掬一抔“高精度數(shù)字土壤”看透我國耕地狀況

喬地

耕地問題是我國農(nóng)業(yè)面臨的第二大挑戰(zhàn)，關(guān)系到糧食安全與環(huán)境安全。雖然我國提出了嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度和耕地總量動(dòng)態(tài)平衡制度，但未來耕地面積減少將是一種不可避免的長期趨勢，這種趨勢只能減緩而不能遏制，18億畝耕地紅線面臨最為嚴(yán)峻的考驗(yàn)。因此，掌握土壤質(zhì)量狀況，更有利于精準(zhǔn)耕作，發(fā)揮耕地的作用。

近日，覆蓋中國全域的“高精度數(shù)字土壤”項(xiàng)目，歷經(jīng)21年由中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所牽頭完成。借助這項(xiàng)成果可以推演土壤與環(huán)境質(zhì)量變化趨勢，為農(nóng)業(yè)、自然資源、環(huán)境保護(hù)等部門進(jìn)行土壤管理提供分區(qū)、分類的精準(zhǔn)施策支持，為綠色農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)。

全方位、立體化的土壤“履歷”

“高精度數(shù)字土壤”項(xiàng)目將全國耕地土壤狀況通過數(shù)字化呈現(xiàn)，一目了然。

專家介紹，“數(shù)字土壤”就是數(shù)字化的土壤，它利用地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)方法，模擬和重現(xiàn)土壤類型、土壤養(yǎng)分等土壤性狀的空間分布特征。高精度數(shù)字土壤能直觀、精細(xì)地展現(xiàn)出土壤資源與質(zhì)量狀況，為農(nóng)業(yè)、環(huán)境和科學(xué)研究提供重要信息。

自20世紀(jì)80年代以來，我國進(jìn)行了多次土壤調(diào)查，獲得了大量土壤科學(xué)數(shù)據(jù)。然而，受當(dāng)時(shí)技術(shù)限制，這些資料大多比較分散且數(shù)量稀少。中國“高精度數(shù)字土壤”項(xiàng)目第一完成人、中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所研究員張維理博士介紹：“一個(gè)縣的紙質(zhì)手繪圖件，也就兩三份，且有些已經(jīng)存放了40年。其中的數(shù)據(jù)本身，可能上萬年都還有效，因?yàn)橥寥乐杏行┗A(chǔ)的東西演變是非常緩慢的。但紙質(zhì)文件不耐儲(chǔ)存，對它們的搶救性收集刻不容緩?！倍案呔葦?shù)字土壤”不止是紙質(zhì)資料的數(shù)字化，更通過科研人員設(shè)計(jì)的數(shù)百個(gè)模型，將全國各地40年來的數(shù)據(jù)加以整合和研究，最終建立了一個(gè)覆蓋全域、高精度的數(shù)據(jù)庫。

中國“高精度數(shù)字土壤”項(xiàng)目含9大圖層，具有多要素（多項(xiàng)土壤理化性狀）、高精度（100米數(shù)據(jù)）、多時(shí)空維度（40年土壤空間數(shù)據(jù)）等特征。它以1公頃為單元，提供各地多項(xiàng)土壤資源與質(zhì)量理化性狀，其中的土壤質(zhì)量穩(wěn)定性性狀，如土體構(gòu)造、質(zhì)地、母質(zhì)、成土條件、土壤類型等，時(shí)效性達(dá)上千年，可長久使用;而土壤有機(jī)質(zhì)、酸堿度、氮磷鉀等養(yǎng)分含量以及耕層厚度等土壤質(zhì)量快變化性狀，又為了解土壤與環(huán)境質(zhì)量演變提供了依據(jù)。

可以說，“高精度數(shù)字土壤”是一個(gè)可以將土壤信息全方位、立體化呈現(xiàn)的“履歷”。

這是我國迄今最完整、最精細(xì)的土壤資源與質(zhì)量科學(xué)記載，為了解和掌握我國土壤與環(huán)境質(zhì)量演變提供了科學(xué)依據(jù)，也使中國在全球疆域較大的國家中，成為首個(gè)擁有具時(shí)空維度高精度數(shù)字土壤的國家。

未來土壤變化也能預(yù)報(bào)

中國農(nóng)科院土壤肥料研究所在全國的田間定位實(shí)驗(yàn)與調(diào)查顯示，我國各主要農(nóng)區(qū)廣泛存在的不合理耕作、過度種植、農(nóng)用化學(xué)品的大量投入和溝渠設(shè)施老化，已經(jīng)導(dǎo)致農(nóng)田土壤普遍性的耕層變薄，養(yǎng)分非均衡化嚴(yán)重（土壤板結(jié)，土壤生物性狀退化，土壤酸化、潛育化、鹽漬化增加，防旱排澇能力差），耕地土壤基礎(chǔ)地力不斷下降。

我國是農(nóng)業(yè)大國，但還不是農(nóng)業(yè)強(qiáng)國，農(nóng)業(yè)科技起步較晚，還有很大的發(fā)展空間?！案呔葦?shù)字土壤”項(xiàng)目采取邊建設(shè)邊應(yīng)用的方式進(jìn)行。張維理表示，未來將“高精度數(shù)字土壤”數(shù)據(jù)加載到耕地機(jī)械、施肥機(jī)械和灌溉機(jī)械芯片中，可實(shí)現(xiàn)精確施肥、耕作與灌溉;“高精度數(shù)字土壤”可以通過對土壤中多種元素的分析，找到不同區(qū)域土壤的適種作物，比如一塊地是適合種葡萄還是更適合種板栗;還可以對重點(diǎn)農(nóng)區(qū)和流域?qū)崿F(xiàn)分區(qū)、分類、量化管理，能在減少農(nóng)用化學(xué)品投入的同時(shí)增加作物產(chǎn)量，提高農(nóng)民收入，讓百姓餐桌上的食品更安全。

此外，“高精度數(shù)字土壤”項(xiàng)目還可用于農(nóng)田培肥與修復(fù)、農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)、流轉(zhuǎn)土地的價(jià)值評估、土壤污染防治與修復(fù)、水土流失防治與減災(zāi)等方面。

據(jù)了解，2003年起至今，“高精度數(shù)字土壤”項(xiàng)目已被我國60余家專業(yè)科研機(jī)構(gòu)用于耕地質(zhì)量演變、流域氮磷流失量估算、環(huán)境容量測算、溫室氣體減排、醫(yī)藥、水利、林業(yè)、測繪等方面的科學(xué)研究，并推動(dòng)了這些領(lǐng)域的創(chuàng)新研究，提升了我國科學(xué)研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)條件;同時(shí)為全國31個(gè)省、市、自治區(qū)的農(nóng)業(yè)、環(huán)境、面源污染防治、土地整治、測土配方施肥、基本農(nóng)田建設(shè)等國家工程服務(wù)，取得了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

河南省農(nóng)科院研究員張玉亭表示，放眼全球，數(shù)字土壤也發(fā)揮了巨大的作用。他介紹，2011年，“全球數(shù)字化土壤制圖計(jì)劃”啟動(dòng)，為人類與饑餓、貧困和氣候變化的抗?fàn)幪峁┲陵P(guān)重要的數(shù)據(jù)資料，將幫助非洲農(nóng)民生產(chǎn)更多糧食，解決饑餓和貧窮問題，并提供減緩氣候變化所需的土壤含碳數(shù)據(jù)。

“未來，土壤變化也可以進(jìn)行預(yù)報(bào)，就像天氣預(yù)報(bào)一樣。目前我們已經(jīng)可以做到宏觀預(yù)報(bào)。近幾年來，我們幾乎每年都給農(nóng)業(yè)部等相關(guān)部門上報(bào)土壤數(shù)據(jù)?！睆埦S理說。

當(dāng)前，我國的“高精度數(shù)字土壤”尚不能對每一塊地的土壤變化進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)報(bào)。張維理認(rèn)為，要做到這一點(diǎn)，還需要10年左右的時(shí)間?！爱?dāng)前，已經(jīng)有一些農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國家可以做到精準(zhǔn)預(yù)報(bào)了，比如荷蘭。我國還有很大的發(fā)展空間?！?/p>