CN115602259B - 生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统包括，根据各年农作物信息，获取农作物的种植面积、农产品产量、土地利用变化以及土地利用变化类型四类信息数据；根据所述四类信息数据，计算出各年份单位面积农用地年吸碳量、制氧量以及土壤碳汇与农业碳汇的关系；利用计算结果，建立间接土地使用变化的生命周期分析模型框架；结合统计数据分析法与所述生命周期分析模型框架分析出物质燃料间接土地利用变化对环境的影响最终建立适合中国国情的生物质基航空燃料原料阶段土地使用变化影响生命周期数据库和评价体系，为生物质航空燃料的可持续发展提供技术支撑。

Description

生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统
技术领域
本发明涉及生物质液体燃料技术领域，尤其涉及生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统。
背景技术
生物质液体燃料担负着国家能源安全及碳减排的双重使命，尤其航空替代燃料的研发尤其重要；欧洲“清洁天空”计划以及美国“绿色航空”计划投入大量经费研发航空替代燃料。然而，生物质燃料需求的扩大导致了土地使用的变化，特别是，较高的农作物价格促使生产者将更多的土地用于农业生产，并在不同的农业活动之间重新进行了土地分配。全球土地利用的变化可能会对碳排放产生重大影响，给政策实施带来挑战并引发政策讨论。有关促进生物质燃料发展的政策出台与生物质燃料产生的温室气体减排都不可避免地导致了直接土地利用变化和间接土地利用变化，这主要凸显在生物液体燃料原料阶段间接土地使用变化影响。
全生命周期分析与评价由于贯穿产品、工艺和活动整个过程成为生物液体燃料应用的重要组成部分。我国在生物质燃料土地利用变化的研究主要包括两个阶段，2002年到2006年之间主要集中在多时空以及区域层面并建立各种土地利用/覆盖变化模型；2007年之后，主要集中在土地利用/覆盖变化模型的生态环境效应研究，并引入了碳排放、气候变化、情景模拟等。与国外相比，我国目前对土地利用变化与生物质燃料、土地利用变化与温室气体排放之间的关系等研究仍为空白，急需填补。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统，能够解决我国生物质燃料的土地利用变化对环境的影响研究目前处于空白的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法，包括：
根据各年农作物信息，获取农作物的种植面积、农产品产量、土地利用变化以及土地利用变化类型四类信息数据；
根据所述四类信息数据，计算出各年份单位面积农用地年吸碳量、制氧量以及土壤碳汇与农业碳汇的关系；
利用计算结果，建立间接土地使用变化的生命周期分析模型框架；
结合统计数据分析法与所述生命周期分析模型框架分析出物质燃料间接土地利用变化对环境的影响。
作为本发明所述的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法的一种优选方案，其中：所述生命周期分析模型框架包括，
根据输入的食物需求与生产力因素，得到与粮食相关的土地需求；
动态土地利用与分配动力因素通过模型校准，得到分配系数；
所述土地需求与分配系数结合目前土地利用率与土地限制，根据粮食生产分配方式求出剩余土地量；
根据输入的生产成本和市场价格，经过经济评估后得到生物酯类燃料作物优于其他土地利用的剩余土地量；
根据所述生物酯类燃料作物优于其他土地利用的剩余土地量，求出土地利用的经济潜力。
作为本发明所述的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法的一种优选方案，其中：所述土地利用变化包括人口增长、饮食组成、出口、自给率、生产力因素、生物质理化特性与基础设施信息数据。
作为本发明所述的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法的一种优选方案，其中：所述统计数据分析法包括，结合历年农作物的种植面积数据、农产品产量数据、土地利用变化数据、土地利用变化类型数据、食物需求数据、生产力因素数据、生产成本数据以及市场价格数据，经过统计分析计算出资源量。
作为本发明所述的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法的一种优选方案，其中：所述农业碳汇的计算方法包括，根据干物质光合作用平衡式计算，计算方法根据作物固碳全部来自吸收空气中CO2，通过光合作用合成产物并释放O2，化学平衡式如下：6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2；根据以上平衡式可推算植物体通过光合作用吸收CO2、释放O2之间的关系，即每固定180g干物质，可吸收CO2 264g，释放O2 192g。
作为本发明所述的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法的一种优选方案，其中：所述农产品产量包括，
Figure GDA0004226032010000031
其中，CR为秸秆资源量，i为农作物种类，i＝1，2，3，……，n；Ci为第i种农作物产量；ri为第i种农作物草谷比系数。
作为本发明所述的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法的一种优选方案，其中：所述农产品产量还包括，
秸秆资源能源潜力量是在CR计算过程中引入不同类型农作物秸秆的折标系数ηi，其计算公式如下：
Figure GDA0004226032010000032
其中，CR为秸秆资源量，ECR为秸秆资源能源潜力量；i为农作物种类，i＝1，2，3，……，n；Ci为第i种农作物产量；ri为第i种农作物草谷比系数，ηi为i种农作物秸秆资源的折标系数。
生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究系统，其特征在于：包括数据获取模块、数据计算模块、框架构建模块以及统计分析模块，
数据获取模块，所述数据获取模块根据各年农作物信息，获取农作物的种植面积、农产品产量、土地利用变化以及土地利用变化类型四类信息数据；
数据计算模块，所述数据计算模块根据所述四类信息数据，计算出各年份单位面积农用地年吸碳量、制氧量以及土壤碳汇与农业碳汇的关系；
框架构建模块，所述框架构建模块利用计算结果，建立间接土地使用变化的生命周期分析模型框架；
统计分析模块，所述统计分析模块结合统计数据分析法与所述生命周期分析模型框架分析出物质燃料间接土地利用变化对环境的影响。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明提出生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统，通过深入研究生物质原料阶段对土地使用变化的影响，掌握区域内生物质资源作为生物质液体燃料原料对土地使用变化的环境和能耗影响数据，建立间接土地使用变化的生命周期分析模型框架，通过对比生物质原料不合理使用对土体使用变化影响分析，进而计算生物质液体燃料对土地使用变化影响的环境效益潜能，定性和定量分析相关效益。结合生物质原料阶段土地使用变化的多因素指标，进行不确定性分析，研究相关政策、环境变化、资源供应和市场环境等条件作用下对间接土地使用变化的影响，最终建立适合中国国情的生物质基航空燃料原料阶段土地使用变化影响生命周期数据库和评价体系，为生物质航空燃料的可持续发展提供技术支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一个实施例提供的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统的方法思路图；
图2为本发明一个实施例提供的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统的近年来我国农作物种植面积情况图；
图3为本发明一个实施例提供的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统的土地利用情况图；
图4为本发明一个实施例提供的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统的主副产品的产量及转化率图；
图5为本发明一个实施例提供的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统的生物质酯类燃料的土地利用建模框架；
图6为本发明一个实施例提供的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统的计算机设备的内部结构图；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统，包括：
步骤102，根据各年农作物信息，获取农作物的种植面积、农产品产量、土地利用变化以及土地利用变化类型四类信息数据；
其中，土地利用变化包括人口增长、饮食组成、出口、自给率、生产力因素、生物质理化特性与基础设施信息数据。
更进一步的，所述农产品产量包括，
Figure GDA0004226032010000061
其中，CR为秸秆资源量，i为农作物种类，i＝1，2，3，……，n；Ci为第i种农作物产量；ri为第i种农作物草谷比系数。
更进一步的，秸秆资源能源潜力量是在CR计算过程中引入不同类型农作物秸秆的折标系数ηi，其计算公式如下：
Figure GDA0004226032010000062
/>
其中，CR为秸秆资源量，ECR为秸秆资源能源潜力量；i为农作物种类，i＝1，2，3，……，n；Ci为第i种农作物产量；ri为第i种农作物草谷比系数，ηi为i种农作物秸秆资源的折标系数。
步骤104，根据所述四类信息数据，计算出各年份单位面积农用地年吸碳量、制氧量以及土壤碳汇与农业碳汇的关系；
其中，农业碳汇的计算方法包括，根据干物质光合作用平衡式计算，计算方法根据作物固碳全部来自吸收空气中CO2，通过光合作用合成产物并释放O2，化学平衡式如下：6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2；根据以上平衡式可推算植物体通过光合作用吸收CO2、释放O2之间的关系，即每固定180g干物质，可吸收CO2 264g，释放O2 192g。
具体的，以基本十年中国统计年鉴中的农作物产量数据为基础，以农产品产量及地(市)为单位，通过相关方法计算其秸秆产量，利用折标系数测算其能源量，从而得到生物质资源的理论可获得量。农作物秸秆主要包括粮食作物、油料作物、棉花、麻类和糖料作物等，由于秸秆产量未列入国家有关部门的统计范围，其产量通常依据农作物的产量计算而得。
更进一步的，按照干物质产量计算；林地按照中国碳汇网每公顷吸收CO2在20～40t之间，按平均30t计算。土壤贮存碳量，以表层土20cm厚、每公顷土壤重3000t计，与实测表层土壤有机碳含量计算得到。
步骤106，利用计算结果，建立间接土地使用变化的生命周期分析模型框架；
其中，所述生命周期分析模型框架包括，根据输入的食物需求与生产力因素，得到与粮食相关的土地需求；食物需求包括饮食与人口对粮食的需求，还包括出口的粮食。
更进一步的，动态土地利用与分配动力因素通过模型校准，得到分配系数；其中模型校准是通过经验方法来建立。
更进一步的，所述土地需求与分配系数结合目前土地利用率与土地限制，根据粮食生产分配方式求出剩余土地量；其中土地限制包括静态土地利用因素与本土保护因素。
更进一步的，根据输入的生产成本和市场价格，经过经济评估后得到生物酯类燃料作物优于其他土地利用的剩余土地量；
更进一步的，根据所述生物酯类燃料作物优于其他土地利用的剩余土地量，求出土地利用的经济潜力。
应说明的是，由于生物质酯类燃料发生的ILUC是不确定的，所以使用PEM或GEM进行建模。“弃碳”(C/ha)因子根据植被总碳、25％的土壤碳和30年的现有森林吸收量来量化失去的碳。为了确定土地的可用性以及由生物质酯类燃料生产的技术和经济潜力。
应说明的是，为了避免生物质酯类燃料和粮食生产之间的土地竞争导致的ILUC，生物质酯类燃料的土地可用性可以通过假设“粮食优先”的模式获取。
还应说明的是，粮食/饲料相关土地需求被认为是土地利用变化的主要驱动因素，而土地利用变化又取决于潜在社会经济因素的发展，如：人口增长、饮食组成、出口、自给率和生产力因素；生物质理化特性、基础设施等被认为是土地利用变化的主要分配驱动因素。
更进一步的，根据统计分析拟合空间数据，量化动态土地利用与假设的分配驱动因素之间关系的分配系数经过校准；然后，以当前的土地使用为起点，通过动态模拟对粮食相关的土地所有权进行分配，指出未来用于粮食生产的农业土地以及在满足粮食需求后剩余的土地扩展和空间分布。由此就确定了避免ILUC的生物质酯类燃料生产的技术潜力。
步骤108，结合统计数据分析法与所述生命周期分析模型框架分析出物质燃料间接土地利用变化对环境的影响。
其中，统计数据分析法包括，结合历年农作物的种植面积数据、农产品产量数据、土地利用变化数据、土地利用变化类型数据、食物需求数据、生产力因素数据、生产成本数据以及市场价格数据，经过统计分析计算出资源量。
生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究系统，其特征在于：包括数据获取模块、数据计算模块、框架构建模块以及统计分析模块，
数据获取模块，所述数据获取模块根据各年农作物信息，获取农作物的种植面积、农产品产量、土地利用变化以及土地利用变化类型四类信息数据；
数据计算模块，所述数据计算模块根据所述四类信息数据，计算出各年份单位面积农用地年吸碳量、制氧量以及土壤碳汇与农业碳汇的关系；
框架构建模块，所述框架构建模块利用计算结果，建立间接土地使用变化的生命周期分析模型框架；
统计分析模块，所述统计分析模块结合统计数据分析法与所述生命周期分析模型框架分析出物质燃料间接土地利用变化对环境的影响。
上述各单元模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据各年农作物信息，获取农作物的种植面积、农产品产量、土地利用变化以及土地利用变化类型四类信息数据；
根据所述四类信息数据，计算出各年份单位面积农用地年吸碳量、制氧量以及土壤碳汇与农业碳汇的关系；
利用计算结果，建立间接土地使用变化的生命周期分析模型框架；
结合统计数据分析法与所述生命周期分析模型框架分析出物质燃料间接土地利用变化对环境的影响。
实施例2
参照图1-4，为本发明的一个实施例，提供了生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统，为了验证本发明的有益效果，通过对比实验进行科学论证。
从我国主要农作物种植面积变化趋势(图2)来看，1980年以前我国农作物种植面积呈缓慢下降趋势，1980-2000年出现缓慢上升趋势，2000年以后我国农作物面积变化趋势较为明显，呈急剧上升趋势；尤其玉米种植面积出现大幅度的上升且明显高于其它农作物。2005年以前，水稻和小麦的种植面积位居第一、第二；2005年以后玉米种植面积位居第一，水稻、小麦分别位居第二和第三，说明玉米、水稻、小麦始终是我国主要粮食作物和农作物秸秆来源，这也导致了农作物单位面积固碳量的增加。结合2000年以来我国土地利用的变化情况(图3)，2000-2008年耕地面积减少了近5.1％，林地面积增加了3.2％。从2009年开始耕地面积大幅度增加，占总用地的20.9％。截止2019年，耕地与林地面积占总农业用地面积的51.3％，这其中有大部分耕地用于种植玉米、水稻、小麦等粮食作物。由于粮食作物的价格有限，虽然大量种植粮食作物不利于农民收入的增加，但在一定程度上解决了粮食安全问题，为解决化石能源短缺及环境污染的可再生能源提供了原料，对生态环境保护和可持续发展是极其有利的。
以种植面积最大的农作物玉米秸秆为例，通过清洁水解制备生物质酯类燃料-乙酰丙酸乙酯，探究其生产过程对环境的影响。以3000t干玉米秸秆为例，所得的乙酰丙酸乙酯372t及其他副产物，根据燃料的热值及密度，柴油热值为35.53MJ/L，乙酰丙酸乙酯混合燃料热值为35.49MJ/L，则消耗单位体积燃料的排放如表3。由此可估算1g乙酰丙酸乙酯在使用过程中温室气体排放量为2.28g CO2。因此，当1g玉米秸秆产生0.124g乙酰丙酸乙酯并用于燃料使用时，温室气体排放量为0.28g CO2；我国2020年玉米秸秆产量为70379.6万吨，共固碳量为75071.5万吨，故而计算出1g玉米秸秆能固1.1g CO2。结合玉米秸秆在收集、运输及转化过程中温室气体的排放量，玉米秸秆制乙酰丙酸乙酯及其使用起到了很好的固碳作用，相对于化石能源不仅减少了温室气体的排放，而且也实现了资源的高效利用。同时，土地利用变化机制的出现，在一定程度上促进了生物质燃料的生产和使用。因此，生物质清洁水解制备乙酰丙酸乙酯是未来液体燃料领域发展的方向之一。
表1我国不同年份农作物固碳制氧情况
Figure GDA0004226032010000101
表2 2020年我国不同农作物固碳制氧情况
Figure GDA0004226032010000102
表3乙酰丙酸乙酯混合燃料排放量
Figure GDA0004226032010000103
Figure GDA0004226032010000111
因此，能源作物实施前的土地利用类型决定了生物质燃料的生产和使用是否减少了碳排放。所以，在当前种植模式下，保证以玉米、小麦、水稻为主要农作物的种植结构且种植土地类型为耕地，生物质燃料的生产和使用有望实现碳平衡。但本研究中由于缺乏DLUC和ILUC的系数、环境影响的差异以及考虑LUC效应时遇到多因素限制，很难准确的对生物质燃料引起的间接土地利用变化进行直接研究。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法，其特征在于：包括，
根据各年农作物信息，获取农作物的种植面积、农产品产量、土地利用变化以及土地利用变化类型四类信息数据；
所述农产品产量包括，
Figure FDA0004214299070000011
其中，CR为秸秆资源量，i为农作物种类，i＝1，2，3，……，n；Ci为第i种农作物产量；ri为第i种农作物草谷比系数；
根据所述四类信息数据，计算出各年份单位面积农用地年吸碳量、制氧量以及土壤碳汇与农业碳汇的关系；
所述农业碳汇的计算方法包括，根据干物质光合作用平衡式计算，计算方法根据作物固碳全部来自吸收空气中CO2，通过光合作用合成产物并释放O2，化学平衡式如下：6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2；根据以上平衡式可推算植物体通过光合作用吸收CO2、释放O2之间的关系，即每固定180g干物质，可吸收CO2264g，释放O2192g；
建立间接土地使用变化的生命周期分析模型框架；
利用上述计算出的结果，结合统计数据分析法与所述生命周期分析模型框架分析出物质燃料间接土地利用变化对环境的影响；
所述统计数据分析法包括，结合历年农作物的种植面积数据、农产品产量数据、土地利用变化数据、土地利用变化类型数据、食物需求数据、生产力因素数据、生产成本数据以及市场价格数据，经过统计分析计算出资源量。
2.如权利要求1所述的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法，其特征在于：所述生命周期分析模型框架包括，
根据输入的食物需求与生产力因素，得到与粮食相关的土地需求；
动态土地利用与分配动力因素通过模型校准，得到分配系数；
所述土地需求与分配系数结合目前土地利用率与土地限制，根据粮食生产分配方式求出剩余土地量；
根据输入的生产成本和市场价格，经过经济评估后得到生物酯类燃料作物优于其他土地利用的剩余土地量；
根据所述生物酯类燃料作物优于其他土地利用的剩余土地量，求出土地利用的经济潜力。
3.如权利要求2所述的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法，其特征在于：所述土地利用变化包括人口增长、饮食组成、出口、自给率、生产力因素、生物质理化特性与基础设施信息数据。
4.如权利要求3所述的生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法，其特征在于：所述农产品产量还包括，
秸秆资源能源潜力量是在CR计算过程中引入不同类型农作物秸秆的折标系数ηi，其计算公式如下：
Figure FDA0004214299070000021
/>
其中，CR为秸秆资源量，ECR为秸秆资源能源潜力量；i为农作物种类，i＝1，2，3，……，n；Ci为第i种农作物产量；ri为第i种农作物草谷比系数，ηi为i种农作物秸秆资源的折标系数。
5.生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究系统，其特征在于：包括数据获取模块、数据计算模块、框架构建模块以及统计分析模块，
数据获取模块，所述数据获取模块根据各年农作物信息，获取农作物的种植面积、农产品产量、土地利用变化以及土地利用变化类型四类信息数据；
所述农产品产量包括，
Figure FDA0004214299070000022
其中，CR为秸秆资源量，i为农作物种类，i＝1，2，3，……，n；Ci为第i种农作物产量；ri为第i种农作物草谷比系数；
数据计算模块，所述数据计算模块根据所述四类信息数据，计算出各年份单位面积农用地年吸碳量、制氧量以及土壤碳汇与农业碳汇的关系；
所述农业碳汇的计算方法包括，根据干物质光合作用平衡式计算，计算方法根据作物固碳全部来自吸收空气中CO2，通过光合作用合成产物并释放O2，化学平衡式如下：6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2；根据以上平衡式可推算植物体通过光合作用吸收CO2、释放O2之间的关系，即每固定180g干物质，可吸收CO2264g，释放O2192g；
框架构建模块，所述框架构建模块建立间接土地使用变化的生命周期分析模型框架；
统计分析模块，所述统计分析模块利用上述计算出的结果，结合统计数据分析法与所述生命周期分析模型框架分析出物质燃料间接土地利用变化对环境的影响；
所述统计数据分析法包括，结合历年农作物的种植面积数据、农产品产量数据、土地利用变化数据、土地利用变化类型数据、食物需求数据、生产力因素数据、生产成本数据以及市场价格数据，经过统计分析计算出资源量。
6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115602259B (zh) * 2022-09-27 2023-06-09 常州大学 生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110390494A (zh) * 2019-08-13 2019-10-29 成都理工大学 农业区生活垃圾填埋场地下水中“三氮”的溯源方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2011213186B2 (en) * 2010-02-03 2013-10-17 Archer Daniels Midland Company Improved process for fractionation of lignocellulosic biomass
CN103154211B (zh) * 2010-08-18 2015-05-20 詹姆斯·S·罗德斯 固相生物量碳存储(spbcs)
DE202011102292U1 (de) * 2011-06-24 2012-02-16 Bernhard Ahlers Biokraftstoff der 3. Generation auf Basis von div. Agrarprodukten ohne Flächen- und Lebensmittelkonkurrenz
CN107067091B (zh) * 2016-10-11 2022-01-14 河南大学 一种基于蚁群优化算法的城市生态用地空间规划模型
US20200275617A1 (en) * 2017-09-11 2020-09-03 Nuseed Global Innovation Ltd. Methods of agricultural production of brassica carinata oilseed crop
CN109544038B (zh) * 2018-12-20 2020-08-25 西北农林科技大学 一种基于生命周期分析的生物质碳排放估算系统和方法
US20210017549A1 (en) * 2019-07-19 2021-01-21 Exxonmobil Research And Engineering Company Biological guard beds in conversion of biomass into hydrocarbon fuels and chemicals
US20220276222A1 (en) * 2019-11-15 2022-09-01 Low Carbon Leaf Beef, LLC Lifecycle assessment systems and methods for determining emissions and carbon credits from production of animal, crop, energy, material, and other products
CN111598315A (zh) * 2020-04-29 2020-08-28 生态环境部华南环境科学研究所 一种农用地土壤环境质量预警管理系统
CN113379155B (zh) * 2021-06-29 2022-08-12 哈尔滨工业大学 一种基于村镇人口预测评估生物质能发展适宜性的方法
CN113487079A (zh) * 2021-07-02 2021-10-08 天津大学 一种城市土地利用规模结构低碳化布局的方法及装置
CN114021348B (zh) * 2021-11-05 2022-05-20 中国矿业大学(北京) 一种精细土地利用类型的矿区植被碳汇遥感反演方法
CN115602259B (zh) * 2022-09-27 2023-06-09 常州大学 生物质液体燃料土地利用变化对环境影响研究方法及系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110390494A (zh) * 2019-08-13 2019-10-29 成都理工大学 农业区生活垃圾填埋场地下水中“三氮”的溯源方法

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