一、研究背景—研究现状随着世界范围内越来越多的涡度协方差塔的建立，净生态系统CO2交换（NEE）的测量在多尺度气候变化科学中变得越来越重要。但由于NEE是与光合作用和呼吸相关过程中抵消通量之间的净信号，从而使利用这些数据建立的模型具有一定的争论性。 研究方法目前使用最广泛使用的NEE划分方法是Reichstein方法，其使用夜间NEE的温度敏感度来预测白天的Reco，然后通过从NEE中减去Reco来计算GPP。然而由于夜间叶呼吸通常高于日间叶呼吸（也称为Kok效应），从而导致高估了日间Reco和GPP。工神经网络方法（ANN）已成为划分通量建模的另一重要方法，它使用多个可变变量来预测夜间测量的白天Reco。 ANN采用非线性回归模型来估计独立变量和从属变量之间的互连，建立类似神经通路的关系网络，但由于其计算费用昂贵，因此在多个年份内难以跨多个站点运行。 研究目的 由于上述调查的通量分配方法存在多种局限性，因此需要同时进行评估和比较。 并需要大力评估和比较与其相关的不确定性。本研究在理想的气象条件下，采用多重分割方法（即Reichstein、ANN、连续的测量、同位素分析），从而最大限度地减少与夜间湍流、复杂盖度和异质景观有关的误差。 由于数据和模型的不确定性，我们评估了每种方法的不确定性。 最后，我们通过采用生物...
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2017
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净生态系统碳交换（NEE）中光合作用和呼吸作用的分配、区分，具有一定的挑战性，而且它常与产生未知数量的不确定性假设相关联，从而阻碍了模型的发展。这与我们使用的测量NEE的方程和方法有关。虽然有多种区分NEE的方法，由于这些技术通常不能同时实现，从而使每种方法都有难以评估的独特局限性。本研究提出了在理想条件下，使用多种区分方法（Reichstein方法、人工神经网络（ANN）方法、稳定碳同位素方法和土壤呼吸Rsoil方法），建立非线性回归模型分析。通过新的量子级联激光（QCL）光谱仪测量了生态系统稳态C同位素的通量，将这些测量与物理学模型CANVEG相匹配，并解决总初级生产力（GPP）和生态系统呼吸（Reco）。结果表明：使用同位素区分方法的GPP和Reco平均值比使用Reichstein和ANN区分方法低10-13％。 这些结果表明，由于Reichstein 和ANN方法，使用夜间NEE来推测白天Reco，可能会高估当天的Reco和 GPP。这是由于与白天相比，晚上的植物呼吸速率较高，否则称为Kok效应。 随着同位素测量方法和应用理论在不同生态系统的不断发展，它将不仅仅是一种基准测量技术，而且对进一步了解碳循环具有一定的意义。未来有关评估这些技术在日益复杂的生态系统中应用的研究会不断增加，通过这些研究来确定区分方法之间的差异，以及这些差异如何影响陆地碳...
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2017
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Combining denitrifying bacteria and laser spectroscopy for isotopic analyses (δ15N, δ18O) of dissolved nitrateDavid X. Soto,* Geoff Koehler, and Keith A. Hobson 本研究介绍一种可测量水中可溶硝酸盐（δ15N、δ18O值）的新方法。这种新方法将人工培养反硝化细菌和离轴积分腔输出光谱（OA-ICOS）技术相结合，基于NO3-转换为N2O的量，进行N2O同位素分析。这种分析方法采用注射器人工将顶部空间的N2O气体注射进入同位素激光分析仪中，样品分析时间约为300秒。在考虑非线性问题时，OA-ICOS技术为可溶解的硝酸样品提供了更加准确和精度的δ15N和 δ18O测量结果。应用OA-ICOS技术测量N2O同位素的优点：（1）在没有预富集的情况下，提高了δ15N和δ18O的测量精度；（2）消除了其它气体物质的干扰（如，水和二氧化碳）；（3）极大地减少了同位素比质谱仪的花费成本和维护成本。 这种新方法（OA-ICOS技术）将极大地简化水生系统中硝酸盐来源的识别和量化。阅读原文： Combining denitrifying bacteria and laser spectroscopy for i5059b...
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2016
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INVASIVE SPECIES MAPPING USING LOW COST HYPERSPECTRAL IMAGERY Steven Jay1 – Research AssistantDr. Rick Lawrence1 – Associate ProfessorDr. Kevin Repasky2 – Associate ProfessorCharlie Keith2 – Research Assistant1Department of Land Resources and Environmental Science Montana State University – Bozeman2Department of Electrical & Computer Engineering Montana State University – Bozeman 128 AJM Hall Montana State University Bozeman, MT 59717 入侵物种的监测长久以来是一个耗时、昂贵且无效的工作。遥感是监测入侵物种的一种手段，然而，由于经费、时间和准确度的问题，限制了这种方法。 本研究评估了一款性价比较高的高光谱成像仪监测并区分坐落在草地生态系统的乳浆大戟（Euphorbia esul...
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2016
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草甘膦抗性和敏感性的长芒苋（苋科苋属植物）：利用植物的高光谱反射特性对其分类的可行性Glyphosate-resistant and glyphosate-susceptible Palmer amaranth (Amaranthus palmeri S.Wats.): hyperspectral reflectance properties of plants and potential for classificationKrishna N Reddy,a* Yanbo Huang,a Matthew A Lee,a Vijay K Nandula,a Reginald S Fletcher,a Steven J Thomsona and Feng Zhaob研究背景：草甘膦是目前世界上广泛应用的一种除草剂（高效、安全、环境友好），但是由于耐草甘膦转基因作物的应用，使其大量、频繁的应用，产生很高的选择压力，致使抗性杂草的进化，长芒苋是25个抗草甘膦品种中的一个，2006年就发现了抗性植株。长芒苋是玉米、棉花、大豆田中一种常见的杂草，在作物生长季节它能快速生长能高达2m，严重影响农作物的产量。抗性品种和感性品种很相似，通常无法区分。当前只能用草甘膦处理和看其生理生化变化来区分，过程比较麻烦，而利用高光谱技术可以...
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2016
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In Situ Measurement of Dissolved Methane and Carbon Dioxide in Freshwater Ecosystems by Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy应用LGR OA-ICOS技术原位测量淡水生态系统中的溶解性气体：CH4和CO2Rodrigo Gonzalez-Valencia,† Felipe Magana-Rodriguez,† Oscar Gerardo-Nieto,†Armando Sepulveda-Jauregui,‡ Karla Martinez-Cruz,†,‡ Katey Walter-Anthony,‡ Doug Baer,§ and Frederic Thalasso*,†,‡†Biotechnology and Bioengineering Department, Cinvestav, Avenida IPN 2508, Mexico City, San Pedro Zacatenco, D.V. 07360,Mexico‡Water and Environmental Research Center, University of Alaska Fairbanks, Fairbanks, Alaska 07360, Un...
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2016
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摘要： 在纳米比亚Cuvelai–Etosha半干盆地采用液体水同位素分析仪（LGR可调节离轴积分腔输出光谱技术）及商用土壤气体探头测量土壤水分的稳定同位素（氘，2H, oxygen-18, 18O）。结果证实了原位测量土气水分稳定同位素的可行性。在研究区域获得了合理而准确的高时空分辨率数据。测量结果与低温真空萃取及后腔衰荡激光光谱学同位素分析的实验室数据一致。 在2014年6月-10月连续两次野外活动经过140次测量，原位同位素数据的漂移和跨度修正后的精度分别为：δ2H：1.8，δ18O：0.48 ‰ 。使用质量检查标准得到平均测量准确结果分别为δ2H ：5 ，δ18O ：0.3 ‰。定量同位素剖面深度来计算土壤水分平衡。水蒸发量占总地表水蒸发量72-92%。降雨后蒸发量立即降低至35-50%范围。激光光谱仪的原位系统存在与环境条件相关的潜在局限性，可通过使用温度调节室最小化。而且使用烘箱预先干燥的土壤原料，土壤的理化性质（即粘土矿物）可能会使系统适用性受到限制。通过改良校准程序以及进一步研究影响土壤水分同位素比值的数据，可减少原位系统的不确定性，尤其在低含水量条件下。此外，无法从数据推断出土壤呼吸二氧化碳对根区同位素值的影响。引用文献：Gaj, M., Beyer, M., Koenige...
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2016
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J.B. Leen, G. Sornsen, R. Provencal, K. Owen, M. Gupta, D. Baer; ABB – Los Gatos Research摘要 基于最新的光腔增强型激光吸收技术—OA-ICOS（离轴积分腔输出光谱技术），美国能源部应用两种不同商业气体分析仪测量NH3。 分析仪#1（型号：914-0012），搭载于美国能源部在Yakima山谷Gulfstream-1研究飞机上，采用中红外量子级联激光器测量NH3。通过调节高分辨率吸收光谱的激光波长振动带近9.7um,测量NH3。在宽动态范围（0-101ppb）内获得了线性度:响应速率（1 / e）8 Hz，精度±0.09ppb（1σ，1秒）。一共执行两次飞行研究：飞行# 1，分析器在低风平稳大气条件下，采用高垂直分辨率和空间分辨率用来确定奶牛场牲畜排泄物特征。飞行# 2，分析仪在有风条件下捕获到动物粪便特征。 分析仪# 2（型号：911-0016），采用近红外二极管激光测定空气中的氨。通过调节高分辨率吸收光谱激光波长接近1.52um的NH3结合带进行测量。线性度在宽动态范围（0-0.1ppm）内获得：响应速率（T90-10, 10-90）分别为＜8秒和＜9秒，精度&#...
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2016
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近红外光谱技术应用于葡萄栽培的研究：• 光谱技术，例如近红外光谱技术可以作为基于葡萄需水量这一生理学指标来做灌溉安排，这种方法，比那些不考虑植物本身，单纯依靠天气或者土壤湿度测量的方法更实用。• 近红外光谱技术可以用来分析葡萄叶中叶绿素、糖分、营养成分和碳水化合物含量。• 曾经有报道指出，近红外光谱技术可以作为一个工具，测量一批赤霞珠葡萄的物理性质，诸如：硬度、弹性和耐碰性。(LeMoigne et al., 2008)• 应用近红外光谱仪研究葡萄浆果表明：近红外光谱技术可应用于在称量台或者在现场分析花青素、TSS和pH值。 (Cozzolino et al., 2004)• 研究表明，在红酒的发酵过程中，近红外光谱技术在酚复合物的浓度预测、萃取监控及进化有着潜在性的作用。(Cozzolino et al., 2006)应用化学统计学 (多变量分析) 预测葡萄栽培的特性：• 数据量化模型（包含Indico® Pro光谱采集软件和可以和ASD的LabSpec和FieldSpec配套使用的软件；GRAMS apps)• 用回归分析方法讲各种实验室分析方法与近红外反射率联系起来。• 预测多种成分，比如： 糖分/糖度；叶绿素；碳水化合物；葡萄藤水分预测(灌溉进度安排，等等)。• 用一种测量方法做多种预测。经澳大利亚葡萄酒研究所许可转载。标准值和近红外技术预测的pH值之间的关系。n...
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2016
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“啤酒酿造过程包含若干步骤： 麦粒发芽, 制粉, 捣碎, 过滤, 烹煮, 发酵, 加工, 过滤和包装。其中，发酵环节对啤酒的质量起到决定性的作用，因为有多种因素（比如温度、pH值、糖类组成、酵母类型）会影响酒的质量度。”(Grassi et al., 2013)全波段近红外光谱仪的作用：• “对植物进行高光谱遥感分析是一个快速调查和明确植物健康和营养状况很有效的方法。” (Fluvià, 2015)• “近红外测量对植物育种、监测作物的成熟度非常有用。” (Halsey, 1987)• 近红外测量可以用来对啤酒酿造中的原料（比如：大麦、麦芽、啤酒花、酵母）、半成品及成品做质量监测控制。(Valeria et al., 2012)• 传统的近红外分析样品的方法，已被应用于啤酒花的水分，α-酸、β-酸、啤酒花油和贮存指数的预测。(Halsey, 1987)• 乙醇可以从许多不同的淀粉中提取，包括玉米、小麦、大麦或马铃薯；近红外技术已经帮我们实现通过仪器直接测量这些原料成分，并预测乙醇产量。 (Fluvià, 2015)• 近红外技术是检测酒渣能否用于动物饲料成分的有效工具。(ASD Inc., 2009)• 近红外技术可以帮助我们清楚的分辨出啤酒样品与老化啤酒中的乙醇。(Ghasemi-Varnamkhasti et al., 2012)应用化学统计学 (多变量分析...
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