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(tài)系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)，更是為人類提供多種服務(wù)、幫助抵御和適應(yīng)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(yǎng)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(diào)控網(wǎng)絡(luò)等多種遺傳和非遺傳因素的調(diào)控。傳統(tǒng)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(huán)境因素的影響。在此情形下，難以獲得高精度的表型數(shù)據(jù)以滿足表型組學的研究需求。在過去幾十年，已經(jīng)開發(fā)了幾種HTP（高通量表型）平臺在現(xiàn)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(guān)研究通常只關(guān)注植物地上部分，而對根系形態(tài)數(shù)據(jù)的獲取有限。然而，根系是植物吸收水分和養(yǎng)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(xiàn)有的植物表型平臺無法完全滿足植物對土壤脅迫響應(yīng)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(nóng)科院的一組研究團隊描述了其最近開發(fā)的高通量植物栽培和表型系統(tǒng)—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(tǒng)的高通...
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水分是植物生長不可或缺的因素，水分有效性的波動直接影響植物的生長、數(shù)量和空間分布。在全球氣候變化下，區(qū)域降水格局已經(jīng)發(fā)生了改變。植物不同水源的貢獻率反映了生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)程度。因此，追蹤和分析植物水源可以為研究全球氣候變化提供參考。祁連山位于青藏高原東北緣，是中國西北地區(qū)重要的生態(tài)屏障。因此，研究亞高山生境植物水源對于理解祁連山生態(tài)和水文過程具有重要意義。已有很多學者利用氫氧穩(wěn)定同位素（δ2H和δ18O）進行了諸如此類的研究，但關(guān)于亞高山生境不同坡向植物水源的研究鮮少報道。基于此，在本研究中，來自西北師范大學和中科院西北生態(tài)環(huán)境資源研究所的研究團隊監(jiān)測了青藏高原東北緣祁連山東段冷龍嶺北坡的上池溝（37°38′10″N，101°51′9″E，3080 m a.s.l.，圖1）的降水、土壤水、木質(zhì)部水、降水和泉水的穩(wěn)定同位素組成以及相關(guān)環(huán)境變量（氣象和土壤水變量），利用LI-2100全自動真空冷凝抽提系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）提取土壤和木質(zhì)部中的水分，并利用ABB LGR T-LWIA-45-EP液態(tài)水同位素分析儀測定所有水樣的δ2H值和δ18O值?；谶@些數(shù)據(jù)，分析了不同水體穩(wěn)定同位素的變化，并利用多源線性混合模型（IsoSource）計算不同水源對植物的相對貢獻率。本研究目標是：（1）觀察相同和不同生境下亞高山灌木的水源以及（2）研究亞高山灌木對水...
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全球變暖增加了當?shù)卮髿鈱λ值男枨螅瑢е略S多地區(qū)降水減少，兩者都會導致干旱。水汽可以在輻射冷卻到露點溫度以下的表面凝結(jié)成露水。露水因其對地表水平衡的重要貢獻而被認為是一個重要水源，尤其是在半干旱和干旱地區(qū)。干旱地區(qū)，年露水量占降雨量的9%-23%。在熱帶島嶼旱季，露水可以作為一種替代水源。露水對干旱地區(qū)或干旱期植物的生存、生長和發(fā)育十分重要，例如帶來夜間水分以及通過植物氣孔或特殊的物理特征（如氣生植物）直接被葉片吸收利用。因此，露水可以增加葉片的凈光合產(chǎn)物積累，提高植物水分利用效率。露水還參與了大氣中的化學過程，例如亞硝酸鹽氧化物的晝夜（和夜間）循環(huán)。從1961-2010，中國露水頻率降低了5.2天/10年，這主要是因為近地表增溫和相對濕度（RH）下降。此外，中國干旱區(qū)露水頻率下降率（50%）高于半濕潤和濕潤地區(qū)（40%和28%）。因此，隨著全球氣候變化，不同地區(qū)露水具有不同的趨勢，需了解不同氣候區(qū)域的露水特征以更好地預(yù)測未來露水動態(tài)變化。δ2H和δ18O是天然和傳統(tǒng)的水文示蹤劑，在追蹤與不同類型水（例如降雨、降雪、露水、霧、地表水、植物水和冰芯）相關(guān)的不同水文氣象過程中發(fā)揮著重要作用。兩種質(zhì)量分餾過程，平衡分餾和動力學分餾，是水相變過程中同位素差異的根本原因。它們分別由飽和水汽壓和不同同位素的擴散速率決定。17O-excess（17O-excess = ln（δ17O + 1）-...
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隨著人類社會工農(nóng)業(yè)現(xiàn)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越不容忽視的環(huán)境問題。盡管煤礦資源的開發(fā)對社會經(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(diào)查露天煤礦的土壤重金屬分布，以發(fā)現(xiàn)受污染的農(nóng)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(zhì)譜法（ICP-MS））相結(jié)合，已廣泛應(yīng)用于土壤重金屬濃度的調(diào)查和制圖。然而，該方法難以獲得連續(xù)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(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(jiān)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(shù)據(jù)質(zhì)量差、圖像連續(xù)性受限、光譜范圍窄、空間分辨率低、需要輔助環(huán)境變量、易受大氣干擾等問題。與現(xiàn)有高光譜衛(wèi)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(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，來自西安科技大學的張波（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(wèi)星影像反演中國北部某露天煤礦區(qū)（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...
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【溫室氣體】人類活動造成溫室氣體排放急劇增加，全球地表溫度持續(xù)上升，顯著改變了自然生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)格局。極端氣候事件，尤其是極端干旱事件發(fā)生的頻率和強度不斷升高，對土壤含水量、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能、土壤異養(yǎng)呼吸（Rh）以及土壤甲烷（CH4）通量具有重要影響。高寒泥炭地擁有巨大的碳儲量，對氣候變化高度敏感。雖然目前圍繞高寒泥炭地碳排放開展了一些研究，但對高寒泥炭地生態(tài)系統(tǒng)碳排放對極端干旱響應(yīng)的微生物機制仍不清楚?；诖耍袊謽I(yè)科學研究院濕地研究所的研究團隊以青藏高原東部若爾蓋國家級自然保護區(qū)高寒泥炭地（33°47′56.62′′ N，102°57′28.44′′ E，3430 m.a.s.l.）為研究對象，依托模擬極端干旱的野外控制實驗平臺，通過原位觀測和室內(nèi)試驗相結(jié)合，旨在解決以下問題：（1）不同植物生長期，極端干旱如何影響Rh和CH4通量?（2）極端干旱如何影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能群?以及（3）驅(qū)動Rh和CH4通量變化的主要因素是什么？作者于2019年6月18日至9月25日測量了Rh（PS-9000便攜式土壤碳通量自動測量系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司））和CH4通量（一個閉路靜態(tài)室（0.5×0.5×0.5 m）+ABB LGR便攜式溫室氣體分析儀（UGGA，GLA132-GGA））。試驗三個生長期結(jié)束時，作者測量了樣地0-20 ...
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CO2和CH4排放增加是全球變暖的主要原因（IPCC，2013），人類活動導致大約44%和60%的CO2和CH4排放到大氣中。人類活動如攔河筑壩干擾濕地的結(jié)構(gòu)和功能，引發(fā)大量土壤CO2和CH4排放。然而，目前對濕地水庫CO2和CH4排放及其碳同位素特征的影響機制知之甚少。基于此，為了填補研究空白，在本研究中，來自云南大學和中科院武漢植物園的研究團隊在三峽消落區(qū)原位條件下調(diào)查了4個海拔梯度（即不同淹水狀態(tài)）（175 m，160–175 m，145–160 m和＜147 m）飽和和排干狀態(tài)下CO2和CH4排放模式及其碳同位素特征，以及相關(guān)的控制因子。他們作出了如下假設(shè)：1）由于淹水下優(yōu)勢植物種的轉(zhuǎn)變，土壤條件（例如土壤基質(zhì)質(zhì)量，土壤水分和溫度）的變化將會改變CO2排放以及CO2的δ13C值；2）CH4排放模式及其同位素特征對淹水更敏感，反映了土壤厭氧環(huán)境的增加；3）不同淹水狀態(tài)下（例如飽和和排干狀態(tài)下）將會導致酶表達和微生物屬性的改變，進而極大影響CO2和CH4排放。圖1 重慶忠縣研究區(qū)位置（a）；三峽消落區(qū)采樣地衛(wèi)星圖像及沿海拔梯度詳細的靜態(tài)通量室放置圖（b）。作者于2017年6-8月測量了土壤/水大氣界面CO2和CH4的交換率。利用ABB LGR CO2同位素分析儀分析CO2的濃度及δ13C，并利用ABB LGR甲烷碳同位素分析儀分析CH4的濃度及δ13C?！窘Y(jié)果】高海拔地區(qū)CO2...
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追蹤生長季和地理區(qū)域中葉片性狀的變化是理解陸地生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。野外光譜法是原位監(jiān)測葉片功能性狀的有力工具，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和生態(tài)學中都有許多應(yīng)用，例如，葉片光譜已用于表征許多葉片理化特性，預(yù)測倍體水平，估計葉齡，甚至可以預(yù)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(fā)通用統(tǒng)計模型來根據(jù)光譜信息預(yù)測性狀，或是否需要根據(jù)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(shù)據(jù)成功預(yù)測這些時間變化是一個懸而未決的問題。基于此，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(jié)構(gòu)：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（mg g-1）和單寧（mg g-1）；巖石衍生營養(yǎng)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(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(jié)構(gòu)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(tǒng)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(shè)備和有經(jīng)驗的操作人員。而高光譜成像（HSI）是一種快速且無損的技術(shù)，已成功用于土壤和農(nóng)產(chǎn)品（堅果、水果和蔬菜）各種化學成分和質(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圖像來預(yù)測姜黃素?；诖耍瑸榱颂钛a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(guān)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(yù)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...
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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)境過程的重要因素。而且，土壤水分在農(nóng)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)揮著重要的作用。地面測量能夠提供易于校準和長時間連續(xù)獲取的數(shù)據(jù)，但該種方法僅針對單個小區(qū)域，難以支持空間變化研究或?qū)嵉匮芯俊；谒屯寥澜殡娞匦缘木薮蟛町?，微波遙感被廣泛應(yīng)用于大空間尺度的土壤水分監(jiān)測，但不適用于精準農(nóng)業(yè)等多種研究。熱遙感可以根據(jù)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(shù)也會影響估計結(jié)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(wù)等衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行大尺度監(jiān)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闡明反射率特征隨SMC的變化，并利用實驗室、實地、機載和衛(wèi)星數(shù)據(jù)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(fā)現(xiàn)飽和到風干的單一關(guān)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(guān)系不一致導致對相對較低的SMCs估計的精度較低。基于此，在本研究中， 來自南京大學、康奈爾大學和河南農(nóng)業(yè)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(jiān)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(fā)速率變化確定其過渡點...
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基于根系水穩(wěn)定同位素探究旱柳枝條水與土壤水之間的同位素失配現(xiàn)象 【摘要】越來越多的野外研究發(fā)現(xiàn)了植物莖干水與其潛在水源之間的同位素失配現(xiàn)象。然而，同位素偏移的形成原因尚不清楚，并且不確定它們是發(fā)生在根系吸水過程還是在從根部到枝干的水分傳輸過程。因此，該研究以旱柳（Salix matsudana Koidz）為研究對象，通過約每三天一次的采樣頻率測定了土壤?根系?樹木枝條連續(xù)體中各組分（如總體土壤水、移動水、地下水、根系水和樹木枝條水）的穩(wěn)定同位素值（δ2H和δ18O），結(jié)果表明：（1）移動水和總體土壤水的同位素值有明顯的分離，但隨著土層深度的增加，兩者之間同位素值的差異逐漸減?。唬?）根系水接近于束縛水的同位素值，但不同于總體土壤水的同位素值?？傮w土壤水與根系水之間的δ2H和δ18O 的最大差值分別為?8.6‰ 和?1.8‰；（3）樹木枝條水僅與 100-160 cm深度的根系水同位素值相似，并且在試驗期間保持穩(wěn)定，表明旱柳始終利用穩(wěn)定的深層水源?？傮w上，旱柳枝條水與其潛在水源之間的同位素失配反映了根系水和總體土壤水之間的同位素偏移，這與土壤水的異質(zhì)性密切相關(guān)。該研究揭示了不同移動性的土壤水、根系水和樹木枝條水同位素值之間的關(guān)系，有助于加深對根系水分吸收和運輸過程的理解?！狙芯繀^(qū)域】該試驗是在中國黃土高原北部六道溝小流域 (38°46′-38°51′N...
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