農田尺度溫室氣體排放天地協同技術

 溫室氣體排放是一個動態過程，受氣象條件、農業實踐和季節性變化的影響。為了應對不同氣象和農業情境、提高農田監測的時效性和靈活性，

以及實時了解農田排放情況、及時采取減排響應措施，生態環境部長三角雙碳創新中心開展了地面無人值守溫室氣體通量在線監測和無人機遙感監測的結合研發。

該課題研發成果可實現即時數據采集，節省大量的人力和物力，顯著降低監測成本；提高數據精度和時空分辨率，數字化解譯農田生態系統對氣候變化的貢獻；

利用水稻田生態系統碳排放數據和標準模型，通過正演和反演確定特定條件（氣候、地理、人為）下的稻田碳排放規律，為農田碳減排方法學研發提供基礎理論依據。

水稻田溫室氣體監測的目標是了解特定區域溫室氣體排放及流失規律，并定量刻畫其反硝化-分解數值模型（DNDC模型），

用于識別影響稻田生態系統溫室氣體排放的關鍵因子。

通過地面和無人機同步監測，可以實現稻田近地層溫室氣體濃度空間分布規律的協同分析，基于監測數據定量分析構建稻田生態系統碳氮循環數據模型，

通過數值模擬技術刻畫關鍵因子調整后的稻田碳排放特征，反向指導田間試驗優化方向。從田間數據到建立DNDC模型，

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

通過稻田種植試驗、天地協同的監測和數值模擬的試驗方法，建立特定農業生產場景下的最佳低碳生產模式。

1）地面無人值守監測

采用多通道CO2/CH4/N2O長期定位觀測系統進行定點連續觀測。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。

基于特定農業生產場景下的碳排放長測曲線，分析碳排放規律，篩選具有代表性的觀測時段（例如水稻的灌漿、抽穗等階段）的數據規律，

構建稻田生態系統碳氮循環基礎數學模型，以及總結稻田溫室氣體排放量簡易觀測和快速估算方法。

（2）地面人工采樣監測

采用PS-3010便攜溫室氣體呼吸系統，在施肥后和水稻生長期間定期監測，監測指標為CO2、CH4排放通量，監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設置。

監測對象大致分類和內容如下：

田間管理參數，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，包括每日最高溫度、和降雨；

土壤基本理化參數，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測

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

通過與地面監測數據的協同分析，完成溫室氣體排放通量的多源回歸模型的完整性構建，同時為高時空分辨率的稻田生態系統溫室氣體排放監測提供依據。