土壤也有大數據我國建成高精度數字土壤

周懷宗

中國農業科學院數字土壤研究團隊整裝待發，在海南進行土壤采樣。圖|新京報

天覆地載，萬物生于土中，土壤生命生存的基礎要素之一，但如何認識土壤、管理土壤，讓土壤更好地為人類服務？

4月6日，中國農科院發布消息稱，由中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所牽頭完成的一項名為“高精度數字土壤”科研項目完成。該項目耗時21年，含九大圖層，包含多項土壤數據，同時整合了長達40年的土壤數據，是我國迄今為止最完整、最精細的土壤資源與質量的科學記載，此外，“土壤大數據”還有分析、預報土壤變化等功能，對土壤資源利用與環境管控中進行分區、分類的精準施策具有重要意義。

什么是“數字土壤”？該成果完成第一人、中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所張維理研究員介紹，“數字土壤”是利用“3S”，即地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）、遙感技術（RS）等現代信息技術方法，模擬、重現土壤類型、土壤養分等土壤性狀的空間分布特征。“高精度數字土壤”能直觀、精細展現土壤資源與質量狀況。

我國人均耕地資源緊缺，因此，掌握土壤質量狀況，更有利于精準耕作，發揮耕地的作用。因此，自上世紀80年代以來，我國進行了多次土壤調查，獲得了大量土壤科學數據。不過，受當時的技術限制，這些資料大多比較分散且份數稀少，張維理介紹，“一個縣的紙質手繪圖件，也就2～3份，且有些已經存放了40年。其中的數據本身，可能上萬年都還有效，因為土壤中有些基礎的東西，演變是非常緩慢的。但紙質文件不耐儲存，對它們的搶救性收集刻不容緩”。

該“數字土壤”項目于1999年啟動，隨著科技的進步，越來越多的科技手段被運用到“數字土壤”項目中，包括人工智能、人機交互等技術。

張維理介紹，“數字土壤”不只是紙質資料的數字化，更通過科研人員設計的數百個模型，將全國各地40年來的數據加以整合和研究，最終建立了一個覆蓋全域、高精度的“數據庫”。

據了解，構建完成的中國“高精度數字土壤”還有九大圖層，包含土壤理化性狀、土壤和環境容量、中微量養分含量等狀況。其精度可以達到100米×100米，即1公頃。這意味著，每公頃耕地都有數十項土壤數據，可以直接供農民進行農田管理。

張維理介紹，比如農田管理，把全國的數據導入到機載的智能裝置里，就可以實現精準的施肥和農田管理，這也是現代農業機械主要的考核指標之一。

“高精度數字土壤”還可以幫助進行“土壤的培肥和障礙農田的修復”，張維理介紹，如酸化的土壤，水土流失的土壤都在什么地方，怎么修復？都需要用到這個數據。

網格尺寸100 米的土壤質量數據可直接供農民進行農田管理。圖|新京報

“適種作物評價”，即通過對土壤中多種元素的分析，找到不同區域中土壤的適種作物，“比如一塊地，是適合種葡萄，還是更適合種板栗，是可以分析出來的。”張維理說。“高精度數字土壤”對農田氮磷流失控制、土壤污染防治與污染土壤修復、水土流失防治與減災等，也都有非常重要的意義。

此外，張維理表示，“高精度數字土壤”還可以幫助科學家進行氣候變化、碳足跡等方面的科學研究。據介紹，該數據庫包含了全國40年來的數據，張維理表示，“我們將40年來多次土壤調查的數據，進行了時空整合，并用成圖來表達。通過大數據可以看出，我國0～30厘米的農田土壤有機質含量在過去的40年中增加了大約9%，而且根據分析，在未來20年中還要繼續增加。”

盡管近年來我國一直在加強耕地輪作的工作，但過去數十年高強度的耕作，仍然對一些地方的土壤造成了較大的影響，比如眾所周知的東北黑土地變薄。

然而，大數據卻顯示，在全國范圍內，土壤有機質并沒有減少，反而在增加？為何會出現這樣的情況？

張維理解釋說，“土壤有機質的變化是一個長期過程，可能需要30年才能看出明顯的變化。過去40年的數據顯示，在一部分地方，農田有機質含量確實在降低，比如東北三省、內蒙古靠近東北的一部分。但在其他地方如黃淮平原等，有機質含量卻在提升，所以總體是提升的。我國農田有機質含量平均水平為1.98%，過去40年中，相對量提高了9%。即相對于原本的含量來說提升了9%。”

為何農田有機質會提升？張維理說，“這和農作物產量增加有關，和上世紀80年代比，我們產量增加了一倍，這意味著，更多的農作物根系殘留物留在了土壤中，這是有機質增加的主要原因。此外，我們判斷，在未來20年中，增加的趨勢仍在延續，也就是說，還會增加。這是因為，產量還在提升，同時，這些年來我推行的秸稈還田，也會逐漸發揮作用。”

有機質含量提升是否意味著土壤變得更肥沃？張維理表示，“一般來說，衡量土壤肥力的過程中，有機質含量占有很大的比重，所以在某些情況下，確實可以認為土壤變肥沃了。不過，也要注意土壤養分非均衡化的問題，同時，有機質含量在淺層較高、深層較低的情況也應注意。”

從項目啟動到完成，“高精度數字土壤”歷經21年。同時，該項目在建設過程中，已經開始提供服務。據介紹，項目采取邊建設邊應用的方式進行，從2003年起至今，已為我國60余家專業科研機構提供數據進行相關研究，并為31個省、自治區、直轄市的農業、環境、自然資源管理部門提供數據，用于實施耕地保護與地力提升等國家工程。

在未來，“高精度數字土壤”還將提供更多的產品和服務。張維理介紹說，“土壤變化也可以進行預報，就像天氣預報一樣。目前我們可以做到宏觀預報，事實上，近幾年來，我們幾乎每年都給農業農村部等相關部門上報土壤數據。”

那么，是否能夠對每一塊地的土壤變化進行監測和預報，給種植者提供更精準的數據呢？張維理認為，要做到這一點，還需要10年左右。“已經有一些農業發達的國家，可以做到精準預報了，比如荷蘭。我國是農業大國，但還不是農業強國，農業科技起步較晚，還有很大的發展空間。在土壤數據預報方面，種植者當然希望知道自己的土地上，土壤的情況是怎樣的，種植什么作物合適？該進行什么樣的土壤管理？要具體到這個程度，我們可能還需10年。當然，土壤預報和天氣預報還是有區別的，比如不需要每天都報一次，因為土壤的變化是相對緩慢的，一般來說，兩三年預報一次就夠了。”