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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 estimation model.研究区域试验点1位于中国东北黑龙江省黑土耕地保护区,如图2所示,面积为1095 km2。该地区属温带大陆性季风气候,年降水量为450–650 mm,降水主要集中在6–9月,占全年降水量的80%。研究区地势南高北低,西高东低,大部分地区为堆积平原。该研究区是全球仅有的四个黑土区之一,耕层深厚,土壤肥沃,含腐殖质的土层厚度为25–80 cm,适合种植玉米、大豆等作物...
发布时间: 2024 - 06 - 11
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水是地球上最丰富的天然资源之一,它是所有生物体的基本需求。水在地球上循环的过程中,植物水分吸收与蒸腾演绎着重要的角色。植物通过根系吸收水分,并将水分输送到植物的各个部位。植物通过蒸腾作用释放水分到大气中,形成了大气中的水蒸气。植物水分的来源和分配是植物生长和发育过程中的重要环节,也是相关科研的重点,水同位素技术成为科研过程中十分重要的一种科研手段。今天推荐给大家的优秀文章与此相关。利用同位素技术解析植物水分来源的不确定性因为蒸腾占据了61%-65%的陆地生态系统蒸散量,植物水分吸收在全球水循环中发挥着重要作用。植物是土壤和大气水文过程的纽带,这就是实施植物恢复可以改善区域环境的原因之一。在此背景下,研究植物水源划分为如何提高植被生产力和水资源可持续管理提供重要信息。因为植物和环境条件相互作用,水分吸收是一个复杂的过程,这使得植物水源分配变得复杂。近几十年来,同位素广泛应用于植物水源划分,因为它可以标记不同水源,且激光光谱技术使其测量更容易。然而,植物水分来源解析存在很大的不确定性(如示踪剂选择、修正方法及混合模型选择)。基于此,来自西北农林科技大学的研究团队以陕西省长武黄土塬区苹果树(18和26年树龄)为研究对象,在6月至10月的生长季节,每月采集0~6 m(20 cm间隔)的土壤样品及土壤采样点周围四棵苹果树的1年生枝条(n=50),快速剥离树皮和韧皮部以避免同位素分馏。同时收集...
发布时间: 2024 - 01 - 30
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当今社会,人们越来越关注气候变化和环境保护,而农业生产对这些问题有着重要的影响。GVP系统(Greenhouse Vegetable Production System)作为一种新型的蔬菜生长系统,被认为是减少化肥使用、提高农作物产量、减少温室气体排放的有效途径。那么,在GVP系统下蔬菜生长过程中产生的一氧化二氮(N2O)的排放量是怎样的呢?对环境又会造成什么影响呢?下面这篇相关论文,一起来探讨下。中国北方寿光设施蔬菜生产系统高土壤氧化亚氮排放中国的设施蔬菜生产(GVP)系统正在迅速发展,其面积已超过4百万公顷,占全球的80%以上。山东省是中国蔬菜主产区,其中寿光地区被誉为“中国设施蔬菜之乡”, GVP面积超过当地土地面积的四分之一(图1b)。为了实现产量及利润的最大化, GVP系统通常过量灌水和施肥,年灌水量约2000mm,年氮肥施用量通常在2000 kg N ha-1以上,是露天菜地的2~5倍,谷类作物的4~5倍。大量的灌水和施肥能够促进硝化和反硝化作用的发生,有利于土壤氧化亚氮(N2O)的释放。已有一些研究关注到GVP系统中N2O的排放,发现常规施肥条件下N2O的年排放量在3.9~63 kg N ha-1yr-1之间。这种差异一方面反映了GVP系统中N2O排放的空间异质性,另一方面也反映了对于频繁灌溉的GVP系统,低频率采样可能带来的不确定性。此外,先前多数研究只关注了作物的...
发布时间: 2024 - 01 - 22
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水,我们生活中无处不在的重要元素。它润泽着大地,孕育着生命。然而,水的旅程并不仅仅局限于地表,它通过蒸发和降水,与大气、植被形成了紧密的互动。而这种互动的背后隐藏着一系列的谜题,需要科学家们通过不断研究来揭示。水同位素研究便是一种重要的手段,通过分析水中的同位素元素,科学家们能够了解水的来源、循环和变化。水同位素研究为科研人员提供了一种宝贵的工具,帮助他们更好地了解水、植被和气候之间的复杂关系。一起来了解一下,来自西北师范大学的研究团队,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)做的相关研究。水资源是制约干旱区社会发展的主要自然资源,山区是内陆干旱区重要的水源涵养区,山区冰川积雪融水对干旱区淡水供应至关重要。随着气候变暖,冰川积雪融化加速,地表蒸散发增强,降水变异性加剧,气候变化将增强山区河流水文过程的复杂性。水稳定同位素是深入了解区域水文过程的有效方法,研究内陆山区径流同位素时空变化的主要控制因素,对认识内陆山区水文过程变化,合理调配干旱区水资源至关重要。基于此,在本研究中,来自西北师范大学的研究团队监测了中亚干旱区典型的内陆山区流域-西营河流域不同水体同位素数据(地表水、降水、地下水以及积雪融水)和相关水文气象数据,结合相关气象观测数据及植被覆盖指数(NDVI),评估气候和景观对内陆山区径流稳定同位素的影响。研究可以为厘清内陆山区径流稳定同位素的控制机...
发布时间: 2024 - 01 - 15
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在这银装素裹的世界里,下雪不仅带来了诗意的画卷,还为大地覆盖了一层白色的绒毯,守护着生命的源泉,对土地土壤的呼吸也产生着影响。在漫长的冬季里,积雪和大地度过了一个又一个宁静的时光。积雪不仅保护了土地的水分,还防止了土地温度的剧烈变化;当春回大地,雪慢慢融化,雪水还会滋润着大地。在这些过程中,积雪下土壤中的微生物是一场狂欢还是一片沉寂呢?接下来跟随一篇优秀的文章来了解一下这些过程~积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响永冻层和季节性积雪区域占全球陆地表面的60%左右,占全球土壤有机碳(C)储量的70%以上。积雪直接影响表土和大气之间的热交换,减少土壤温度波动的影响。在严寒条件下,较厚的积雪可防止土壤结霜,为地下微生物活动提供相对稳定的生活环境。然而,在全球气候变化背景下,北半球春季陆地积雪面积正逐年减少,预计本世纪末将减少25%。季节性积雪模式对全球气候变化具有复杂且多样的响应,可能会通过光、热、水和养分等资源再分配来影响森林生态系统的地上和地下过程。土壤呼吸作为土壤C循环的重要过程,占据森林生态系统呼吸的60%以上,气候变化导致的土壤呼吸的微小变化甚至会引起森林生态系统呼吸的重大变化。积雪和气温升高之间的相互作用影响土壤冻融循环,导致土壤性质和土壤CO2排放的变化。作者认为冬季积雪会影响不同季节土壤微生物呼吸及其δ13C值,且会随着林分和凋落物的存在而变化,然而...
发布时间: 2024 - 01 - 08
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被晒化的大地,被烘懒的万物,被汗水侵蚀的燥热......在烈日高悬的夏日,谁不想听见一声冰镇西瓜裂开的清脆,让清凉香甜的瓜瓤锁住一整个夏天的炙热。作为夏日最解暑的水果,西瓜集万千宠爱于一身,也受到了霜霉病的青睐。霜霉病菌会在潮湿的环境中迅速繁殖,尤其是在温暖的夏季。这种病害会对西瓜植株造成严重的危害,从而影响果实的品质和口感。在佛罗里达州的西瓜产量受到霜霉病的严重影响后,为了有效防治西瓜霜霉病,佛罗里达大学的研究团队进行了相关研究。利用航空、地面遥感和机器学习进行西瓜霜霉病严重程度的识别和分类佛罗里达州的西瓜产量受到包括霜霉病(DM)在内的各种病害的不利影响。准确的病害识别对于实施及时有效的管理策略至关重要。遥感工具,例如无人机(UAV)和高光谱成像,已被用于作物病害检测。先前的研究已成功利用遥感和机器学习(ML)对鳄梨和番茄等其他作物进行了病害检测。但是,关于使用遥感检测西瓜病害的研究有限。这项研究的目标是利用机器学习模型和光谱植被指数(VI)来检测和分类西瓜中霜霉病的不同严重程度。在这项研究中,来自佛罗里达大学的研究团队通过Resonon Pika L室内平台系统(5个病害阶段:低、中(1和2水平)、高和非常高)及野外机载系统(2个阶段:低和高)分别测量了西瓜健康叶片和DM感染叶片的高光谱图像,选择感兴趣区域(ROI),将各种植被指数(VI)作为识别病害阶段的指标。利用多层感知...
发布时间: 2023 - 12 - 29
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想象一下,你身处一片浩渺的森林中,阳光透过树叶,洒在地面上,形成一片片斑驳的光影。每一棵大树都像一座绿色的塔楼,分层堆积着生命的活力。此刻,你可能并不知道,你正在亲眼目睹一个惊人的自然现象:碳的旅程。森林是地球上最重要的碳储存器之一,在这个充满生命力的舞台上,每一片叶子、每一棵树、每一片土壤都在向我们讲述着碳的旅程的故事,积极地参与碳的储存和释放。科学家们对此也在进行着相关研究,在江西省千烟洲亚热带森林生态系统观测研究站,有这样一个研究...千烟洲亚热带森林生态系统碳同位素廓线观测系统应用案例森林生态系统固定目前大气中约三分之一的人为CO2排放;因此,准确评估森林碳汇对于更好理解全球碳收支至关重要。生态系统CO2的碳稳定同位素(δ13C)是追踪碳循环及其与大气交换的有力工具。森林生态系统CO2动态变化取决于冠层光合作用,不同组分(叶、茎、根和土壤微生物)呼吸作用及湍流混合过程的相互作用。然而,由于测量限制,大气中CO2的δ13C模式尚未确定。千烟洲亚热带森林生态系统观测研究站碳同位素廓线系统设置示意图千烟洲亚热带森林生态系统观测研究站基于Picarro G2201-i,搭建了碳同位素廓线观测系统,旨在研究森林生态系统内部及上方大气CO2及其δ13C的时间(昼夜和季节)和垂直变化,以及阐明环境和生理因素以及大气条件对其变化的影响。该系统设置了7个观测高度和3个已知浓度和同位素组分的标...
发布时间: 2023 - 12 - 27
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柠条木是一种对水分需求较高的植物,它对土壤中的水分量非常敏感。而土壤有效水分和根系分布对柠条木质部水分有着重要的影响。当土壤中的有效水分不足时,柠条木的木质部水分会受到影响,导致植物生长缓慢甚至停滞。柠条木的根系通常较为发达,能够深入土壤中寻找水分。如果根系分布广泛且深入,那么柠条木就能够吸收到更多的水分,从而保持木质部的水分平衡。因此,保持土壤中的适当水分对于柠条木的生长至关重要。下面这篇相关论文,我们来一探究竟。土壤有效水分与根系分布的协调改变了柠条的水源分配稳定同位素已被广泛应用于根系水分吸收(RWU)的鉴定,通过将潜在水源分类为不同的端元,并评估其对木质部水分的贡献。然而,估计端元(主要是土层)的贡献通常仅基于土壤水同位素的变化。土壤有效水分和根系分布是RWU的关键限制因子,但在水源分配中很少考虑。基于土壤水分同位素平均值、土壤有效含水量(AWC)和根重密度(RWD)加权值,比较了不同土层对柠条RWU的相对贡献。我们使用三种贝叶斯混合模型(SIAR, simmr和MixSIAR)在三个不同土壤水条件的地点获得了这些值(分别为平均值和加权贡献)。我们计算了平均和加权贡献(DC)的差异以及DC绝对值的累积(AADC),以分析它们之间的差异及其与AWC和RWD的关系。加权和平均贡献因地点和模型而异。我们得到以下AADC值:站点1-3使用SIAR分别为27.8%和11%;使用sim...
发布时间: 2023 - 12 - 20
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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...
发布时间: 2023 - 12 - 18
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太白山,是秦岭山脉最高峰,也是青藏高原以东第一高峰,如鹤立鸡群之势冠列秦岭群峰之首,以高、寒、险、奇、富饶、神秘的特点闻名于世、称雄华中。李白的“西上太白峰,夕阳穷登攀”,“西当太白有鸟道,可以横绝峨眉巅”,形象地将太白山的雄峻高耸烘托而出。如今,更是有不少中外游客慕名前来,一览拔仙绝顶和云海奇观,领略太白峰的险峻神秘。2020年,来自中国科学院地球环境研究所的研究团队分别于5月、7月和9月登上太白山,在奇观景象之中收集土壤和植物,开启了叶片水氢氧同位素的相关研究。叶片水氢氧同位素的控制因素氢氧稳定同位素(δ2H和δ18O)常被用作示踪剂来跟踪水从降水输入运移到土壤,最终通过土壤蒸发和叶片蒸腾释放的过程。叶片水蒸腾对于调节各种尺度的水平衡至关重要。陆地植物叶片水通过气孔蒸发分馏导致重同位素富集,这在很大程度上取决于等大气条件(温度和相对湿度等)以及生物生理过程。叶片水同位素信号整合到植物有机物中,例如纤维素和叶蜡,成为研究古气候重建的新方法。然而,尽管叶片水同位素在生态水文学和有机生物合成中很重要,但人们对叶片水同位素的控制因素以及源水和水文气候在确定叶片水同位素中的作用仍然缺乏了解且叶片内同位素分馏所涉及过程的复杂性使得准确预测和测量变得困难。基于此,在本研究中,来自中国科学院地球环境研究所的研究团队于2020年5、7和9月在太白山(33.96°N,107.77...
发布时间: 2023 - 11 - 13
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雾霾问题,严重威胁人们的健康和生活质量,为了寻求解决方案,科学家们开始寻求各种可能的对策,其中之一就是从奶牛场中寻找突破口。这听起来可能有些奇怪,但事实上,氨气是雾霾形成的一个重要因素,而奶牛场和氨气之间存在着奇妙的关联。NH3氨气(Ammonia)氨是大气中的主要碱性物质,是细颗粒物的重要前驱体。它可以与硫酸盐和硝酸盐或其他化合物反应生成细颗粒物,造成各种环境和健康问题。氨沉降对于土壤酸化及水体富营养化也具有重要影响。人们越来越关注氨排放,以建立准确的排放清单并制定合理的减排措施。然而世界范围内许多氨排放清单的排放因子(EFs)和活动数据存在很大的不确定性。中国是氨排放的重要源,约占亚洲总排放的55%,约占全球总排放的20%。而农业是最重要的排放源,畜牧业氨排放占人为总排放的50%以上。因此,准确量化其排放特征显得尤为重要。科研团队为此开展研究北京大学环境科学与工程学院蔡旭晖研究团队于2016.6.29-7.18(2016S,探索阶段)、2016.12.16-2017.1.10(2016W)、2018.6.1-7.2(2018S)三个试验阶段在北京西北郊区的一个开放式奶牛场(403±5头荷斯坦奶牛,自由走动,具有“华北平原农场规模和奶牛类型”的代表性)利用微气象方法估算了华北平原典型奶牛场的氨排放量。使用定制的9 m可伸缩塔作为每个观测点的观测平台,所有仪器均安装在塔上...
发布时间: 2023 - 10 - 27
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