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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(dǎo)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，高地森林匯聚形成一條流經(jīng)下游濕地的溪流。因此，該流域為研究融化期間森林濕地內(nèi)DOM運動對土壤CO2通量變化特征的影響提供了一個理想的天然實驗室（圖1(c)）。圖 1. 圖們江流域地理位置（TRB，a）及BRW主要土地利用分布（b）。森林濕地流域內(nèi)現(xiàn)場站點（▲）、土壤呼吸站點（●）、水體采樣站點（▲）的空間分布及相應(yīng)的場景圖片（c）。上游水和下游水分別是流入濕地的上游水和流出濕地的下游水的簡稱。本研究使用便攜式...
發(fā)布時間: 2024 - 12 - 02
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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(dǎo)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...
發(fā)布時間: 2024 - 12 - 02
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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(dǎo)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(xué)域內(nèi)的土壤反射光譜已被用于獲取土壤礦物學(xué)和化學(xué)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 ...
發(fā)布時間: 2024 - 11 - 07
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水資源在糧食生產(chǎn)和生態(tài)修復(fù)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(fēng)險。為應(yīng)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(xué)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(fēng)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...
發(fā)布時間: 2024 - 10 - 29
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考古學(xué)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(xué)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(xué)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...
發(fā)布時間: 2024 - 10 - 29
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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(xué)、凍土學(xué)和生物地球化學(xué)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(yīng)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(fēng)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...
發(fā)布時間: 2024 - 10 - 21
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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(xué)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(xué)家更加困惑?？茖W(xué)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(fù)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(fù)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(xué)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(xué)的太空考古學(xué)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(xué)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(xué)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...
發(fā)布時間: 2024 - 10 - 14
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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(fēng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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...
發(fā)布時間: 2024 - 09 - 30
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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(xué)反應(yīng)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(xué)性質(zhì)與化學(xué)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(xué)依據(jù)。棕色碳發(fā)色團光學(xué)性質(zhì)和化學(xué)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(xué)過程具有重要影響。BrC結(jié)構(gòu)復(fù)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(fù)雜的大氣化學(xué)過程，其光學(xué)性質(zhì)和化學(xué)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(xué)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...
發(fā)布時間: 2024 - 09 - 30
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摘要土壤有機質(zhì)（SOM）在全球碳循環(huán)中起著非常重要的作用，而高光譜遙感已被證明是一種快速估算SOM含量的有前景方法。然而，由于忽略了土壤物理性質(zhì)的光譜響應(yīng)，SOM預(yù)測模型的準確性和時空可遷移性較差。本研究旨在通過減少土壤物理性質(zhì)對光譜的耦合作用來提高SOM預(yù)測模型的時空可遷移性?；谛l(wèi)星高光譜圖像和土壤物理變量，包括土壤濕度（SM）、土壤表面粗糙度（均方根高度，RMSH）和土壤容重（SBW），建立了基于信息解混方法的土壤光譜校正模型。選取中國東北的兩個重要糧食產(chǎn)區(qū)作為研究區(qū)域，以驗證光譜校正模型和SOM含量預(yù)測模型的性能和可遷移性。結(jié)果表明，基于四階多項式和XG-Boost算法的土壤光譜校正具有優(yōu)異的準確性和泛化能力，幾乎所有波段的殘余預(yù)測偏差（RPD）均超過1.4?；赬G-Boost校正光譜的SOM預(yù)測精度最 高，決定系數(shù)（R2）為0.76，均方根誤差（RMSE）為5.74 g/kg，RPD為1.68。遷移后模型的預(yù)測精度、R2值、RMSE和RPD分別為0.72、6.71 g/kg和1.53。與模型直接遷移預(yù)測相比，采用基于四階多項式和XG-Boost的土壤光譜校正模型，SOM預(yù)測結(jié)果的RMSE分別降低了57.90%和60.27%。 這種性能比較凸顯了在區(qū)域尺度 SOM 預(yù)測中考慮土壤物理特性的優(yōu)勢。Figure 1. Framework of the proposed SOM...
發(fā)布時間: 2024 - 06 - 11
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北京，這座擁有千年歷史的城市，見證了無數(shù)歷史的變遷和現(xiàn)代文明的飛躍。然而，隨之而來的是空氣質(zhì)量問題，尤其是由機動車尾氣排放引發(fā)的大氣污染。據(jù)相關(guān)研究顯示，機動車尾氣中含有大量的有害物質(zhì)，包括一氧化碳、氮氧化物、揮發(fā)性有機化合物以及細顆粒物等，這些污染物不僅對人體健康構(gòu)成威脅，還會導(dǎo)致城市霧霾的形成，影響城市的視覺美感和居民的生活質(zhì)量。在眾多污染物中，氨氣作為一種典型的堿性氣體，其來源多樣，包括農(nóng)業(yè)活動、工業(yè)生產(chǎn)、生活垃圾處理等。在北京市城區(qū)車輛排放是否是氨氣的主要來源？據(jù)此，來自中國科學(xué)院大氣物理研究所的研究團隊進行了相關(guān)研究。北京城區(qū)NH3排放源-機動車尾氣背景介紹氨氣是大氣中重要的堿性氣體，在中和酸性氣體，形成二次氣溶膠方面發(fā)揮著重要作用。NH3在大氣中滯留時間短，因此NH3濃度日變化顯著。一般特征為在早上大約07:00~10:00，NH3濃度到達峰值。然而以前的研究局限于單一季節(jié)，無法闡明該現(xiàn)象對于所有季節(jié)是否是普遍特征。且尚不清楚車輛排放是否是城市NH3主要源。研究方法來自中國科學(xué)院大氣物理研究所的研究團隊利用Picarro G2103氨氣分析儀在中科院大氣物理所一棟建筑物屋頂進行了NH3濃度年在線觀測并通過離線方式在冬天以小時尺度測量了NH4+及δ15N。旨在表征NH3日動態(tài)變化并識別NH3的城市源。結(jié) 論北京市城區(qū)早晨NH3峰值的發(fā)生是一種普遍特征，平均發(fā)生頻率為73....
發(fā)布時間: 2024 - 05 - 20
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