土壤也有大数据我国建成高精度数字土壤

周怀宗

中国农业科学院数字土壤研究团队整装待发，在海南进行土壤采样。图|新京报

天覆地載，万物生于土中，土壤生命生存的基础要素之一，但如何认识土壤、管理土壤，让土壤更好地为人类服务？

4月6日，中国农科院发布消息称，由中国农业科学院农业资源与农业区划研究所牵头完成的一项名为“高精度数字土壤”科研项目完成。该项目耗时21年，含九大图层，包含多项土壤数据，同时整合了长达40年的土壤数据，是我国迄今为止最完整、最精细的土壤资源与质量的科学记载，此外，“土壤大数据”还有分析、预报土壤变化等功能，对土壤资源利用与环境管控中进行分区、分类的精准施策具有重要意义。

什么是“数字土壤”？该成果完成第一人、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所张维理研究员介绍，“数字土壤”是利用“3S”，即地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、遥感技术（RS）等现代信息技术方法，模拟、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、精细展现土壤资源与质量状况。

我国人均耕地资源紧缺，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。因此，自上世纪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。不过，受当时的技术限制，这些资料大多比较分散且份数稀少，张维理介绍，“一个县的纸质手绘图件，也就2～3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”。

该“数字土壤”项目于1999年启动，随着科技的进步，越来越多的科技手段被运用到“数字土壤”项目中，包括人工智能、人机交互等技术。

张维理介绍，“数字土壤”不只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”。

据了解，构建完成的中国“高精度数字土壤”还有九大图层，包含土壤理化性状、土壤和环境容量、中微量养分含量等状况。其精度可以达到100米×100米，即1公顷。这意味着，每公顷耕地都有数十项土壤数据，可以直接供农民进行农田管理。

张维理介绍，比如农田管理，把全国的数据导入到机载的智能装置里，就可以实现精准的施肥和农田管理，这也是现代农业机械主要的考核指标之一。

“高精度数字土壤”还可以帮助进行“土壤的培肥和障碍农田的修复”，张维理介绍，如酸化的土壤，水土流失的土壤都在什么地方，怎么修复？都需要用到这个数据。

网格尺寸100 米的土壤质量数据可直接供农民进行农田管理。图|新京报

“适种作物评价”，即通过对土壤中多种元素的分析，找到不同区域中土壤的适种作物，“比如一块地，是适合种葡萄，还是更适合种板栗，是可以分析出来的。”张维理说。“高精度数字土壤”对农田氮磷流失控制、土壤污染防治与污染土壤修复、水土流失防治与减灾等，也都有非常重要的意义。

此外，张维理表示，“高精度数字土壤”还可以帮助科学家进行气候变化、碳足迹等方面的科学研究。据介绍，该数据库包含了全国40年来的数据，张维理表示，“我们将40年来多次土壤调查的数据，进行了时空整合，并用成图来表达。通过大数据可以看出，我国0～30厘米的农田土壤有机质含量在过去的40年中增加了大约9%，而且根据分析，在未来20年中还要继续增加。”

尽管近年来我国一直在加强耕地轮作的工作，但过去数十年高强度的耕作，仍然对一些地方的土壤造成了较大的影响，比如众所周知的东北黑土地变薄。

然而，大数据却显示，在全国范围内，土壤有机质并没有减少，反而在增加？为何会出现这样的情况？

张维理解释说，“土壤有机质的变化是一个长期过程，可能需要30年才能看出明显的变化。过去40年的数据显示，在一部分地方，农田有机质含量确实在降低，比如东北三省、内蒙古靠近东北的一部分。但在其他地方如黄淮平原等，有机质含量却在提升，所以总体是提升的。我国农田有机质含量平均水平为1.98%，过去40年中，相对量提高了9%。即相对于原本的含量来说提升了9%。”

为何农田有机质会提升？张维理说，“这和农作物产量增加有关，和上世纪80年代比，我们产量增加了一倍，这意味着，更多的农作物根系残留物留在了土壤中，这是有机质增加的主要原因。此外，我们判断，在未来20年中，增加的趋势仍在延续，也就是说，还会增加。这是因为，产量还在提升，同时，这些年来我推行的秸秆还田，也会逐渐发挥作用。”

有机质含量提升是否意味着土壤变得更肥沃？张维理表示，“一般来说，衡量土壤肥力的过程中，有机质含量占有很大的比重，所以在某些情况下，确实可以认为土壤变肥沃了。不过，也要注意土壤养分非均衡化的问题，同时，有机质含量在浅层较高、深层较低的情况也应注意。”

从项目启动到完成，“高精度数字土壤”历经21年。同时，该项目在建设过程中，已经开始提供服务。据介绍，项目采取边建设边应用的方式进行，从2003年起至今，已为我国60余家专业科研机构提供数据进行相关研究，并为31个省、自治区、直辖市的农业、环境、自然资源管理部门提供数据，用于实施耕地保护与地力提升等国家工程。

在未来，“高精度数字土壤”还将提供更多的产品和服务。张维理介绍说，“土壤变化也可以进行预报，就像天气预报一样。目前我们可以做到宏观预报，事实上，近几年来，我们几乎每年都给农业农村部等相关部门上报土壤数据。”

那么，是否能够对每一块地的土壤变化进行监测和预报，给种植者提供更精准的数据呢？张维理认为，要做到这一点，还需要10年左右。“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。在土壤数据预报方面，种植者当然希望知道自己的土地上，土壤的情况是怎样的，种植什么作物合适？该进行什么样的土壤管理？要具体到这个程度，我们可能还需10年。当然，土壤预报和天气预报还是有区别的，比如不需要每天都报一次，因为土壤的变化是相对缓慢的，一般来说，两三年预报一次就够了。”