土壤质量直接影响其有机体的健康。然而，土壤容易受到人类活动的干扰，如采矿、工业化和农业活动，导致严重的土壤污染。在各种土壤污染中，有毒元素会对人类和家畜健康以及食品安全造成威胁。因此，监测这些污染类型的浓度和分布对于土壤修复项目至关重要。然而，传统采样和实验室分析方法成本高、费事费力且局限于采样点位置，不能很好地具体化浓度的空间分布。因此，需要具有高空间效应的快速有效的技术。许多研究已经利用图像光谱和其它辅助数据或环境变量来预测有毒元素的分布。而由于卫星图像中云或阴影的存在，土壤采样和图像获取日期存在差距，这种情况下，需要用到具有不同光谱和空间特征图像的融合，以增加图像的时间分辨率。Sentinel-2A是“全球环境与安全监测”计划的第二颗卫星，其携带一枚多光谱成像仪，可覆盖13个光谱波段，从可见光和近红外到短波红外，具有不同的空间分辨率。Landsat 8是美国陆地卫星计划的第八颗卫星，其携带的陆地成像仪包括9个波段，空间分辨率为30 m。两者的协同应用将改进对地球表面的及时和准确观测，以及遥感不同学科的使用。基于此，在本研究中，来自捷克生命科学大学的研究团队于2015年8月12日在Sarcheshmeh矿山采集了120个土壤样品，在实验室进行化学（As、Pb、Zn和Cr）和光谱测量（ASD Fieldspec 3地物光谱仪）。并于2015年8月13日获取Landsat 8-OL...
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近几十年来，北极气温上升超过全球平均气温的两倍，且在2100年以前，可能会增加2-8℃。近年来野火频繁发生和蔓延，它以不同的方式干扰着生态系统，包括破坏地上和地下植物生物量以及通过改变C、N和P有效性改变土壤性质。在高纬度地区苔原火灾的频率和范围与气候条件有关，火灾事件的增加与夏季变干变暖有关。气候变化会改变北极无冰区陆地生态系统土壤和大气之间CH4，CO2和N2O的交换。大约一半的全球土壤C沉积在北极中，气候变化和野火增加会导致大量C释放到大气中，影响全球C收支，导致气候正反馈。同时也有研究表明，野火会导致排水良好的针叶林土壤中CH4吸收速率增加。然而，野火对苔原生态系统C和N循环的短期和长期影响理解匮乏，且尚不清楚野火对苔原生态系统土壤CH4，CO2和N2O通量的影响。基于此，在本文中，来自哥本哈根大学的研究团队于2017-2019年在西格陵兰岛凯凯塔苏瓦克岛(69°16′N，53°27'W)南端的Blæsedalen原位调查了环境和增温条件下实验火烧对CO2，CH4（Picarro G4301）和N2O通量的影响。作者同时收集了气温和降水数据。燃烧过程中测量和记录了2和5 cm深度的土壤温度。2017年8月，2018年7月和2019年7月采集0-5 cm土壤，分析了其总和可溶性C、N和P。分析了2017年样品的pH和C:N比。提取潮湿土壤...
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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）（...
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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、...
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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...
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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...
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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...
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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...
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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...
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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...
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