中國網/中國成長門戶網訊 食糧平安是“國之年夜者”，耕地是食糧生孩子的“命脈”。黨的十八年夜以來，以習近平同道為焦點的黨中心正確掌握耕地維護變更新情勢，策劃推進了一系列嚴厲耕地維護的首創性任務。2023年末召開的中心鄉村任務會議提出，加大力度耕地維護和扶植，健全耕地多少數字、東西的品質、生態“三位一體”維護軌制系統。2023年度全國領土變革查詢拜訪成果顯示，全國耕空中積19.29億畝，與第三次全國領土查詢拜訪時比擬，耕地總量增添1120.4萬畝。截至2023年末，全國累計建成高尺度農田跨越10億畝，為全國食糧產量持續多年穩固在6.5億噸以上供給了無力支持。耕地維護獲得積極成效的同時，也應甦醒地熟悉到，我國人均耕地少、耕地東西的品質總體不高、耕地后備資本缺乏的基礎國情沒有轉變，新時期、新征程上，耕地維護義務加倍艱難。
我國耕地按東西的品質分為10個品級，今朝均勻品級僅為4.76等，7—10等的高等耕地占比22%，多少數字跨越4億畝。中國耕空中積僅占世界耕地的7%，卻花費了接晚世界1/3的化肥，單元面積化肥用量是世界均勻程度的3.7倍——化肥的過量施用是形成我國農業面源淨化的重要原因之一。連續晉陞耕地東西的品質，加大力度生態周遭的狀況維護，最基礎是要摸清我領土壤營養家底。把握一項便捷高效正確獲取泥土信息的手腕，對于疾速摸清我領土壤營養家底，晉陞耕地東西的品質維護與精準施肥具有主要意義；進而，助力夯實我國食糧平安基礎，實在守護年夜國糧倉，確保中國人的飯碗緊緊端在本身手中。
國際外泥土檢測技巧近況
美領土壤檢測技巧概述
據美國農業部（USDA）陳述顯示，今朝美國約有68%的年夜型農場正在應用和依靠精準農業技巧，如產量監測、產量輿圖、泥土輿圖、變量投進技巧（VRT）等來進步產量、下降投進本錢。以EarthOptics為代表的美國數字泥土科技公司，努力于開闢下一代泥土傳感技巧，為蒔植者供給推翻性和及時性的泥土特徵洞察。其焦點產物GroundOwl™是一種裝置在沙岸車或拖沓機上的多模態、非接觸式泥土傳感器體系，重要包含泥土壓實傳感器GroundOwl™、主動錐形滲入儀（automated cone penetrometer）和用于治理項目（從啟動和分層到字段搜集）的自界說軟件SoilCollector™。GroundOwl™每秒可天生16個數據點，供給比傳統方式（每100英畝采集40個數據點）更多的泥土差別數據——每100英畝可采集4000個數據點。該體系聯合了泥土壓實傳感器和機械進修東西，應用空中穿透雷達和電磁感應技巧，可丈量達數英尺深度的泥土壓實度，并剖析泥土的紋理、碳含量和營養屬性，包含泥土溫度、濕度、pH值、鹽度，以及養分成分等多種數據。EarthOptics公司經由過程大批的物理泥土樣本驗證GroundOwl™的數據正確性，只需傳統泥土樣本采集量的1/3擺佈即可到達等效驗證數據。聯合人工智能后，GroundOwl™可以或許云端構建泥土的數字孿生模子，且GroundOwl™的人工智能體系會不竭進修，跟著時光的推移削減對物理樣本的需求。
EarthOptics公司另一項焦點產物SoilMapper™構建了全球首個數字泥土云；其與GroundOwl™體系搜集的遠感數據相聯合應用，供給綜合的高辨別率、高正確性和低本錢的泥土數據。SoilMapper™重要有TillMapper™、NutrientMapper™、C-Mapper™、H2O-Mapper和Carbon Programs五年夜效能。TillMapper™效能供給英寸級的泥土壓實數據，天生高度準確的泥土壓實輿圖，清楚顯示泥土壓實地位和壓實水平等信息，同時為用戶供給定制化的耕耘提出。NutrientMapper™是準確的元素剖析和泥土安康丈量體系，可供給泥土氮、鉀、磷、CEC（陽離子交流量）和pH值等營養屬性和微量養分物資概略，以支撐有用的泥土治理決議計劃。C-Mapper™效能供給準確的碳輿圖，用于泥土碳治理。H2O-Mapper效能可以供給泥土含水量輿圖。Carbon Programs是EarthOptics公司提出的一項碳市場效能，用于準確的泥土碳量化和溫室氣體核算。2024年12月31日，EarthOptics公司宣布再獲2400萬美元融資，此輪融資完成后，該公司的融資總額到達7910萬美元。
加拿年夜泥土檢測技巧概述
2011年，荷蘭瓦赫寧根年夜學頒發首項研討，表白用于獲取高辨別率泥土數據的傳統泥土采樣方式休息密集且本錢昂揚，伽馬射線能譜法已成為戰勝這些妨礙的一種很有前程的技巧，并應用伽馬射線光譜繪制了荷蘭海區的泥土黏土含量圖，為伽馬射線在泥土檢測方面的利用供給了主要參考。2013年，加拿年夜一家開闢泥土剖析和地盤測繪技巧已有20多年汗青的SoilOptix®公司初次將此項技巧停止貿易化，成為一家專供高清表土測繪辦事的公司，并為加拿年夜安粗略省的蒔植者們供給辦事。2018年，SoilOptix®公司擴大到美洲各地，為阿根廷和美國部門地域供給辦事。2019年開端，為德國、智利和英國供給辦事。2020年，SoilOptix®公司開端在丹麥、保加利亞、芬蘭和墨西哥供給辦事。2022年，先正達歐洲公司經由過程與英國一起配合伙伴Hutchinsons公司簽署獨家協定，成為歐洲SoilOptix®辦事的官方供給商。該辦事以Interra Scan為brand名，起首在匈牙利、波蘭、法國和烏克蘭展開，將來還將進一個步驟拓展。
SoilOptix®公司的焦點技巧是基于伽馬射線光譜學，經由過程車載泥土傳感器疾速、高效地測繪泥土特徵。可以主動接收泥土天然放射的4種同位素（銫-137、鉀-40、釷-232、鈾-238），在距空中約60厘米高度疾速測繪，且不受作物狀況、季候、周遭的狀況溫度或地表籠罩影響。此技巧實用于全球分歧泥土，可以或許以很是高的辨別率供給穩固的泥土能譜數據，將該數據與戰略性定位的物理泥土樣本的試驗室查驗數據相聯合停止校準。SoilOptix®公司的泥土檢測技巧以高精度著稱，每英畝可獲取335個數據點的包含泥土質地、微量和常量養分元素等25層泥土屬性的高辨別率數字泥土輿圖，本錢絕對較低；數據處置團隊可以在48小時內完成數據剖析，天生數字泥土輿圖。基于此，農戶可以對泥土停止差別化治理，如變量施肥、變量辨認出特定的渣滓/無機物、變量收穫、變量澆灌等。此項技巧盡管初期裝備投資年夜、數據處置復雜，但特殊實用于年夜面積農田、泥土改進及數字農業場景，為農業生孩子和泥土治理供給了強盛技巧支撐。
國際泥土檢測技巧概述
我國高度器重耕地維護任務。2005年中心一號文件就提出“搞好膏壤工程扶植，推行測土配方施肥”。2008年，為知足深刻展開測土配方施肥任務的需求，農業鄉村部印發《測土配方施肥技巧規范》，進一個步驟規范測土配方施肥技巧方式和操縱法式。測土配方施肥技巧曾經成長多年，有一套較為完美的實際和實行系統，從泥土樣本采集、試驗室剖析到配方制訂，都有明白的包養行情尺度和規范，在全球范圍內獲得了普遍利用和驗證。經由過程測土配方施肥，防止了傳統施肥方式中的“一刀切”題目，充足應用泥土資本，年夜幅晉陞了包養網農產物的產量和東西的品質，推進了農業古代化；同時，測土配方施肥技巧可以有用防止施肥過量或許缺乏，節儉施肥本錢的同時，有用進步了肥料的應用效力。
盡管測土配方施肥技巧具有諸多上風，但在利用經過歷程中仍面對著諸多題目：樣本代表性無限。泥土樣本采集經過歷程中，因采樣點選擇分歧理或采樣多少數字缺乏，會招致樣本不克不及正確代表整塊地盤的泥土營養狀態，從而影響配方的正確性。檢測周期較長。從采集泥土樣本到試驗室剖析，再到得出配方成果，需求幾天甚至更長時光。是以，對于一些時效性請求較高的農業生孩子運動，會影響施肥的實時性。任務量較年夜。需求人工停止泥土樣本采集，對于年夜面積的農田來說，采集大批樣本需求消耗大批的人力和時光。依靠試驗室裝備。對泥土營養的檢測需求專門研究的試驗室裝備和技巧職員，在缺少檢測前提的處所，實行存在必定艱苦。
跟著泥土檢測技巧的提高與成長，遠感技巧、地輿信息體系（GIS）技巧、泥土光譜檢測技巧、泥土傳感器技巧、年夜數據與人工智能技巧等更多地利用于泥土營養檢測。但是，年夜大都泥土檢測裝備均為入口裝備，我國在自立研制高精度、低能耗且具有無線傳輸效能的泥土檢測裝備上還存在較年夜差距。以後，急需自立研制泥土營養疾速檢測裝備以知足我國摸清泥土營養家底、保證食糧平安的急切需求。
自立研制全國產化泥土營養疾速檢測裝備
泥土營養疾速檢測的基礎道理
泥土中自然存在的放射性元素鈾（U）、釷（Th）、鉀（K）等會自覺衰變，開釋出具有特定能量的伽馬射線，這些伽馬射線的能量和強度與泥土中響應放射性元素的含量親密相干。經由過程碘化鈉（NaI）、碘化銫（CsI）和高純鍺等閃耀晶體或半導體構成的探測器裝備，可以準確探測并記載這些伽馬射線的能譜。在實行中，從現場采集泥土數據到終極天生數字泥土輿圖，包含一個尺度的四步經過歷程（圖1）。應用裝置在可變動位置載體上的泥土營養疾速檢測裝備，于泥土上方約0.6米處對泥土停止掃描，搜集泥土衰減天然開釋的伽馬能譜原始數據。采集15—20厘米深度的泥土樣品用于試驗室檢測，所獲數據用于伽馬能譜數據的校準。樹立數據模子，這是將泥土放射性元素信息標定為泥土營養數據的要害環節。經由過程對大批的泥土能譜信息與樣品試驗室檢測數據停止模子練習進修，終極樹立起能譜信息與泥土營養之間的模子對應關系。應用數字輿圖技巧天生多種泥土屬性處方圖，利用處方圖進一個步驟領導變量施肥等精準稼穡功課。
泥土營養疾速檢測的技巧攻關與實行
2024年10月，農業鄉村部印發的《全國聰明農業舉動打算（2024—2028年）》指出，“支撐中國迷信院連續摸索總結‘宓羲農場’形式。連續優化泥土營養反演、作物模仿猜測、景象精準剖析等模子，展開耕地網格化、數字化治理，推進農業生孩子經過歷程的數字化仿真、推演，構成最優蒔植計劃”。針對我國耕地肥料施用中存在的“基本數不清、樣本點缺乏、用量分歧理”的情形，中國迷信院組織所屬盤算技巧研討所、南京泥土研討所、硅酸鹽研討所等單元結合研制了可主動接收泥土中收回的放射性元素電子訊號來及時反演泥土營養構成的快檢裝備（圖2）。該裝備在精準捕獲泥土放射性元素電子訊號、弱電子訊號解析、搭建營養反演模子、天生泥土處方圖等要害環節上完成了多項焦點技巧衝破。經由過程對大批泥土的能譜信息和泥土樣品試驗室檢測數據停止模子練習進修，現已樹立起8種能譜信息與泥土營養的模子對應關系；經由過程對模子的不竭練習和校準，下降了對泥土樣品試驗室檢測數據的依靠。今朝，此項技巧已在呼倫貝爾農墾團體無限公司（以下簡稱“呼倫貝爾農墾”）睜開實行，針對已解析的要害泥土營養元素，已初步樹立起響應的泥土樣品庫和營養數據庫；并據此，繪制了泥土營養處方圖用以領導變量施肥和精準農業，從而無望變更我國因循近60年的傳統測土方法和機制。
面向呼倫貝爾農墾展開精緻化測土任務。自2024年8月下旬起，中國迷信院農業智能技巧團隊組建攻堅測土步隊，分配32臺套泥土營養疾速檢測裝備，赴呼倫貝爾農墾停止秋收耕地數據采集任務。現已完成了籠罩拉布年夜林農場、上庫力農場、謝爾塔拉農場、牙克石農場、莫拐農場、綽爾河農場、年夜河灣農場、那吉屯農場等在內的320余萬畝農田數據及2.3萬余份泥土混雜樣本的采集任務，并停止了跨地區、多泥土類型、分歧天氣周遭的狀況下的閉環數據采集測試。估計2025年將完成呼倫貝爾農墾600萬畝耕地、1000萬畝草場的精緻化測土任務。
樹立呼倫貝爾農墾泥土營養樣本庫和數據庫。今朝，已將在呼倫貝爾農墾采集的農田數據及泥土樣本會聚河北雄安新區并停止數據處置任務，在河北雄安新區樹立呼倫貝爾農墾泥土營養樣本庫和數據庫。經由過程對海量數據停止尺度化處置及高效整合，確保數據的正確性、完全性與實時性。基于海量數據練習農業生孩子智能模子，精準領導呼倫貝爾農墾稼穡功課，進一個步驟推進古代農業的可連續成長，同步助力河北雄安新區聰明農業財產打造進級包養網。
繪制呼倫貝爾農墾精緻耕地泥土營養處方圖并領導食糧減產。經由過程對呼倫貝爾農墾大批的泥土能譜數據和泥土樣本元素數據停止模子練習進修，構建泥土營養反演模子，及時獲取泥土營養精準數據；并經由過程數字輿圖技巧，天生直不雅反應泥土屬性信息的處方圖。利用泥土營養處方圖領導變量施肥，完成泥土均一化，平衡減產，節本增效（圖3）。
摸清泥土營養家底，保證食糧穩固減產
摸清泥土本底數據，繪制全國精緻耕地泥土營養處方圖
摸清精緻耕地泥土營養分布情形是完成食糧穩產和減產的有用道路，基于對泥土疾速營養檢測裝備的攻關、耕地泥土營養數據庫的樹立和精緻耕地泥土營養處方圖的繪制，將成為支持我國新一輪千億斤食糧減產的要害技巧保證。經由過程用絕對應的模子算法對泥土營養數據停止測算和標定，與我國實行多年的測土配方施肥的成果共同，精緻繪制出與變量施肥農包養網比擬機具相配套的精緻耕地泥土營養處方圖；根據我國分歧地區和泥土類型，可在對我國耕地營養情形總體摸底的基本上，分辨樹立西南、華北、東南、南邊丘陵山地等分歧區域的數據庫，以及黑地盤、酸性紅壤、鹽堿地、黃土等分歧泥土類型的數據庫。作為我國成長聰明農業的焦點數據，精緻耕地泥土營養處方圖將助力國度摸清耕地家底，充分高尺度農田基本數據；進而，經由過程變量施肥進一個步驟增進泥土營養均一化，完成農田平衡減產，為完成新一輪食糧減產進獻科技保證。
結合攻關處理要害焦點技巧題目，完成泥土營養疾速檢測
羅錫文院士已經說：“我一向有個幻想，想能否可以在我們的泥土機后面掛一個像鐮刀一樣的傳感器，在田里跑一圈，就可以把泥土的氮、磷、鉀都測出來……”時至本日，應用人工智能體系停止精準田間監測和泥土安康狀態猜測，供給高精度的泥土營養等要素的分布圖曾經成為歐美國度農業技巧公司支持田間精準稼穡操縱的重要技巧手腕。耕地泥土營養信息事關我國食糧平安，是我國必需自立可包養網控的技巧手腕，我國要完成泥土營養疾速檢測觸及晶體、電子訊號縮小、樣品標定、模子算法等多個環節要害技巧和裝備的衝破與研發。施展中國迷信院學科布局周全和範疇穿插上風，組織高技巧、農業、資本周遭的狀況等多個團隊睜開結合攻關，是霸佔要害焦點技巧題目的有用道路，將為完成泥土營養疾速檢測供給體系處理計劃。
關于助力我國摸清泥土家底的提出
泥土是人類賴以保存的主要物資基本，是農業生孩子的焦點資本。摸清泥土家底，意在保證國度食糧平安。摸清泥土多少數字和東西的品質，是泥土迷信應用、改進培肥、維護治理的條件，也是優化農業生孩子布局的基本支持，為經濟、社會、生態扶植嚴重政策的制訂供給決議計劃根據。為加快我國摸清泥土家底，實在保證國度食糧平安，提出加大力度推動3個方面任務。
聯合技巧攻關推動相干技巧尺度和規程的制訂
泥土營養疾速檢測技巧系統觸及多項新技巧的攻關，應同步推動與技巧系統相配套的系列技巧尺度和規程的制訂，斷定迷信公道的操縱流程、數據尺度和推行利用系統。將疾速無損精緻化泥土檢測任務歸入全國農技推行系統中來，經由過程多層級的技巧培訓，加鼎力度培養農技推行骨干人才，增進下層農技職員更好履責，從最基礎上增進落實我國年夜標準精緻泥土營養數據檢測任務迷信規范高效完成。
研發響應配套農機具，真正用好全國精緻耕地泥土營養處方圖
面向全國耕地盡快展開年夜范圍、精緻化的泥土檢測任務，周全把握全國分歧區域、分歧地盤類型的泥土數據，繪制全國精緻耕地泥土營養處方圖。同步推動研發可用于變量施肥的智能農機和農機具，將處方圖賦能智能農機和機具，領導農機在分歧區域停止精準變量施肥功課，完成處方圖履行指令，從而真正讓人工智能（AI）在農業生孩子中施展要害感化。
與高尺度農田信息化扶植相聯合，推動泥土營養數字化
高尺度農田扶植作為推進農業古代化過程的主要舉動，其信息化扶植在施展高尺度農田效能上起著要害感化。精緻泥土營養處方圖對于進步高尺度農田產能、施展其後果至關主要，有助于完成泥土營養數字化。提出將泥土營養精緻治理歸入高尺度農田信息化扶植的需要內在的事務，樹立綜合農田信息數據系統，將泥土、水分、種類等多個原因綜合斟酌，施展其綜合效能，完成食糧平衡減產。
(作者：吳威，中國迷信院地輿迷信與資本研討所 中國迷信院年夜學；廖曉勇，中國迷信院地輿迷信與資本研討所；李曉鵬，中國迷信院南京泥土研討所；吳云濤，中國迷信院上海硅酸鹽研討所；陸會賢、張成全，中國迷信院盤算技巧研討所；張佳寶，中國迷信院南京泥土研討所。《中國迷信院院刊》供稿）