掬一抔“高精度数字土壤”看透我国耕地状况

乔地

耕地问题是我国农业面临的第二大挑战，关系到粮食安全与环境安全。虽然我国提出了严格的耕地保护制度和耕地总量动态平衡制度，但未来耕地面积减少将是一种不可避免的长期趋势，这种趋势只能减缓而不能遏制，18亿亩耕地红线面临最为严峻的考验。因此，掌握土壤质量状况，更有利于精准耕作，发挥耕地的作用。

近日，覆盖中国全域的“高精度数字土壤”项目，历经21年由中国农科院农业资源与农业区划研究所牵头完成。借助这项成果可以推演土壤与环境质量变化趋势，为农业、自然资源、环境保护等部门进行土壤管理提供分区、分类的精准施策支持，为绿色农业、精准农业和智慧农业发展服务。

全方位、立体化的土壤“履历”

“高精度数字土壤”项目将全国耕地土壤状况通过数字化呈现，一目了然。

专家介绍，“数字土壤”就是数字化的土壤，它利用地理信息系统、全球定位系统、遥感技术等现代信息技术方法，模拟和重现土壤类型、土壤养分等土壤性状的空间分布特征。高精度数字土壤能直观、精细地展现出土壤资源与质量状况，为农业、环境和科学研究提供重要信息。

自20世纪80年代以来，我国进行了多次土壤调查，获得了大量土壤科学数据。然而，受当时技术限制，这些资料大多比较分散且数量稀少。中国“高精度数字土壤”项目第一完成人、中国农科院农业资源与农业区划研究所研究员张维理博士介绍：“一个县的纸质手绘图件，也就两三份，且有些已经存放了40年。其中的数据本身，可能上万年都还有效，因为土壤中有些基础的东西演变是非常缓慢的。但纸质文件不耐储存，对它们的抢救性收集刻不容缓。”而“高精度数字土壤”不止是纸质资料的数字化，更通过科研人员设计的数百个模型，将全国各地40年来的数据加以整合和研究，最终建立了一个覆盖全域、高精度的数据库。

中国“高精度数字土壤”项目含9大图层，具有多要素（多项土壤理化性状）、高精度（100米数据）、多时空维度（40年土壤空间数据）等特征。它以1公顷为单元，提供各地多项土壤资源与质量理化性状，其中的土壤质量稳定性性状，如土体构造、质地、母质、成土条件、土壤类型等，时效性达上千年，可长久使用;而土壤有机质、酸碱度、氮磷钾等养分含量以及耕层厚度等土壤质量快变化性状，又为了解土壤与环境质量演变提供了依据。

可以说，“高精度数字土壤”是一个可以将土壤信息全方位、立体化呈现的“履历”。

这是我国迄今最完整、最精细的土壤资源与质量科学记载，为了解和掌握我国土壤与环境质量演变提供了科学依据，也使中国在全球疆域较大的国家中，成为首个拥有具时空维度高精度数字土壤的国家。

未来土壤变化也能预报

中国农科院土壤肥料研究所在全国的田间定位实验与调查显示，我国各主要农区广泛存在的不合理耕作、过度种植、農用化学品的大量投入和沟渠设施老化，已经导致农田土壤普遍性的耕层变薄，养分非均衡化严重（土壤板结，土壤生物性状退化，土壤酸化、潜育化、盐渍化增加，防旱排涝能力差），耕地土壤基础地力不断下降。

我国是农业大国，但还不是农业强国，农业科技起步较晚，还有很大的发展空间。“高精度数字土壤”项目采取边建设边应用的方式进行。张维理表示，未来将“高精度数字土壤”数据加载到耕地机械、施肥机械和灌溉机械芯片中，可实现精确施肥、耕作与灌溉;“高精度数字土壤”可以通过对土壤中多种元素的分析，找到不同区域土壤的适种作物，比如一块地是适合种葡萄还是更适合种板栗;还可以对重点农区和流域实现分区、分类、量化管理，能在减少农用化学品投入的同时增加作物产量，提高农民收入，让百姓餐桌上的食品更安全。

此外，“高精度数字土壤”项目还可用于农田培肥与修复、农业保险、流转土地的价值评估、土壤污染防治与修复、水土流失防治与减灾等方面。

据了解，2003年起至今，“高精度数字土壤”项目已被我国60余家专业科研机构用于耕地质量演变、流域氮磷流失量估算、环境容量测算、温室气体减排、医药、水利、林业、测绘等方面的科学研究，并推动了这些领域的创新研究，提升了我国科学研究基础数据条件;同时为全国31个省、市、自治区的农业、环境、面源污染防治、土地整治、测土配方施肥、基本农田建设等国家工程服务，取得了巨大的社会效益和经济效益。

河南省农科院研究员张玉亭表示，放眼全球，数字土壤也发挥了巨大的作用。他介绍，2011年，“全球数字化土壤制图计划”启动，为人类与饥饿、贫困和气候变化的抗争提供至关重要的数据资料，将帮助非洲农民生产更多粮食，解决饥饿和贫穷问题，并提供减缓气候变化所需的土壤含碳数据。

“未来，土壤变化也可以进行预报，就像天气预报一样。目前我们已经可以做到宏观预报。近几年来，我们几乎每年都给农业部等相关部门上报土壤数据。”张维理说。

当前，我国的“高精度数字土壤”尚不能对每一块地的土壤变化进行监测和预报。张维理认为，要做到这一点，还需要10年左右的时间。“当前，已经有一些农业发达的国家可以做到精准预报了，比如荷兰。我国还有很大的发展空间。”