当我们谈到气候变化时，总会关注北极冰川、碳达峰、绿色能源……但你是否知道，一片荒漠草原的土壤，也在悄然影响着全球碳循环？近期，内蒙古农业大学草地资源团队在《植物生态学报》发表研究成果，揭示了荒漠草原土壤在不同“冻融阶段”下，对气候变暖和氮沉降的响应机制。图1. 土壤不同冻融阶段对应的平均气温、降水量、土壤温度和含水量。A,平均气温和降水量。B, 0–10cm深度的土壤温度。C, 0–10cm深度的土壤含水量。D,不同处理下的土壤冻融阶段。黑色垂直线区分生长季(Gs)和非生长季节(Ngs), 灰色垂直虚线之间的区域是冬季冻结期(Sfw), 黑色垂直虚线之间的区域是秋季冻结期(Saf); Sst, 春季解冻期。CK, 对照; N, 氮添加; W, 增温; W+N, 增温+氮添加。Freezing, 秋-冬季冻结; Frozen, 冬季冻结; Thawed, 融化; Thawing, 冬-春季解冻。图2. 不同处理下土壤CH4全年和季节性累积吸收通量以及季节性吸收通量对全年通量的相对贡献。A, 土壤CH4累积吸收通量(平均值±标准误)。B, 土壤CH4季节性吸收通量对年吸收通量的相对贡献。CK, 对照；N, 氮添加；W, 增温；W+N, 增温+氮添加。Gs、Saf、Sfw和Sst分别指生长季、秋季冻结期、冬季冻结期和春季解冻期。不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(p ...
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2025
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你买的牛肉，真的是“草饲”的吗？在如今“绿色”“有机”越来越受欢迎的消费趋势下，草饲牛肉因其脂肪含量更低、Omega-3更高、抗氧化能力强，还能兼顾生态环境保护，成了不少人的首选。但问题来了：“草饲”标签靠谱吗？真的能靠外观判断？本研究带来一项新突破：利用可见光-近红外光谱技术（Vis–NIRS），就能快速、无损地识别出牛的实际饲养方式！研究背景：样品来自加拿大牛肉主产区在加拿大阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省，养牛是重要产业。到2024年初，这两个省共饲养超过100万头牛，其中大多数采用谷物饲养，谷物类型主要为西部大麦和东部玉米，旨在提升增重速度、肉质大理石花纹和脂肪颜色。研究团队选用了45头安格斯×西门塔尔杂交牛，按饲喂方式分成三组：草饲组：8个月放牧+30天苜蓿+79天黑麦草大麦饲组：先30–40天过渡饲粮，再进入148–197天高精料大麦日粮玉米饲组：类似大麦组，但主粮为玉米牛在平均16.7月龄、体重约638 kg时屠宰，胴体冷藏3天后取样分析。光谱技术怎么“看出牛吃过什么”？本研究使用的是ASD LabSpec®4 地物光谱仪，搭载20mm接触式光纤探头，扫描范围为350–2500nm，每个样本光谱由50次扫描平均而得，采样时间仅约5秒！采集部位包括：完整肉块（Longissimus thoracis）皮下脂肪绞碎后的肉样数据处理方式：使用偏最小二乘判别分析（...
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在中国西北干旱、半干旱地区，水资源的紧缺一直是制约生态系统恢复与可持续发展的核心难题。随着全球气候变暖导致干旱频率增加和降水不确定性加剧，生活在这些区域的植物如何感知、应对干旱，成为科研人员关注的焦点。本研究将目光投向中国黄土高原的典型灌木——沙柳（Salix psammophila）。这种耐旱先锋树种不仅是半干旱区植被恢复的重要角色，更在水分利用上展现出了超强“智慧”。三年观察，揭示灌木的水分“生存术”本研究团队在2019–2021年连续三年间，走进陕西神木六道沟流域，系统监测沙柳林的土壤水分、液流变化、叶片生理特性以及稳定同位素（δ²H、δ¹⁸O、δ¹³C）指标，力求揭开沙柳如何在干旱胁迫下实现“智慧用水”的秘密。图1. (a)研究区域位置和沙枫林图片；(b)实地观测的气象变量、叶片生理特性、土壤水分和稳定同位素。研究地点小科普地处黄土丘陵区的六道沟，属温带大陆性气候，年均降水仅约457毫米，且集中于6-9月，植被以人工灌木为主，沙柳正是其中的“主力军”。沙柳的“感知系统”：未雨绸缪不是说说而已研究发现，沙柳在干旱真正到来之前就已启动节水机制：提前降低蒸腾速率，减少水分流失；控制叶片面积，调节叶水势；并不依赖深层土壤水，而是主动调控生理活动应对水分波动。这就像植物拥有了“气象雷达”，提前感知土壤水分的变化，进行自我调整。作者称这种现象为“...
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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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01 喀斯特地区植物水分利用研究：揭示共存物种如何应对水资源变化 中国西南喀斯特地区以其独特的水文地质结构和丰富的水资源，对于植物生长至关重要。然而，随着植被恢复的推进，水分利用机制仍然不明晰。水资源短缺，尤其在气候变化加剧的背景下，如何科学管理水资源，推动植被恢复，成为了亟待解决的问题。02 研究背景：水分利用对植物生长的重要性在中国的喀斯特地区，植物的水分利用模式受到地下水和裂隙土壤水等水源的影响。水是植物生长的关键因素，然而，气候变化与人类活动的双重影响，使得水资源成为生态系统可持续发展的瓶颈。通过研究植物的水源利用和水分利用效率（WUE），我们能够更好地理解植物如何在水资源有限的环境中共存和生长。图1. (a)研究区位置图，(b)关岭-贞丰花江沙漠化治理区位置图，(c)研究地点及样地位置图，(d-f)共存植物景观图。03 研究方法：稳定同位素技术揭示水分利用策略本研究采用稳定同位素（δ2H、δ18O、δ13C）技术，深入分析喀斯特地区六种优势植物的水源使用和水分竞争。研究区域位于华南喀斯特关岭—贞丰花江沙漠化防治区，年降水量为1100mm，土壤浅碎且持水能力差。研究选取了R. chinensis、C. baccifera、V. negundo等优势物种，通过采集木质部、土壤、地下水等样本，分析植物水分吸收情况。采用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100Pro，北京理加联合科...
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研究背景水分是限制植物生长的关键因素，特别是在全球气候变化的背景下，干旱半干旱地区的生态水文过程和植被水分利用策略受到显著影响。煤矿开采，尤其是露天矿，对环境破坏严重。黑岱沟露天煤矿位于黄土高原生态脆弱区，矿区的生态修复已成为重点工作。排土场的植被恢复对于合理利用水土资源和促进煤矿可持续发展至关重要。目前，矿区生态修复中的水问题研究主要集中在土壤水文效应、物理性质和坡面侵蚀等方面，但对植物水源及其利用机制的定量研究较少。利用稳定同位素技术，可以高效分析植物的水源，并通过多源混合模型量化各水源的贡献率。例如，深根植物通常利用深层土壤水，而浅根植物则更多依赖浅层水分。由于煤矿开采扰动了土壤结构，植物的水源利用方式与自然状态下有所不同。此外，雨季的不同月份中，植物水源及其利用机制也存在差异。 因此，本研究以黑岱沟露天矿排土场为例，分析蒙古松、柠条和紫花苜蓿在雨季的水分来源及其利用机制，并提出两项假设：H1，三种植物的水源可能相似；H2，不同月份的水源利用程度会有所不同。实验过程研究区黑岱沟露天煤矿位于准格尔煤田中部（图1），矿区属温带半干旱大陆性气候，海拔1256m，年平均气温7.2 ℃，年平均降雨量408mm。研究期间，6月至8月的总降雨量占全年的70%以上。无霜期在125至150天之间，平均日照时数为3119.3 h。矿区排土场为多级台地式排土场，由捣蒜沟排土场...
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森林约占全球土壤碳库的70%，是调节大气CO2浓度的关键因素。湿地作为陆地和水生系统的过渡区，通常地下水位接近地表。全球变暖导致北方低地森林被湿地取代，造成景观破碎化，并可能改变碳通量。土壤CO2通量占大气碳的20-38%，其主要来源是土壤呼吸，包括自养和异养呼吸。异养呼吸受温度、湿度和溶解有机物（DOM）影响。低分子量化合物（LMW）更易降解，促进微生物活动和土壤呼吸。解冻期雨雪事件可将DOM输送至湿地，影响土壤CO2通量。本研究假设，解冻期森林湿地集水区的土壤CO2通量受DOM运动的影响，目标是分析CO2通量变化，确定DOM的影响， 并探索微生物在其中的作用。图们江位于中国、朝鲜和俄罗斯的交界处，最终流入日本海，地处中高纬度地区，范围为北纬41.99°到44.51°（图1(a)）。布尔哈通河是图们江的重要支流，其上游流域面积为1560平方公里。该流域以山地森林为主，森林、农田和湿地的覆盖率分别为81.7%、12.0%和2.0%（图1(b)）。主要植被为蒙古栎、白桦、红松和苔草，分别分布在混交林和湿地中。土壤类型包括壤土、粉质黏壤土和黏土，深度分别为0–11、11–34和34–64厘米。水东森林湿地流域（SFWC）是布尔哈通河流域的一个子流域，面积为0.98平方公里，其中森林、农田和湿地面积比例分别为93.1%、0.7%和2.2%。此外，高地森林汇聚...
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2024
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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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水资源在粮食生产和生态修复中的关键作用，特别是在频繁出现的高温、干旱等极端天气条件下，威胁粮食生产，加速土地退化。研究指出，中国作为人均水资源低于世界平均水平的国家，农业用水已占全国总用水量的60%以上，但整体用水效率较低且区域差异显著。尤其在山区和丘陵地区，土壤侵蚀和厚度减少严重影响了蓄水能力，加剧了干旱频发和作物减产的风险。为应对这些挑战，本文强调了通过优化农业管理实践，提高用水效率，以缓解干旱胁迫，维持作物产量的重要性。本次田间试验在中国科学院盐亭紫色土农业生态站进行，该站位于中国四川盆地中北部，海拔400-600m（东经105° 27’，北纬 31°16’）（图 1）。该地区属于中亚热带季风气候，平均气温 17.3℃。年平均降水量为826mm，蒸发量为680 mm。降雨分布不均，约70%的年降水发生在夏秋季，季节性干旱频繁，主要发生在春季和初夏。 图1. 研究区域位置（a）、实验地块图片（b）、地块设计图（c）、实验地块剖面图（d）。本试验土壤为钙质紫色土，来源于蓬莱镇组，属于中温土壤质地，被称为新土，占四川盆地紫色土总量的四分之一以上（图1）。钙质紫色土剖面主要发育在页岩和泥岩中，常与不透水的砂岩互层。浅层紫色土的下伏基岩限制了根系生长，入渗的大部分水分往往会因地下径流绕过根区而流失。试验土壤性质相似，平均值为：pH 值为8.37，土壤有机碳...
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2024
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高纬度苔原和针叶林、中纬度阔叶林和草原、高山和 高原地区普遍存在季节性、昼夜性甚至持续数小时的冻融循环。北半球近55%的陆地面积经历季节性冻融，土壤冻融循环持续时间从几天到150天不等。频繁的冻融循环改变了土壤微生物群落结构和代谢，加速土壤有机质的分解，并以温室气体（如CO2、CH4和N2O）或溶解有机碳（DOC）的形式排放。这些过程已成为生态学、冻土学和生物地球化学研究的重点。冻融循环对地表土壤CO2和CH4通量的影响备受关注。一项研究发现，积雪对冬季土壤呼吸的影响是短暂的，厚度变化对CO2通量影响小。了解活动层过程对多年冻土区土壤CO2和CH4动态的响应和反馈至关重要。冻融循环频率和持续时间对高寒地区土壤碳通量具有重要调控作用。不同生态系统在融化期具有较高的CO2和CH4通量，研究表明，在近地表土壤冻结期间CO2通量达到峰值，随后显著下降。春季融化期（20-30天）的甲烷通量占全年总量的11%。本研究在内蒙古自治区大兴安岭生态系统国家野外观测研究站（NFORS-DXAE）进行。该地区具有典型的大陆性季风半干旱气候，多年平均气温为-4.4°C，年蒸发潜力800-1200毫米，年降水量450-550毫米，其中60%集中在7月和8月，降雪期为9月至次年5月，平均降雪厚度约30厘米。实验地块位于海拔820米的北坡落叶松林，主要乔木为兴安落叶松和白桦，平均胸高10 c...
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