耕地“非粮化”、土地撂荒，除了威胁粮食安全，它会不会还在我们看不见的地方，悄悄“偷走”宝贵的水资源？在干旱少雨的黄土高原，每一滴降水都弥足珍贵，它们不仅要滋养广袤的农田，还要托举脆弱的生态系统。一项发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》上的最新研究，利用“水的指纹”——稳定同位素技术，为我们揭开了这场无声水战背后的奥秘。研究团队基于2023年4–11月的连续野外观测，利用稳定同位素精细追踪土壤水分的蒸发、入渗与储存过程，系统揭示了黄土高原农田水分运移的关键机制，为非粮化治理与区域农业水资源管理提供了科学依据。研究区与方法：连续 7 个月的高分辨率观测研究在黄土高原东部（山西太原）选择了两块相邻的、条件相似的实验地：Ø 典型粮田：种植玉米；Ø 非粮农田：完全撂荒，无作物生长； 图1. 采样点的空间分布及研究区域位置研究团队每日在 0–100 cm 剖面采集土壤样品，并同步监测 40 场降水事件的氢氧同位素组成，构建时间连续的水分动态数据。在样品分析环节，研究采用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）对土壤样品进行水分提取，提取温度设定为180°C，真空度控制在1200 Pa，持续提取150 min。该流程确保了样品中水分提取完全，且有效避免了同位素分馏效应。对于提取后的所有水样，均...
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传统监测遇瓶颈，无损检测破局而出！在环境工程和生物技术等领域，蓝藻作为一种宝贵的资源，可用于生产生物塑料、色素和生物燃料等。然而，在培养过程中，如何实时、准确地监测蓝藻的生物量浓度，一直是个棘手的难题。传统方法，如干重测定和细胞计数，虽然精准但耗时耗力，且需要破坏性取样，容易导致污染。而光密度（OD750）或浊度等间接方法虽然快速，但易受培养物生理状态影响，准确性和稳定性不足。AI × 高光谱：一次跨学科的突破尝试最近，一项发表在《Bioresource Technology》（影响因子 9.0）上的研究带来了突破。一个由西班牙AIMEN技术中心和加泰罗尼亚理工大学组成的团队，首次将人工智能（AI）与高光谱成像（Hyperspectral Imaging, HSI）深度融合，构建出一套能够在蓝藻培养过程中实现非破坏性、实时生物量预测的智能系统。这意味着，科研人员只需拍一张“光谱照片”，AI 就能告诉你——蓝藻现在的浓度是多少、增长趋势如何，甚至能提前预判培养状态的变化。 图1.研究框架。数据驱动，智能解析：高光谱AI精准锁定生物量特征研究团队使用三种蓝藻生物群落（Synechocystis sp.）在光生物反应器中进行培养。反应器的温度、光照和pH值严格控制，确保培养条件稳定。在蓝藻生长的不同阶段，研究人员定期从反应器中同步取样：· 一份用于 VSS（Volat...
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在全球碳循环的宏大网络中，草原是沉默却关键的“碳仓”。它覆盖了地球陆地面积的三分之一，储存着约34%的陆地有机碳，对维持气候稳定、生态平衡和生物多样性具有不可替代的作用。然而，随着放牧压力的不断增加，这一“碳仓”正面临被重新塑造的风险。在我国北方地区，放牧是草原利用的主要方式。适度放牧可以促进牧草更新、提高土壤养分循环效率，被视为维持草原生态系统活力的重要手段。但另一方面，过度放牧会导致植被退化、土壤板结、碳储量下降，甚至触发荒漠化过程。最近，一项发表在《Journal of Environmental Management》上的研究，以内蒙古的希拉穆仁草原为对象，通过长期的野外实验，深入揭示了不同放牧强度如何像一只“无形的手”，影响着地上的植被和地下的碳循环。 图1.研究框架研究方法：一场持续六年的放牧强度实验实验设计：从2018年起至采样年份，每年5月1日至10月31日进行连续放牧。CK（对照组）：完全不放牧，让草地自然恢复；LG（轻度放牧）：每公顷每月1.5只羊；MG（中度放牧）：每公顷每月3.0只羊；HG（重度放牧）：每公顷每月4.5只羊；采样区设置：每个放牧强度样地选择九个采样点，设置0.5 m × 0.5 m的样方测定植被盖度；监测方法：采集不同深度（0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm）的土壤样本，分析土壤容重、孔隙度、含水量、土壤酶活性及氮、...
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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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研究背景：深层土壤水与果树生理的隐秘联系在干旱与半干旱地区，水分利用机制是生态学与农业水文学的核心问题。黄土高原植物主要依赖土壤水生存，但气候变化下如何在干湿交替中调节吸水深度、维持光合作用与蒸腾平衡仍不清楚。以往研究多集中于浅层土壤，而深根植物的深层取水机制及其与生理过程的耦合关系仍缺乏定量证据。同时，大规模植被恢复虽改善生态，却导致深层土壤水亏损，亟需深入研究以指导水资源与生态管理。近日，西北农林科技大学团队在 Journal of Hydrology发表研究成果，揭示了苹果树在不同气候条件下的水分吸收策略与生理特性的耦合关系。（图1.研究点图及采样点的空间分布。F、A16和A22分别代表农田、树龄16年和22年的苹果园。）为什么要选择“苹果树”？1.苹果树是典型的深根型经济林代表：成熟苹果树根系可深入10–20 m，是典型的深层取水植物；2.广泛分布、区域代表性强：苹果是黄土高原最主要的经济作物之一，种植面积巨大，对区域水循环与土壤水平衡有显著影响；3.兼具生态与经济双重意义：苹果种植不仅支撑当地经济，也是生态修复的重要组成部分。（图2.2022年5月，不同土地利用类型下（A16、A22及F）20 m深度土壤剖面的土壤含水量（a）；2022–2023年生长季期间的月总降水量（b）以及A16（c）和A22（d）下5–10月的月平均土壤含水量。）研究地点研究在陕西省咸阳市长武县黄...
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餐桌上一撮看似纯净的海盐，可能暗暗“夹带”着来自海洋的微塑料。近年来，微塑料污染已被联合国和世界经济论坛列为全球最严重的环境威胁之一。它们来源于日常塑料制品，在海洋风浪、阳光和时间的作用下逐渐破碎，成为小于 5 毫米甚至 1 微米的颗粒，肉眼几乎看不见，却悄悄进入了鱼类、贝类甚至盐中。科学家们正在寻找新的方法，揭开这些“隐形污染物”的面纱。 研究地点：海盐是天然“污染指示器”西班牙格拉纳达大学团队 地中海沿岸盐田（Almería）和格拉纳达内陆盐田开展研究，采集了 232 个盐样。· 内陆盐田：以地下卤水为来源，较少受海洋微塑料影响，被视为对照组。· 沿海盐田：直接暴露于海洋环境，更能反映真实的污染状况。样品既包括常见的普通海盐，也包括在法国部分地区罕见且昂贵的海盐“盐之花（Fleur de Sel）”。为什么选择盐？因为盐田蒸发过程会“浓缩”水中的颗粒，使海盐成为微塑料污染的天然指示物。图 1. 台式扫描系统，配备Resonon高光谱成像仪和一些盐样品，在图像采集过程之前对其进行保护，以防止外部污染。（1）Resonon PikaIR +高光谱成像仪；（2）卤素灯；（3）放置白色参考的线性平台；（4）盐样品；（5）电脑。研究方法：高光谱成像 × 机器学习传统检测方法需要复杂的化学预处理，而这次团队采用了绿色、无损的新方法：1 Resono...
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研究背景：从餐桌到碳循环，牡蛎的双重身份气候变化与海洋酸化正成为人类面临的重大挑战。作为全球海洋养殖的主力军，牡蛎、贻贝和蛤等双壳贝类，不仅为人类提供了优质蛋白，也减少了对耕地和淡水资源的依赖。以牡蛎为例，它在碳收支问题上的角色一直颇具争议：一方面，牡蛎壳能长期储存碳，被誉为“蓝色碳库”；另一方面，牡蛎壳钙化过程中会释放CO₂，可能加剧酸化。 图1.研究地点和围格系统为什么是牡蛎？牡蛎不仅是全球海水养殖的重要品种，还能通过滤食作用改变水体生态过程：它们会过滤海水中的浮游植物，促进有机碳的形成与沉降；在生长过程中，牡蛎贝壳和组织能储存碳元素；这种“生物泵”效应可降低表层海水中CO₂的分压，增强大气–海水界面的CO₂吸收潜力，从而在一定程度上缓解局部海水酸化。过去，人们争论：牡蛎养殖到底是碳汇还是碳源？答案直到最近才更加清晰。 图2.牡蛎养殖生态系统环境参数的时间变化规律最新发现：牡蛎养殖是碳去除热点2025年9月，《PNAS》刊发了中国科研团队的重要研究成果：牡蛎养殖驱动的有机碳生产和沉降，封存的碳是牡蛎壳中碳的2.39倍；养殖场整体表现为净碳汇，同时提高了海水pH，有助于缓解海洋酸化；牡蛎养殖兼具粮食安全与气候减缓的双重价值，堪称可规模化推广的自然解决方案（Nature-based Solution）。此项研究成果不仅为终结贝类碳汇争议提供科学依据，更为推动养殖贝类纳入蓝碳框架及全...
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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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在地球的水循环中，土壤水就像“中枢神经”，连接着大气、植被和水文过程。气候变化加剧干旱，土壤缺水成了生态系统的“紧箍咒”。在喀斯特山区，浅薄的土层和复杂的地貌，让水分变化更为“变幻莫测”，这给植被恢复和水资源管理带来巨大挑战。那么，坡地上的土壤水分到底是谁在操控？是天上的雨，还是地上的植物？01 研究背景：喀斯特——天然的水文实验室喀斯特地区土层浅薄、裂隙发育，是研究复杂坡地水文过程的理想场所。已有研究关注过地形和土壤厚度等因素，但降雨特征与植被类型如何共同作用于土壤水分和产流机制，一直没有明确答案。（图1.（a）研究区和（b）中国西南部贵州省关岭喀斯特生态系统观测研究站观测点的位置。（c）花生、花椒和弃耕地土壤水分传感器和土壤水分同位素采样点示意图。红色数字表示土壤水分传感器的安装位置，蓝色数字表示土壤水同位素样品的采集点。）02 实验设计：同位素追踪水的“身份证”研究团队在贵州关岭喀斯特生态系统观测站，选取了同一坡面上的三个样地：· 花生地（PN）—— 高覆盖度农田· 花椒地（ZB）—— 乔木型经济林· 弃耕地（AL）—— 裸露度高、植被稀疏通过连续两年的观测，团队监测了土壤水分含量、稳定同位素（δ²H、δ¹⁸O）组成以及地表径流。同位素就像水的“指纹”，帮助我们分辨径流是来自新下的雨，还是土壤里存的“旧水”。样品水分提取采用了...
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美国宇航局的 Arcstone 月球校准仪器于2025年6月23日太平洋时间下午2:25，从加利福尼亚州范登堡太空基地搭载SpaceX的Transporter-14拼车任务升空。（图1. Arcstone的搭建。图片来源：NASA官网）01 为什么要做“月球校准”？在太空遥感领域，数据的准确性和可溯源性至关重要。无论是监测全球气候变化、追踪极端天气，还是支持农业、海洋和城市发展决策，卫星数据的可信度决定了科研与产业的价值。然而，卫星在轨运行过程中，长期暴露于复杂的空间环境，容易出现光学衰减、探测器漂移等问题。如果缺乏统一的在轨校准标准，观测数据会逐渐偏离真实值，甚至导致跨任务、跨平台数据之间存在系统性误差。月球——作为地球大气层之外的稳定光源，被认为是最理想的“天然标尺”。但直到现在，人类还缺少一套专门在太空环境下获得的高精度月球反射率数据。这一空白，正是NASA Arcstone任务要填补的。（图2. 美国宇航局Arcstone仪器在轨收集月球反射率测量数据的艺术渲染图。图片来源：NAES官网）02 Arcstone 的使命Arcstone是全球首颗专注于月球反射率高精度测量的立方星。它的主要目标包括：· 建立高精度月球反射率模型，成为全球遥感校准的统一标准；· 减少在轨校准复杂度，让未来卫星任务无需繁琐的 onboard 校准器；· 提升数据质量与...
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