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高精度数字土壤:一场农业的“天气预报”

来源:未知   作者:曦元  人气: 发布时间:2020-04-11
 
《亲爱的数据》出品

“高精度数字土壤”科研项目完成,而“人工完成这一浩大工程需用时约600年”。项目第一完成人是农业区划研究所副所长张维理博士。他1982年于中国农业科学院研究生院获硕士学位,1984~1989在德国哥廷根大学留学并获博士学位。1991年回国之后就从事植物营养及相关领域的研究工作。

张维理博士表示,该项研究目标是对我国自上世纪80年代以来投入巨资完成的大比例尺土壤调查图件和资料进行抢救性收集和时空整合。

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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。

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。

耕地问题是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。

 
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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。

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,张维理博士介绍,“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”。

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“数字土壤”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,利用“3S”。

“高精度数字土壤”能直观、精细展现土壤资源与质量状况,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)特征,是我国迄今最完整和精细的土壤资源与质量科学记载。

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,为了解土壤与环境质量演变提供了依据。

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?

张维理博士认为,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。

张维博士1989~1990年,正是在荷兰瓦赫宁根大学完成博士后研究。

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近年来,据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、农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。

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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。项目采取边建设边应用的方式进行。

张维理博士举例介绍,未来可将高精度数字土壤加载到耕地机械、施肥机械和灌溉机械芯片中,可实现精确施肥、耕作与灌溉。利用土壤时空大数据,对重点农区和流域实现分区、分类、量化的管理,能在减少农用化学品投入量。

在未来,“高精度数字土壤”还将提供更多的产品和服务。张维理博士说,“土壤变化也可以进行预报,就像天气预报一样。”

部分信息来源于中国农业科学院官网。

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(责任编辑:曦元)

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