農(nóng)田尺度溫室氣體排放天地協(xié)同技術(shù)

 溫室氣體排放是一個動態(tài)過程，受氣象條件、農(nóng)業(yè)實踐和季節(jié)性變化的影響。為了應(yīng)對不同氣象和農(nóng)業(yè)情境、提高農(nóng)田監(jiān)測的時效性和靈活性，

以及實時了解農(nóng)田排放情況、及時采取減排響應(yīng)措施，生態(tài)環(huán)境部長三角雙碳創(chuàng)新中心開展了地面無人值守溫室氣體通量在線監(jiān)測和無人機遙感監(jiān)測的結(jié)合研發(fā)。

該課題研發(fā)成果可實現(xiàn)即時數(shù)據(jù)采集，節(jié)省大量的人力和物力，顯著降低監(jiān)測成本；提高數(shù)據(jù)精度和時空分辨率，數(shù)字化解譯農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的貢獻(xiàn)；

利用水稻田生態(tài)系統(tǒng)碳排放數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)模型，通過正演和反演確定特定條件（氣候、地理、人為）下的稻田碳排放規(guī)律，為農(nóng)田碳減排方法學(xué)研發(fā)提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

水稻田溫室氣體監(jiān)測的目標(biāo)是了解特定區(qū)域溫室氣體排放及流失規(guī)律，并定量刻畫其反硝化-分解數(shù)值模型（DNDC模型），

用于識別影響稻田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的關(guān)鍵因子。

通過地面和無人機同步監(jiān)測，可以實現(xiàn)稻田近地層溫室氣體濃度空間分布規(guī)律的協(xié)同分析，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)定量分析構(gòu)建稻田生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)數(shù)據(jù)模型，

通過數(shù)值模擬技術(shù)刻畫關(guān)鍵因子調(diào)整后的稻田碳排放特征，反向指導(dǎo)田間試驗優(yōu)化方向。從田間數(shù)據(jù)到建立DNDC模型，

再通過DNDC模型模擬量化判定田間管理措施、氣象數(shù)據(jù)、土壤屬性等對水稻田溫室氣體排放量影響，最終從模型預(yù)測指導(dǎo)田間作業(yè)。

通過稻田種植試驗、天地協(xié)同的監(jiān)測和數(shù)值模擬的試驗方法，建立特定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場景下的最佳低碳生產(chǎn)模式。

1）地面無人值守監(jiān)測

采用多通道CO2/CH4/N2O長期定位觀測系統(tǒng)進(jìn)行定點連續(xù)觀測。其原理是通過閉合氣路實時記錄稻田溫室氣體通量和排放值，繪制觀測曲線。

基于特定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場景下的碳排放長測曲線，分析碳排放規(guī)律，篩選具有代表性的觀測時段（例如水稻的灌漿、抽穗等階段）的數(shù)據(jù)規(guī)律，

構(gòu)建稻田生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型，以及總結(jié)稻田溫室氣體排放量簡易觀測和快速估算方法。

（2）地面人工采樣監(jiān)測

采用PS-3010便攜溫室氣體呼吸系統(tǒng)，在施肥后和水稻生長期間定期監(jiān)測，監(jiān)測指標(biāo)為CO2、CH4排放通量，監(jiān)測對象為不同品種的水稻和不同的田間管理方案等差異化參數(shù)設(shè)置。

監(jiān)測對象大致分類和內(nèi)容如下：

田間管理參數(shù)，包括水稻種植和收獲的時間、施肥量、施肥時間、灌溉量、灌溉時間、秸稈還田量等；

氣象條件參數(shù)，包括每日最高溫度、和降雨；

土壤基本理化參數(shù)，包括土壤pH、容重、有機碳含量、全氮含量和機械組成。

（3）無人機溫室氣體排放監(jiān)測

利用無人機CO2和CH4濃度監(jiān)測系統(tǒng)，收集水稻冠層上方的CO2和CH4濃度數(shù)據(jù)，建立溫室氣體排放濃度在不同空間高度的三維分布模型。

通過與地面監(jiān)測數(shù)據(jù)的協(xié)同分析，完成溫室氣體排放通量的多源回歸模型的完整性構(gòu)建，同時為高時空分辨率的稻田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放監(jiān)測提供依據(jù)。