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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2026
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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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海洋与沿海生态系统正面临来自自然和人为的双重压力。联合国可持续发展目标中明确提到“水下生命”，要求减少海洋污染、保护海洋和沿海栖息地。因此，沿海和内陆水域的有效监测对缓解有害藻华和缺氧等问题至关重要。传统的水质评估方法通常依赖于耗时费力的实地测量，难以应对大范围水域和长期监测的需求。相比之下，遥感技术在水质监测中具有显著优势，不仅能够提供大范围、高频率的数据采集，还能帮助构建水质分布及其潜在环境影响的模型。近期，澳大利亚西悉尼大学等团队在《Marine Pollution Bulletin》上发表了一项研究，以土耳其马尔马拉海东部的伊兹密特湾为研究对象，提出一种基于色相角分析的水质遥感监测方法。该研究通过融合卫星影像与现场光谱及水质数据，构建了水体色相角与Chl-a、透明度等关键参数的关联模型。该方法在复杂的近岸水域中保持了较高的反演精度，能够有效识别水质异常及其时空变化规律，为海岸水质监测提供了可靠的新方案。 图1.伊兹密特湾地图，显示了东部、中部和西部盆地的主要淡水输入源和污水处理厂，沿着有东西向深度剖面。为什么选择伊兹密特湾？伊兹米特湾位于土耳其马尔马拉海以东，是一个敏感的沿海生态系统，因其以下特点成为实验的理想选择。▶ 高污染水平；▶ 生态系统脆弱；▶ 光学特性复杂，适合方法验证；▶ 政策和生态恢复；伊兹密特湾是一个典型的“受人类活动强烈干扰的复杂海岸带生态系统”，在此进行...
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土壤水分是精准农业与水文学研究的核心参数，其动态演变直接影响农田灌溉优化、水文过程模拟等关键应用。然而，传统测量多基于浅层土样的静态湿度，难以真实反映自然环境下土壤逐渐变干的动态过程。近日，刊发在《Geoderma》的一项研究，带来了一种全新的视角：研究人员利用可见-近红外光谱，如同为土壤表面进行“CT扫描”，首次在5 cm高的土柱上，高频、实时地追踪了水分在蒸发过程中细微的动态变化。这项工作旨在突破以往方法的局限，为理解土壤水分的时空演变提供了关键见解。 为什么选择灰壤和淋溶土？灰壤（Podzol）：常分布于湿润气候、针叶林和混交林地区，颜色较深、质地偏粗。淋溶土（Luvisol）：WRB 分类中的重要土类，质地较细、结构稳定、干燥后具有一定收缩性。选择这两种差异明显的土壤，有两个目的：1. 检验光谱方法在不同质地中的普适性2. 研究颜色、结构与收缩性对光谱信号的影响 图1. 蒸发实验装置的剖面图。土柱高度为L = 5 cm，在指定的垂直位置安装两个张力计以测量基质势，在干燥过程中通过天平和接触式探针多次记录土壤的质量和Vis-NIR光谱。研究方法：光谱“扫描”vs. 物理“模拟”实验设计：将灰壤和淋溶土做成5 cm高的土柱，用HYPROP装置进行蒸发实验，通过监测其在蒸发过程中的重量与水势变化，来检验光谱技术的可靠性；双线验证：Ø 物理“模拟”（基准）：通过蒸发数据...
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2026
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全球水资源紧缺、智慧农业加速发展的当下，如何精准、高效地监测果树水分成为果园精细化管理的关键挑战。有没有办法在不破坏叶片的情况下快速掌握作物水分状态？近日，新疆大学团队在《Computers and Electronics in Agriculture》发表研究成果——基于核桃、杏和枣树的实测光谱，创新性地结合ASD FieldSpec4地物光谱、PROSPECT-D模型与智能优化算法，系统评估了不同光谱分辨率与特征选择方法对叶片等效水厚度（EWT）估算的影响，为果树水分遥感监测开辟了全新路径。 图1.研究区域的位置。研究地点：天山南麓绿洲，干旱区的果树样本研究区域位于新疆乌鲁木齐市南部的天山山麓地带（82°48′E–83°40′E，41°05′N–41°56′N），海拔940–980米，地形为典型的山前冲积扇平原。这里气候干旱，年蒸发量远高于降水量，昼夜温差大，但正是这种极端环境，孕育了新疆优质核桃、杏和红枣。团队选择了三种代表性果树：核桃（Juglans regia）：果实坚核期，处于水分需求高峰；杏树（Prunus armeniaca）：成熟期，叶片含水波动大；红枣（Ziziphus jujuba）：开花末期，叶片含水下降明显。这三种果树的叶片结构、颜色与含水性差异显著，为模型建立提供了天然的对比样本。 图2.数据收集、处理、索引构建和...
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2026
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在全球粮食安全与可持续农业的背景下，“作物生物量监测”正逐渐成为农业遥感领域的核心议题。高效、准确地评估作物地上生物量，不仅对产量预测至关重要，也对精准农业管理具有重要意义。近期，国际期刊《Computers and Electronics in Agriculture》发表的一项研究以马铃薯为研究对象，结合ASD FieldSpec地物光谱仪与谐波分解技术，探索提升生物量估算精度的新方法，为作物长势监测与产量评估提供了新的技术支持。研究背景马铃薯作为全球第四大粮食作物，在粮食安全和精准农业中具有重要地位，其地面生物量（AGB）是衡量生长状况、产量预测和田间管理的关键指标。传统的人工测量方法效率低且具有破坏性，而高光谱遥感因其快速、非破坏性和丰富信息的特点，逐渐成为AGB估算的核心技术。然而，由于光谱饱和效应和生长阶段差异，单靠光谱反射率和植被指数（VIs）难以获得高精度结果。因此，开发一种有效挖掘高光谱特征的方法，以减轻光谱饱和效应，提升AGB估算模型的年际适应性，尤为关键。（图2.地理区域（a）和实验设计（b））研究方法实验设计：在北京小汤山试验基地，连续两年（2018–2019）种植马铃薯，共设置42个试验小区，采用不同密度与氮肥水平处理。地上生物量采集：在块茎形成、膨大和淀粉积累三个时期，每区随机取样，烘干后测算AGB。光谱获取：地面：ASD光谱仪，3502500 nm范围...
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2025
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在应对气候变化的全球行动中，“土壤碳汇”这一关键词越来越频繁地出现在科学家们的研究中。在全球气候治理日益紧迫的今天，如何提升土壤碳汇能力，成为科学界关注的热点。近日，一项发表在国际期刊《Land Degradation & Development》的最新研究，聚焦非洲萨赫勒地区，通过实地采样与建模分析，揭示了不同放牧强度对草原土壤有机碳储量的影响机制。 图1. 研究区域和实验地点的位置。 研究背景 非洲萨赫勒地区是全球典型的半干旱草原生态系统，牧业在当地生计中占据重要地位。然而，关于放牧对土壤碳储量的具体影响，尤其是在不同强度下的机制，一直缺乏系统的实地数据。研究方法§采用多点样方布设，覆盖不同放牧压力区域§采集0–30cm深度的土壤进行碳氮分析§结合ASDLabSpec4地物光谱仪进行快速土壤属性预测§使用结构方程模型（SEM）解析变量间直接与间接作用关系研究亮点团队在塞内加尔Dahra地区设置了四个不同放牧强度等级（重度、中度、轻度与禁牧）下的观测样地，结合近地遥感、土壤样品分析与结构方程建模，得出了颇具启发性的发现：1. 重度放牧区土壤碳储量反而最高？是的，你没看错！研究显示，重度放牧区域的表层土壤有机碳（SOC）储量明显高于其他区域。这是因为牲畜粪便的大量积累、踩踏导致植物凋落物更快混入土壤，以及植物多样性变化带来的间接影响，...
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2025
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研究背景牛奶作为一种富含蛋白质、钙和多种维生素的基础性食品，在日常饮食中占据着举足轻重的地位，是儿童成长、老年人骨骼健康以及全民营养均衡的重要保障。然而，在庞大的消费市场需求下，部分不法商家为追逐利润，采取掺水稀释、以低价牛奶冒充高价值山羊奶或绵羊奶等方式牟利。这类掺假行为不仅损害了消费者的知情权和选择权，还可能引发营养成分失衡、食品过敏等健康风险，更破坏了乳制品市场的公平秩序和行业声誉。如何高效、可靠地识别这类掺假行为，成为保障乳品质量安全、提升消费者信任度和推动行业健康发展的关键课题。一、技术需求与挑战传统实验室检测方法虽具备较高准确度，但存在样品制备复杂、检测周期长、现场应用受限等不足。鉴于牛奶及不同动物奶品成分相近，快速、灵敏且无损的检测手段迫在眉睫。二、仪器与方法概述本研究采用 LabSpec 4 Standard-Res 便携式地物光谱仪，结合主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLSDA）与随机森林等多变量统计方法，对掺水及不同奶种混合的牛奶样本进行定性与定量分析。主要特点如下：光谱范围：350–2500 nm，VNIR 分辨率 3 nm，SWIR 分辨率 10 nm；测量模式：Contact Probe® ATR 多次反射采样，减少杂散光干扰，无需破坏样品；便携性：设备轻便，可现场实时测量。三、实验是如何开展的？本研究围绕两种常见掺假行为展开：1、用...
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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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