農(nóng)田土壤有機(jī)碳影響因子獲取與估算研究——以麥田為例.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)，全球氣候變化問(wèn)題成為世界各國(guó)共同關(guān)注的焦點(diǎn)，“節(jié)能減排”、“固碳減排”等已逐步引起全球的重視。農(nóng)田土壤有機(jī)碳的變化是陸地生態(tài)系統(tǒng)影響大氣 CO2碳源/匯效應(yīng)的重要依據(jù)，對(duì)土壤有機(jī)碳含量進(jìn)行估算，并揭示其影響因素，不僅有助于保持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和保障糧食安全，而且對(duì)于更好地了解全球碳循環(huán)，估算農(nóng)田土壤有機(jī)碳的碳匯能力、增加農(nóng)田土壤碳庫(kù)存、制定緩解及應(yīng)對(duì)氣候變暖對(duì)策等方面都具有重要的理論與實(shí)踐意義。
　　由于影響農(nóng)田土壤碳

2、循環(huán)的因素較多，所以大部分土壤有機(jī)碳估算模型參數(shù)較多，有些模型參數(shù)獲得難度較大，從而使模擬效果欠佳，因此如何準(zhǔn)確而有效地獲取農(nóng)田土壤有機(jī)碳影響因子是實(shí)現(xiàn)土壤有機(jī)碳估算的關(guān)鍵。目前對(duì)于土壤有機(jī)碳影響因子獲取方法的研究較少，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用為有機(jī)碳影響因子獲取提供了技術(shù)支撐。
　　針對(duì)以上問(wèn)題，論文依托國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)子課題—“農(nóng)田碳匯信息獲

3、取與估算”，以兗州市長(zhǎng)期定位實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)田為研究對(duì)象，通過(guò)運(yùn)用WSN技術(shù)獲取部分農(nóng)田土壤有機(jī)碳影響因子，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田土壤有機(jī)碳影響因子的實(shí)時(shí)、有效、可靠傳輸，同時(shí)對(duì)已有有機(jī)碳估算模型進(jìn)行優(yōu)化，利用優(yōu)化的農(nóng)田土壤有機(jī)碳估算模型對(duì)試驗(yàn)區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)碳進(jìn)行估算，提高農(nóng)田土壤有機(jī)碳估算的精度，對(duì)進(jìn)一步研究農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)能力提供依據(jù)。
　　本文的研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)果如下：
　　（1）建立農(nóng)田土壤有機(jī)碳影響因子集。通過(guò)閱讀國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)及分析農(nóng)

4、田土壤有機(jī)碳估算模型，總結(jié)土壤溫濕度、土壤 pH、農(nóng)田管理措施、土壤質(zhì)地、土壤容重等因子對(duì)農(nóng)田土壤碳循環(huán)過(guò)程的影響，建立氣候因子、土壤理化性質(zhì)、農(nóng)田管理措施有機(jī)碳影響因子集。
　?。?）基于 WSN的農(nóng)田土壤有機(jī)碳影響因子獲取系統(tǒng)構(gòu)建。通過(guò)應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的全面感知技術(shù)、近程通訊技術(shù)、遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)、大量信息智能分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田土壤有機(jī)碳影響因子的自動(dòng)采集、傳輸與處理，為農(nóng)田土壤有機(jī)碳估算提供數(shù)據(jù)。該無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用ZigBe

5、e技術(shù)構(gòu)建，路由協(xié)議算法選擇了 Cluster-Tree和AODVjr算法的結(jié)合。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比證明，優(yōu)化后的算法的平均網(wǎng)絡(luò)時(shí)延比分別使用AODVjr算法和Cluster-Tree算法減少37％和38.3%，數(shù)據(jù)傳送成功率提高7.1%和6.1%。該算法有效降低了系統(tǒng)能量消耗，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。
　?。?）優(yōu)化現(xiàn)有的農(nóng)田土壤有機(jī)碳估算模型。通過(guò)分析比較目前常用的農(nóng)田土壤有機(jī)碳估算模型，對(duì) Soil-C模型進(jìn)行了優(yōu)化，并利用獲取的有機(jī)

6、碳影響因子數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明優(yōu)化的Soil-C模型穩(wěn)定性較高，適合示范區(qū)土壤有機(jī)碳估算。
　?。?）試驗(yàn)區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)碳估算系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。通過(guò)運(yùn)用基于 Web的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法，構(gòu)建兗州市麥田土壤有機(jī)碳估算系統(tǒng)，對(duì)試驗(yàn)區(qū)麥田土壤有機(jī)碳進(jìn)行估算，并對(duì)有機(jī)碳的變化直觀展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域農(nóng)田土壤有機(jī)碳估算的可視化。
　　本研究以兗州市50000畝試驗(yàn)田為研究對(duì)象，驗(yàn)證了本文所提方法的可行性，并證明了此方法的優(yōu)勢(shì)：適合我國(guó)小區(qū)域農(nóng)田土