一种土壤固碳量的核算方法及系统

本发明涉及土壤监测，特别是涉及一种土壤固碳量的核算方法及系统。

背景技术：

1、据联合国政府间气候变化专门委员会（ipcc）统计，全球农业减排的技术潜力每年高达5500—6000mt co2eq（百万吨co2当量），其中，89%来自土壤固碳。中国农田的最大固碳潜力为2.4 pg c，但由于固定在土壤中的有机碳稳定性及持续时间尚存争议，且不同研究区域、农田种植结构、农田管理措施等都会对农田土壤碳汇产生影响，不同物料还田对土壤有机碳的影响也有所差异。粪肥施用可增加土壤团聚体的稳定性，加强对碳基的保护作用，从而提升土壤碳的固存。但由于粪肥施入对土壤c输入的多重影响，加上分解造成的c损失和土壤有机碳（soil organic carbon，soc）组成的复杂性，soc动力学的关键过程和机制废弃物替代制度的响应仍不清楚。中国编制了适用于农田（旱田、水田、菜田、果园）的土壤固碳变化量核算方法，在核算期内，根据参考碳库缺省值、不同农田管理相关碳汇因子系数及每个时点相应的面积，计算土壤有机碳含量，通过用核算期前后土壤有机碳库变化量，并除以土壤有机碳库达到稳定的时间20年，即为核算期内土壤有机碳库年度变化量。但是该可算方法具有地域局限，参考性不高，且核算精确性较低。

2、多数研究者测量土壤初始有机碳含量时通过五点法、梅花法或棋盘法进行取样，但主要适用于调查土壤特性分布比较均匀的情况，若土壤有机质含量等特性分布不均，易产生误差。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种土壤固碳量的核算方法及系统，提高了核算准确性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种土壤固碳量的核算方法，包括：根据目标区域的土壤类型，将所述目标区域划分为多个子区域；将每个子区域划分为多个第一设定面积的小区，若目标区域的面积大于或者等于第二设定面积，则在每个小区中随机选择第一设定数量个第三设定面积的区块作为测试点，若目标区域的面积小于第二设定面积，则随机抽取第二设定数量个小区，在随机抽取的小区中随机选择第一设定数量个第三设定面积的区块作为测试点。

3、获得各测试点的多个土壤因素指标。

4、基于所述目标区域内多个测试点的土壤因素指标，计算每个土壤因素指标的变异系数；根据每个土壤因素指标的变异系数，计算每个土壤因素指标的权重。

5、对于每个小区，将各测试点的土壤因素指标采用对应权重加权后求和，得到小区内各测试点的土壤因素指标的加权总得分。

6、基于每个小区内各测试点的加权总得分，确定每个小区的取样点数量；

7、对于每个小区，随机选择对应取样点数量个第三设定面积的区块作为取样点；获取每个取样点的取样点数据；所述取样点数据包括土壤固碳速率历史数据、土壤特性历史数据和气象历史数据。

8、对于每种土壤类型的子区域对应的多个取样点的取样点数据，拟合土壤固碳速率与土壤特性数据以及气象数据的综合响应关系。

9、根据目标还田区域的目标评估年限、土壤类型和土壤类型对应的所述综合响应关系，计算粪肥还田土壤相关库变化因子。

10、根据目标还田区域的还田面积、土壤有机碳库参考值和粪肥还田土壤相关库变化因子计算所述目标评估年限内各年的土壤有机碳库。

11、可选地，所述土壤因素指标包括土壤有机质含量、土壤ph值、土壤粘性、土壤养分含量和土壤微生物量。

12、所述土壤特性历史数据包括土壤有机碳含量、土壤黏粒含量、土壤ph值、土壤容重含量、还田面积、粪肥施用量和秸秆还田率，所述气象历史数据包括年均温和年均降雨量。

13、可选地，所述变异系数的计算公式为：

14、；

15、其中，表示第i项土壤因素指标的变异系数，表示第i项土壤因素指标的标准差，表示第i项土壤因素指标的平均值。

16、所述土壤因素指标的权重的计算公式表示为：

17、；

18、其中，表示第i项土壤因素指标的权重，n表示目标区域内测试点的数量。

19、可选地，所述第一设定面积为100m2，所述第二设定面积为10亩，所述第三设定面积为1m2，所述第一设定数量为5，所述第二设定数量为10。

20、可选地，基于每个小区内各测试点的加权总得分，确定每个小区的取样点数量，具体包括：若小区内加权总得分最大值与加权总得分最小值之差大于加权总得分最小值的设定比例，则该小区的取样点数量为第三设定数量。

21、若小区内加权总得分最大值与加权总得分最小值之差小于或者等于加权总得分最小值的设定比例，则该小区的取样点数量为第四设定数量。

22、所述第三设定数量为10，所述第四设定数量为5。

23、可选地，对于每种土壤类型的子区域对应的多个取样点的取样点数据，拟合土壤固碳速率与土壤特性数据以及气象数据的综合响应关系，具体包括：对于每种土壤类型的子区域对应的多个取样点的取样点数据，采用偏最小二乘回归法拟合土壤固碳速率与土壤特性数据以及气象数据的综合响应关系。

24、可选地，根据目标还田区域的目标评估年限、土壤类型和土壤类型对应的所述综合响应关系，计算粪肥还田土壤相关库变化因子，具体包括：将目标还田区域的目标评估年限内各年的土壤特性数据以及气象数据输入目标还田区域的土壤类型对应的所述综合响应关系，得到各年的土壤固碳速率；

25、根据各年的土壤固碳速率计算粪肥还田土壤相关库变化因子。

26、可选地，粪肥还田土壤相关库变化因子的计算公式为：

27、；

28、其中，表示粪肥还田土壤相关库变化因子，d表示所述目标评估年限，表示所述目标评估年限内土壤固碳速率的年变化率的均值，表示所述目标评估年限内年变化率在95%置信度区间上限与之差。

29、可选地，所述目标评估年限内各年的土壤有机碳库计算公式为：

30、；

31、其中，表示第j年的土壤有机碳库，表示土壤有机碳库参考值，表示粪肥还田土壤相关库变化因子，表示土地利用中土地利用系统或亚系统的库变化因子，，表示土地管理的库变化因子，a表示目标还田区域的还田面积。

32、本发明还公开了一种土壤固碳量的核算系统，包括如下内容。

33、测试点数据确定模块，用于根据目标区域的土壤类型，将所述目标区域划分为多个子区域；将每个子区域划分为多个第一设定面积的小区，若目标区域的面积大于或者等于第二设定面积，则在每个小区中随机选择第一设定数量个第三设定面积的区块作为测试点，若目标区域的面积小于第二设定面积，则随机抽取第二设定数量个小区，在随机抽取的小区中随机选择第一设定数量个第三设定面积的区块作为测试点。

34、土壤因素指标确定模块，用于获得各测试点的多个土壤因素指标。

35、土壤因素指标权重确认模块，用于基于所述目标区域内多个测试点的土壤因素指标，计算每个土壤因素指标的变异系数；根据每个土壤因素指标的变异系数，计算每个土壤因素指标的权重。

36、各小区内土壤因素指标加权模块，用于对于每个小区，将各测试点的土壤因素指标采用对应权重加权后求和，得到小区内各测试点的土壤因素指标的加权总得分。

37、各小区内取样点数量确定模块，用于基于每个小区内各测试点的加权总得分，确定每个小区的取样点数量。

38、取样点数据确定模块，用于对于每个小区，随机选择对应取样点数量个第三设定面积的区块作为取样点；获取每个取样点的取样点数据；所述取样点数据包括土壤固碳速率历史数据、土壤特性历史数据和气象历史数据。

39、综合响应关系拟合模块，用于对于每种土壤类型的子区域对应的多个取样点的取样点数据，拟合土壤固碳速率与土壤特性数据以及气象数据的综合响应关系。

40、粪肥还田土壤相关库变化因子计算模块，用于根据目标还田区域的目标评估年限、土壤类型和土壤类型对应的所述综合响应关系，计算粪肥还田土壤相关库变化因子。

41、土壤有机碳库计算模块，用于根据目标还田区域的还田面积、土壤有机碳库参考值和粪肥还田土壤相关库变化因子计算所述目标评估年限内各年的土壤有机碳库。

42、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明基于统计学原理的方法，在取样点的选择上通过变异系数法计算出变异系数来确定各指标的权重，从而基于每个小区内各测试点的加权总得分，确定每个小区的取样点数量，平衡各采样小区的土壤因素差异，提高了土壤固碳量核算的准确性，另外，考虑了多个土壤特效数据及气象数据对土壤有机碳库的影响，提高了土壤固碳量核算的准确性。