[發明專利]一種農田土壤氧化亞氮溫室氣體排放估算方法及裝置

有效

• 申請號: 201810172025.8
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN108564246B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 高翔;歐陽威;王雪蕾;連仲民;郝新;林春野
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/02
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 李娜

1.一種農田土壤氧化亞氮溫室氣體排放估算方法，應用于水文模型SWAT模型中，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1、運行SWAT半分布式水文模型，模擬獲得不同空間位置的土壤環境參數，包括：土壤溫度、含水量及硝態氮含量；

S2、通過文獻和實測數據搜集，構建土壤理化性質及相應N₂O排放量數據庫，建立土壤N₂O排放量-土壤環境參數的非線性模型；

S3、運用Python語言將步驟S1中的參數與步驟S2的非線性模型進行耦合，對全流域土壤N₂O排放通量進行動態計算；

S4、運用Python語言實現土壤N₂O排放時空變化的自動化展示；

S5、運用Python語言實現不同情景下的土壤N₂O排放的自動化對比分析；

在步驟S2中所述的土壤N₂O排放量-土壤環境參數的非線性模型包括：非淹水土壤N₂O排放量-土壤環境參數的非線性模型，以及淹水土壤N₂O排放量-土壤環境參數的非線性模型；

所述的非淹水土壤N₂O排放量-土壤環境參數的非線性模型為：

N₂O_soil＝-6.519+1.075×S_N+0.246×S_T+0.12×S_WN₂O_soil＝-6.519+1.075×S_N+0.246×S_T+0.12×S_W

式中，N₂O_soil是非淹水土壤N₂O排放通量(g N/ha/day)，S_N是土壤硝態氮含量(mg/kg)，S_T是土壤表層溫度(℃)，S_W是土壤體積水含量(V％)；

所述的淹水土壤N₂O排放量-土壤環境參數的非線性模型為：

(1)控制灌溉模式

N₂O_paddy＝-0.249×S_N²+14.448×ln S_T-31.909

(2)間歇灌溉模式

N₂O_paddy＝-0.228×S_N²+6.561×ln S_T-9.463

(3)淹灌模式

N₂O_paddy＝-0.616×ln S_N+0.011×S_T²+5.191

式中，N₂O_paddy是淹水土壤N₂O排放通量(g N/ha/day)，S_N是土壤硝態氮含量(mg/kg)，S_T是土壤表層溫度(℃)。

2.一種農田土壤氧化亞氮溫室氣體排放估算裝置，需要利用土壤N₂O排放量-土壤環境參數的非線性模型，包括：非淹水土壤N₂O排放量-土壤環境參數的非線性模型，以及淹水土壤N₂O排放量-土壤環境參數的非線性模型；

非淹水土壤N₂O排放量-土壤環境參數的非線性模型為：

N₂O_soil＝-6.519+1.075×S_N+0.246×S_T+0.12×S_WN₂O_soil＝-6.519+1.075×S_N+0.246×S_T+0.12×S_W

式中，N₂O_soil是非淹水土壤N₂O排放通量(g N/ha/day)，S_N是土壤硝態氮含量(mg/kg)，S_T是土壤表層溫度(℃)，S_W是土壤體積水含量(V％)；

淹水土壤N₂O排放量-土壤環境參數的非線性模型為：

(1)控制灌溉模式

N₂O_paddy＝-0.249×S_N²+14.448×ln S_T-31.909

(2)間歇灌溉模式

N₂O_paddy＝-0.228×S_N²+6.561×ln S_T-9.463

(3)淹灌模式

N₂O_paddy＝-0.616×ln S_N+0.011×S_T²+5.191

式中，N₂O_paddy是淹水土壤N₂O排放通量(g N/ha/day)，S_N是土壤硝態氮含量(mg/kg)，S_T是土壤表層溫度(℃)；

該估算裝置具體包括：

土壤參數模擬模塊，用于利用SWAT模擬土壤環境參數，包含日尺度的全流域土壤溫度、土壤含水量和土壤硝態氮含量；

全流域土壤N₂O排放模擬模塊，用于運行土壤N₂O排放量-土壤環境參數的非線性模型，耦合土壤參數模擬模塊中SWAT模擬的土壤環境參數，對全流域土壤N₂O排放通量進行模擬計算；

時空分布圖繪制模塊，用于運用Python語言自動化完成全流域土壤N₂O排放時間序列和空間可視化；

情景分析模塊，用于運用Python語言自動化完成不同情景下的土壤N₂O排放對比分析；

土壤參數模擬模塊、全流域土壤N₂O排放模擬模塊和時空分布圖繪制模塊、情景分析模塊依次連接。