一种区域农业种植系统净温室气体排放综合估算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种区域农业种植系统净温室气体排放综合估算方法及系统，所述方法包括S1：获取研究区域内农业种植系统相关信息，对农业系统模型进行本地化；S2：在本地化之后，利用生命周期法来评估农业管理造成的CO2排放量E

A comprehensive estimation method and system of net greenhouse gas emissions from regional agricultural planting system

【技术实现步骤摘要】
一种区域农业种植系统净温室气体排放综合估算方法及系统


[0001]本专利技术涉及农业信息
，更具体涉及一种区域农业种植系统净温室气体排放综合估算方法及系统。

技术介绍

[0002]2020年我国郑重承诺，CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2021年碳达峰和碳中和写入政府工作报告。由此，碳达峰和碳中和成为一项重大的社会和技术任务。
[0003]农业生产消耗大量的化肥、农药和水资源等，是重要的温室气体(GHG)排放源。农业GHG排放约占全球GHG排放总量的10
‑
12％。同时，农业在固碳方面起着重要的作用。因此，加强农业生产系统固碳减排，发展绿色低碳农业，是实现“双碳”目标的要求。为实现上述目标，综合农业生产系统固碳和温室气体排放的净温室气体排放估算是确定固碳减排优先地区、农业种植系统和农业管理措施的基础和关键。但是，目前针对农业生产系统固碳，在站点尺度上，目前农业生产系统的固碳主要采用土壤样品测。该方法需要长时间序列的土壤样本才能够测定出土壤固碳的年变化量。在区域尺度上，主要是采用固碳模型进行模拟耕地的固碳，而没有区分出不同的农业生产系统。针对，温室气体排放评估主要采用排放因子方法，过于简化，存在较大的不确定性。并且农业生产系统固碳和温室气体排放评估通常是分别进行评估，二者并没有结合起来，难以全面客观地评估农业生产系统的碳排放。
[0004]因此，需要新技术方法，来至少部分解决现有技术中上述局限性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术首次综合多种先进的模型、方法和数据，发展了一种先进的区域农业种植系统综合固碳和温室气体排放的净温室气体排放估算方法和系统，科学地确定一个地区不同农业种植系统温室气体的净排放。该专利技术可用于确定固碳减排优先地区、农业种植系统和农业管理措施，为农业生产系统固碳减排，发展绿色低碳农业，实现“双碳”目标提供重要的方法技术支撑。
[0006]根据本专利技术一方面，提供了一种区域农业种植系统净温室气体排放综合估算方法，包括如下步骤：
[0007]S1：获取研究区域内农业种植系统相关信息，包括农业管理、遥感、土壤以及气候信息，并根据研究区内各作物实验观测资料，对农业系统模型进行参数优化和验证，实现模型的本地化；
[0008]S2：在本地化之后，利用生命周期法来评估农业管理造成的CO2排放量E
CO2
，包括秸秆燃烧的CO2排放量；氮肥、磷肥、钾肥的生产和使用过程中造成的CO2排放量；柴油、塑料薄膜、农药和灌溉使用造成的CO2排放量：
[0009]S3:采用基于过程的机理模型CH4MOD或DNDC模型来模拟以水稻为基础的农业种植系统的甲烷排放量E
CH4
；
[0010]S4：耦合全球作物用水模型以及空间参考非线性模型(SRNM)或DNDC(De
‑
Nitrification&De
‑
Composition)模型来计算各个农业种植系统在该地区的氧化亚氮(N2O)排放量，以及采用排放因子法计算氮肥使用造成的间接N2O排放量和由秸秆燃烧所导致的N2O的排放量，由此获得整体N2O的排放总量N2O
‑
N；
[0011]S5:采用基于过程的RothC(Rothamsted Carbon Model)或DAYCENT(Daily Century Model)模型来模拟有机碳在土壤表层(0
‑
30cm)的年变化量
△
SOC，并得到有机碳投入量的固碳量；以及
[0012]S6：综合固碳和温室气体排放量，根据如下公式来计算各个农业种植系统的净温室气体排放量NGE：
[0013]NGE＝GHG
‑
ΔSOC*44/12
[0014][0015]其中，GHG是温室气体排放量，和GWP
N2O
分别是CH4和N2O在100年水平的全球增温潜势，分别取值28和265；
△
SOC是各个农业种植系统的土壤有机碳年变化量；N2O
‑
N是N2O排放总量；E
CH4
是甲烷排放量；E
CO2
是CO2排放量。
[0016]根据本专利技术的实施方案，S1中，农业管理信息包括该地区可以种植的农业种植系统、各种农业种植系统的种植面积、灌溉比例、折纯氮肥、磷肥和钾肥量、产量、农家肥投入、秸秆直接还田和秸秆燃烧还田比例；气候信息包括气候驱动数据；土壤信息包括各个农业种植系统的土壤性质。
[0017]根据本专利技术的实施方案，S3中，CH4MOD或DNDC模型模型输入数据包括土壤沙粒比例、日气温、季前作物产量、当季水稻产量、水稻物候、水分管理制度以及农家肥使用量。
[0018]根据本专利技术的实施方案，S4包括：采用作物用水模型来模拟出地区各个农业种植系统在灌溉情景下的灌溉量；将各个农业种植系统的生长季内的降水、温度，灌溉量和土壤性质输入到SRNM或DNDC中，以得出各个农业种植系统在灌溉情景和非灌溉情景下的N2O排放量；然后应用灌溉比例进行加权平均，计算出各个农业种植系统在该地区的N2O排放量。
[0019]根据本专利技术的实施方案，S5中，模型输入数据包括土壤沙粒比例、日气温、季前作物产量、当季水稻产量、水稻物候、水分管理制度以及农家肥使用量。
[0020]根据本专利技术的实施方案，S6中，各个农业生产系统的有机碳投入量包括秸秆还田有机碳投入，根系有机碳投入和农家肥的有机碳投入量。
[0021]根据本专利技术的实施方案，所述农业种植系统包括小麦、玉米、大豆、水稻种植系统。
[0022]根据本专利技术的另一方面，还提供一种区域农业种植系统净温室气体排放综合估算系统，包括：一个或多个处理器；以及存储器，所述存储器存储有可由所述一个或多个处理器执行的指令，所述指令使得所述系统执行根据本专利技术所述的方法。
[0023]本专利技术集成多个农业系统模型，综合多源数据和信息，确定农业种植系统的净温室气体排放量。能够实现有益效果:
[0024]1)针对某一地区，系统的评估各个种植系统的净温室气体排放量。
[0025]2)识别净温室气体排放过程中的主要过程，从而针对该过程采取针对性措施达到减排目的。
[0026]3)推动我国整体或地区温室气体排放的下降，从而实现碳达峰和碳中和。
附图说明
[0027]附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本专利技术的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
[0028]图1是根据本专利技术实施方案的区域农业种植系统净温室气体排放综合估算方法的流程示意图。
[0029]图2是根据本专利技术实施方案的方法应用于某一研究区所模拟的农业管理相关的单位CO2排放量变化趋势图；
[0030]图3是根据本专利技术实施方案的方法应用于某一研究区所模拟的农业管理相关的CO2年排本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种区域农业种植系统净温室气体排放综合估算方法，包括如下步骤：S1：获取研究区域内农业种植系统相关信息，包括农业管理、遥感、土壤以及气候信息，并根据研究区内各作物实验观测资料，对农业系统模型进行参数优化和验证，实现模型的本地化；S2：在本地化之后，利用生命周期法来评估农业管理造成的CO2排放量E
CO2
，包括秸秆燃烧的CO2排放量；氮肥、磷肥、钾肥的生产和使用过程中造成的CO2排放量；柴油、塑料薄膜、农药和灌溉使用造成的CO2排放量：S3:采用基于过程的机理模型CH4MOD或DNDC模型来模拟以水稻为基础的农业种植系统的甲烷排放量E
CH4
；S4：耦合全球作物用水模型以及空间参考非线性模型(SRNM)或DNDC(De
‑
Nitrification&De
‑
Composition)模型来计算各个农业种植系统在研究区域的氧化亚氮(N2O)直接排放量，以及采用排放因子法计算氮肥使用造成的间接N2O排放量和由秸秆燃烧所导致的N2O的排放量，由此获得N2O的排放总量N2O
‑
N；S5:采用基于过程的RothC(Rothamsted Carbon Model)或DAYCENT(Daily Century Model)模型来模拟有机碳在土壤表层(0
‑
30cm)的年变化量
△
SOC，并得到有机碳投入量的固碳量；以及S6：综合固碳和温室气体排放量，根据如下公式来计算各个农业种植系统的净温室气体排放量NGE：NGE＝GHG
‑
ΔSOC*44/12其中，GHG是温室气体排放量，和GWP
N2O
分别是CH4和N...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶福禄，尹礼唱，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：