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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...
发布时间: 2022 - 11 - 18
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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)(...
发布时间: 2022 - 11 - 18
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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...
发布时间: 2022 - 11 - 14
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【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、...
发布时间: 2022 - 11 - 09
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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...
发布时间: 2022 - 10 - 27
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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...
发布时间: 2022 - 10 - 24
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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...
发布时间: 2022 - 10 - 20
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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...
发布时间: 2022 - 10 - 18
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作为气候变化的主要驱动力,CO2是最重要的长寿命温室气体,约贡献了66%的辐射强迫。自1956年以来,在美国夏威夷的莫纳洛亚山进行了大气CO2浓度首次长期观测,在全球大气监视网(GAW)计划下,迄今为止测量已扩展到约400个站。这些站点主要位于相对偏远地区,从区域到全球尺度上捕获CO2信号,以理解碳循环及其对气候变化的影响。然而,城市化和工业化区人为排放量占全球CO2排放量的70%以上。为扩大温室气体观测网,准确估算CO2通量,在GAW计划框架下,中国建立了8个国家温室气体监测站,并同时安装了大量城市站点,服务于碳中和战略和国内省际碳交易市场。长江三角洲地区是中国经济最发达、城市化最密集的地区,人为CO2排放受到高度的关注。基于此,在本文中,来自浙江工业大学环境学院的一组研究团队以长江三角洲典型城市杭州为研究对象,于2016.3.27-2020.12.31年对其大气CO2摩尔分数(Picarro G2301CO2、CH4和H2O分析仪)进行了观测。还介绍并比较了邻近的世界气象组织/全球大气监视网(WMO/GAW)计划站点(临安,LAN)的CO2摩尔分数(Picarro G2401 CO、CO2、CH4和H2O分析仪)。同时分析了时间变化、季节变化和COVID-19流行病的影响。【结果】在杭州(上图)和临安(下图)站观测到的每小时CO2摩尔分数。(a)四个季节大气CO2摩尔分数的日变...
发布时间: 2022 - 09 - 23
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土壤水(SW)是调节地表过程和地表能量分配的重要状态变量。由于与周围环境复杂的相互作用,SW存在显著的时空变化。近年来,随着测量技术的发展,SW稳定同位素组成(SWSIC;δD和δ18O)已越来越多地用于追踪土壤-植物-大气连续体中的SW运移,以更好地理解诸如量化SW停留时间、识别植物吸收水源和区分蒸腾和蒸发等相关过程。然而,由于受多种环境因素和过程的影响,如具有不同同位素组成的降水输入、土壤蒸发、土壤基质势梯度或矿物质-水相互作用造成的同位素分馏,SWSIC可能会随着时间和空间而显著变化,从而导致了在解释不同研究中SWSIC数据时存在很大的不确定性。因此,通过解释其时空变化格局及与其他因素(如土壤质地、土壤深度和植被)的相关性来改善SWSIC示踪技术至关重要。基于此,为更好地理解SWSIC的时空格局,在本研究中,来自天津大学的研究团队在中国科学院栾城农业生态系统试验站(LAEES)进行了为期约2年的田间试验。主要研究目标为:(1)比较不同深度SWSIC和SWC的时空格局,以及(2)研究SWSIC空间结构的时间特征并评估其影响因素。研究区和采样点(用于土壤含水量和δD分析)地图。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深度的土壤样本。利用全自动...
发布时间: 2022 - 09 - 09
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地下水是水文循环的重要组成部分,广泛用于饮用水、工农业活动以及战略储备。然而,人类活动的加剧(如水利工程建设、地下水过度开采、农药和生活污水排放)以及天然劣质地下水在大型流域中的广泛分布,导致地下水环境恶化。因此,水资源的合理管理和水环境的有效保护至关重要,基于地下水流系统(GFS)理论,全面理解地下水流模式(即更新速率、流径及演化趋势)有助于准确评估水文通量和预测污染物分布。汉江平原是长江流经三峡后第一个接收沉积物的大型河湖盆地。复杂的沉积环境、地下水-地表水强烈相互作用以及人为改造自然环境的共同作用,形成了汉江平原独特的GFS格局。了解汉江平原地下水循环演化及其控制机制,对于促进GFS的实际应用和该地区地下水资源保护具有高度紧迫性和挑战性。基于此,在本研究中,来自中国地质大学(武汉)的研究团队在汉江平原腹地和过渡区进行了相关研究,旨在:(1)基于沉积物粒度特征、粘土孔隙水稳定同位素和古气候指标重建汉江平原第四纪含水层系统的沉积环境;(2)深入理解末次盛冰期(LGM)以来沉积环境驱动的GFS演化模式。作者于2015年和2017年在汉江平原腹地和过渡区钻了两个钻孔G01和G05,深度分别为200 m和185 m。从钻孔中收集沉积物样品,分析其粒度分布,地球化学和矿物成分。并从钻孔G01和G05中分别采集了19个和17个粘土样品,利用全自动真空冷凝抽提系统(LI-2100,北京理加联...
发布时间: 2022 - 08 - 29
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