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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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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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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研究背景太湖流域是我国富营养化问题较为突出的典型区域，蓝藻水华频发，水环境治理压力长期存在。除太湖主湖区外，上游小流域湖泊同样承担着重要的污染传输功能，其水质状况直接影响整个流域的治理成效。长荡湖位于太湖流域上游，是连接上游来水与太湖的重要过渡湖泊，同时承担供水、灌溉、防洪及渔业生产等多重功能。近年来，受高密度淡水养殖、河网来水以及各类治理工程的共同作用，其水质变化呈现出明显的复杂性。针对这类小型流域，亟需构建一套耦合池塘养殖与水质变化的一体化分析框架。相比传统现场采样和固定点位监测，遥感技术具有覆盖范围广、时间序列长、可重复观测等优势。基于此，河海大学陈嘉琪老师团队以长荡湖为研究区域，综合卫星遥感影像、ASD地物光谱仪现场光谱和水质实测数据，构建了水质参数反演与上游养殖塘动态识别相结合的分析框架，研究发表在期刊《Journal of Hydrology: Regional Studies》。为小流域前置湖泊水质长期监测、养殖污染源识别及太湖流域精准治理提供了重要的方法参考和数据支撑。 图1.研究区域。研究方法实验设计：在长荡湖布设20个水质采样点，利用ASD FieldSpec 4 Hi-Res地物光谱仪采集水体反射光谱，并同步测定总悬浮物（TSM）和叶绿素 a（Chl-a）浓度，为遥感反演模型建立提供实测数据基础；光谱参数：光谱范围：350-2500 nm；光谱分辨率：3 nm...
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研究背景海洋漂浮碎片是全球海洋环境治理中的重要污染问题。其在海面长期迁移和聚集，不仅威胁海洋生物与生态系统健康，也可能影响航运安全和近岸经济活动。由于漂浮碎片分布范围广、时空变化快，传统人工巡查、船舶观测和现场拍摄难以满足大范围、快速化监测需求。遥感技术为其监测提供了新路径，但不同材质碎片的光谱特征差异明显，且容易与背景海水和大型漂浮藻类混淆，限制了遥感识别的准确性与稳定性。基于此，南京信息工程大学孙德勇老师团队从多类型漂浮碎片的高光谱响应特征入手，结合卫星影像，构建了面向海洋漂浮碎片快速识别的遥感检测方法，为海洋污染监测、漂浮垃圾识别及海洋环境管理提供了新的技术支撑。相关成果发表在《Ecological Indicators》期刊。 图1. (a) 实验设备设计图；(b) 实验设备实物图；(c)-(y) 覆盖率。研究方法（1）研究设计：选取泡沫板、PVC浮标、PP塑料瓶和木板四类典型海洋漂浮碎片，利用ASD FieldSpec地物光谱仪开展室内控制实验，获取不同材质碎片及背景水体的高光谱反射特征；配置含海盐、叶绿素a和悬浮泥沙的模拟海水背景，并调控漂浮碎片在水面的覆盖比例，分析不同覆盖度下漂浮碎片的光谱响应变化；（2）数据分析及应用验证：在实测光谱基础上，研究利用混合光谱模型模拟不同覆盖度下的水面反射特征，并进一步构建漂浮碎片识别方法。随后，研究将该方法应用于温州近海、中沙群岛附...
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2026
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研究背景松树枯萎病（PWD）是由松材线虫引发的毁灭性森林病害，具有传播快、致死率高和防控难度大的特点。当前防控多依赖病后治理，存在明显滞后性，难以满足早期预警需求。研究表明，PWD的发生发展与树体水分和叶绿素含量变化密切相关，二者可作为判断病害侵染程度的重要生理指标。然而，传统地面检测成本高、效率低，难以实现大范围、无损监测。近年来，随着光谱遥感技术的成熟，如何在病害无症状阶段实现早期识别，已成为防控研究的重点。然而，早期松树枯萎病的动态演变规律尚不明确，遥感监测的最佳时间窗口也缺乏系统性研究。近期，中国科学院空天信息创新研究院黄文江老师团队在《Ecological Informatics》发表了一项研究，研究通过构建“高光谱—色度—病理”多维监测框架，揭示了早期松树枯萎病的时间响应序列，并确定了遥感指标的最佳检测时机。 图1.研究区域概述。研究方法研究以安徽省宣城市麻姑山林场为研究区，选取马尾松及PWD为研究对象。通过人工接种设置24株样本，其中12株为健康对照，并分两批接种以模拟自然异步侵染过程；接种后每3天开展一次连续观测，持续约4个月；测量指标：（1）病理指标：PCR检测线虫传播距离；（2）光谱指标：ASD FieldSpec 4 Hi-Res NG 地物光谱仪获取针叶反射率，计算20种植被胁迫指数；光谱参数：波长范围：3502500 nm；光谱通道数：2151个；光谱分辨...
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研究背景冬枣作为一种营养丰富的功能性水果，其内部品质指标，尤其是可溶性固形物含量（SSC），是决定果实甜度、风味及消费者购买决策的核心因素。传统的SSC检测依赖于破坏性折光法，效率低下且无法满足大规模、无损、在线评估的需求。可见/近红外光谱技术（Vis-NIRS）因其快速、无损的特性，已成为农产品品质检测的主流手段。然而，在实际应用中仍面临因成熟度异质性和测量位置的不确定性导致模型预测结果波动。近日，塔里木大学施明登老师团队在《Journal of Food Composition and Analysis》上发表了一项研究成果，提出了一种结合对比学习与光谱技术的新方法，成功攻克冬枣SSC无损检测中成熟度变异与测量位置不确定性两大技术瓶颈，为冬枣的在线品质监测提供了全新思路。 图1.无损数据采集系统。研究方法样本采集：冬枣采自新疆阿拉尔市塔克拉玛果业有限公司的果园，涵盖4个成熟度阶段（白熟、半红、红熟、过熟），共250个样本用于校正集（2024年），50 个样本用于外部预测集（2025年）；光谱采集：ASD FieldSpec 4 Hi‑Res NG地物光谱仪采集所有样品的光谱特征，光谱特性如下：光谱范围:350 nm2500 nm；光谱通道数：2151个；采样间隔：VNIR区1.4 nm，SWIR区为1.1 nm；参考值测定：采用数字折光法测定SSC，每个样品三次测量取均值；模型...
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研究背景在陆地生态系统的水循环中，蒸散是连接地表与大气水分和能量交换的关键途径。尤其对于农田生态系统而言，准确估算作物的实际蒸散量，不仅有助于理解作物水分利用效率，还能为农业水资源管理和干旱应对提供科学依据。然而，现有的估算方法却面临诸多挑战：（1）传统气象模型：理论基础扎实，但依赖完整的气象数据，且难以捕捉植被光合作用的生理过程；（2）遥感指标局限性：太阳诱导叶绿素荧光（SIF）虽能直接反映光合活性，但在水分胁迫下存在响应滞后；光化学反射指数（PRI）能灵敏跟踪短期胁迫响应，但鲜少被纳入机器学习模型中；因此，如何融合多源数据，利用深度学习挖掘气象与生理指标的协同价值，成为了提高实际蒸散量（ETc act）估算精度的新途径。近期，西北农林科技大学蔡焕杰老师的团队联合沈阳大学和石河子大学的团队在《Agricultural Water Management》期刊发表最新研究成果，该研究通过融合SIF、PRI与气象要素，结合时间卷积网络和SHAP可解释性分析，系统揭示了多源数据在水分胁迫下对作物实际蒸散量的协同作用机制。该成果不仅为精准估算农田蒸散提供了新的技术路径，也为理解作物在水分胁迫下的生理响应机制、优化农业水资源管理提供了科学支撑。 图1.杨凌野外试验基地概况。注：(a) 显示了杨凌研究基地在中国西北部的具体位置。(b-f) 展示了本研究中使用的光合速率相关指标、通量和气象数据的...
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研究背景甘蔗是全球生物经济的基石，其高产高效依赖于精准的养分管理。传统的营养评估方法依赖于实验室化学分析，但这些方法不仅具有破坏性，还非常耗时且成本高昂，难以满足精准农业对高频、原位监测的需求。可见光-近红外-短波红外（Vis-NIR-SWIR）光谱技术因快速、无损等优势，已成为农业科学中的一种强大分析工具。然而，叶片样品制备方式（鲜样原位测量和烘干磨碎测量）对光谱预测性能的影响仍存争议。尽管新鲜样品在光谱研究中被广泛使用，但在甘蔗NPK综合估算中，系统地评估样品干燥对预测性能的影响，特别是与先进的机器学习算法相结合时，仍然是一个有待探索的问题。近期，巴西巴拉那联邦科技大学的研究团队领衔，联合米纳斯吉拉斯州立大学和马林加州立大学的研究团队，以甘蔗叶片为研究对象，系统评估了不同样品制备方式对Vis-NIR-SWIR光谱预测N、P、K含量的影响。相关研究成果发表于《Measurement》期刊。该团队通过对比鲜叶与干叶光谱，结合不同机器学习算法，系统分析了模型性能、特征波长及养分-光谱关联机制。结果表明，干燥处理显著提升了N的预测精度，而新鲜叶片对P和K的预测表现更优。该研究为甘蔗无损营养诊断中样品制备策略的差异化选择提供了关键数据支撑，并为精准农业中光谱技术的作物特异性应用奠定了方法学基础。 图1. 实验区的地理位置。研究方法研究区域：研究团队在巴西巴拉那州帕拉纳瓦伊市一块2000平...
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土壤全氮（TN）是土壤肥力的关键决定因素，在支持棉花生长、产量和纤维品质方面起着至关重要的作用。然而，当前棉田氮肥利用率普遍不足50%，过量投入导致严重的面源污染、土壤酸化及温室气体排放。在全球追求可持续氮素管理与减排增效的背景下，构建高效、高精度的土壤氮素定量估算模型已成为行业迫切需求。可见光-近红外（Vis-NIR）高光谱遥感以其非破坏性、高通量的优势被广泛应用，但在干旱绿洲区，由于土壤空间异质性对光谱估计的潜在干扰，以及低氮背景下光谱特征响应较弱等问题，使得传统的单一预测模型普遍面临泛化能力弱、精度受限等瓶颈。为了克服这一问题，塔里木大学彭杰教授团队联合浙江大学、武汉大学等多所高校，以新疆塔里木河流域的棉田为研究对象，开展了一项实验研究。该研究成果发表在《Industrial Crops & Products》期刊。文章提出了一种融合可见近红外光谱技术与多类环境协变量的方法，结合SCORPAN框架和卷积神经网络模型，成功实现了对土壤全氮含量的高精度估算，为干旱区棉田的精准氮肥管理提供了可靠的技术支持。 图1. 研究流程示意图。注：在母质图例中，UF代表未固结河流沉积物，UF2代表未固结河流沉积物（类型2），UL代表未固结湖泊沉积物，WR代表风化残积物/风化岩石。为什么选择塔里木河？l 典型性：塔里木河流域极端干旱，是研究土壤缺氮的典型区域；l 重要性：产棉核心区，精准...
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