[发明专利]一种桑园生态系统固碳核算的建模方法

权利要求书

1.一种桑园生态系统固碳核算的建模方法，其特征在于，包括：

利用各桑树品种植密度和占地面积、每株伐桑量、桑枝含水率计算燃烧桑枝总生物质量，根据所述燃烧桑枝总生物质量计算得到的碳残留量，扣除燃烧时产生的非二氧化碳温室气体以及薪材燃烧实现的天然气使用的碳抵消，计算得到用于薪材燃烧的伐桑桑枝的净固碳量；

根据用于桑园原地堆肥的伐桑桑叶的总生物质量以及堆肥桑叶的权重因子求出桑叶堆肥的碳残留量，基于所述碳残留量减去非二氧化碳温室气体排放量，计算得出桑叶堆肥固碳量；

利用鲜茧产量，以及鲜茧的蚕丝纤维出丝率，求出蚕丝纤维初始净碳量，基于蚕丝纤维产品在使用寿命终结时一次性释放存储碳的权重因子计算得蚕丝纤维固碳量；

基于蚕蛹中碳含量计算得蚕蛹固碳量；

利用蚕砂与食剩叶的总生物质量计算蚕砂、食剩叶堆肥后的固碳量；

利用桑果生物质量计算得桑果的固碳量；

利用地下年生物质增长量与地上生物质增长量的比例计算得地下生物质的固碳量；

将所述用于薪材燃烧的伐桑桑枝的净固碳量、所述桑叶堆肥固碳量、所述蚕丝纤维固碳量、所述蚕蛹固碳量、所述蚕砂、食剩叶堆肥后的固碳量、所述桑果的固碳量和所述地下生物质的固碳量合并计算，得到最终桑园固碳量；

所述利用各桑树品种植密度和占地面积、每株伐桑量、桑枝含水率计算燃烧桑枝总生物质量，根据所述燃烧桑枝总生物质量计算得到的碳残留量，扣除燃烧时产生的非二氧化碳温室气体以及薪材燃烧实现的天然气使用的碳抵消，计算得到用于薪材燃烧的伐桑桑枝的净固碳量包括：

对用作薪材燃烧的生物质碳的追踪，计算燃烧总生物质量m_combustion，其计算公式为：

其中，N为一年伐桑的次数，n为桑园的桑树品种数，ρ_i为第i个品种的种植密度，s_i为第i个品种的占地面积，λ_branch,i为第i个品种桑树伐桑时每株桑树上所伐桑枝的重量，w_branch,i是桑枝的含水量；

基于所述燃烧总生物质量m_combustion计算所述生物燃烧净固碳量C′₁₁，其计算公式为：

其中，Coxi_mulberry为生物质燃烧的氧化率，C_branch是桑枝的含碳量，Coffset_combustion为薪材燃烧抵消的碳排放，为一定质量的生物质产生的甲烷排放量，为一定质量的生物质产生的氧化亚氮的排放量；

所述薪材燃烧抵消的碳排放Coffset_combustion计算公式为：

Coffset_combustion＝12m_combution×Coxi_mulberry×LHV_mulberry×EF_nGas/(LHV_nGas×44)

其中，Coxi_mulberry为桑枝生物质燃烧的氧化率，LHV_mulberry为桑枝的低位发热值，EF_nGas为天然气的碳排放系数，LHV_nGas为天然气的低位发热值；

所述根据堆肥桑叶的总生物质量以及堆肥桑叶的权重因子求出桑叶堆肥的碳残留量，基于所述碳残留量减去非二氧化碳温室气体排放量，计算得出桑叶堆肥固碳量包括：

计算堆肥的总生物质量m_compost，其计算公式为：

其中，λ_leaf,i为第i个品种桑树伐桑时每株桑树上所伐桑叶的重量，w_leaf,i为第i个品种桑树桑叶的含水量；

基于堆肥的桑叶，总碳残留量减去非二氧化碳温室气体排放，得净固碳量C′₁₂计算公式为：

其中，FW_compost为堆肥桑叶的权重因子，C_leaf桑叶含碳量，为一定质量的生物质堆肥过程产生的甲烷排放量，为一定质量的生物质堆肥过程产生的氧化亚氮排放量；

所述堆肥桑叶的权重因子FW_compost计算公式为：

其中，c_i为桑叶堆肥第i年的碳损失率，γ为四年后成型土壤腐殖质年矿化率；

所述利用鲜茧产量求出蚕丝纤维初始净碳量，基于蚕丝纤维的权重因子计算得蚕丝纤维固碳量包括：

计算蚕丝纤维中初始净碳量C₂₁，其计算公式为：

C₂₁＝m_cocoon×β×(1-w_fiber)×C_fiber    (1)

其中，m_cocoon为鲜茧产量，β为鲜茧的蚕丝纤维产丝率，w_fiber为蚕丝纤维的含水率，C_fiber为蚕丝纤维中的碳含量；

计算蚕丝纤维在100年评价期内的权重因子FW_fiber，其计算公式为：

FW_fiber＝1-0.76t₀/100     (2)

其中，t₀为生丝、蛹衬、长吐做成各类丝绸产品后使用寿命；

基于蚕丝纤维中初始净碳量与蚕丝纤维在100年评价期内的权重因子FW_fiber，计算所述蚕丝纤维固碳量C′₂₁，基于公式(1)和公式(2)，其计算公式为：

C′₂₁＝C₂₁×(1-FW_fiber)

＝m_cocoon×β×(1-w_fiber)×C_fiber×(0.76t₀/100)；

所述基于蚕蛹中碳含量计算得蚕蛹固碳量包括：

对桑叶中碳流向蚕蛹的固碳计算，利用鲜茧产量m_cocoon计算蚕蛹固碳量C′₂₂，其计算公式为：

C′₂₂＝m_cocoon×α×(1-w_pupa)×C_pupa×(0.76t_pupa/100)

其中，α为鲜茧产出蚕蛹的百分比，w_pupa为缫丝后作为副产品售卖的蚕蛹中的含水量，C_pupa为蚕蛹中的碳含量，t_pupa为固碳时长；

所述利用蚕砂与食剩叶的总生物质量计算得蚕砂、食剩叶的固碳量包括：

计算蚕砂与食剩叶的总生物质量m_leftover，其计算公式为：

其中，θ为鲜茧烘茧时鲜茧量与烘出的干茧量的质量比，为不同品种桑叶的平均含水量，W_dryCocoon为干茧中的水份，m_leafConsum为蚕呼吸活动消耗掉的桑叶量；

蚕砂与食剩叶一般要经过堆肥处理，再还田，由于蚕砂与食剩叶的总生物质量无法称量，可以通过总桑叶量减去蚕茧的干物质量，再去除掉蚕生命活动消耗掉的桑叶量来计算固碳量，则蚕砂、食剩叶中固碳量C′₂₃计算公式为：

其中，C₂₃为蚕砂与食剩叶中的初始净碳量，1-FW_compost为堆肥过程中的碳残留率，m_leftover为蚕砂与食剩叶的总生物质量；

所述蚕砂与食剩叶中的初始净碳量C₂₃为桑园总供叶中的净碳量减去蚕丝纤维中的碳量、蚕蛹的碳量以及蚕呼吸的二氧化碳中的碳量，其计算公式为：

其中，C_fiber蚕丝纤维中的碳含量，为不同品种桑叶的平均含水量；

所述利用地下年生物质增长量与地上生物质增长量的比例计算得地下生物质的固碳量，其计算公式为：

其中，τ为地下年生物质增长量与地上生物质增长量的比例，C_root为地下生物质量的含碳量，m_fruit为桑果的干物质量。