Hyperspectral imaging for presumptive identification of bacterial colonies on solid chromogenic culture mediaauthor：Mathilde Guillemota,Rony Midahuena, Delphine Archenyb,Corine Fulchironb,Regis Montvernaya,Guillaume Perrina, Denis F. Leroux*a aTechnology Research Department, Innovation Unit,bioMérieux SA, Marcy l’Etoile, France； bR&D Microbiology,bioMérieux SA, La Balme les Grottes,FranceBioMérieux致力于研究自动化微生物学实验室，以降低成本 (更少的人力和耗材), 提升性能 (提升灵敏度,机器算法)，并通过优化临床实验室工作流，获得可追溯性。在这项研究中， 我们评估了采用高光谱成像技术（HIS）代替人类视觉观测微生物培养解读的可能性。在显色...
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2020
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本文旨在利用高光谱数据建立一个准确、可解释的植物病害识别模型。由真菌引起的大豆炭腐病是一种严重影响大豆产量的世界性病害。在383-1032 nm范围内，Resonon高光谱成像仪在240个不同的波长处捕获高光谱图像。针对大豆炭腐病，科学家建立了3D卷积分网络模型，模型分类精度为95.73%，并利用可视化显著图检验训练模型、敏感像素位置以及分类的特征敏感波段，发现：敏感特征波段为733 nm，这和常用的鉴别植物健康程度的特征波段范围（700-1000nm）是一致的。【试验方法】感染炭腐病的大豆：分别在第3、6、9、12和15天采集健康的和受感染的大豆茎秆样品，在测量病害程度之前，实时采集健康的和收到感染的茎秆的高光谱图像。测量仪器：美国Resonon高光谱成像仪，型号：Pika XC （包含安装支架、移动平台、操作软件和2个70 w卤素灯）。Pika XC性能：光谱通道数：240；波段范围400-1000 nm；分辨率：2.5 nm。（a）室内高光谱成像系统（b）不同光谱波段的大豆茎秆样品高光谱图像 （c）大豆茎秆内外部RGB图像病害程度比较3D-CNN模型由两个连接的卷积分模型组成，其中，一个小的构架用于防止训练模型过饱和。2个图层（3*3mm空间维度，16个波段的光谱维度）作为第一个卷积分分层，4个3*3*16的图层作为第二个卷积分层，修正线性输入模型作为输出层。【结果分析】1....
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2020
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摘要：了解再生物种的水分利用特征对于理解土壤与植物之间的相互作用机制以及指导水资源受限生态系统中的生态恢复策略具有深远的意义。尽管植树造林是改善退化生态系统功能和服务的重要途径，但对不同人工林类型中优势种的水分利用特征的了解甚少。作者调查了黄土高原三种代表性人工林（三种落叶树种刺槐、山杏和臭椿组成的混合人工林，纯刺槐人工林，纯山杏人工林）的植物水分利用特征。作者测量了每种人工林中优势种叶片的δ13C以及木质部和土壤（400 cm）水分的δ2H和δ18O。结果表明，混合人工林中三个主要树种在水源贡献比例上表现出显著的差异（P＜0.05），表明植物具有水源隔离作用。与纯山杏人工林相比，混合人工林中的山杏利用更大比例的浅层土壤水，相应地减少了对深层土壤水的消耗。然而，在不同人工林中，刺槐水分吸收比例未表现出显著差异。混合人工林中植物叶片的δ13C显著高于纯人工林的。不同人工林中，刺槐叶片的δ13C与SWC呈正相关关系，而山杏中未观察到这种关系。结果表明人工林类型会影响植物水分利用特征，具有对人工林类型的物种特异性响应，以及种间竞争和种内竞争之间不同的水源竞争效应。研究区域该研究是在陕西省羊圈沟流域进行的（36°42′45″ N，109°31′45″）。该流域是黄土高原中部的黄土丘陵沟壑区。样品采集作者于2016年植物生长季节5-9月采集了植物叶片样品用于δ13C的测定...
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2020
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摘要：采矿后地区受到大规模和严重的干扰，会对周围生态系统产生重要的影响。原本的生态系统被破坏，而植树造林可以恢复这些生态系统。但其成功和速度取决于所挖出弃土基质的特性。热红外遥感为弃土基质的标测和分类带来了优势，从而确定了其特性。弃土基质库包含光谱发射率（Designs and Prototypes Model 102便携式FTIR光谱仪）和化学性质，可以促进遥感活动。该研究提供了从捷克共和国褐煤开采场提取的弃土基质发射率的光谱库。通过干燥和筛分将提取的样品均质化。每个样品的光谱发射率通过光谱平滑算法来确定，该算法适用于傅立叶变换红外（FTIR）光谱仪测得的数据。同时测量了每个样品的化学参数（pH、电导率、Na、K、Al、Fe、灼烧损失和多酚含量）和毒性。本文中光谱基因库以地理坐标的形式提供了获取位置的有价值的信息，呈现的数据本质上是唯一的，可以在长波红外电磁频波中为许多遥感活动提供服务。1总结露天采矿过程中，煤层上方大量的基质被清除并重新堆放，覆盖了广阔的区域，这些从几百米深处挖出的材料被称为弃土基质。其物理和化学特性会发生变化，异质性很大程度上受地质及采矿和堆放方法的影响，由于这个原因，基质与最近的土壤有很大的不同。它们有极端的pH值，高浓度的重金属、多酚（即煤分解产物）和盐含量。这些性质会影响采矿后地区植被发展的成功和速度。因此，在土地...
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2020
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植被冠层的光合特性是基于地球系统模型进程的重要参数，可用于理解全球碳循环。然而这些地球系统模型缺乏光合特性连续的时空信息，导致了很大的不确定性，无法解释碳的源和汇以及大气层与陆地生物圈的交换。此外，光合速率的准确表征对于重设光合作用途径以提高作物产量至关重要。选择新品种需要在给定环境中将基因型与表型联系起来，但尚未以高通量方式实现，这成为植物育种的主要瓶颈之一。为此，作为全球粮食安全问题解决方案的一部分，迫切需要光合特性高通量表征技术的进步，这对于深刻理解全球环境变化至关重要。基于此，作者研究了安装在移动平台上的高光谱成像相机是否能解决这些问题，重点研究三种主要方法-基于偏最小二乘法回归（PLSR）的反射光谱，光谱指数以及数值模型反演，以从11个烟草品种冠层高光谱反射率估算光合特性。结果表明，基于PLSR建立的反射光谱和光谱指数模型预测Vcmax和Jmax的R2为~0.8，高于数值反演的预测结果（R2为~0.6）。与反射光谱的PLSR相比，光谱指数的PLSR预测Vcmax（R2 = 0.84 ± 0.02, RMSE = 33.8 ± 2.2 μmol m−2 s−1）的结果更好，预测Jmax（R2 = 0.80 ± 0.03, RMSE = 22.6 ± 1.6 μmol m−2 s−1）的结果相似。...
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摘要：本研究旨在理解不同缺水胁迫下10个水稻基本型的表现。记录了不同胁迫水平下植物的相对含水量（RWC）以及在350-2500 nm范围内的高光谱数据。通过光谱指数，多元技术和神经网络技术确定最佳波段，并建立预测模型。建立了新的水敏感光谱指数，并就RWC评估了现有的水带光谱指数。这些基于指数的模型可以有效地预测RWC，R2值为0.73至0.94。在350-2500 nm范围内的所有可能组合中，使用比率光谱指数（RSI）和归一化光谱指数（NDSI）绘制等高线，并量化与RWC的相关性以确定最佳指数。光谱反射率数据（ASD Field Spec3 spectroradiometer测量）还用于建立偏最小二乘回归（PLSR），然后进行多元线性回归（MLR）和人工神经网络（ANN），支持向量机回归（SVR）和随机森林（RF）模型来计算植物RWC。在这些多元模型中，PLSR-MLR被认为是预测RWC的最佳模型，校正和验证的R2分别为0.98和0.97，预测的均方根误差（RMSEP）为5.06。结果表明，PLSR是鉴定作物缺水胁迫的可靠技术。尽管PLSR是可靠的技术，但如果将PLSR提取的最佳波段馈入MLR，则结果会得到显着改善。使用所有光谱反射带建立了ANN模型。建立的模型未取得令人满意的结果。因此，使用PLSR选择的最佳波段作为独立x变量开发了模型，发现PLSR-ANN模型比单独的ANN模型...
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2020
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土壤有机碳（SOC）源和汇之间的平衡会影响温室气体以及全球气候。SOC储量的微小变化会影响碳循环，并可能显著增加或降低大气中的碳浓度。土壤碳的变化受气候和土地利用的影响，并且在不同土壤中也会发生变化。为了更好地理解土壤有机碳的动力学及其驱动因子，作者收集了华北和东北地区1980年代和2000年代的数据，其中2000年代的样品利用ASD Fieldspec ProFR vis–NIR光谱仪进行了漫反射光谱的测定用于土壤碳的预测，并对各个时期土壤有机碳的空间变化进行了数字土壤制图。在1980年代，在30公里的方格中采集了585个土壤样品，并在2003年和2004年对该区域进行了重新采样（1062个样品）。该地区土地利用类型主要是农田，森林和草地。土地利用，地形因素，植被指数，可见近红外光谱和气候因素作为预测因子，使用随机森林预测土壤有机碳浓度及其时间变化。1985年平均土壤有机碳浓度为10.0 g kg-1，而2004年为12.5 g kg-1。在这两个时期中，土壤有机碳变化相似且从南到北增加。据估计土壤有机碳储量在1985年为1.68 Pg，在2004年为1.66 Pg，但是不同土地利用下土壤有机碳变化是不同的。在过去的20年中，平均气温升高，大面积森林和草原转化为农田。农田土壤有机碳增加了0.094 Pg（+9％），而森林和草地土壤有机碳分别损失了0.089 Pg（−25％）和0....
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摘要：气候变化和人类活动的加剧使管理农业水资源变得更为困难，特别是与作物类型和生长阶段有关的水吸收模式的变化。因此，在华北平原，作者利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100）将植物木质部和土壤样品中的水分提取出来，利用LGR水同位素分析仪（WIA-35d-EP，912-0026）测量各水体中δ18O和δ2H以研究冬小麦和夏季玉米轮作田的水分吸收模式。根据土壤含水量，利用层次聚类分析将土壤层分为0-20 cm，20-40 cm，40-120 cm和120-200 cm。夏季玉米在三叶期（77.8%）和拔节期（48.6%）主要吸收0-20 cm土壤水，孕穗期（33.6%）和抽雄期（32.6%）主要吸收20-40 cm土壤水，吐丝期（32.0%）和乳熟期（36.7%）主要吸收40-120 cm土壤水，成熟（35.0%）和收获期（52.4%）转为吸收0-20 cm土壤水。冬小麦在越冬期（86.6%），幼苗期（83.7%），拔节期（45.2%），孕穗期（51.4%），抽穗期（28.8%）和成熟期（67.8%）主要吸收0-20 cm土壤水，在开花期（34.8%）和乳熟期（25.2%）主要吸收20-40 cm土壤水。冬小麦干根重密度与水分吸收的贡献呈正相关。然而，夏季玉米中未发现类似相关性。回归分析表明冬小麦（CWU=-2.03×SVWC+92.73）和夏季玉米（CWU=-0.91&...
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摘要：氢氧稳定同位素作为水分子的组成部分，可以用来描述区域水循环，因为他们可以揭示相关水文过程的信息，包括降水，渗透，蒸发和蒸腾作用。尽管自然丰度低，但其重同位素对气候和水文变化敏感。不同水体的稳定同位素可用于研究水汽输送，植物水源和水分利用模式，土壤水输送和补给机制，径流的形成和汇合，补给源和地下水机制等。因此，稳定同位素在水文和气候研究中很受关注。水文过程会对内陆多山地区的水资源产生影响。为全面调查水循环的重要部分，作者以祁连山为研究对象，于2016年植物生长季（5-9月）采集降水，植物，土壤，河水和地下水。每次降雨事件后采集降水，其他样品每月采集一次。利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100）将植物和土壤样品中的水分提取出来，利用LGR液态水同位素分析仪DLT-100测量δ18O和δ2H以追踪干旱山区水循环的一系列关键参数，提取基线信息，以及研究降水和其他水同位素特征的变化。结果表明：“温度效应”很明显，说明气候干燥；表层土壤水δ18O变化很大，深层土壤水趋于相似，随着土壤深度的增加同位素值逐渐减小。土壤水同位素对降水脉冲的响应具有不同边界。在无降水发生的月份，柠条主要水源为0-30 cm的土壤水，发生降水事件时吸收水源则不同。总之，稳定同位素的研究结果为认识水文过程提供了新的见解，并为了解干旱地区山区的水循环提供了新的手段。1.本研究的目标（1）与最常用的方法（普通最小二...
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2020
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