一种放牧草地生态系统碳损益的生态模型的制作方法

本发明涉及一种生态模型，属于碳循环领域，尤其涉及一种放牧草地生态系统碳损益的生态模型。

背景技术：

1、放牧是草原地区牧民的主要生产方式，但随着人口数量的增加，人类对草地生产的扰动越来越大，大量天然草原被开垦成农田和经营性牧场，草地的放牧强度逐年升高，日益增强的放牧活动改变了草地生态系统的结构和功能，同时也加剧了气候变化对干旱区草地的影响；据统计，草地荒漠化面积正以每年0.5％-0.7％的速度增加，过度放牧是导致草地退化和荒漠化的主要原因，而气候变化加速了这一过程；同时，草地荒漠化也会通过改变地表能量平衡反过来影响气候系统；因此，生态模型需要更加精确的模拟草地生态系统的碳循环过程，而放牧是其中重要的一环，完善现有模式当中对放牧行为的刻画有助于更好的评估草地生态系统的碳水循环和地表能量平衡。

2、已有研究探讨了放牧对草地碳循环的影响，放牧改变植被结构、生物量和营养的重分配，从而间接影响植被和土壤碳库，但是，放牧对土壤碳库影响与放牧强度、气候条件等有关，结论尚具有很大的分歧；中等程度的放牧强度有助于维持或增强草地生态系统物种的多样性，而较低或者较高强度的放牧会导致物种多样性的降低，但是如何整合这种站点实验表现出的规律，刻画放牧过程对草地碳循环的影响并完善现有模型，目前尚存在较大的困难。

3、近年来，一些生态模型开始考虑放牧行为对草地生态系统的影响，用于提高碳循环的模拟能力；例如，biome-bgc模型是较早发展放牧与植被碳循环耦合的模型，该模型考虑了动物的啃食对植被叶碳的影响，但是biome-bgc没有考虑放牧行为存在动物消耗的最大边界，容易导致模拟结果存在“穿透”报警，也没有考虑动物践踏等行为对草地结构的影响，这就导致模拟结果会低估放牧行为的破坏作用，难以实现区域尺度生态系统碳循环的准确模拟，为此亟需一种能反映草地生态系统特殊生理生态结构特征以及完整放牧过程(包括动物采食-动物排泄-动物践踏)的模型，减少放牧刻画不准确导致的区域草地碳循环模拟的不确定性，提高草地碳循环模拟的精确度。

4、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的精确度较低的缺陷与问题，提供一种精确度较高的一种放牧草地生态系统碳损益的生态模型。

2、为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种放牧草地生态系统碳损益的生态模型，所述生态模型包括放牧碳平衡模型与动物践踏碳损失模型；

3、所述放牧碳平衡模型包括动物消耗的叶碳量δcleaf与流向动物的叶碳量cgraze；所述流向动物的叶碳量cgraze用于获得放牧导致的碳流失量closs，graze以及动物排泄物对土壤有机碳库的增加量δsoc；

4、所述动物践踏碳损失模型用于获得动物践踏植物造成的碳损失(c_loss_ti)；

5、所述生态模型中，将放牧导致的碳流失量closs，graze、动物排泄物对土壤有机碳库的增加量δsoc与动物践踏植物造成的碳损失(c_loss_ti)进行耦合计算，获得放牧草地生态系统的实际碳损益creal。

6、所述放牧草地生态系统的实际碳损益creal，其表示为以下：

7、creal＝craw-c_loss_ti-closs，graze+δsoc；

8、其中：craw为叶碳初始值。

9、所述放牧碳平衡模型，表示为以下公式：

10、δcleaf＝-cgraze；

11、其中：δcleaf为动物啃食消耗的叶碳量；cgraze为流向动物的叶碳量，即动物啃食的碳，其等于干物质中的含碳量。

12、所述动物排泄物对土壤有机碳库的增加量δsoc，表示为以下公式：

13、δsoc＝cfaeces+curine＝ffaeces×cgraze+furine×cgraze；

14、其中：cfaeces为动物粪便中的碳；curine为动物尿液中的碳；ffaeces与furine分别表示放牧消耗的草地碳转化为粪便和尿液中的碳的比例。

15、所述放牧导致的碳流失量closs，graze，表示为以下公式：

16、closs，graze＝rc+ch4+cmeat＝frc×cgraze+fch4×cgraze+fmeat×cgraze；

17、fmeat＝100％-frc-fch4-ffaeces-furine；

18、其中：rc为牲畜呼吸消耗导致的碳流失；ch4为牲畜以甲烷的形式释放到大气而导致的碳流失量；cmeat为牲畜作为肉类以及乳制品出口而导致的碳流失量；frc为牲畜呼吸消耗的碳比例；fch4为甲烷生产消耗的碳比例；fmeat为肉类生产中碳所占比例。

19、所述放牧消耗的草地碳转化为尿液中的碳的比例furine，其表示为以下公式：

20、

21、cnurine＝12/28；

22、其中：cnurine＝12/28为尿素中碳与氮的比值；nurine为尿液中氮的含量；

23、所述尿液中氮的含量nurine，其表示为以下公式：

24、nurine＝fexcreta_n，urine×nexcreta＝fexcreta_n，urine×fn，excreta×ngraze；

25、nexcreta＝fn，excreta×ngraze；

26、其中：fexcreta_n，urine为尿液中氮的占比；fn，excreta为排泄物中氮的占比；ngraze为牲畜啃食消耗的氮；nexcreta为粪便中的氮含量。

27、所述放牧消耗的草地碳转化为尿液中的碳的比例furine，通过以下公式计算；

28、

29、其中：cnleaf为植物叶片中的碳与氮的比值。

30、所述流向动物的叶碳量cgraze由放牧需求cdemand与牧草供应量csupply决定，其表示为以下公式：

31、cgraze＝min(cdemand，csupply)；

32、所述放牧需求量cdemand由放牧强度gl与饱食消耗率dx决定，其表示为以下公式：

33、cdemand＝gl×dx；

34、所述饱食消耗率dx，其表示为以下公式：

35、dx＝2.0-2.4千克/天/标准羊。

36、所述牧草的供应量csupply由每天的草地放牧面积areagraze与单位面积的牲畜可利用的草地叶碳量cleaf，av决定，其表示为以下公式：

37、csupply＝areagraze×cleaf，av；

38、areagraze＝ge×gl；

39、cleaf，av＝cleaf-cleaf，r；

40、其中：ge为每只羊每天所能够覆盖的平均陆地面积；cleaf为草地全部的叶碳量；cleaf，r为牲畜不能够采食和利用的剩余部分叶碳量。

41、所述动物践踏碳损失模型，表示为以下公式：

42、c_loss_ti＝0.8％×csupply；

43、其中：(c_loss_ti)为动物践踏植物造成的碳损失，即践踏损耗的植被叶碳量。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

45、1、本发明一种放牧草地生态系统碳损益的生态模型中，通过建立放牧碳平衡模型与动物践踏碳损失模型，并将生态模型中的放牧导致的碳流失量、动物排泄物对土壤有机碳库的增加量与动物践踏植物造成的碳损失进行耦合，从而获得草地生态系统的实际碳损益；本设计在应用中，充分考虑了放牧的完整过程中的动物啃食、动物排泄与动物践踏的因素，完善了整个草地生态系统扰动因素对植被的影响，减少了区域草地碳循环模拟的不确定性，提高了结果的准确性。因此，本发明的精确度较高。

46、2、本发明一种放牧草地生态系统碳损益的生态模型中，不仅考虑了在放牧过程中，动物会啃食、践踏从而造成的碳损失，也充分考虑了动物排泄物对草地生长的增肥作用，基于此对碳量进行计算，最终获得的碳损益的结果较为准确。因此，本发明的精确度较高。

47、3、本发明一种放牧草地生态系统碳损益的生态模型中，优化的生态模型，充分考虑了啃食掉的碳不会全部通过排泄物的形式返回土壤内，而是存在部分通过二氧化碳、甲烷与肉类生产的形式消耗掉了，从而进一步的降低了生态模型刻画中的不完整性，提高了模拟结果的准确性。因此，本发明的精确度较高。