日光诱导叶绿素荧光遥感及其在陆地生态系统监测中的应用

日光诱导叶绿素荧光(SIF)是近十年来迅速发展的新型植被遥感技术, 可以弥补以“绿度”为基础的植被指数等传统光学遥感观测的不足, 为大尺度植被光合作用监测提供了新方法。随着塔基、无人机、机载和星载SIF观测技术的快速发展以及SIF机理研究的推进, SIF遥感为陆地生态系统生理生化参数和生产力反演、非生物胁迫早期探测、光合物候提取和植被蒸腾作用监测等研究提供了重要技术支撑。该文首先系统阐述了SIF遥感的基本原理、观测技术和反演算法, 进而回顾了SIF遥感在陆地生态系统监测中的应用现状, 最后对天空地一体化SIF观测、SIF机理研究、新兴生态学应用等领域进行展望。     

基于站点的生物多样性星空地一体化遥感监测

科学制定生物多样性保护和恢复政策, 需要空间上连续、时间上高频的物种和生境分布以及物种迁移信息支持, 遥感是目前能满足该要求的有效技术手段。近年来, 遥感平台和载荷技术高速发展, 综合多平台、多尺度、多模式遥感技术, 开展基于站点的星空地一体化遥感观测试验, 可以对地表进行时空多维度、立体连续观测, 为生物多样性遥感监测提供了新的契机。本文总结了使用遥感技术监测生物多样性的主要方法, 回顾了典型的星空地一体化遥感观测试验。综述以往研究发现, 一方面, 现有遥感试验还缺少对生物多样性直接监测指标的观测, 另一方面, 生物多样性遥感监测方法也缺少星空地多维立体观测平台的支撑, 亟需加强两者的融合, 开展基于站点的生物多样性星空地一体化遥感监测研究。以设于我国四川王朗大熊猫国家级自然保护区内的王朗山地生态遥感综合观测试验站为例, 展示了星空地一体化遥感综合观测试验平台在生物多样性监测中的应用潜力。星空地一体化遥感观测可以提供物种和生境的综合定量信息, 与生态模型有机结合, 可以刻画生物多样性的时空格局与动态过程, 有助于挖掘过程机理, 提高生物多样性监测的信息化水平。     

生物活组织的背向二次谐波成像

光学二次谐波成像技术由于具有三维高分辨率、不需要荧光标记、对生物样品的杀伤效应小等特点,在生物医学研究上具有广阔的应用前景.在双光子荧光成像基础上,实现了适合对厚组织样品观测的背向光学二次谐波成像,探讨了背向二次谐波成像的特点和影响因素.通过对多种生物组织样品进行大量实验,发现胶原纤维和肌肉纤维均可以产生很强的背向二次谐波,并成功地将背向二次谐波成像技术应用于糖尿病患者皮肤的观测.背向二次谐波成像技术可望推广到病理检查等临床应用中.     

东印度洋综合科学考察

李健,博士(左图)是我国首个横跨南海-东印度洋浮标/潜标长时间序列观测阵列主要的设计和建设者之一,为我国南海-印度洋观测系统的建设作出了重要贡献。他是我国高频地波雷达观测技术专家,解决了我国近岸海洋实时全天候观测的技术问题,并作为骨干成员参与建设我国第一个深水时间序列观测站——西沙站,该项成果入选2015年度中国海洋与湖沼十大科技进展。生前系中国科学院南海海洋研究所研究人员潘文亮博士(右图)自2006年起作为科研骨干负责了中国西沙、珠海、湛江、台山、三亚和斯里兰卡等地30多个海洋水文气象实时观测站的建设和维护,并参与了海洋观测网络的显示界面研发和监控电视墙的建设,实现了海洋水文和气象等多个关键要素的远程、无人、实时获取,极大地降低了我国海洋观测所需的投入。     

开放式空气CO2浓度增高影响稻田-大气CO2净交换的静态暗箱法观测研究

首先介绍静态暗箱法 气相色谱法观测确定陆地生态系统地 气CO2 净交换通量的基本原理和方法 ,然后讨论在开放式空气CO2 增加 (FACE)试验中应用该原理和方法观测研究大气CO2 浓度升高对稻田生态系统 大气CO2 净交换通量的影响 .因缺乏必要参数的实际观测值 ,本文只能根据暗箱观测值计算CO2 净交换通量的最小取值NEEmin.NEEmin计算结果表明 ,在插秧 1个月之后的水稻生长期内 ,大气CO2浓度升高 2 0 0± 4 0 μmol·mol-1使稻田生态系统对大气CO2 的净吸收约为对照的 3倍 .为根据暗箱观测准确确定NEE ,还必须在FACE和对照条件下观测水稻植株的暗维持呼吸系数、地上生物量及根冠比动态 .     

大数据时代下的生态系统观测发展趋势与挑战

随着观测技术的发展, 生态学研究尺度不断扩大。生态系统观测从小规模合作、短时间个人观测向大规模、长时间、跨学科、多因子联合观测转变。传感器技术的革新带来了生态观测在时空尺度的扩展与精确度上的提升, 致使生态学观测数据的容量、产生速度与数据种类飞速增长。对生态系统数据获取、存储与管理的传统方法无疑不再能满足现代生态学研究的要求。因此, 我们建议以大数据时代的数据存储、管理与处理技术为基础, 整合生态物联观测网络(Internet of Ecology)、公民科学观测网络以及基于标准化数据管理的研究者网络互联, 建立整合生态系统观测平台来应对这一困境。为生态学研究者打造一站式生态观测服务, 是大数据时代下生态系统观测的大势所趋。     

生物膜形成机理及影响因素探究

生物膜是一种依附于载体材料的特殊微生物聚集体,其大量存在于自然环境中,并在水质净化、废水处理等领域广泛应用.本文介绍了生物膜形成基本原理,综述了有关载体界面性质、胞外多聚物(EPS)关键组分对生物膜形成及其稳定性的影响,并对各学科交叉研究生物膜提供技术思路.     

植物根系构型原位观测识别技术研究进展

根系是植物从土壤中获取养分和水分并输送给植物体的重要器官,由于土壤的不透明属性阻碍了根系的观测,缺乏有效的原位根系观测方法已经构成了对植物根系深入研究的技术瓶颈.本文首先从根系研究的技术需求出发,对破坏性根系研究法、非破坏性根系二维观测法(微根管法)和根系三维构型原位观测方法如X射线计算机层析成像( X-ray computed tomography,XCT)、核磁共振成像法(magnetic resonance imaging,MRI)等进行了综述,并总结了各自的优缺点.其次,重点对XCT和MRI法进行了比较,有研究表明,MRI法不适用于根系三维构型的观测.指出自然土壤介质下,XCT是根系三维构型定量化分析未来的发展趋势.     

利用双波长方法对非均匀地形人工林蒸散的测量

千米级地表蒸散通常利用遥感影像并结合经验或半经验模型进行估算,且估算结果还需结合地表实测数据进行验证,但实际中很难获得与遥感像元尺度匹配的实测数据.本研究在黄河小浪底森林生态系统定位研究站人工林的生长期(2016年7月1日-10月19日),基于近红外与微波联合观测技术进行千米级地表蒸散的观测分析.结果表明:近红外与微波联合技术在不同天气条件下均能表现出良好的日变化特征,且整体能量闭合率可达0.87.该技术对空气湿度的变化敏感,土壤湿度的变化对该项技术的结果影响较小.不同波文比条件和大气稳定度均会使该技术的观测产生不同程度的误差,与涡动相关方法相比,误差在合理范围.采用双波长方法研究得出,该区域的最大日蒸散量为3.5 mm,总蒸散量为162.4 mm.     

活体生物发光成像技术及其在病毒感染研究中的应用

生物发光是动物活体光学成像技术之一,因其反应灵敏、操作简单、数据精确,而被广泛地应用于生命科学研究多个领域,观测活体动物体内病毒复制、肿瘤生长等生命过程.生物发光技术采用荧光素酶基因标记细胞或病毒,与外源注射的底物荧光素发生反应,在冷CCD成像系统下显像并进行数据记录、分析.本文简要介绍活体生物发光成像这一新技术的原理...