[發明專利]一種土壤有機碳庫時空動態預測最優環境變量篩選方法

有效

• 申請號: 201810365926.9
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108764527B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 宋效東;朱俊;吳華勇;劉峰;元野;張甘霖
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京土壤研究所
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/26;G06F17/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐循文

本發明涉及一種土壤有機碳庫時空動態預測最優環境變量篩選方法，收集整理不同時期的土壤數據庫、動態與靜態的環境變量集合，根據土壤數據的時效性，規定土壤碳庫模擬有效的時間段——“時間片”。依據不同景觀區域內部的土壤有機碳密度信息，分析各種動態、靜態環境變量的各種屬性信息，進而使用層次分析法與專家知識構建特定時間片內有效的最優環境變量集合。

技術領域

本發明涉及一種土壤有機碳庫時空動態預測最優環境變量篩選方法，屬于計量土壤學技術領域。

背景技術

土壤有機碳是動植物殘體、微生物體、土壤微生物作用生成的腐殖質的合稱。與土壤無機碳庫相比，土壤有機碳含量對于土壤耕作、土地利用變化響應較為敏感。自工業革命以來的全球氣候變暖問題迫使各國政府日益高度重視溫室氣體的減排。據相關數據統計，一米土體內部的有機碳儲量是土壤碳庫的最主要組成部分。作為全球陸地生態系統最大的碳庫，土壤碳庫的儲量約是大氣碳庫儲量與陸地生態圈碳庫儲量的總和(1200-2500Pg)。因此，土壤碳庫的微小變動對于整個陸地生態系統的碳庫將產生巨大影響。鑒于土壤有機碳含量也是土壤肥力評價的最重要指標之一，土壤有機碳含量/儲量的空間分析技術已受到農業、環境、工業等諸多部門的廣泛關注。

土壤碳庫估算技術的相關研究包括固碳潛力、儲量分布、影響因素與不確定性評估等方面。按照研究區域大小，土壤有機碳空間分布圖的尺度可以分為全球尺度、國家尺度、省級尺度、流域尺度等。不同尺度的土壤圖制作對于土壤樣點、土壤圖的精度具有不同的要求。目前，我國省域尺度上的土壤有機碳儲量估算工作較多關注于中比例尺(1:20萬)，大比例尺(≥1:5萬)的工作鮮有報道。在土壤有機碳儲量估算方法上面，國內外相關學者將其分為兩大類：圖斑法與模型法。圖斑法是將土壤剖面的土壤屬性(容重、礫石含量、有機碳含量)相應地賦值給一個面狀的地理信息圖層(如土壤類型圖、土地利用類型圖、植被類型圖)，然后將單個圖斑的面積與單個或多個土體的有機碳密度相乘，最終得到該區域的土壤有機碳儲量。圖斑法簡單、高效，是相關行業領域使用最普遍的方法之一。土壤類型、面積等基礎數據源主要來源于第二次全國土壤普查。圖斑法假設圖斑類型內部的土壤是均質的，這與現實世界中土壤的高度空間異質性是相矛盾的。隨著地理信息系統與計算機科學技術的發展，土壤學家正逐漸傾向于采用模型法進行土壤有機碳儲量估算。模型法是使用數據驅動或過程驅動的預測模型，構建土壤有機碳等其他土壤屬性受成土因素(氣候、植被、地形、母質)或土壤有機質分解速率的各種相關因素影響的預測模型，典型的碳循環模型如Century模型和DeNitrification-DeComposition模型，典型的數據驅動的模型如隨機森林、人工神經網絡、地理加權回歸等方法。

土壤理化屬性的空間變異性指的是其在不同的時間與空間條件下處于永恒的變化過程中。這種時空變異性與土壤演變過程中涉及到的人為、自然因素密切相關。相關研究學者已證明土壤有機碳與土壤物理性質(土壤質地、容重)與化學性質(氮儲量、無機碳、重金屬含量)密切相關，這種關系也反映在水文學中的PTF函數的廣泛應用等方面。另外，鑒于土壤有機碳儲量的地帶性分布特征，土壤有機碳儲量的分布與經度與緯度等位置信息也具有較高的相關性。部分學者已證明土壤有機碳的礦化速率與植被恢復、氣候變化、保護性耕作等因素也具有一定的定量耦合關系。基于不同時期的遙感影像與GIS分析對各景觀類型的地表覆蓋進行繪制，能夠對比分析土壤有機碳儲量受動態土地利用變化的影響。基于此，Century模型對土壤有機碳儲量進行模擬的過程中，需要在相關模塊中集成土地利用的動態模擬機制。有鑒于此，多尺度土壤有機碳儲量的時空動態估算技術迫切需要定量化土壤有機碳空間分布規律與各環境要素的關系。

然而，土壤有機碳儲量的時空動態估算技術在不同景觀區域的實施過程中，仍面臨一系列技術問題：