黄土高原“这片广袤的土地已经被水流剥蚀得沟壑纵横、支离破碎、四分五裂，像老年人的一张粗糙的脸。”这是已故作家路遥在《平凡的世界》里对黄土高原的描述，也是三、四十年前黄土高原生态环境的真实写照，水土流失严重，荒凉贫瘠。如今经过前辈们的不懈努力，这片土地上发生了翻天覆地的变化，植被恢复与人工造林成果显著，生态环境大幅改善。现在的黄土高原“植被”与“水”已经成为这片土地上绑定的话题。生态改善的同时，人们对于此的研究也在不断深入。关于植被在这片土地的恢复过程中，如何影响到生态水文的变化？今天来了解一篇中国科学院地球环境研究所研究团队的相关论文。中国黄土高原天然草地和人工林地小流域生态水文分离——一年周期稳定同位素观测的证据陆地生态水文是地球水文循环的重要组成部分，对于其功能和相关服务的理解至关重要。土壤可调节局部到全球范围的生态水文过程。植物作为生态水文重要组成部分，在生态系统贡献了50%-90%的蒸散量。因此，研究植物和周围土壤之间水的相互作用对于深入理解生态水文过程至关重要。生态水文分离假说是同位素生态水文关注的热点问题，它涉及到两个水世界。已有许多研究在不同气候带进行了生态水文分离调查。黄土高原一直进行人工林和自然恢复，显著改变了土壤性质、植被群落、微生物群落和生态水文过程，然而植被恢复如何影响生态水文过程仍不清楚。基于此，来自中国科学院地球环境研究所的研究团队对甘肃省庆阳市南小河沟...
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2023
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2020年11月24日4时30分长征五号遥五运载火箭点火升空托举嫦娥五号探测器送入预定轨道意味着人类时隔44年再次从月球带回了岩石和土壤样品上一次月球采样返回任务是1976年苏联的月球24号美国在阿波罗十一号成功登月之后，进行了6次发射任务，其中有5次都获得了成功，一共将12名宇航员送上了月球，带回来了382公斤的月球土壤。中美两国于1979年1月1日正式建交；而就在这前夕的1978年，美国国家安全事务顾问布热津斯基访华时，为表示友好，向中国赠送了1克月岩。地质学家将1g月壤等分成两份，每份重量0.5g，一份用于研究，另一份用来展览。如今，我们自己从月球带回1731克月壤！北京时间2022年10月10 日，国际科学期刊《自然 · 通讯》（Nature Communications）在线发布我国嫦娥五号样品的一项研究成果。中国科学院国家天文台李春来、刘建军研究员领导的团队，结合嫦娥五号月球样品的实验室分析结果和遥感探测数据，解答了过去对月球晚期玄武岩遥感光谱解译的疑惑，纠正了月球晚期玄武岩独特遥感光谱特征的物质成分解译结果。根据以往地基望远镜和月球轨道器遥感光谱数据的分析，普遍认为月球正面西部晚期月海玄武岩覆盖的区域富含橄榄石，这是约束月球晚期玄武岩成因的重要因素。然而该推论是否正确，由于缺乏实际样品的分析而无法证实。嫦娥五号成功着落于月球风暴洋东北部的玄武岩平原，返回样品...
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2023
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水溶性有机物（WSOC）以气体和颗粒物的形式大量存在于大气中，在大气水反应和云凝结核（CCN）形成中发挥着重要的作用，对全球和区域气候变化有着重要影响。此外，某些WSOC是有毒的，它会影响人类健康。WSOC可从源中直接排放或从气态和颗粒有机质（OM）的光氧化中二次产生。目前，只进行了有限的测量来理解WSOC划分机制。结果表明，气体-颗粒物相划分取决于很多因素，例如气象参数、气体物质组成和凝结相性质。将气相WSOC（WSOCg）分配到气溶胶相（WSOCp）是大气二次有机气溶胶的主要形成路径。然而，WSOC划分过程的基本机制尚不清楚。基于此，在本文中，来自华东师范大学、上海市环境科学研究院和上海市环境监测中心的研究团队于2019年冬季在长江三角洲河口湿地生态系统野外科学观测站（31°44′N，121°13′E）同时测量了气体和颗粒物，包括NH3（Picarro G2103），有机酸（草酸、甲酸和乙酸）、无机离子（阳离子：Na+，NH4+，K+，Ca2+和Mg2+；阴离子：SO42−，NO3−和Cl−）和WSOC。为了全面理解WSOCp形成机制，作者还测量了300-550 nm WSOCp的光学吸收，同时测量了PM2.5并调查了气体-气溶胶相划分的影响因素以全面理解中国大气，尤其是严重冬季雾霾区的有机气溶胶行为。【结果】研究区主要污染物的时间变化。ALWC和pH对WS...
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2023
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土壤中重金属是有害的，其迁移和累积会严重威胁生态环境安全和人类健康。砷（As）具有高神经毒性和致畸性。人类活动，例如采矿和工业生产会导致大量As释放到土壤中。快速准确确定土壤中As浓度对As污染评估至关重要。传统的重金属调查方法旨在对野外采集的土壤样品进行化学性质测试，费事费力、成本高。高光谱遥感具有高光谱分辨率、宽波段范围和连续光谱信息等特点，已广泛用于土壤重金属浓度的估算。然而，现存的基于高光谱数据的土壤重金属浓度估算模型忽视了土壤光谱和重金属浓度之间的空间非稳态。基于此，来自首都师范大学的一组研究团队以北京东北部地区（40°10′0″-40°15′30″ N，116°58′4″-117°5′4″ E）为例，基于实验室测得的光谱数据（ASD FieldSpec 4光谱仪），结合地理加权回归（GWR）和XGBoost算法提出了一种新的模型（GW-XGBoost模型）来估算土壤重金属浓度。并评估了所提出模型的有效性。研究区和采样位置。As浓度估算过程流程图。【结果】As和光谱的相关图。阴影快表示主要化学吸收范围。As浓度实测值与预测值关系散点图。As浓度实测值与预测值拟合比较图。【结论】估算模型选择的光谱波段与表面含有能与As形成复合物的官能团的光谱活性物质的吸收效应有关。构建模型时考虑该吸收机制可以有效降低高光谱数据的冗余。GW-XGBoo...
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2023
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中国是最大的温室蔬菜生产国，约占世界生产面积的83%。由于全年生产和大量施肥，温室蔬菜产量高，但也导致了土壤质量的恶化和严重的环境问题。近来，无土栽培系统（SCS）在温室蔬菜生产中逐渐发展起来，它可以减少甚至消除传统栽培方式的许多问题，。在SCS中，无土栽培基质，也称为无土栽培生长介质，可代替土壤固定根系系统，为植物提供水分和养分，为根区提供充足的通风。然而，由于N肥的大量输入，N2O排放较高。N2O是一种温室气体，具有温室效应，加剧全球变暖，在大气中存留时间长，可输送到平流层，导致臭氧层破坏，引起臭氧空洞。无土栽培基质已成为SCS中N2O排放的主要载体，但尚不清楚其产生和消耗的相关途径，因此亟待研究SCS无土栽培基质的N2O排放源。且无土栽培基质与土壤理化和生物性质高度不同，其具有更准确的水和养分分布，因此也有必要确定管理措施对SCS中N2O排放的影响。基于此，在本文中，来自中国农业科学研究院的一组研究团队基于稳定同位素技术结合qPCR分析在两种灌溉模式下（滴灌和潮汐灌溉）对成都市农林科学院（(103°86′E，30°71′N）温室里两种无土栽培基质（60%泥炭+20%珍珠岩+20%蛭石+少量植物纤维/商用椰壳纤维基质）进行了相关研究，共设置4种处理：滴灌+泥炭基质（PD），滴灌+椰壳基质（CD），潮汐灌溉+泥炭基质（PT）以及潮汐灌溉+椰壳基质（CT）。旨在...
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2023
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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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2022
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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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2022
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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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2022
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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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2022
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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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2022
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