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研究背景水分是限制植物生長的關(guān)鍵因素，特別是在全球氣候變化的背景下，干旱半干旱地區(qū)的生態(tài)水文過程和植被水分利用策略受到顯著影響。煤礦開采，尤其是露天礦，對環(huán)境破壞嚴(yán)重。黑岱溝露天煤礦位于黃土高原生態(tài)脆弱區(qū)，礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)已成為重點(diǎn)工作。排土場的植被恢復(fù)對于合理利用水土資源和促進(jìn)煤礦可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。目前，礦區(qū)生態(tài)修復(fù)中的水問題研究主要集中在土壤水文效應(yīng)、物理性質(zhì)和坡面侵蝕等方面，但對植物水源及其利用機(jī)制的定量研究較少。利用穩(wěn)定同位素技術(shù)，可以高效分析植物的水源，并通過多源混合模型量化各水源的貢獻(xiàn)率。例如，深根植物通常利用深層土壤水，而淺根植物則更多依賴淺層水分。由于煤礦開采擾動了土壤結(jié)構(gòu)，植物的水源利用方式與自然狀態(tài)下有所不同。此外，雨季的不同月份中，植物水源及其利用機(jī)制也存在差異。  因此，本研究以黑岱溝露天礦排土場為例，分析蒙古松、檸條和紫花苜蓿在雨季的水分來源及其利用機(jī)制，并提出兩項假設(shè)：H1，三種植物的水源可能相似；H2，不同月份的水源利用程度會有所不同。實驗過程研究區(qū)黑岱溝露天煤礦位于準(zhǔn)格爾煤田中部（圖1），礦區(qū)屬溫帶半干旱大陸性氣候，海拔1256m，年平均氣溫7.2 ℃，年平均降雨量408mm。研究期間，6月至8月的總降雨量占全年的70%以上。無霜期在125至150天之間，平均日照時數(shù)為3119.3 h。礦區(qū)排土場為多級臺地式排土場，由搗蒜溝排土場、東排土場、北排土場、西排土場、內(nèi)排土場、東排土場6座排土場組成。土壤類型以黃綿土為主，養(yǎng)分含量較低。該區(qū)植被屬暖溫帶草原區(qū)，以低矮稀疏的天然植被為主，蓋度不足30%，優(yōu)勢種有長山針茅、蒙古百里香、賴草等。排土場內(nèi)人工植被有檸條、臭柏、山杏等（表1）。圖1. 研究區(qū)域的位置表1. 研究區(qū)域概況選擇3種典型的可恢復(fù)樣地的植物作為研究對象，即蒙古楊樣地、檸條樣地和苜蓿樣地（圖2）。試驗于2023年6月...
發(fā)布時間: 2025 - 03 - 06
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追蹤生長季和地理區(qū)域中葉片性狀的變化是理解陸地生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。野外光譜法是原位監(jiān)測葉片功能性狀的有力工具，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和生態(tài)學(xué)中都有許多應(yīng)用，例如，葉片光譜已用于表征許多葉片理化特性，預(yù)測倍體水平，估計葉齡，甚至可以預(yù)測入侵植物對凋落物分解的影響。但目前尚不清楚是否可以開發(fā)通用統(tǒng)計模型來根據(jù)光譜信息預(yù)測性狀，或是否需要根據(jù)條件變化進(jìn)行重新校準(zhǔn)。特別是，生長季多個葉片性狀同時變化，是否可以從高光譜數(shù)據(jù)成功預(yù)測這些時間變化是一個懸而未決的問題?；诖?，為了填補(bǔ)研究空白，在本研究中，一組國際研究團(tuán)隊利用標(biāo)準(zhǔn)實驗室方法（包括光捕獲和生長：N（%），δ15N（‰），δ13C（‰），葉綠素，可溶性C（%）和葉片含水量（LWC）；防御和結(jié)構(gòu)：每單位面積的葉片質(zhì)量（LMA g m-2）、總C（%）、半纖維素（%）、纖維素（%）、木質(zhì)素（%）、總酚類（mg g-1）和單寧（mg g-1）；巖石衍生營養(yǎng)素：P（%）、K（%）、Ca（%）、Mg（%）、Fe（μg g-1）、Mn（μg g-1）、Zn（μg g-1）和B（μg g-1））和葉片光譜（利用光譜范圍為350-2500 nm的ASD FieldSpec 3進(jìn)行測量，在350-1000 nm，采樣間隔為1.4 nm，在1000-2500 nm，采樣間隔為2 nm）追蹤了整個生長季的變化，研究了溫帶落葉樹木多種葉片性狀和光譜特性之間的聯(lián)系。旨在...
發(fā)布時間: 2022 - 05 - 05
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姜黃素是一種天然化合物，具有良好的抗炎、降血脂、抗氧化和抗癌等特性。姜黃素是從姜科、天南星科中一些植物的根莖中提取的一種二酮類化合物。其中，姜黃中約含姜黃素3%～6%，是植物界很稀少的具有二酮結(jié)構(gòu)的色素。了解栽培根莖中姜黃素的水平并確定高產(chǎn)品種非常重要。傳統(tǒng)上測量姜黃素是通過從新鮮根莖或干粉中將其提取出來，并使用高效液相色譜（HPLC）或紫外-可見分光光度法進(jìn)行分析。從植物材料中分離姜黃素費(fèi)事、費(fèi)力、成本高，且需要專門的實驗室設(shè)備和有經(jīng)驗的操作人員。而高光譜成像（HSI）是一種快速且無損的技術(shù)，已成功用于土壤和農(nóng)產(chǎn)品（堅果、水果和蔬菜）各種化學(xué)成分和質(zhì)量指標(biāo)的評估。然而，目前尚未探索使用新鮮姜黃根莖的HIS圖像來預(yù)測姜黃素?；诖耍瑸榱颂钛a(bǔ)研究空白，在本文中，來自澳大利亞的一組研究團(tuán)隊進(jìn)行了相關(guān)研究，旨在(1) 比較澳大利亞東部不同采樣點(diǎn)3個姜黃品種（黃色、橙色和紅色）的總姜黃素濃度和不同類姜黃素的分布；（2）評估利用可見-近紅外（Vis/NIR）光譜（400-1000 nm）建立的PLSR模型預(yù)測新鮮姜黃根莖中總姜黃素濃度的潛力。作者在2018年11月至2019年11月，從五個研究地點(diǎn)共收集了190個樣本，以捕捉生長周期的變化。利用光譜范圍為400-1000 nm，光譜采樣間隔為1.3 nm，光譜分辨率為2.3 nm的Resonon Pika XC2高光譜相機(jī)獲取樣品的高光譜圖像...
發(fā)布時間: 2022 - 04 - 25
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土壤水分是直接影響蒸發(fā)、入滲和徑流等多種環(huán)境過程的重要因素。而且，土壤水分在農(nóng)業(yè)蒸散與糧食安全、濕地退化、干旱、陸氣界面的能量交換等相關(guān)研究領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。地面測量能夠提供易于校準(zhǔn)和長時間連續(xù)獲取的數(shù)據(jù)，但該種方法僅針對單個小區(qū)域，難以支持空間變化研究或?qū)嵉匮芯??；谒屯寥澜殡娞匦缘木薮蟛町?，微波遙感被廣泛應(yīng)用于大空間尺度的土壤水分監(jiān)測，但不適用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等多種研究。熱遙感可以根據(jù)地表溫度來估算土壤水分，但熱遙感信號不單受到土壤含水量（SMC）的影響，濕度、風(fēng)速、大氣條件等其他參數(shù)也會影響估計結(jié)果。而光學(xué)遙感由于其精細(xì)的空間分辨率和利用諸如MODIS、Landsat系列和Sentinel任務(wù)等衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行大尺度監(jiān)測潛力之間的平衡而引起了諸多關(guān)注。目前已經(jīng)提出了許多指標(biāo)和模型來闡明反射率特征隨SMC的變化，并利用實驗室、實地、機(jī)載和衛(wèi)星數(shù)據(jù)從窄帶和寬帶的反射率來估計SMC。這些方法/指標(biāo)主要針對從飽和到風(fēng)干的各級SMC；然而，作者發(fā)現(xiàn)飽和到風(fēng)干的單一關(guān)系映射會導(dǎo)致準(zhǔn)確估計的錯誤印象。在整個干燥過程中，光譜反射率特征和SMCs之間的回歸關(guān)系不一致導(dǎo)致對相對較低的SMCs估計的精度較低。基于此，在本研究中， 來自南京大學(xué)、康奈爾大學(xué)和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊提出了一種分割方法以更準(zhǔn)確的估計SWC。作者監(jiān)測了代表不同土壤特性的三種土壤樣品的整個干燥過程，并通過蒸發(fā)速率變化確定其過渡點(diǎn)...
發(fā)布時間: 2022 - 04 - 21
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高光譜成像結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)檢測火炬松幼苗梭形銹病發(fā)病率火炬松是美國南部最重要的森林樹種，它生長迅速、適應(yīng)性強(qiáng)，可用于建筑木材、膠合板和紙漿等。松梭形銹病是由真菌Cronartium quercuum f.sp. fusiforme（Cqf）引起的一種影響該物種的常見且具有破壞性的病害。這種真菌通常會感染幼樹的莖，導(dǎo)致被稱為“銹癭”的腫瘤樣生長物產(chǎn)生，可能會造成樹木死亡或產(chǎn)生“銹叢”，從而妨礙樹木生長，降低木材使用價值。種植抗病苗是限制該病害的最有效的措施。溫室中抗病性測試在人工接種幼苗后的目視估計病害發(fā)病率和嚴(yán)重程度具有高度主觀性，容易出現(xiàn)人為錯誤，且勞動密集。此外，目視評估只有在病害感染一段時間后，癥狀充分發(fā)展時才能進(jìn)行。而高光譜成像可同時獲取空間和光譜信息，提供了在不同空間尺度上分析光譜信息的機(jī)會，已成功應(yīng)用于多種植物物種的病害和脅迫檢測?；诖?，在本文中，來自北卡羅來納州立大學(xué)和密西西比州立大學(xué)的研究團(tuán)隊提出了一種利用高光譜成像技術(shù)篩選火炬松幼苗梭形銹病發(fā)病率的創(chuàng)新方法，具體目標(biāo)為（1）開發(fā)高光譜圖像處理管道，用于從火炬松幼苗圖像中的特定感興趣區(qū)域（ROI）中提取光譜數(shù)據(jù)；（2）基于來自(1)的特定ROI的光譜數(shù)據(jù)，評估用于區(qū)分患病和未患病幼苗的SVM分類模型。圖1 火炬松幼苗高光譜圖像采集的成像裝置。【高光譜圖像獲取】線性掃描高光譜成像儀（Pika XC2，Resonon In...
發(fā)布時間: 2022 - 04 - 19
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基于根系水穩(wěn)定同位素探究旱柳枝條水與土壤水之間的同位素失配現(xiàn)象 【摘要】越來越多的野外研究發(fā)現(xiàn)了植物莖干水與其潛在水源之間的同位素失配現(xiàn)象。然而，同位素偏移的形成原因尚不清楚，并且不確定它們是發(fā)生在根系吸水過程還是在從根部到枝干的水分傳輸過程。因此，該研究以旱柳（Salix matsudana Koidz）為研究對象，通過約每三天一次的采樣頻率測定了土壤?根系?樹木枝條連續(xù)體中各組分（如總體土壤水、移動水、地下水、根系水和樹木枝條水）的穩(wěn)定同位素值（δ2H和δ18O），結(jié)果表明：（1）移動水和總體土壤水的同位素值有明顯的分離，但隨著土層深度的增加，兩者之間同位素值的差異逐漸減?。唬?）根系水接近于束縛水的同位素值，但不同于總體土壤水的同位素值?？傮w土壤水與根系水之間的δ2H和δ18O 的最大差值分別為?8.6‰ 和?1.8‰；（3）樹木枝條水僅與 100-160 cm深度的根系水同位素值相似，并且在試驗期間保持穩(wěn)定，表明旱柳始終利用穩(wěn)定的深層水源?？傮w上，旱柳枝條水與其潛在水源之間的同位素失配反映了根系水和總體土壤水之間的同位素偏移，這與土壤水的異質(zhì)性密切相關(guān)。該研究揭示了不同移動性的土壤水、根系水和樹木枝條水同位素值之間的關(guān)系，有助于加深對根系水分吸收和運(yùn)輸過程的理解?！狙芯繀^(qū)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...
發(fā)布時間: 2022 - 01 - 28
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改進(jìn)積雪密度的估計是目前雪研究的一個關(guān)鍵問題。表征密度時空變異性對于水當(dāng)量的估算、水力發(fā)電和自然災(zāi)害（雪崩洪水等）的評估至關(guān)重要。高光譜成像是一種監(jiān)測和估計其物理特性的有前途且可靠的工具。事實上，雪的光譜反射率在一定程度上受其物理特性變化的控制，尤其是在光譜的近紅外（NIR）部分。為此，已經(jīng)設(shè)計了幾種模型根據(jù)光譜信息估算積雪密度。然而，還沒有一個實現(xiàn)滿意的結(jié)果。主要困難之一是積雪密度和光譜反射率之間的關(guān)系是非雙射的（滿射的）。事實上，幾個反射振幅與相同的密度相關(guān)，反之亦然，所以密度和光譜反射率之間的相關(guān)性可能非常弱。基于此，為了解決該問題，本研究中提出了基于光譜數(shù)據(jù)的積雪密度估計混合模型。主要研究目標(biāo)是利用高光譜NIR成像（PIKA NIR，RESONON Company）（900-1700 nm）以5.5 nm的光譜分辨率測試混合模型（HM）估計季節(jié)性積雪密度的性能?；旌夏Ｐ徒Y(jié)合了一個分類器和3個與密度類別相關(guān)聯(lián)的特定估算量（弱到中度變質(zhì)雪（WMM），中度到高度變質(zhì)雪（MHM）和高度到極高度變質(zhì)雪（HVM））。利用2018（1.19-3.27）、2019（1.10-4.3）和2020（1.29-3.10）年冬季在加拿大魁北克國立科學(xué)研究院（INRS）的科技園內(nèi)（46°47′43.22″北緯，-71°18′10″西經(jīng)）收集的數(shù)據(jù)集校準(zhǔn)和驗證了HM。混合模型在兩個...
發(fā)布時間: 2022 - 01 - 24
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PROSDM：PROSPECT模型與光譜導(dǎo)數(shù)和相似性度量相結(jié)合從雙向反射率中提取葉片生化性狀的適用性葉片生化性狀為理解植物光合功能、動態(tài)生長、養(yǎng)分循環(huán)和初級生產(chǎn)提供了有價值的信息。葉片葉綠素含量（Cab）、類胡蘿卜素含量（Cxc）、含水量（Cw）和干物質(zhì)含量（Cm）是四個重要的葉片生化性狀，與植物光合作用、氮素、脅迫和衰老等健康和生長狀態(tài)密切相關(guān)。能夠?qū)@些葉片生化性狀進(jìn)行高通量測量的方法對于表征植物生理狀態(tài)和關(guān)鍵功能過程至關(guān)重要。PROSPECT模型是目前最常用的葉片輻射傳輸模型之一，可從葉片定向半球反射因子（DHRF）光譜來提取葉片生化性狀，然而，在應(yīng)用于葉片雙向反射因子（BRF）光譜提取葉片生化性狀方面尚待探索。葉片表面反射率和各向異性性狀的存在可能是限制PROSPECT從葉片BRF光譜評估葉片生化性狀的主要問題?；诖耍诒狙芯恐?，研究者們提出了一個方法，整合了PROSPECT模型、光譜導(dǎo)數(shù)和相似性度量（SDM），稱為PROSDM，去除了葉片BRF和DHRF光譜的差異，并從葉片BRF光譜提取了葉片生化性狀。具體目標(biāo)是：（1）通過PROSPECT反演調(diào)查葉片BRF和DHRF光譜差異隨波長的變化以及對Cab、Cxc、Cw和Cm提取的影響，（2）開發(fā)PROSDM消除BRF和DHRF光譜差異，從葉片BRF光譜與PROSPECT和PROCOSINE以及PROCWT的比較來提取Cab、...
發(fā)布時間: 2022 - 01 - 20
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生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）和甲烷（CH4）通量是兩個重要的土壤-大氣碳交換過程，已經(jīng)在局地尺度上得到充分記錄。然而，在流域尺度上，對青藏高原多年凍土區(qū)這些過程的空間格局和控制因素尚不清楚。基于此，為了填補(bǔ)研究空白，在本研究中，來自四川大學(xué)、中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院和西南民族大學(xué)青藏高原研究所的研究團(tuán)隊在青藏高原風(fēng)火山（34°40′-34°46′ N和92°50′–92°62′ E；4580-5410 m a.s.l.；圖1a）測量了兩個生長季節(jié)（2017年和2018年）不同坡向（北向（陰坡）和南向（陽坡））和不同海拔（低、中和高坡位）的生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）和CH4通量，旨在闡明青藏高原草地流域尺度的Re和CH4通量模式并量化生物和非生物因子調(diào)節(jié)Re和CH4通量的相對貢獻(xiàn)。作者利用LGR UGGA便攜式溫室氣體分析儀+PS-3000便攜式土壤呼吸系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）+SC-11便攜式呼吸室（北京理加聯(lián)合科技有限公司）于2017年和2018年生長季節(jié)（6-12月）每30天測量一次Re和CH4通量。同時，還測量了土壤溫度、體積含水量、地上生物量和地下生物量、土壤有機(jī)質(zhì)、pH、土壤全氮、土壤容重、溶解性有機(jī)碳、微生物量碳、微生物量氮、土壤蔗糖酶活性、NH4+-N和NO3--N濃度。...
發(fā)布時間: 2022 - 01 - 18
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全球氣候變化引起的預(yù)計人口增長以及土地和農(nóng)業(yè)資源可利用性的壓力使未來幾十年全球糧食供應(yīng)的需求增加。提高光合作用能力已成為實現(xiàn)作物增產(chǎn)的目標(biāo)。目前，測量光合作用的方法是耗時的且具破壞性的，這會減慢鑒定具高光合能力的農(nóng)作物種質(zhì)的研究和育種工作。作者在1分鐘內(nèi)收集樣地（~2 m×2 m）向陽葉片像素的高光譜反射率以量化光合作用參數(shù)和色素含量。在兩個生長季節(jié)（2017年和2018年）利用田間生長的經(jīng)基因改變了光合途徑的煙草，建立了8個光合參數(shù)和色素性狀的預(yù)測模型。利用偏最小二乘法（PLSR）分析可見近紅外（400-900 nm）光譜相機(jī)測得的植物反射像素，預(yù)測了Rubisco最大羧化速率（Vc,max，R2=0.79）和最大電子傳遞速率（J1800，R2=0.59），最大光飽和光合作用（Pmax，R2=0.54），葉綠素含量（R2=0.87），葉綠素a/b（R2=0.63），碳含量（R2=0.47）和氮含量（R2=0.49）。當(dāng)使用兩臺400-1800 nm相機(jī)時，模型的預(yù)測并沒有改善，這表明僅使用一臺VNIR相機(jī)就能實現(xiàn)強(qiáng)大，廣泛適用且更具“成本效益”的效果。該分析過程和方法可用于所有作物中，從而提供高通量田間表型篩選，并在田間試驗中提高光合性能。高光譜圖像收集建立基于地面的表型平臺（圖1），包括兩個推掃式高光譜相機(jī)。第一臺高光譜相機(jī)（P...
發(fā)布時間: 2021 - 01 - 15
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【摘要】森林的長期生產(chǎn)力和固碳能力受氣候變化影響，已成為全球關(guān)注的問題。本研究中，我們提供了一種簡單且無損的方法來研究多時間尺度上樹木CO2同化率。這種新的方法結(jié)合了樹干液流和穩(wěn)定碳同位素分辨率以估算碳同化率。我們通過分析變異性并進(jìn)行配對樣本t檢驗，比較了氣體交換測量和新方法測得的CO2同化率，以驗證其準(zhǔn)確性和適用性。氣體交換和同位素測量都表明早晨CO2同化率高于下午，峰值在10-11 am左右出現(xiàn)，可能是由于夜間的水儲存和早晨的高氣孔導(dǎo)度。側(cè)柏日，月，年尺度上CO2同化率的變異性與供水條件有關(guān)。與以往的研究相比，我們利用穩(wěn)定碳同位素分辨率（Δ13C）和樹干液流測量估算的年CO2同化率的結(jié)果與傳統(tǒng)方法結(jié)果相一致。側(cè)柏對供水可以有效的響應(yīng)，這就解釋了為什么它可以很好地適應(yīng)半干旱區(qū)環(huán)境。估算CO2同化率的新方法是準(zhǔn)確的，且適用于北京周邊的半干旱地區(qū)?！狙芯繀^(qū)域】位于燕山鷲峰國家森林生態(tài)系統(tǒng)研究站（NFERS，40°03′N，116°05′E）?！咎纪凰販y定】利用碳同位素分析儀（CCIA-36d-EP，LGR）結(jié)合廓線系統(tǒng)進(jìn)行長期野外觀測。研究區(qū)域的地理位置（a）研究區(qū)域2013年-2016年三個土壤深度（30cm，60cm和90cm）的月土壤含水量（SWC）；（b）月降水量（P）和平均氣溫（Ta）；（c）月平均飽和水汽壓差（VPD）和光合有效輻射（PAR）。（a）...
發(fā)布時間: 2020 - 09 - 11
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