绕地球和太阳的轨道澳大利亚弗林德斯大学的太空考古学家Alice Gorman表示，通过它的运行速度可以推断出其初始速度，从而推断出它的来源。现有的速度太慢，这让科学家们感到困惑。Gorman和她的同事还推测，2020SO可能是一块从月球上掉下来的岩石。对于这样的天体，速度慢一点是正常的。然而，实际观测表明，2020SO比这类天体还要慢。在排除了其他可能性后，科学家们提出了一个最不可能但又唯一剩下的猜想：2020SO是一颗人造天体！根据其轨道的反向传播，2020 SO 被认为是从 Surveyor 2 号月球任务发射时发射的 Centaur 火箭体 (R/B)。来自亚利桑那大学月球与行星实验室的研究人员使用一系列地面光学和近红外望远镜对 2020 SO 进行了研究，发现它的反射光谱与在类似时间范围内发射的其他 Centaur R/B 的反射光谱一致，并且确定了 1.4、1.7 和 2.3 μm 的吸收带与当时 Centaur-D R/B 后舱壁辐射防护屏外部使用的聚氟乙烯一致。图 1. 1962 年通用动力公司正在安装和准备的Centaur照片。照片显示了不锈钢机身和发动机，后舱壁辐射防护罩上有白色聚氟乙烯。（图片来源：NASA GRC）ASD LabSpec 4 Hi-Res 地物光谱仪为了直接比较 2020 SO 与 Centaur-D R/B 上已知的材料，作者团队获取了 PVF 样本。光谱由ASD LabSpe...

2024 - 10 - 14
Picarro | 沿海盐沼生态系统NH3源和汇研究

沿海盐沼生态系统是一种位于海洋与陆地交界处的生物多样性丰富的独特生态环境。它不仅具有重要的生态功能，在碳储存、环境净化和防风护堤方面发挥着重要作用，还对人类社会活动有着极大的支持和调节作用。氨气是大气环境中含量丰富的碱性气体，其在沿海盐沼生态系统中的作用不可忽视。但是，过量的氨气输入也给其带来了一系列问题。沿海盐沼生态系统NH3源和汇研究背景介绍氨（NH3）是大气中含量最多的碱性气体。在气溶胶形成中发挥重要作用，而气溶胶会对人类健康产生不利影响，同时会降低能见度，改变地球辐射平衡，并通过大气沉积促进活性氮（Nr）的全球再分配。农业集约化是NH3的主要人为来源，导致进入生物圈的Nr增加一倍。NH3的其他来源包括工业过程、车辆排放及土壤和海洋的挥发。农业和城市源通过大气沉积过程直接或间接排放NH3，其会改变盐沼的结构和功能。此外，大气沉积过程是NH3进入沿海水域的主要途径， NH3沉积到敏感的生态系统（如盐沼）可导致土壤酸化、富营养化和生物多样性丧失等一系列负面影响。研究方法研究人员于2018年6月21日至7月20日在圣琼斯保护区利用Picarro SI2103氨气分析仪进行了NH3浓度连续和高时间分辨率测量，并计算NH3通量，结合其他测量指标如：CO2、CH4、H2O、pH值、水位、电导率、盐度、溶解氧、水中溶解无机氮等以加强对沿海盐沼生态系统NH3地气交换过程的理解。结论潮汐水位可能对沼泽NH3的排放有显著影响。低潮时，更多的土壤暴露，可观察到最大的通量。虽然预计在空气温度最高时NH3通量将达到峰值，但涨潮与太阳辐照度中午峰值同时发生，导致NH3通量减少。此外，结果还发现这片沿海湿地生态系统既可以作为NH3的汇，也可以作为NH3的源。

2024 - 09 - 30
Picarro | 棕色碳发色团光学性质和化学成分之间的联系

棕色碳（BrC）是一类在近紫外和可见光区吸收光辐射的有机碳，不仅对大气造成辐射强迫，更是对大气光化学反应速率有着重要作用。BrC不仅影响着大气的辐射平衡和气候变化，还直接关系到区域空气质量与公众健康。本论深入探讨了棕色碳发色团的光学性质与化学成分之间的密切关联，为更准确地评估其在环境系统中的行为和影响提供了科学依据。棕色碳发色团光学性质和化学成分之间的联系背景介绍棕色碳（BrC）是大气有机气溶胶的重要组分，在紫外到近红外波段具有较强的吸光能力，对全球气候变化和大气化学过程具有重要影响。BrC结构复杂、种类众多、来源广泛。大量研究表明生物质燃烧、煤燃烧、机动车尾气、生物排放以及二次有机气溶胶等是BrC的重要来源。芳香族挥发性有机化合物，如苯同系物和衍生物，也可能是BrC发色团的重要前体。但是，不同源排放的BrC进入大气后，受到复杂的大气化学过程，其光学性质和化学结构会发生很大的变化。研究方法2018年冬季高污染期，在机动车影响区和生物质燃烧影响区来调查BrC发色团的化学组分和光吸收性质。利用Picarro SI2103氨气分析仪测量NH3。将环境相对湿度、温度、固相无机物和NH3作为输入参数，利用ISORROPIA II 热动态模型计算气溶胶液态水，进而计算其含量。结论对苯二甲酸、硝基苯酚和硝基儿茶酚是BrC的主要组成物质，占识别的发色团浓度的50%以上。硝基苯酚和硝基儿茶酚对300~400 nm之间BrC吸光度的贡献超过50%。生物质燃烧相关产物和人为挥发性有机化合物的氧化产生了类似的BrC发色团，这意味着这些功能化的芳香族化合物在这两种环境中都起着重要作用。与生物质燃烧影响区（22%）相比，机动车影响区功能化芳香族化合物对BrC的吸收比例更高（25%）。

2024 - 09 - 30
通过减少土壤物理性质对光谱的耦合作用来提高高光谱遥感在估算土壤有机质的时空可迁移性：以中国东北地区为例

摘要土壤有机质（SOM）在全球碳循环中起着非常重要的作用，而高光谱遥感已被证明是一种快速估算SOM含量的有前景方法。然而，由于忽略了土壤物理性质的光谱响应，SOM预测模型的准确性和时空可迁移性较差。本研究旨在通过减少土壤物理性质对光谱的耦合作用来提高SOM预测模型的时空可迁移性。基于卫星高光谱图像和土壤物理变量，包括土壤湿度（SM）、土壤表面粗糙度（均方根高度，RMSH）和土壤容重（SBW），建立了基于信息解混方法的土壤光谱校正模型。选取中国东北的两个重要粮食产区作为研究区域，以验证光谱校正模型和SOM含量预测模型的性能和可迁移性。结果表明，基于四阶多项式和XG-Boost算法的土壤光谱校正具有优异的准确性和泛化能力，几乎所有波段的残余预测偏差（RPD）均超过1.4。基于XG-Boost校正光谱的SOM预测精度最高，决定系数（R2）为0.76，均方根误差（RMSE）为5.74 g/kg，RPD为1.68。迁移后模型的预测精度、R2值、RMSE和RPD分别为0.72、6.71 g/kg和1.53。与模型直接迁移预测相比，采用基于四阶多项式和XG-Boost的土壤光谱校正模型，SOM预测结果的RMSE分别降低了57.90%和60.27%。这种性能比较凸显了在区域尺度 SOM 预测中考虑土壤物理特性的优势。Figure 1. Framework of the proposed SOM estimation model.研究区域试验点1位于中国东北黑龙江省黑土耕地保护区，如图2所示，面积为1095 km2。该地区属温带大陆性季风气候，年降水量为450–650 mm，降水主要集中在6–9月，占全年降水量的80%。研究区地势南高北低，西高东低，大部分地区为堆积平原。该研究区是全球仅有的四个黑土区之一，耕层深厚，土壤肥沃，含腐殖质的土层厚度为25–80 cm，适合种植玉米、大豆等作物。图 2. 研究区域概览。（a）研究区域的地理位置；（b、c）分别为站点 1 和站点 2 的土壤采样点；（d、e）“裸土期”的土壤表面。试验点2 位于中国吉林省黑土耕地保护区，如图 2 所示，面积为 713 km2。站点地势平坦，海拔在 189 至 237 m 之间。该区域为东部湿润山区与西部半干旱平原区的过渡地带。研究区属温带大陆性半湿润季风气候，年平均气温 4.6 ℃，年降水量 600—700...

2024 - 06 - 11
Picarro | 北京城区NH3排放源-机动车尾气

北京，这座拥有千年历史的城市，见证了无数历史的变迁和现代文明的飞跃。然而，随之而来的是空气质量问题，尤其是由机动车尾气排放引发的大气污染。据相关研究显示，机动车尾气中含有大量的有害物质，包括一氧化碳、氮氧化物、挥发性有机化合物以及细颗粒物等，这些污染物不仅对人体健康构成威胁，还会导致城市雾霾的形成，影响城市的视觉美感和居民的生活质量。在众多污染物中，氨气作为一种典型的碱性气体，其来源多样，包括农业活动、工业生产、生活垃圾处理等。在北京市城区车辆排放是否是氨气的主要来源？据此，来自中国科学院大气物理研究所的研究团队进行了相关研究。北京城区NH3排放源-机动车尾气背景介绍氨气是大气中重要的碱性气体，在中和酸性气体，形成二次气溶胶方面发挥着重要作用。NH3在大气中滞留时间短，因此NH3浓度日变化显著。一般特征为在早上大约07:00~10:00，NH3浓度到达峰值。然而以前的研究局限于单一季节，无法阐明该现象对于所有季节是否是普遍特征。且尚不清楚车辆排放是否是城市NH3主要源。研究方法来自中国科学院大气物理研究所的研究团队利用Picarro G2103氨气分析仪在中科院大气物理所一栋建筑物屋顶进行了NH3浓度年在线观测并通过离线方式在冬天以小时尺度测量了NH4+及δ15N。旨在表征NH3日动态变化并识别NH3的城市源。结论北京市城区早晨NH3峰值的发生是一种普遍特征，平均发生频率为73.0%，冬季增长较快（20%）。同位素结果表明北京市区冬季早晨NH3浓度确实因车辆排放而增加，应在空气污染法规中予以考虑。请点击下方链接，阅读原文：https://mp.weixin.qq.com/s/ytgvCoThvr-6xAYh4cQFXg

2024 - 05 - 20
稻田中浮萍（Lemna minor L.）生长对水稻产量及其潜在原因的影响

菱透浮萍绿锦池，夏莺千啭弄蔷薇透过浮萍，诗人的眼里看到的是其和水中菱叶相映成趣的景象，是夏日池塘的勃勃生机。而在科研学者的眼中，看到的是天南星目浮萍科的水生植物，是潜藏在水稻种植中的双刃剑。营养物质的争夺?自然光照的遮挡?生存空间的占据?在一片生机之下，浮萍和水稻之间塑造着另一番景象..由于气候变暖/或灌溉水富营养化的影响，稻田中的浮萍（DGP）大幅增加。本研究考虑到生态因素、光合能力、光谱变化和植物生长等因素，对三个代表性水稻品种进行了田间试验，以确定DGP对水稻产量的影响。结果表明，DGP显著降低pH值0.6，日水温降低0.6℃，水稻抽穗期提前1.6天，并平均增加了叶片的SPAD和光合速率分别为10.8%和14.4%。DGP还显着提高了RARSc、MTCI、GCI、NDVI705、CI、CIrededge、mND705、SR705、GM等多种植被指数的数值，并且水稻冠层反射光谱的一阶导数曲线在DGP处理后呈现出“红移”现象。上述因素的改变可导致株高平均增加4.7%，干物质重量平均增加15.0%，每平方米穗数平均增加10.6%，千粒重平均增加2.3%，最终籽粒产量增加10.2%。 DGP诱导的籽粒增产可以通过降低稻田水的pH值和温度来实现，从而提高SPAD值和叶片的光合作用，刺激水稻植株生长。这些成果可以通过水稻和浮萍之间的生物协同作用，为未来农业和环境的可持续发展提供有价值的理论支持。图形概要图1. 实验地点（(a)，用红点标记）和浙江省（b）和江苏省（c）的样地。 (d,e)分别显示了浙江省和江苏省的样地水稻生育期的温度变化。浙江地块整个生育期水稻抽穗前和抽穗后的平均气温分别为29.3℃和24.1℃（蓝色），而江苏地块的平均气温为27.8℃和22.3℃（蓝色）。水稻冠层的光谱数据是在预灌浆、灌浆中期和成熟期的 10:00 至 14:00 晴朗无风的天气条件下使用ASD FieldSpec 4 便携式地物光谱仪收集。波段范围为350~2500 nm，其中350~1350 nm光谱分辨率为3 nm，1001~2500 nm范围为8 nm，光谱数据采集间隔为1 nm。测量每个地块中的五个代表性区域，每次进行六次测量。然后将平均值用作绘图的光谱反射率曲线，并在每次测量之前进行白板校准。为避免光强干扰，尽可能在短时间内采集同批次样品。图 2. 稻田浮萍 (DGP) 对水...

2024 - 05 - 17
Picarro | 中国城市潜在NH3排放源-化粪池

在城市污水处理与农村生活废弃物管理中，化粪池作为一种常见的粪便处理设施，承担着重要角色。然而，化粪池在分解过程中会产生包括氨气在内的恶臭气体，这些气体不仅对周围环境造成异味污染，还可能对人体健康构成威胁。以下论文中，来自上海市环境科学研究院的研究团进行了化粪池的相关研究，以降低化粪池氨气排放对环境的负面影响，促进生态平衡和可持续发展，为相关领域的政策制定和技术改进提供理论依据和实践指导。中国城市潜在NH3排放源-化粪池背景介绍在中国高度污染的城市大气中，大气新粒子形成可能是由于硫酸和胺的成核机制，而目前尚不清楚为什么中国的城市大气中富含胺。在城市中，尽管抽水马桶的普及率接近100%，但人类排泄物大多储存在建筑物下面的化粪池中，而不是直接运往污水处理厂。化粪池中大量NH3是微生物分解的产物，可以通过连接屋顶的塑料管释放到大气中。鉴于胺与氨是共同排放的，有理由认为人类排泄物也可能是中国城市中胺的重要来源。除了解氨排放特性外，基于氨和胺同时测量来制定准确的氨排放清单是必要的。研究方法来自上海市环境科学研究院的研究团队于2020年7月6日至30日在上海市环境科学研究院的化粪池及室外环境中利用Picarro G2103氨气分析仪以1HZ高时间分辨率进行了NH3在线测量，同时测量了各种胺组分。结论在人类活动的驱动下，持续观测到强烈的C2-和C3-胺排放脉冲，其中（C3H7N）以前很少测量到，但排放量很大。直接来源确定了胺与氨的排放比随着胺种类的不同而显著变化。这些观察结果将要求对城市胺排放和模型进行实质性的改变。基于全市氨排放测量数据，编制化粪池系统胺排放清单，对未来的建模研究具有重要意义，可以澄清对城市胺预算的理解，并更好地限制其对气候和空气质量的影响。请点击下方链接，获取原文：https://mp.weixin.qq.com/s/2Am1n3G5eXQlAaLHHa499A

2024 - 05 - 08
R语言（“REddyProc”包）对涡动小时通量数据处理的方法介绍

目录1. 后处理方法介绍1.1 Ustar阈值判断（主要针对夜间NEE）1.2 数据插补1.2.1 查表法插补（LUT法）1.2.2 平均日变化曲线法（MDC法）1.2.3 样本边缘分布采样法（MDS法）1.3 数据拆分2. REddyProc包处理数据格式介绍2.1 输入需要处理数据的格式2.2 输出处理完毕数据的格式3. REddyProc包的R代码介绍3.1 准备—R程序包安装、运行、目标数据导入和调整3.2 数据后处理3.2.1 Ustar阈值计算3.2.2 数据插补3.2.3 NEE拆分插补3.2.4整合处理结果并输出数据涡动通量数据处理分为在线处理（online-processing）和后处理（post-processing）。其中在线处理针对高频通量数据（e.g.10Hz data）通过一系列标准方法进行计算，最后得到带有质量评价的低频通量数据（e.g.half-hour data），后处理主要包括Ustar阈值估计、数据插补和碳通量（NEE）拆分（植被总生产力GPP和呼吸消耗Re）及其结果的可视化表达。当夜间大气湍流运动较弱时，摩擦风速u∗降低，涡动相关系统测量碳通量NEE时会出现低估的现象，数据漂移值增多。通常需要判断出u∗阈值，剔除这些低于u∗阈值的NEE；对缺失的数据进行插补，有利于得到完整的时间序列并得到更长时间尺度（月或年）下的均值；NEE通过主流的模型方法进行拆分，以便进一步了解研究区NEE两大组分：（1）生态系统总生产力（或总初级生产力）（2）生态系统呼吸。REddyProc 程序包通过R语言平台实现了以上三个方面的数据后处理，以及对其计算结果实现基本可视化功能。1. 后处理方法介绍数据后处理所使用的通量数据是已经过异常值剔除后的数据，NEE拆分或可插补的数据包括碳通量（NEE，umolm-2s-1）、感热通量（sensible heat flux (H) Wm-2）、潜热通量（latent heat flux (LE) Wm-2）、摩擦风速（friction velocity (u∗) ms-1）、入射短波辐射（global radiation (Rg) Wm-2）, 空气或土壤温度（air or soil temperature (Tair, Tsoil) ℃）和水汽压饱和差（vapor pressure deficit (VPD)...

2024 - 04 - 26
涡动相关观测与数据处理基础知识系列之一：通量塔的选址与建塔的基本原则

近年来，采用涡动相关(eddy-covariance，EC)方法测量温室气体通量的站点数量在迅速增加，但是要在科学目的、工程标准、安装运行成本和实用性之间做出平衡，寻找到最佳的解决方法，仍是一个具有挑战的工作。从观测结果准确性和精确度来说，选址、建塔等站点设计的环节是重中之重。1、位置选择站点选址的基本原则是，该站点能够尽量观测到全部的研究对象，这涉及到两个问题，一个是方向，一个是架设高度。首先是确定观测区域近几年的主风向，可以参考近几年的气象数据。由于中国大部分地区是季风气候，一般在春夏和秋冬会有两个主风向，这时候要考虑通量仪器的架设方向，实验观测的主要周期等。如果仪器架设方向可以随主风向的改变方便调整，或者实验周期是明确区分了春夏或者秋冬，那么在选址时可以选在观测对象的下风向，这样可以尽可能多的观测到目标对象；如果不能改变通量仪器的架设方向，且是长期定位观测，那尽量将观测地点选址在观测对象的中央位置，或者沿主风向的中点位置，这样可以尽可能的在不改变仪器方向和位置的前提下，观测到尽可能多的研究对象。确定架设高度要满足通量仪器的基本观测条件，即满足湍流运动的充分交换。一般的架设高度是下垫面冠层高度的1.5到2倍（具体确定观测高度的经验法则见图 1）；在相对平坦和均匀的下垫面条件下，观测距离大约是观测有效高度的100倍（风浪区原理），具体范围需要根据footprint源区计算，随着湍流运动强度和下垫面情况会有所改变。图 1 确定观测高度的经验法则通量源区代表性分析(Footprint分析)是检验一个通量站质量的重要手段，可以用来进行实验方案的设计指导，观测数据的质量控制，以及通过特定传感器的源区分布和来自感兴趣下垫面(植被)的通量贡献，从而对观测结果进行分析解释。图 2 Footprint分析2、下垫面的影响2.1植被类型涡动相关法测量温室气体通量要求仪器安装在常通量层内，而常通量层假设要求稳态大气、下垫面与仪器之间没有任何源或者汇、足够长的风浪区和水平均匀的下垫面等基本条件。在涡动相关传感器能监测到的“源区域”内植被类型均匀一致的情况下，其观测到的通量结果是比较有意义的，可以用来解释生态系统的温室气体收支情况。但当涡动相关传感器的“源区域”覆盖到不同植被类型时，情况就会变得复杂起来。一个极端的例子是：某站点周围具有两种不同的森林植被类型，每天周期性地，白天，风从一...

2024 - 04 - 26
LI-2100 | 大兴安岭南部白桦的水分利用规律及其对干旱环境的适应性

大兴安岭地处中国东北，这里的气候寒冷干燥，冬季漫长而严寒，夏季则短暂而凉爽，适宜白桦的生长。亭亭白桦，悠悠碧空，微微南来风。春天，是大兴安岭的白桦树复苏的季节。雪融水润，大地回春，在这神秘而美丽的土地上，白桦树以其独特的水分利用能力，展现出了大自然魅力。大兴安岭南部白桦的水分利用规律及其对干旱环境的适应性本研究旨在考察大兴安岭南部天然次生林中主要植物白桦（Betula platyphylla）的水分利用模式。该调查利用氧稳定同位素技术，时间跨度涵盖2019年7月至2020年9月。东北地区研究区的位置及其森林分布（绿色）。“其他”是指林地（灰色）以外的土地利用类型。在两年的时间里，在纯白桦林内建立的 30 m × 30 m 的样地内进行了季节性田间试验。作者选择了五棵健康的白桦木，其高度和胸径接近研究区域的平均值。样地土壤剖面较浅（厚度约为 40-70 厘米）土壤采样在每月中旬无雨的日子或降雨后的几天进行。每月系统采集10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm深度的树木木质部水和土壤水样本，进行稳定同位素分析。成熟植物体内水的同位素组成可以反映植物水分来源的同位素组成。2019年和2020年（5月至10月）在样树上取样，每棵样树取样3个重复。使用手动螺旋钻获取土壤水样，并用封口膜密封在玻璃容器中，用于随后的同位素分析。为了减轻蒸发对同位素含量的影响，所有土壤和植物样品均被立即冷冻并储存。在 2019 年和 2020 年的整个生长季节，总共收集了 100 个降水样品，并用封口膜牢固地密封在干净的聚乙烯瓶中。然后将这些沉淀样品储存在设定为-2°C的冰箱中，直到准备好进行同位素分析。样本树的特征来自内蒙古农业大学的研究团队在北京师范大学地表过程与资源生态学国家重点实验室地理科学学院和水利部草原水利科学研究所实验中心采用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，北京理加联合科技有限公司）对植物和土壤样品进行水分提取。雨水和提取的植物和土壤水经过过滤，使用0.22μm有机相针式过滤器去除杂质和有机污染物。根据土壤剖面，土壤水源分为浅层（0~20 cm）、中层（20~40 cm）和深层（40~60 cm）。值得注意的是，由于样地地势多为山地，地下水的可用性可能受限，因此将地下水排除作为树木的潜在水源。在生长季节，通过线性回归分析探讨土壤水、木质部...

2024 - 04 - 18
使用无人机高光谱图像和小型校准数据集对田间土壤有机质进行高分辨率测绘

中国农业发生于新石器时代。中国农业的生产结构包括种植业、林业、畜牧业、渔业和副业；但数千年来一直以种植业为主。东北地区的黑土地，是宝贵的农业资源。黑土地的土壤富含有机质，深黑色的沃土，沉甸甸的感觉让人感受到这片土地的肥沃。在现代农业生产中，科技的应用在这片沃土上也发挥着至关重要的作用，科研团队利用机载高光谱对黑土地的土壤有机质做了相关研究。使用无人机高光谱图像和小型校准数据集对田间土壤有机质进行高分辨率测绘快速获取田间尺度土壤有机质（SOM）的高分辨率空间分布对于精准农业至关重要。无人机成像高光谱技术以其高空间分辨率和时效性，可以填补地面监测和遥感的研究空白。本研究旨在测试在中国东北典型低地势黑土地区使用无人机高光谱数据（400–1000 nm）和小型校准样本集进行1 m分辨率SOM绘图的可行性。该实验在大约20公顷的土地上进行。为了进行校准，使用 100 × 100 m 网格采样策略收集了 20 个样品，同时随机收集了 20 个样品进行独立验证。无人机捕获空间分辨率为0.05×0.05 m的高光谱图像。然后对每 1 × 1 m 内提取的光谱进行平均以代表该网格的光谱。在应用各种光谱预处理（包括吸光度转换、多重散射校正、Savitzky-Golay 平滑滤波和一阶微分）后，SOM 光谱相关系数的绝对最大值从 0.41 增加到 0.58。最佳随机森林（RF）模型的重要性分析表明，SOM 的特征波段位于 450-600 和 750-900 nm 区域。当使用RF模型时，无人机高光谱数据（UAV-RF）能够成功预测SOM，R 为0.53，RMSE为1.48 g kg−1。然后将预测精度与使用相同数量校准样本的普通克里金法（OK）和基于近端传感的射频模型（PS-RF）获得的预测精度进行比较。然而，由于采样密度较低，OK 方法无法预测 SOM 精度（RMSE = 2.17 g kg−1；R2 = 0.02）。半协方差函数无法有效描述SOM的空间变异性。当采样密度增加到50×50 m时，OK成功预测了SOM，RMSE = 1.37 g kg−1，R2 = 0.59，其结果与UAV-RF的结果相当。PS-RF的预测精度与UAV-RF基本一致，RMSE值分别为1.41 g kg−1和1.48 g kg−1，R2值分别为0.57和0.53，表明...

2024 - 04 - 15
使用 VIS-NIR 光谱仪通过特征波长和线性判别分析法快速区分有机和非有机叶菜（空心菜、苋菜、生菜和小白菜）

有机蔬菜，是指在蔬菜生产过程中严格按照有机生产规程，禁止使用任何化学合成的农药、化肥、生长调节剂等化学物质，以及基因工程生物及其产物，而是遵循自然规律和生态学原理，采取一系列可持续发展的农业技术，协调种植平衡，维持农业生态系统持续稳定，且经过有机食品认证机构鉴定认证，并颁发有机食品证书的蔬菜产品。关于如何快速鉴别有机蔬菜与非有机蔬菜，光谱仪器的应用提供了新的思路。一起来了解一下今日推荐的文章。使用 VIS-NIR 光谱仪通过特征波长和线性判别分析法快速区分有机和非有机叶菜（空心菜、苋菜、生菜和小白菜）当前有机叶类蔬菜面临着可能被非有机产品替代以及容易脱水和变质的挑战。为了解决这些问题，本研究采用ASD FieldSpec 4 便携式地物光谱仪结合线性判别分析 (LDA) 来快速区分有机和非有机叶菜。有机类包括有机空心菜 (Ipomoea Aquatica Forsskal)、苋菜 (Amaranthus tricolor L.)、生菜 (Lactuca sativa var. ramosa Hort.) 和小白菜 (Brassica rapa var. chinensis (Linnaeus) Kitamura)，而非有机类别由四种对应的非有机类别组成。分别对这些蔬菜的叶子和茎的反射光谱进行二元分类。鉴于 VIS-NIR 光谱范围广泛，使用稳定性选择 (SS)、随机森林 (RF) 和方差分析 (ANOVA) 来评估遗传算法 (GA) 选择的波长的重要性。根据GA选择的波长及其SS评估值和位置，叶片光谱分类的显著波段为550-910 nm和1380-1500 nm，而茎光谱分类的显著波段为750-900 nm和1700-1820 nm。在LDA分类中使用这些选定的波段，分类精度达到了95%以上。本研究所选取的叶类蔬菜用蒸馏水进行了严格的清洗，以有效消除其表面杂质，并在开始光谱测量之前进行了干燥处理。为了防止蔬菜变质，在不参与实验时，将其储存在温度为 4°C 的冷藏装置中。叶片和茎类样品的反射光谱在实验室中通过ASD系统直接测量，没有使用化学试剂和其他预处理。ASD地物光谱仪系统实验平台对于本研究，仅使用了400 nm到2500 nm之间的反射值。针对四种不同类别的叶菜，包括有机和非有机品种，共获取了100个反射光谱。这些反射光谱是从不同样品的不同位置获取。...

2024 - 03 - 04
Picarro | 淡水沉积物中的微塑料影响主要生物扰动者在生态系统功能中的作用

微塑料是指直径小于5毫米的塑料颗粒，它们主要来源于塑料制品的磨损、降解和破碎，对环境和生态系统产生了不容忽视的影响。微塑料广泛分布在河流、湖泊、海洋等水体中，对水环境会造成污染，也可被水生生物摄取，进而在食物链中传递，最终影响到人类健康。此外，微塑料还可能影响浮游动物的摄食、生长和繁殖，从而影响整个生态系统的功能。针对微塑料是否会影响生物扰动活动，国外的一组团队展开了研究。淡水沉积物中的微塑料影响主要生物扰动者在生态系统功能中的作用微塑料（粒径≤5mm）是塑料废物中的一部分，会通过沿海径流和河流进入到海洋。根据其密度差异，或漂浮在水中或进入沉积物中。沉积物-水界面是水中生物主要活动区，通过生物地球化学过程在生态系统功能中发挥着重要作用。这些生物地球化学过程主要由微生物活动驱动，而底栖无脊椎动物生物扰动作用明显，可凭借进食、排泄、推土、掘穴以及建造洞穴、土堆和坑等行为影响各界面间的养分动态及微生物过程。但目前尚不清楚微塑料的存在是否会影响生物扰动者在沉积物中的生理和活动。基于此，为填补研究空白，国外的一组研究团队在法国东南部Lone des Pêcheurs河床收集沉积物，过筛后，于-20℃储存以杀死微生物。然后测量了沉积物样品的颗粒物粒径分布、总有机碳（TOC）和总氮含量（TN）。将沉积物和微塑料在玻璃瓶中混合以形成4个微塑料浓度（0 颗粒物/kg沉积物干物质（对照）；700 颗粒物/kg沉积物干物质（低）；7000 颗粒物/kg沉积物干物质（中）；70000 颗粒物/kg沉积物干物质（高））。水丝蚓在淡水底栖生物栖息地的生物地球化学和生态学中具有关键作用，选择其作为生物扰动者进行研究。试验共8个处理（4个微塑料浓度×有无水丝蚓），5次重复。沉积物和微塑料混合一周后转移到2L玻璃培养瓶中，然后上覆10 cm合成淡水，将180个长度为1-3 cm的水丝蚓放入培养瓶中，进行77天培养试验。在试验最后4周，分析了水丝蚓的生物扰动活动（沉积物重建和生物灌溉）和地球化学过程（CO2、CH4（Picarro G2201-i同位素和气体浓度分析仪）和养分通量）。试验结束时（77天），确定每种处理下水丝蚓的存活率，并将其分成两部分，一部分用来评估其生理状态（能量储存和氧化应激），另一部分用来确定水丝蚓摄入的微塑料数量。旨在评估微塑料对水丝蚓及生态系统服务功能...

2024 - 02 - 28
Picarro | 青藏高原中部冰芯气泡δ18O指示晚全新世冰川变化

在青藏高原的腹地，巍峨的唐古拉山脉伫立于世界之巅，其冰川如同大自然的年轮，默默记录着地球气候的每一次微妙变化。冰川之中，那些被冰封的气泡，就像是时间的容器，保存着过去气候的密码。冰芯气泡，是冰川积累过程中空气被困于冰层之中形成的。它们不仅仅是简单的空气囊泡，而是携带着过去气候信息的宝贵资源。当雪花飘落并逐渐积累成冰时，其中的空气被封存，形成了气泡。这些气泡中的空气成分，包括温室气体如二氧化碳和甲烷，以及它们的浓度，都是反映当时大气成分的重要指标。科学家们通过分析这些冰芯中的气泡，揭示了气候变化的历史，而冰芯中的δ18O值更是成为了解这一历史的关键线索。青藏高原中部冰芯气泡δ18O指示晚全新世冰川变化冰芯中的气泡是冰初形成时的地球大气，蕴含了关于过去的无穷讯息，是研究古大气环境最直接的方法，且已广泛用于区域或全球气候重建。极地和高山冰川冰芯中空气含量的变化除了与积雪速率和气温变化有关，主要与太阳辐射强度有关，已用于建立冰芯年代学。冰芯气泡的氧同位素比率（δ18Obub）可以指示气温高低的变化。然而，由于缺乏长期连续的数据记录，人们对其在山地冰川中的气候影响知之甚少。基于此，在本文中，来自中国科学院青藏高原研究所的研究团队在青藏高原中部的唐古拉冰山（33°06'36.6' N，92°04'24.4' E）钻取了190.3 cm长的冰芯。通过描述和分析其物理特性（例如密度、积雪厚度、空气含量和污染层）、检测放射性核素-β活度、检测β粒子数并计算冰芯放射性强度、测量不溶性微粒浓度和可溶性无机离子浓度、测量冰芯δ18O值（利用Picarro L2130-i水同位素分析仪）以及δ18Obub值来调查δ18Obub的气候影响及其所包含的气候信息。唐古拉冰川地理图【结果】唐古拉冰川10m冰芯层数定年结果全新世晚期以来唐古拉冰芯δ18Obub的变化结果【结论】基于年层数法，对比冰芯中空气含量的变化与太阳总强度，重建了冰芯年代学。结果表明，该冰芯的年龄跨度约为3600年(公元前1610年至公元2004年)。因为冰芯和冰芯气泡之间没有明显的年龄差异，冰芯年代学也可作为冰芯气泡年代学来讨论其千年变化。通过对唐古拉冰川表面成冰过程的分析和冰芯δ18Obub影响因素的探讨，作者发现唐古拉冰芯δ18Obub的...

2024 - 02 - 26
Resonon | 使用高光谱成像仪和机器学习对新鲜和冻融牛肉进行分类

肉类富含丰富的蛋白质和营养物质，不仅能够满足我们的味蕾，还能够提供我们身体所需的能量和营养。随着肉类需求的增加，大规模的肉类生产和运输过程中，肉类的速冻可以一定程度保持食物的新鲜度和口感。然而，关于速冻解冻的肉类，和新鲜肉类的混淆，让人难以分辨。首尔大学的研究人员利用高光谱成像技术，做了相关的研究。使用高光谱成像仪和机器学习对新鲜和冻融牛肉进行分类由于对安全、可食用肉类的需求的不断增加，冷冻储存技术得到了不断改进。然而目前存在解冻肉在处理和销售过程中被进行了错误的标记，宣称为新鲜肉类，这可能导致消费者受到误导或产生安全隐患。在这项研究中，使用高光谱图像数据构建了一个机器学习（ML）模型，用于区分新鲜冷藏、长期冷藏和解冻的牛肉样本。通过四种预处理方法，共准备了五个数据集来构建ML模型。使用PLS-DA和SVM技术构建了模型，其中应用散点校正和RBF核函数的SVM模型性能最佳。结果表明，利用高光谱图像数据立方体，可以构建区分新鲜肉类和非新鲜肉类的预测模型，这可以成为肉类储存状态常规分析的快速、非侵入性方法。安装在暗室中的高光谱数据采集系统的配置示意图基于此，来自首尔大学的研究人员使用Resonon Pika L 高光谱成像仪，在近红外光谱的400-1000 nm波段内获取高光谱图像数据立方体，进行了相关研究。在本研究中，图像采集系统安装在暗室中，以确保完全消除外部光并能够采集高光谱图像。将九个样本同时放置在哑光黑色板上，通过移动相机获取高光谱图像数据立方体。所有样品均经过光学稳定处理，在采集高光谱数据之前将它们置于实验环境中 20 分钟，消除由肌红蛋白/氧肌红蛋白含量差异引起的巧合差异。随后，通过分离红色肉部分，从高光谱数据立方体中提取了（ROI）的光谱，确保了只有红色部分肉的光谱被提取用于分析。这个过程产生了高质量的数据集，适用于后续的分析和解释。使用四种预处理技术（MSC、SNV转换、一阶Savitzky–Golay滤波和最小-最大归一化）对提取的光谱进行模型开发。本研究获取的高光谱数据立方体中的光谱图像。(a–c) 分别为“新鲜”、“受损”和“冷冻”样品的 630–650 nm 平均图像；(d-f)分别为“新鲜”、“受损”和“冷冻”样品的 540-560 nm 平均图像。用于构建肉样本分类模型的高光谱数据立方体中的光谱。(a) 实验数据的完整光谱；(b) 每个实验...

2024 - 02 - 21
ASD | 利用新鲜葡萄浆果的反射光谱测量估算葡萄浆果中的可溶性固形物总含量

在葡萄栽培与酿酒工业中，可溶性固形物总含量（Total Soluble Solids, TSS）是衡量果实成熟度和品质的关键指标。不同品种的葡萄因其遗传特性和生长环境的差异，其TSS含量存在显著变化。准确估算各品种葡萄的TSS含量，对于预测酒的品质、调整酿造工艺以及确定最佳采收时机均具有重要意义。那么，如何能够准确估算葡萄的TSS含量呢？跟随小编，一起来看看下面这篇论文给出了怎样的答案。摘要 · ABSTRACT可溶性固形物总含量（TSS）是决定葡萄最佳成熟度的关键变量之一。在这项工作中，基于漫反射光谱测量，开发了偏最小二乘（PLS）回归模型，用于估算Godello、Verdejo（白葡萄）、Mencía 和Tempranillo（红葡萄）等葡萄品种的TSS含量。为了确定TSS预测的最适合光谱范围，对四个数据集进行了回归模型的校准，其中包括以下光谱范围：400–700 nm（可见光）、701–1000 nm（近红外）、1001–2500 nm（短波红外）和400–2500 nm（全光谱范围）。我们还测试了标准正态变量变换技术。使用留一交叉验证评估了回归模型，评估指标包括均方根误差（RMSE）、决定系数（R2）、性能与偏差比（RPD）和因子数（F）。红葡萄品种的回归模型通常比白葡萄品种的模型更准确。最佳的回归模型是针对Mencía（红葡萄）得到的：R2 = 0.72，RMSE = 0.55 °Brix，RPD = 1.87，因子数 n = 7。对于白葡萄，Godello取得了最佳结果：R2 = 0.75，RMSE = 0.98 °Brix，RPD = 1.97，因子数 n = 7。所使用的方法和得到的结果表明，可以使用漫反射光谱和将反射值用作预测变量的回归模型来估算葡萄中的TSS含量。结果 · RESULT葡萄的反射率是使用ASD FieldSpec 4 地物光谱仪进行测量，该仪器可检测350–2500 nm光谱范围内的反射率。葡萄样品（每个葡萄品种60个样品，每个样品有100颗浆果）散布在黑色容器芯中（17 × 17 cm）。从4个不同的数据中获取了100颗浆果的反射数据（在每次测量之前将样品顺时针旋转90°）。然后对反射数据进行预处理，得到4次数据的平均值。图1. ...

2024 - 02 - 01
LI-2100 |利用同位素技术解析植物水分来源的不确定性

水是地球上最丰富的天然资源之一，它是所有生物体的基本需求。水在地球上循环的过程中，植物水分吸收与蒸腾演绎着重要的角色。植物通过根系吸收水分，并将水分输送到植物的各个部位。植物通过蒸腾作用释放水分到大气中，形成了大气中的水蒸气。植物水分的来源和分配是植物生长和发育过程中的重要环节，也是相关科研的重点，水同位素技术成为科研过程中十分重要的一种科研手段。今天推荐给大家的优秀文章与此相关。利用同位素技术解析植物水分来源的不确定性因为蒸腾占据了61%-65%的陆地生态系统蒸散量，植物水分吸收在全球水循环中发挥着重要作用。植物是土壤和大气水文过程的纽带，这就是实施植物恢复可以改善区域环境的原因之一。在此背景下，研究植物水源划分为如何提高植被生产力和水资源可持续管理提供重要信息。因为植物和环境条件相互作用，水分吸收是一个复杂的过程，这使得植物水源分配变得复杂。近几十年来，同位素广泛应用于植物水源划分，因为它可以标记不同水源，且激光光谱技术使其测量更容易。然而，植物水分来源解析存在很大的不确定性（如示踪剂选择、修正方法及混合模型选择）。基于此，来自西北农林科技大学的研究团队以陕西省长武黄土塬区苹果树（18和26年树龄）为研究对象，在6月至10月的生长季节，每月采集0~6 m（20 cm间隔）的土壤样品及土壤采样点周围四棵苹果树的1年生枝条（n=50），快速剥离树皮和韧皮部以避免同位素分馏。同时收集降水。利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，北京理加联合科技有限公司）提取植物和土壤中的水分，并利用水同位素分析仪测定水体δ2H、δ17O、δ18O值。考虑示踪剂、修正方法和混合模型的不确定性，选择4种示踪剂（2H、3H、18O、17O），2种木质部水同位素修正方法（2H-SWexcess和2H-SRWC)和4种混合模型（IsoSource、SIAR、MixSIR和MixSIAR），产生124种组合后，量化了不同来源的不确定性。植物水源划分的不确定性分析框架。(a)考虑的不确定性因素；(b)不确定性分析；(c)方法优化。本研究创新点（a）量化每个不确定性成分对总不确定性的贡献，以确定影响植物水源分配准确性的主导因素；（b）为研究植物水源分配选择适当方法提供了框架。该研究为评估和选择植物水源分配方法提供了技术支持，并有助于更好地了解植物水分利用机制。2020年降水(a)、木质部水(b)...

2024 - 01 - 30
土壤呼吸 | 中国北方寿光设施蔬菜生产系统高土壤氧化亚氮排放

当今社会，人们越来越关注气候变化和环境保护，而农业生产对这些问题有着重要的影响。GVP系统（Greenhouse Vegetable Production System）作为一种新型的蔬菜生长系统，被认为是减少化肥使用、提高农作物产量、减少温室气体排放的有效途径。那么，在GVP系统下蔬菜生长过程中产生的一氧化二氮（N2O）的排放量是怎样的呢？对环境又会造成什么影响呢?下面这篇相关论文，一起来探讨下。中国北方寿光设施蔬菜生产系统高土壤氧化亚氮排放中国的设施蔬菜生产（GVP）系统正在迅速发展，其面积已超过4百万公顷，占全球的80%以上。山东省是中国蔬菜主产区，其中寿光地区被誉为“中国设施蔬菜之乡”， GVP面积超过当地土地面积的四分之一（图1b）。为了实现产量及利润的最大化， GVP系统通常过量灌水和施肥，年灌水量约2000mm，年氮肥施用量通常在2000 kg N ha-1以上，是露天菜地的2～5倍，谷类作物的4～5倍。大量的灌水和施肥能够促进硝化和反硝化作用的发生，有利于土壤氧化亚氮（N2O）的释放。已有一些研究关注到GVP系统中N2O的排放，发现常规施肥条件下N2O的年排放量在3.9～63 kg N ha-1yr-1之间。这种差异一方面反映了GVP系统中N2O排放的空间异质性，另一方面也反映了对于频繁灌溉的GVP系统，低频率采样可能带来的不确定性。此外，先前多数研究只关注了作物的生长季，缺少对闷棚时期N2O排放的监测，导致N2O排放量的低估。基于此，中国科学院沈阳应用生态研究所稳定同位素生态学团队依托该所位于山东寿光的设施农业中心建立了高频连续自动采样和测定系统（图1c, d），对该典型GVP地区土壤N2O的排放通量（SF-3000多通道土壤气体通量自动测量系统（北京理加联合科技有限公司）+温室气体分析仪）进行了为期一年的监测，包括非生长季的闷棚时期，以更加准确全面地量化N2O的排放。该系统包含16个自动采样的呼吸室，充分考虑了GVP系统的空间异质性。图1.供试大棚与土壤N2O排放速率自动采样和监测系统【结果】1.环境和土壤条件的变异性图2.观测期（2020年7月至2021年7月）畦上（红色）和垄上（蓝色）土壤N2O日通量和与相关的环境因素。a)5cm土壤温度日均值。b)0-10cm土壤孔隙含水率（WFPS）日均值。c）土壤N2O日平均排放率。d、e）0–10cm...

2024 - 01 - 22
LI-2100 | 内陆山区径流稳定同位素的气候与景观控制

水，我们生活中无处不在的重要元素。它润泽着大地，孕育着生命。然而，水的旅程并不仅仅局限于地表，它通过蒸发和降水，与大气、植被形成了紧密的互动。而这种互动的背后隐藏着一系列的谜题，需要科学家们通过不断研究来揭示。水同位素研究便是一种重要的手段，通过分析水中的同位素元素，科学家们能够了解水的来源、循环和变化。水同位素研究为科研人员提供了一种宝贵的工具，帮助他们更好地了解水、植被和气候之间的复杂关系。一起来了解一下，来自西北师范大学的研究团队，用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，北京理加联合科技有限公司）做的相关研究。水资源是制约干旱区社会发展的主要自然资源，山区是内陆干旱区重要的水源涵养区，山区冰川积雪融水对干旱区淡水供应至关重要。随着气候变暖，冰川积雪融化加速，地表蒸散发增强，降水变异性加剧，气候变化将增强山区河流水文过程的复杂性。水稳定同位素是深入了解区域水文过程的有效方法，研究内陆山区径流同位素时空变化的主要控制因素，对认识内陆山区水文过程变化，合理调配干旱区水资源至关重要。基于此，在本研究中，来自西北师范大学的研究团队监测了中亚干旱区典型的内陆山区流域-西营河流域不同水体同位素数据（地表水、降水、地下水以及积雪融水）和相关水文气象数据，结合相关气象观测数据及植被覆盖指数（NDVI)，评估气候和景观对内陆山区径流稳定同位素的影响。研究可以为厘清内陆山区径流稳定同位素的控制机制提供更全面的参考。01 不同水体稳定同位素组成西营河流域不同景观区域气象要素和水体稳定同位素特征。(a)不同景观区域气温、相对湿度以及降水量的变化；(b)不同水体稳定同位素在不同景观区域的组成特征，P为降水，R为径流，M为积雪融水，G为地下水；(c)~(e)不同水体δ2H与δ18O的关系，(c)为冰川-灌丛区，(d)为中高覆盖度草地-森林区，(e)为低覆盖草地-裸地区。02 不同景观区域的径流同位素组成西营河流域不同景观区域径流同位素随NDVI指数以及海拔的变化特征。03 气候对山区径流同位素的影响西营河不同景观区域气象要素与降水稳定同位素的相关性分析，（a）降水δ18O与温度，（b）降水δ18O与相对湿度，（c）降水δ18O与降水量04 自然和人为景观变化对径流稳定同位素的影响西营河流域不同景观区域LEL的变化，LELs为局地蒸发水线。（a）冰川-灌丛区（...

2024 - 01 - 15
土壤呼吸 | 积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响

在这银装素裹的世界里，下雪不仅带来了诗意的画卷，还为大地覆盖了一层白色的绒毯，守护着生命的源泉，对土地土壤的呼吸也产生着影响。在漫长的冬季里，积雪和大地度过了一个又一个宁静的时光。积雪不仅保护了土地的水分，还防止了土地温度的剧烈变化；当春回大地，雪慢慢融化，雪水还会滋润着大地。在这些过程中，积雪下土壤中的微生物是一场狂欢还是一片沉寂呢？接下来跟随一篇优秀的文章来了解一下这些过程~积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响永冻层和季节性积雪区域占全球陆地表面的60%左右，占全球土壤有机碳（C）储量的70%以上。积雪直接影响表土和大气之间的热交换，减少土壤温度波动的影响。在严寒条件下，较厚的积雪可防止土壤结霜，为地下微生物活动提供相对稳定的生活环境。然而，在全球气候变化背景下，北半球春季陆地积雪面积正逐年减少，预计本世纪末将减少25%。季节性积雪模式对全球气候变化具有复杂且多样的响应，可能会通过光、热、水和养分等资源再分配来影响森林生态系统的地上和地下过程。土壤呼吸作为土壤C循环的重要过程，占据森林生态系统呼吸的60%以上，气候变化导致的土壤呼吸的微小变化甚至会引起森林生态系统呼吸的重大变化。积雪和气温升高之间的相互作用影响土壤冻融循环，导致土壤性质和土壤CO2排放的变化。作者认为冬季积雪会影响不同季节土壤微生物呼吸及其δ13C值，且会随着林分和凋落物的存在而变化，然而，目前，关于该方向的研究十分有限。基于此，为尽可能降低其他环境因素的影响，研究者们在长白山森林生态系统国家野外科学观测研究站附近的温带森林林地（温带红松阔叶混交林（BKPF）和白桦林（WBF））采集带有凋落物的土柱带回实验室，一半去除凋落物，一半保留。人工雪（轻/重）覆盖，根据野外土壤温度和气温的全年变化，利用低温培养箱进行长期培养实验，合理设置不同季节的模拟温度水平变化。利用SF-3000+碳同位素分析仪测定土柱中的CO2排放量及土壤呼吸CO2的δ13C以研究人工积雪和凋落物的存在对中国东北长白山地区典型温带森林土壤异养呼吸及其δ13C值的影响。不同阶段加雪量及加雪时间研究结果不同培养阶段有/无凋落物的积雪覆盖的大型森林土柱的CO2排放量不同培养阶段有/无凋落物的积雪覆盖的大型森林土柱的平均CO2排放量箱线图不同培养阶段有/无凋落物的积雪覆盖的大型森林土柱释放CO2 的δ13C...

2024 - 01 - 08
Resonon | 利用航空、地面遥感和机器学习进行西瓜霜霉病严重程度的识别和分类

被晒化的大地，被烘懒的万物，被汗水侵蚀的燥热......在烈日高悬的夏日，谁不想听见一声冰镇西瓜裂开的清脆，让清凉香甜的瓜瓤锁住一整个夏天的炙热。作为夏日最解暑的水果，西瓜集万千宠爱于一身，也受到了霜霉病的青睐。霜霉病菌会在潮湿的环境中迅速繁殖，尤其是在温暖的夏季。这种病害会对西瓜植株造成严重的危害，从而影响果实的品质和口感。在佛罗里达州的西瓜产量受到霜霉病的严重影响后，为了有效防治西瓜霜霉病，佛罗里达大学的研究团队进行了相关研究。利用航空、地面遥感和机器学习进行西瓜霜霉病严重程度的识别和分类佛罗里达州的西瓜产量受到包括霜霉病（DM）在内的各种病害的不利影响。准确的病害识别对于实施及时有效的管理策略至关重要。遥感工具，例如无人机（UAV）和高光谱成像，已被用于作物病害检测。先前的研究已成功利用遥感和机器学习（ML）对鳄梨和番茄等其他作物进行了病害检测。但是，关于使用遥感检测西瓜病害的研究有限。这项研究的目标是利用机器学习模型和光谱植被指数（VI）来检测和分类西瓜中霜霉病的不同严重程度。在这项研究中，来自佛罗里达大学的研究团队通过Resonon Pika L室内平台系统（5个病害阶段：低、中（1和2水平）、高和非常高）及野外机载系统（2个阶段：低和高）分别测量了西瓜健康叶片和DM感染叶片的高光谱图像，选择感兴趣区域（ROI），将各种植被指数（VI）作为识别病害阶段的指标。利用多层感知器（MLP）和决策树（DT）两种分类模型来区分健康和DM感染植物。使用MLP来选择能够识别DM及其病害程度的最佳VI。（A）健康西瓜叶片和不同严重程度阶段的受DM感染的叶片（作为示例）：（B）低（该图像包括感兴趣区域的示例）；（C）中；（D）高。（E）Pika L高光谱相机在实验室中收集高光谱数据。田间DM严重程度阶段：（A）低；（B）高；（C）基于无人机的高光谱成像系统；（D）校准防水布。【结果】（A）5个病害严重程度（DS）阶段西瓜叶片的光谱反射特征（在实验室收集）；（B）健康（H）和五个DS阶段西瓜叶片的相关系数。MLP和DT方法在实验室中区分健康（H）和西瓜DM几个DS阶段的分类结果。（A）田间收集高光谱图像的光谱反射特征；（B）健康、低和高霜霉病严重程度阶段西瓜植株的相关系数。MLP和DT方法检测田间西瓜感病植株与健康植株的分类结果。【结论】所选的最佳光谱VI对不同严重程度霜霉病...

2023 - 12 - 29
Picarro | 千烟洲亚热带森林生态系统碳同位素廓线观测系统应用案例

想象一下，你身处一片浩渺的森林中，阳光透过树叶，洒在地面上，形成一片片斑驳的光影。每一棵大树都像一座绿色的塔楼，分层堆积着生命的活力。此刻，你可能并不知道，你正在亲眼目睹一个惊人的自然现象：碳的旅程。森林是地球上最重要的碳储存器之一，在这个充满生命力的舞台上，每一片叶子、每一棵树、每一片土壤都在向我们讲述着碳的旅程的故事，积极地参与碳的储存和释放。科学家们对此也在进行着相关研究，在江西省千烟洲亚热带森林生态系统观测研究站，有这样一个研究...千烟洲亚热带森林生态系统碳同位素廓线观测系统应用案例森林生态系统固定目前大气中约三分之一的人为CO2排放；因此，准确评估森林碳汇对于更好理解全球碳收支至关重要。生态系统CO2的碳稳定同位素（δ13C）是追踪碳循环及其与大气交换的有力工具。森林生态系统CO2动态变化取决于冠层光合作用，不同组分（叶、茎、根和土壤微生物）呼吸作用及湍流混合过程的相互作用。然而，由于测量限制，大气中CO2的δ13C模式尚未确定。千烟洲亚热带森林生态系统观测研究站碳同位素廓线系统设置示意图千烟洲亚热带森林生态系统观测研究站基于Picarro G2201-i，搭建了碳同位素廓线观测系统，旨在研究森林生态系统内部及上方大气CO2及其δ13C的时间（昼夜和季节）和垂直变化，以及阐明环境和生理因素以及大气条件对其变化的影响。该系统设置了7个观测高度和3个已知浓度和同位素组分的标气。7个观测高度分别设置在距地面1.6、7.6、11.6、15.6、23.6、31.6和39.6 m的高度处，其中11.6和15.6 m两个观测高度位于冠层内，测量依次在7个高度间循环进行，切换间隔为3min。每进行14次循环后，再依次通入3瓶标气，每个标气的测量时间为5min。碳同位素廓线观测系统的测量数据提供了涡度相关系统观测到的垂直湍流通量项的同位素通量、生态系统尺度上的非叶片呼吸的同位素通量、存储通量的同位素通量以及冠层大气CO2的δ13C值等参数。【研究结果】2015-2017年冠层下（1.6和7.6 m）、内（11.6和15.6 m）和上（23.6、31.6和39.6 m）生态系统CO2及其δ13C月度平均日变化典型雨季和干旱期生态系统 CO2（a,d）、δ13C（b,e）和风速（WS）（c,f）的日平均垂直变化不同冠层高度CO2及其δ13C与环境和生理因素的相关矩阵【研究结论...

2023 - 12 - 27
Resonon机器视觉演示

使用 Resonon 高光谱成像仪对传送带上的物品进行分类。

2023 - 12 - 20
Resonon机载高光谱传感器

Resonon 的机载高光谱成像系统可与无人机和有人机配合使用。

2023 - 12 - 20
Resonon - 使用 Spectronon 软件进行高光谱分类

使用Resonon高光谱成像仪的分析软件 Spectronon 检测假币

2023 - 12 - 20
教程-Resonon室内高光谱成像系统（四)

关于在 Resonon 室内高光谱成像系统中如何对焦的教程。

2023 - 12 - 20
教程-Resonon室内高光谱成像系统（三)

如何使用 Resonon 的室内高光谱成像系统进行扫描并保存数据。

2023 - 12 - 20
教程-Resonon室内高光谱成像系统（二)

Resonon室内高光谱成像系统的校准过程。

2023 - 12 - 20
教程-Resonon室内高光谱成像系统（一)

如何使用Resonon室内高光谱成像系统调整扫描平台的移动速度和相机的帧频获取最佳纵横比。

2023 - 12 - 20
教程-Resonon室外高光谱成像系统(二)

Resonon 室外高光谱成像系统聚焦教程

2023 - 12 - 20
教程-Resonon室外高光谱成像系统(一）

高光谱数据转换

2023 - 12 - 20
教程-使用 Spectronon 软件进行数据分析

如何使用Spectronon软件处理分析从Resonon高光谱成像系统获得的高光谱数据。

2023 - 12 - 20
教程-室外高光谱系统软件设置

使用室外高光谱系统同步运动平台速度和帧速率的教程。

2023 - 12 - 20
Resonon 机载高光谱成像系统应用界面展示

Resonon机载高光谱成像系统可配合无人机、有人机使用。包含用于采集和分析高光谱数据的所有硬件和软件。机载系统可与Resonon覆盖紫外线、可见光和红外线光谱范围的任何高光谱相机一起使用。价格合理、结构紧凑、坚固耐用，图像质量卓越。

2023 - 12 - 20
Resonon高光谱成像仪简介

Resonon不同型号高光谱成像仪及图像处理软件介绍

2023 - 12 - 20
Resonon室内高光谱成像系统简介

Resonon室内台式高光谱成像系统可与任意一款Resonon高光谱成像仪一起使用，涵盖紫外线、可见光和红外线光谱范围。价格合理、结构紧凑、坚固耐用，图像质量卓越。

2023 - 12 - 20
LI-2100 | 土壤有效水分与根系分布的协调改变了柠条的水源分配

柠条木是一种对水分需求较高的植物，它对土壤中的水分量非常敏感。而土壤有效水分和根系分布对柠条木质部水分有着重要的影响。当土壤中的有效水分不足时，柠条木的木质部水分会受到影响，导致植物生长缓慢甚至停滞。柠条木的根系通常较为发达，能够深入土壤中寻找水分。如果根系分布广泛且深入，那么柠条木就能够吸收到更多的水分，从而保持木质部的水分平衡。因此，保持土壤中的适当水分对于柠条木的生长至关重要。下面这篇相关论文，我们来一探究竟。土壤有效水分与根系分布的协调改变了柠条的水源分配稳定同位素已被广泛应用于根系水分吸收(RWU)的鉴定，通过将潜在水源分类为不同的端元，并评估其对木质部水分的贡献。然而，估计端元(主要是土层)的贡献通常仅基于土壤水同位素的变化。土壤有效水分和根系分布是RWU的关键限制因子，但在水源分配中很少考虑。基于土壤水分同位素平均值、土壤有效含水量(AWC)和根重密度(RWD)加权值，比较了不同土层对柠条RWU的相对贡献。我们使用三种贝叶斯混合模型(SIAR, simmr和MixSIAR)在三个不同土壤水条件的地点获得了这些值(分别为平均值和加权贡献)。我们计算了平均和加权贡献(DC)的差异以及DC绝对值的累积(AADC)，以分析它们之间的差异及其与AWC和RWD的关系。加权和平均贡献因地点和模型而异。我们得到以下AADC值:站点1-3使用SIAR分别为27.8%和11%;使用simmr的比例分别为39%、13%和14%;使用MixSIAR的比例分别为68%、40%和25%。我们发现，当AWC≤6%时，DC与RWD呈显著相关，当AWC 6%时，DC与AWC呈显著相关，说明RWD对DC的影响取决于土壤水分条件。基于我们的研究结果，AWC和RWD加权的端元改变了相对于非加权端元的水源分配比例，而影响的程度与所使用的模型有关。因此，我们建议在使用δ2H和δ18O划分植物水源时，仔细考虑端元同位素的特征和模型选择。研究区域中国黄土高原北部六道沟小流域 (38°46′-38°51′N, 110°21′-110°23′E)所用仪器设备全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，北京理加联合科技有限公司）【结果】图1 样地1-3土层 0-300 cm土壤水分δ2H值和δ18O值聚类分析结果。图2 样地1-3双同位素空间图图3 基于SIAR、si...

2023 - 12 - 20
Resonon机载高光谱成像系统简介

Resonon机载高光谱成像系统可配合无人机、有人机使用。包含用于采集和分析高光谱数据的所有硬件和软件。机载系统可与Resonon覆盖紫外线、可见光和红外线光谱范围的任何高光谱相机一起使用。价格合理、结构紧凑、坚固耐用，图像质量卓越。

2023 - 12 - 19
Resonon野外高光谱测量系统简介

Resonon野外高光谱测量系统可与Resonon的任何高光谱成像仪一起使用，涵盖紫外线、可见光和红外线光谱范围。价格合理、结构紧凑、坚固耐用，图像质量卓越。

2023 - 12 - 19
ASD FieldSpec 4地物光谱仪在评估森林病虫害方面的应用

“森林”这两个字一共由5个“木”字组成，正如同大自然中无数树木相互依存，彼此交织，形成了一个庞大而有机的生态系统。森林具有调节气候、保持水源、防止土壤侵蚀等重要功能，森林是地球上最宝贵的财富之一。然而，随着人类社会的发展和气候变化加剧，森林生态系统也在发生着变化。科研人员一直在努力了解并改善这些变化，随着遥感技术的发展，新的技术手段也带来了更多地研究可能。今天推荐大家了解的是北京林业大学和北京师范大学的研究团队所做的研究。森林生态系统是最基本的陆地生态系统组成部分之一，在调节气候变化、提供物种栖息地、维持生物多样性及减缓全球变暖等方面发挥着重要的作用。随着人类活动和气候变化的加剧，生物和非生物森林干扰事件频发。因此，有效监测影响森林健康的生物和非生物因素对于理解森林生态系统碳循环及监测全球变暖的影响至关重要。其中病虫害是生物干扰事件中最主要的干扰因素之一。检测早期病虫害位置对于识别高风险林分及预防其大规模爆发和蔓延至关重要。然而，不同病虫害在垂直结构的不同位置破坏树木。了解如何监测和评估垂直冠层结构上不同病虫害的异质胁迫对于提高森林质量至关重要。传统的田间调查方法费时费力，难以在区域尺度上监测森林。近几十年来，遥感技术的出现为森林病虫害监测提供了新的途径和技术手段。随着地基、机载、星载平台等多源遥感技术的快速发展，使得高效、动态地监测不同时空尺度的森林病虫害成为可能。基于此，来自北京林业大学和北京师范大学的研究团队在中国河北省怀来遥感站纯人工落叶阔叶林（40.35°N，115.78°E）进行了田间测量（结构信息、叶面积指数（LAI）、上中下垂直冠层高度5个不同位置收集叶片、树皮和土壤反射率）、受损叶片分类（健康、轻度、中度和重度受损）、光谱分析（植物反射率和透射率，ASD FieldSpec®4 Hi-Res NG）、TLS激光扫描、3D森林场景重建、机载高光谱激光雷达和高光谱图像模拟、高光谱点云表征胁迫水平、随机森林（RF）模型构建及分类模型准确性评估（混淆矩阵和kappa系数）。主要目的是基于3D辐射传输模型（LESS）评估机载高光谱激光雷达（AHSL）在森林病虫害胁迫监测方面的潜力。具体来说，首先根据TLS数据和测量的受损叶片光谱重建虚拟3D森林场景，并在此基础上定义不同冠层受损位置和不同胁迫水平的不同病虫害干扰场景。然后，针对不...

2023 - 12 - 18
LI-2100 | 叶片水氢氧同位素的控制因素

太白山，是秦岭山脉最高峰，也是青藏高原以东第一高峰，如鹤立鸡群之势冠列秦岭群峰之首，以高、寒、险、奇、富饶、神秘的特点闻名于世、称雄华中。李白的“西上太白峰，夕阳穷登攀”，“西当太白有鸟道，可以横绝峨眉巅”，形象地将太白山的雄峻高耸烘托而出。如今，更是有不少中外游客慕名前来，一览拔仙绝顶和云海奇观，领略太白峰的险峻神秘。2020年，来自中国科学院地球环境研究所的研究团队分别于5月、7月和9月登上太白山，在奇观景象之中收集土壤和植物，开启了叶片水氢氧同位素的相关研究。叶片水氢氧同位素的控制因素氢氧稳定同位素（δ2H和δ18O）常被用作示踪剂来跟踪水从降水输入运移到土壤，最终通过土壤蒸发和叶片蒸腾释放的过程。叶片水蒸腾对于调节各种尺度的水平衡至关重要。陆地植物叶片水通过气孔蒸发分馏导致重同位素富集，这在很大程度上取决于等大气条件（温度和相对湿度等）以及生物生理过程。叶片水同位素信号整合到植物有机物中，例如纤维素和叶蜡，成为研究古气候重建的新方法。然而，尽管叶片水同位素在生态水文学和有机生物合成中很重要，但人们对叶片水同位素的控制因素以及源水和水文气候在确定叶片水同位素中的作用仍然缺乏了解且叶片内同位素分馏所涉及过程的复杂性使得准确预测和测量变得困难。基于此，在本研究中，来自中国科学院地球环境研究所的研究团队于2020年5、7和9月在太白山（33.96°N，107.77° E）收集了土壤和植物（枝条和叶片）样品，同时获取了温度、相对湿度和降水量等相关气象参数。利用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（北京理加联合科技有限公司）提取土壤和植物中的水分。利用Picarro L2130-i水同位素分析仪确定土壤水稳定同位素组成。并测定其他水体的稳定同位素组成。通过对土壤水、枝条水和叶片水的δ18O和δ2H测量值与叶片水的δ18O和δ2H C-G模型预测值进行综合分析，确定δ18OLeaf和δ2HLeaf值的控制因素，以增进我们对与叶片水相关的植物有机生物标志物中提取的δ18O和δ2H中所保存的环境信号的理解。【结果】叶片水δ18O和δ2H值与潜在源水δ18O和δ2H值（枝条水、土壤水和降水δ18O和δ2H）以及气象参数（例如、MAP、MMP、MAT、MMT、MARH、MMRH）相关性（r）热图。叶片水同位素测量值与C-G模型预测值比较。叶片水δ18O和δ2H...

2023 - 11 - 13
IRIS机载一体式激光雷达高光谱成像仪在评估杂草抗性方面的应用

“倘若有什么植物妨碍了我们的计划，或是扰乱了我们干净整齐的世界，人们就会给它们冠上杂草之名。可如果你本没什么宏伟大计或长远蓝图，它们就只是清新简单的绿影，一点也不面目可憎。” ——《杂草的故事》清新简单的绿影自然面目可爱，惹人注目，但人类生存之下，繁多冗杂的一片蔓延，确是明目张胆地抢了农作物的地盘，伤了农业发展。世界上的杂草有1000多种，它们通常生长迅速、繁殖能力强，会对农业产生一定的影响。杂草不仅会与农作物争夺土壤养分和水分，传播病虫害，从而影响农作物的生长和产量，含有毒素的杂草还会影响农作物品质。因此，对于农业生产来说，防治杂草对保证农作物的正常生长和产量至关重要。IRIS机载一体式激光雷达高光谱成像仪在评估杂草抗性方面的应用杂草防治是现代农业生产管理的重要组成部分。然而，过度依赖常用除草剂进行化学防治已导致大量抗性杂草的出现，对可持续农业构成重大威胁。因此，开发一种大面积准确评估和量化田间杂草抗性的方法对于农场管理和可持续发展至关重要。目前的方法，例如目视检查，既费时又费力。酶测定虽然准确，但只能在实验室环境中进行。热成像技术可能会受到环境因素的影响，导致在室外使用时精度较低。因此，无法大规模应用。无人机（UAV）和各种传感器已经成为植物表型研究中不可或缺的工具。在这项研究中，作者于2021年6月7日在中国黑龙江省哈尔滨市向阳农场（位于北纬45°61′，东经126°97′）使用LR 1601-IRIS 机载一体式激光雷达高光谱成像仪（北京理加联合科技有限公司）进行了相关试验。旨在（1）根据杂草表型和鲜重提出新的抗性指数，来有效地量化田间杂草的抗性；(2) 利用高光谱传感器识别抗性杂草和敏感杂草之间的内在差异和敏感光谱区域；（3）通过多模态数据融合和深度学习研究光谱、结构和纹理信息及其组合在抗性评估中的贡献；（4）评估所提出的模型针对不同杂草密度和绘制抗性杂草的能力。机载杂草抗性评估方法的工作流程。结果（a）不同抗性和密度的高光谱反射率曲线；（b）高光谱一阶导数。虚线代表抗性杂草，实线代表敏感杂草，颜色代表杂草密度。CRS测量和预测值散点图。结论（1）敏感杂草和抗性杂草的光谱响应存在明显差异，连续投影算法（SPA）选择的最佳波段与抗性表达波段的最佳波段相吻合；（2）通过多模态数据融合提高了抗性评估的准...

2023 - 10 - 30
Picarro | 华北平原开放式奶牛场氨排放研究

雾霾问题，严重威胁人们的健康和生活质量，为了寻求解决方案，科学家们开始寻求各种可能的对策，其中之一就是从奶牛场中寻找突破口。这听起来可能有些奇怪，但事实上，氨气是雾霾形成的一个重要因素，而奶牛场和氨气之间存在着奇妙的关联。NH3氨气（Ammonia）氨是大气中的主要碱性物质，是细颗粒物的重要前驱体。它可以与硫酸盐和硝酸盐或其他化合物反应生成细颗粒物，造成各种环境和健康问题。氨沉降对于土壤酸化及水体富营养化也具有重要影响。人们越来越关注氨排放，以建立准确的排放清单并制定合理的减排措施。然而世界范围内许多氨排放清单的排放因子（EFs）和活动数据存在很大的不确定性。中国是氨排放的重要源，约占亚洲总排放的55%，约占全球总排放的20%。而农业是最重要的排放源，畜牧业氨排放占人为总排放的50%以上。因此，准确量化其排放特征显得尤为重要。科研团队为此开展研究北京大学环境科学与工程学院蔡旭晖研究团队于2016.6.29-7.18（2016S，探索阶段）、2016.12.16-2017.1.10（2016W）、2018.6.1-7.2（2018S）三个试验阶段在北京西北郊区的一个开放式奶牛场（403±5头荷斯坦奶牛，自由走动，具有“华北平原农场规模和奶牛类型”的代表性）利用微气象方法估算了华北平原典型奶牛场的氨排放量。使用定制的9 m可伸缩塔作为每个观测点的观测平台，所有仪器均安装在塔上，距地面高度大致相同（8 m）。测量了NH3浓度、气象参数（风速和风向、气温、湿度）、湍流变量，经过严格的质量控制和筛选后，利用Inverse dispersion method（IDM）和分析足迹模型确定氨排放率，并确定奶牛场的排放因子。奶牛场的卫星图像NH3排放测量：利用Picarro G2103氨气分析仪以2s的采样率测量NH3浓度。Teflon管与分析仪相连，另一端连接到防水杯上，固定在塔上，出口向下。未使用过滤器。管总长度约为9m，样品流速约为1.0 slpm。在2016W和2018S试验中，使用恒温加热带加热气路，以消除采样管内的水蒸气凝结，减少氨吸附。结论2018年（2018S-north）夏季氨气浓度从实验结果可以看出，氨排放量日变化比较合理。中午排放率峰值约为40 μg m-2 s-1，夜间约为20 μg m-2 s-1。相对较低的排放率和较短的白天持续时间导致冬季日平均...

2023 - 10 - 27
LI-2100 | 内陆河下游生态输水区白刺灌丛的水分利用策略：基于稳定同位素数据

一般说来，丘陵起伏的地形，造成河水不能外泄，常在河口低洼处停蓄起来成湖，也就是河口湖。河口湖又称为“终点湖”、“尾闾湖”。指处于内流河河口、尾闾、终点的湖泊。由于气候变化、人口增多、工农业发展，加之水资源总量不足、时空分布不均等因素，导致不少地区的尾闾湖出现地下水位下降、绿洲面积减少、沙尘暴天气增加等问题。湖泊周边的生态系统发生变化，植被的多样性和数量减少，生态环境面临严重破坏。为了改善尾闾湖的现状，加强水资源管理，人工输水成为首要选择。基于此，生态输水对湖区植被的影响成为不少科研团队的研究方向。内陆河下游生态输水区白刺灌丛的水分利用策略：基于稳定同位素数据在干旱地区，内陆河流域的尾闾湖通常是绿洲边缘阻止风沙侵袭的天然屏障，其生态水文效应普遍表现为以地表水、地下水和天然降水为特征的植被水分关系。水分是尾闾湖周边沙地植被稳定的关键制约因子，植物-土壤水分关系是沙地生态水文过程的重要组成部分。沙生植物通过根系吸收有限的水分之后通过根—茎—叶逐层向上传输，以满足植物叶片光合和蒸腾等生理活动的需求，维持植物的正常生长。为适应持续干旱的生境条件，植物通过调节其生理特性等形成特定的抗旱机制。基于此，在本研究中，来自西北师范大学的研究团队于2019年植物生长季在中国西北石羊河流域尾闾湖青土湖区收集了0–10，10–20，20–30，30–40，40–50和50–60 cm层的土壤、植物茎部、降水、地下水和湖水。利用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（北京理加联合科技有限公司）提取土壤和植物茎中的水分。并测定了不同水体同位素数据（δ2H和δ18O）和相关水文气象数据，以揭示尾闾湖区典型植被对生态输水的响应机制。研究结果有助于我们了解干旱内陆河流域下游人工输水背景下植物的适应机制，为水资源的合理利用和生态建设提供参考。研究区概况【结果】不同水体稳定同位素组成的时空动态2019年青土湖(a)降水、温度、相对湿度和(b)不同水体δ2H和δ18O的时间变化。土壤剖面中SWC、δ2H、δ18O和Lc-excess的时空动态。不同水体中δ2H与δ18O的关系青土湖周边地区不同水体中δ2H与δ18O的关系（a、c分别为不同月份土壤水的δ2H和δ18O 箱体图）。人工输水期植被水分来源不同距离的白刺灌丛潜在水源的贡献率【结论】本研究利用稳定同位素对石羊河尾闾青土湖白刺灌丛的水分利用策略进行了研究...

2023 - 10 - 18
揭秘中国长江流域溶解温室气体（CO2、CH4和N2O）的空间分布和调控因素

长江，全长6300余千米，中国第一大河，干流自西而东横贯中国中部，数百条支流辐辏南北，于崇明岛以东注入东海，流域面积180万平方千米，约占全国总面积的1/5，年入海水量9513亿立方米，占全国河流总入海水量的1/3以上。长江承载着丰富的生态系统和人类活动，对于全球气候变化的干预具有重要意义。在全球温室气体变化成为全球关注焦点的当下，长江作为世界上最大的亚热带河流，碳氮存储量备受科研研究所关注。今天的推荐的文章将带大家揭秘中国长江流域溶解温室气体（CO2、CH4和N2O）的空间分布和调控因素。河流，尤其是（亚）热带地区的大型河流，在全球温室气体预算中起着重要作用。在大尺度温室气体预算中忽略水生成分可能会高估陆地生态系统中碳和氮的储存量，但由于河流数据集的空间分布偏差，对潜在生态过程的理解不足，河流温室气体排放的估计存在很大的不确定性。长江是世界上最大的亚热带河流，近几十年来面临着密集的人类活动。三峡大坝（TGD）不同时空尺度的温室气体排放和河口河流碳输出受到广泛关注。然而，目前还缺乏关于长江流域温室气体浓度大尺度纵向模式和驱动因素的研究。长江从青藏高原流入大海，其水文形态和生物地球化学配置梯度较大，为理清大尺度格局的调控机制提供了理想系统。为生成溶解温室气体浓度的空间数据集，了解和预测温室气体的空间趋势，以及深入了解不同温室气体来源在大型河流尺度上的作用。研究人员于2020年10月17日至11月4日期间在长江干流和支流进行了采样活动，收集了温室气体浓度（CO2、CH4和N2O，Picarro G2508气体浓度分析仪）和水化学参数（原位水温、电导率、pH值、溶解氧、NO3–、NH4+、溶解总磷 (DTP) 浓度）的测量结果，并将结果与上、中、下游的水文形态特征相结合。【结果】（a-c）长江干流和支流中CO2、CH4和N2O摩尔浓度箱线图，分别按上、中和下游分类。（d-f）分别为长江干流中观测到的CO2、CH4和N2O浓度图。采样点组显示了预测长江干流温室气体浓度的参数之间的关系。（I）影响温室气体浓度的预测因子的回归树。（Ⅱ）各终端节点内采样点的空间表征，表明长江沿岸温室气体浓度相似的采样点具有相同的预测因子。CO2、CH4和N2O的交叉验证均方根误差分别为13.5、0.13、0.20，R2分别为0.49、0.31和0.68。【结论】研究首次系统地估计了长江沿岸温室气...

2023 - 09 - 25
ASD Fieldspec 4地物光谱仪在估计干旱农业土壤中关键潜在有毒元素方面的应用

农业土壤中潜在有毒元素的存在对农作物生长和人类健康具有重要影响。不仅会直接影响农作物的生长和产量，还有可能通过农作物被吸收进入食物链，对人类健康产生潜在威胁。这些元素在食物中的积累可能导致慢性中毒，对人体的神经系统、肝脏、肾脏等器官造成损害。特别是对于儿童和孕妇来说，潜在有毒元素的摄入可能对他们的发育和健康产生更大的影响。因此，精准监测土壤中潜在有毒元素的含量，对管理土壤环境和减轻污染风险至关重要，对于生态环境安全以及农产品的安全和质量保障具有重要意义，对于人们的健康来说，更是不容忽视的问题。接下来，一起来了解一下篇与农业土壤中潜在有毒元素（PTEs）相关的论文。ASD Fieldspec 4地物光谱仪在估计干旱农业土壤中关键潜在有毒元素方面的应用农业土壤中潜在有毒元素（PTEs）的积累严重影响着人类健康，并对生态系统产生负面影响。有毒元素如镉、铬、钴、铜、铅和锌，是土壤污染物的重要组成部分，这些元素通过进入水、土壤、植物和食物链，危害人类和动物健康。由于它们具有持久性和较长的生物半衰期，其会破坏土壤中的营养平衡，抑制植物生长。因此，对土壤中PTEs的定量测量对于有效监测和土壤修复至关重要。PTEs的定量测量在传统上使用湿化学方法，此方法耗时、昂贵，并且不适用于大样本土壤。因此，人们对能够在现场并实时使用的检测测量设备的需求日益增加，这推进了可见光和近红外光谱（Vis-NIRS）等新技术的发展。Vis-NIRS是一种常用的土壤分析工具，可以应用于土壤有机碳、质地、营养物质和PTEs等方面的分析。现代仪器的光谱技术以高分辨率来分析样品，对每个样品产生许多光谱变量。高分辨率测量可能导致光谱变量的数量超过样本数量，这在分析目标（如土壤性质）和光谱变量之间的关系时会变得困难。因此，需要适当的统计算法从光谱中提取有用信息。偏最小二乘回归（PLSR）是一种广泛使用的算法，结合了变量选择策略，是一种常用的多元回归技术，可以处理许多噪声和相关变量。变量选择算法以提高模型的鲁棒性和精度而闻名，排除了噪声光谱区域和共线波长。对于PLS，已经发表的许多变量消除方法包括PLSR的无信息变量消除(UVE-PLS)和模拟退火(SA)。UVE-PLS是一种基于PLSR回归系数显著性的变量消除方法，SA是一种概率优化技术，在改进各种矩阵中的PLSR校准方面显示出良好的结果。过去几十年来，工业活动和...

2023 - 09 - 22
ASD | ASD Fieldspec 4地物光谱仪在了解火星上的斜长石VNIR特征方面的应用

从明朝的万户飞天，到前苏联的宇航员尤里·加加林登上太空，再到如今的天问一号火星探测。人类对宇宙的探索从未停止，始终激发着我们的好奇心和无限想象力。宇宙，是一个神秘而广袤的领域，它孕育着无数的星球、星系和星云，仿佛是一个巨大的宇宙图书馆，等待着我们去阅读其中的每一页。火星，与地球相似度极高，具有相似的地貌环境、大气环境和季节变化，都拥有卫星和环形山。在太阳系内被认为是除了地球之外，第二个最适合人类居住的星球。众多的科幻影视作品中有不少涉及到火星，实际上火星也是人类对地外星球探索的一个重点。随着科技的发展和进步，人类对火星探索的技术也在升级，今天推荐给大家的文章就与此相关。ASD Fieldspec 4地物光谱仪在了解火星表面斜长石VNIR特征方面的应用卫星上的遥感仪器有助于了解行星表面的地质情况。火星遥感任务以前利用火星全球勘测者、火星轨道相机、MGS火星轨道激光高度计、火星快车高分辨率立体相机和火星奥德赛热辐射成像系统等设备发现了水流特征，而利用火星快车观测站光谱成像仪探测到了水合矿物。最近，火星勘测轨道飞行器上的紧凑型勘测成像光谱仪在可见光-近红外（VNIR）范围内检测到了火星表面的斜长石特征。火星表面斜长石的检测引发了对行星上运作的基本过程问题的思考，这些特征的确切起源（即含长石岩石的性质）对理解火星的形成和演化具有明显不同的意义。之前基于可见光-近红外反射光谱研究了富含钙长石的斜长岩粉末，研究表明，当斜长石长石结构中包含亚铁（Fe2+）时，可以检测到斜长石。在对二元粉末混合物进行的研究中发现，当添加了10%或更多的镁铁质矿物时，不再可见斜长石的光谱特征。根据这些研究，岩石组成中至少需要90%的斜长石含量，才能在总岩石光谱上显示出其独特的光谱特征。然而，使用大型斜长石和辉石晶体的二元混合物进行的另一项研究表明，可能需要高达50%的镁铁质矿物来掩盖斜长石的光谱特征，研究者的关键观点是，长石的组成及岩石中颗粒的大小都会影响斜长石的光谱特征和可检测性。因此，对整块岩石的分析似乎非常重要，除了之前对粉末和颗粒的二元混合物的研究外，还可以与火星遥感观测进行比较(其观测显示出类似斜长石的特征)。基于此，本研究的目标是确定是否可以在未破碎的含斜长石的陆地岩浆岩(从镁铁质到长英质)中检测到如在火星上观察到的斜长石的光谱特征(1.3 μm吸收带)。在本研究中，来自洛林大...

2023 - 09 - 19
Picarro | 青藏高原冰川湖中CO2和CH4同位素组成及排放特征

青藏高原是全球最大的高原，也是世界上最大的冰川聚集地之一。然而，近年来，随着全球温室气体排放的增加和降水量的减少，青藏高原的冰川融化速度加快，引起了广泛关注。青藏高原的冰川融化对环境和人类社会产生了广泛的影响。不仅导致水资源供应不稳定，还加剧了洪水和干旱的风险。同时，冰川融化减少了冰川的蓄水功能，使得干旱时期的水资源供应更加困难。此外，冰川融化还会影响有机/无机碳和CO2之间的碳平衡，但其中缘由，目前尚不清楚，科研学者对此进行了相关研究。青藏高原冰川湖中CO2和CH4同位素组成及排放特征河流、湖泊、湿地和水库等内陆水域被认为是大气中温室气体 (GHG) 的重要来源。内陆水域排放的二氧化碳 (CO2) 和甲烷 (CH4) 会影响当地大气中的温室气体水平，并影响不同生态系统之间的热交换。冰冻圈融化产生的温室气体排放在全球范围内引起了广泛关注，但目前对冰川化地区的研究有限。青藏高原 (TP) 的冰川面积在低纬度和中纬度最大，平均海拔高于 4000 m，由于快速变暖和降水模式的变化，TP的冰川正在经历严重的融化和迅速退缩。这就导致了大量冰川湖的形成和发展。从2008年到2017年，TP中的冰川湖数量以306个/年的速度增加，2017年有15,348个湖泊。在TP的冰川化地区进行的多项研究表明，冰川大量融化期间，会释放CH4并主要吸收CO2，这对全球碳预算具有重要影响。但是，目前尚不清楚冰川湖的形成会如何影响有机/无机碳和CO2之间的碳平衡，以及CH4和CO2的产生和消耗途径。基于此，研究人员于2022年5月首次对青藏高原13个冰川湖温室气体特征进行了调查。通过顶空平衡法测量了CO2和CH4浓度及其同位素组成（δ13C）（ Picarro G2201-i碳同位素分析仪），估计了CO2和CH4通量，并计算了CO2和CH4的碳同位素分馏（ac），利用贝叶斯混合模型（MixSIAR）确定CO2源分配。收集水面下10 cm深度的水样，测定溶解有机碳（DOC）和溶解无机碳（DIC）浓度及其碳同位素组成和主要阳离子。原位测量了水pH、电导率、DO，TDS、温度、222Rn以及气温和风速。旨在了解青藏高原冰川湖CO2和CH4的排放特征，探索其潜在的生产和消耗途径。每个冰川区域所研究的冰川湖的位置。【结果】CH4 (a) 和 CO2 (b) 通量。CO2 和 C...

2023 - 09 - 13
Resonon | Resonon Pika L在干旱胁迫下小麦叶绿素快速无损评价方面的应用

小麦作为人类重要的粮食来源之一，你对它的印象是什么？是夜来南风起，小麦覆陇黄的生机景象，还是大麦干枯小麦黄，妇女行泣夫走藏的悲切画面?风吹麦浪的一片金黄往往让人神往，然而随着全球气候的变化，干旱逐渐开始威胁小麦的生长及产量，各地小麦纷纷减产，继而引起价格的上涨。久旱麦粒细，终久不成穗......如今，小麦在干旱环境下的生存和适应能力备受关注。叶绿素作为植物生长的基本生化过程之一，与干旱适应性之间的关系引发了广泛的研究兴趣。下面这篇论文聚焦干旱胁迫下小麦的叶绿素含量，通过研究一种新型的监测方法，有望提高对小麦叶绿素含量评估的准确性，对推动粮食安全与生态环境的平衡发展具有重要意义。Resonon Pika L在干旱胁迫下小麦叶绿素快速无损评价方面的应用研究背景小麦是对全球粮食安全至关重要的主要粮食作物。然而，小麦作物遭受着许多非生物胁迫，包括低温、干旱、高温和干热风，这强烈影响其生长、发育和生产力。干旱是世界范围内最严重的非生物胁迫之一，可显著降低小麦的分蘖数、每穗粒数和千粒重。2021年，美国和巴西都遭受了历史性的严重干旱，这使全球粮食价格上涨至近十年来的最高水平。因此，有效监测小麦生长过程中干旱胁迫的影响对提高产量、品种和粮食安全至关重要。叶绿素是植物光合作用的基础，直接决定植物净初级生产力和碳收支，叶绿素含量可以反映植物的生长状况。而干旱胁迫会降低作物的叶绿素含量，破坏光合机制，抑制其生长，最终降低产量。干旱胁迫下作物叶绿素含量的变化程度与抗旱性密切相关，因此，监测小麦叶绿素含量可为小麦的光合作用和抗旱性提供关键信息。传统的叶绿素含量测定方法包括分光光度法和使用手持式叶绿素含量仪，这些方法使得叶片破坏程度大、效率低，不利于大规模测定小麦叶绿素含量。而与传统方法相比，高光谱成像技术可以快速、无损、高效地测定植物叶绿素含量。此外，高光谱图像包含丰富的光谱信息，可用于精确的农业研究和建立复杂的数学模型。近年来，高光谱成像技术在植物监测中的应用发展迅速，广泛的研究主要集中在开发基于光谱指数的模型来估计叶绿素含量。然而，少量的敏感波段并不能充分代表所有的高光谱信息。此外，大多数研究使用的小麦品种较少，忽略了多品种间的异质性。因此，以往模型对其他系统的适用性受到限制，该模型对大规模叶绿素含量和抗旱性的评估无效。研究过程基于此，在本研究中，来自中国西北农林科技大学的一组研究团队...

2023 - 08 - 30
Picarro | 杭州塔基甲烷观测网络估算全球变暖下废物处理产生的甲烷排放

说到温室气体，大家熟知二氧化碳占比最大，而仅次于它的第二大温室气体正是甲烷（CH4）。尽管甲烷在大气中的浓度比二氧化碳低得多，但它的温室效应却比二氧化碳高数十倍。这意味着每单位的甲烷会比二氧化碳更有效地捕获和保留地球表面的热量，加剧全球气温上升。据《全球甲烷评估》报告表明，目前全球甲烷排放中有60%与能源开采、农业活动、废弃物处理这三类人类活动直接相关。人类主要聚集地——城市，主要的甲烷排放就是废弃物处理。国内的研究团队在杭州，通过塔基CH4观测网络进行了全球变暖下废物处理CH4排放的相关研究。大气中的甲烷是导致全球变暖的第二大人为因素。然而，从城市到全国尺度，其排放量、成分、时空变化等在很大程度上仍不确定。废物处理（包括固体废物填埋场、固体废物焚烧和污水）产生的CH4排放占城市人为CH4总排放量的50%以上，考虑到CH4排放因子(EFs)对基于生物过程的源(如废物处理)的高温敏感性，在不同全球变暖情景下估算未来CH4排放量时会出现较大差异。此外，温度与废物处理CH4排放之间的关系仅在少数特定地点进行了研究，缺乏整个城市的代表性。上述因素导致城市尺度CH4排放（尤其是来自废物处理）的评估存在不确定性，并且预测的变化仍未得到探索。本文通过杭州塔基CH4观测网络进行了全球变暖下废物处理CH4排放的相关研究。研究人员将2020年12月1日至2021年11月30日杭州3个塔基观测网络（临安大气本底观测站：30.30° N，119.72° E；138.6 m a.s.l.，Picarro G2401气体浓度分析仪，进气口高度53 m；大明山观测站：30.03° N，119.00° E；1485.0 m a.s.l.，Picarro G2401气体浓度分析仪，进气口高度10 m；杭州站：：30.23° N，120.17° E；43.2 m a.s.l.，Picarro G2301气体浓度分析仪，进气口高度25 m）获取的每小时CH4浓度与WRF-STILT大气传输模型和贝叶斯反演方法相结合，以限制CH4排放清单。并建立月温度与反演后废物处理CH4排放之间的关系，以量化排放因子在所预测的不同全球变暖情景下的变化。测量系统（建议横屏查看）●使用真空泵经外径为10 mm的专用取样管线取样，以5 L/min的速度传送至仪器，...

2023 - 08 - 09
Picarro | 室内运动设施中的清洁剂与空气污染：活性氯和活性氮化学与健康保护

不知从什么时候开始，天然的有机食品开始长期引领饮食的热门话题；因直播健身爆火的刘畊宏，在全网掀起了健身热潮；养生之道打入z时代内部，枸杞胖大海成了越来越多人的标配；社交媒体上分享健身战绩、健康饮食、心理健康的内容层出不穷......健康一词出现的频率越来越高。由此可见，随着生活水平的提高和生活方式的改变，人们的健康意识在不断提高，对健康知识的了解也在不断加深，但对于有“万病之源”之称的自由基，却鲜有人知......自由基是人体生存活动的一种自然产物（如呼吸、运动、饮食等一切人类活动均会产生自由基）。它与生俱来，像氧气一样参与人体的新陈代谢，简单地说，自由基是人体细胞与外界氧气进行各种复杂的新陈代谢时，所产生的一种带单一或奇数电子的原子或分子。自由基是人体正常代谢的产物，也是免疫系统的重要组成部分，但如果自由基过多，失去控制，人体就会轻而易举被其攻破，引发各种疾病。因此，加深对自由基的研究对于维护人们的健康至关重要。接下来这篇以自由基为研究对象论文，一起来看看。室内运动设施中的清洁剂与空气污染：活性氯和活性氮化学与健康保护【研究背景】人们大部分时间都是在室内度过，了解室内空气化学成分及过程对于人类健康至关重要。由于各种因素，例如短波光丰度较低、表面与体积比较高以及产生大量排放的室内活动（如做饭和清洁）等，预计室内空气化学成分将与室外不同。自由基是具有不成对电子的原子或基团，可驱动气相化学。室外自由基产生主要由光解驱动，并以羟基自由基（OH）为主，室内光线水平和能量会降低，因此OH浓度降低。这意味着由低能光子或化学反应驱动的自由基形成过程，例如氯原子和硝酸根自由基（NO3）（两者可与有机物发生反应），在室内变得相对重要。此外，由于许多室内环境的光照水平较低且臭氧水平足够高，促进了NO3和N2O5的潜在形成，N2O5可以发生非均相反应形成ClNO2，从而促进了活性氯（Cl*）的形成。然而目前室内自由基源尚未得到充分理解。基于此，研究人员于2018年11月1-20日在美国科罗拉多大学博尔德校区运动中心的举重室（无窗、使用发光二极管 (LED) 照明）对几种潜在的自由基源进行了为期两周的测量。通过供暖、通风和空调系统调节室内空气交换。旨在（1）确定运动设施中Cl*和N2O5的水平和时间变化；（2）评估清洁事件对Cl*的影响；（3）确定设施中形成NO3、N2O5和ClNO2的可...

2023 - 08 - 01
ASD | ASD FieldSpec 4 Hi-Res光谱仪在小农户田块稻瘟病发生时空动态遥感监测方面的应用

水稻作为一种常见的粮食作物，在中国有着悠久的种植历史，种植地在南北方皆有分布。为了在有限的耕地上养活日益增长的人口，科学家们一直在不断探索，减少病害，提高稻米产量。稻瘟病被称为“水稻癌症”，广泛分布于世界各稻区，而且有可能发病于水稻的各生育期，是一种毁灭性的真菌病害，全球每年因稻瘟病造成的产量损失达数千万吨，威胁着全球的粮食安全。江苏省农业生产条件得天独厚,素有“鱼米之乡”的美誉，作为我国水稻种植大省，早在古代就流传着“苏湖熟，天下足”的谚语，现如今也是我国南方最大的粳稻生产省份。来自南京农业大学的一组研究团队，在2018-2021年在江苏省对稻瘟病的检测展开了相关研究。稻瘟病（RB，由稻瘟病原菌引起）是全球水稻生产中最具破坏性的疾病，其可造成重大产量损失，并日益威胁着全球粮食安全，且这一问题在据统计，稻瘟病侵染每年引起的水稻产量损失能够养活全球6000万人。因此，用通用指标准确检测稻瘟病的发生对于早期病害预防和蔓延控制至关重要，但迄今尚未得到解决，且改善这种病害的早期预警在大多数亚洲小农户田块的可行性和准确性仍未得到充分实现。现有的检测RB发生的方法主要依赖于经验丰富的专业人员的目视检查，这需要较高的时间和劳动成本。最近，已证明反射光谱在揭示多空间尺度上由病原体侵染引起的复杂生理和光谱变化方面，以及在早期阶段检测症状方面具有巨大潜力，然而，是否可以开发一种多空间尺度上RB检测的通用方法仍然知之甚少，利用卫星图像揭示小农户田块稻瘟病扩散潜在热点的研究报道有限。且现存的病害检测模型大多忽略了空间相关性，在表征病原体侵染的时间动态方面缺少合理性。基于此，在本研究中，来自南京农业大学的一组研究团队在2018-2021年以中国东部的江苏省3个地点（以水稻和冬小麦轮作种植为特征的农业平原地区）为例，进行了7个实验，开展室内接种侵染试验、田间自然侵染试验、及实地调查测量，使用ASD FieldSpec 4 Hi-Res光谱仪测量感染及健康样品叶片和冠层的光谱反射率。基于实测的高光谱数据和哨兵-2图像数据，结合线性判别分析（LDA）、简单线性回归及热点分析，确定两年（2018年和2019年）中单波段对健康和感染叶片的可分性、构建稻瘟病敏感植被指数（RIBI）、建立回归模型以评估RIBI在不同尺度对稻瘟病发生的识别精度和对病情指数（DI）的估算能力、及进行RB的时空动态监测。研究区...

2023 - 07 - 19
LI-2100 | 基于稳定同位素分析毛乌素沙地东北部不同林龄人工沙柳的水分利用来源

近年来，全球环境问题日益突出，资源的合理利用和环境的保护已成为全人类共同面临的挑战。水分是生命的基础，对于植物的生长发育和生态系统的稳定运行起着至关重要的作用。然而，人类的过度开采和污染已导致严重的水资源短缺、土壤荒漠化等问题。沙柳作为一种生长在贫瘠土壤和干旱地区的植物，具有很强的水分利用能力和环境适应性。沙柳生长迅速，枝叶茂密，根系繁大，固沙保土力强，是中国沙荒地区造林面积最大的树种之一。同时，它长而发达的根系，能够迅速吸收土壤中的水分，高效利用水资源。其表面一层厚厚的叶蜡，也能够减少水分的蒸发和流失，有效避免土壤干燥和水分的浪费。因此，通过对沙棘的深入研究和广泛应用，我们可以有效地解决环境保护的问题。接下来这篇相关论文，我们来了解一下沙柳的水分利用来源。基于稳定同位素分析毛乌素沙地东北部不同林龄人工沙柳的水分利用来源沙柳具有很好的应对非生物胁迫（如干旱、寒冷、低肥力）的能力，已广泛引入毛乌素沙地东北部以防风固沙及改善生态系统功能和服务。然而，早期引入的沙柳出现了退化和枯死现象。预计由于气候持续变暖和人为干预增加，沙柳人工灌丛将出现更严重的干旱胁迫。鉴于人类世日益严重的水资源短缺和土壤荒漠化的持续扩大。了解植物与土壤水分关系并实施合理的水分管理策略，必须确定人工植被在沙漠生态系统中的水分利用模式。然而，对于不同发育阶段沙柳的特性、调控和水源差异等研究还知之甚少。基于此，为确定毛乌素沙地圪丑沟小流域（38°11′–38°53′ N，109°21′–110°03′ E）不同林龄（6年、12年和18年）人工沙柳水分利用模式的季节变化和控制因素，揭示老化沙柳枯死的潜在机制，理解土壤水-植物的关系和人工植被的生态适应性。来自中国科学院地理科学与资源研究所的研究者们于2019-2021年5-10月（5、6、10月为旱季；7、8、9月为雨季）植物生长季进行了相关研究。试验开始前，作者采集了土壤样品，确定其土壤颗粒组成，总N含量（TN）及总P含量（TP）。采集了根系样品，确定植物根系分布。试验期，采集了0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-90 cm、90-120 cm、120-150 cm、150-200 cm、200-250 cm及250-300 cm土壤样品，将其分为两部分，一部分用来测定同位素，一部分用来测定土壤...

2023 - 07 - 17
Picarro | 免耕和适量施氮肥降低了华北平原半湿润玉米农田土壤CO2排放

随着人类社会的不断发展和人口的不断增加，人类对自然环境的影响也日益加剧。其中，二氧化碳排放量已经成为全球气温升高的主要原因之一。人类活动加剧，使得二氧化碳排放量不断增加，导致全球气温不断升高。这对农业生产造成了巨大的影响。当然，农业生产作为人类活动之一，对二氧化碳的排放也有一定影响。例如，农业生产中的化肥和农药等化学物质会导致二氧化碳排放量的变化。因此，农田管理措施也需要遵循环保理念，采取环保措施，减少对环境的污染，从而减少二氧化碳的排放。来自中国科学院地理科学与资源研究所的研究团队在华北平原，就玉米田的耕种及管理对土壤CO2排放的影响做了相关研究。免耕和适量施氮肥降低了华北平原半湿润玉米农田土壤CO2排放CO2排放量加剧已致全球平均地表温度较工业化水平增加了1.1℃，且根据未来长期的CO2排放预测，预计将继续升高1.5℃或2℃。农业生产是最重要的CO2排放源之一，占人为CO2总排放量的23-30%，而适当的农田管理措施如免耕和施肥可大大减少CO2排放。土壤CO2排放是一个系统性问题，与土壤理化和生物过程密切相关。以前的研究大多通过关注土壤特性或微生物活性来研究耕作方式和施氮肥对土壤CO2排放的影响，很少有人系统地研究其综合影响，这可能导致无法完全理解潜在机制。为更好地了解耕作方式和施氮肥对玉米田中微生物介导的土壤CO2排放的影响，来自中国科学院地理科学与资源研究所的研究团队在山东禹城农田生态系统国家野外科学观测研究站（36°50′N，116°34′E），基于单作玉米田生长季（7-10月）为期四年（2018-2021年）的连续原位观测。通过测量两个耕作方式（传统耕作：CT和免耕NT）和两个施氮率（中等施氮率：MN和高施氮率：HN）共4种处理下（CTHN，NTHN，CTMN，和NTMN）土壤物理性质（土壤温度、水分和容重）、化学性质（土壤有机质、总氮、土壤微生物量碳和氮）和生物学特性（土壤木质素、、蛋白酶、脲酶活性、转化酶活性），分析微生物群落结构、高通量测序和CO2浓度（Picarro G2508气体浓度分析仪）。旨在（1）量化土壤CO2排放对农田实践的响应，（2）表征微生物群落结构，以及（3）确定农业实践影响CO2排放的主要非生物和生物因素【结果】（a）相关性图用于确定土壤特性与土壤CO2排放量和产量之间的相对程度。热图用于描述土壤特性、产量...

2023 - 07 - 14
Picarro | 揭示印度半岛碳循环之谜：高分辨率贝叶斯反演揭示二氧化碳通量

随着全球气候变化的日益严重，CO2排放已成为人们关注的焦点之一。了解CO2通量的分布和变化对于制定有效的环境保护政策具有重要意义。传统的观测方法存在着精度低、时间和空间分辨率不足等问题，如何提高观测精度成为了研究的重点。贝叶斯反演作为一种有效的数学方法，可以通过利用已知信息对未知参数进行推断，以揭示CO2通量的分布和变化。下面这篇论文的研究成果对于深入了解CO2通量的分布和变化，制定有效的环境保护政策具有重要的现实意义和应用价值，一起来看看！揭示印度半岛碳循环之谜：高分辨率贝叶斯反演揭示二氧化碳通量工业时代以来，二氧化碳（CO2）浓度增加了近50%，主要归因于人类活动，尤其是化石燃料的燃烧。CO2对人为辐射强迫具有重要贡献。就过去10年国家尺度CO2排放量而言，印度排名第三，占全球总量的7%。印度上空大气CO2的季节性变化主要受季风动力学导致的植被生长和运输的季节性变化所控制。然而，印度大气中CO2摩尔分数的精确测量是有限的。基于此，在所附的文章中，来自印度的研究团队基于2017年-2010年印度半岛Thumba（8.5°N，76.9°E），Gadanki（13.5°N，79.2°E）和Pune（18.5°N，73.8°E）三个站点地面CO2高精度原位观测数据（Picarro G2401气体浓度分析仪）、用于反演的不同来源CO2先验通量（源自ODIAC的化石燃料排放、源自VPRM模型的大气-生物圈交换、源自GFED的野火排放、源自OTTM模型的海洋通量）、高分辨率拉格朗日粒子扩散模型FLEXPART（通过计算点、线、面或体积源释放的大量粒子的轨迹，来描述示踪物在大气中长距离、中尺度的传输、扩散、干湿沉降和辐射衰减等过程。该模式既可以通过时间的前向运算来模拟示踪物由源区向周围的扩散，也可以通过后向运算来确定对于固定站点有影响的潜在源区分布），通过贝叶斯模型反演了印度半岛的CO2通量。在本研究中，Picarro G2401气体浓度分析仪用于测量Gadanki和Pune站的CO2混合比。测量间隔为2.5 s。在Gadanki站，使用外置真空泵和聚四氟乙烯管，以约400 SCCM流速，从树冠上方离地面约13米的建筑物顶部将环境空气引入Picarro分析仪。在Pune站，Picarro仪器安装在一座高层建筑顶部，...

2023 - 07 - 03
ASD丨ASD Fieldspec 3地物光谱仪在矿井水中煤浓度探测方面的应用

随着我国经济的发展和能源结构的调整，煤炭仍然是我国主要的能源来源之一。但是，煤炭生产和消费过程中所产生的污染问题也越来越受到关注。其中，煤矿污水排放问题是其中之一。煤矿污水中含有大量的有害物质，会对环境、生态和人体健康造成严重的影响。因此，治理煤矿污水排放问题是一个备受关注的议题。今天给大家推荐的文章，是关于研究人员在矿井水质的检测的中，建立光谱反演模型，以助力高光谱技术在水污染监测中的应用。该方法的出现对于解决煤矿废水治理问题具有重要的意义。矿井水中的煤炭污染主要来自煤矸石的富集和浸出、洗煤废水、煤矿渗水灾害等，主要表现为水中煤浓度过高，这种矿井水用于农田灌溉时会使土壤累积形成“黑土”，从而导致土壤硬化，进而导致植被退化、作物枯萎、产量下降等。矿井水渗入地下水或下水道直接进入河流，一方面，其导致水资源浪费和河流污染，另一方面，因为矿井水中有很多煤粉，岩粉和细菌，长期排放也会严重影响当地居民的饮用水健康。在土壤中，煤源碳不同于植物源有机碳，其元素组成缺乏植物和土壤微生物所需的氮、磷、钾等矿质营养物质，它稳定性较强，不仅使生物体的分解和利用变得极其困难，而且还干扰土壤有机碳的识别。并且矿井水中的煤浓度是矿井排水的主要指标，煤浓度的准确测定对矿井水的净化和二次利用具有重要意义。然而目前，凝结沉淀+过滤工艺被广泛用于去除矿井水中的煤，其在处理过程中加入大量活性剂、絮凝剂等化学物质，由于对化学试剂的数量并没有严格的控因此，如果不能准确测量矿井水中的煤浓度，在处理过程中仍会形成二次污染。随着高光谱技术的快速发展，其低成本、高效的优点使其成为水污染监测的重要手段，对叶绿素、重金属离子和水中可溶性有机物等光学活性物质浓度的遥感反演研究相对成熟，对这些指标参数建立了许多反演模型，但在矿井水质参数的反演过程中，水中煤浓度的反演模型尚未得到研究。基于此，在本研究中，为了实现矿井水中煤浓度的准确测量，来自河南理工大学测绘与土地信息工程学院的一组研究团队，首先制备了不同煤浓度的样品（0mg/L-1000mg/L），并利用ASD Fieldspec 3便携式地物光谱仪测量不同煤浓度矿水的可见-近红外光谱数据，再使用CARS算法（竞争自适应重加权采样）提取敏感波段，最后利用卷积神经网络方法（CNN）建立矿水煤浓度光谱反演模型（CKCNN模型），并采用k倍交叉验证对模型进行优化，以预测矿井水中的...

2023 - 06 - 28
ASD | ASD Fieldspec 4 光谱仪在塑料污染探测方面的应用

随着人类活动的增加，塑料垃圾在我们的日常生活中越来越常见。塑料污染对环境和生态造成了严重的影响，对人类的健康也有潜在的威胁。在这个背景下，如何高效地探测和处理塑料垃圾成为了全球环保领域的重要研究课题。传统的塑料垃圾控制方案难以完全根除塑料垃圾的影响。近年来，新的探测方式已经成为塑料垃圾问题的热门解决方案。其中，遥感探测技术日益成为新的研究方向，今天我们来了解一篇相关论文，希望能够增强人们对光谱技术在塑料垃圾探测和处理中的认识和了解，同时也提高大家对环保问题的意识和重视。ASD Fieldspec 4 光谱仪在塑料污染探测方面的应用a近年来，人们将重点放在利用卫星、飞机和无人机的光学传感器等遥感技术探测塑料垃圾。随着对这些技术需求的不断增加，至关重要的是，不仅要了解原始塑料的诊断光谱特性，而且要了解代表各种环境塑料的风化和生物污染塑料的诊断光谱特性。目前，干塑料的光谱反射率已知，并已经应用于材料回收领域，但其仅限于干塑料测量的评估项目。为了能够识别河流、港口和海洋等水生环境中的塑料垃圾，需要获取塑料潮湿时或被淹没时的光谱特征。此外，其他水成分，如沉积物或藻类，也可能会进一步影响塑料物品的反射信号。迄今为止，只有有限数量的高质量数据集被发布在开放获取的存储库中，数据集中包括潮湿塑料垃圾和水中塑料垃圾的高光谱测量。由于环境中的塑料在聚合物类型、颜色、透明度、厚度、状态(原始的、生物污染的、风化的、皱褶的)和湿度(干燥的、潮湿的、浸没的)方面非常多样化，因此在科学界内构建能代表塑料在许多不同方面的可靠数据集至关重要。基于此，在本研究中，由比利时奥斯坦德法兰德斯海洋研究所、比利时根特大学水生生态学研究小组、佛兰德技术研究所(VITO)、比利时布鲁塞尔自然与森林水产管理研究所、研究基金会-佛兰德斯(FWO)，比利时布鲁塞尔组成的一组研究团队收集了安特卫普港码头和特姆斯桥附近谢尔特河自然条件下的原始、风化和生物污染的塑料制品和塑料碎片样品，同时选择纯原始塑料聚合物，进行塑料样品人工风化模拟、生物污染模拟，利用ASD FieldSpec 4地物光谱仪规范测量由不同聚合物组成的塑料样品的干燥光谱反射率、潮湿和水下环境中（人工模拟环境）的光谱反射率，提出了一个利用ASD FieldSpec 4地物光谱仪获得的宏观塑性样品的高光谱反射率数据集。在人工风化实验中使用的紫外线室的参数在原始塑...

2023 - 06 - 12
Picarro L2140-i水同位素分析仪功能升级—新增“快速”和“调查”模式

随着激光测量技术的发展，氢氧稳定同位素已广泛应用于植物水分利用来源、树木年轮或叶蜡烷烃中记录的气候或生理生态过程信息、降水水汽来源、土壤水运移和补给机制、地下水机制、水体蒸发、水体的营养动态和停留时间、植物蒸腾和土壤蒸发的区分、径流的形成和汇合、岩盐地质年龄、重建古气候、水文循环过程与机制等各方面研究。其中，17O-盈余可用于重建空气质量轨迹、确定水源区、重建过去湿度、识别大气中注入平流层的水汽、在树叶尺度上的蒸散收支限制、了解热带地区的云对流等方面研究。基于光腔衰荡光谱（CRDS）技术的L2140-i水同位素分析仪是Picarro的旗舰产品，操作快速、简单且无需样品转换，可准确同步测量固体、液体或气体中的δ18O、δD、δ17O和17O-盈余。Picarro L2140-i水同位素分析仪新增的快速和调查模式可满足高通量测试需求（适用于δ18O和δD测量模式）。. 快速模式：每天测量多达50个样品，同时保持出色的精度。通过将样品测量分为两个阶段来实现通量的加倍：记忆效应减少阶段和样品分析阶段。. 调查模式：可对大批样品水同位素值进行快速测量（每天多达900次进样）。使用户能进行快速调查，以按同位素值对样本进行排序。最大限度地减少相邻样品之间的同位素差异，在记忆效应减少阶段避免不必要的注射。

2023 - 06 - 05
ASD | ASD Fieldspec 3 FR光谱仪在东北典型黑土地区农田土壤侵蚀热点探测方面的应用

黑土地是指具有黑色或者暗黑色腐殖质表土层，性状好、肥力高的耕地，这类耕地可用于粮食生产。黑土地是地球上最珍贵的土壤资源，地球上一共有四块黑土地，分别是乌克兰的乌克兰平原、美国的密西西比平原、中国的东北平原以及南美洲阿根廷连至乌拉圭的潘帕大草原。我国东北平原典型黑土区耕地面积约2.78亿亩，是重要的粮食生产优势区和全国最大的商品粮生产基地。然而，近年来相关研究和调查发现，由于掠夺经营、水土流失等原因，黑土层厚度已逐渐减少，土壤有机质含量也明显降低，土壤侵蚀成了黑土地不容忽视的问题之一。保护黑土地对于保障国家粮食安全、生态安全，促进农业绿色可持续发展具有重大的意义。接下来我们了解一篇在黑土地区探测土壤侵蚀状况的论文。ASD Fieldspec 3 FR光谱仪在东北典型黑土地区农田土壤侵蚀热点探测方面的应用土地退化影响着世界上大约三分之一的农田，其中土壤侵蚀是最严重和最广泛的退化形式。在侵蚀严重的地区，土壤剖面可能出现明显的截断现象，导致富含碳和营养丰富的表土物质空间重组，造成土壤有机碳（SOC）加速损失，土壤肥力下降，从而影响退化农田的粮食生产。据估计，每10厘米土壤损失作物产量平均减少约4%，而由于农业管理不当和施肥水平低，发展中国家减产的程度可能会加剧。联合国可持续发展目标框架下的土地退化中立方案明确采用了SOC作为评估和监测土地退化状况的关键指标。因此，更好地了解发生土壤侵蚀的地点和加速侵蚀程度，以及SOC损失的发生，将在很大程度上有助于全球在粮食安全和气候方面可持续利用土壤资源的努力。普遍通用的土壤损失方程（USLE）拥有高度的数据可访问性，然而，它仍然是一种经验方法，只考虑了水蚀，而忽略了其他形式，如耕作和风蚀，并没有模拟土壤沉积。另外，主要在流域规模上，存在许多基于过程的物理模型来模拟单个降雨事件中相互作用的侵蚀和沉积过程，但其模型结构的复杂性和模型参数化的不平衡往往会影响模型的空间预测能力，且当前评估侵蚀发生地点和程度的方法仍然不足以在高空间分辨率下精确探测侵蚀热点。无论使用何种建模方法，阻碍土壤侵蚀精确建模和制图的常见问题还包括：(1)输入过时的、静态的和粗糙的分辨率数据，通常无法捕捉到侵蚀过程尺度上土壤侵蚀的时空变化；(2)缺乏空间分布的观测数据来进行严格的模型校准和验证。此外，土壤侵蚀追踪技术作为得出净侵蚀空间估计的可行选择，其价格昂贵，在大空间尺...

2023 - 06 - 02
Resonon | 利用VIS/NIR高光谱成像进行生鱼片寄生虫检测

生鱼片又称鱼生，古称鱼脍，起源于中国，最早文字记录可以追溯到周朝，有着悠久的食用历史，后传至日本及朝鲜半岛等地，在日本称刺身，是日本料理中最为常见的菜品。生鱼片制作简单，食用可口，营养丰富。从营养学角度说，生鱼片没有经过传统的炒、炸、蒸等烹饪方法，因此营养物质完全没有流失，是一道极富营养的菜肴。但是从卫生角度考虑 ... ...生鱼片是一种传统的日本食品，在日本以外的许多国家都很流行，但严重的健康风险，如腹痛，腹泻，呕吐，以及由生鱼片上常见的寄生虫引起的器官损伤，是消费者担心的因素。冷冻处理是一种有效杀灭寄生虫的方法，但由于可接受的温度范围窄，无法广泛应用；过高的温度无法完全消除所有寄生虫，而过低的温度会损害生鱼片的风味。因此，有必要开发一种寄生虫检测方法，以便清除被感染的生鱼片。传统的生鱼片寄生虫检测方法主要有显微镜法、免疫荧光法、聚合酶链式反应法等，但这些方法耗时费力，不易实现产业化。因此，迫切需要一种快速、简便、可靠、智能的生鱼片寄生虫检测方法。目前，可见光和近红外（VIS/NIR）光谱在食品质量检测中的应用已经很成熟，包括疾病监测、害虫检测、蛋白质和脂肪含量评估等。然而，寄生虫非常小，利用VIS/NIR高光谱成像技术能否检测到生鱼片上的寄生虫仍然是一个未知的问题。利用VIS/NIR高光谱成像进行生鱼片寄生虫检测基于此，在所附的文章中，研究者们首次探讨了Resonon Pika XC2高光谱成像结合化学计量建模检测草鱼生鱼片上寄生虫（异尖线虫）的能力。为此，作者（a）比较了生鱼片表面、生鱼片边缘和生鱼片上存在异尖线虫的VIS/NIR光谱特征差异，（b）选择不同特征纳入分析时，应用偏最小二乘回归（PLSR）和概率神经网络（PNN）测试寄生虫检测能力，从而确定优化的建模方法。（c）基于该优化建模方法提出了未来的应用前景。VIS/NIR高光谱成像平台【结果】切片面、切片边缘和异尖线虫光谱的平均值；顶部异尖线虫的原始光谱（A）；底部异尖线虫的原始光谱（B）；顶部异尖线虫的一阶导数光谱（C）；底部异尖线虫的一阶导数光谱谱（D）未来实际应用中寄生虫检测方案【结论】利用VIS/NIR光谱视觉上可区分切片面、切片边缘和寄生虫。PNN对生鱼片寄生虫的检测能力优于PLSR。组合模型的检测能力优于单一检测模型。采用PNN SG + SNV+一阶导数+ PNN模型（提取484.88...

2023 - 05 - 26
PS9000 | 高寒泥炭地微生物CAZymes基因和净CO2交换对5年连续极端干旱事件的非同步响应

高寒泥炭地是一种独特的生态系统，主要分布在高纬度地区，如北极和高山地带。它们通常是由厚厚的腐殖质层覆盖的湿地，其中含有大量的泥炭和水。高寒泥炭地是净CO2交换的重要场所，对于全球气候变化的响应非常敏感。然而，由于极端干旱的气候条件，高寒泥炭地面临着许多挑战，其生态系统的健康和稳定性受到严重影响。极端干旱事件下，高寒泥炭地会如何变化？接下来我们来了解一篇相关论文。高寒泥炭地微生物CAZymes基因和净CO2交换对5年连续极端干旱事件的非同步响应全球气候模型预测，未来极端干旱事件频率会增加。极端干旱会严重影响陆地碳（C）库、碳通量及碳循环过程，尤其会显著降低陆地生态系统C汇强度，甚至将其转化为C源。泥炭地拥有巨大的碳储量，在有效缓解温室效应，应对气候变化方面发挥着重要作用。但干旱会加速泥炭地土壤有机碳分解，增加碳排放，形成正反馈效应。然而，关于未来不断增加的极端干旱事件下净生态系统交换（NEE）变化及参与土壤有机质（SOM）分解的微生物碳水化合物活性酶（CAZymes）的功能基因尚不清楚。基于此，中国林业科学研究院湿地与气候变化研究团队以青藏高原东部若尔盖国家级自然保护区高寒泥炭地（33°47′56.61′′ N，102°57′28.43′′ E，3430 m.a.s.l.）为研究区域，依托模拟极端干旱的野外控制实验平台，通过宏基因组测序技术、不同CO2通量组分的原位监测和室内试验相结合，旨在解决以下问题：（1）确定极端干旱处理下高寒泥炭地NEE的变化；（2）表征参与SOM分解的微生物CAZymes功能基因及分类群以及（3）评估土壤微生物有机质分解在调节生态系统CO2汇功能中的贡献。作者于2019年6月18日至9月25日测量了NEE和生态系统呼吸（Re），并利用PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统（北京理加联合科技有限公司）测量了总土壤呼吸（Rs）和微生物呼吸（Rm）。每次极端干旱事件结束后，收集0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土壤，进行生化分析，包括总氮（TN）、土壤有机碳（SOC）、溶解有机碳（DOC）、土壤体积含水量（SWC）、硝酸盐（NO3-）、铵盐（NH4+）和微生物生物量碳（MBC）。此外，还进行了土壤样品的DNA提取、测序文库构建及宏基因组测序。【结果】图2 2019年不同时期极端干旱对NEE的影响。A生长季早...

2023 - 05 - 25
Resonon | 利用Resonon Pika L估算胶州湾富营养化

海水富营养化是海洋水体中N、P等营养盐含量过多，导致水体中藻类等生物过度繁殖，从而引发水体生态系统的失衡现象。环境变化和水体富营养化是当前许多湖泊及水域面临的严峻挑战。为了及时发现湖泊水质变化,水体监测是关键所在。遥感监测技术的发展为水体监测带来了新机遇。遥感技术可以通过机载高光谱获取大范围的水体光谱信息，从而快速、准确了解水体的变化情况。遥感监测可以提高监测效率，减少人力和物力的投入，降低监测成本。在山东半岛南部胶州湾典型海水养殖区，学者们就利用高光谱遥感开展了海水富营养化的监测。利用Resonon Pika L估算胶州湾富营养化由于土地利用的不断变化、森林砍伐和化石燃料的燃烧，温室气体排放急剧增加，从而导致海洋富营养化、洪水泛滥等严重的全球性挑战。近年来，由于海产品消费的增加，海水养殖成为一个迅速扩大的全球市场。而不合理的养殖方式、过度的养殖生产，以及大量污染物直接排放到海洋养殖区中，会造成赤潮等其他灾害。这些问题会导致严重的环境污染、生态失衡和沿海水域富营养化。为了从源头上减少污染排放，阻止海水养殖水质恶化，需要快速准确地了解海水养殖水质参数浓度的时空特征、演变过程、影响因素等信息。随着遥感技术的不断进步，高光谱遥感技术因其精度高、波段多、信息量大等优点在遥感水质监测中得到了广泛的应用。而机载高光谱遥感具有空间分辨率高、时间分辨率高、图像采集灵活等优点，为区域水质监测的应用提供了新的途径。胶州湾 - 机载高光谱遥感基于此，在所附的文章中，研究者们在山东半岛南部胶州湾典型海水养殖区基于DJI M600Pro UAV+Resonon Pika L高光谱成像收集了高光谱图像，选取海水水质、叶绿素a浓度和总悬浮物（TSM）浓度等关键参数作为海水富营养化指标。分析了各参数浓度与光谱反射率的相关性。并利用参数的最佳敏感波段建立了胶州湾海水高光谱反演模型（JZBZ）。机载高光谱路线规划和水样采集【结果】海水采样点的水光谱曲线JZBN模型（a）和NSOAS模型（b）估计的TSM浓度值和实测值的比较，JZBN模型（c）和NSOAS模型（d）估计的叶绿素a浓度值和实测值的比较研究区（a）TSM（b）和叶绿素a（c）浓度的空间分布【结论】本研究表明了机载高光谱遥感技术确定胶州湾海域水质参数浓度和空间分布的可行性。根据水体高光谱图像的光谱特征和特征波段敏感性之间的关系，建立了胶州湾...

2023 - 05 - 18
LI-2100 | 干旱区河岸湿地优势种植物的水分利用模式

近日，强冷空气在山西、宁夏和陕西等地凶猛登陆，带来了降温降雪的天气。没有冤情的四月飞雪，大自然再一次向人类展现了它的深邃。除了突如其来的降雪，大自然赋予的特殊天气，还有极端而持续的干旱。在干旱区，由于水资源缺乏，植物的生存和生长受到严重胁迫，促使生态环境进一步恶化。为了应对干旱气候，治理生态环境，相关的研究数不胜数。基于干旱区河岸湿地这一特殊的生态系统，今天我们来了解一篇研究植物水分利用模式的论文。干旱区河岸湿地优势种植物的水分利用模式植物水分循环是研究陆地生态水文学的关键环节。在干旱区，由于有限降水和强烈蒸发，水资源是影响植物生存、生长和植被恢复可持续性的重要限制因素。近年来，由于高温和干旱等极端天气事件更加频繁，土地退化加剧，使河岸湿地生态系统面临降水减少、不同程度水位下降等干旱问题。极端干旱会降低水资源的可利用性和植被生产力，并给植物带来不可逆转的死亡风险。因此，了解植物水分利用模式可以揭示植物的生存策略和对不断变化的水文气候条件的反应，这是良好的生态管理和植被恢复的先决条件。湿地是连接水域生态系统和陆地生态系统的功能过渡区，其生态功能非常突出。因此，定量研究河岸湿地水分来源、补给途径及其植物水分利用模式，是了解湿地生态水文循环的前提条件，将为干旱区湿地环境治理和生态安全提供理论依据与决策支持。干旱区是全球生态系统的的重要组成部分，河岸湿地具有水源供给、水文调节和土壤保持等生态功能。研究人员选取干旱区典型河岸湿地的优势种植物为研究对象，测定了降水、土壤水、木质部水和地下水的氢氧稳定同位素组成（利用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（北京理加联合科技有限公司）提取土壤和木质部中的水分），利用这些数据拟解决以下问题：（1）阐明优势种植物水分利用模式的季节变化；（2）明确两种优势种植物水分利用模式的差异。本研究将有助于了解河岸湿地生态系统中植物-土壤-水关系的机制，旨在为干旱区河岸湿地生态系统恢复与重建提供理论依据与决策支撑。图1 (a)和(b)代表研究区域及采样点空间分布。(c)为东滩湿地，(d)为旱柳，(e)为紫翅猪毛菜。【结果】图2 紫翅猪毛菜（a）和旱柳（b）0-100 cm土壤水中δD和δ18O值的季节变化。垂直虚线表示木质部水的同位素组成。误差条表示标准误差。图3 潜在水源对猪毛菜（a）和旱柳（b）贡献百分比的月变化。图4 水体氢氧稳定同位素组成的关系...

2023 - 05 - 09
Picarro | 基于Picarro G2201-i碳同位素分析仪研究天然气水合物释放对青藏高原永冻层湿地甲烷排放的影响

青藏高原是地球上海拔最高的高原，被称为“世界屋脊”、“第三极”。青藏高原光照和地热资源充足。高原上冻土广布，植被多为天然草原。它扮演着重要的生态角色，影响着全球气候变化。这个区域的碳循环系统尤其引人注目。随着全球气候变暖，青藏高原的永冻层正在消融，导致大量的甲烷和其他温室气体被释放到大气中，从而影响了全球气候变化的速度。这种现象对人类社会和生态系统都产生了深远的影响，今天想向大家介绍的文章，正好与此相关。基于Picarro G2201-i碳同位素分析仪研究天然气水合物释放对青藏高原永冻层湿地甲烷排放的影响湿地甲烷排放是全球CH4收支中最大的自然来源，在推动21世纪气候变化方面发挥着日益重要的作用。多年冻土区碳库是受气候变化影响的大型储层，对气候变暖具有正反馈作用。在与气候相关的时间尺度上，融化的永久冻土中的甲烷排放是温室气体收支的关键。因此，多年冻土区湿地甲烷排放过程与湿地碳循环密切相关，对理解气候反馈、减缓全球变暖具有重要意义。青藏高原是地球上最大的高海拔永久冻土区，储存了大量的土壤有机碳和天然气水合物中的热生烃。湿地甲烷排放源识别是了解青藏高原湿地甲烷排放和碳循环过程与机制的重要问题。基于此，来自中国地质调查局的研究团队于2017年测量青藏高原木里永冻层近地表和天然气水合层钻井（DK-8）的CH4和CO2排放量及其碳同位素组成（Picarro G2201-i碳同位素分析仪）。并计算CH4和CO2碳同位素分馏（ ԐC：δ13CCO2- δ13CCH4 ）。旨在为木里多年冻土湿地甲烷排放的重要来源-天然气水合物释放提供新的证据，揭示天然气水合物释放对湿地甲烷季节性排放的影响，进一步揭示钻井等人为活动对青藏高原多年冻土湿地甲烷排放的影响。研究区域位置【结果】DK-8中CH4含量、δ13CCH4 及ԐC土壤层中CH4含量、δ13CCH4 及ԐC【结论】热成因天然气水合物分解是湿地甲烷排放重要的源季节性湿地甲烷排放受人类钻井活动的影响天然气水合物释放的甲烷特征：【δ13CCH4】 -25.9±1.4‰~-26.5±0.5‰，【ԐC】-25.3‰~ -32.1‰δ13CCH4和ԐC值可以区分复杂环境中的热成因和微生物成因甲烷秋冬季节以热成因甲烷为主导，春夏季节微生物成因甲烷贡献较大随着天然气水合物资源的进一步探索和...

2023 - 05 - 06
Resonon | 利用机载高光谱成像进行树木水平红脂大小蠹侵染的早期监测

据人类目前所知，昆虫的种类有100多万种，是地球上数量最多的动物群体。在《昆虫记》中，法布尔将昆虫世界化作供人类获得知识、趣味、美感和思想的美文，以文艺趣味的笔触记录了100多种昆虫的本能与习性，展现了一部“昆虫的史诗”。但种类繁多、形态各异的昆虫，除了法布尔笔下的灵性和趣味，还有不可忽视的侵害和威胁。1998年，我国在山西省首次发现红脂大小蠹，当地林木大面积受到侵害，生态环境和经济发展也严重受损。随着红脂大小蠹的扩散蔓延，我国科研人员对森林受到的侵害愈加重视，并通过相关研究，提供了对其进行监测的方向。利用机载高光谱成像进行树木水平红脂大小蠹侵染的早期监测森林在陆地生态系统中发挥着必不可少的作用，提供着水资源保存、侵蚀控制、缓和气候变化和碳固存等各种生态服务。同时也面临着生物和非生物因素的胁迫。入侵害虫红脂大小蠹（RTB）在中国东北部蔓延，造成严重的经济和生态损失。早期识别和侵染树木的处理对于避免其蔓延和侵染爆发至关重要。高空间分辨率的高光谱数据具有监测单木尺度树皮甲虫早期侵染的潜力，但尚未进行相关研究。基于此，为填补研究空白，来自北京林业大学的研究者们利用DJI Matrice 600 UAV+Resonon Pika L高光谱相机在中国辽宁省进行了相关研究。首先调查了RTB侵染油松后光谱特征的变化。其次，利用RF分类器比较不同光谱特征区分RTB阶段的性能。最后，探索了深度学习算法（CNN）在小HIS数据集中分类树皮甲虫干扰是否优于机器学习算法（RF）。研究区。（a）RTB分布及辽宁省位置；（b）研究样地位置；（c）机载高光谱图像。【结果】冠层平均光谱反射率及一阶和二阶导数。三种健康分类的光谱植被指数。RF和CNN分类模型的总体性能和混淆矩阵。（a）反射率值作为输入变量的RF_R:RF模型；（b）导数作为输入变量的RF_D:RF模型；（c）SVI作为输入变量的RF_S:RF模型；（d）CNN模型。【结论】本文研究了机载高空间分辨率的高光谱图像检测RTB侵染松树的潜力。作者比较了不同光谱特征和模型将松树分为三个健康状态：健康、侵染（绿或黄色阶段）和死亡（红或灰色阶段）树木的性能。主要结论如下：（1） RTB侵染后，松树冠层光谱显著变化。与健康树木相比，死亡树木的光谱曲线在可见和近红外区域显著变化，而侵染树木仅在可见光区域显著变化。死亡树木的16个SVI显著不同，而...

2023 - 04 - 13
Picarro+LI-2100 | 叶水氢和氧同位素的控制：跨季节和海拔的区域调查

太白山，坐落于陕西宝鸡，是我国著名的秦岭山脉的主峰，也是我国大陆东部的第一高峰。高达3767.2米的海拔，巨大的高山落差，明显的气候差异——自然的赋予让太白山形成了独特的垂直景观。随着海拔的变化，太白山容纳了种类多样的丛林、珍禽异兽、冰川奇石等丰富的自然景观。不仅吸引了各地游客前来观光，更有佳句“山脚盛夏山岭春，山麓艳秋山顶寒，赤壁黄绿白兰紫，春夏秋冬难分辩。”广为流传。当然，巨大的气候差异和垂直景观的形成，带来的不仅仅是特色的旅游资源，更为专业领域内的研究提供了丰富的样本。依托太白山的天然差异，中国科学院地球环境研究所进行了同位素相关的调查研究。叶水氢和氧同位素的控制：跨季节和海拔的区域调查叶片水中稳定的氧（δ18O）和氢（δ2H）同位素充当连接水文气候与植物来源有机物的桥梁，然而，目前尚不清楚水源（枝条水、土壤水和降水）或气象参数（温度、相对湿度和降水）是否对其控制。基于此，来自中国科学院地球环境研究所的研究团队调查了太白山（33.96° N，107.77° E，海拔3767m）海拔梯度δ18Oleaf和δ2Hleaf、潜在水源同位素（LI-2100 Pro全自动真空冷凝抽提系统，北京理加联合科技有限公司+Picarro L2130-i水同位素分析仪）和气象参数的季节特征。结果发现，叶片水氢和氧同位素对气象参数（降雨、温度和RH）和源水（木质水、降雨）氢和氧同位素响应存在差异：叶片水氢同位素和源水氢同位素相关性更高（相比氧同位素）；而叶片水氢和氧同位素和气象参数相关性差异不大。另外，叶片水氢和氧同位素随季节和海拔变化存在明显变化，形成了著名的叶片水线（LWL）。太白山采样点和气象参数。太白山叶片水中稳定的氧（δ18O）和氢（δ2H）随季节和海拔变化。太白山水同位素从降水到叶水的物理和生化过程。请点击下方链接，阅读原文：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650317426&idx=3&sn=a38303a823d70dc1828717fbfcaff629&chksm=bee18e8d8996079bc45feac445053641b647a16c51da9ed66ce1ad025dfe123d59d174a5cf8f&token...

2023 - 03 - 21
Picarro+LI-2100 | 中国黄土高原天然草地和人工林地小流域生态水文分离——一年周期稳定同位素观测的证据

黄土高原“这片广袤的土地已经被水流剥蚀得沟壑纵横、支离破碎、四分五裂，像老年人的一张粗糙的脸。”这是已故作家路遥在《平凡的世界》里对黄土高原的描述，也是三、四十年前黄土高原生态环境的真实写照，水土流失严重，荒凉贫瘠。如今经过前辈们的不懈努力，这片土地上发生了翻天覆地的变化，植被恢复与人工造林成果显著，生态环境大幅改善。现在的黄土高原“植被”与“水”已经成为这片土地上绑定的话题。生态改善的同时，人们对于此的研究也在不断深入。关于植被在这片土地的恢复过程中，如何影响到生态水文的变化？今天来了解一篇中国科学院地球环境研究所研究团队的相关论文。中国黄土高原天然草地和人工林地小流域生态水文分离——一年周期稳定同位素观测的证据陆地生态水文是地球水文循环的重要组成部分，对于其功能和相关服务的理解至关重要。土壤可调节局部到全球范围的生态水文过程。植物作为生态水文重要组成部分，在生态系统贡献了50%-90%的蒸散量。因此，研究植物和周围土壤之间水的相互作用对于深入理解生态水文过程至关重要。生态水文分离假说是同位素生态水文关注的热点问题，它涉及到两个水世界。已有许多研究在不同气候带进行了生态水文分离调查。黄土高原一直进行人工林和自然恢复，显著改变了土壤性质、植被群落、微生物群落和生态水文过程，然而植被恢复如何影响生态水文过程仍不清楚。基于此，来自中国科学院地球环境研究所的研究团队对甘肃省庆阳市南小河沟(107°370′E, 35°420′N)进行了为期一年的调查，对比了其中两个相邻小流域中不同类型水的δ18O和δ2H（利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100 Pro，北京理加联合科技有限公司）提取植物（根/茎，叶）和土壤水，利用Picarro L2130-I水同位素分析仪测量降水和土壤水稳定同位素组成）以测试是否存在“生态水文分离”，阐明植被恢复如何改变黄土高原林地和草地之间的同位素生态水文，并探索两个小流域根系/茎水和土壤水之间是否存在同位素分馏。黄土高原两个相邻小流域中采样点【结果】两个相邻小流域（森林vs.草地）土壤mobile和less-mobile水的氢和氧同位素变化相邻小流域不同类型水的氢和氧同位素示意图【结论】黄土高原相邻小流域生态水文同位素分析调查支持生态水文分离假说，即土壤mobile和less-mobile水氢和氧同位素比值之间存在显著差异，但...

2023 - 03 - 09
ASD | 好想看看月壤长啥样！

2020年11月24日4时30分长征五号遥五运载火箭点火升空托举嫦娥五号探测器送入预定轨道意味着人类时隔44年再次从月球带回了岩石和土壤样品上一次月球采样返回任务是1976年苏联的月球24号美国在阿波罗十一号成功登月之后，进行了6次发射任务，其中有5次都获得了成功，一共将12名宇航员送上了月球，带回来了382公斤的月球土壤。中美两国于1979年1月1日正式建交；而就在这前夕的1978年，美国国家安全事务顾问布热津斯基访华时，为表示友好，向中国赠送了1克月岩。地质学家将1g月壤等分成两份，每份重量0.5g，一份用于研究，另一份用来展览。如今，我们自己从月球带回1731克月壤！北京时间2022年10月10 日，国际科学期刊《自然 · 通讯》（Nature Communications）在线发布我国嫦娥五号样品的一项研究成果。中国科学院国家天文台李春来、刘建军研究员领导的团队，结合嫦娥五号月球样品的实验室分析结果和遥感探测数据，解答了过去对月球晚期玄武岩遥感光谱解译的疑惑，纠正了月球晚期玄武岩独特遥感光谱特征的物质成分解译结果。根据以往地基望远镜和月球轨道器遥感光谱数据的分析，普遍认为月球正面西部晚期月海玄武岩覆盖的区域富含橄榄石，这是约束月球晚期玄武岩成因的重要因素。然而该推论是否正确，由于缺乏实际样品的分析而无法证实。嫦娥五号成功着落于月球风暴洋东北部的玄武岩平原，返回样品的研究显示其玄武岩的年龄仅为20亿年，是月球上最年轻的玄武岩地层。嫦娥五号任务采集的月壤样品，作为从月球晚期玄武岩区域返回的唯一地面真值，为我们研究月球晚期火山活动提供了宝贵的机会。基于此，中国科学院国家天文台李春来、刘建军研究员团队结合嫦娥五号月球样品的实验室分析结果和遥感探测数据（ASD FieldSpec 4），解答了过去对月球晚期玄武岩遥感光谱解译的疑惑，纠正了月球晚期玄武岩独特遥感光谱特征的物质成分解译结果。研究团队通过对返回月壤样品开展实验室光谱和X射线衍射分析，与以往获取的月球样品进行对比，并结合电子探针分析的数据结果，证明嫦娥五号月壤的光谱特征主要是由其富含的富铁高钙辉石引起，而非富含橄榄石所致。由于国外历次月海采样任务鲜有以富铁高钙辉石为主的月壤样品，加之富铁高钙辉石晶体结构的特点在光谱特征上与月球上常见的橄榄石光谱相近，导致了月球晚期玄武岩的遥感光谱被错误地解译为富含橄...

2023 - 02 - 28
Resonon | 基于Resonon PIKA XC2高光谱成像预测苹果杂交后代香气

苹果是一种常见而又神奇的水果。很多人学会的第一个英语单词可能就是Apple；从树上掉下来，砸到牛顿，启发牛顿的也是苹果；引领消费时代数码潮流的苹果公司，logo是被咬了一口的苹果~对于这种大家经常吃的香甜水果，追本溯源，是来自蔷薇科苹果属的杂交水果。苹果的祖先，是一种叫做“新疆野苹果”的植物，生长在我国新疆和中亚地区，后来伴随人类活动扩散开来，果农们也一代代与苹果树斗智斗勇，通过杂交等方式把他们调教的越来越美味。现代农业，为满足大家更多需求，苹果的杂交育种依旧在进行，人类学会了利用更先进的技术，今天推荐大家了解一篇通过高光谱成像来预测苹果杂交后香气的优秀文章。基于Resonon PIKA XC2高光谱成像预测苹果杂交后代香气苹果是世界上最受欢迎且有价值的水果之一。质地、风味和营养是苹果最重要的品质。一般来说，香气在苹果风味中发挥着重要的作用。提高苹果香气是育种和筛选的目标。因此，构建苹果香气成分评估模型至关重要。高光谱成像技术（HSI）结合二维成像技术实现光谱全图像信息获取，因其快速、有效和无损特征而广泛应用在农业、食品和化学领域。基于此，在本文中，来自西北农林科技大学园艺学院的研究人员利用高光谱成像（PIKA XC2 高光谱相机，Resonon Inc., Bozeman，MT，USA）建立了‘Honeycrisp’×‘Maodi’杂交后代的香气成分预测模型，初步实现了苹果成分的即时检测，以提供理论基础。【结果】高光谱图像光谱预处理酯（a）、醛（b）、酮（c）和乙醇（d）测量值和预测值散点图。酯（a）、醛（b）、酮（c）和乙醇（d）特征光谱带分布。【结论】在育种中，杂交后代香气成分的快速无损检测可以简化筛选过程并有效降低成本。在本研究中，作者利用高光谱成像来评估‘Honeycrisp’ × ‘Maodi’杂交后代的香气成分。基于光谱的SNV-RF模型在化学类别预测方面表现良好，但在单个化学物质预测方面表现不佳。在化学类别的预测中，酒精的结果最可靠，其次是酯类。分析化学基团的特征光谱，酯类的特征光谱为413、493、512、551、592、600、721、727、729、733 nm，醇类的特征光谱为519、562、570、571、660、676、700、737、738 nm，均在可见光范围内。醛和酮的特征光谱数量相对较多，分别为20和19个。在...

2023 - 02 - 21
Resonon | 基于深度学习和高光谱图像估算车厘茄可溶性固形物含量及硬度

车厘子，相信大家都不陌生，毕竟“车厘子自由”曾经也是风靡一时的网络热词。但是车厘茄是什么呢?车厘子的变种？车厘子和茄子的结合？空想不如实干，看看度娘怎么说......嚯，原来车厘茄就是常见的小番茄！另外，小加还了解到车厘茄含有丰富的维他命和十分高的铁质含量，不仅有美容功效，还可以预防出现贫血，可谓是值得多次购买的营养好物。但是购买时，我们只能通过朴素的双眼判断其好坏，如果从专业性的角度出发，该如何评估车厘茄的质量呢？答案就在下面这篇论文里，快一起来看看吧！基于深度学习和高光谱图像估算车厘茄可溶性固形物含量及硬度车厘茄（Solanum lycopersicum）因其特殊的香味深受世界各地消费者喜爱。可溶性固形物（SSC）和硬度是评估产品质量的两个主要指标。现存的测量技术主要依赖于化学方法。然而，这种破坏性的方法不适用于大面积的测量。高光谱成像技术可以同时获取光谱信息和空间信息，已广泛应用于各个领域，如植物病害胁迫检测、工业食品包装、医学图像分类及水果质量分析。基于此，来自浙江工业大学和浙江省农业科学院的研究人员选择当地主流的车厘茄（Zheyingfen-1）为研究对象，测量其硬度和SSC，并基于高光谱图像（PIKA XC 高光谱相机，Resonon Inc.，Bozeman，MT，USA）和相应的深度学习回归模型开发了无损式测量技术。高光谱成像系统【结果】（A）校正的光谱反射率图。（B）MSC预处理。（C）二阶差分预处理。每个模型的SSC估算结果。（A）小样本数据的SVR估算结果。（B）大样本数据的SVR估算结果。（C）小样本数据的KNNR估算结果。（D）大样本数据的KNNR估算结果。（E）小样本数据的AdaBoostR估算结果。（F）大样本数据的AdaBoostR估算结果。（G）小样本数据的PLSR估算结果。（H）大样本数据的PLSR估算结果。（I）小样本数据的Con1dResNet估算结果。（J）大样本数据的Con1dResNet估算结果。大样本数据集每个模型的硬度估算结果。【结论】本研究中，作者利用高光谱图像提出了Con1dResNet深度学习模型来估算车厘茄的SSC和硬度。相比传统的机器学习方法，充足的样本数量可以实现更好的结果。就SSC估算而言，其R2值为0.901，比PLSR高26.4%，其MSE为0.018，比PLSR低0.046。就硬度估算而言，其R2...

2023 - 02 - 13
Picarro | 中国农村地区大气水溶性有机物的气体-气溶胶相划分：NH3对SOA形成的增强作用

水溶性有机物（WSOC）以气体和颗粒物的形式大量存在于大气中，在大气水反应和云凝结核（CCN）形成中发挥着重要的作用，对全球和区域气候变化有着重要影响。此外，某些WSOC是有毒的，它会影响人类健康。WSOC可从源中直接排放或从气态和颗粒有机质（OM）的光氧化中二次产生。目前，只进行了有限的测量来理解WSOC划分机制。结果表明，气体-颗粒物相划分取决于很多因素，例如气象参数、气体物质组成和凝结相性质。将气相WSOC（WSOCg）分配到气溶胶相（WSOCp）是大气二次有机气溶胶的主要形成路径。然而，WSOC划分过程的基本机制尚不清楚。基于此，在本文中，来自华东师范大学、上海市环境科学研究院和上海市环境监测中心的研究团队于2019年冬季在长江三角洲河口湿地生态系统野外科学观测站（31°44′N，121°13′E）同时测量了气体和颗粒物，包括NH3（Picarro G2103），有机酸（草酸、甲酸和乙酸）、无机离子（阳离子：Na+，NH4+，K+，Ca2+和Mg2+；阴离子：SO42−，NO3−和Cl−）和WSOC。为了全面理解WSOCp形成机制，作者还测量了300-550 nm WSOCp的光学吸收，同时测量了PM2.5并调查了气体-气溶胶相划分的影响因素以全面理解中国大气，尤其是严重冬季雾霾区的有机气溶胶行为。【结果】研究区主要污染物的时间变化。ALWC和pH对WSOCg划分的影响。NH3对中国不同区域WSOCp分布的影响。【结论】在干旱期（相对湿度（RH）80%）为气溶胶液态水（ALW），表明该区域两种不同的二次有机气溶胶（SOA）形成过程。在干旱期，温度是WSOCg吸收的主要驱动力。而在湿润期，控制WSOCg吸收的因素为ALW含量和pH，两者都会通过NH4NO3形成和有机酸中和过程被NH3显著提高。此外，作者发现，在全国范围内，WSOCp与NH4NO3的相对丰度呈较强的线性相关，其空间分布与NH3一致，进一步表明NH3在WSOCp形成中的关键作用。由于WSOCp是SOA的主要组成部分，NH3通过增加ALW的形成和WSOCg的分配来促进SOA的产生，这表明控制NH3的排放对于缓解中国雾霾污染特别是SOA是必要的。请点击下方链接，阅读原文：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mi...

2023 - 02 - 09
ASD | ASD FieldSpec 4地物光谱仪在土壤砷浓度估测上的应用

土壤中重金属是有害的，其迁移和累积会严重威胁生态环境安全和人类健康。砷（As）具有高神经毒性和致畸性。人类活动，例如采矿和工业生产会导致大量As释放到土壤中。快速准确确定土壤中As浓度对As污染评估至关重要。传统的重金属调查方法旨在对野外采集的土壤样品进行化学性质测试，费事费力、成本高。高光谱遥感具有高光谱分辨率、宽波段范围和连续光谱信息等特点，已广泛用于土壤重金属浓度的估算。然而，现存的基于高光谱数据的土壤重金属浓度估算模型忽视了土壤光谱和重金属浓度之间的空间非稳态。基于此，来自首都师范大学的一组研究团队以北京东北部地区（40°10′0″-40°15′30″ N，116°58′4″-117°5′4″ E）为例，基于实验室测得的光谱数据（ASD FieldSpec 4光谱仪），结合地理加权回归（GWR）和XGBoost算法提出了一种新的模型（GW-XGBoost模型）来估算土壤重金属浓度。并评估了所提出模型的有效性。研究区和采样位置。As浓度估算过程流程图。【结果】As和光谱的相关图。阴影快表示主要化学吸收范围。As浓度实测值与预测值关系散点图。As浓度实测值与预测值拟合比较图。【结论】估算模型选择的光谱波段与表面含有能与As形成复合物的官能团的光谱活性物质的吸收效应有关。构建模型时考虑该吸收机制可以有效降低高光谱数据的冗余。GW-XGBoost模型不仅考虑了As浓度和光谱关系的异质性，也考虑了其复杂相关性，有效提高了土壤As浓度估算精度。GW-XGBoost模型可以更准确估算土壤重金属浓度，为利用高光谱技术大尺度监测土壤重金属污染提供技术支持。请点击下方链接，阅读原文：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650316477&idx=1&sn=5d4371debe0e58b4832c623a283b2687&chksm=bee1b24289963b54b20e81fcf2015069bb26736c445741bbc9188b7864dcd58a783f5db91c52&token=969215875&lang=zh_CN#rd

2023 - 02 - 07
Picarro+LI-2100 | 双同位素+功能基因-研究无土栽培系统中N2O的生产和消耗过程

中国是最大的温室蔬菜生产国，约占世界生产面积的83%。由于全年生产和大量施肥，温室蔬菜产量高，但也导致了土壤质量的恶化和严重的环境问题。近来，无土栽培系统（SCS）在温室蔬菜生产中逐渐发展起来，它可以减少甚至消除传统栽培方式的许多问题，。在SCS中，无土栽培基质，也称为无土栽培生长介质，可代替土壤固定根系系统，为植物提供水分和养分，为根区提供充足的通风。然而，由于N肥的大量输入，N2O排放较高。N2O是一种温室气体，具有温室效应，加剧全球变暖，在大气中存留时间长，可输送到平流层，导致臭氧层破坏，引起臭氧空洞。无土栽培基质已成为SCS中N2O排放的主要载体，但尚不清楚其产生和消耗的相关途径，因此亟待研究SCS无土栽培基质的N2O排放源。且无土栽培基质与土壤理化和生物性质高度不同，其具有更准确的水和养分分布，因此也有必要确定管理措施对SCS中N2O排放的影响。基于此，在本文中，来自中国农业科学研究院的一组研究团队基于稳定同位素技术结合qPCR分析在两种灌溉模式下（滴灌和潮汐灌溉）对成都市农林科学院（(103°86′E，30°71′N）温室里两种无土栽培基质（60%泥炭+20%珍珠岩+20%蛭石+少量植物纤维/商用椰壳纤维基质）进行了相关研究，共设置4种处理：滴灌+泥炭基质（PD），滴灌+椰壳基质（CD），潮汐灌溉+泥炭基质（PT）以及潮汐灌溉+椰壳基质（CT）。旨在：（1）研究两种灌溉模式下典型无土栽培基质的N2O排放，（2）评估N2O排放及其驱动因子之间的关系以及（3）理解N2O生产和消耗的微生物机制。作者于2020年3月12日在育种室进行西红柿播种，4月9日转移至温室中。施肥后的不同时间里收集气体样品，计算NH3和N2O通量，并测量N2O同位素值。同时，收集了无土栽培基质样品，去除可见根系，过筛，测定质量含水量（ω），计算充水孔隙度（WFPS）。然后测定无土栽培基质的NH4+-N、NO3--N、pH、导电率（EC）、有机质（OM）。提取基质中的总DNA，进行qPCR分析。此外，利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，北京理加联合科技有限公司）提取基质样品中的水分，利用Picarro L115-I同位素分析仪测定水的δ18O值。通过δ18O和δ15NSP关系图来区分N2O生产和消耗途径。【结果】四种处理下（A）总含水量（B）NH4+-...

2023 - 02 - 02
Resonon+LR1601 | 利用光谱特征时间序列进行松材线虫病早期监测

松材线虫病（PWD），是由松材线虫（Bursaphelenchus xylophilus）引起的具有毁灭性的国际森林病害之一，可以在几个月内对松林造成快速、大面积的危害，已对我国造成了巨大的生态和经济损失。因此，及时的监测措施非常必要。高光谱遥感可以获取数百个波段和连续波长的数据来捕获受危害树木的生理变化，有助于检测早期病虫害。而基于无人机的高光谱成像仪可以准确观测树木冠层的变化，成为评估森林健康情况的有效工具。然而，以往的研究大多使用单日的无人机高光谱数据，难以监测病害发生的时间变化并确定最佳的监测时期。基于此，在本研究中，来自北京林业大学的研究团队于2021年5-10月使用多时态的数据在中国辽宁省抚顺市东洲区（124°12′36′′ -124°13′48′′ E，41°56′53′′ -41°57′46′′）进行了研究。在PWD爆发期间，作者于2021年5月9日、6月9日、7月11日、8月11日、9月13日和10月21日对红松林进行了地面调查（通过形态和分子鉴定确定59棵树携带松材线虫，另外选择59棵未被感染的树木作为对照）。于2021年5月11日、6月10日、7月12日、8月18日、9月15日和10月23日晴朗无云的天气条件下利用DJI Matrice 600 Pro无人机搭载Resonon Pika L高光谱相机以及LR1601-IRIS雷达系统（北京理加联合科技有限公司—北京依锐思）获取高光谱数据和雷达数据。在相同条件下同时获取UAV RGB图像。作者分析了每个树冠的光谱特征，如光谱反射率、一阶和二阶光谱导数以及植被指数（VIs），以筛选最适用于早期监测PWD的敏感特征。使用随机森林（RF）分类算法来评估两组树木（对照和受危害树木）之间的可分离性数据获取和处理流程图。无人机高光谱和雷达系统（A）以及研究区位置和10月23日获取的高光谱图像（B）。地面、UAV RGB和高光谱图像的变色过程示例（C）以及不同日期采样树木的高光谱曲线示例（D）。【结果】5月（A），6月（B），7月（C），8月（D），9月（E）和10月（F）受危害树木和对照树木的平均光谱。利用不同类型特征识别受危害和对照树木的分类精度。树冠变化和人类观测范围有限示意图。【结论】本研究中，基于无人机的遥感数据可以成功检测感染PWD树木的光谱变化。（1）7月和...

2022 - 12 - 30
ASD | ASD FieldSpec 3地物光谱仪在确定土壤有毒元素上的应用

土壤质量直接影响其有机体的健康。然而，土壤容易受到人类活动的干扰，如采矿、工业化和农业活动，导致严重的土壤污染。在各种土壤污染中，有毒元素会对人类和家畜健康以及食品安全造成威胁。因此，监测这些污染类型的浓度和分布对于土壤修复项目至关重要。然而，传统采样和实验室分析方法成本高、费事费力且局限于采样点位置，不能很好地具体化浓度的空间分布。因此，需要具有高空间效应的快速有效的技术。许多研究已经利用图像光谱和其它辅助数据或环境变量来预测有毒元素的分布。而由于卫星图像中云或阴影的存在，土壤采样和图像获取日期存在差距，这种情况下，需要用到具有不同光谱和空间特征图像的融合，以增加图像的时间分辨率。Sentinel-2A是“全球环境与安全监测”计划的第二颗卫星，其携带一枚多光谱成像仪，可覆盖13个光谱波段，从可见光和近红外到短波红外，具有不同的空间分辨率。Landsat 8是美国陆地卫星计划的第八颗卫星，其携带的陆地成像仪包括9个波段，空间分辨率为30 m。两者的协同应用将改进对地球表面的及时和准确观测，以及遥感不同学科的使用。基于此，在本研究中，来自捷克生命科学大学的研究团队于2015年8月12日在Sarcheshmeh矿山采集了120个土壤样品，在实验室进行化学（As、Pb、Zn和Cr）和光谱测量（ASD Fieldspec 3地物光谱仪）。并于2015年8月13日获取Landsat 8-OLI图像，2016年1月20日获取Sentinel-2A图像。旨在探索Landsat 8-OLI和Sentinel-2A单个图像及其相融合量化As、Pb、Zn和Cr的潜力。为了达到融合目的，作者采用了不同的融合技术，即HSV色彩模型、Brovey、主成分分析（PCA）、Gram-Schmidt (GS)、小波和ATPRK。同时，采用遗传算法（GA）选取实验室光谱中所需的重要波长，以建立偏最小二乘回归（PLSR）预测模型，以评估所选变量对最终模型性能的影响。【结果】利用全部光谱（PLSR）和选定波长（GA-PLSR）建立的有毒元素预测模型的性能。（验证数据集）整合了Landsat 8-OLI和Sentinel-2A波段的融合方法的定量评估将GA-PLSR应用在图像像素光谱中建立的有毒元素预测模型的性能【结论】研究结果表明，与单个Landsat 8-OLI和Sentinel-2A图像的像素光谱相...

2022 - 12 - 28
Picarro | 火烧对北极生态系统CO2，CH4和N2O交换的影响

近几十年来，北极气温上升超过全球平均气温的两倍，且在2100年以前，可能会增加2-8℃。近年来野火频繁发生和蔓延，它以不同的方式干扰着生态系统，包括破坏地上和地下植物生物量以及通过改变C、N和P有效性改变土壤性质。在高纬度地区苔原火灾的频率和范围与气候条件有关，火灾事件的增加与夏季变干变暖有关。气候变化会改变北极无冰区陆地生态系统土壤和大气之间CH4，CO2和N2O的交换。大约一半的全球土壤C沉积在北极中，气候变化和野火增加会导致大量C释放到大气中，影响全球C收支，导致气候正反馈。同时也有研究表明，野火会导致排水良好的针叶林土壤中CH4吸收速率增加。然而，野火对苔原生态系统C和N循环的短期和长期影响理解匮乏，且尚不清楚野火对苔原生态系统土壤CH4，CO2和N2O通量的影响。基于此，在本文中，来自哥本哈根大学的研究团队于2017-2019年在西格陵兰岛凯凯塔苏瓦克岛(69°16′N，53°27'W)南端的Blæsedalen原位调查了环境和增温条件下实验火烧对CO2，CH4（Picarro G4301）和N2O通量的影响。作者同时收集了气温和降水数据。燃烧过程中测量和记录了2和5 cm深度的土壤温度。2017年8月，2018年7月和2019年7月采集0-5 cm土壤，分析了其总和可溶性C、N和P。分析了2017年样品的pH和C:N比。提取潮湿土壤中的水溶液，过滤，测量其NO3--N，NH4+-N和PO43--P。主要研究目的为（1）量化实验火烧后即时和短期净CO2，CH4和N2O交换率，（2）确定生态系统净GHG交换过程的限制因素，（3）测试土壤理化条件的时间变化和净GHG交换率之间的关系，以及（4）量化气候增温下，火烧对净GHG交换率的影响。【结果】2017-2019年试验期间，火烧前后的气体通量（a）NEE，（b） GEP，（c）ER，（d）CH4和（e）N2O。2018-2019年原位土壤吸收率和土壤含水量之间的关系（a）以及原位ER率和土壤温度之间的关系（b）。【结论】该文研究了实验火烧对北极生态系统GHG交换的即时和短期影响。整个研究期间，火烧地上植被，该区会转变为CO2源。在燃烧区，净CO2释放增加主要与光合活性与ER立即增加有关。即使与增温相结合，尽管OTCs显著提高了1℃，燃烧区光合活性和生态系统呼吸均无增加。虽然...

2022 - 12 - 20
Picarro | 监测南极地区水蒸汽、降水和积雪表面的同位素组成（δ18O、δD）

文章来源：Picarro Blog在Picarro公司，我们乐于听到研究小组如何将我们的系统运用到他们的项目中。来自圣彼德堡北极与南极研究所(AARI)的安娜·科萨切克(Anna Kozachek)撰写了一篇短文，其中讲述了她的团队如何在南极环航探险 (ACE) 项目中使用Picarro L2130-i和L2120-i的详情。南极环航探险(ACE)由萌睿基金会(ACE Foundation)、瑞士极地研究所(SPI)和俄罗斯圣彼得堡的北极与南极研究所(AARI)共同组织发起。探险队一起登上俄罗斯特列什尼科夫院士(Akademik Tryoshnikov)号考察船。探险队此行的主要目的是环航南极洲，沿着环航路线进行海洋观测和气象观测，同时对亚南极洲和南极诸岛进行陆地观测。探险队从开普敦(Cape Town)出发，将于92天后返航。详细路线图此次探险活动承载着来自七个不同国家和地区的55名科学家着手进行的22个项目。这个名为“亚南极岛屿生态系统的演变及其现状”的 AARI 项目涉及了若干项研究课题，包括湖泊沉积物取样、岛上土壤取样、过去海平面变化的地貌观测、大气中悬浮微粒的测量和大气水蒸汽的同位素组成。我们的实验室，即AARI的气候与环境研究实验室，此行的主要考察任务是研究冰芯数据中的古气候。在过去几个世纪，南极洲长期缺少气象站，人们记录高频气候变化的唯一途径就是测量南极洲不同位置处浅冰芯中的水稳定同位素组成。然而，水稳定同位素的记录数据却不能直接转化为温度等气候参数。事实上，即使南极洲积雪的同位素组成（δ18O 或 δD）与降水的温度紧密相关，也会受到南极洲不同地区沉积气团的来源和运动轨迹的强烈影响。因此，在气团登陆之前，必须限定南极洲周围海域水团中水蒸汽的同位素组成。有了用来了解气候系统的重要数据，人们在格陵兰(Greenland)地区开展了类似的研究(Steen-Larsen et al.Clim.Past, 10, 377–392, 2014)。为了对水蒸汽分析做相应补充，我们还计划研究岛屿冰川上的积雪、粒雪和冰层同位素组成，还会研究冰川上的雪坑和浅冰芯。为了获得有关同位素组成年际变化的信息，我们会根据每个岛屿上的雪积累率来选取采样分辨率。【测量设置】为了测量水蒸汽同位素组成，我们采用了 Picarro 仪器和仪表。特列什尼科夫院士Akademik T...

2022 - 12 - 08
LR1601 | 评估潮沟对滨海盐沼植被空间分布及其地上生物量的影响

盐沼是地表过湿或季节性积水、土壤盐渍化并长有盐生植物的地段。滨海盐沼以草本植物为主，沿潮间带延伸，可忍受高盐条件和因涨潮引起的周期性淹水。盐沼植被生产力高，可为许多物种提供繁殖、觅食和越冬的场所。盐沼植被地上生物量（AGB）的估算为监测盐沼生态系统时空稳定性、生产力和地上碳储量提供了有用信息。然而，以往关于AGB的估算研究主要局限于站点水平，且通常基于单一植被类型。与野外地面调查方法相比，遥感（RS）卫星成本低、速度快、范围广，在盐沼植被结构和生物物理指标的空间估计方面更具优势。其中，UAV-LiDAR数据具有较高的时空分辨率，在滨海盐沼三维结构监测中具有很大潜力。然后目前，利用UAV-LiDAR数据估算盐沼植被AGB的研究有限。为了确定滨海盐沼潮沟对植被群落空间分布及其生物量的影响，来自复旦大学的研究团队在上海崇明东滩滨海湿地（121°54′-121°55′E，31°27′-31°28′N）进行了研究，主要目的为：（1）探索UAV-LiDAR数据估算盐沼植物AGB的潜力；（2）研究潮沟对盐沼植物群落空间格局及其地上C储量的影响。作者于2019年9月基于DJI M600平台，利用LR1601-IRIS LiDAR传感器（北京理加联合科技有限公司，北京依锐思）收集UAV-LiDAR数据。于2019年9月27日和28日获取光学图像数据。于2019年10月和2020年10月收集植被样品，测量其高度和地上生物量，同时收集土壤样品，测量其土壤含水量和土壤盐分。基于盐沼植被群落所有样本，利用线性回归模型（多元线性回归，MLR）和5个机器学习回归模型，包括广义线性模型（GLM）、梯度提升机（GBM）、人工神经网络（ANN）、基于核正则化最小二乘（KRLS）和随机森林回归（RFR）建立预测模型。通过R2和RMSE评估模型性能。研究区和采样点位置。【结果】滨海盐沼植被AGB实测值和预测值之间的关系。（a）MLR；（b）KRLS；（c）ANN；（d）GBM；（e）RFR；（f）GLM不同盐沼群落AGB的空间分布、验证和比较。（a）利用UAV-LiDAR数据和随机森林模型进行盐沼植被AGB制图。（b）不同盐沼群落AGB平均值。（c）AGB实测值和预测值的回归拟合。（d）AGB预测值的密度分布曲线。与潮沟不同距离的盐沼AGB的比较。（a）代表整个...

2022 - 12 - 06
ASD | ASD FieldSpec光谱仪在预测土壤水力特性上的应用

土壤水力参数，如田间持水量（FC）和永久萎蔫点（PWP），在灌溉管理、干旱风险评估和土地利用规划等方面发挥着重要作用。这些水力特性是动态的，随土壤类型、作物类型和生长季而变化。传统方法估算大尺度水力特性费时费力，而土壤传递函数（PTF）作为一种替代方法，已被用于使用易测量的土壤特性（如土壤粒级、有机碳和容重）来估计土壤水力特性。这些预测参数在很大程度上受各种内在土壤特性如土壤质地、结构、有机质、容重和孔隙度的影响。随着光谱技术的不断发展，因其快速、低成本和无损测量，许多研究者已经利用可见近红外（Vis-NIR）光谱预测了土壤特性，而使用光谱数据绘制印度土壤类型水力特性的研究非常有限。基于此，在本研究中，一组研究团队在印度卡纳塔克邦高原北部地区收集了558个土壤样本，在实验室中测量了其FC， PWP和土壤含水量，并利用ASD FieldSpec光谱仪测量土壤光谱反射率。通过支持向量机、随机森林和偏最小二乘回归三个模型预测FC和PWP。其中，2/3的数据集用于校准（368个样品），1/3的数据集用于验证（190个样品）。本研究目标为通过不同统计技术检验实验室Vis-NIR光谱数据估算水力参数的有用性。研究区域图【结果】卡纳塔克邦高原北部土壤光谱反射率分布（平均值和标准偏差）（N = 558）。FC和PWP预测模型的性能（50 次迭代）验证集FC和PWP预测值和观测值散点图（RF方法）（变性土-绿点，淋溶土-红点，弱育土-蓝点，新成土-黄点）。传统PTF方法预测验证集FC和PWP含水量的性能。【结论】验证结果表明，与PLSR模型相比，RF和SVM性能较好。与田间持水量（R2=0.66-0.69和RMSE=7.25-7.51%）相比，永久萎蔫点预测良好（R2=0.70-0.74，RMSE=5.44-5.74%）。在土纲中，Vis-NIR光谱（R2=0.34&0.42）对变性土FC和PWP的预测不佳，对淋溶土（0.44&0.52）和弱育土（0.55&0.65）的预测结果一般，而对新成土（0.83&0.76）预测结果较好。总体而言，结果与传统PTF方法相当。目前结果表明，可见近红外光谱有助于快速准确地估计该国半干旱地区的水力特性。请点击下方链接，阅读原文：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2N...

2022 - 11 - 18
Resonon | Pika L高光谱成像在亚热带阔叶森林单木分割和树种分类上的应用

了解亚热带森林树种的准确信息对于森林可持续管理、生态系统服务评估、生物多样性监测以及生态环境保护至关重要。因此，亟待快速有效的方法对单个树种进行分类。传统的树种地面调查费事、费力、成本高，难以大面积实施。而遥感可以获取较大区域的特征信息。许多遥感数据，如超高分辨率RGB、机载高光谱和雷达数据，已广泛应用于单木分割和树种分类。然而以往都是利用其中一种或两种类型的数据进行研究，综合这三种遥感数据进行树种分类的研究十分有限。基于此，为填补研究空白，研究者们于2019年8月在中国南方深圳的亚热带阔叶林聚龙山公园（114°23′28′′E，22°43′50′′N）基于UAV LiDAR，高光谱（Resonon Pika L高光谱成像仪）、超高分辨率RGB数据以及地面数据进行单个树种的分类。作者首次开发了watershed-spectral-textural-controlled normalized cut（WST-Ncut）算法进行单木分割。然后整合UAV LiDAR（提取结构特征），高光谱（提取光谱特征）和超高分辨率RGB数据（提取纹理特征）进行分类。最后通过总体精度（OA）和kappa系数（k）评估分类精度。主要研究目标为：（1）评估所提出的WST-Ncut算法在亚热带阔叶森林进行单木分割的准确性；（2）与单独使用这些数据相比，评估UAV LiDAR，高光谱和超高分辨率RGB数据相融合进行亚热带阔叶树种分类的有效性和改进以及（3）探索单木分割的准确性和树种数量对树种分类精度的影响。研究区位置【结果】18个树种在383-1020 nm波长下的反射率平均值和±标准差。18个树种在383-1020 nm波长下的平均光谱反射率。七种特征组合得到的树种分布图。使用所有特征时获得的总体分类精度与树种数量之间的关系。【结论】在本研究中，作者利用UAV LiDAR，高光谱和超高分辨率RGB数据在亚热带阔叶森林树木尺度上进行18个树种的分类。作者首次提出了watershed-spectral-textural-controlled normalized cut（WST-Ncut）算法来描述单木。结果表明，WST-Ncut算法适合描述亚热带阔叶森林单木（Recall=0.95，Precision=0.86，F-score=0.90），可以减少过度分割。LiD...

2022 - 11 - 14
2100 | 不同土壤水分条件下土壤水与植物茎木质部水的同位素偏差研究

【摘要】土壤含水量的时空异质性影响着土壤水和植物茎木质部水的同位素组成。然而，土壤水分条件对广泛报道的土壤水-植物茎木质部水同位素偏差的影响尚缺乏系统地评估。为此，本研究连续两年在两个土壤水分条件不同的样地测定了柠条茎木质部水和土壤水的δ2H和δ18O值（利用全自动真空冷凝抽提系统LI-2100，北京理加联合科技有限公司）提取土壤和植物茎木质部中的水分，然后进行同位素测量）。结果表明，在较湿润的样地1，茎木质部水与土壤水在两年中都表现出明显的同位素偏差（两者的重叠率【研究区域】该试验是在中国黄土高原北部六道沟小流域 (38°46′-38°51′N，110°21′-110°23′E)进行。【研究方法】(1) 土壤束缚水同位素的计算本研究中，将张力计在−60 kPa压力下收集到的水分视为土壤移动水，而压力值大于−60 kPa时收集到的水分则视为土壤束缚水。在土壤水分特征曲线上，土壤水吸力为60 kPa时对应的土壤含水量被认为是土壤束缚水的最大含水量。土壤水的质量含水量可以通过野外试验测定。土壤水含水量与土壤束缚水最大含水量的差值为土壤移动水的含水量。最后，根据实测的土壤水与土壤移动水的同位素值，可以计算出土壤束缚水的同位素值。式中，δLMW 、δBW、δMW分别为土壤束缚水、土壤水和土壤移动水的同位素值，θLMW、θBW、θMW分别为土壤束缚水、土壤水和土壤移动水的土壤含水量。(2) lc-excess值的计算按照Landwehr and Coplen（2006）的方法，计算了土壤水和植物茎木质部水的lc-excess值，并利用两者的差值（Δlc-excess）评估同位素偏差。Δlc-excess值越大，表明植物茎木质部水与土壤水同位素偏差越大。式中，下标“s”代表样本，a和b分别是区域降水线LMWL的斜率和截距。(3) SW-excess 值的计算按照Barbeta et al.（2019）的方法，计算了柠条茎木质部水的SW-excess值，用以评估柠条茎木质部水与土壤水同位素之间的偏离程度。若SW-excess为负值，则在δ2H-δ18O双同位素图中茎木质部水位于土壤水的下方。SW-excess值越负，表明柠条茎木质部水与土壤水同位素偏差越大。式中，下标“s”代表柠条茎木质部样本，abw和bsw分别是2018-2019年每个月...

2022 - 11 - 09
Picarro | 微塑料对淡水系统沉积物中温室气体排放和微生物群落的影响

在大气、陆地、海洋和湖泊环境中均已发现了微塑料（颗粒20-1400 kg/m3。相当一部分人造塑料比水重，当其进入到水环境中时，会进入到沉积物系统中。已有研究表明，海洋沉积物中微塑料的存在会改变沉积物微生物群落组成，显著影响N循环，并会影响沉积物生物地球化学过程等。在全球气候变暖的背景下，在沉积物-水-大气界面，湖泊生态系统的物质交换更频繁，其对环境变化更敏感，因此，应该重视微塑料对淡水沉积物的影响。此外，淡水湖泊，水库及其沉积物是温室气体排放的重要来源。应注意微塑料进入淡水沉积物中时是否会影响其生态环境、温室气体排放和微生物群落。近来，微塑料研究重点已逐渐从海洋水环境转向淡水和沉积环境。然而，很少有研究关注淡水沉积环境中微塑料的影响和生态效应。基于此，在本文中，来自南开大学环境科学与工程学院的研究团队选择5~2000 μm的微塑料进行实验。将六种不同直径的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）颗粒长期（90天）暴露在淡水沉积物中，研究其对温室气体排放（利用Picarro G2508温室气体分析仪测量CO2，CH4和N2O浓度）、养分循环和微生物群落的影响。作者假设：（1）不同粒径的PET可以在不同程度上促进淡水沉积物系统温室气体排放；（2）PET可以影响微观世界的生化环境和淡水沉积物中的微生物群落；（3）不同粒径的微塑料在不同培养期发挥着作用。【结果】温室气体排放率。生化变量主成分分析图。(a) 培养3天后测量的变量，(b) 培养90天后测量的变量。【结论】研究发现从微塑料直接进入淡水沉积物中7-30天，5 μm粒径的PET可以促进CO2排放。暴露3天后，50 μm-800 μm的微塑料对CO2排放具有粒径效应。在5μm实验组，N2O排放在培养7天后显著促进。在微生物作用下，微塑料逐渐分解，而微塑料也会影响微生物丰度和微生物群落结构。在微塑料暴露期间，所释放的有机物会影响生态系统碳、氮循环。在全球生态系统中，应该更多的关注沉积物中微塑料再悬浮对碳、氮元素循环的潜在影响。微塑料将会影响哪种有机物，哪种有机物在微生物群落结构中发挥着决定性作用，这需要进一步研究。请点击下方链接，阅读原文：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650315315&idx=2&sn=29bcd9e5d7...

2022 - 10 - 27
Resonon | 利用Resonon Pika L高光谱成像估算玉米叶片氨基酸含量

玉米是世界上最重要的作物之一。在玉米生长过程中，氮（N）是最重要的营养元素之一。玉米叶片中N转运主要以谷氨酰胺的形式进行。玉米产量与灌浆期叶片中的谷氨酰胺、谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和天冬酰胺等氨基酸具有很好的相关性。因此，准确快速估算玉米叶片氨基酸含量对于提高玉米产量和N利用效率至关重要。分光光度法、化学分析法和质谱法是确定氨基酸含量的主要方法，具有高灵敏度和高准确度。然而，这些方法会破坏样品，且需要复杂的样品处理过程，通量低，成本高。高光谱成像技术因其快速、高通量和无损式测量成为估算作物生理生化参数的新方法，且已广泛用于作物表型性状的高通量筛选。然而，目前利用高光谱数据估算新鲜玉米叶片氨基酸含量的研究十分有限。基于此，为填补研究空白，在所附的文章中，中国农业大学的研究团队以新鲜玉米叶片为研究对象，探索了高光谱成像技术估算其氨基酸含量的可行性。考虑到施氮量对玉米叶片氨基酸含量的极大影响，作者设置了两个变量施氮实验。利用Resonon Pika L高光谱成像仪（光谱范围为400-1000 nm）采集玉米叶片的高光谱图像，并测量了玉米叶片24种氨基酸含量。作者利用NDVI从背景中分离出绿色叶片（高光谱图像预处理），利用Savitzky-Golay滤波进行去噪（数据预处理）。在模型建立过程中，作者首先通过样本变异系数（CV）和偏最小二乘回归（PLSR）筛选了各氨基酸含量的敏感波段范围和特征波段。然后，基于全波段反射率、敏感波段范围和特征波段分别对24种氨基酸含量进行建模，最后利用未参与建模的样本验证各估算模型，选出各氨基酸含量的最佳估算模型。高光谱图像采集系统。【结果】测试集部分氨基酸含量最佳预测模型实测值与预测值关系散点图。【结论】PLSR回归系数检验发现，大多数氨基酸特征波段主要集中在505.39-604.95 nm和651.21-714.10 nm。基于全波段反射率、敏感波段范围和特征波段分别对24种氨基酸含量进行建模和验证。选出各氨基酸含量的最佳估算模型。结果表明，b-氨基丁酸、鸟氨酸、瓜氨酸、蛋氨酸和组氨酸含量的估算精度优于其它氨基酸，测试集R2，RE和RPD范围为0.84-0.96，8.79%-19.77%和2.58-5.18。肌氨酸、丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸、苏氨酸、亮氨酸、天冬氨酸含量的估算精度正常，测试集R2，RE和RPD范围为0.58-0.73，23.2...

2022 - 10 - 24
Picarro | 氮磷添加对热带森林凋落物和土壤碳释放具有不同影响

陆地生态系统土壤每年释放大量二氧化碳（CO2），主要来源于凋落物和土壤C分解。养分有效性，尤其是N和P，在凋落物和土壤C分解中发挥着重要作用。一般来说，热带森林是P受限的生态系统，凋落物和土壤C分解动态对P添加响应程度大于N添加。大量研究表明，在热带森林中P添加会加速土壤C和凋落物分解，从而减少土壤C储量。但也有一些研究结果与此不同，这种不确定响应需要我们进一步详细研究以了解其潜在机制。目前，大多数研究主要集中在凋落物或土壤C分解上，鲜少进行凋落物和土壤C分解的综合实地研究。基于此，在本文中，一组研究团队通过中国广东省西南部中国科学院小良热带海岸带生态系统定位研究站（21°270′N，110°540′E）11年长期N和P添加试验，结合自然丰度C同位素（G2201-i Isotopic CO2/CH4, Picarro, Santa Clara, CA, USA）研究，以同时量化N和P添加对凋落物分解和土壤C矿化作用的影响。作者利用干燥的玉米叶片和玉米根系（两者木质素浓度不同）作为凋落物输入。将凋落物和N/P添加土壤混合以监测叶片凋落物和SOC分解。作者假设：（H1）N添加会减慢总CO2释放，P添加会加速总CO2释放；（H2）N添加会阻碍凋落物和土壤C分解，而P添加会加速凋落物和土壤C分解；（H3）玉米叶片比玉米根系分解更快。为验证假设，作者测量了总CO2通量，并基于同位素组成进行划分，此外每三个月监测细胞外酶活性及微生物群落组成变化以解释潜在机制。【结果】12个月田间分解试验中，N、P添加处理土壤中的碳（C）释放率。CK（青绿色）是未施肥对照，+N（橙色）是添加N，+P（亮粉色）是添加P，+NP（绿色）是添加N和P。每个采样时间后，N、P添加处理的所有土壤深度的总、凋落物或土壤碳（C）释放率与酶活性、微生物群落组成之间的Pearson等级相关性。红色和蓝色的圆圈分别表示正相关和负相关。结构方程模型（SEM）表明12个月田间分解试验末（2020年12月），土壤和微生物性质如何影响总（a）、凋落物（c）和土壤（e）C释放。在（b）、（d）和（f）中，总效应是直接和间接效应的总和。【结论】研究表明N和P添加对凋落物和土壤C释放产生相反的影响，N添加促进凋落物分解，而P添加抑制土壤C分解。N和P添加下凋落物和土壤C释放的明显变化可能归因于酶活性和微生物群...

2022 - 10 - 20
ASD | ASD FieldSpec 4光谱仪在珠江河口悬浮沉积物浓度反演上的应用

监测和量化河口（如珠江河口（PRE））悬浮沉积物浓度（SSC）可为环境过程、水文建设和航行提供重要信息。传统上基于原位测量进行SSC制图缺乏详细分析时所需的空间覆盖范围。而以往的许多研究表明，基于卫星图像可以在适当尺度上有效监测大型河口区域SSC格局及变化。然而，单个传感器获得的卫星图像通常无法保证用于大空间尺度或长期研究，利用多源卫星图像进行SSC反演在学术界越来越受欢迎。而就反演方法而言，目前仍广泛使用基于线性回归和多因素统计的经验分析方法，而主成分分析和人工神经网络也是提高精度的有效替代方法。而在小型水体中低SSC预测仍是一个挑战。基于此，在本研究中，一组研究团队以珠江河口为研究区域，基于原位光谱数据（ASD FieldSpec 4光谱仪）和SSC测量，辅助以环境信息，例如经度、维度、风速和其它大气环境因子，并基于Landsat TM/OLI和Sentinel-2图像开发模型以量化SSC。通过均方根误差（RMSE）和相对误差（RE）评估模型的性能。最后通过所开发的模型进行珠江河口1986-2020年SSC分布制图。本研究主要目标为：（1）调查PRE SSC分布的空间格局；（2）探索过去25年SSC的时空变化；（3）分析SSC变化的影响因素及其与人类活动的关系。【结果】2020年7月22日和12月20日原位收集的光谱反射率曲线。从Landsat-8 OLI提取的SSC多年平均值的空间分布。（A-H）是根据SSC分布选择的八个主要监测地点。基于Landsat TM/OLI和Sentinel图像，1986-2020年期间SSC的长期变化（左）；基于M-K检验，长期SSC变化的Z统计分布（右）。站点A、B、G和H的SSC时间变化趋势。【结论】珠江河口悬浮沉积物浓度（SSC）在时空分布上表现出典型的周期性变化。其空间分布呈现西海岸高，东海岸低的趋势。过去的35年，在大多数珠江河口地区，SSC具有明显下降趋势，下降程度因地区而异，有待进一步调查研究。在河口管理、海岸保护以及河口沉积物可持续性的经济和环境意义方面，应更加关注SSC下降的情况。珠江流域输沙量减少是SSC变化的主要原因。然而，自然因素如风速是调节珠江河口SSC空间格局的可能原因。人类活动，如疏浚和人工设施建设会扰乱SSC空间分布。未来，在SSC显著下降的地区，例如淇澳岛和内伶仃岛之间的地区以及西海岸的高SSC分...

2022 - 10 - 18

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