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              土壤是重要的自然資源,地球上95%的食物來源于土壤,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系統安全的基礎,更是為人類提供多種服務、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、代謝和基因調控網絡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行,費事費力、勞動密集、低通量、且受研究人員無法控制的自然環境因素的影響。在此情形下,難以獲得高精度的表型數據以滿足表型組學的研究需求。在過去幾十年,已經開發了幾種HTP(高通量表型)平臺在現場或可控條件下使用,但其運維成本極高。此外,作物表型相關研究通常只關注植物地上部分,而對根系形態數據的獲取有限。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、環境可控性和根系表型獲取而言,現有的植物表型平臺無法完全滿足植物對土壤脅迫響應的表型組學研究的特定需求?;诖?,在本文中,來自山東大學生命科學學院和濰坊農科院的一組研究團隊描述了其最近開發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系統的高通量。他們開發了優化的鹽脅迫條件,以及適用于大豆耐鹽性的高通量表型指數。此外,高通量多表型分析表明,子葉特征可作為大豆全苗耐鹽性的非破壞性指標。在本研究中,Canon EOS 700D數碼相機和Resonon Pika L高光譜成像儀分別用于獲取RGB和高光譜圖像。相機位于植物材料上方1.5 m的可滑動水平導軌上。每天收集大豆冠層和整株幼苗的圖像。栽培第九天,獲取離體葉片圖像,每個品種重復3次。Wi...
              發布時間: 2022 - 06 - 10
              瀏覽次數:8
              土壤是重要的自然資源,地球上95%的食物來源于土壤,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系統安全的基礎,更是為人類提供多種服務、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、代謝和基因調控網絡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行,費事費力、勞動密集、低通量、且受研究人員無法控制的自然環境因素的影響。在此情形下,難以獲得高精度的表型數據以滿足表型組學的研究需求。在過去幾十年,已經開發了幾種HTP(高通量表型)平臺在現場或可控條件下使用,但其運維成本極高。此外,作物表型相關研究通常只關注植物地上部分,而對根系形態數據的獲取有限。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、環境可控性和根系表型獲取而言,現有的植物表型平臺無法完全滿足植物對土壤脅迫響應的表型組學研究的特定需求?;诖?,在本文中,來自山東大學生命科學學院和濰坊農科院的一組研究團隊描述了其最近開發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...
              發布時間: 2022 - 06 - 10
              瀏覽次數:8
              隨著人類社會工農業現代化、城市化的發展,人為因素造成土壤重金屬污染是當今世界越來越不容忽視的環境問題。盡管煤礦資源的開發對社會經濟至關重要,但其對自然環境產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,以發現受污染的農田,提供和制定土地復墾策略以及進一步的公共健康策略。原位土壤采樣與實驗室化學分析方法(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、耗時費力、成本高、效率低,適用范圍小,且可能會再次對環境產生不利影響。遙感技術的發展為快速、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、需要輔助環境變量、易受大氣干擾等問題。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、時間分辨率等明顯增強。然而,關于使用GF-5 AHSI高光譜影像反演土壤重金屬含量的相關研究報道較少?;诖?,在本研究中,來自西安科技大學的張波(第一作者)、郭斌(通訊作者)課題組聯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)土壤重金屬含量問題進行了研究。旨在(1)利用直接校正(DS)算法在實驗室測量的和GF-5 A...
              發布時間: 2022 - 05 - 12
              瀏覽次數:10
              追蹤生長季和地理區域中葉片性狀的變化是理解陸地生態系統功能的關鍵。野外光譜法是原位監測葉片功能性狀的有力工具,在農業、林業和生態學中都有許多應用,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發通用統計模型來根據光譜信息預測性狀,或是否需要根據條件變化進行重新校準。特別是,生長季多個葉片性狀同時變化,是否可以從高光譜數據成功預測這些時間變化是一個懸而未決的問題?;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驗室方法(包括光捕獲和生長: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量(LMA g m-2)、總C(%)、半纖維素(%)、纖維素(%)、木質素(%)、總酚類(mg g-1)和單寧(mg g-1);巖石衍生營養素: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)追蹤了整個生長季的變化,研究了溫帶落葉樹木多種葉片性狀和光譜特性之間的聯系。旨在...
              發布時間: 2022 - 05 - 05
              瀏覽次數:23
              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品種非常重要。傳統上測量姜黃素是通過從新鮮根莖或干粉中將其提取出來,并使用高效液相色譜(HPLC)或紫外-可見分光光度法進行分析。從植物材料中分離姜黃素費事、費力、成本高,且需要專門的實驗室設備和有經驗的操作人員。而高光譜成像(HSI)是一種快速且無損的技術,已成功用于土壤和農產品(堅果、水果和蔬菜)各種化學成分和質量指標的評估。然而,目前尚未探索使用新鮮姜黃根莖的HIS圖像來預測姜黃素?;诖?,為了填補研究空白,在本文中,來自澳大利亞的一組研究團隊進行了相關研究,旨在(1) 比較澳大利亞東部不同采樣點3個姜黃品種(黃色、橙色和紅色)的總姜黃素濃度和不同類姜黃素的分布;(2)評估利用可見-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,從五個研究地點共收集了190個樣本,以捕捉生長周期的變化。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...
              發布時間: 2022 - 04 - 25
              瀏覽次數:10
              土壤水分是直接影響蒸發、入滲和徑流等多種環境過程的重要因素。而且,土壤水分在農業蒸散與糧食安全、濕地退化、干旱、陸氣界面的能量交換等相關研究領域發揮著重要的作用。地面測量能夠提供易于校準和長時間連續獲取的數據,但該種方法僅針對單個小區域,難以支持空間變化研究或實地研究?;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等多種研究。熱遙感可以根據地表溫度來估算土壤水分,但熱遙感信號不單受到土壤含水量(SMC)的影響,濕度、風速、大氣條件等其他參數也會影響估計結果。而光學遙感由于其精細的空間分辨率和利用諸如MODIS、Landsat系列和Sentinel任務等衛星數據進行大尺度監測潛力之間的平衡而引起了諸多關注。目前已經提出了許多指標和模型來闡明反射率特征隨SMC的變化,并利用實驗室、實地、機載和衛星數據從窄帶和寬帶的反射率來估計SMC。這些方法/指標主要針對從飽和到風干的各級SMC;然而,作者發現飽和到風干的單一關系映射會導致準確估計的錯誤印象。在整個干燥過程中,光譜反射率特征和SMCs之間的回歸關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, 來自南京大學、康奈爾大學和河南農業大學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干燥過程,并通過蒸發速率變化確定其過渡點...
              發布時間: 2022 - 04 - 21
              瀏覽次數:6
              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、動態生長、養分循環和初級生產提供了有價值的信息。葉片葉綠素含量(Cab)、類胡蘿卜素含量(Cxc)、含水量(Cw)和干物質含量(Cm)是四個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狀態密切相關。能夠對這些葉片生化性狀進行高通量測量的方法對于表征植物生理狀態和關鍵功能過程至關重要。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題?;诖?,在本研究中,研究者們提出了一個方法,整合了PROSPECT模型、光譜導數和相似性度量(SDM),稱為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PROSPECT反演調查葉片BRF和DHRF光譜差異隨波長的變化以及對Cab、Cxc、Cw和Cm提取的影響,(2)開發PROSDM消除BRF和DHRF光譜差異,從葉片BRF光譜與PROSPECT和PROCOSINE以及PROCWT的比較來提取Cab、...
              發布時間: 2022 - 01 - 20
              瀏覽次數:27
              【摘要】最近研究發現,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系的一個關鍵概念就是光合成分(即光收集,光化學和生化成分)的協調調節。為了檢驗該假設,作者在生長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。同時還調查了NLeaf,葉片光合色素,晴天中午的葉片光化學植被指數(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(R2分別為0.89和0.87),優于NLeaf(R2分別為0.80和0.85)。PRILeaf,noon與葉片色素的產物也與Vcmax25高度相關(R2=0.95-0.96)。而且葉綠素a和CarLeaf的產物可以很好地替代Vcmax25??偠灾?,該研究支持了以前的發現,即葉綠素含量與Vcmax25的相關性比葉氮含量更好。而且,將PRILeaf,noon與葉片色素(即ChlLeaf,CarLeaf和XanLeaf)結合起來,為估算葉片光合能力(即Vcmax25)提...
              發布時間: 2020 - 09 - 01
              瀏覽次數:75
              有害藍藻(cyanoHABs)通常生長在世界各地的水生環境中,包括北美五大湖的淡水湖。營養物質豐富或過量(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,浪和水流都會影響水華的形成和垂直分布。一些藍藻會產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)格倫研究中心開發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。配合密歇根理工學院實施的替代校正方法,將HSI系統采集的輻亮度數據轉換為高質量的反射率數據,并使用現有算法實時監測有害藻華。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據。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可以提供對水質狀況的獨特見解。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,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(例如進水口)的接近程度。借助這種新的快速周轉時間,機載數據可以作為現有衛星平臺的補充監測工具,針對關鍵區域并按需響應水華事件。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...
              發布時間: 2020 - 07 - 30
              瀏覽次數:47
              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區域氣候和水資源。山區的融雪時間和量級主要受太陽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...
              發布時間: 2020 - 07 - 30
              瀏覽次數:62
              摘要:采礦后地區受到大規模和嚴重的干擾,會對周圍生態系統產生重要的影響。原本的生態系統被破壞,而植樹造林可以恢復這些生態系統。但其成功和速度取決于所挖出棄土基質的特性。熱紅外遙感為棄土基質的標測和分類帶來了優勢,從而確定了其特性。棄土基質庫包含光譜發射率(Designs and Prototypes Model 102便攜式FTIR光譜儀)和化學性質,可以促進遙感活動。該研究提供了從捷克共和國褐煤開采場提取的棄土基質發射率的光譜庫。通過干燥和篩分將提取的樣品均質化。每個樣品的光譜發射率通過光譜平滑算法來確定,該算法適用于傅立葉變換紅外(FTIR)光譜儀測得的數據。同時測量了每個樣品的化學參數(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值的信息,呈現的數據本質上是唯一的,可以在長波紅外電磁頻波中為許多遙感活動提供服務。1總結露天采礦過程中,煤層上方大量的基質被清除并重新堆放,覆蓋了廣闊的區域,這些從幾百米深處挖出的材料被稱為棄土基質。其物理和化學特性會發生變化,異質性很大程度上受地質及采礦和堆放方法的影響,由于這個原因,基質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(即煤分解產物)和鹽含量。這些性質會影響采礦后地區植被發展的成功和速度。因此,在土地...
              發布時間: 2020 - 05 - 28
              瀏覽次數:76
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