陆地降水主要源于外部水汽平流与局部蒸散，其中由局部蒸散贡献的部分被称为水分再循环。在全球尺度下，约40%的陆地降水由水分再循环贡献，其过程受大尺度大气环流、土壤湿度、植被类型及林冠特征等多种因素协同驱动。中国黄土高原作为全球最大的黄土沉积区，长期面临严重的土壤侵蚀和生态脆弱问题。为应对这些挑战，中国于20世纪90年代末启动了“退耕还林工程”，这一工程显著提高了黄土高原的植被覆盖率，并显著影响了该地区的水文动态和水资源供给，使当地水资源达到了其最大承载能力。目前，关于植被恢复的研究多侧重于其减沙控沙的功能，对其引起的蒸散耗水增加如何影响水分再循环及水资源溢出效应关注不足。尽管植被恢复能促进水分再循环已成共识，但其背后的驱动机制仍有待深入阐明。近期，西北农林科技大学李志老师团队在《Geoderma》期刊上发表了一项研究，针对黄土高原植被变化，运用稳定同位素技术和水分平衡模型，揭示了浅根植物向深根植物转变过程中水分循环的变化机制。研究发现，深根植物能够更有效地利用深层土壤水，显著增强蒸腾作用，从而提高水分再循环率。这一发现为干旱和半干旱地区的生态修复及水资源管理提供了重要的科学依据。 图1.降水中水分再循环示意图。 图2.（a）研究区域位置（b）研究区域内2000年至2023年归一化植被指数（NDVI）的时间变化模式（c）采样点详细视图，包括草地、灌丛和林地。研究方法：同位素示踪与混合模...
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湿地作为全球温室气体（GHG）排放清单中的重要自然排放源，一直以来备受关注，尤其是二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）的排放。然而，现有研究大多集中于大型湖泊和开阔水域，对于广泛分布但面积较小的湿地系统，特别是其生态敏感的沿岸区，仍缺乏系统性的长期观测与评估。近年来的研究显示，小型湿地单位面积的碳排放强度可能远高于预期，特别是在湿地沿岸带，频繁的水位波动、旺盛的植被，以及复杂的土壤‑水体‑大气界面过程，可能形成显著的CO₂和CH₄排放通道。尽管如此，目前针对该区域生长季节碳通量的连续观测仍显不足，其排放动态、环境因子的驱动机制及其在温室气体清单中的代表性尚未得到充分明确。在此背景下，安徽建筑大学聂玮老师的团队以安徽建筑大学南校区的小型湿地为研究对象，研究了沿岸区温室气体排放的时空变化及其环境驱动因素，相关研究成果发表于《Marine and Freshwater Research》期刊。该团队通过高频连续监测技术，成功测量了小湿地沿岸区的CO₂和CH₄排放，揭示了温室气体排放在生长季节内的动态变化，明确了环境因子（如气温、土壤温度、风速、土壤pH等）如何影响排放速率。此研究为进一步理解小湿地在全球碳循环中的潜在贡献，以及湿地在气候变化背景下的作用提供了重要的科学依据。 图1.研究地点和试验地块示意图研究方法：高频监测捕捉排放动态研究区域：研究团队在安徽建筑大学南校区建立了一个实验性小...
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桉树因其生长快、适应性强，成为全球重要的经济树种。然而，在植物生长过程中，缺水对它们的生长、生产力和质量产生很大的负面影响。传统的监测方法多依赖于NDVI、PRI等植被指数，或通过测量生物量、株高等生理指标进行评估。这些方法要么灵敏度不足，在早期胁迫阶段难以检测；要么特异性有限，无法区分水分胁迫与其他非生物胁迫。近年来，高光谱成像技术的快速发展为植物胁迫的早期监测提供了新的可能性。与传统多光谱技术不同，高光谱成像可以获取连续波长范围内的详细光谱信息，从而捕捉植物生理的细微变化。基于这一技术，智利康塞普西翁大学的研究团队在《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》期刊上发表了相关研究。研究人员利用VIS-NIR高光谱成像技术，结合化学计量学方法，深入探讨了桉树在水分亏缺胁迫下的生理响应。结果显示，高光谱成像能够精确区分不同胁迫水平，特别是在水分亏缺严重时，能有效反映植物的胁迫响应。这项研究为水分亏缺的早期检测提供了新技术，对精准森林管理和抗旱品种选育具有重要意义。 图1.样品和HSI数据采集（A）和HSI数据的化学计量学分析（B）。实验方法实验设计：选取4种具有经济价值的桉树基因型（包括2个E. globulus和2个E. gloni杂交品种），每个基因型包含40株树苗，共计160株。 实...
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研究背景：干旱威胁下的农业挑战在全球农业面临干旱压力日益增大的背景下，提高水分和氮素的利用效率成为确保农业可持续发展的关键。中国黄土高原作为典型的半干旱农业生态系统，水资源短缺和土壤质量问题尤为突出。为应对这一挑战，近年来，塑料薄膜覆盖技术广泛应用于农业生产，尤其是白膜覆盖，通过调节土壤温度和水分管理，有效缓解了干旱对作物生长的负面影响。然而，传统的氮肥管理方式往往未能与膜覆盖技术的效果相匹配，导致肥料利用率低下和环境污染风险的增加。基于此，兰州大学研究团队在权威期刊《Agricultural Water Management》上发表了最新研究成果。该研究以饲用玉米为研究对象，通过为期两年的田间试验，深入探讨了不同膜覆盖方式与氮肥施用策略对土壤水热条件、水分生产力、氮素利用效率以及饲用玉米产量的影响。研究提出了一种适合干旱区的协同增效管理模式：结合白膜覆盖和控释尿素，不仅显著提高了饲用玉米产量，还在提升水分和氮肥利用效率方面取得了显著成效。表1. 试验点0-60 cm土层土壤理化性质。 实验方法：两年田间试验研究团队在甘肃庆阳的黄土高原农业生态站进行了为期两年（2022–2023）的田间试验，设置了不同地膜覆盖和氮肥处理的组合：l 地膜类型：白膜、黑膜、无膜；l 氮肥类型与用量：常规尿素（270 kg/ha，习惯用量）；优化尿素（200 kg/ha）；控释尿素（170 kg/ha ...
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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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一粒种子的“身份密码”，不仅藏在颜色与形状中，更隐藏在肉眼看不见的光谱里。想象一下，未来人们只需用一台设备扫描种子，就能立刻识别出其品种、纯度甚至健康状况——这不再是科幻场景，而是正在成为现实。近日，德国马丁路德·哈勒维腾贝格大学在《scientific data》上的发表了一项研究，研究公布了一个名为BiSID-5k的双模式种子图像数据集，它结合了RGB图像与高光谱成像技术，为AI种子识别提供了前所未有的高质量数据资源。 图1. BiSID-5 k B24采集和制备管道概述。研究背景：种子识别的重要性与挑战在农业生产中，种子纯度对作物产量与品质至关重要。根据国际种子检验协会规定，许多国家对种子批次有严格的认证要求。为满足合规要求，相关任务通常依赖于人工逐粒识别，这项工作耗时耗力、极度依赖经验，尤其在种子外形相似、颜色多变时，人眼识别容易出错。近年来，基于深度学习的图像分类技术在多领域取得突破，但其成功高度依赖大规模标注数据集。在农业种子识别领域，高质量、大规模的光谱图像数据集仍十分稀缺。现有数据集往往样本有限，或仅包含可见光图像，难以支撑复杂模型的训练与应用。研究方法：构建双模式种子图像数据库样本选择：选取10种欧洲油菜田常见杂草种子，每种500粒，共计5000粒种子；成像系统：使用自制种子托盘，通过半自动传送系统，使用两个同步光谱仪同时采集：l RGB图像：采用高质量...
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在干旱区，湿地作为沙漠绿洲的重要组成部分，扮演着水源保护、生态修复、气候调节和生物多样性维持的关键角色。然而，随着人类活动和气候变化的影响，干旱区湿地的环境恶化对生态平衡造成了威胁。尤其是人工湿地，虽然在水资源管理和生态恢复中起到了重要作用，但其水消耗模式仍未被充分了解。近期，西北师范大学的研究团队在《Agricultural Water Management》期刊上发表了一项引人关注的研究。他们在张掖国家湿地公园开展了一项水源追踪实验，借助稳定同位素技术揭示了干旱区人工湿地树木的水分利用机制。研究发现，作为优势树种的柳树，其在生长期的耗水量达到当地雨季降水量的3倍，并且高度依赖人工补给的水资源。那么，究竟是怎样的水分利用模式导致了这一现象？下面，我们就通过这项研究来解读其背后的水源利用特征。 图1.研究区域和采样点位置。用“同位素指纹”追踪水分来源研究团队在中国西北部的张掖国家湿地公园进行实验，选取该地区的优势树种——柳树，作为研究对象，在生长季（5-10月）系统采集了所有可能的水源样本，包括：l 树木本身：采集柳树的木质部水分；l 所有潜在水源：同步收集当地的降水、地下水、地表水以及不同深度的土壤水；l 环境数据：监测气象数据（如温度、湿度）并测定土壤含水量；在该研究中，研究人员采用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（北京理加联合科技有限公司），对土壤水进行高效、精准提取。能...
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在全球变化背景下，大气氮沉降持续增加。氮，既是植物生长的重要养分，也可能悄然改变地下生态系统的运行方式。在土壤碳循环中，丛枝菌根真菌（AMF）长期被认为是连接植物与土壤的重要“桥梁”。然而，它们自身的呼吸作用——尤其是菌丝呼吸，在多大程度上参与土壤碳释放？又会如何响应不断增加的氮输入？一直缺乏直接证据。基于此，来自中国科学院地理科学与资源研究所牛书丽老师团队在青藏高原高山草甸开展了长期田间实验，研究了氮添加对AMF菌丝呼吸作用的影响。其相关研究刊发在《Functional Ecology》。该团队通过微孔网格排除法，成功分离并定量了AMF菌丝的呼吸作用，揭示了AMF菌丝呼吸对氮添加的阈值效应，明确了氮添加如何在超过一定阈值后显著抑制AMF的呼吸作用，从而为进一步理解氮沉降对草甸生态系统碳排放的潜在影响提供了科学依据。 图1.施氮样地的试验设计。研究方法 研究在四川若尔盖高寒草甸设置了6 个氮添加水平（0、2、4、8、16、32 g N·m-²·year-¹），模拟从当前背景到未来潜在高氮情景。通过微孔筛网排除法，研究人员将：土壤总呼吸异养呼吸AMF 菌丝呼吸进行分离与定量，并同步监测植物群落、土壤理化性质及 AMF 群落结构。为避免装置扰动带来的误差，所有菌丝呼吸测量均在装置安装 2 年后 才正式开展，确保数据稳定可靠。2022年5月至9月生...
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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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塔里木河下游的荒漠河岸林是维护绿洲生态安全的天然屏障。胡杨作为这里的代表性树种，其生存与水资源获取能力直接相关。受气候变化与人类活动影响，该地区长期面临地表水匮乏与地下水位下降的双重压力，导致胡杨林大面积退化，生态功能减弱，甚至加剧了沙尘天气。生态输水工程实施后，下游胡杨群落得以逐步恢复，但对生态输水如何改变塔里木河下游的用水模式仍缺乏明确的认识。近日，新疆师范大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表的一项新研究，该研究采用氢氧稳定同位素技术，结合MixSIAR模型，分析了塔里木河下游不同年龄胡杨在生态输水条件下的水分来源变化，旨在为该区域荒漠河岸林的生态恢复提供理论支持。 图1. 研究区域的概述。研究方法：同位素+模型，科学还原“吸水路径”研究区位于塔里木河下游昆阿斯特和英苏两个典型河段，在不同距河距离布设 6 个样地，采集：· 48 株不同年龄胡杨（幼龄、中龄、成熟）· 分层土壤水（0–200 cm）· 地下水· 河水（输水期）· 胡杨木质部水并分别在：· 生态输水期（2023 年 9 月）· 非输水期（2024 年 7 月）同步开展采样。在该研究中，研究人员采用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（北京理加联合科技有限公司），对植物水及土壤水进行高效、精准提取。能够在确保同位素不发生分...
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