细菌生物膜广泛存在于工业、医疗和食品领域，因其强大的耐药性，给卫生和安全带来了严峻挑战，每年造成超5万亿美元的损失。金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌等常见致病菌，易通过生物膜污染环境并增加感染风险，而益生菌生物膜则能有效抑制有害菌的定植，具有潜在的健康益处。研究背景生物膜检测的重要性细菌生物膜是由细菌在其表面形成的一层粘附性强的结构，这使得它们比自由细菌更能抵抗抗生素和其他药物。生物膜在食品和临床环境中的污染增加了感染风险，因此，开发高效、精准的检测方法对于公共卫生至关重要。近年来，近红外（NIR）光谱凭借其较强的穿透力和成分识别能力，成为检测细菌生物膜的理想技术。研究方法NIR光谱与多元分析技术相结合本研究结合NIR光谱技术与SNV预处理、Savitzky-Golay滤波器和随机森林分类算法，旨在提高细菌生物膜检测的精度。研究选用了七种细菌，包括金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌等，并在适宜条件下进行培养。使用LabSpec 4 Standard-Res便携式光谱分析仪（Analytical Spectral Devices, ASD, ）进行样品光谱采集，分析细菌生物膜的光谱特征。图 1. 对每种细菌生物膜进行 NIR 测量后获得的光谱特征。左下方标明了细菌种类和对照。图 2. 随机森林性能：mtry 对准确性和稳定性的影响。图 3. 细菌样本的分布。图 4. 受污染和未受污...
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2025
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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 ...
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2024
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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...
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2024
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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...
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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...
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2024
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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)...
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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...
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2024
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“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...
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2023
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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...
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2023
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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...
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