研究背景水分是限制植物生長的關(guān)鍵因素，特別是在全球氣候變化的背景下，干旱半干旱地區(qū)的生態(tài)水文過程和植被水分利用策略受到顯著影響。煤礦開采，尤其是露天礦，對環(huán)境破壞嚴重。黑岱溝露天煤礦位于黃土高原生態(tài)脆弱區(qū)，礦區(qū)的生態(tài)修復已成為重點工作。排土場的植被恢復對于合理利用水土資源和促進煤礦可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。目前，礦區(qū)生態(tài)修復中的水問題研究主要集中在土壤水文效應、物理性質(zhì)和坡面侵蝕等方面，但對植物水源及其利用機制的定量研究較少。利用穩(wěn)定同位素技術(shù)，可以高效分析植物的水源，并通過多源混合模型量化各水源的貢獻率。例如，深根植物通常利用深層土壤水，而淺根植物則更多依賴淺層水分。由于煤礦開采擾動了土壤結(jié)構(gòu)，植物的水源利用方式與自然狀態(tài)下有所不同。此外，雨季的不同月份中，植物水源及其利用機制也存在差異。 因此，本研究以黑岱溝露天礦排土場為例，分析蒙古松、檸條和紫花苜蓿在雨季的水分來源及其利用機制，并提出兩項假設(shè)：H1，三種植物的水源可能相似；H2，不同月份的水源利用程度會有所不同。實驗過程研究區(qū)黑岱溝露天煤礦位于準格爾煤田中部（圖1），礦區(qū)屬溫帶半干旱大陸性氣候，海拔1256m，年平均氣溫7.2 ℃，年平均降雨量408mm。研究期間，6月至8月的總降雨量占全年的70%以上。無霜期在125至150天之間，平均日照時數(shù)為3119.3 h。礦區(qū)排土場為多級臺地式排土場，由搗蒜溝排土場...
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點擊藍字，關(guān)注我們健康的水環(huán)境對可持續(xù)的城市發(fā)展至關(guān)重要。然而，隨著城市化的快速推進和人口增長，工業(yè)廢水和生活污水造成了嚴重的水污染，危及人類健康和水生生態(tài)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測方法成本高昂且勞動密集。近年來，MODIS、Landsat 和 Sentinel 等衛(wèi)星圖像技術(shù)取得了進展，提供了廣泛且具成本效益的監(jiān)測手段，但由于空間和光譜分辨率的限制，在監(jiān)測總磷 (TP) 和化學需氧量 (CODMn) 等非光學活性參數(shù)時仍面臨挑戰(zhàn)。機載高光譜成像儀通過提供高分辨率圖像，彌補了衛(wèi)星與地面監(jiān)測之間的不足，成為一種有效的解決方案。無人機獲取的高光譜圖像能夠捕捉到詳細的光譜數(shù)據(jù)，從而改善非光學活性水質(zhì)參數(shù)的反演。盡管具備優(yōu)勢，但仍面臨諸如水質(zhì)樣本有限和光譜特征復雜等挑戰(zhàn)。有效的光譜預處理和特征選擇對于提高高光譜圖像水質(zhì)反演的準確性和效率至關(guān)重要。分數(shù)階導數(shù) (FOD) 和離散小波變換 (DWT) 等技術(shù)能夠降低噪聲并提取有價值的信息，但它們在水質(zhì)監(jiān)測中的應用仍處于發(fā)展階段。本文旨在：(1) 評估 FOD、DWT 及特征選擇在水質(zhì)參數(shù)反演中的有效性；(2) 比較不同回歸模型的性能；(3) 確定敏感光譜帶及其在水質(zhì)估計中的作用。目標是建立一個基于無人機高光譜圖像的城市河流水質(zhì)監(jiān)測綜合框架。這項研究聚焦于廣州市荔灣區(qū)部分河流。荔灣區(qū)位于廣州中心城區(qū)，人口稠密，擁有大量舊城區(qū)建筑以及發(fā)達的花卉和貿(mào)易產(chǎn)業(yè)...
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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...
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對地表入滲和蒸發(fā)通量的分配，以及準確量化不同空間尺度下土壤與大氣之間的質(zhì)量和能量交換過程，都需要了解土壤的水文性質(zhì)（如土壤水分特征曲線和導水率特征曲線）。土壤水分特征曲線（SWRC）描述了在基質(zhì)勢下土壤水分含量的平衡情況，是重要的水文特性，與土壤孔隙的大小分布和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，受土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、有機物和粘土礦物等因素的影響。傳統(tǒng)測量SWRC的實驗室方法繁瑣，數(shù)據(jù)往往不完整，且只覆蓋有限的水分含量范圍。近年來，近程和遙感技術(shù)得到了廣泛關(guān)注，特別是在光學域內(nèi)的土壤反射光譜已被用于獲取土壤礦物學和化學成分、有機物含量、粒度分布及水分含量等信息。這些研究為衛(wèi)星遙感提供了大尺度測繪的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)方法主要依賴光譜轉(zhuǎn)移函數(shù)，盡管能有效推斷土壤水力特性，但需大量數(shù)據(jù)進行模型校準。本文提出了一種新的實驗室方法，通過水分含量依賴的短波紅外（SWIR）土壤反射光譜直接估計SWRC，利用最近開發(fā)的前向輻射傳輸模型，僅依賴水分含量-反射率數(shù)據(jù)對，計算更高效，無需反演流動方程，簡化了測量過程。為了測試提議的新實驗室方法，作者使用了21種亞利桑那州土壤，這些土壤的質(zhì)地（表 1）和礦物成分（即高嶺石、云母/伊利石、蒙脫石、蛭石、綠泥石和黑云母含量）有很大差異。下面提供了實驗確定的 SWRC 和干燥土壤的反射光譜的描述。表 1. 亞利桑那州土壤的質(zhì)地特性使用ASD LabSpec®2500 ...
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水資源在糧食生產(chǎn)和生態(tài)修復中的關(guān)鍵作用，特別是在頻繁出現(xiàn)的高溫、干旱等極端天氣條件下，威脅糧食生產(chǎn)，加速土地退化。研究指出，中國作為人均水資源低于世界平均水平的國家，農(nóng)業(yè)用水已占全國總用水量的60%以上，但整體用水效率較低且區(qū)域差異顯著。尤其在山區(qū)和丘陵地區(qū)，土壤侵蝕和厚度減少嚴重影響了蓄水能力，加劇了干旱頻發(fā)和作物減產(chǎn)的風險。為應對這些挑戰(zhàn)，本文強調(diào)了通過優(yōu)化農(nóng)業(yè)管理實踐，提高用水效率，以緩解干旱脅迫，維持作物產(chǎn)量的重要性。本次田間試驗在中國科學院鹽亭紫色土農(nóng)業(yè)生態(tài)站進行，該站位于中國四川盆地中北部，海拔400-600m（東經(jīng)105° 27’，北緯 31°16’）（圖 1）。該地區(qū)屬于中亞熱帶季風氣候，平均氣溫 17.3℃。年平均降水量為826mm，蒸發(fā)量為680 mm。降雨分布不均，約70%的年降水發(fā)生在夏秋季，季節(jié)性干旱頻繁，主要發(fā)生在春季和初夏。 圖1. 研究區(qū)域位置（a）、實驗地塊圖片（b）、地塊設(shè)計圖（c）、實驗地塊剖面圖（d）。本試驗土壤為鈣質(zhì)紫色土，來源于蓬萊鎮(zhèn)組，屬于中溫土壤質(zhì)地，被稱為新土，占四川盆地紫色土總量的四分之一以上（圖1）。鈣質(zhì)紫色土剖面主要發(fā)育在頁巖和泥巖中，常與不透水的砂巖互層。淺層紫色土的下伏基巖限制了根系生長，入滲的大部分水分往往會因地下徑流繞過根區(qū)而流失。試驗土壤性質(zhì)相似，平均值為：pH 值為8.37，土壤有機碳...
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考古學雖然常與發(fā)掘相關(guān)，但許多遺址仍需通過地表上的文物和其他特征來進行識別。對這些地表考古記錄的分析不僅可以揭示不同定居時期的信息，還能展示土地的農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)或儀式用途，以及景觀中人、物、思想的流動模式。本文介紹了一種利用機載高光譜短波紅外 (SWIR) 圖像的新方法，用于記錄和分析地表考古材料。SWIR 光可以區(qū)分不同類型的巖石、礦物和土壤，地質(zhì)學家經(jīng)常利用這一原理繪制地質(zhì)圖。Resonon Pika IR+高光譜成像儀能夠以優(yōu)于10厘米的空間分辨率收集SWIR圖像，從而識別并表征地表文物。本文探討了在NASA Space Archaeology 資助下進行的實驗，展示了這項技術(shù)的潛力和挑戰(zhàn)，特別是在成功定位和表征單個文物方面，同時指出了未來發(fā)展的關(guān)鍵方向。作者團隊將 Resonon Pika IR+高光譜成像儀安裝在 DJI M600上（圖 1）。還在機身頂部安裝了額外的 GPS 天線桿，并安裝了一個 GPS 定位器，用于將位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)?Pika 的 IMU。 圖 1. 搭載在 DJI M600 無人機上的 Resonon Pika IR+ 高光譜傳感器（左）；無人機在科羅拉多州梅薩維德附近的調(diào)查中飛行（右）。 為了測試超高分辨率 SWIR 成像在考古學中的可行性，作者團隊設(shè)計了一個簡單的實驗調(diào)查，以便確定 Resonon Pi...
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高緯度苔原和針葉林、中緯度闊葉林和草原、高山和 高原地區(qū)普遍存在季節(jié)性、晝夜性甚至持續(xù)數(shù)小時的凍融循環(huán)。北半球近55%的陸地面積經(jīng)歷季節(jié)性凍融，土壤凍融循環(huán)持續(xù)時間從幾天到150天不等。頻繁的凍融循環(huán)改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和代謝，加速土壤有機質(zhì)的分解，并以溫室氣體（如CO2、CH4和N2O）或溶解有機碳（DOC）的形式排放。這些過程已成為生態(tài)學、凍土學和生物地球化學研究的重點。凍融循環(huán)對地表土壤CO2和CH4通量的影響備受關(guān)注。一項研究發(fā)現(xiàn)，積雪對冬季土壤呼吸的影響是短暫的，厚度變化對CO2通量影響小。了解活動層過程對多年凍土區(qū)土壤CO2和CH4動態(tài)的響應和反饋至關(guān)重要。凍融循環(huán)頻率和持續(xù)時間對高寒地區(qū)土壤碳通量具有重要調(diào)控作用。不同生態(tài)系統(tǒng)在融化期具有較高的CO2和CH4通量，研究表明，在近地表土壤凍結(jié)期間CO2通量達到峰值，隨后顯著下降。春季融化期（20-30天）的甲烷通量占全年總量的11%。本研究在內(nèi)蒙古自治區(qū)大興安嶺生態(tài)系統(tǒng)國家野外觀測研究站（NFORS-DXAE）進行。該地區(qū)具有典型的大陸性季風半干旱氣候，多年平均氣溫為-4.4°C，年蒸發(fā)潛力800-1200毫米，年降水量450-550毫米，其中60%集中在7月和8月，降雪期為9月至次年5月，平均降雪厚度約30厘米。實驗地塊位于海拔820米的北坡落葉松林，主要喬木為興安落葉松和白樺，平均胸高10 c...
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在2020年9月，由美國夏威夷的Pan-STARRS1望遠鏡發(fā)現(xiàn)了一顆疑似地球的臨時衛(wèi)星，為地月系統(tǒng)帶來了一顆新的天體。起初，科學家們認為它是一顆普通的阿波羅小行星，即軌道穿過地球的天體，并將其命名為2020SO。然而，模擬結(jié)果顯示，它將在10月變成一個繞地球公轉(zhuǎn)的小天體，成為一個迷你月球。隨后的觀察結(jié)果則讓天文學家更加困惑?？茖W家們發(fā)現(xiàn)，這顆神秘的天體每年圍繞太陽公轉(zhuǎn)一周，其軌道偏心率與地球的公轉(zhuǎn)軌道非常相似。天體在太空中的運動非常復雜，小天體容易受到大天體引力的擾動，因此其運動規(guī)律也十分復雜。但是因為它們與地球的相似性，反而顯得更加神秘。不僅如此，2020SO的運行速度也比普通的小行星慢，這一點與其他小行星有顯著的不同。由于這些原因，科學家們開始重新思考2020SO的真實身份。2020 年 11 月至 2021 年 3 月 2020 SO 繞地球和太陽的軌道澳大利亞弗林德斯大學的太空考古學家Alice Gorman表示，通過它的運行速度可以推斷出其初始速度，從而推斷出它的來源?，F(xiàn)有的速度太慢，這讓科學家們感到困惑。Gorman和她的同事還推測，2020SO可能是一塊從月球上掉下來的巖石。對于這樣的天體，速度慢一點是正常的。然而，實際觀測表明，2020SO比這類天體還要慢。在排除了其他可能性后，科學家們提出了一個最不可能但又唯一剩下的猜想：2020SO是一顆人造天體！根據(jù)其軌道的...
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沿海鹽沼生態(tài)系統(tǒng)是一種位于海洋與陸地交界處的生物多樣性豐富的獨特生態(tài)環(huán)境。它不僅具有重要的生態(tài)功能，在碳儲存、環(huán)境凈化和防風護堤方面發(fā)揮著重要作用，還對人類社會活動有著極大的支持和調(diào)節(jié)作用。氨氣是大氣環(huán)境中含量豐富的堿性氣體，其在沿海鹽沼生態(tài)系統(tǒng)中的作用不可忽視。但是，過量的氨氣輸入也給其帶來了一系列問題。沿海鹽沼生態(tài)系統(tǒng)NH3源和匯研究背景介紹氨（NH3）是大氣中含量最多的堿性氣體。在氣溶膠形成中發(fā)揮重要作用，而氣溶膠會對人類健康產(chǎn)生不利影響，同時會降低能見度，改變地球輻射平衡，并通過大氣沉積促進活性氮（Nr）的全球再分配。農(nóng)業(yè)集約化是NH3的主要人為來源，導致進入生物圈的Nr增加一倍。NH3的其他來源包括工業(yè)過程、車輛排放及土壤和海洋的揮發(fā)。農(nóng)業(yè)和城市源通過大氣沉積過程直接或間接排放NH3，其會改變鹽沼的結(jié)構(gòu)和功能。此外，大氣沉積過程是NH3進入沿海水域的主要途徑， NH3沉積到敏感的生態(tài)系統(tǒng)（如鹽沼）可導致土壤酸化、富營養(yǎng)化和生物多樣性喪失等一系列負面影響。研究方法研究人員于2018年6月21日至7月20日在圣瓊斯保護區(qū)利用Picarro SI2103氨氣分析儀進行了NH3濃度連續(xù)和高時間分辨率測量，并計算NH3通量，結(jié)合其他測量指標如：CO2、CH4、H2O、pH值、水位、電導率、鹽度、溶解氧、水中溶解無機氮等以加強對沿海鹽沼生態(tài)系統(tǒng)NH3地氣交換過程的理解。結(jié) 論潮汐水位...
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棕色碳（BrC）是一類在近紫外和可見光區(qū)吸收光輻射的有機碳，不僅對大氣造成輻射強迫，更是對大氣光化學反應速率有著重要作用。BrC不僅影響著大氣的輻射平衡和氣候變化，還直接關(guān)系到區(qū)域空氣質(zhì)量與公眾健康。本論深入探討了棕色碳發(fā)色團的光學性質(zhì)與化學成分之間的密切關(guān)聯(lián)，為更準確地評估其在環(huán)境系統(tǒng)中的行為和影響提供了科學依據(jù)。棕色碳發(fā)色團光學性質(zhì)和化學成分之間的聯(lián)系背景介紹棕色碳（BrC）是大氣有機氣溶膠的重要組分，在紫外到近紅外波段具有較強的吸光能力，對全球氣候變化和大氣化學過程具有重要影響。BrC結(jié)構(gòu)復雜、種類眾多、來源廣泛。大量研究表明生物質(zhì)燃燒、煤燃燒、機動車尾氣、生物排放以及二次有機氣溶膠等是BrC的重要來源。芳香族揮發(fā)性有機化合物，如苯同系物和衍生物，也可能是BrC發(fā)色團的重要前體。但是，不同源排放的BrC進入大氣后，受到復雜的大氣化學過程，其光學性質(zhì)和化學結(jié)構(gòu)會發(fā)生很大的變化。研究方法2018年冬季高污染期，在機動車影響區(qū)和生物質(zhì)燃燒影響區(qū)來調(diào)查BrC發(fā)色團的化學組分和光吸收性質(zhì)。利用Picarro SI2103氨氣分析儀測量NH3。將環(huán)境相對濕度、溫度、固相無機物和NH3作為輸入?yún)?shù)，利用ISORROPIA II 熱動態(tài)模型計算氣溶膠液態(tài)水，進而計算其含量。結(jié) 論對苯二甲酸、硝基苯酚和硝基兒茶酚是BrC的主要組成物質(zhì)，占識別的發(fā)色團濃度的50%以上。硝基苯酚和硝基兒茶酚對30...
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