“数字土壤”——中国率先完成,土壤大数据,覆盖我国全部疆域

中国全域高精度数字土壤

近日,覆盖我国全域的高精度数字土壤创建完成啦,它是由中国农科院联合我国12家专业科研院所,历时21年共同完成的,也是我国迄今为止关于土壤资源与质量,最完整和精细的科学记载。同时,我国也是在大疆域国家中首个完成该项工作的国家。

该高精度数字土壤含九大图层,包含多项土壤理化性状、高精度数据及长达40年的土壤空间数据,构建起我国土壤时空“大数据”,对土壤资源利用与环境管控中进行分区、分类的精准施策具重要意义,满足各行业对高精度土壤科学数据的需求。

数字土壤

“数字土壤”即指数字化的土壤,利用“3S”(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,将大量分散的资料和信息进行检测、收集、整合,建立多个数据库,转化成为数字化表达。


21年工程浩大,大数据、AI助力

  “从中年干到老年”的张维理是该项目的第一完成人,他表示,“尽管是21年,但仍然是很高效,因为我们启动比很多国家都晚,但是现在完成的进度还是比较快的。”

该项目的目标是对中国自上世纪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,满足各行业对高精度土壤科学数据的迫切需求。同时为了解和掌握中国土壤与环境质量演变提供科学依据。

但实际上,将大区域范围不同来源调查数据进行时空整合和表达不仅数字化工程量浩大,更需要解决一系列科学和技术层面难题,受到方法制约,各国相关进展都很缓慢。

“如果我们按照常规方法用人工来完成,大致算了一下,靠我们现有人员没有600年是完不成的。”张维理团队则将数据科学、人工智能及人机交互设计融入土壤学研究领域,以方法创新和技术创新带动土壤时空大数据构建。


边建设,边应用

这个项目采取了边建设、边应用的方式,项目成果已为国内60余家专业科研机构用于进行耕地质量演变、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,推动了这些领域的创新研究。 同时项目还在全国31个省、市、自治区的农业、环境、自然资源管理部门用于实施耕地保护与地力提升、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,取得了巨大社会效益和经济效益。


任意1公顷土地

“高精度数字土壤”能以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、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。

同时,这也意味着,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。张维理教授介绍到,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的同时,增加作物产量,提高农民收入和发展农业,在保证中国粮食安全、环境安全的同时,使得餐桌上的食品更安全。

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,这也是实现现代农业机械的条件之一。

  “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”。

  “高精度数字土壤”也在农田氮磷流失控制、土壤污染防治与污染土壤修复、水土流失防治与减灾,甚至气候变化等方面,都有非常重要的作用。


土壤预报

“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部等相关部门上报土壤数据。”张教授说道。

高精度数字土壤能直观、精细展现土壤资源与质量状况,为农业、环境、科学研究提供重要信息。

  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?

张维理教授认为,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。”

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