一种农田秸秆资源空间分布估算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物质能与可再生能源技术领域，特别是涉及农田秸杆资源空间分布 估算方法。
【背景技术】
[0002] 面临着新世纪经济增长和环境保护的双重压力，改变能源生产和消费方式，开发 利用生物质能等可再生的清洁能源对世界各国建立可持续的能源系统，促进国民经济发展 和环境保护具有重大意义。生物质能源已经成为当前越来越重要的发展领域。
[0003] 农作物秸杆是生物质能源材料的一个重要组成部分，具有低成本、低污染、高效益 的特点，发展潜力巨大，是一种理想的可再生清洁能源。但是，由于传统观念的束缚以及技 术落后等原因导致秸杆资源尚未得到合理的利用，这不仅造成了环境的污染，更造成了资 源的浪费。
[0004] 因此，准确估算农田秸杆资源在空间上的分布特征和分布数量，对实现农田秸杆 资源集约利用和生物质能开发以及资源可持续利用具有重大意义。
[0005] 目前国内外有关农田秸杆资源空间分布估算的方法大致可分为以下两类：
[0006] 一、传统的农田秸杆资源估算大多采用地面调查与统计数据相结合的方法，以统 计年鉴中农作物经济产量和行政区划图为基础数据，采用如下三种方法计算秸杆资源的实 物量：一是草谷比法，二是副产品比重法，三是经济系数法，得到以行政区划为单元的农田 稻杆资源分布格局。
[0007] 草谷比法，即根据国家农业部门或统计部门发布的作物经济产量和各农作物的草 谷比系数估算农作物秸杆产量，是计算农作物秸杆产量的最常用方法；草谷比系数可以通 过精确的实验室实验进行测定，本发明不做赘述。
[0008] 副产品比重法，对于部分农作物副产品（如稻谷、花生壳）的产量可根据其占农作 物经济产量的相对质量密度来计算；
[0009] 经济系数（收获系数）法，即利用农作物经济产量与总生物产量的比值估算农作 物稻杆量。
[0010] 上述方法主要限于传统的地面调查和统计数据，通常以行政区划为统计单位，不 能很好地反映生物质能在行政区划内部的空间分布特征，不利于农田生物质能的收集和空 间集约利用。
[0011] 二、遥感估算方法，即根据遥感数据产品对农田秸杆资源空间分布进行估算。大致 可分为以下两类：
[0012] (1)根据Terra卫星的1千米分辨率的MOD17A3数据，利用陆地生物地球化学过程 模型（BIOME-BGC)估算植被年NPP累积量，并结合遥感数据提取土地利用分类数据，如水田 和旱地；在此基础上通过生物质能计算模型对秸杆资源空间分布格局进行实时估算。
[0013] 利用上述方法估算秸杆空间分布的优势在于能够较为准确的地反映不同区域农 作物在秸杆生产量上的相对差异。然而，其局限性则表现为空间分辨率过低（最小单元为 1千米的网格）、计算方法复杂和所需参数难以获取等；
[0014] (2)利用遥感数据提取各类农作物种植区域，并分类计算各自面积，再结合统计年 鉴中各类农作物单产量和草谷比系数，计算各类农作物单位面积秸杆产量，获得农田秸杆 量空间分布。
[0015] 上述方法的优势在于能够获得空间分辨率精度较高的农作物种植区域（精度通 常可达到30米）。然而，在基于农作物种植区域计算秸杆量分布时，通常基于草谷比系数或 统计年鉴里的农作物单产，无法准确反映同一种农作物在不同空间上的秸杆生产力相对差 另IJ。从而导致计算结果可能存在较大偏差。
【发明内容】
[0016] 针对现有方法存在的局限性，本发明提出一种快速简便、低成本的农田秸杆资源 空间分布估算方法，该方法将传统统计方法与遥感技术相结合，综合利用统计年鉴和遥感 净初级生产力（NPP)数据，对区域内部农田秸杆资源空间分布特征进行估算。
[0017] 本发明所采用的技术方案是：一种农田秸杆资源空间分布估算方法，其特征在于， 包括以下步骤：
[0018] 步骤1 :收集研宄区域数据，包括
[0019] (1)以shp格式或GeoDatabase格式存储的矢量行政区划数据，每个行政单元以矢 量多边形存储；
[0020] (2)最近一年的统计年鉴数据；
[0021] (3)从国家测绘局基础地理信息中心发布的全球地表覆盖30米分辨率产品中获 得区域耕地空间分布栅格数据；
[0022] (4)从美国NASA发布的MODIS卫星免费数据产品中获取最近一年的MODIS卫星 M0D17A3数据产品；该数据产品的空间分辨率为lkmXlkm，以栅格数据进行存储，每个栅格 像元都表示其所在空间位置的NPP值（年净初级生产力）；步骤2:根据《农用地分等规程》 中的《全国各县（市）标准耕作制度速查表》，找出研宄区域内每个县种植的农作物种类；
[0023] 步骤3 :以国家农业部门或统计部门发布的统计年鉴相关统计资料为基础数据， 分别得到以县（市）为单位的各类农作物的播种面积（千公顷）和单产量（吨/千公顷）；
[0024] 步骤4 :根据每县（市）的各类农作物播种面积计算各类农作物所占面积比例 yik，其中，i= 1，2, 3,…，为县（市）编号；k= 1，2, 3,…，为农作物种类；
[0025] 步骤5 :计算不同种类农作物在单位面积上秸杆资源的理论平均产量；其计算公 式如下：
[0026] SRik=YikXRk+1000 ;
[0027] 式中，SRik表示第i个县（市）内第k种农作物的单位面积秸杆资源理论平均产 量（吨/公顷）；Yik表示第i个县（市）内第k种作物的单产量（吨/千公顷），来自于统 计年鉴；Rk表示第k种农作物草谷比系数，即农作物秸杆产量与农作物经济产量之比值；
[0028] 步骤6 :根据不同类型农作物秸杆的可收集系数，分别计算各类农作物单位面积 可收集秸杆量，其计算公式如下：
[0029] CRik=SRikXCk;
[0030] 式中，CRik表示第i个县（市）第k种农作物的单位面积可收集秸杆量（吨/公 顷）；ck表示第i种农作物秸杆的可收集系数；
[0031] 步骤7 :分别将单位面积（1公顷）与各县（市）各类农作物所占面积比例Yik相 乘，即可得单位面积内各类农作物所占的耕地面积Sik;
[0032] 步骤8 :根据各类农作物的耕地面积Sik与其单位面积可收集秸杆量CRik，即可得 到单位面积内各类农作物的可利用秸杆量AR、k，对其求和，可得第i个县（市）内单位面 积平均可利用秸杆量CARi (吨/公顷）；计算公式如下：
[0033] CARi = Yi^1Sik XCRik-,
[0034] 步骤9 :对全球地表覆盖30米分辨率产品中获得的区域耕地空间分布栅格数据进 行预处理；该数据以栅格图像的方式进行存储，每个栅格像元代表地表真实的一块矩形区 域的土地，遍历图像上的栅格像元，若该像元为耕地，则标记为1，否则标记为0 ;本步骤计 算得到的结果栅格数据记为Rl;
[0035] 步骤10 :将研宄区域的县级行政区划矢量图，与步骤9中得到的Rl空间叠加分 析：遍历Rl中的每个像元，若当前像元值为1，且在空间位置上落入了第i个行政区划单 元，则将该像元值赋值为CARi;若当前像元值为0,或该像元没有落入任何行政区划单元，则 该像元值赋值为〇 ;本步骤计算得到的结果栅格数据记为R2 ;
[0036] 步骤11 :在ArcGIS地理信息系统软件中对lk