【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及環境監測與評價，涉及一種精準的稻田甲烷排放預測方法，尤其涉及一種基于ch4mn模型的稻田甲烷排放預測方法。
技術介紹
1、稻田甲烷產生率一般由產甲烷底物和環境因素的影響確定，在淹水階段，稻田的土壤處于厭氧環境，當氧化還原電位降低到一定值時，產甲烷菌利用被水解和發酵的土壤中有機質、水稻根系分泌物產生甲烷。大部分甲烷會被甲烷氧化細菌以及水稻植株氧化，只有少部分未被氧化。這些未被氧化的甲烷通過水稻傳輸組織或者水體界面氣泡排放到大氣中，在整個稻田生長季，水稻控制著水稻生長季中約90％的甲烷運輸。綜上，稻田甲烷產生、氧化及排放過程會受到諸多因素影響，包括土壤理化性質、施肥(土壤氮素、外源有機質)、灌溉、根系莖葉、微生物等。基于稻田甲烷排放的機制，一些稻田甲烷排放的過程模型已經被開發出來，廣泛應用的有dndc-rice(denitrification-decomposition-rice?model，反硝化-分解模型含水稻模塊)、daycent(a?daily?version?of?carbon-nitrogen-ecosystemcentury?model，日尺度碳氮生態系統模型)、ch4mod模型(稻田甲烷排放模型)。dndc-rice模型針對稻田量化了土壤氧化還原過程中電子生成與消耗，在全球各地得到驗證，但dndc-rice模型需要輸入的參數多，計算量大。daycent模型是century模型(carbon-nitrogen-ecosystem?century?model，碳氮生態系統模型)演化而來的日尺度模型，可以用于
2、針對上述問題，迫切需要基于稻田甲烷排放微生物過程提出一種有效、精準的稻田甲烷排放預測方法，減少模擬結果的不確定性，為國家減排提供科學數據與技術保障，本專利技術構建的新模型命名為ch4mn模型(ch4-microbe-nitrogen，考慮微生物和氮有效性的稻田甲烷排放評估模型)。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種稻田甲烷排放預測方法，基于ch4mn模型預測稻田甲烷排放，可精準有效的實現定量預測稻田甲烷排放量。
2、本專利技術一種基于ch4mn模型的稻田甲烷排放預測方法，包括以下步驟：
3、s1、獲取研究區稻田農業生產投入、水管理措施、氣象數據，作為ch4mn模型的輸入數據；觀測研究區稻田土壤環境信息、水稻信息、微生物信息，作為ch4mn模型的輸入數據。
4、s2、輸入步驟s1獲取的數據，基于ch4mn模型算法計算甲烷產生所需要的底物來源以及土壤環境(土壤溫度、質地)、土壤氮素對有機質分解影響。
5、s3、輸入步驟s1獲取的數據，基于ch4mn模型算法計算土壤氧化還原電位、微生物、水稻植株對甲烷產生和氧化的影響。
6、s4、使用步驟s1、s2、s3計算的甲烷產生和氧化影響因子，基于ch4mn模型算法計算甲烷產生率以及排放率。
7、s5、基于點位觀測信息驗證ch4mn模型精度。
8、其中，在步驟s1中所述的農業生產投入包括秸稈還田量、有機肥、施肥量；水管理措施包括記錄灌溉、排水時長；氣象數據包括氣溫；土壤環境信息包括土壤質地(土壤沙粒含量)；水稻信息包括水稻的品種及產量(用于計算水稻收獲時地上生物量)；微生物信息包括產甲烷細菌豐度以及甲烷氧化細菌豐度。
9、其中，步驟s2、s3獲取的影響因子主要用于計算步驟s4中甲烷產生率p以及微生物和水稻植株對甲烷氧化的影響o，
10、甲烷產生率計算公式為：
11、p＝0.27×feh×si×mi1×tir×[(1.8×10-3×vi×w1.25)+0.65×n×(k1×omn+k
12、×oms)]
13、式中，feh為土壤氧化還原電位的折減因子，為土壤水分條件對甲烷產生的影響，土壤指數(si)和溫度指數(tir)為土壤質地和土壤溫度對底物分解的影響，omn和oms為有機質易分解和難分解組分，k1和k2為易分解組分和難分解組分的一階動力學腐解系數衰減速率，分別為2.7×10?-2和2×10?-3d-1，0.65是淹水條件下有機質含量衰減因子，常數0.27是甲烷分子量與產甲烷基質分子量的比值，mi1是產甲烷菌對甲烷產生的影響，n是土壤氮素影響指數，量化氮素對底物分解的影響。
14、微生物和水稻植株對甲烷氧化的影響o計算公式為：
15、o＝mi2×ofp
16、式中，mi2為甲烷氧化細菌對甲烷氧化的影響，ofp為水稻植株對甲烷氧化的影響。
17、其中，步驟s4，ch4mn模型中甲烷的排放分為兩個部分，分別為通過水稻通氣組織排放以及水體氣泡排放，甲烷排放率計算公式為：
18、et＝p×(1-o)
19、式中，p為甲烷產生率，o為微生物和水稻植株對甲烷氧化的影響。
20、其中，通過水稻植株排放的甲烷計算公式為：
21、
22、ep＝fp×e
23、式中，fp為水稻甲烷排放占產生的比例，w為該日水稻的地上生物量，單位是：g·m-2，wmax為收獲時水稻地上生物量，ep為水稻植株甲烷排放率，單位是：g·m-2·d-1。
24、通過氣泡排放的甲烷計算公式為：
25、ebl＝0.7×(et-p0)×ln(tsoil)/wroot
26、式中，wroot是水稻根系生物量，單位是：g·m-2，p0是土壤中甲烷達到飽和后產生氣泡的臨界甲烷產生率，量化為0.002，單位是：g·m-2·d-1，tsoii是土壤溫度。
27、與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：基于稻田甲烷排放微生物過程提出一種有效的精準預測方法，提升了稻田甲烷排放的預測精度，具有更高的可靠性和科學性，可以為國家減排措施提供更加精準的數據以及決策支持。
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1.一種基于CH4MN模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于CH4MN模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于：在步驟S1中，農業生產投入包括秸稈還田量、有機肥、施肥量，水管理措施包括灌溉、排水；施肥量包括統計折純后的施氮量，水管理措施包括統計淹水時長、排水時長；氣象數據包括氣溫；土壤環境信息包括觀測土壤沙粒含量；水稻信息包括水稻的品種及產量；微生物信息包括產甲烷細菌豐度以及甲烷氧化細菌豐度。
3.根據權利要求1或2所述的一種基于CH4MN模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于：在步驟S2中，計算甲烷產生所需要的底物來源以及土壤環境、土壤氮素對有機質分解影響；具體為，外源有機質提供底物計算公式為：
4.根據權利要求3所述的一種基于CH4MN模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于：CH4MN模型考慮了土壤氮素對有機質分解的影響，影響指數公式為兩部分，Nx為土壤氮素含量對有機質分解的影響，Nd為氮肥深施對有機質分解的影響，計算公式為：
5.根據權利要求1所述的一種基于CH4MN模型的稻田甲
6.根據權利要求5所述的一種基于CH4MN模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于：微生物對甲烷產生和氧化影響以微生物指數MI1、MI2量化，MI1是產甲烷菌對甲烷產生的影響，MI2是甲烷氧化菌對甲烷氧化的影響，計算公式為：
7.根據權利要求5或6所述的一種基于CH4MN模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于：水稻植株對甲烷氧化的影響與水稻地上生物量有關，在水稻植株傳輸過程中部分甲烷會被氧化，計算公式為：
8.根據權利要求1所述的一種基于CH4MN模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于：在步驟S4中，基于CH4MN模型算法計算甲烷產生率P，公式為：
9.根據權利要求8所述的一種基于CH4MN模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于：微生物和水稻植株對甲烷氧化的影響計算公式為：
10.根據權利要求1所述的一種基于CH4MN模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于：在步驟S5中，用CH4MN模型中算法計算的甲烷排放率，乘以1得到當日甲烷排放量，通過模擬水稻生長季時間段每日稻田甲烷排放量，獲得水稻生長季甲烷排放量時間序列，并與實際觀測稻田甲烷排放數據進行驗證，根據皮爾遜相關系數R2以及均方根誤差RMSE評估CH4MN模型精度。
...【技術特征摘要】
1.一種基于ch4mn模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于ch4mn模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于：在步驟s1中，農業生產投入包括秸稈還田量、有機肥、施肥量，水管理措施包括灌溉、排水；施肥量包括統計折純后的施氮量，水管理措施包括統計淹水時長、排水時長；氣象數據包括氣溫；土壤環境信息包括觀測土壤沙粒含量；水稻信息包括水稻的品種及產量；微生物信息包括產甲烷細菌豐度以及甲烷氧化細菌豐度。
3.根據權利要求1或2所述的一種基于ch4mn模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于：在步驟s2中，計算甲烷產生所需要的底物來源以及土壤環境、土壤氮素對有機質分解影響；具體為，外源有機質提供底物計算公式為：
4.根據權利要求3所述的一種基于ch4mn模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于：ch4mn模型考慮了土壤氮素對有機質分解的影響，影響指數公式為兩部分，nx為土壤氮素含量對有機質分解的影響，nd為氮肥深施對有機質分解的影響，計算公式為：
5.根據權利要求1所述的一種基于ch4mn模型的稻田甲烷排放預測方法，其特征在于：在步驟s3中，土壤氧化還原電位與淹水或排水時長相關，公式為：
【專利技術屬性】
技術研發人員：江瑜，高翔，王侯生，丁艷鋒，袁政奇，王松寒，
申請(專利權)人：南京農業大學，
類型：發明
國別省市：
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