我國農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)體系發(fā)展戰(zhàn)略研究

查燕 ，吳文斌 ，余強(qiáng)毅 ，梁社芳 ，陸苗 ，錢建平 ，唐華俊

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

一、前言

水是支撐經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，農(nóng)田是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的物質(zhì)條件，二者共同承載著食物供給與生態(tài)調(diào)節(jié)等多重功能。農(nóng)業(yè)水土資源的合理開發(fā)利用事關(guān)國家糧食安全、生態(tài)安全、資源安全，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲取農(nóng)業(yè)水土資源數(shù)量及其利用狀況信息，對國家穩(wěn)定、民生福祉、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展至關(guān)重要。發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測工作已有50多年歷史，“立法-標(biāo)準(zhǔn)-監(jiān)測”密切配合，監(jiān)測體系較為完整；近年來重視信息化基礎(chǔ)設(shè)施與農(nóng)業(yè)數(shù)字化建設(shè)，積極發(fā)展傳感器、人工智能（AI）、無人機(jī)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)；依托豐富的地面調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、遙感等數(shù)據(jù)資源，將信息技術(shù)與模型仿真相結(jié)合，建立了功能完善的水土資源環(huán)境監(jiān)測與信息服務(wù)體系 [1]；保持調(diào)查評估和信息的公開透明，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)共享程度高、信息發(fā)布規(guī)范有序。

目前，我國農(nóng)用水資源、耕地資源趨緊，糧食生產(chǎn)與水土資源分布錯(cuò)位，資源利用方式相對粗放，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形成了強(qiáng)約束 [2,3]。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集約化程度的不斷提高，我國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題日益突出，資源環(huán)境代價(jià)越來越高，農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨資源和環(huán)境雙重制約。為了摸清底數(shù)、掌握實(shí)情，加快構(gòu)建統(tǒng)一、高效的現(xiàn)代化水土資源環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，近五年國家發(fā)布了多項(xiàng)相關(guān)政策，實(shí)施了全國國土資源遙感監(jiān)測“一張圖”工程、生態(tài)環(huán)境保護(hù)信息化工程、國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目，大力支持農(nóng)業(yè)水土資源環(huán)境監(jiān)測發(fā)展，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，促進(jìn)監(jiān)測信息共享，提升監(jiān)測信息服務(wù)水平 [4,5]。《自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建總體方案》（2020年）提出，到2023年完成全國自然資源的統(tǒng)一調(diào)查、評價(jià)、監(jiān)測制度建設(shè)，形成自然資源調(diào)查監(jiān)測的法規(guī)制度、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、質(zhì)量管理體系 [6]?！稊?shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025年）》提出，運(yùn)用遙感監(jiān)控等技術(shù)，構(gòu)建全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村數(shù)據(jù)資源“一張圖”，為推動(dòng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村綠色發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐 [7~9]。

相較傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)水土資源的地面人工測量和調(diào)查，利用衛(wèi)星遙感、無人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)來快速大范圍地獲取水土資源底數(shù)信息，可準(zhǔn)確掌握其動(dòng)態(tài)變化，做到資源數(shù)量可核算、空間可定位、權(quán)屬可核查；技術(shù)性落實(shí)“早發(fā)現(xiàn)、早制止、嚴(yán)打擊”監(jiān)管目標(biāo)，為水資源管理“三條紅線”、耕地紅線管控提供科學(xué)依據(jù)。在數(shù)字經(jīng)濟(jì)、“智能+”時(shí)代等新的形勢和背景下，著眼于推進(jìn)信息技術(shù)的農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用，本文開展我國農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀分析，從數(shù)據(jù)、技術(shù)、應(yīng)用方面凝練面臨的問題；研判2050年前各階段發(fā)展目標(biāo)、技術(shù)發(fā)展路線，從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、核心技術(shù)研發(fā)與集成、信息服務(wù)方面提出發(fā)展建議，以期為我國農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測的高質(zhì)量發(fā)展提供基礎(chǔ)參考。

二、我國農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)體系發(fā)展情況分析

（一）發(fā)展現(xiàn)狀

1.覆蓋省、市、縣三級農(nóng)業(yè)水土資源環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)初步形成

我國農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)工作始于20世紀(jì)70年代，1983年成立農(nóng)業(yè)部環(huán)境監(jiān)測中心站，組建農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；目前初步建成了以農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境監(jiān)測總站為領(lǐng)頭，各省份農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測站為主體，部分主要市、縣監(jiān)測站為基礎(chǔ)的三級農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系。在農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測方面，建成全國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)、農(nóng)業(yè)面源污染國控監(jiān)測網(wǎng)，及時(shí)開展數(shù)據(jù)調(diào)查與更新，實(shí)時(shí)監(jiān)測污染變化趨勢，逐年發(fā)布信息統(tǒng)計(jì)年報(bào)，基礎(chǔ)支撐能力獲得明顯提升；如全國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬長期定位監(jiān)測網(wǎng)包含了1.52×105個(gè)長期定位監(jiān)測點(diǎn)。針對六大分區(qū)（北方高原山地區(qū)、南方山地丘陵區(qū)、東北平原區(qū)、黃淮海平原區(qū)、南方平原區(qū)、西北平原區(qū)）農(nóng)業(yè)面源污染發(fā)生的主要途徑，以小麥、玉米、水稻、蔬菜等主要作物為重點(diǎn)，形成了分布于30個(gè)省份的全國農(nóng)業(yè)面源污染國控監(jiān)測網(wǎng)，共布設(shè)農(nóng)田面源污染國控監(jiān)測點(diǎn)273個(gè)（含地表徑流國控監(jiān)測點(diǎn)182個(gè)、地下淋溶國控監(jiān)測點(diǎn)91個(gè)） [10]。

2.“天空地”一體化監(jiān)測成為重要的農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測技術(shù)手段

傳統(tǒng)的地面調(diào)查與采樣監(jiān)測方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以在大區(qū)域進(jìn)行，易受人為因素干擾；當(dāng)前的農(nóng)業(yè)水土資源調(diào)查與監(jiān)測以地面調(diào)查、遙感、測繪等技術(shù)為支撐。高分辨率遙感、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航、農(nóng)業(yè)無人機(jī)、農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)等關(guān)鍵技術(shù)及其與應(yīng)用平臺結(jié)合的不斷發(fā)展，為大范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)水土資源環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化監(jiān)測及管理提供了新型技術(shù)支撐，如基于“天（衛(wèi)星遙感）-空（無人機(jī)遙感）-地（地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)）”一體化的農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測在農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、農(nóng)作物估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測與評估等方面發(fā)揮著重要作用 [11~13]。構(gòu)建基于空間、航空、地面遙感平臺的農(nóng)業(yè)遙感立體觀測體系，賦予農(nóng)業(yè)遙感信息源以多平臺、多傳感器、多角度、高空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高光譜分辨率等特征，有效緩解了信息源不足對農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用的束縛。隨著信息技術(shù)的發(fā)展、農(nóng)業(yè)應(yīng)用需求的擴(kuò)大，“天空地”一體化監(jiān)測應(yīng)用范圍也在不斷拓展，由以光學(xué)遙感數(shù)據(jù)為主擴(kuò)大到雷達(dá)、高光譜數(shù)據(jù)，由傳統(tǒng)作物監(jiān)測擴(kuò)大到資源、災(zāi)害、環(huán)境領(lǐng)域，由國內(nèi)擴(kuò)大到國際。例如，2017年啟動(dòng)的第三次全國國土調(diào)查，借助高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)，對縣域全覆蓋區(qū)域中的耕地、森林、草原、水、濕地等自然資源變化信息進(jìn)行了多尺度、高精度的影像采集與判讀，明晰了全國土地資源狀況，完善了國土調(diào)查監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)制度，健全了全天候、全覆蓋遙感監(jiān)測及快速更新機(jī)制；2021年，我國科學(xué)家整合優(yōu)化了10余套全球/區(qū)域遙感耕地制圖數(shù)據(jù)，國家、省、市三級的耕地面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，研制了全球2010年500 m分辨率耕地融合制圖產(chǎn)品 [14]。

3.農(nóng)業(yè)水土資源信息服務(wù)平臺進(jìn)入快速發(fā)展階段

相關(guān)管理部門都構(gòu)建了涉及農(nóng)業(yè)水土資源信息管理與服務(wù)的大數(shù)據(jù)平臺。例如，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部利用衛(wèi)星遙感、無人機(jī)監(jiān)測、移動(dòng)采集終端等多源數(shù)據(jù)資源，對全國農(nóng)田狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，構(gòu)建了基于“天空地”一體化的全國農(nóng)田建設(shè)綜合監(jiān)測監(jiān)管平臺，支持全國農(nóng)田大數(shù)據(jù)的存儲管理，開展土地利用變化、種植結(jié)構(gòu)、耕地“非農(nóng)化”“非糧化”監(jiān)測；水利部構(gòu)建了水土保持監(jiān)測與管理平臺，對全國重點(diǎn)區(qū)域的水土保持狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，推動(dòng)了監(jiān)管工作從以往 “問題導(dǎo)向”被動(dòng)模式向“目標(biāo)靶向”主動(dòng)監(jiān)管的轉(zhuǎn)變，顯著改善了區(qū)域水土資源精準(zhǔn)管理水平。2020年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院聯(lián)合其他12家科研機(jī)構(gòu)完成了覆蓋我國全域的“高精度數(shù)字土壤數(shù)據(jù)庫”，利用遙感技術(shù)/地理信息系統(tǒng)/全球定位系統(tǒng)、AI、人機(jī)交互等現(xiàn)代信息技術(shù)，整合過去40年來各地的土壤調(diào)查數(shù)據(jù)，模擬重現(xiàn)了土壤類型、土壤理化性狀的空間分布特征（精度達(dá)到百米級），為系統(tǒng)研究我國土壤與環(huán)境時(shí)空演變提供了依據(jù)；也為各級農(nóng)業(yè)、自然資源、環(huán)境管理部門提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、耕地保護(hù)、地力提升等國家工程中得到應(yīng)用 [15]。

（二）面臨的問題

1.農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測的數(shù)據(jù)獲取能力不足，監(jiān)測精度與時(shí)效有待提升

數(shù)據(jù)是農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測、分析、決策、服務(wù)、應(yīng)用的基礎(chǔ)。我國地形多樣、多云多雨天氣頻發(fā)、種植制度復(fù)雜、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度動(dòng)態(tài)變化，因而農(nóng)業(yè)水土資源信息采集面臨許多重大技術(shù)難題，導(dǎo)致信息獲取保障率低。一是數(shù)據(jù)獲取要素不夠。目前多以農(nóng)田環(huán)境、種植類型、種植結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)力等群體參數(shù)獲取為主，而對作物本體的株形、器官、形態(tài)等個(gè)體參數(shù)信息以及土壤、作物營養(yǎng)、品質(zhì)等理化參數(shù)獲取不足，使得水土資源管理相對粗放。二是數(shù)據(jù)獲取精度不夠。單一衛(wèi)星傳感器或平臺難以獲取時(shí)空連續(xù)數(shù)據(jù)；航空遙感發(fā)展重硬件平臺輕軟件系統(tǒng)，民用無人機(jī)應(yīng)用潛力沒有充分發(fā)揮；地面物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)水平滯后，應(yīng)用處于初級階段；遙感監(jiān)測存在混合像元、大氣校正、尺度轉(zhuǎn)換等諸多亟待解決的問題 [16]。多源數(shù)據(jù)的融合與轉(zhuǎn)換技術(shù)滯后，“天空地”一體化協(xié)同的農(nóng)情信息獲取技術(shù)嚴(yán)重不足；農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測以靜態(tài)（單一時(shí)間點(diǎn)/段）為主，空間分辨率較粗，長時(shí)間序列的時(shí)空變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測能力缺乏，監(jiān)測時(shí)效性有待加強(qiáng) [17,18]。三是信息獲取裝備研發(fā)滯后。新型水土專用傳感器（如生物傳感器）、不同信息采集裝備的通信與傳輸技術(shù)進(jìn)展遲緩，嚴(yán)重限制了田間采集的效率；低成本、便利化的信息處理裝備，采集、診斷、控制與作業(yè)一體化裝備均有明顯不足。

2.農(nóng)業(yè)水土資源模擬模型的耦合集成不夠

按照建模理論與方法區(qū)分，農(nóng)業(yè)土地資源監(jiān)測模擬模型可分為地理模型、經(jīng)濟(jì)模型：前者側(cè)重“環(huán)境”因子的影響，后者側(cè)重“人”的選擇與決策行為。農(nóng)業(yè)水土資源的形成及變化受自然、人文因素的復(fù)合影響，具有綜合性、復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性特征。考慮農(nóng)業(yè)水土資源變化與其所處的“人類-自然”耦合系統(tǒng)，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識開展模型的耦合集成研究 [19,20]。耦合地理生態(tài)模型、社會經(jīng)濟(jì)模型的綜合模型，是農(nóng)業(yè)水土監(jiān)測模型的發(fā)展方向；如將作物生長模型與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)模型相結(jié)合，從全球尺度著手，對未來主要農(nóng)作物的空間格局開展模擬分析 [21]。也要注意到，農(nóng)業(yè)水土系統(tǒng)耦合研究面臨挑戰(zhàn)：一方面，仍需加強(qiáng)耦合的尺度和速度研究，這是因?yàn)檗r(nóng)業(yè)水土資源變化的相互作用速度不斷加快，遠(yuǎn)距離耦合作用更為廣泛；另一方面，鑒于農(nóng)業(yè)水土系統(tǒng)耦合的多尺度、多因素、跨層級特征，應(yīng)權(quán)衡農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境、人類本身特性，考慮相鄰區(qū)域、遠(yuǎn)距離乃至全球范圍內(nèi)相互作用的可能影響，建立大耦合的研究框架來進(jìn)行農(nóng)業(yè)水土資源優(yōu)化配置 [22~24]。

3.農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測信息共享開放程度及信息服務(wù)效能均不高

我國農(nóng)業(yè)水土資源環(huán)境監(jiān)測工作分散在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、水利部、生態(tài)環(huán)境部、自然資源部等多個(gè)管理部門，各部門分別構(gòu)建了涉及農(nóng)業(yè)水土資源信息管理與服務(wù)的大數(shù)據(jù)平臺，但監(jiān)測業(yè)務(wù)的交叉重疊、數(shù)據(jù)重復(fù)采集現(xiàn)象較為突出。多個(gè)、多級部門都在采集局部數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)采集的專業(yè)化特性又使得局部數(shù)據(jù)難以借助簡單的數(shù)據(jù)交換與共享來支撐全局態(tài)勢研斷；很多監(jiān)測數(shù)據(jù)使用效率低下甚至“閑置”。盡管相關(guān)法律規(guī)章要求各部門監(jiān)測數(shù)據(jù)共享，但在國家層面尚未制定監(jiān)測信息與資料共享機(jī)制，導(dǎo)致各部門在協(xié)調(diào)跨部門數(shù)據(jù)共享方面缺乏依據(jù)，也就制約了現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)效能的充分發(fā)揮；涉農(nóng)部門大多遵循“于我有利、數(shù)字謹(jǐn)慎”的原則 [25]，部門信息壁壘普遍性存在。

4.農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測的行業(yè)性、國家級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺乏

水土資源的調(diào)查與監(jiān)測具有嚴(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性，需以水環(huán)境、土壤環(huán)境等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩。我國現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)189項(xiàng)、土地土質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)43項(xiàng) [26]，如《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）、《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004）。雖然監(jiān)測方法標(biāo)準(zhǔn)具有數(shù)量優(yōu)勢，但很多檢測方法沒有統(tǒng)一的規(guī)則；標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較混亂，不同部門頒發(fā)的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范之間存在不一致之處，都影響了監(jiān)測信息的整合與評價(jià)。此外，監(jiān)測方式方法的制定過程缺乏足夠的科學(xué)依據(jù)，數(shù)量、種類等方面與實(shí)際情況吻合度不佳。隨著社會進(jìn)步、信息技術(shù)發(fā)展，農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)需要及時(shí)進(jìn)行完善更新，切實(shí)增強(qiáng)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)體系的科學(xué)性、系統(tǒng)性、適用性 [27]。

5.農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測人才儲備不足

“天空地”一體化監(jiān)測技術(shù)逐漸成為我國農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測的重要技術(shù)手段，應(yīng)用范圍廣闊，但對環(huán)境監(jiān)測從業(yè)人員的綜合素質(zhì)提出了較高要求。目前，我國農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中專業(yè)技術(shù)人員的比例不高、新型業(yè)務(wù)素養(yǎng)偏低、人才梯隊(duì)不合理，尤其是農(nóng)業(yè)與信息技術(shù)跨界復(fù)合型人才稀缺；從事農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測的基層隊(duì)伍數(shù)量不足，缺乏嚴(yán)格、專業(yè)的新型業(yè)務(wù)培訓(xùn)。監(jiān)測與信息服務(wù)隊(duì)伍穩(wěn)定性、人員數(shù)量與素質(zhì)等都不能滿足新時(shí)期環(huán)境監(jiān)測發(fā)展要求。

三、農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)管理系統(tǒng)構(gòu)架

農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)管理系統(tǒng)主要包括：構(gòu)建“天空地”一體化的農(nóng)業(yè)水土資源觀測體系，重點(diǎn)開展水土資源數(shù)量、質(zhì)量及時(shí)空動(dòng)態(tài)，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測；建設(shè)農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)管理平臺，支撐農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指導(dǎo)、決策服務(wù)及管理，提升監(jiān)測監(jiān)管的定量化、數(shù)字化、智能化水平，保障國家農(nóng)業(yè)資源高效利用與綠色發(fā)展（見圖1）。

圖1 農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)管理系統(tǒng)總體框架圖

在“天空地”一體化的農(nóng)業(yè)水土資源觀測體系方面，綜合運(yùn)用在軌運(yùn)行衛(wèi)星（遙感、導(dǎo)航、通信）資源，開展多類型、多傳感器、多星聯(lián)合監(jiān)測；推動(dòng)國內(nèi)現(xiàn)有多尺度航空遙感數(shù)據(jù)的共享聯(lián)網(wǎng)，建設(shè)農(nóng)業(yè)航空定位、成像、載荷集成、軟件系統(tǒng)，發(fā)展無人機(jī)平臺與移動(dòng)車載平臺的聯(lián)合定位、交互通信、穩(wěn)定傳輸、聯(lián)動(dòng)控制；研發(fā)新型農(nóng)田土壤智能傳感器、灌溉水質(zhì)水量智能傳感器，逐步建成衛(wèi)星遙感、無人機(jī)遙感、地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)集成的農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測“一張網(wǎng)”；構(gòu)建農(nóng)業(yè)水土資源立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)（含監(jiān)測業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測能力網(wǎng)絡(luò)），提升農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測數(shù)據(jù)的覆蓋、獲取、計(jì)算及服務(wù)水平 [28]。

在農(nóng)業(yè)水土資源數(shù)量與質(zhì)量監(jiān)測方面，運(yùn)用農(nóng)業(yè)水土資源觀測網(wǎng)絡(luò)清查耕地等級、健康狀況及產(chǎn)能，掌握全國耕地資源的質(zhì)量狀況；清查地表/地下水資源量、水資源總量/質(zhì)量、河流年平均徑流量、湖泊水庫蓄水動(dòng)態(tài)、地下水位動(dòng)態(tài)的變化情況。

在農(nóng)業(yè)水土資源利用的時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測方面，基于農(nóng)業(yè)水土資源承載能力研究進(jìn)展，發(fā)展農(nóng)業(yè)水土資源配置技術(shù)，實(shí)施農(nóng)業(yè)水土資源利用預(yù)警與評估；提出我國五大糧食主產(chǎn)區(qū)的農(nóng)業(yè)水土資源配置格局與實(shí)施路徑，提高農(nóng)業(yè)水土資源總量、分布與利用監(jiān)測的服務(wù)范圍；全面建成農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測預(yù)警體系與空間優(yōu)化配置體系，發(fā)揮農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與利用對經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的保障作用。

在農(nóng)業(yè)水土資源生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方面，立足高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)核查基礎(chǔ)，評估高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田農(nóng)業(yè)水土資源的投入產(chǎn)出，明確全國所需維持的農(nóng)業(yè)水土資源紅線；實(shí)施農(nóng)業(yè)水土資源安全工程，全面覆蓋全國農(nóng)田土壤污染、面源污染、地下水水位、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測，進(jìn)一步控制農(nóng)業(yè)用水量，推廣水肥一體化技術(shù)；提高農(nóng)業(yè)灌溉、水資源、化肥利用效率，提高農(nóng)業(yè)綠色投入品比例，減少耕地污染、提高耕地質(zhì)量。

在農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)管理平臺方面，發(fā)展農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測大數(shù)據(jù)能力，獲得多目標(biāo)、大區(qū)域、長時(shí)序的農(nóng)業(yè)水土資源海量監(jiān)測數(shù)據(jù)并開展清理、整合、查詢、運(yùn)算、挖掘、分析及可視化；研制基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測數(shù)據(jù)共享與管理體系，高效對接監(jiān)測系統(tǒng)智能傳感設(shè)備與大數(shù)據(jù)平臺，建成水土統(tǒng)籌、天地一體、上下協(xié)同、信息共享的農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施；保持跨主體、跨部門、跨區(qū)域的農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測數(shù)據(jù)資源開放共享，形成涵蓋平臺服務(wù)、具體應(yīng)用服務(wù)的操作系統(tǒng)。

四、我國農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)體系發(fā)展構(gòu)想

（一）發(fā)展思路

糧食安全是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)，生態(tài)安全是可持續(xù)發(fā)展的前提，資源安全為生態(tài)環(huán)境健康、糧食產(chǎn)量穩(wěn)定提供保障。未來30年，我國農(nóng)業(yè)水土資源環(huán)境監(jiān)測與信息服務(wù)體系發(fā)展面向糧食安全、生態(tài)安全、資源安全的重大需求，堅(jiān)持綠色發(fā)展新理念，落實(shí)“農(nóng)業(yè)資源環(huán)境自動(dòng)化、智能化、無人化監(jiān)測，監(jiān)測信息服務(wù)市場化、社會化”的發(fā)展目標(biāo)；通過“自主創(chuàng)新+成果引進(jìn)”方式，實(shí)施農(nóng)業(yè)資源環(huán)境傳感器與泛在感知、農(nóng)業(yè)資源大數(shù)據(jù)智能、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等共性關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)；促進(jìn)監(jiān)測技術(shù)和信息服務(wù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，推動(dòng)形成立體化監(jiān)測、數(shù)字化設(shè)計(jì)、精確化作業(yè)、智能化管理的資源監(jiān)測與信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)體系，顯著提升資源利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率。

（二）階段目標(biāo)

至2025年，逐步建成“天空地”一體化的農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測“一張網(wǎng)”，建立統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)資源環(huán)境大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，推動(dòng)建設(shè)農(nóng)業(yè)資源環(huán)境要素、權(quán)屬“一張圖”，確保農(nóng)業(yè)水土資源總量、分布、利用監(jiān)測的覆蓋度不低于80%；完成全國10億畝（1 畝 ≈ 666.7 m2）高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的核查工作，動(dòng)態(tài)監(jiān)測高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田水土資源利用情況，評估高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田農(nóng)業(yè)水土資源的投入產(chǎn)出，穩(wěn)定保障全國高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的糧食產(chǎn)能（5×108t以上）；打破農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的資源監(jiān)測數(shù)據(jù)壁壘，推進(jìn)調(diào)查監(jiān)測成果的共享與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)部門內(nèi)部與外部的數(shù)據(jù)共享。

至2035年，構(gòu)建農(nóng)業(yè)水土資源綜合利用效率提升理論與技術(shù)體系；逐年開展重點(diǎn)區(qū)域耕地質(zhì)量情況調(diào)查監(jiān)測，確保農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測覆蓋度不低于90%；明確需要維持的耕地資源紅線，實(shí)施土地資源安全工程；結(jié)合農(nóng)業(yè)水資源、土地資源兩個(gè)專項(xiàng)調(diào)查的監(jiān)測信息，提出我國五大糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源配置格局與實(shí)施路徑，優(yōu)化配置農(nóng)業(yè)水土資源空間；農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測信息服務(wù)逐步實(shí)現(xiàn)市場化、社會化。

至2050年，全國農(nóng)田土壤污染、面源污染、地下水水位、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測的覆蓋度達(dá)到100%，確保實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)治理現(xiàn)代化目標(biāo)；農(nóng)業(yè)用水量高效控制，水肥一體化技術(shù)全面推廣，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展目標(biāo)；建成農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測評價(jià)、政務(wù)服務(wù)、監(jiān)管決策應(yīng)用體系，形成“用數(shù)據(jù)監(jiān)管、用數(shù)據(jù)服務(wù)、用數(shù)據(jù)決策”的管理模式。

（三）技術(shù)路線圖

2025—2050年，圍繞農(nóng)業(yè)水土資源數(shù)量、質(zhì)量監(jiān)測、農(nóng)業(yè)水土資源利用時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測、農(nóng)業(yè)水土資源生態(tài)環(huán)境監(jiān)測三方面開展技術(shù)研發(fā)、集成與示范工作（見圖2），力求提高農(nóng)業(yè)水土資源利用率和產(chǎn)出率，優(yōu)化資源空間配置，提升水土資源智能監(jiān)測與服務(wù)水平。

圖2 我國農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)體系發(fā)展路線圖（2020—2050年）

2025年，重點(diǎn)突破農(nóng)田土壤智能傳感器、灌溉水質(zhì)水量智能傳感器與泛在感知、農(nóng)業(yè)資源大數(shù)據(jù)與認(rèn)知計(jì)算等共性關(guān)鍵技術(shù)；研制農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測模式、大數(shù)據(jù)管理及應(yīng)用等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，編制農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測數(shù)據(jù)開放共享目錄清單；開展“天空地網(wǎng)”一體化農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，形成以“天空地網(wǎng)”移動(dòng)監(jiān)測平臺為代表的感知裝備體系。

2035年，加強(qiáng)智慧國土技術(shù)研發(fā)，重點(diǎn)突破包括土地資源調(diào)查、評價(jià)、規(guī)劃、監(jiān)管在內(nèi)的全流程智能化關(guān)鍵技術(shù)；構(gòu)建農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水土資源海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的清理、整合、查詢、運(yùn)算、挖掘、分析與可視化。

2050年，重點(diǎn)突破水土大數(shù)據(jù)分析與區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)，研制基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測數(shù)據(jù)共享與管理體系，通過智能合約管理實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)智能傳感設(shè)備與大數(shù)據(jù)平臺的高效對接；建成農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)水土統(tǒng)籌、天地一體、上下協(xié)同、信息共享；形成跨主體、跨部門、跨區(qū)域的農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測數(shù)據(jù)資源開放共享機(jī)制，涵蓋平臺服務(wù)、具體應(yīng)用服務(wù)的操作系統(tǒng)。

（四）重大項(xiàng)目建議

1.國家農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測重大基礎(chǔ)設(shè)施

打造“天空地網(wǎng)”一體化農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測系統(tǒng)，涵蓋農(nóng)田土壤智能傳感器、灌溉水質(zhì)水量智能傳感器、“天空地網(wǎng)”移動(dòng)監(jiān)測平臺等感知裝備，支持實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測“全面設(shè)點(diǎn)、全國聯(lián)網(wǎng)”。構(gòu)建農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺，研制基于區(qū)塊鏈技術(shù)的農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測數(shù)據(jù)共享與管理體系，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)智能傳感設(shè)備與大數(shù)據(jù)平臺的高效對接，建成農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施，形成農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測數(shù)據(jù)資源開放、共享、集成的服務(wù)平臺，支撐具體應(yīng)用服務(wù)的操作系統(tǒng)。

2.“天空地網(wǎng)”一體化農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測核心關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與集成

建立農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測技術(shù)體系，包括服務(wù)農(nóng)業(yè)水資源監(jiān)測的降水-作物產(chǎn)量影響模擬監(jiān)測、灌溉用水量監(jiān)測、土壤水分遙感反演、田間作物需水與水分脅迫監(jiān)測、農(nóng)田灌排水質(zhì)監(jiān)測、農(nóng)業(yè)水資源利用風(fēng)險(xiǎn)評估。加強(qiáng)“智慧國土”技術(shù)創(chuàng)新，重點(diǎn)突破土地資源監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)，如土地利用變化監(jiān)測與模擬、耕地質(zhì)量退化監(jiān)測、土壤重金屬污染及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、農(nóng)田投入品與高強(qiáng)度利用監(jiān)測、土地利用活動(dòng)中的溫室氣體排放監(jiān)測、農(nóng)業(yè)土地系統(tǒng)生物多樣性監(jiān)測等技術(shù)。發(fā)展水土大數(shù)據(jù)分析與區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)，整合形成“天空地網(wǎng)”一體化農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測核心關(guān)鍵技術(shù)，提升農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測的科學(xué)化、系統(tǒng)化、精準(zhǔn)化水平。

3.國家級農(nóng)業(yè)水土資源業(yè)務(wù)化監(jiān)測與信息服務(wù)系統(tǒng)

研制農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測模式、大數(shù)據(jù)管理及應(yīng)用等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，編制農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測數(shù)據(jù)開放共享目錄清單。開展各單位（主體）、各部門、中央與地方之間的數(shù)據(jù)共建共享，推進(jìn)農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測技術(shù)、傳感裝備、信息資源的跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務(wù)協(xié)同管理與服務(wù)，形成數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)、裝備、系統(tǒng)的示范與應(yīng)用能力。構(gòu)建國家級農(nóng)業(yè)水土資源業(yè)務(wù)化監(jiān)測和信息服務(wù)系統(tǒng)，向各級政府提供農(nóng)業(yè)水土資源家底“一張圖”；提供農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測動(dòng)態(tài)信息，為農(nóng)業(yè)水土資源利用相關(guān)方提供輔助決策服務(wù)。

五、對策建議

（一）加強(qiáng)統(tǒng)籌布局，拓寬投資渠道

加強(qiáng)農(nóng)業(yè)資源調(diào)查監(jiān)測工作的頂層規(guī)劃，統(tǒng)一部署并整體推進(jìn)，切實(shí)解決重大和緊迫問題。統(tǒng)籌相關(guān)業(yè)務(wù)管理部門需求，制定調(diào)查監(jiān)測計(jì)劃并集中安排，落實(shí)農(nóng)業(yè)資源環(huán)境調(diào)查監(jiān)測“六統(tǒng)一”。運(yùn)用好現(xiàn)有基本建設(shè)和財(cái)政預(yù)算資金渠道，合理加大各級財(cái)政支持力度，保障衛(wèi)星遙感監(jiān)測、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)監(jiān)測、農(nóng)業(yè)資源管理系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施及條件裝備建設(shè)需求，提升相關(guān)大數(shù)據(jù)的全面運(yùn)用能力。積極開拓面向社會公眾的服務(wù)功能，吸引市場資源支持，形成“天空地”一體化應(yīng)用服務(wù)多方、多元投入的運(yùn)行機(jī)制。加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào)，爭取將各類農(nóng)業(yè)資源調(diào)查監(jiān)測工作所需經(jīng)費(fèi)納入各級財(cái)政預(yù)算；優(yōu)化整合現(xiàn)有調(diào)查監(jiān)測項(xiàng)目計(jì)劃，集中資源保證重大調(diào)查監(jiān)測任務(wù)。

（二）強(qiáng)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)創(chuàng)新與應(yīng)用

針對農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測發(fā)展的迫切需求和薄弱環(huán)節(jié)，借助信息與通信技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用及融合，不斷完善農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，加快基礎(chǔ)軟硬件設(shè)施的可持續(xù)建設(shè)。加強(qiáng)前沿基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵共性技術(shù)、系統(tǒng)集成等方面的創(chuàng)新突破，如AI、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、海量數(shù)據(jù)管理、立體展示等技術(shù)在調(diào)查監(jiān)測中的應(yīng)用研究。實(shí)施關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)，如“天空地”多源立體協(xié)同的農(nóng)業(yè)信息獲取與數(shù)字解析、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)存儲與高效處理、“天空地”協(xié)同農(nóng)業(yè)水土資源、草原生態(tài)環(huán)境和農(nóng)情動(dòng)態(tài)監(jiān)測與預(yù)警、定量模擬與智能決策模型。鼓勵(lì)科研院所、高校、企業(yè)組成創(chuàng)新聯(lián)盟，合理確定利益分配機(jī)制，聯(lián)合研發(fā)環(huán)境監(jiān)測設(shè)備并提升國產(chǎn)化水平。

（三）搭建重要農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測共享平臺

農(nóng)業(yè)資源環(huán)境監(jiān)測涉及農(nóng)業(yè)農(nóng)村、水利、自然資源、生態(tài)環(huán)境、氣象、林草等多個(gè)部門，建議在頂層規(guī)劃的基礎(chǔ)上，由國家發(fā)展改革委員會牽頭商建多源數(shù)據(jù)共建共享機(jī)制；建立跨部門的農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞的無障礙通道，提供基于用戶、數(shù)據(jù)、服務(wù)分級的訪問控制與系統(tǒng)監(jiān)控功能；搭建重要農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測數(shù)據(jù)共享平臺，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)資源的并網(wǎng)建庫。各地區(qū)整合機(jī)構(gòu)力量，建立省、市、縣的數(shù)據(jù)臺賬與數(shù)據(jù)子平臺，與全國數(shù)據(jù)平臺互通共享，保障農(nóng)業(yè)資源臺賬制度暢通高效運(yùn)行。

（四）整合多方力量，“政產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同發(fā)展

立足農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測多學(xué)科、多領(lǐng)域、多部門的科研與產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，構(gòu)建“政產(chǎn)學(xué)研用”創(chuàng)新平臺。在科技方面，瞄準(zhǔn)區(qū)域或產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵問題，由政府、企業(yè)、高校、科研院所、監(jiān)測單位共同參與，運(yùn)用大聯(lián)合、大協(xié)作模式，推動(dòng)農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)理論、技術(shù)、系統(tǒng)、裝備的原始突破與協(xié)同發(fā)展。在機(jī)制方面，建立各方利益合理兼顧的運(yùn)作模式，探索長期可持續(xù)的發(fā)展路徑，構(gòu)建農(nóng)業(yè)水土資源監(jiān)測與信息服務(wù)科技創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用雙向融合機(jī)制。

（五）“引育”并舉，加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)

依托現(xiàn)有隊(duì)伍組織，提升并發(fā)揮各自專業(yè)優(yōu)勢，分工推進(jìn)調(diào)查監(jiān)測任務(wù)實(shí)施，保持運(yùn)轉(zhuǎn)嚴(yán)密有序。建議結(jié)合事業(yè)單位分類改革，整合系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)有的調(diào)查監(jiān)測力量；優(yōu)化農(nóng)業(yè)資源調(diào)查監(jiān)測工作機(jī)制，形成資源調(diào)查監(jiān)測的專業(yè)化支撐隊(duì)伍，逐步實(shí)現(xiàn)國家調(diào)查、地方舉證、數(shù)據(jù)分發(fā)共享的農(nóng)業(yè)資源調(diào)查監(jiān)測新模式。注重農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測與管理的理論、技術(shù)、方法、應(yīng)用等方面的復(fù)合型專業(yè)人才培養(yǎng)工作，同時(shí)引導(dǎo)社會力量參與，培育市場化的調(diào)查監(jiān)測隊(duì)伍。積極吸納科研院所、高校的研究力量參與調(diào)查監(jiān)測工作，發(fā)揮專業(yè)特長與知識優(yōu)勢；引導(dǎo)國內(nèi)創(chuàng)新人才和團(tuán)隊(duì)與世界一流的數(shù)字農(nóng)業(yè)、遙感、信息技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)開展深度合作。