[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

本發明一種農田土壤氧化亞氮溫室氣體排放估算方法及裝置，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；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；該方法即保證計算精度，又能快速有效的全流域土壤N₂O排放評估。

技術領域

本發明屬于土壤氮流失模擬技術領域，涉及一種簡單快捷的農業面源氮流失的估算方法及裝置，尤其涉及一種農田土壤氧化亞氮溫室氣體排放估算方法及裝置。

背景技術

土壤N₂O大量排放可造成土壤氮損失，并對大氣環境造成嚴重的污染。目前所了解的土壤N₂O的產生過程主要包括：硝化和反硝化微生物過程等。該過程主要受土壤溫度、含水量、土壤氮含量等因素的影響，氣候、土壤理化性質及農業管理措施可以單獨或互相作用共同影響土壤N₂O排放，導致土壤N₂O排放具有復雜的排放模式和較大的時空變異性。對各種條件組合下的生態系統均設點長期觀測土壤N₂O排放通量，需要花費大量的人力、財力及物力。因此，構建一個考慮氣候、土壤及管理措施綜合影響的N₂O排放模型尤為重要，這也是準確估算田間、流域等不同空間尺度下N₂O排放量的有效途徑。

從模型類型來看，主要包括統計經驗模型和過程機理模型。經驗模型不能進行過程分析，但因其操作簡單，資料容易獲得等優點，且能估算出時空變化格局，依然是大尺度N₂O排放模型發展的熱點之一。近年來模型技術的快速發展與“大數據”概念的興起也為土壤N₂O排放經驗統計模型構建提供了更豐富的數據來源與廣闊的應用前景。基于過程機理的模型(如LandscapeDNDC模型、SWAT與Daycent耦合模型等)能反應土壤N₂O排放過程及空間差異，但由于機理模型常因所需參數多并且長時間序列實測值而難以操作。

SWAT模型是一款經典的考慮土壤碳氮循環的過程機理模型，其可以較為準確的模擬估算徑流侵蝕引起的土壤氮流失，但目前已發布的最新版本SWAT模型還不能模擬估算土壤N₂O排放。最新研究顯示，通過改進SWAT模型中的硝化、反硝化過程模塊，將碳氮循環與土壤溫度、含水量及pH值耦合(Wagena et al.,2017)或者將Daycent模型中的硝化、反硝化及N₂O產生模塊與SWAT模型進行耦合(Yang et al.,2017)可定量模擬農業土壤N₂O排放過程，其N₂O排放模塊同樣是基于過程的機理模型。但由于機理模型常因所需參數多并且長時間序列實測值而難以操作。

綜上所述，單一的使用統計模型或者機理過程模型分別存在統計模型不確定性較大的問題和機理過程模型需要大量實測數據驗證問題，這兩類模型有各自優缺點，如何有效集成各種方法優勢，快速有效的實現全流域土壤N₂O排放模擬成為本領域技術人員亟待解決的技術問題之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種農田土壤氧化亞氮溫室氣體排放估算方法，是一種基于SWAT模型的流域土壤N₂O排放動態定量模擬方法，以快速有效的實現定量模擬流域土壤中N₂O排放通量。

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，包括以下步驟：