了解亞熱帶森林樹種的準確信息對于森林可持續管理、生態系統服務評估、生物多樣性監測以及生態環境保護至關重要。因此，亟待快速有效的方法對單個樹種進行分類。傳統的樹種地面調查費事、費力、成本高，難以大面積實施。而遙感可以獲取較大區域的特征信息。許多遙感數據，如超高分辨率RGB、機載高光譜和雷達數據，已廣泛應用于單木分割和樹種分類。然而以往都是利用其中一種或兩種類型的數據進行研究，綜合這三種遙感數據進行樹種分類的研究十分有限。基于此，為填補研究空白， 研究者們于2019年8月在中國南方深圳的亞熱帶闊葉林聚龍山公園（114°23′28′′E，22°43′50′′N）基于UAV LiDAR，高光譜（Resonon Pika L高光譜成像儀）、超高分辨率RGB數據以及地面數據進行單個樹種的分類。作者首次開發了watershed-spectral-textural-controlled normalized cut（WST-Ncut）算法進行單木分割。然后整合UAV LiDAR（提取結構特征），高光譜（提取光譜特征）和超高分辨率RGB數據（提取紋理特征）進行分類。最后通過總體精度（OA）和kappa系數（k）評估分類精度。主要研究目標為：（1）評估所提出的WST-Ncut算法在亞熱帶闊葉森林進行單木分割的準確性；（2）與單獨使用這些數據相比，評估UAV LiDAR，高光譜和超高...
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2022
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【摘要】土壤含水量的時空異質性影響著土壤水和植物莖木質部水的同位素組成。然而，土壤水分條件對廣泛報道的土壤水-植物莖木質部水同位素偏差的影響尚缺乏系統地評估。為此，本研究連續兩年在兩個土壤水分條件不同的樣地測定了檸條莖木質部水和土壤水的δ2H和δ18O值（利用全自動真空冷凝抽提系統LI-2100，北京理加聯合科技有限公司）提取土壤和植物莖木質部中的水分，然后進行同位素測量）。結果表明，在較濕潤的樣地1，莖木質部水與土壤水在兩年中都表現出明顯的同位素偏差（兩者的重疊率【研究區域】該試驗是在中國黃土高原北部六道溝小流域 (38°46′-38°51′N，110°21′-110°23′E)進行。【研究方法】(1) 土壤束縛水同位素的計算本研究中，將張力計在?60 kPa壓力下收集到的水分視為土壤移動水，而壓力值大于?60 kPa時收集到的水分則視為土壤束縛水。在土壤水分特征曲線上，土壤水吸力為60 kPa時對應的土壤含水量被認為是土壤束縛水的最大含水量。土壤水的質量含水量可以通過野外試驗測定。土壤水含水量與土壤束縛水最大含水量的差值為土壤移動水的含水量。最后，根據實測的土壤水與土壤移動水的同位素值，可以計算出土壤束縛水的同位素值。式中，δLMW 、δBW、δMW分別為土壤束縛水、土壤水和土壤移動水的同位素值，θLMW、θBW、θMW分別為土壤束縛水、...
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在大氣、陸地、海洋和湖泊環境中均已發現了微塑料（顆粒20-1400 kg/m3。相當一部分人造塑料比水重，當其進入到水環境中時，會進入到沉積物系統中。已有研究表明，海洋沉積物中微塑料的存在會改變沉積物微生物群落組成，顯著影響N循環，并會影響沉積物生物地球化學過程等。在全球氣候變暖的背景下，在沉積物-水-大氣界面，湖泊生態系統的物質交換更頻繁，其對環境變化更敏感，因此，應該重視微塑料對淡水沉積物的影響。此外，淡水湖泊，水庫及其沉積物是溫室氣體排放的重要來源。應注意微塑料進入淡水沉積物中時是否會影響其生態環境、溫室氣體排放和微生物群落。近來，微塑料研究重點已逐漸從海洋水環境轉向淡水和沉積環境。然而，很少有研究關注淡水沉積環境中微塑料的影響和生態效應。基于此，在本文中，來自南開大學環境科學與工程學院的研究團隊選擇5~2000 μm的微塑料進行實驗。將六種不同直徑的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）顆粒長期（90天）暴露在淡水沉積物中，研究其對溫室氣體排放（利用Picarro G2508溫室氣體分析儀測量CO2，CH4和N2O濃度）、養分循環和微生物群落的影響。作者假設：（1）不同粒徑的PET可以在不同程度上促進淡水沉積物系統溫室氣體排放；（2）PET可以影響微觀世界的生化環境和淡水沉積物中的微生物群落；（3）不同粒徑的微塑料在不同培養期發揮著作用。【結果】溫室氣體排放率。生化變量主成分分析圖...
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玉米是世界上最重要的作物之一。在玉米生長過程中，氮（N）是最重要的營養元素之一。玉米葉片中N轉運主要以谷氨酰胺的形式進行。玉米產量與灌漿期葉片中的谷氨酰胺、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關性。因此，準確快速估算玉米葉片氨基酸含量對于提高玉米產量和N利用效率至關重要。分光光度法、化學分析法和質譜法是確定氨基酸含量的主要方法，具有高靈敏度和高準確度。然而，這些方法會破壞樣品，且需要復雜的樣品處理過程，通量低，成本高。高光譜成像技術因其快速、高通量和無損式測量成為估算作物生理生化參數的新方法，且已廣泛用于作物表型性狀的高通量篩選。然而，目前利用高光譜數據估算新鮮玉米葉片氨基酸含量的研究十分有限。基于此，為填補研究空白，在所附的文章中，中國農業大學的研究團隊以新鮮玉米葉片為研究對象，探索了高光譜成像技術估算其氨基酸含量的可行性。考慮到施氮量對玉米葉片氨基酸含量的極大影響，作者設置了兩個變量施氮實驗。利用Resonon Pika L高光譜成像儀（光譜范圍為400-1000 nm）采集玉米葉片的高光譜圖像，并測量了玉米葉片24種氨基酸含量。作者利用NDVI從背景中分離出綠色葉片（高光譜圖像預處理），利用Savitzky-Golay濾波進行去噪（數據預處理）。在模型建立過程中，作者首先通過樣本變異系數（CV）和偏最小二乘回歸（PLSR）篩選了各氨基酸含量的敏感波段范圍和特...
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2022
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陸地生態系統土壤每年釋放大量二氧化碳（CO2），主要來源于凋落物和土壤C分解。養分有效性，尤其是N和P，在凋落物和土壤C分解中發揮著重要作用。一般來說，熱帶森林是P受限的生態系統，凋落物和土壤C分解動態對P添加響應程度大于N添加。大量研究表明，在熱帶森林中P添加會加速土壤C和凋落物分解，從而減少土壤C儲量。但也有一些研究結果與此不同，這種不確定響應需要我們進一步詳細研究以了解其潛在機制。目前，大多數研究主要集中在凋落物或土壤C分解上，鮮少進行凋落物和土壤C分解的綜合實地研究。基于此，在本文中，一組研究團隊通過中國廣東省西南部中國科學院小良熱帶海岸帶生態系統定位研究站（21°270′N，110°540′E）11年長期N和P添加試驗，結合自然豐度C同位素（G2201-i Isotopic CO2/CH4, Picarro, Santa Clara, CA, USA）研究，以同時量化N和P添加對凋落物分解和土壤C礦化作用的影響。作者利用干燥的玉米葉片和玉米根系（兩者木質素濃度不同）作為凋落物輸入。將凋落物和N/P添加土壤混合以監測葉片凋落物和SOC分解。作者假設：（H1）N添加會減慢總CO2釋放，P添加會加速總CO2釋放；（H2）N添加會阻礙凋落物和土壤C分解，而P添加會加速凋落物和土壤C分解；（H3）玉米葉片比玉米根系分解更快。為驗證假設，作者測量了總CO2通量，并...
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監測和量化河口（如珠江河口（PRE））懸浮沉積物濃度（SSC）可為環境過程、水文建設和航行提供重要信息。傳統上基于原位測量進行SSC制圖缺乏詳細分析時所需的空間覆蓋范圍。而以往的許多研究表明，基于衛星圖像可以在適當尺度上有效監測大型河口區域SSC格局及變化。然而，單個傳感器獲得的衛星圖像通常無法保證用于大空間尺度或長期研究，利用多源衛星圖像進行SSC反演在學術界越來越受歡迎。而就反演方法而言，目前仍廣泛使用基于線性回歸和多因素統計的經驗分析方法，而主成分分析和人工神經網絡也是提高精度的有效替代方法。而在小型水體中低SSC預測仍是一個挑戰。基于此，在本研究中，一組研究團隊以珠江河口為研究區域，基于原位光譜數據（ASD FieldSpec 4光譜儀）和SSC測量，輔助以環境信息，例如經度、維度、風速和其它大氣環境因子，并基于Landsat TM/OLI和Sentinel-2圖像開發模型以量化SSC。通過均方根誤差（RMSE）和相對誤差（RE）評估模型的性能。最后通過所開發的模型進行珠江河口1986-2020年SSC分布制圖。本研究主要目標為：（1）調查PRE SSC分布的空間格局；（2）探索過去25年SSC的時空變化；（3）分析SSC變化的影響因素及其與人類活動的關系。【結果】2020年7月22日和12月20日原位收集的光譜反射率曲線。從Landsat-8 OLI提取的SSC多年平均值...
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作為氣候變化的主要驅動力，CO2是最重要的長壽命溫室氣體，約貢獻了66%的輻射強迫。自1956年以來，在美國夏威夷的莫納洛亞山進行了大氣CO2濃度首次長期觀測，在全球大氣監視網（GAW）計劃下，迄今為止測量已擴展到約400個站。這些站點主要位于相對偏遠地區，從區域到全球尺度上捕獲CO2信號，以理解碳循環及其對氣候變化的影響。然而，城市化和工業化區人為排放量占全球CO2排放量的70%以上。為擴大溫室氣體觀測網，準確估算CO2通量，在GAW計劃框架下，中國建立了8個國家溫室氣體監測站，并同時安裝了大量城市站點，服務于碳中和戰略和國內省際碳交易市場。長江三角洲地區是中國經濟最發達、城市化最密集的地區，人為CO2排放受到高度的關注。基于此，在本文中，來自浙江工業大學環境學院的一組研究團隊以長江三角洲典型城市杭州為研究對象，于2016.3.27-2020.12.31年對其大氣CO2摩爾分數（Picarro G2301CO2、CH4和H2O分析儀）進行了觀測。還介紹并比較了鄰近的世界氣象組織/全球大氣監視網(WMO/GAW)計劃站點（臨安，LAN）的CO2摩爾分數（Picarro G2401 CO、CO2、CH4和H2O分析儀）。同時分析了時間變化、季節變化和COVID-19流行病的影響。【結果】在杭州（上圖）和臨安（下圖）站觀測到的每小時CO2摩爾分數。（a）四個季節大氣CO2摩爾分數的日變...
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土壤水（SW）是調節地表過程和地表能量分配的重要狀態變量。由于與周圍環境復雜的相互作用，SW存在顯著的時空變化。近年來，隨著測量技術的發展，SW穩定同位素組成（SWSIC；δD和δ18O）已越來越多地用于追蹤土壤-植物-大氣連續體中的SW運移，以更好地理解諸如量化SW停留時間、識別植物吸收水源和區分蒸騰和蒸發等相關過程。然而，由于受多種環境因素和過程的影響，如具有不同同位素組成的降水輸入、土壤蒸發、土壤基質勢梯度或礦物質-水相互作用造成的同位素分餾，SWSIC可能會隨著時間和空間而顯著變化，從而導致了在解釋不同研究中SWSIC數據時存在很大的不確定性。因此，通過解釋其時空變化格局及與其他因素（如土壤質地、土壤深度和植被）的相關性來改善SWSIC示蹤技術至關重要。基于此，為更好地理解SWSIC的時空格局，在本研究中，來自天津大學的研究團隊在中國科學院欒城農業生態系統試驗站（LAEES）進行了為期約2年的田間試驗。主要研究目標為：（1）比較不同深度SWSIC和SWC的時空格局，以及（2）研究SWSIC空間結構的時間特征并評估其影響因素。研究區和采樣點（用于土壤含水量和δD分析）地圖。作者于2018年12月1日、2019年4月1日、2019年6月4日、2019年7月18日、2020年4月26日、2020年6月28日和2020年8月23日收集了0、30和60 cm深度的土壤樣本。利用全自動...
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地下水是水文循環的重要組成部分，廣泛用于飲用水、工農業活動以及戰略儲備。然而，人類活動的加劇（如水利工程建設、地下水過度開采、農藥和生活污水排放）以及天然劣質地下水在大型流域中的廣泛分布，導致地下水環境惡化。因此，水資源的合理管理和水環境的有效保護至關重要，基于地下水流系統（GFS）理論，全面理解地下水流模式（即更新速率、流徑及演化趨勢）有助于準確評估水文通量和預測污染物分布。漢江平原是長江流經三峽后第一個接收沉積物的大型河湖盆地。復雜的沉積環境、地下水-地表水強烈相互作用以及人為改造自然環境的共同作用，形成了漢江平原獨特的GFS格局。了解漢江平原地下水循環演化及其控制機制，對于促進GFS的實際應用和該地區地下水資源保護具有高度緊迫性和挑戰性。基于此，在本研究中，來自中國地質大學（武漢）的研究團隊在漢江平原腹地和過渡區進行了相關研究，旨在：（1）基于沉積物粒度特征、粘土孔隙水穩定同位素和古氣候指標重建漢江平原第四紀含水層系統的沉積環境；（2）深入理解末次盛冰期（LGM）以來沉積環境驅動的GFS演化模式。作者于2015年和2017年在漢江平原腹地和過渡區鉆了兩個鉆孔G01和G05，深度分別為200 m和185 m。從鉆孔中收集沉積物樣品，分析其粒度分布，地球化學和礦物成分。并從鉆孔G01和G05中分別采集了19個和17個粘土樣品，利用全自動真空冷凝抽提系統（LI-2100，北京理加聯...
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城市河流水資源是重要的生態資源，是城市生活和生態的根本保障。但是近年來，河流水污染問題日益突出，城市水污染監測、水體保護、生態系統健康動態監測以及修復方法已經成為研究熱點。水質監測是水污染控制的基礎。傳統水質監測主要基于野外采樣后的實驗室檢測和分析，由于空間布局和采樣點密度限制，在分析污染物在水面的連續遷移過程或大面積污染時，難以獲得反映整個水體生態環境的總時空數據。遙感技術因其快速、實時和非接觸操作的獨特優勢，逐漸成為水質參數反演和水質監測的有效工具。其中，地面遙感監測技術以其小范圍、高精度和點源信息獲取等優點而取得較好效果。因此，該方法在小流域水質監測方面具有一定優勢，可以實現河流水質單一指標的高精度定量反演。然而，基于地面遙感技術進行水質監測時，還存在以下問題亟待解決。一是反演水質指標過于簡單，反演精度較低，無法充分反映河流水質信息。其次，常用的回歸和反演模型種類繁多，但對相關算法應用效果的系統比較和科學評估較少。因此，急需通過對比分析研究，為模型合理選擇提供決策支持，提高水質反演效果。基于此，在本研究中，一組研究團隊以邯鄲市滏陽河為研究對象，通過室內測量獲取水樣的高光譜數據（ASD FieldSpec 4光譜儀）以及通過化學實驗獲取相應水質檢測結果。然后引入偏最小二乘法（PLS）、隨機森林（RF）和最小絕對值收斂和選擇算子（Lasso）建立樣本高光譜數據和6個對應水質參數（...
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