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農(nóng)田尺度溫室氣體排放天地協(xié)同技術(shù)

時(shí)間:2024/9/3閱讀:452
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農(nóng)田尺度溫室氣體排放天地協(xié)同技術(shù)

 溫室氣體排放是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,受氣象條件,、農(nóng)業(yè)實(shí)踐和季節(jié)性變化的影響,。為了應(yīng)對(duì)不同氣象和農(nóng)業(yè)情境,、提高農(nóng)田監(jiān)測(cè)的時(shí)效性和靈活性,

以及實(shí)時(shí)了解農(nóng)田排放情況,、及時(shí)采取減排響應(yīng)措施,,生態(tài)環(huán)境部長(zhǎng)三角雙碳創(chuàng)新中心開(kāi)展了地面無(wú)人值守溫室氣體通量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)的結(jié)合研發(fā)。

該課題研發(fā)成果可實(shí)現(xiàn)即時(shí)數(shù)據(jù)采集,,節(jié)省大量的人力和物力,,顯著降低監(jiān)測(cè)成本;提高數(shù)據(jù)精度和時(shí)空分辨率,,數(shù)字化解譯農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的貢獻(xiàn),;

利用水稻田生態(tài)系統(tǒng)碳排放數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)模型,通過(guò)正演和反演確定特定條件(氣候,、地理,、人為)下的稻田碳排放規(guī)律,為農(nóng)田碳減排方法學(xué)研發(fā)提供基礎(chǔ)理論依據(jù),。

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水稻田溫室氣體監(jiān)測(cè)的目標(biāo)是了解特定區(qū)域溫室氣體排放及流失規(guī)律,,并定量刻畫(huà)其反硝化-分解數(shù)值模型(DNDC模型),

用于識(shí)別影響稻田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的關(guān)鍵因子,。

通過(guò)地面和無(wú)人機(jī)同步監(jiān)測(cè),,可以實(shí)現(xiàn)稻田近地層溫室氣體濃度空間分布規(guī)律的協(xié)同分析,基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)定量分析構(gòu)建稻田生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)數(shù)據(jù)模型,,

通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)刻畫(huà)關(guān)鍵因子調(diào)整后的稻田碳排放特征,反向指導(dǎo)田間試驗(yàn)優(yōu)化方向,。從田間數(shù)據(jù)到建立DNDC模型,,

再通過(guò)DNDC模型模擬量化判定田間管理措施、氣象數(shù)據(jù),、土壤屬性等對(duì)水稻田溫室氣體排放量影響,,最終從模型預(yù)測(cè)指導(dǎo)田間作業(yè)。

通過(guò)稻田種植試驗(yàn),、天地協(xié)同的監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬的試驗(yàn)方法,,建立特定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景下的最佳低碳生產(chǎn)模式。

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1)地面無(wú)人值守監(jiān)測(cè)


采用多通道CO2/CH4/N2O長(zhǎng)期定位觀(guān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行定點(diǎn)連續(xù)觀(guān)測(cè),。其原理是通過(guò)閉合氣路實(shí)時(shí)記錄稻田溫室氣體通量和排放值,,繪制觀(guān)測(cè)曲線(xiàn)。

基于特定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景下的碳排放長(zhǎng)測(cè)曲線(xiàn),,分析碳排放規(guī)律,,篩選具有代表性的觀(guān)測(cè)時(shí)段(例如水稻的灌漿、抽穗等階段)的數(shù)據(jù)規(guī)律,,

構(gòu)建稻田生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型,,以及總結(jié)稻田溫室氣體排放量簡(jiǎn)易觀(guān)測(cè)和快速估算方法,。


(2)地面人工采樣監(jiān)測(cè)


采用PS-3010便攜溫室氣體呼吸系統(tǒng),在施肥后和水稻生長(zhǎng)期間定期監(jiān)測(cè),,監(jiān)測(cè)指標(biāo)為CO2,、CH4排放通量,監(jiān)測(cè)對(duì)象為不同品種的水稻和不同的田間管理方案等差異化參數(shù)設(shè)置,。


監(jiān)測(cè)對(duì)象大致分類(lèi)和內(nèi)容如下:


田間管理參數(shù),,包括水稻種植和收獲的時(shí)間、施肥量,、施肥時(shí)間,、灌溉量、灌溉時(shí)間,、秸稈還田量等,;


氣象條件參數(shù),包括每日最高溫度,、和降雨,;


土壤基本理化參數(shù),包括土壤pH,、容重,、有機(jī)碳含量、全氮含量和機(jī)械組成,。


(3)無(wú)人機(jī)溫室氣體排放監(jiān)測(cè)


利用無(wú)人機(jī)CO2和CH4濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),,收集水稻冠層上方的CO2和CH4濃度數(shù)據(jù),建立溫室氣體排放濃度在不同空間高度的三維分布模型,。

通過(guò)與地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的協(xié)同分析,,完成溫室氣體排放通量的多源回歸模型的完整性構(gòu)建,同時(shí)為高時(shí)空分辨率的稻田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放監(jiān)測(cè)提供依據(jù),。

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