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森林約占全球土壤碳庫的70%，是調(diào)節(jié)大氣CO2濃度的關(guān)鍵因素。濕地作為陸地和水生系統(tǒng)的過渡區(qū)，通常地下水位接近地表。全球變暖導(dǎo)致北方低地森林被濕地取代，造成景觀破碎化，并可能改變碳通量。土壤CO2通量占大氣碳的20-38%，其主要來源是土壤呼吸，包括自養(yǎng)和異養(yǎng)呼吸。異養(yǎng)呼吸受溫度、濕度和溶解有機物（DOM）影響。低分子量化合物（LMW）更易降解，促進微生物活動和土壤呼吸。解凍期雨雪事件可將DOM輸送至濕地，影響土壤CO2通量。本研究假設(shè)，解凍期森林濕地集水區(qū)的土壤CO2通量受DOM運動的影響，目標是分析CO2通量變化，確定DOM的影響， 并探索微生物在其中的作用。圖們江位于中國、朝鮮和俄羅斯的交界處，最終流入日本海，地處中高緯度地區(qū)，范圍為北緯41.99°到44.51°（圖1(a)）。布爾哈通河是圖們江的重要支流，其上游流域面積為1560平方公里。該流域以山地森林為主，森林、農(nóng)田和濕地的覆蓋率分別為81.7%、12.0%和2.0%（圖1(b)）。主要植被為蒙古櫟、白樺、紅松和苔草，分別分布在混交林和濕地中。土壤類型包括壤土、粉質(zhì)黏壤土和黏土，深度分別為0–11、11–34和34–64厘米。水東森林濕地流域（SFWC）是布爾哈通河流域的一個子流域，面積為0.98平方公里，其中森林、農(nóng)田和濕地面積比例分別為93.1%、0.7%和2.2%。此外，高地森林匯聚形成一條流經(jīng)下游濕地的溪流。因此，該流域為研究融化期間森林濕地內(nèi)DOM運動對土壤CO2通量變化特征的影響提供了一個理想的天然實驗室（圖1(c)）。圖 1. 圖們江流域地理位置（TRB，a）及BRW主要土地利用分布（b）。森林濕地流域內(nèi)現(xiàn)場站點（▲）、土壤呼吸站點（●）、水體采樣站點（▲）的空間分布及相應(yīng)的場景圖片（c）。上游水和下游水分別是流入濕地的上游水和流出濕地的下游水的簡稱。本研究使用便攜式...
發(fā)布時間: 2024 - 12 - 02
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冷害是造成作物嚴重損失和不可逆轉(zhuǎn)傷害的災(zāi)害之一。為避免產(chǎn)量損失，可利用高通量表型選擇耐寒脅迫的作物品種。如今，無損光譜圖像分析已成為一種有效方法，并已廣泛應(yīng)用于高通量表型分析中，反映出植物結(jié)構(gòu)組成，生長發(fā)育過程中的生理，生化特性和特征。本研究利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）模型提取可見-近紅外范圍的特征光譜估計玉米幼苗的冷害。文中以五個品種的冷處理玉米幼苗的高光譜圖像為研究對象。光譜范圍為450-885 nm。高斯低通濾波和Savitzky-Golay平滑方法結(jié)合一階導(dǎo)數(shù)進行光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理。從每種玉米幼苗選定的感興趣區(qū)域獲取3600個像素樣本用于CNN建模。CNN模型建立后，從高光譜圖像中提取400個像素樣本作為每個品種的測試集。最后，通過分析分類準確度和計算效率確定一個CNN模型。CNN檢測到的不同類型的玉米幼苗的冷害水平分別為W22 (41.8 %)，BxM (35%)， B73 (25.6%)，PH207 (20%)， Mo17 (14%)，與化學(xué)方法的結(jié)果高度相關(guān)。兩種方法檢測結(jié)果的相關(guān)系數(shù)為0.8219。因此，研究證明基于CNN建模的光譜分析可以為玉米幼苗冷害監(jiān)測提供參考。高光譜成像采集利用推掃式高光譜相機（PIKA II，Resonon）成像系統(tǒng)的整個結(jié)構(gòu)感興趣區(qū)域樣本數(shù)據(jù)選擇程序樣本的3D光譜分布CNN和化學(xué)方法結(jié)果的比較結(jié)論自卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)...
發(fā)布時間: 2020 - 08 - 13
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【摘要】氫氧穩(wěn)定同位素可用于追蹤土壤水分的運移。盡管我們對土壤剖面滲透的水的追蹤及其在徑流和地下水補給中運移過程的研究已經(jīng)很完善了，但土壤水的運動也包括蒸發(fā)分餾。迄今為止，土壤水的分餾因子主要是基于經(jīng)驗性的。與開放型水分蒸發(fā)（溫度，濕度，蒸氣壓梯度定義的分餾）不同的是，土壤水蒸發(fā)包括土壤基質(zhì)效應(yīng)的分餾。我們對這些效應(yīng)特征的理解仍然很差。在這里，我們使用ABB LGR的水汽同位素分析儀（IWA-45-EP）提供了一個初步結(jié)果，實驗使用了4種土壤混合物，粒度從砂粒到粉粒和黏粒。結(jié)果表明土壤張力可能控制著土壤水分的同位素分餾。土壤張力與平衡分餾的關(guān)系與土壤質(zhì)地?zé)o關(guān)，且得到熱力學(xué)理論的充分支持。雖然結(jié)果是初步的，認為未來的工作應(yīng)該關(guān)注作為土壤水和水蒸氣分餾可能解釋因素的土壤張力的影響。插圖（a）顯示了4種添加土壤混合體的水分釋放曲線。在萎蔫點到吸著水范圍內(nèi)，2個石英砂樣品的重量含水量保持在0.05 g/g。但在同一范圍內(nèi)，粉砂的重量含水量高達0.15 g/g。在毛細管水范圍內(nèi)，黏土的最高重量含水量可達0.2 g/g。土壤張力為106 hpa時，砂土樣品I和II的重量含水量分別為0.01和0.005 g/g。在相同的土壤張力下，粉砂的重量含水量為0.05 g/g。重量含水量在0.05和0.005 g/g的粘質(zhì)土在105 hpa以上獲得了更多的數(shù)據(jù)點。（b）圖表明平衡分餾因子（aP/Q）與土壤...
發(fā)布時間: 2020 - 07 - 30
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有害藍藻（cyanoHABs）通常生長在世界各地的水生環(huán)境中，包括北美五大湖的淡水湖。營養(yǎng)物質(zhì)豐富或過量（例如N和P）的水體可以支持藍藻的快速生長。除此之外，水溫，風(fēng)，浪和水流都會影響水華的形成和垂直分布。一些藍藻會產(chǎn)生有毒化合物從而危害動物和人類健康。因此對有害藻華的預(yù)先監(jiān)測顯得尤為重要?！菊坷妹绹娇蘸教炀郑∟ASA）格倫研究中心開發(fā)的高光譜成像系統(tǒng)于2015年至2017年在伊利湖和俄亥俄河采集高空間分辨率數(shù)據(jù)。配合密歇根理工學(xué)院實施的替代校正方法，將HSI系統(tǒng)采集的輻亮度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的反射率數(shù)據(jù)，并使用現(xiàn)有算法實時監(jiān)測有害藻華。替代校正方法依賴于成像光譜恒定的目標以歸一化大氣和儀器校準信號的高光譜數(shù)據(jù)。對伊利湖西部盆地附近的一個大型瀝青停車場進行光譜特征分析，確定為一個合適的校正目標。機載HIS可以提供對水質(zhì)狀況的獨特見解。飛機可以在云層下運行，并且可以根據(jù)需要選擇和更改飛行路線，這比基于空間平臺的靈活性更大。HIS能以較高的空間分辨率（~1 m）采集數(shù)據(jù)，從而可以監(jiān)測小型水體，檢測小塊的表面浮渣，以及監(jiān)測水華與感興趣目標（例如進水口）的接近程度。借助這種新的快速周轉(zhuǎn)時間，機載數(shù)據(jù)可以作為現(xiàn)有衛(wèi)星平臺的補充監(jiān)測工具，針對關(guān)鍵區(qū)域并按需響應(yīng)水華事件。2015年NASA GRC HIS停車場反射率。粗紅線表示ASD FieldSpec III的原位反射率。校正前，HIS...
發(fā)布時間: 2020 - 07 - 30
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雪反照率可用于估算雪崩，美國國家航空航天局機載降雪觀測臺將其與激光雷達聯(lián)合用于測量雪深。反照率（或“白度”）是單位時間，單位面積上各方向出射的總輻射能量與入射的總輻射能量之比，其測量范圍從0（對應(yīng)于吸收所有入射輻射的黑體）到1（對應(yīng)于反射所有入射輻射體）。根據(jù)Wikipedia的說法“雪反照率變化很大，可以從0.9（剛落下的雪）到0.4（融化的雪）到0.2（臟雪）。南極洲平均雪反照率略高于0.8。如果積雪區(qū)域邊緣變暖，雪易于融化，會降低反照率，因此積雪吸收了更多的輻射導(dǎo)致了更多的融雪?！痹谒降奈恼轮小癟he Airborne Snow Observatory: Fusion of scanning lidar, imaging spectrometer, and physically-based modeling for mapping snow water equivalent and snow albedo”特別提到了ITRES CASI在測量雪反照率上的重要性?！菊吭谑澜缭S多山區(qū)，積雪覆蓋和融化主導(dǎo)著區(qū)域氣候和水資源。山區(qū)的融雪時間和量級主要受太陽輻射的吸收和雪水當(dāng)量（SWE）的分布控制，但是即使在全球儀器設(shè)備最完善的山區(qū)，對其了解和認識仍不充分。本研究中我們描述并介紹了機載降雪觀測臺（ASO）的結(jié)果，它耦合了成像光譜儀，掃描激光雷達以及積雪分布模型以測定積雪光譜反照率...
發(fā)布時間: 2020 - 07 - 30
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【基本原理】硝酸鹽水溶液（NO3?）的氮氧穩(wěn)定同位素組成（δ15N，δ18O，δ17O）以及亞硝酸鹽（NO2?）的δ15N值是土壤、雨水、地表水、地下水以及海水養(yǎng)分來源和動態(tài)變化的重要示蹤劑。硝酸鹽同位素還用于評估水生生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)N的能力以及通過地下細菌反硝化等過程修復(fù)被硝酸鹽污染的含水層。用疊氮化鎘還原法將NO3?或NO2?轉(zhuǎn)為N2O，用N2O激光光譜法進行N和O同位素分析。將激光頂空同位素分析法與同位素比質(zhì)譜法進行比較。激光法可直接測量17O異常，有助于追蹤大氣N來源?；诖?，在所附的文章中“N and O isotope (δ15Nα，δ15Nβ，δ18O，δ17O) analyses of dissolved NO3? and NO2? by the Cd‐azide reduction method and N2O laser spectrometry”，國際原子能機構(gòu)（IAEA）同位素水文學(xué)實驗室主任Leonard I. Wassenaar及其團隊利用N2O同位素分析儀（N2OIA‐23e‐EP Model 914‐0060；Los Gatos Research，Mountain View，CA，USA）開展了相關(guān)實驗。【方法】用疊氮化鎘法和頂空N2O激光光譜法將其轉(zhuǎn)化為N2O，在N/O穩(wěn)定同位素標準物（IAEA，USGS）上測量δ15N，δ18O，δ17O。15N示蹤...
發(fā)布時間: 2020 - 07 - 30
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北極苔原位于北半球，是多風(fēng)無樹的平原。因其溫度低，生長季短，在冬季土壤下層（向下25-90 cm）被永久凍結(jié)（“多年凍土層”），阻礙了樹木的生長。在夏季，多年凍土層融化僅足夠用于植物的生長和繁殖，由于下層土壤凍結(jié)，水分無法下沉并形成湖泊和沼澤。苔原凍土地區(qū)占世界土壤結(jié)合碳的很大一部分（是當(dāng)今大氣中碳的1.5倍），湖泊和濕地中植被腐爛會產(chǎn)生CH4。過去幾十年，人們認為北極苔原是碳匯，因為它可以通過光合作用捕獲大氣中大量的CO2，而如今受氣候變化的影響，它已經(jīng)成為重要的碳源，將溫室氣體釋放到大氣中。因此，對環(huán)境科學(xué)家而言，理解該生態(tài)系統(tǒng)中季節(jié)，植被，氣候因子對CH4排放的影響至關(guān)重要。大量研究表明，由于多年凍土層的季節(jié)性融化，在北極地區(qū)夏季CH4從大量不穩(wěn)定有機質(zhì)中排放。然而，很少有研究去理解秋季，冬季和春季（代表了北極地區(qū)一年中的70-80%）的CH4排放現(xiàn)象。以往的幾個研究表明秋季甲烷通量高，而春冬季節(jié)無甲烷通量。在所附的文章中“ Cold season emissions dominate the Arctic tundra methane budget”，一組國際跨學(xué)科的科學(xué)家們報道了全年CH4排放，包括從沿著阿拉斯加北坡300公里緯度樣帶上的5個阿拉斯加北極苔原渦度協(xié)方差（EC）站點測得的通量數(shù)據(jù)，旨在理解CH4通量的季節(jié)性變化。此項目中，EC塔上安裝了開路分析儀和閉路LGR...
發(fā)布時間: 2020 - 07 - 30
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近端成像遙感技術(shù)可根據(jù)特定的外部反射特征對生物體進行表征和特征描述。這些成像技術(shù)引起了人們的關(guān)注，并廣泛應(yīng)用于植物和動物的生態(tài)、系統(tǒng)、進化以及生理研究中。然而，重要的因子可能會影響質(zhì)量和體反射率特征的一致性，從而影響這些技術(shù)作為非侵入式表型和特征的部分能力。我們從3種昆蟲中獲得了高光譜體反射率，并研究了制備程序和保存時間如何影響反射率對性別，來源和年齡響應(yīng)的能力。輻射光譜的不同部分對制備程序和保存時間的敏感性差異很大?；?個昆蟲物種的研究，我們成功確定了特定的輻射區(qū)域，基于以下兩個方面，表型形狀變得更加明顯：（1）用蒸餾水輕輕清洗博物館標本，或（2）用70%的乙醇殺死并保存昆蟲標本。殺死和保存程序的標準化將極大地提高近端成像遙感技術(shù)在表征和研究無脊椎動物生態(tài)和進化上的能力?！静牧稀?3個葉蟬標本（41個雌性和42個雄性）（半翅目：葉蟬科），來源于西北農(nóng)林科技大學(xué)昆蟲博物館。獲取所有標本清潔前后的高光譜圖像。新捕獲的實驗室飼養(yǎng)的西花薊馬標本，最初是2007從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所溫室中甜瓜上采集的。新捕獲的褐飛虱標本（半翅目：飛虱科）來自浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院稻田的實驗室飼養(yǎng)群體?！竟庾V成像】在標本上方20厘米安裝推掃式高光譜相機（PIKA XC，Resonon），并在人工照明下以50 px/mm2的空間分辨率采集光譜圖像。蒸餾水清洗前后葉蟬雄性和雌性代表圖像（a）。在波長435-...
發(fā)布時間: 2020 - 07 - 29
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近端遙感作為昆蟲病媒中植物病原檢測的診斷工具，有兩個基本假設(shè)。首先，通過昆蟲媒介獲得植物病原體會引起昆蟲媒介的生理變化；也就是說，病原體可能只存在于非常特殊的組織或器官（如唾液腺），但它可能引起昆蟲媒介對病原體的系統(tǒng)生理變化/反應(yīng)。其次，根據(jù)體表反射特征，即使在殺死昆蟲標本，并將其儲存在70%的乙醇中以后，也能檢測到病原體對昆蟲生理學(xué)的影響。最近對后一種假設(shè)進行了調(diào)查，并證明建議將樣本儲存在70%乙醇（與50%或90%相比）中。這項研究表明，在70%乙醇中儲存長達數(shù)周的時間對昆蟲樣品反射特性的影響微乎其微。這些技術(shù)細節(jié)非常重要，因為它們強調(diào)了昆蟲標本可以在現(xiàn)場收集、儲存在70%乙醇中，并可以在進行診斷成像測試之前裝運，但是在開始廣泛試驗之前，應(yīng)評估每種昆蟲的這種效果是否可行。越來越多的學(xué)者開始研究利用近端遙感技術(shù)來檢測和診斷植物和昆蟲病媒中的病原體，這說明這種基于反射的技術(shù)可用于改進檢疫和檢驗工作以及區(qū)域作物疾病監(jiān)測。也就是說，與商業(yè)診斷實驗室目前提供的基于PCR和酶聯(lián)免疫吸附試驗的服務(wù)類似，反射的技術(shù)似乎也擁有提供此類服務(wù)的潛力，以便農(nóng)業(yè)利益相關(guān)者能夠?qū)⒗ハx樣本運送到這些實驗室，并獲得關(guān)于感染率的快速、可靠和經(jīng)濟有效的數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)是在與先前研究類似的環(huán)境條件下從單個成年甜菜葉蟬樣本中獲取的。成體樣本的年齡、性別和交配狀態(tài)未知，目的是模擬成體甜菜葉蟬在田間采樣時遇到的變異。使用安...
發(fā)布時間: 2020 - 07 - 10
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高效的N肥使用產(chǎn)出需要平衡最小的環(huán)境污染和最大的產(chǎn)量，N素使用效率是目前精準農(nóng)業(yè)中重要問題之一。于2017年6月，應(yīng)用無人機高光譜成像系統(tǒng)對八種不同氮處理的冬小麥進行了高光譜圖像采集。高光譜成像儀采用美國RESONON公司的Pika-L，波段范圍400-1000nm，系統(tǒng)集成了慣導(dǎo)測量系統(tǒng)（IMU）和穩(wěn)定云臺，可以獲得較高精度的光譜分辨率和空間分辨率的數(shù)據(jù)。同時在地面采集并獲得冬小麥的葉綠素含量（CHL）、葉面積(LAI),利用偏最小二乘法進行反演估算，(RLAI 2= 0.79, RMSELAI [m2m2] = 0.18, R2CHL = 0.77, RMSECHL [_g cm-2] = 7.02)，并采用多元線性回歸模型進行了產(chǎn)量估測（R2產(chǎn)量＝0.88，RMSEfield[dt ha-1]=4.18）。利用該模型，可以對高光譜圖像進行像素水平的預(yù)測。結(jié)果表明，在一定施氮量以上，進一步施肥不一定會繼續(xù)導(dǎo)致產(chǎn)量增加，為高光譜精準農(nóng)業(yè)研究提供了一定了理論支持。1 實驗設(shè)計試驗田位于德國西北部的奧斯納布呂克大學(xué)，包括8個處理，6個施氮水平。氮肥水平選擇在0到150 kg ha-1，如圖所示，不同顏色代表了不同的處理。圖1研究區(qū)域2 數(shù)據(jù)處理高光譜傳感器采用美國RESONON公司的PikaL,無人機系統(tǒng)采用大疆無...
發(fā)布時間: 2020 - 07 - 10
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【背景】：高光譜成像技術(shù)可以快速且無損的測量食物品質(zhì)。該研究調(diào)查了高光譜成像在400-1000 nm波段范圍預(yù)測柑橘果實內(nèi)部品質(zhì)屬性例如總可溶性固形物（TSS），pH，可滴定酸度（TA）和成熟度指數(shù)（TSS/TA）；以及外部品質(zhì)屬性，例如顏色成分（L*，a*， b*）和顏色指數(shù)（CI）的可行性?！痉椒ā浚簭膩嗰R遜州（秘魯）收集柑橘樣品（甜橙，瓦倫西亞品種），共80個無不良特征（如物理破壞，病害以及污染成分）的樣品。樣品隨機分為兩組，75%為“校正集”，其余為“預(yù)測集”，用于模型的外部驗證。利用Resonon Pika XC高光譜成像系統(tǒng)（400-1000 nm）掃描柑橘并采集圖像。利用偏最小二乘法建立預(yù)測品質(zhì)屬性的完整模型。利用回歸系數(shù)確定最優(yōu)波段，通過多元線性回歸建立簡化模型。預(yù)測的確定系數(shù)（R2p）以及預(yù)測的標準誤差（SEP）用來衡量模型的性能?！窘Y(jié)果】：內(nèi)部品質(zhì)屬性的完整模型性能較低（R2p ，SEP 50%）。外部品質(zhì)屬性的完整模型性能較高（L*：R2p = 0.898，SEP = 19%；a*：R2p = 0.952，SEP = 13%；b*：R2p = 0.922，SEP = 20%；CI：R2p = 0.972，SEP = 12%）。簡化模型與外部品質(zhì)屬性性能相似。柑橘圖像和光譜處理的主要步驟：（a）確認感興趣區(qū)域；（b）原始平均反射光譜...
發(fā)布時間: 2020 - 07 - 10
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