一種農田秸稈資源空間分布估算方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物質能與可再生能源技術領域，特別是涉及農田秸桿資源空間分布 估算方法。
【背景技術】
[0002] 面臨著新世紀經濟增長和環境保護的雙重壓力，改變能源生產和消費方式，開發 利用生物質能等可再生的清潔能源對世界各國建立可持續的能源系統，促進國民經濟發展 和環境保護具有重大意義。生物質能源已經成為當前越來越重要的發展領域。
[0003] 農作物秸桿是生物質能源材料的一個重要組成部分，具有低成本、低污染、高效益 的特點，發展潛力巨大，是一種理想的可再生清潔能源。但是，由于傳統觀念的束縛以及技 術落后等原因導致秸桿資源尚未得到合理的利用，這不僅造成了環境的污染，更造成了資 源的浪費。
[0004] 因此，準確估算農田秸桿資源在空間上的分布特征和分布數量，對實現農田秸桿 資源集約利用和生物質能開發以及資源可持續利用具有重大意義。
[0005] 目前國內外有關農田秸桿資源空間分布估算的方法大致可分為以下兩類：
[0006] 一、傳統的農田秸桿資源估算大多采用地面調查與統計數據相結合的方法，以統 計年鑒中農作物經濟產量和行政區劃圖為基礎數據，采用如下三種方法計算秸桿資源的實 物量：一是草谷比法，二是副產品比重法，三是經濟系數法，得到以行政區劃為單元的農田 稻桿資源分布格局。
[0007] 草谷比法，即根據國家農業部門或統計部門發布的作物經濟產量和各農作物的草 谷比系數估算農作物秸桿產量，是計算農作物秸桿產量的最常用方法；草谷比系數可以通 過精確的實驗室實驗進行測定，本發明不做贅述。
[0008] 副產品比重法，對于部分農作物副產品（如稻谷、花生殼）的產量可根據其占農作 物經濟產量的相對質量密度來計算；
[0009] 經濟系數（收獲系數）法，即利用農作物經濟產量與總生物產量的比值估算農作 物稻桿量。
[0010] 上述方法主要限于傳統的地面調查和統計數據，通常以行政區劃為統計單位，不 能很好地反映生物質能在行政區劃內部的空間分布特征，不利于農田生物質能的收集和空 間集約利用。
[0011] 二、遙感估算方法，即根據遙感數據產品對農田秸桿資源空間分布進行估算。大致 可分為以下兩類：
[0012] (1)根據Terra衛星的1千米分辨率的MOD17A3數據，利用陸地生物地球化學過程 模型（BIOME-BGC)估算植被年NPP累積量，并結合遙感數據提取土地利用分類數據，如水田 和旱地；在此基礎上通過生物質能計算模型對秸桿資源空間分布格局進行實時估算。
[0013] 利用上述方法估算秸桿空間分布的優勢在于能夠較為準確的地反映不同區域農 作物在秸桿生產量上的相對差異。然而，其局限性則表現為空間分辨率過低（最小單元為 1千米的網格）、計算方法復雜和所需參數難以獲取等；
[0014] (2)利用遙感數據提取各類農作物種植區域，并分類計算各自面積，再結合統計年 鑒中各類農作物單產量和草谷比系數，計算各類農作物單位面積秸桿產量，獲得農田秸桿 量空間分布。
[0015] 上述方法的優勢在于能夠獲得空間分辨率精度較高的農作物種植區域（精度通 常可達到30米）。然而，在基于農作物種植區域計算秸桿量分布時，通常基于草谷比系數或 統計年鑒里的農作物單產，無法準確反映同一種農作物在不同空間上的秸桿生產力相對差 另IJ。從而導致計算結果可能存在較大偏差。

【發明內容】

[0016] 針對現有方法存在的局限性，本發明提出一種快速簡便、低成本的農田秸桿資源 空間分布估算方法，該方法將傳統統計方法與遙感技術相結合，綜合利用統計年鑒和遙感 凈初級生產力（NPP)數據，對區域內部農田秸桿資源空間分布特征進行估算。
[0017] 本發明所采用的技術方案是：一種農田秸桿資源空間分布估算方法，其特征在于， 包括以下步驟：
[0018] 步驟1 :收集研宄區域數據，包括
[0019] (1)以shp格式或GeoDatabase格式存儲的矢量行政區劃數據，每個行政單元以矢 量多邊形存儲；
[0020] (2)最近一年的統計年鑒數據；
[0021] (3)從國家測繪局基礎地理信息中心發布的全球地表覆蓋30米分辨率產品中獲 得區域耕地空間分布柵格數據；
[0022] (4)從美國NASA發布的MODIS衛星免費數據產品中獲取最近一年的MODIS衛星 M0D17A3數據產品；該數據產品的空間分辨率為lkmXlkm，以柵格數據進行存儲，每個柵格 像元都表示其所在空間位置的NPP值（年凈初級生產力）；步驟2:根據《農用地分等規程》 中的《全國各縣（市）標準耕作制度速查表》，找出研宄區域內每個縣種植的農作物種類；
[0023] 步驟3 :以國家農業部門或統計部門發布的統計年鑒相關統計資料為基礎數據， 分別得到以縣（市）為單位的各類農作物的播種面積（千公頃）和單產量（噸/千公頃）；
[0024] 步驟4 :根據每縣（市）的各類農作物播種面積計算各類農作物所占面積比例 yik，其中，i= 1，2, 3,…，為縣（市）編號；k= 1，2, 3,…，為農作物種類；
[0025] 步驟5 :計算不同種類農作物在單位面積上秸桿資源的理論平均產量；其計算公 式如下：
[0026] SRik=YikXRk+1000 ;
[0027] 式中，SRik表示第i個縣（市）內第k種農作物的單位面積秸桿資源理論平均產 量（噸/公頃）；Yik表示第i個縣（市）內第k種作物的單產量（噸/千公頃），來自于統 計年鑒；Rk表示第k種農作物草谷比系數，即農作物秸桿產量與農作物經濟產量之比值；
[0028] 步驟6 :根據不同類型農作物秸桿的可收集系數，分別計算各類農作物單位面積 可收集秸桿量，其計算公式如下：
[0029] CRik=SRikXCk;
[0030] 式中，CRik表示第i個縣（市）第k種農作物的單位面積可收集秸桿量（噸/公 頃）；ck表示第i種農作物秸桿的可收集系數；
[0031] 步驟7 :分別將單位面積（1公頃）與各縣（市）各類農作物所占面積比例Yik相 乘，即可得單位面積內各類農作物所占的耕地面積Sik;
[0032] 步驟8 :根據各類農作物的耕地面積Sik與其單位面積可收集秸桿量CRik，即可得 到單位面積內各類農作物的可利用秸桿量AR、k，對其求和，可得第i個縣（市）內單位面 積平均可利用秸桿量CARi (噸/公頃）；計算公式如下：
[0033] CARi = Yi^1Sik XCRik-,
[0034] 步驟9 :對全球地表覆蓋30米分辨率產品中獲得的區域耕地空間分布柵格數據進 行預處理；該數據以柵格圖像的方式進行存儲，每個柵格像元代表地表真實的一塊矩形區 域的土地，遍歷圖像上的柵格像元，若該像元為耕地，則標記為1，否則標記為0 ;本步驟計 算得到的結果柵格數據記為Rl;
[0035] 步驟10 :將研宄區域的縣級行政區劃矢量圖，與步驟9中得到的Rl空間疊加分 析：遍歷Rl中的每個像元，若當前像元值為1，且在空間位置上落入了第i個行政區劃單 元，則將該像元值賦值為CARi;若當前像元值為0,或該像元沒有落入任何行政區劃單元，則 該像元值賦值為〇 ;本步驟計算得到的結果柵格數據記為R2 ;
[0036] 步驟11 :在ArcGIS地理信息系統軟件中對lk