(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111429629.4 (22)申请日 2021.11.29 (71)申请人 吉林农业大 学 地址 130118 吉林省长 春市南关区新城大 街2888号吉林农业大 学 (72)发明人 陈霄　陶韬　郭宏亮　林楠　 李慕霜　 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/02(2012.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 基于温室气体排放评价的循环农业种养资 源优化分配方法 (57)摘要 基于温室气体排放评价的循环农业种养资 源优化分配方法， 涉及循环农业生产中多目标优 化的资源配置技术领域， 解决现有技术缺乏对循 环农业生产的评价目标， 导致种植养殖耦合性差 的问题。 根据现有循环农业生产过程构建循环农 业生产理想模 型； 选取循环农业生产耦合度评价 参数， 包括温室气体排放； 构建循环农业生产养 分约束条件， 即利用养殖产生的粪肥作为肥料还 田， 利用种植产品作为饲料供给养殖生产； 分别 建立农业生产资料与温室气体排放关联， 农业生 产资料与养分供给数据关联； 收集循环农业生产 相关的养分循环数据与温室气体排放数据； 构建 经温室气体排放目标函数和养分供给约束条件， 利用粒子群算法， 或取猪生产规模与玉米种植规 模的优化策略。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 114240082 A 2022.03.25 CN 114240082 A 1.基于温室气体排放评价的循环农业种养资源优化分配方法， 其特征是： 该方法由以 下步骤实现： 步骤一、 根据循环农业资源与温室气体排放情况构建循环农业温室气体排放模型， 并 定义所述模型系统的边界； 所述循环农业温室气体排放模型包括循环农业资源与温室气体排放两个部分， 其中循 环农业资源部 分说明资源间物质流动关系， 其包括生猪养殖系统、 玉米种植系统、 饲料加工 系统， 土壤系统， 物料 投入模块； 温室气 体排放部 分说明生猪养殖系统、 玉米种植系统、 饲料 加工系统， 以及物料投入 模块都排 放温室气体， 土壤系统排 放温室气体同时也固碳； 步骤二、 根据步骤一分析循环农业温室气体模型中的温室气体排 放； 所述循环农业中生产资源主要由种植资源和养殖资源两部分构 成， 其中种植资源排放 的温室气体主要包括： 农田种植温室排放， 农田种植过程中各环节产生的温室气体包括使 用的化肥、 杀菌剂、 杀虫剂、 除草剂、 电力  、 种子 、 人力以及燃油产生的温室气体排放； 养殖 资源排放的温室气 体主要包括： 生猪养殖环节 排放的温室气体， 具体为电力、 煤、 疫苗、 消毒 水、 兽药、 人力、 肠胃发酵、 粪便管理产生的温室气体排放与种植资源和养殖资源均相关的 排放是农田土壤粪肥还田土壤固碳和饲料加工温室气体排放， 饲料加工的排放由生产 环节 使用的电力、 燃油、 人力、 浓 缩料、 预混料 所产生； 步骤三、 根据步骤一分析 “猪‑玉米”循环农业温室气体排 放模型中的养分供 给能力； 所述的养分供给能力是指玉米种植生产的籽粒与生猪养殖饲料的供给关系， 以及生猪 养殖的粪肥与玉米种植所需化肥的供 给关系； 步骤四、 收集并筛选 “猪‑玉米”循环农业生产相关的温室气体排放数据与养分供给数 据； 步骤五： 根据步骤二建立农业 生产资源与温室气体排 放关联； 所述农业生产资源与温室气体排放关联， 是以 “种植规模X种 植规模”和“养殖规模X养殖规模”构 建温室气体排放函数； 通过全球增温潜势 函数GWP建立农业生产资源与温室气体排放关联； 其中温室气体排放量与种植规模建立的关系函数表示为： 农田土壤的全球增温潜势 GWP农 田土壤（X种 植规模） 农田种植温室排放 GWP农 田种 植（X种 植规模） ； 其中温室气体排放量与养殖规模建立 的关系函数表示为： 生猪养殖环节全球增温潜势GWP生猪养殖（X养殖规模） ； 以及生猪肠胃发酵的全 球增温潜势GWP猪肠 胃发酵（X养殖规模） 和粪便处理过程的全球增温潜势GWP粪便处理（X养殖规模） ； 其中温室 气体排放量与种植规模、 养殖规模的关系函数表示为： 农田土壤粪肥还 田土壤固碳的全球 增温潜势GWP土 壤 固碳（X种 植 规模， X养 殖规模） ； 饲料加工全球增温潜势GWP饲 料加 工（X养 殖规模，X养 殖规模） ； 步骤六、 根据步骤三建立 “猪‑玉米”循环农业模型的约束条件； 所述养分供给关联是指循环农业生产种植系统产出玉米籽粒S玉米籽粒产出为养殖系统供给 籽粒饲料S籽粒饲料， 表示为： S玉米籽粒产出 ≈S籽粒饲料； 循环农业生产养殖系统产出的粪尿S粪尿为种植 系统提供粪肥S粪肥， 表示为： S粪尿≈S粪肥； 步骤七、 根据步骤四和步骤步骤五构建净增温潜势目标函数； 所述的净增温潜势NGWP数据与全球增温潜势GWP函数构成， obj=NGWP循环农 业（X养 殖规模，X种 植 规模） =GWP农 田土 壤（X种 植 规模） +GWP农 田种 植（X种 植 规模） +GWP生猪养 殖（X养 殖规模） +GWP猪肠 胃发酵（X养 殖规模） +GWP粪便 处 理（X养 殖规模） +GWP饲 料级 工（X种 植 规模，X养 殖规模）权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114240082 A 2‑GWP土 壤 固碳（X种 植 规模，X养 殖规模） 所述的净增温潜势目标函数为 OBJ=min NGWP循环农 业（X养 殖规模，X养 殖规模） 步骤八、 根据步骤四和步骤六构建 “猪‑玉米”循环农业模型的约束函数; 所述的约束函数由单位面积玉米农田土壤最大承受猪粪肥当量约束关系构成， 表示 为： X种 植 规模 ≤ P承 载 当量×X养 殖规模 其中P承 载 当量玉米农业粪肥承载能力； 同时， 约束函数关联 单位面积玉米农田供 给生猪养殖饲料量， 表示 为： X种 植 规模≥Q籽 粒饲 料  ×X养 殖规模 步骤九、 根据步骤七构建净增温潜势目标函数和步骤八构建养分供给约束函数， 以及 根据步骤四循环提供的农业资源配置数据init （X种 植规模， X养殖规模） ， 通过改进粒子群优化算法， 将init （X种 植规模， X养殖规模） 设置为初始粒子群位置， 迭代计算粒子的适应度值， 更新每个粒子的 个体最优位置和全局最优位置， 以及更新粒子速度和位置， 判断是否达到最优条件， 实现猪 生产规模与玉米种植 规模的分配优化。 2.根据权利要求1  所述的基于温室气体排放评价的循环农业种养资源优化分配方法， 其特征在于： 步骤一中， 所述理想模型中包括物质流动中的养分循环， 具体为： 养殖粪便完 全供给种植农田肥料， 同时养殖粪便供给不能超出种植农田的土壤粪污承载能力， 种植产 品作为饲料 供给养殖系统。 3.根据权利要求  1 所述的基于温室气体排放评价的循环农业种养资源优化分配方 法， 其特征在于： 步骤二中， 依据循环农业评价方法， 选取温室气体排放作为生产目标； 温室 气体排放由农田种植过程中产生和养殖过程中产生， 农田种植过程中各环节产生的温室气 体包括使用的化肥、 杀菌剂、 杀虫剂、 除草剂、 电力  、 种子 、 人力以及燃油产生的温室气体 排放； 养殖过程中各环节产生的温室气 体包括使用的电力、 煤、 疫苗、 消毒 水、 兽药、 人力、 肠 胃发酵、 粪便管理产生的温室气体排放； 与种植资源和养殖资源均相关的排放是农田土壤 粪肥还田土壤固碳和饲料加工温室气体排放， 饲料加工的排放由生产环节使用的电力、 燃 油、 人力、 浓 缩料、 预混料 所产生。 4.根据权利要求  1 所述的基于温室气体排放评价的循环农业种养资源优化分配方 法， 其特征在于： 步骤 七中， 所述的净增温潜势NGWP数据与全球增温潜势GWP函数构成， obj=NGWP循环农 业（X养 殖规模，X种 植 规模） =GWP农 田土 壤（X种 植 规模） +GWP农 田种 植（X种 植 规模） +GWP生猪养 殖（X养 殖规模） +GWP猪肠 胃发酵（X养 殖规模） +GWP粪便 处 理（X养 殖规模） +GWP饲 料级 工（X种 植 规模，X养 殖规模） ‑GWP土 壤 固碳（X种 植 规模，X养 殖规模） 所述的净增温潜势目标函数为 BJ=min NGWP循环农 业（X养 殖规模，X养 殖规模） 。 5.根据权利要求  1 所述的基于温室气体排放评价的循环农业种养资源优化分配方 法， 其特征在于： 步骤八中， 所述的约束函数由单位面积玉米农田土壤最大承受猪粪肥当量 约束关系构成， 表示 为： X种 植 规模 ≤ P承 载 当量×X养 殖规模权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114240082 A 3