研究背景黍子是我国最早驯化的谷物之一，栽培历史超过1万年，至今仍是长城沿线地区的重要粮食作物。氮素直接影响黍子的生长、产量和籽粒品质，但过量施氮会降低肥料利用效率，并增加资源浪费和环境负荷。传统黍子叶片氮含量主要采用凯氏定氮法测定，虽然结果准确，但需要破坏性采样，且难以满足大田快速监测需求。无人机遥感与深度学习为作物氮素无损监测提供了新途径，但相关研究多集中于主粮作物，针对黍子的高精度估测方法仍较缺乏。近日，山西农业大学农业遗传资源研究中心王君杰老师团队在《Agronomy》发表研究，融合ASD冠层光谱、无人机RGB影像、植被指数和纹理特征，并结合机器学习与深度学习估算黍子叶片氮含量，为黍子氮素无损诊断和小杂粮表型监测提供了新的技术方法。 图1.实验区域、无人机影像和实验数据采集。(a) 中国山西省位置。(b) 山西省忻州市繁峙县位置。(c) 实验场地布局。(d) 使用ASD FieldSpec 4地物光谱仪进行地面光谱采集。(e) 无人机影像采集。研究方法实验设计：研究在山西省忻州市繁峙县集义庄村开展，本试验设置有机肥替代化肥梯度，共8个施肥处理：不施肥对照（CK）、100%化肥（IF）、100%有机肥（OF）、10%有机肥 + 90%化肥、30%有机肥+70% 化肥、50%有机肥+ 50% 化肥、70%有机肥+30% 化肥、90%有机肥+10%化肥；研究团队分别在拔节期、开花期...
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2026
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罗布麻（Apocynum venetum）具有纤维、药用和盐碱地修复等多重价值。但随着连作年限增加，根腐病逐渐成为影响罗布麻生长和生产的重要问题。现有研究多集中于病原菌鉴定，施肥如何改变土壤环境和根际微生物，并进一步影响根腐病发生，仍有待明确。近日，兰州大学段廷玉老师团队在《Industrial Crops & Products》发表研究论文，通过长期田间试验，系统分析了不同施肥制度对罗布麻生长、根腐病发生、土壤性质及根际微生物群落的影响。施肥本来是为了增产，为何反而可能加重病害？速效养分过度积累，可能引发根系盐胁迫并降低根系活力；较高的NO₃⁻-N和AP可能为病原微生物提供更多可利用养分；根际微生物正向互作减少，群落网络的潜在稳定性下降；潜在病害相关真菌类群富集，根际环境向易感病状态转变。研究怎么做？实验设计：研究团队依托新疆阿勒泰地区建植于2011年（截至采样时已连续种植13年）的罗布麻田间试验基地，设置了6种不同的施肥处理：CK：不施肥对照；J*2：营养期与初花期均施用有机肥；NP*2：营养期与初花期均施用氮磷化肥；JNP*2：两个时期均同时施用有机肥与氮磷化肥；J-NP：营养期施有机肥，初花期施氮磷化肥；NP-J：营养期施氮磷化肥，初花期施有机肥；监测指标：株高、冠幅、生物量、土壤pH、SOM、TN、TP、AP、AK、NH₄⁺-N和NO₃⁻-N。并采用高通量测序技术...
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研究背景干旱区森林的植物水文过程是区域水循环的重要组成部分，不仅影响群落结构、生态功能和生产力，也关系到区域物质与能量平衡。作为干旱生态系统最主要的水分输入，降水具有显著的季节差异和有限的时间可利用性。天山北麓针叶林是典型的寒温带森林，春夏降雨较为充沛，冬季寒冷漫长，降雪量较大且积雪持续时间较长，形成了独特的季节性水分供给格局。然而，在这一降水时空格局下，植物在生长季对夏季降雨与冬季来源水分的相对利用程度仍不清楚。基于此，新疆大学常顺利老师团队联合新疆生产建设兵团等团队，以天山北坡的异果小檗和黑果栒子为研究对象，借助稳定同位素技术，解析不同季节降水对土壤补给及灌木用水的贡献，为认识干旱区山地森林的水分利用策略及其对气候变化的响应提供了数据支撑。相关成果发表于《Journal of Hydrology: Regional Studies》。 图1.研究区及采样样地的位置。a为中国及天山山脉的概览图；b为研究区所在的乌鲁木齐县；c为5个研究样地的位置。研究方法实验设计：研究在天山森林生态系统研究站开展，设置5个重复样地，并选取异果小檗和黑果栒子为研究对象；采样：团队于2021年4—9月分层采集300份土壤样品，于5—9月采集100份植物枝条，并收集2019年1月至2021年9月的183份雨雪样品。土壤采样深度为0—10、10—20、20—40、40—70和70—100 cm，用于测定土...
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2026
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小麦蛋白质含量直接影响面粉的加工品质与经济价值。传统凯氏定氮法虽准确，但耗时且会破坏样品，难以满足快速检测需求。近红外高光谱成像为蛋白质无损估算提供了新方法，但海量波段也带来了较高的数据处理和设备成本。因此，如何筛选少量关键波长，在简化模型与硬件的同时保持估算精度，成为推动该技术实际应用的关键。针对这一问题，印度科学与创新研究院与澳大利亚皇家墨尔本理工大学联合团队利用高光谱成像技术，结合混合波长筛选与光谱分箱方法，从147个波长中锁定6个关键波长，实现了小麦蛋白质含量的准确估算，相关成果发表于《Food Chemistry》。 图1.实验流程：数据处理、光谱预处理、波长选择、光谱分箱及模型构建。实验设计研究团队采集了2021至2022年度印度5个小麦主产区的621份样本，蛋白含量覆盖9.5%至17.25%的宽幅范围。采用Resonon Pika NIR-320高光谱成像仪获取光谱数据，每份样本对应147个有效波长；主要光谱参数：光谱范围：900～1700 nm；采样间隔：4.9 nm；空间像素：320；采集系统配备4盏卤素灯，并置于暗室环境中，以减少外界杂散光干扰。原始图像分别通过白板和暗电流参考图像进行反射率校准；图像采集后，使用凯氏定氮法测定样品中的总蛋白质含量；图像处理：研究利用1088.1 nm波段建立二值掩膜，将小麦籽粒与背景分离并提取平均光谱；随后通过滤波和多种光谱预处...
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2026
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08
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研究背景多年冻土区CH₄排放是全球变暖的重要潜在正反馈，但已有研究和模型大多以CH₄通量与温度呈单调响应为基本假设，对CH₄产生/氧化过程可能存在的非线性阈值特征、以及升温—降温季节间水热条件的不对称性关注较少。这提示相同温度在升温相与降温相可能对应不同的通量状态（即“滞后效应”），但这一现象在水文异质性较强的森林—湿地过渡带此前尚缺乏长期原位证据的检验。为此，哈尔滨师范大学臧淑英老师团队依托中国东北大兴安岭北极镇，开展两年高频监测，系统检验CH₄通量的相位依赖性温度阈值及其水文—微生物调控机制，成果发表于《Journal of Forestry Research》。图1.研究区域、样地位置和实验装置。研究方法研究区位于中国东北大兴安岭北极镇，地处欧亚多年冻土带南缘，多年冻土退化剧烈；设置三个关键采样期：活动层融化初期（5 月初）、生长旺季（7 月中旬）、土壤冻结前期（10 月末）。每个生境采集3份010 cm土芯混合为1份混合样；每份样品分为2份；测量指标：土壤CH₄通量、pH、SOC、DOC、NH₄⁺-N、NO₃⁻-N等指标，同时提取土壤DNA，进行高通量测序；值得一提的是，研究采用由便携式温室气体分析仪和SF-3500多通道土壤气体通量测量系统（北京理加联合科技有限公司），SF-3500按“90 s预冲洗—90 s平衡—180 s测量”的流程自动控制各通量箱运行，测定CH₄和...
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研究背景生物多样性如何影响入侵，是生态学的核心议题。经典理论认为物种丰富的群落更能抵御外来入侵，但这一认知几乎全部建立在生长季活体植物的研究之上，对植物衰老后凋落物产生的持续影响关注较少。凋落物分解既能释放氮、磷等养分，促进入侵植物生长，也可能携带真菌病原菌，对入侵植物形成生物抑制。这两种相反作用如何共同影响植物入侵，以及本地植物与入侵植物之间的系统发育亲缘关系是否会改变其作用方向，仍有待深入研究。基于此，兰州大学吴纪华老师团队研究以3种入侵菊科植物和12种本土植物凋落物为对象，通过设置不同凋落物多样性、亲缘关系及杀菌处理开展温室实验。结果表明，近缘凋落物主要通过病原菌溢出抑制入侵植物，远缘凋落物则通过养分富集促进其生长，为揭示植物亲缘关系调控多样性—可入侵性关系提供了数据支撑。成果发表于《New Phytologist》。图1.概念图展示了凋落物多样性与入侵性之间潜在机制的关系。研究方法研究对象：选取3种入侵菊科植物（豚草、黄顶菊、鬼针草）为测试物种，12种中国本土植物（6种菊科近亲、6种非菊科远亲）为凋落物供体；实验设计：设置3个凋落物多样性水平（1种、2种、6种）× 2个物种池（菊科 vs. 非菊科）× 2个病原菌处理（杀菌剂抑制 vs. 未抑制对照）× 3种入侵植物，共计360个实验盆；测定指标：培养104天后，测定入侵植物的地上生物量、病害程...
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2026
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研究背景萱草（Hemerocallis citrina Baroni），俗称黄花菜，是我国重要的药食两用植物，富含蛋白质、多糖、黄酮和酚类物质，具有抗氧化、抗抑郁和免疫调节等生物活性。我国萱草种植面积居世界前列，其干鲜产品具有较高的食用和经济价值。传统生产中，常通过施用有机肥及氮、磷肥改善土壤养分状况，以促进萱草生长和品质形成。然而，盲目施肥可能产生负面影响，且土壤中的部分碳、氮、磷养分需经微生物矿化和酶促转化后才能被植物有效利用。因此，厘清土壤养分及微生物特征与萱草品质之间的关系，对高品质萱草生产具有重要意义。基于此，山西农业大学毕如田老师团队以大同萱草及其种植土壤为研究对象，分析土壤碳、氮、磷及微生物特征与萱草食用品质的关系，并结合高光谱技术构建土壤参数监测与品质预测模型，为萱草品质早期预测和高品质生产提供数据支撑。相关成果发表于《Applied Food Research》。图1.采样点分布。研究方法研究区位于大同市云州区。团队于2024年4—7月分4个时期采集240份土壤样品，并于7月11日同步采集60份花蕾样品进行品质测定；测定指标：有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、有效磷（AP）、硝态活性（Pro-act）、蔗糖酶活性（Inv-act）、蛋白质、可溶性糖、总黄酮与总酚含量等；同步利用ASD FieldSpec 4 地物光谱仪采集不同土壤样品的光谱曲线；光谱参...
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研究背景喀斯特地区土层浅薄、基岩裸露，地下水分在不同土层和岩石裂隙中的分布高度不均，水分供应已成为制约植被恢复与长期稳定的重要因素。石灰岩与白云岩在风化程度、土层厚度和裂隙结构等方面存在明显差异，可能进一步影响植物的根系吸水、木质部输水及叶片耗水过程。然而，现有研究多聚焦于气候或植被类型对植物水分利用的影响，对于岩性如何通过改变水源供给格局，系统性驱动根系吸水、木质部传导与叶片蒸腾这一完整连续体的水分策略重塑，仍缺乏定量认识。针对这一问题，中国科学院亚热带农业生态研究所陈洪松老师团队，以西南喀斯特石灰岩和白云岩生境中五种共有乡土树种为对象，通过稳定同位素示踪、栓塞脆弱性曲线等技术，系统测定了根系吸水来源、木质部水力性状及叶片C/O同位素。其结果为喀斯特异质生境植被修复提供了理论依据。该成果发表于《Tree Physiology》。图1.水力特性、喀斯特生态系统、稳定同位素、气孔调节、水源。研究方法研究在广西壮族自治区西北部的两个小型流域的石灰岩和白云岩小流域开展。在两种岩性生境中分别设置4个20 m×20 m样地，共8个样地。选取同时分布于石灰岩和白云岩生境中的5种常见落叶树种，包括盐肤木、菜豆树、南酸枣、任豆和香椿，以减少树种组成差异对研究结果的干扰；监测指标：土壤含水量、土壤水δD和δ¹⁸O、木质部水δD和δ¹⁸O、不同土层水源贡献比例、植物主要吸...
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研究背景全球人口持续增长对粮食安全提出了严峻挑战。果树是全球食物供应体系的重要组成部分，其产量与品质在很大程度上取决于树体营养状况。然而，传统叶片营养分析依赖复杂的样品前处理和实验室化学测定，通常耗时较长、成本较高；人工估产同样劳动投入大，且难以在生育早期为采收安排和采后物流规划提供及时依据。高光谱成像能够捕捉叶片在可见光—近红外波段的细微光谱差异，为快速评估果树营养状态和提前预测产量提供了新的技术路径。基于此，格里菲斯大学Shahla Hosseini Bai团队联合维多利亚大学等机构，以澳大利亚商业果园中的“Hass”鳄梨为研究对象，系统比较田间与实验室条件下不同高光谱成像方式，并结合叶片养分测定和单株产量调查建立预测模型。研究结果为鳄梨园精准施肥、早期估产以及采收与采后资源配置提供了重要参考。相关成果发表于期刊《Precision Agriculture》。图1.拍摄鳄梨高光谱图像：（a）使用手持相机拍摄树冠或树上的单片叶子；（b）使用手持相机拍摄果园中摘下的单片叶子；（c）在实验室中，使用固定式手持相机和台式相机拍摄单片叶子。研究方法研究在澳大利亚昆士兰州一处商业化鳄梨园开展，共选取60株8年生“Hass”鳄梨树作为研究对象，并在开花期、幼果形成期、果实发育期和果实成熟期4个关键物候阶段进行连续采样与观测；研究采用手持式和台式两套高光谱成像系统，其中台式系统选择Resono...
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背景介绍土壤盐碱化是制约农业生产和耕地高效利用的重要因素。水稻种植具有一定的淋盐、抑盐作用，在盐碱地改良与利用中具有独特优势，但盐碱胁迫会抑制水稻生长，造成产量和品质下降。因此，快速筛选耐盐碱水稻品种，是提升盐碱地农业生产潜力的关键。传统鉴定方法周期长、工作量大且具有破坏性，难以满足高通量育种和田间快速筛选需求。高光谱技术能够无损获取作物生理信息，为水稻耐盐碱性快速评价提供了新途径，但利用生长后期叶片光谱精准识别不同品种耐盐碱能力仍需进一步研究。基于此，北方民族大学周春艳老师团队以宁夏灵武市马家滩镇大羊其村典型轻度盐碱化钙积土稻田为试验基地，选取12个耐盐碱能力存在差异的水稻品种开展研究。团队通过采集叶片高光谱反射率数据，并结合机器学习算法，构建了耐盐碱水稻品种快速、无损识别方法。该研究成果发表于《International Journal of Optics》。图1.试验田布局。研究方法研究团队以宁夏灵武市马家滩镇大羊其村轻度盐碱化稻田为试验基地，选取12个耐盐碱水稻品种，采用随机区组设计开展田间试验，共设置36个试验小区，并采集2106片叶片利用ASD FieldSpec 4地物光谱仪进行数据采集；光谱参数：光谱范围：350–2500 nm；采样间隔：1.4 nm；光谱分辨率：VNIR区为3 nm；SWIR区为10 nm；研究人员选择晴朗无云、光照充足的正午进行采集，并在每次采...
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