面向多类型土壤有机碳定量反演的天基高光谱探测参数研究

星载高光谱仪器的光谱通道以及光谱分辨率和信噪比等核心参数设置直接影响土壤有机碳定量反演精度。本研究开展了卫星载荷光谱分辨率、信噪比、光谱特征波段对不同土壤类型有机碳反演影响的研究,提出了基于大气传输模型、光谱分辨率分析模型、信噪比分析模型、特征波段的提取分析模型以及偏最小二乘回归反演模型的面向不同土壤类型有机碳监测的高光谱卫星“地面–大气–仪器–观测–反演”全链路仿真分析方法,实现了土壤类型、大气效应、仪器特性参数、反演方法的耦合影响分析。结果表明：①3种类型土壤有机碳反演的最佳光谱分辨率均在10~20 nm。②不同土壤类型对观测的信噪比需求不同。对于Phaeozem的有机碳监测,较另外两种土壤有更高的信噪比需求。③在不同特征波段提取分析方法下所需的最佳光谱分辨率和信噪比一致。不同类型土壤光谱数据提取出的特征波段不同,其中反演效果最佳的土壤类型为Chernozem,特征波段数为26个,R²=0.826 5,RMSE=3.438 9 g/kg。④反演模型与仪器特性参数无耦合关系,同一类型土壤不同反演算法的最佳光谱分辨率和信噪比需求一致。⑤Chernozem有机碳最佳反演参数需求为光谱分辨率15 nm,信噪比大于506.66,特征波段提取数为26个;Kastanozem有机碳最佳反演参数需求为光谱分辨率17 nm,信噪比大于331.42,特征波段提取数为22个;Phaeozem有机碳最佳反演参数需求为光谱分辨率15 nm,信噪比大于432.51,特征波段提取数为19个。     

西北太平洋公海柔鱼和日本爪乌贼个体发育期营养生态位变化分析

为了更好的了解柔鱼和日本爪乌贼个体发育期营养生态位变化,根据2021-2022年“淞航”号渔业资源调查船所采集36尾柔鱼和30尾日本爪乌贼样本,对其眼睛晶体进行了碳氮稳定同位素分析。结果表明：柔鱼个体δ13C、δ15N值变化幅度分别为0.10‰-1.68‰、0.79‰-7.51‰;日本爪乌贼个体δ13C、δ15N值变化幅度分别为0.15‰-1.20‰、0.81‰-7.05‰。柔鱼、日本爪乌贼生态位面积变化范围分别为0.40‰2-5.85‰2、0.27‰2-5.36‰2。GAM模型分析显示：柔鱼眼睛晶体δ13C、δ15N与晶体直径均具有显著的相关性（P<0.01）,偏差解释率分别为31.9%和34.3%。日本爪乌贼眼睛晶体δ13C、δ15N与晶体直径均具有显著的相关性（P<0.01）,偏差解释率分别为12.9%和19.4%。分析认为,个体营养生态位的变化幅度较大,侧面反映了西北太平洋黑潮-亲潮过渡区同位素基线值变化幅度较大;该海域的柔鱼、日本爪乌贼个体摄食水平存在很大差异;个体发育和基线值是影响组织δ13C、δ15N值的因素。     

基于船舶观测的黑潮延伸体典型涡对的三维结构分析

为了理解黑潮延伸体(KE)区域活跃的中尺度过程,认识该海域中尺度涡旋的三维结构,以及中尺度涡旋在水团再分配、海-气相互作用方面起到的贡献。本文基于船舶观测和卫星遥感数据,研究了2022年6?7月之间分别分布于KE主流轴南北两侧的一个气旋式涡旋(CE)和反气旋式涡旋(AE)构成的典型涡对三维结构特征。结果表明：(1) CE存在南向跨锋运动,剪切强迫主导了该CE的运动过程;AE则相对稳定地存在;(2) CE的“冷舌”结构在海表增温和黑潮暖水扩散作用下逐渐消退;由于对CE所携带冷水的夹带作用,AE表现出“反涡旋海表面温度异常”的结构;(3) 该涡对内部温盐异常的多核结构与不同特性水团垂向再分配作用有关,AE内部流场斜压强,理查德森数小于临界值0.25的占比达50%左右,说明易引发湍流混合;CE上层垂向结构稳定,正压性强,使跨密面混合难以进行。该研究工作有助于提升对KE区域涡对特征和涡旋内部结构的认识,为进一步的涡旋动力研究提供支撑。     

长吻帆蜥鱼作为生物采集器探究海洋中深层生物微塑料污染特征

海洋中深层生物作为链接海洋上层与深层食物网的媒介,对维系大洋生态系统结构和功能的稳定有着不可替代的重要作用。由于样品采集的困难性,针对中深层生物微塑料污染研究十分缺乏。长吻帆蜥鱼(Alepisaurus ferox)具有特殊的消化机制,是优秀的生物采集器。本研究利用激光红外成像光谱技术,量化分析了长吻帆蜥鱼胃中保存的中深层物种体内微塑料的丰度和理化特征。共采集中深层鱼类和头足类7种,其肠道中检测出微塑料146个,检出率85.71%,丰度为10.43 ± 12.12个/尾, 粒径为20.34~309.89 μm(47.36 μm ± 43.41 μm)。微塑料以颗粒状(59.58%)和碎片状(36.30%)为主,聚合物成分主要是丙烯酸酯共聚物(Acrylate copolymer),占比60.27%。本研究首次证明了长吻帆蜥鱼作为生物采集器开展海洋中深层生物微塑料污染研究的可行性,研究结果对解析大洋生态系统微塑料污染及其潜在生态风险具有重要意义。     

基于COI基因构建西北太平洋常见鱼类DNA条形码参考数据库

西北太平洋以其独特的地理位置和复杂的海洋环境,孕育了极为丰富的渔业资源,成为全球海洋生物多样性保护和渔业资源管理的热点区域。为了更有效地进行鱼类种类识别和多样性的调查,本研究建立了西北太平洋常见鱼类DNA条形码本地数据库。基于线粒体COI基因,对2023年6-8月在西北太平洋海域所采集的307份样品进行扩增和测序,共获得7目13科20属25种鱼类的COI基因序列。77.96%的COI序列在公共数据库中都能比对到高相似度序列。种间平均遗传距离为0.233,种内平均遗传距离为0.003,种间遗传距离是种内遗传距离的77.67倍,且能够形成明显的条形码间隙,不存在物种区分困难的现象。基于COI基因序列构建的系统发育树显示,同一属的鱼类首先聚为一支,随后与同一科的鱼类聚为一支,最后,同目不同科的鱼类聚为一支。综上所述,COI基因具有物种特异性,能够有效的区分西北太平洋常见鱼类物种,本数据库的初步建立,有利于后期利用环境DNA技术进行西北太平洋鱼类多样性的监测和调查,为西北太平洋海域生物多样性保护、资源管理和种群动态监测提供了技术支持。     

西北太平洋公海两种大洋性鱿鱼营养生态位分析

为了深入了解大洋性鱿鱼在西北太平洋食物网中的作用,根据2021和2022年上海海洋大学“淞航”号开展农业农村部公海渔业资源综合科学调查专项时采集的样品,利用碳氮稳定同位素技术对西北太平洋柔鱼Ommastrephes bartramii和日本爪乌贼Onychoteuthis borealijaponicus两种头足类肌肉稳定同位素以及营养生态位进行研究。结果表明：柔鱼各站点间的δ13C、δ15N值都存在显著性差异（δ13C:F=3.073, P<0.05;δ15N:F=4.164,P<0.05）;日本爪乌贼两个站点间的δ13C存在显著性差异（t=-3.108,P<0.05）、δ15N值差异性不显著（t=1.317,P>0.05）。柔鱼和日本爪乌贼间的肌肉δ13C、δ15N值存在显著差异（δ13C: t=8.681,P<0.05; δ15N: t=13.465,P<0.05）。个体发育过程中,柔鱼、日本爪乌贼的δ13C、δ15N值与胴长相关性不显著（P>0.05）。柔鱼营养生态位宽度（SEAc=0.35‰2）大于日本爪乌贼生态位宽度（SEAc=0.2‰2）,两者之间的重叠率中等(0.314)。柔鱼和日本爪乌贼种内雌雄间生态位重叠率高,分别为0.988、0.76。分析认为,柔鱼和日本爪乌贼的δ13C值受海表温及摄食作用的影响;柔鱼和日本爪乌贼的δ15N值受摄食作用的影响;两种头足类雌性和雄性群体对食物和栖息地资源的利用高度相似。     

基于NGO-CNN-SVM的高标准农田灌溉工程施工成本预测

为提高高标准农田项目施工成本的预测精度,控制施工成本在合理范围,减少投资风险,该研究从单体灌溉工程施工成本预测角度出发,通过随机森林（random forest,RF）筛选出高标准农田灌溉工程施工成本的关键影响因素,结合卷积神经网络（convolutional neural networks,CNN）和支持向量机（support vector machine,SVM）两种模型的优点,通过北方苍鹰优化算法（northern goshawk optimization,NGO）对模型里的惩罚因子和核参数进行寻优,构建基于NGO-CNN-SVM的施工成本预测模型。通过辽宁省2018—2023年高标准农田工程中灌溉工程的施工成本数据,选取样本决定系数R²、平均绝对误差MAE、平均绝对百分比误差MAPE和均方根误差RMSE作为精度指标进行分析,结果表明：基于NGO-CNN-SVM的施工成本预测模型在渠道工程中MAE低于0.615万元,RMSE低于0.512万元,R²达到0.968以上,相对误差小于4.210%;在进水闸工程中MAE低于0.610万元,RMSE低于0.536万元,R²达到0.966以上,相对误差小于4.410%;在桥涵工程中MAE低于0.494万元,RMSE低于0.477万元,R²达到0.970以上,相对误差小于3.548%,并相比较于反向传播神经网络,CNN和CNN-SVM模型,NGO-CNN-SVM模型的预测结果均最优。通过特征选择、模型融合、算法优化以及不同模型对比表明NGO-CNN-SVM模型具有更高的预测准确率和泛化性,可为高标准农田灌溉工程施工成本预测提供理论依据。     

长期不同施氮量下黑土团聚体稳定性及有机碳含量的变化

为测定不同氮肥施用量对黑土团聚体组成及稳定性、有机碳含量及团聚体有机碳分布的影响,阐明黑土有机碳稳定性对不同施氮水平的响应机制,本研究在吉林省梨树县不同施氮水平长期定位试验田进行取样,以施氮水平不同设置5个处理,分别为T1(0)、T2(160 kg·hm^-2)、T3(240 kg·hm^-2)、T4(280 kg·hm^-2)、T5(320 kg·hm^-2),分析长期不同施氮量下水稳性团聚体组成、团聚体结构特征、土壤总有机碳含量及团聚体有机碳分布的变化,探究酸化黑土有机碳含量影响特征。结果表明：随氮肥施用水平的升高,土壤碱解氮(AN)和全氮(TN)含量先增后减,T3处理含量最高,AN和TN分别比T1处理高24.90%、10.28%;土壤速效磷(AP)的含量呈下降趋势。随氮肥用量的提高,土壤团聚体呈现大粒径团聚体向小粒径团聚体转变的趋势,>2 mm粒径团聚体下降14.55%。土壤有机碳总量随施氮水平的提高呈先增后减的趋势,施氮量为280 kg·hm^-2有机碳含量最高;>2...     

乌鲁木齐周边地区奶牛乳房炎沙门氏菌的分离鉴定及耐药性分析

为了解乌鲁木齐周边地区奶牛场奶牛乳房炎沙门氏菌的流行与耐药情况,本研究采集了5个牧场300份奶牛乳房炎奶样,进行沙门氏菌的分离、培养,利用荧光PCR方法鉴定,同时对分离出的阳性菌株采用纸片扩散法进行耐药性分析。结果表明：从奶牛乳房炎样品中分离出12株沙门氏菌,分离率4%;耐药性分析表明分离的沙门氏菌对氨苄西林、四环素、多西环素、链霉素耐药率超过50%,对氨曲南、诺氟沙星、多粘菌素B、头孢他啶敏感性大于70%。此外4株沙门氏菌分离株具有多重耐药性。本研究为本地区奶牛乳房炎的防治提供了依据。     

基于物候特征和全连接神经网络相结合的小麦自动识别研究

风云三号气象卫星具有空间分辨率高、时效性强、幅宽广等特点,对于实现河南省冬小麦自动识别具有很大优势。分析河南省冬小麦物候特征,基于冬小麦物候特征的植被指数时序变化规律,采用聚类分析可以得出冬小麦分类样本和时序指数特征。根据上述冬小麦分类样本和时序指数特征,考虑分类方法的高效性、精确性和自适应性,提出了基于物候特征和全连接神经网络相结合的小麦自动识别技术,该技术适用于河南省大面积冬小麦的分类。识别结果显示河南省 2019 年到 2022年冬小麦的空间分布情况,采用质量检验指标对识别结果进行精度验证,得出冬小麦识别准确率为 85.1%,非冬小麦识别准确率为 84.5%。试验结果表明,基于物候特征和全连接神经网络相结合的方法在小麦自动识别方面取得了显著的性能提升,与传统方法相比,所提出的方法具有更高的准确率和更稳定的识别性能。该方法对于冬小麦监测具有重要意义,并为农业生产的智能化和可持续发展提供了新的思路。