在大气、陆地、海洋和湖泊环境中均已发现了微塑料（颗粒20-1400 kg/m3。相当一部分人造塑料比水重，当其进入到水环境中时，会进入到沉积物系统中。已有研究表明，海洋沉积物中微塑料的存在会改变沉积物微生物群落组成，显著影响N循环，并会影响沉积物生物地球化学过程等。在全球气候变暖的背景下，在沉积物-水-大气界面，湖泊生态系统的物质交换更频繁，其对环境变化更敏感，因此，应该重视微塑料对淡水沉积物的影响。此外，淡水湖泊，水库及其沉积物是温室气体排放的重要来源。应注意微塑料进入淡水沉积物中时是否会影响其生态环境、温室气体排放和微生物群落。近来，微塑料研究重点已逐渐从海洋水环境转向淡水和沉积环境。然而，很少有研究关注淡水沉积环境中微塑料的影响和生态效应。基于此，在本文中，来自南开大学环境科学与工程学院的研究团队选择5~2000 μm的微塑料进行实验。将六种不同直径的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）颗粒长期（90天）暴露在淡水沉积物中，研究其对温室气体排放（利用Picarro G2508温室气体分析仪测量CO2，CH4和N2O浓度）、养分循环和微生物群落的影响。作者假设：（1）不同粒径的PET可以在不同程度上促进淡水沉积物系统温室气体排放；（2）PET可以影响微观世界的生化环境和淡水沉积物中的微生物群落；（3）不同粒径的微塑料在不同培养期发挥着作用。【结果】温室气体排放率。生化变量主成分分析图...
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2022
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玉米是世界上最重要的作物之一。在玉米生长过程中，氮（N）是最重要的营养元素之一。玉米叶片中N转运主要以谷氨酰胺的形式进行。玉米产量与灌浆期叶片中的谷氨酰胺、谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和天冬酰胺等氨基酸具有很好的相关性。因此，准确快速估算玉米叶片氨基酸含量对于提高玉米产量和N利用效率至关重要。分光光度法、化学分析法和质谱法是确定氨基酸含量的主要方法，具有高灵敏度和高准确度。然而，这些方法会破坏样品，且需要复杂的样品处理过程，通量低，成本高。高光谱成像技术因其快速、高通量和无损式测量成为估算作物生理生化参数的新方法，且已广泛用于作物表型性状的高通量筛选。然而，目前利用高光谱数据估算新鲜玉米叶片氨基酸含量的研究十分有限。基于此，为填补研究空白，在所附的文章中，中国农业大学的研究团队以新鲜玉米叶片为研究对象，探索了高光谱成像技术估算其氨基酸含量的可行性。考虑到施氮量对玉米叶片氨基酸含量的极大影响，作者设置了两个变量施氮实验。利用Resonon Pika L高光谱成像仪（光谱范围为400-1000 nm）采集玉米叶片的高光谱图像，并测量了玉米叶片24种氨基酸含量。作者利用NDVI从背景中分离出绿色叶片（高光谱图像预处理），利用Savitzky-Golay滤波进行去噪（数据预处理）。在模型建立过程中，作者首先通过样本变异系数（CV）和偏最小二乘回归（PLSR）筛选了各氨基酸含量的敏感波段范围和特...
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陆地生态系统土壤每年释放大量二氧化碳（CO2），主要来源于凋落物和土壤C分解。养分有效性，尤其是N和P，在凋落物和土壤C分解中发挥着重要作用。一般来说，热带森林是P受限的生态系统，凋落物和土壤C分解动态对P添加响应程度大于N添加。大量研究表明，在热带森林中P添加会加速土壤C和凋落物分解，从而减少土壤C储量。但也有一些研究结果与此不同，这种不确定响应需要我们进一步详细研究以了解其潜在机制。目前，大多数研究主要集中在凋落物或土壤C分解上，鲜少进行凋落物和土壤C分解的综合实地研究。基于此，在本文中，一组研究团队通过中国广东省西南部中国科学院小良热带海岸带生态系统定位研究站（21°270′N，110°540′E）11年长期N和P添加试验，结合自然丰度C同位素（G2201-i Isotopic CO2/CH4, Picarro, Santa Clara, CA, USA）研究，以同时量化N和P添加对凋落物分解和土壤C矿化作用的影响。作者利用干燥的玉米叶片和玉米根系（两者木质素浓度不同）作为凋落物输入。将凋落物和N/P添加土壤混合以监测叶片凋落物和SOC分解。作者假设：（H1）N添加会减慢总CO2释放，P添加会加速总CO2释放；（H2）N添加会阻碍凋落物和土壤C分解，而P添加会加速凋落物和土壤C分解；（H3）玉米叶片比玉米根系分解更快。为验证假设，作者测量了总CO2通量，并...
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监测和量化河口（如珠江河口（PRE））悬浮沉积物浓度（SSC）可为环境过程、水文建设和航行提供重要信息。传统上基于原位测量进行SSC制图缺乏详细分析时所需的空间覆盖范围。而以往的许多研究表明，基于卫星图像可以在适当尺度上有效监测大型河口区域SSC格局及变化。然而，单个传感器获得的卫星图像通常无法保证用于大空间尺度或长期研究，利用多源卫星图像进行SSC反演在学术界越来越受欢迎。而就反演方法而言，目前仍广泛使用基于线性回归和多因素统计的经验分析方法，而主成分分析和人工神经网络也是提高精度的有效替代方法。而在小型水体中低SSC预测仍是一个挑战。基于此，在本研究中，一组研究团队以珠江河口为研究区域，基于原位光谱数据（ASD FieldSpec 4光谱仪）和SSC测量，辅助以环境信息，例如经度、维度、风速和其它大气环境因子，并基于Landsat TM/OLI和Sentinel-2图像开发模型以量化SSC。通过均方根误差（RMSE）和相对误差（RE）评估模型的性能。最后通过所开发的模型进行珠江河口1986-2020年SSC分布制图。本研究主要目标为：（1）调查PRE SSC分布的空间格局；（2）探索过去25年SSC的时空变化；（3）分析SSC变化的影响因素及其与人类活动的关系。【结果】2020年7月22日和12月20日原位收集的光谱反射率曲线。从Landsat-8 OLI提取的SSC多年平均值...
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作为气候变化的主要驱动力，CO2是最重要的长寿命温室气体，约贡献了66%的辐射强迫。自1956年以来，在美国夏威夷的莫纳洛亚山进行了大气CO2浓度首次长期观测，在全球大气监视网（GAW）计划下，迄今为止测量已扩展到约400个站。这些站点主要位于相对偏远地区，从区域到全球尺度上捕获CO2信号，以理解碳循环及其对气候变化的影响。然而，城市化和工业化区人为排放量占全球CO2排放量的70%以上。为扩大温室气体观测网，准确估算CO2通量，在GAW计划框架下，中国建立了8个国家温室气体监测站，并同时安装了大量城市站点，服务于碳中和战略和国内省际碳交易市场。长江三角洲地区是中国经济最发达、城市化最密集的地区，人为CO2排放受到高度的关注。基于此，在本文中，来自浙江工业大学环境学院的一组研究团队以长江三角洲典型城市杭州为研究对象，于2016.3.27-2020.12.31年对其大气CO2摩尔分数（Picarro G2301CO2、CH4和H2O分析仪）进行了观测。还介绍并比较了邻近的世界气象组织/全球大气监视网(WMO/GAW)计划站点（临安，LAN）的CO2摩尔分数（Picarro G2401 CO、CO2、CH4和H2O分析仪）。同时分析了时间变化、季节变化和COVID-19流行病的影响。【结果】在杭州（上图）和临安（下图）站观测到的每小时CO2摩尔分数。（a）四个季节大气CO2摩尔分数的日变...
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2022
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土壤水（SW）是调节地表过程和地表能量分配的重要状态变量。由于与周围环境复杂的相互作用，SW存在显著的时空变化。近年来，随着测量技术的发展，SW稳定同位素组成（SWSIC；δD和δ18O）已越来越多地用于追踪土壤-植物-大气连续体中的SW运移，以更好地理解诸如量化SW停留时间、识别植物吸收水源和区分蒸腾和蒸发等相关过程。然而，由于受多种环境因素和过程的影响，如具有不同同位素组成的降水输入、土壤蒸发、土壤基质势梯度或矿物质-水相互作用造成的同位素分馏，SWSIC可能会随着时间和空间而显著变化，从而导致了在解释不同研究中SWSIC数据时存在很大的不确定性。因此，通过解释其时空变化格局及与其他因素（如土壤质地、土壤深度和植被）的相关性来改善SWSIC示踪技术至关重要。基于此，为更好地理解SWSIC的时空格局，在本研究中，来自天津大学的研究团队在中国科学院栾城农业生态系统试验站（LAEES）进行了为期约2年的田间试验。主要研究目标为：（1）比较不同深度SWSIC和SWC的时空格局，以及（2）研究SWSIC空间结构的时间特征并评估其影响因素。研究区和采样点（用于土壤含水量和δD分析）地图。作者于2018年12月1日、2019年4月1日、2019年6月4日、2019年7月18日、2020年4月26日、2020年6月28日和2020年8月23日收集了0、30和60 cm深度的土壤样本。利用全自动...
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地下水是水文循环的重要组成部分，广泛用于饮用水、工农业活动以及战略储备。然而，人类活动的加剧（如水利工程建设、地下水过度开采、农药和生活污水排放）以及天然劣质地下水在大型流域中的广泛分布，导致地下水环境恶化。因此，水资源的合理管理和水环境的有效保护至关重要，基于地下水流系统（GFS）理论，全面理解地下水流模式（即更新速率、流径及演化趋势）有助于准确评估水文通量和预测污染物分布。汉江平原是长江流经三峡后第一个接收沉积物的大型河湖盆地。复杂的沉积环境、地下水-地表水强烈相互作用以及人为改造自然环境的共同作用，形成了汉江平原独特的GFS格局。了解汉江平原地下水循环演化及其控制机制，对于促进GFS的实际应用和该地区地下水资源保护具有高度紧迫性和挑战性。基于此，在本研究中，来自中国地质大学（武汉）的研究团队在汉江平原腹地和过渡区进行了相关研究，旨在：（1）基于沉积物粒度特征、粘土孔隙水稳定同位素和古气候指标重建汉江平原第四纪含水层系统的沉积环境；（2）深入理解末次盛冰期（LGM）以来沉积环境驱动的GFS演化模式。作者于2015年和2017年在汉江平原腹地和过渡区钻了两个钻孔G01和G05，深度分别为200 m和185 m。从钻孔中收集沉积物样品，分析其粒度分布，地球化学和矿物成分。并从钻孔G01和G05中分别采集了19个和17个粘土样品，利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，北京理加联...
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城市河流水资源是重要的生态资源，是城市生活和生态的根本保障。但是近年来，河流水污染问题日益突出，城市水污染监测、水体保护、生态系统健康动态监测以及修复方法已经成为研究热点。水质监测是水污染控制的基础。传统水质监测主要基于野外采样后的实验室检测和分析，由于空间布局和采样点密度限制，在分析污染物在水面的连续迁移过程或大面积污染时，难以获得反映整个水体生态环境的总时空数据。遥感技术因其快速、实时和非接触操作的独特优势，逐渐成为水质参数反演和水质监测的有效工具。其中，地面遥感监测技术以其小范围、高精度和点源信息获取等优点而取得较好效果。因此，该方法在小流域水质监测方面具有一定优势，可以实现河流水质单一指标的高精度定量反演。然而，基于地面遥感技术进行水质监测时，还存在以下问题亟待解决。一是反演水质指标过于简单，反演精度较低，无法充分反映河流水质信息。其次，常用的回归和反演模型种类繁多，但对相关算法应用效果的系统比较和科学评估较少。因此，急需通过对比分析研究，为模型合理选择提供决策支持，提高水质反演效果。基于此，在本研究中，一组研究团队以邯郸市滏阳河为研究对象，通过室内测量获取水样的高光谱数据（ASD FieldSpec 4光谱仪）以及通过化学实验获取相应水质检测结果。然后引入偏最小二乘法（PLS）、随机森林（RF）和最小绝对值收敛和选择算子（Lasso）建立样本高光谱数据和6个对应水质参数（...
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植被根系水分吸收在水分运移过程中发挥着重要作用，且在土壤-植物-大气界面具有多重影响，尤其是半干旱和干旱生态系统中。具有高生态可塑性的各种荒漠物种的根系水分吸收模式适应了有效水资源，从而产生了物种特异性抗旱机制。因此，测量根系活动和量化每个贡献者大小的定性和定量方法，特别是在（半）干旱地区，尚未得到广泛研究，并且仍然是当前研究工作的挑战。已有许多研究应用水稳定同位素方法研究了植物的吸水模式，但研究对象多集中在树木和灌木上，且许多文献提到干旱地区不可预测的降水事件对最常见的植物吸水模式的显著影响。基于此，在本研究中，来自中国地质科学院水文地质环境地质研究所和自然资源部地下水科学与工程重点实验室的研究团队以戟叶鹅绒藤-一种常见的荒漠共生藤本植物为研究对象，采用基于水稳定同位素的多源线性混合模型识别和量化了其在生长期的水分吸收模式，同时消除了脉冲降水事件对根系吸水显著的短期影响。旨在深入了解戟叶鹅绒藤和其他荒漠藤本物种的吸水模式，从而加深对干旱区生态水文地质循环中水分运移过程的理解，并为可持续发展以及荒漠植被的管理和维护提供科学依据。民勤县数字高程模型和河网，青土湖的相对地理位置 （即研究区，五角星）和采样位置。作者于2019年8月12日收集了降雨。并于2019年8月20日、2019年8月22日和2019年8月24日收集了3个不同地点的戟叶鹅绒藤茎部和不同层土壤（0-10 cm、10-3...
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植物和微生物生长繁殖均需要氮。尽管这通常导致两者对氮的竞争，但在数百万年的共同进化中，植物和微生物已发展成了互利共生的相互关系。微生物固定和植物吸收之间的时间耦合在氮循环维持中起着关键作用。植物和微生物生物量的不同季节动态很大程度上决定了不同生态系统组分间的氮流动。值得注意的是，冬季微生物氮固定可能直接影响生长季植物氮供应。气候变化极大地改变了全球降雪格局，进而改变土壤温度、土壤水分和冻融频率，这不仅会影响覆雪期氮循环，还会影响冻融期氮流失。最终，在冬季气候变化下，植物和微生物之间氮交换的时间耦合可能会重塑。然而，目前尚不清楚积雪深度的变化是否会影响植物和微生物氮利用之间的时间联系以及如何影响。在过去的40年，北极涛动和大气环流的变化增加了中国东北地区冬季积雪深度。为了探索冬季气候变化下植物和微生物氮循环之间季节内和季节间相互作用如何影响生态系统氮固持，中科院植物所刘玲莉研究团队在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站（IMGERS，43°38′N，116°42′E；1200 m a.s.l.）依托长期降雪控制实验平台，结合15N示踪试验以及N2O高通量监测手段，旨在检验以下假设：1）微生物在冬季有较强的氮获取能力，而植物则在生长季表现出更高的氮竞争能力；2）生长季植物氮吸收与非生长季土壤微生物氮固定量呈正相关，以及3）冻融阶段增雪通过增加气态氮排放和淋溶流失来...
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