基于采样点的土壤生态系统多功能性数据库的构建方法

本发明属于数据库建设领域，具体涉及一种基于采样点的土壤生态系统多功能性数据库的构建方法。

背景技术：

1、生态系统多功能性是指生态系统在生物地球化学循环、能量流动和生物多样性等方面的多种功能。这些功能相互关联，共同支撑了生态系统的健康、稳定和可持续发展。生态系统多功能性主要包括以下几个方面：

2、(1)生产力：生态系统通过生物生产过程，如光合作用、初级生产和次级生产等，生成生物质和能量。

3、(2)养分循环：生态系统通过生物地球化学循环将养分(如碳、氮、磷等)在生物体、大气、水体和土壤等各部分之间转移。这些循环对于生态系统的生产力和稳定性至关重要。

4、(3)水文调节：生态系统通过植被的截留、蒸腾作用等影响水分的循环和分布，从而影响地表和地下水的补给和流失，调节河流径流、水库蓄水等水文过程。

5、生态系统多功能性概念的提出,丰富了人们对生物多样性与生态系统功能的认识。与单个生态系统功能相比,一个生态系统需要更高的物种丰富度才能同时维持多个生态系统功能。单个生态系统功能的研究往往会忽略不同功能之间的权衡关系,而生态系统多功能性的提出引发研究者对这一问题进行了新的探索。不同功能之间的权衡会导致生态系统同时提供多个功能能力的降低,因为多个生态系统功能很难同时达到较高水平。

6、维持生态系统多功能性的关键在于保护生物多样性和维护生态过程。通过合理的资源利用和生态保护措施，可以促进生态系统多功能性的实现，从而保障人类和自然环境的可持续发展。生态系统多功能性的实现对于维护全球生态平衡、促进生态文明建设和提高人类福祉具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的问题是，提供一种基于采样点的土壤生态系统多功能性数据库的构建方法，该构建方法收集全球范围内采样点的土壤数据，经过标准化加和得到土壤生态系统多功能指数，并经过插值将点数据模拟成栅格数据，得到全球的生态系统多功能性数据库，后续可以用于基于人工智能的土壤生态系统研究。本发明技术方案如下：

2、一种基于采样点的土壤生态系统多功能性数据库的构建方法，包括以下步骤：

3、(1)通过global soil mycobiome consortium数据库收集采样点数据，采样点数据包括样本名称、经纬度、采样时间、总氮含量、总磷含量和铵态氮含量；

4、(2)从google earth engine数据库下载采样点对应年份的土壤属性数据；

5、(3)构建栅格地图，并根据采样点的经纬度信息读取栅格地图中的土壤属性，整合步骤(1)和步骤(2)所收集的数据，获得各个采样点的总氮含量、总磷含量和铵态氮含量、地上生物量，地下生物量，土壤水含量，土壤有机碳含量和土壤净初级生产力共8个土壤功能指标，其中，

6、构建栅格地图，并根据采样点的经纬度信息读取栅格地图中的土壤属性的方法如下：

7、为确保数据的统一性，根据所有使用的栅格地图中分辨率最低地图，确定分辨率来重新构建栅格地图；基于立体卷积技术进行重构和向下采样；然后将重新构建的栅格地图分为两组：一组没有年份之分，另一组有年份的序列；对于有年份序列的数据，根据采样时间进一步细分，得到每年的栅格文件；结合采样点的纬度和经度信息，对有年份的栅格文件，加入年份信息，读取栅格文件的信息，并与采样点的名称和年份相匹配，将数据整合并放入一个统一的表格文件中；对于没有年份之分的地图，使用所有采样点的经纬度信息读取数据，并整合数据放入统一的表格文件中；

8、(4)对所获得的8个土壤功能指标进行标准化处理，得到土壤生态系统多功能指数；

9、(5)对收集的全球散点数据做反距离加权差值，得到全球的土壤emf模拟热图，获得全球的土壤生态系统多功能模拟栅格数据。

10、步骤(2)之前，对初始采集的采样点数据进行过滤，过滤的条件为：

11、(i)去除没有经纬度的样本；

12、(ii)去除采样日期错误的样本；

13、(iii)过滤非标准采样的样本；

14、(iv)过滤有污染风险采样的样本；

15、(v)去除不含有测量15n、总氮或总磷的样本；

16、(vi)去除经纬度明显错误的样本。

17、步骤(3)的方法如下：

18、地上生物量和地下生物量分别取自'global aboveground and belowgroundbiomass carbon density maps'数据库，使用名称分别为'agb'和'bgb'的band，分别代表木本和草本覆盖的地上生物量碳储量密度和木本和草本覆盖的地下生物量碳储量密度；

19、土壤水含量sw来自era5-土地小时数据库，使用名称为'volumetric_soil_water_layer_1'的band，该波段代表土壤层1即0-7厘米深度的水量，时间尺度为每小时，以每日含水量值的年平均值下载；

20、土壤有机碳soc来自'openlandmap soil organic carbon content'数据库，使用名称分别为'b0'和'b10'的band，分别代表0厘米深度和10厘米深度的土壤有机碳含量，计算此两个深度的土壤有机碳含量的平均值；

21、净初级生产量npp，来自mod17a3hgf.061数据库，使用名称为'npp'的band，代表年度时间尺度上的净初级生产力，根据采样点年份下载。

22、与现有技术相比，本发明构建了土壤生态系统多功能性数据库，该数据库能够提供给用户全球采样点的土壤多功能性数据和模拟栅格数据，后续可以用于基于人工智能的土壤生态系统研究。本发明提出的数据库构建方法，可以具有大数据量，数据涵盖全球范围和时效性等优点，此外，还利用arcgis pro本身的功能提供更新、可视化、数据分析等附加服务，吸引用户扩充数据库，应用数据库。

技术特征：

1.一种基于采样点的土壤生态系统多功能性数据库的构建方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的土壤生态系统多功能性数据库的构建方法，其特征在于，步骤(2)之前，对初始采集的采样点数据进行过滤，过滤的条件为：

3.根据权利要求1所述的土壤生态系统多功能性数据库的构建方法，其特征在于，步骤(3)的方法如下：

技术总结
本发明涉及一种基于采样点的土壤生态系统多功能性数据库的构建方法，包括以下步骤：收集采样点数据，采样点数据包括样本名称、经纬度、采样时间、总氮含量、总磷含量和铵态氮含量；下载采样点对应年份的土壤属性数据；构建栅格地图，并根据采样点的经纬度信息读取栅格地图中的土壤属性，整合所收集的数据，获得各个采样点的包括总氮含量、总磷含量和铵态氮含量、地上生物量，地下生物量，土壤水含量，土壤有机碳含量和土壤净初级生产力在内的土壤功能指标；对所获得的理，得到土壤生态系统多功能指数；对收集的全球散点数据做反距离加权差值，得到全球的土壤EMF模拟热图，获得全球的土壤生态系统多功能模拟栅格数据。

技术研发人员：胡献刚,迟源,穆莉,谢英英
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25