土壤是重要的自然資源，地球上95%的食物來(lái)源于土壤，土壤保存了至少四分之一的全球生物多樣性，不僅是糧食安全、水安全和更廣泛的生態(tài)系統安全的基礎，更是為人類(lèi)提供多種服務(wù)、幫助抵御和適應氣候變化的重要因素。由土壤組成造成的脅迫，例如鹽、重金屬和養分虧缺是作物減產(chǎn)的主要原因。作物土壤耐逆性是一種復雜性狀，涉及植物形態(tài)、代謝和基因調控網(wǎng)絡(luò )等多種遺傳和非遺傳因素的調控。傳統的作物表型研究通常在田間進(jìn)行，費事費力、勞動(dòng)密集、低通量、且受研究人員無(wú)法控制的自然環(huán)境因素的影響。在此情形下，難以獲得高精度的表型數據以滿(mǎn)足表型組學(xué)的研究需求。在過(guò)去幾十年，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了幾種HTP（高通量表型）平臺在現場(chǎng)或可控條件下使用，但其運維成本極高。此外，作物表型相關(guān)研究通常只關(guān)注植物地上部分，而對根系形態(tài)數據的獲取有限。然而，根系是植物吸收水分和養分的主要途徑，也是碳水化合物的儲存器官和土壤脅迫的直接感知器官。因此，根系表型是土壤脅迫條件下植物表型研究的重要組成部分。就通量、環(huán)境可控性和根系表型獲取而言，現有的植物表型平臺無(wú)法完全滿(mǎn)足植物對土壤脅迫響應的表型組學(xué)研究的特定需求?；诖?，在本文中，來(lái)自山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和濰坊農科院的一組研究團隊描述了其最近開(kāi)發(fā)的高通量植物栽培和表型系統—WinRoots平臺。以大豆植物為研究對象，將其暴露在鹽脅迫中，證明了土壤鹽脅迫條件的一致性和可控性以及WinRoots系統的高通...
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2022
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06
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隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )工農業(yè)現代化、城市化的發(fā)展，人為因素造成土壤重金屬污染是當今世界越來(lái)越不容忽視的環(huán)境問(wèn)題。盡管煤礦資源的開(kāi)發(fā)對社會(huì )經(jīng)濟至關(guān)重要，但其對自然環(huán)境產(chǎn)生的不利影響也是不可避免的。因此，我們有必要調查露天煤礦的土壤重金屬分布，以發(fā)現受污染的農田，提供和制定土地復墾策略以及進(jìn)一步的公共健康策略。原位土壤采樣與實(shí)驗室化學(xué)分析方法（利用高精度的原子吸收光譜法（AAS）和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS））相結合，已廣泛應用于土壤重金屬濃度的調查和制圖。然而，該方法難以獲得連續的土壤重金屬濃度制圖、耗時(shí)費力、成本高、效率低，適用范圍小，且可能會(huì )再次對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。遙感技術(shù)的發(fā)展為快速、高效、大尺度監測重金屬含量提供了新的視角。而部分所使用的高光譜傳感器存在數據質(zhì)量差、圖像連續性受限、光譜范圍窄、空間分辨率低、需要輔助環(huán)境變量、易受大氣干擾等問(wèn)題。與現有高光譜衛星傳感器相比，GF-5 AHSI高光譜成像儀的空間分辨率、光譜分辨率、光譜范圍、時(shí)間分辨率等明顯增強。然而，關(guān)于使用GF-5 AHSI高光譜影像反演土壤重金屬含量的相關(guān)研究報道較少?；诖?，在本研究中，來(lái)自西安科技大學(xué)的張波（第一作者）、郭斌（通訊作者）課題組聯(lián)合其它研究團隊針對高分5號高光譜衛星影像反演中國北部某露天煤礦區（圖1）土壤重金屬含量問(wèn)題進(jìn)行了研究。旨在（1）利用直接校正（DS）算法在實(shí)驗室測量的和GF-5 A...
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05
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追蹤生長(cháng)季和地理區域中葉片性狀的變化是理解陸地生態(tài)系統功能的關(guān)鍵。野外光譜法是原位監測葉片功能性狀的有力工具，在農業(yè)、林業(yè)和生態(tài)學(xué)中都有許多應用，例如，葉片光譜已用于表征許多葉片理化特性，預測倍體水平，估計葉齡，甚至可以預測入侵植物對凋落物分解的影響。但目前尚不清楚是否可以開(kāi)發(fā)通用統計模型來(lái)根據光譜信息預測性狀，或是否需要根據條件變化進(jìn)行重新校準。特別是，生長(cháng)季多個(gè)葉片性狀同時(shí)變化，是否可以從高光譜數據成功預測這些時(shí)間變化是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題?；诖?，為了填補研究空白，在本研究中，一組國際研究團隊利用標準實(shí)驗室方法（包括光捕獲和生長(cháng)：N（%），δ15N（‰），δ13C（‰），葉綠素，可溶性C（%）和葉片含水量（LWC）；防御和結構：每單位面積的葉片質(zhì)量（LMA g m-2）、總C（%）、半纖維素（%）、纖維素（%）、木質(zhì)素（%）、總酚類(lèi)（mg g-1）和單寧（mg g-1）；巖石衍生營(yíng)養素：P（%）、K（%）、Ca（%）、Mg（%）、Fe（μg g-1）、Mn（μg g-1）、Zn（μg g-1）和B（μg g-1））和葉片光譜（利用光譜范圍為350-2500 nm的ASD FieldSpec 3進(jìn)行測量，在350-1000 nm，采樣間隔為1.4 nm，在1000-2500 nm，采樣間隔為2 nm）追蹤了整個(gè)生長(cháng)季的變化，研究了溫帶落葉樹(shù)木多種葉片性狀和光譜特性之間的聯(lián)系。旨在...
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姜黃素是一種天然化合物，具有良好的抗炎、降血脂、抗氧化和抗癌等特性。姜黃素是從姜科、天南星科中一些植物的根莖中提取的一種二酮類(lèi)化合物。其中，姜黃中約含姜黃素3%～6%，是植物界很稀少的具有二酮結構的色素。了解栽培根莖中姜黃素的水平并確定高產(chǎn)品種非常重要。傳統上測量姜黃素是通過(guò)從新鮮根莖或干粉中將其提取出來(lái)，并使用高效液相色譜（HPLC）或紫外-可見(jiàn)分光光度法進(jìn)行分析。從植物材料中分離姜黃素費事、費力、成本高，且需要專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗室設備和有經(jīng)驗的操作人員。而高光譜成像（HSI）是一種快速且無(wú)損的技術(shù)，已成功用于土壤和農產(chǎn)品（堅果、水果和蔬菜）各種化學(xué)成分和質(zhì)量指標的評估。然而，目前尚未探索使用新鮮姜黃根莖的HIS圖像來(lái)預測姜黃素?；诖?，為了填補研究空白，在本文中，來(lái)自澳大利亞的一組研究團隊進(jìn)行了相關(guān)研究，旨在(1) 比較澳大利亞?wèn)|部不同采樣點(diǎn)3個(gè)姜黃品種（黃色、橙色和紅色）的總姜黃素濃度和不同類(lèi)姜黃素的分布；（2）評估利用可見(jiàn)-近紅外（Vis/NIR）光譜（400-1000 nm）建立的PLSR模型預測新鮮姜黃根莖中總姜黃素濃度的潛力。作者在2018年11月至2019年11月，從五個(gè)研究地點(diǎn)共收集了190個(gè)樣本，以捕捉生長(cháng)周期的變化。利用光譜范圍為400-1000 nm，光譜采樣間隔為1.3 nm，光譜分辨率為2.3 nm的Resonon Pika XC2高光譜相機獲取樣品的高光譜圖像...
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2022
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04
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土壤水分是直接影響蒸發(fā)、入滲和徑流等多種環(huán)境過(guò)程的重要因素。而且，土壤水分在農業(yè)蒸散與糧食安全、濕地退化、干旱、陸氣界面的能量交換等相關(guān)研究領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要的作用。地面測量能夠提供易于校準和長(cháng)時(shí)間連續獲取的數據，但該種方法僅針對單個(gè)小區域，難以支持空間變化研究或實(shí)地研究?；谒屯寥澜殡娞匦缘木薮蟛町?，微波遙感被廣泛應用于大空間尺度的土壤水分監測，但不適用于精準農業(yè)等多種研究。熱遙感可以根據地表溫度來(lái)估算土壤水分，但熱遙感信號不單受到土壤含水量（SMC）的影響，濕度、風(fēng)速、大氣條件等其他參數也會(huì )影響估計結果。而光學(xué)遙感由于其精細的空間分辨率和利用諸如MODIS、Landsat系列和Sentinel任務(wù)等衛星數據進(jìn)行大尺度監測潛力之間的平衡而引起了諸多關(guān)注。目前已經(jīng)提出了許多指標和模型來(lái)闡明反射率特征隨SMC的變化，并利用實(shí)驗室、實(shí)地、機載和衛星數據從窄帶和寬帶的反射率來(lái)估計SMC。這些方法/指標主要針對從飽和到風(fēng)干的各級SMC；然而，作者發(fā)現飽和到風(fēng)干的單一關(guān)系映射會(huì )導致準確估計的錯誤印象。在整個(gè)干燥過(guò)程中，光譜反射率特征和SMCs之間的回歸關(guān)系不一致導致對相對較低的SMCs估計的精度較低?；诖?，在本研究中， 來(lái)自南京大學(xué)、康奈爾大學(xué)和河南農業(yè)大學(xué)的研究團隊提出了一種分割方法以更準確的估計SWC。作者監測了代表不同土壤特性的三種土壤樣品的整個(gè)干燥過(guò)程，并通過(guò)蒸發(fā)速率變化確定其過(guò)渡點(diǎn)...
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2022
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04
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PROSDM：PROSPECT模型與光譜導數和相似性度量相結合從雙向反射率中提取葉片生化性狀的適用性葉片生化性狀為理解植物光合功能、動(dòng)態(tài)生長(cháng)、養分循環(huán)和初級生產(chǎn)提供了有價(jià)值的信息。葉片葉綠素含量（Cab）、類(lèi)胡蘿卜素含量（Cxc）、含水量（Cw）和干物質(zhì)含量（Cm）是四個(gè)重要的葉片生化性狀，與植物光合作用、氮素、脅迫和衰老等健康和生長(cháng)狀態(tài)密切相關(guān)。能夠對這些葉片生化性狀進(jìn)行高通量測量的方法對于表征植物生理狀態(tài)和關(guān)鍵功能過(guò)程至關(guān)重要。PROSPECT模型是目前最常用的葉片輻射傳輸模型之一，可從葉片定向半球反射因子（DHRF）光譜來(lái)提取葉片生化性狀，然而，在應用于葉片雙向反射因子（BRF）光譜提取葉片生化性狀方面尚待探索。葉片表面反射率和各向異性性狀的存在可能是限制PROSPECT從葉片BRF光譜評估葉片生化性狀的主要問(wèn)題?；诖?，在本研究中，研究者們提出了一個(gè)方法，整合了PROSPECT模型、光譜導數和相似性度量（SDM），稱(chēng)為PROSDM，去除了葉片BRF和DHRF光譜的差異，并從葉片BRF光譜提取了葉片生化性狀。具體目標是：（1）通過(guò)PROSPECT反演調查葉片BRF和DHRF光譜差異隨波長(cháng)的變化以及對Cab、Cxc、Cw和Cm提取的影響，（2）開(kāi)發(fā)PROSDM消除BRF和DHRF光譜差異，從葉片BRF光譜與PROSPECT和PROCOSINE以及PROCWT的比較來(lái)提取Cab、...
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【摘要】最近研究發(fā)現，在混合落葉闊葉林中，相比于葉片氮含量，葉綠素含量可以更好地指示葉片的光合能力。葉片光合能力與葉綠素含量之間關(guān)系的一個(gè)關(guān)鍵概念就是光合成分（即光收集，光化學(xué)和生化成分）的協(xié)調調節。為了檢驗該假設，作者在生長(cháng)季測量了水稻地葉片氮含量（NLeaf），葉片光合色素（即葉綠素（ChlLeaf），類(lèi)胡蘿卜素（CarLeaf）和葉黃素（XanLeaf））以及葉片光合能力（即1,5-二磷酸核酮糖（RuBP）在25℃被羧化（Vcmax25）和再生（Jmax25）的最大速率）的季節性變化。同時(shí)還調查了NLeaf，葉片光合色素，晴天中午的葉片光化學(xué)植被指數（PRILeaf,noon）的有效性及其可能的組合，以估算水稻地的葉片光合能力（即Vcmax25和Jmax25）。ChlLeaf與Vcmax25和Jmax25高度相關(guān)（R2分別為0.89和0.87），優(yōu)于NLeaf（R2分別為0.80和0.85）。PRILeaf,noon與葉片色素的產(chǎn)物也與Vcmax25高度相關(guān)（R2=0.95-0.96）。而且葉綠素a和CarLeaf的產(chǎn)物可以很好地替代Vcmax25?？偠灾?，該研究支持了以前的發(fā)現，即葉綠素含量與Vcmax25的相關(guān)性比葉氮含量更好。而且，將PRILeaf,noon與葉片色素（即ChlLeaf，CarLeaf和XanLeaf）結合起來(lái)，為估算葉片光合能力（即Vcmax25）提...
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有害藍藻（cyanoHABs）通常生長(cháng)在世界各地的水生環(huán)境中，包括北美五大湖的淡水湖。營(yíng)養物質(zhì)豐富或過(guò)量（例如N和P）的水體可以支持藍藻的快速生長(cháng)。除此之外，水溫，風(fēng)，浪和水流都會(huì )影響水華的形成和垂直分布。一些藍藻會(huì )產(chǎn)生有毒化合物從而危害動(dòng)物和人類(lèi)健康。因此對有害藻華的預先監測顯得尤為重要?！菊坷妹绹娇蘸教炀郑∟ASA）格倫研究中心開(kāi)發(fā)的高光譜成像系統于2015年至2017年在伊利湖和俄亥俄河采集高空間分辨率數據。配合密歇根理工學(xué)院實(shí)施的替代校正方法，將HSI系統采集的輻亮度數據轉換為高質(zhì)量的反射率數據，并使用現有算法實(shí)時(shí)監測有害藻華。替代校正方法依賴(lài)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據。對伊利湖西部盆地附近的一個(gè)大型瀝青停車(chē)場(chǎng)進(jìn)行光譜特征分析，確定為一個(gè)合適的校正目標。機載HIS可以提供對水質(zhì)狀況的獨特見(jiàn)解。飛機可以在云層下運行，并且可以根據需要選擇和更改飛行路線(xiàn)，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）采集數據，從而可以監測小型水體，檢測小塊的表面浮渣，以及監測水華與感興趣目標（例如進(jìn)水口）的接近程度。借助這種新的快速周轉時(shí)間，機載數據可以作為現有衛星平臺的補充監測工具，針對關(guān)鍵區域并按需響應水華事件。2015年NASA GRC HIS停車(chē)場(chǎng)反射率。粗紅線(xiàn)表示ASD FieldSpec III的原位反射率。校正前，HIS...
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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(guān)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(shí)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（對應于吸收所有入射輻射的黑體）到1（對應于反射所有入射輻射體）。根據Wikipedia的說(shuō)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。如果積雪區域邊緣變暖，雪易于融化，會(huì )降低反照率，因此積雪吸收了更多的輻射導致了更多的融雪?！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，積雪覆蓋和融化主導著(zhù)區域氣候和水資源。山區的融雪時(shí)間和量級主要受太陽(yáng)輻射的吸收和雪水當量（SWE）的分布控制，但是即使在全球儀器設備最完善的山區，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(guān)測臺（ASO）的結果，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...
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摘要：采礦后地區受到大規模和嚴重的干擾，會(huì )對周?chē)鷳B(tài)系統產(chǎn)生重要的影響。原本的生態(tài)系統被破壞，而植樹(shù)造林可以恢復這些生態(tài)系統。但其成功和速度取決于所挖出棄土基質(zhì)的特性。熱紅外遙感為棄土基質(zhì)的標測和分類(lèi)帶來(lái)了優(yōu)勢，從而確定了其特性。棄土基質(zhì)庫包含光譜發(fā)射率（Designs and Prototypes Model 102便攜式FTIR光譜儀）和化學(xué)性質(zhì)，可以促進(jìn)遙感活動(dòng)。該研究提供了從捷克共和國褐煤開(kāi)采場(chǎng)提取的棄土基質(zhì)發(fā)射率的光譜庫。通過(guò)干燥和篩分將提取的樣品均質(zhì)化。每個(gè)樣品的光譜發(fā)射率通過(guò)光譜平滑算法來(lái)確定，該算法適用于傅立葉變換紅外（FTIR）光譜儀測得的數據。同時(shí)測量了每個(gè)樣品的化學(xué)參數（pH、電導率、Na、K、Al、Fe、灼燒損失和多酚含量）和毒性。本文中光譜基因庫以地理坐標的形式提供了獲取位置的有價(jià)值的信息，呈現的數據本質(zhì)上是唯一的，可以在長(cháng)波紅外電磁頻波中為許多遙感活動(dòng)提供服務(wù)。1總結露天采礦過(guò)程中，煤層上方大量的基質(zhì)被清除并重新堆放，覆蓋了廣闊的區域，這些從幾百米深處挖出的材料被稱(chēng)為棄土基質(zhì)。其物理和化學(xué)特性會(huì )發(fā)生變化，異質(zhì)性很大程度上受地質(zhì)及采礦和堆放方法的影響，由于這個(gè)原因，基質(zhì)與最近的土壤有很大的不同。它們有極端的pH值，高濃度的重金屬、多酚（即煤分解產(chǎn)物）和鹽含量。這些性質(zhì)會(huì )影響采礦后地區植被發(fā)展的成功和速度。因此，在土地...
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