到九宮格
中國網/中國發展門戶網訊 糧食平安是“國之年夜者”，耕地是糧食生產的“命脈”。黨的十八年夜以來，以習近平同道為焦點的黨中心準確掌握耕地保護變化新形勢，謀劃推動了一系列嚴格耕地保護的開創性任務。2023年末召開的中心農村任務會議提出，加強耕地保護和建設，健全耕地數量、質量、生態“三位一體”保護軌制體系。2023年度全國國土變更調查結果顯示，全國耕空中積19.29億畝，與第三次全國國土調查時比擬，耕地總量增添1120.4萬畝。截至2023年末，全國累計建成高標準農田超過10億畝，為全國糧食產量連續多年穩定在6.5億噸以上供給了無力支撐。耕地保護獲得積極成效的同時，也應甦醒地認識到，我國人均耕地少、耕地質量總體不高、耕地后備資源缺乏的基礎國情沒有改變，新時代、新征程上，耕地保護任務加倍艱巨。
我國耕地按質量分為10個等級，今朝均勻等級僅為4.76等，7—10等的高等耕地占比22%，數量超過4億畝。中國耕空中積僅占世界耕地的7%，卻消費了接晚世界1/3的化肥，單位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。持家教續晉陞耕地質量，加強生態環境保護，最基礎是要摸清我國泥土養分炊底。把握一項便捷高效準確獲取泥土信息的手腕，對于疾速摸清我國泥土養分炊底，晉陞耕地質量保護與精準施肥具有主要意義；進而，助力夯實我國糧食平安基礎，切實守護年夜國糧倉，確保中國人的飯碗緊緊端在本身手中。
國內外泥土檢測技術現狀
a共享空間merican泥土檢測技術概述
據american農業部（USDA）報告顯示，今朝american約有68%的年夜型農場正在應用和依賴精準農業技術，如產量監測、產量地圖、泥土地圖、變量投進技術（VRT）等來進步產量、下降投進本錢。以EarthOptics為代表的american數字泥土科技公司，努力于開發下一代泥土傳感技術，為種植者供給顛覆性和實時性的泥土特徵洞察。其焦點產品GroundOwl™是一種安裝在沙灘車共享會議室或拖沓機上的多模態、非接觸式泥土傳感器系統，重要包含講座泥土壓實傳感器GroundOwl™、自動錐形滲透儀（automated cone penetrometer）和用于治理項目（從啟動和分層到字段搜集）的自定義軟件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）更多的泥土差異數據——每100英畝可采集4000個數據點。該系統結合了泥土壓實傳感器和機器學習東西，應用空中穿透雷達和電磁感應技術，可測量達數英尺深度的泥土壓實度，并剖析泥土的紋理、碳含量和養分屬性，包含泥土溫度、濕度、pH值、鹽度，以及營養成分等多種數據。EarthOptics公司通過會議室出租大批的物理泥土樣本驗證GroundOwl™的數據準確性，只需傳統泥土樣本采集量的1/3擺佈即可達到等效驗證數據。結合人工智能后，GroundOwl™能夠云端構建泥土的數字孿生模子，且GroundOwl™的人工智能系統會不斷學習，隨著時間的推移減少對物理樣本的需求。
EarthOptics公司另一項焦點產品SoilMapper™構建了全球首個數字泥土云；其與GroundOwl™系統搜集的遙感數據相結合應用，供給綜合的高辨別率、高準確性和低本錢的泥土數據。SoilMapper™重要有TillMapper™、NutrientMapper™、C-M“很好吃，不遜於王阿姨的手藝。”裴母笑瞇瞇的點了點頭。apper™、H2O-Mapper和Carbon Programs五年夜效能。TillMappe訪談r™效能供給英寸級的泥土壓實數據，天生高度精確的泥土壓實地圖，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建議。NutrientMapper™是精確的元素剖析和泥土安康測量系統，可供給泥土氮、鉀、磷、CEC（陽離子交換量）和pH值等養分屬性和微量營養物質概況，以支撐有用的泥土治理決策。C-Mapper™效能供給精確的碳地圖，用于時租泥土碳治理。H2O-Mapper效能可以供給泥土含水量地圖。Carbon Programs是舞蹈教室EarthOptics公司提出的一項碳市場效能，用于精確的泥土碳量化和溫室氣體核算。2024年12月31日，EarthOptic交流s公司宣布再獲24舞蹈教室00萬美元融資，此輪融資完成后，該公司的融資總舞蹈教室額達到7910萬美元。
加拿年夜泥土檢測技術概述
2011年，荷蘭瓦赫寧根年夜學發表首項研討，表白用于獲取高辨別率泥土數據的傳統泥土采樣方式勞動密集且本錢昂揚，伽馬射線能譜法已成為戰勝這些障礙的一種很有前程的技術，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應用供給了主要參考。2013年，加拿年夜一家開發泥土剖析和地盤測繪技術已有20多年歷史的SoilOptix®公司初次將此項技術進行商業化，成為一家專供高清表土測繪服務的公司，并為加拿年夜安粗略省的種植者們供給服務。2018年時租會議，SoilOptix®公司擴張到美洲各地，為阿根廷和時租場地american部門地區供給服務。2019年開始，為德國、智利和英國供給服務。2020年，SoilOptix®公司開始在丹麥、保加利亞、芬蘭和墨西哥供給服務。2022年，先正達歐洲公司通過與英國一起配合伙伴Hutchinsons公司簽訂獨家協議，成為歐洲SoilOptix®服務的官方供應商。該服務以Interra Scan為brand名，起首在匈牙利、波蘭、法國和烏克蘭開展，未來還將進一個步驟拓展。
SoilOptix®公司的焦點技術是基于伽馬射線光譜學，通過車載泥土傳感器疾速、高效地測繪泥土特徵。可以被動接收泥土天然放射的4種同位素（銫-137、鉀-40“別騙你媽。”、釷-232、鈾-238），在距空中約60厘米高度疾速測繪，且不受作物狀態、季節、環境溫度或地表覆蓋影響。此技術適用于全球分歧泥土，能夠以很是高的辨別率供給穩定的泥土能譜數據，將該數據與戰略性定位的物理泥土樣本的實驗室檢驗數據相時租場地結合進行校準。SoilOptix®公司的泥土檢測技術以高精度著稱，每英畝可獲取335個數據點的包含泥土質地、微量和常量營養元素等25層泥土屬性的高辨別率數字泥土地圖，本錢相對較低；數據處理團隊可以在48小時內完成數據剖析，天生數字泥土地圖。基于此，農戶可以對泥土進行差異化治理，如變量施肥、變量識別出特定的渣滓/有機物、變量播種、變量澆灌等。此項技術盡管初期設備投資年夜、數據處理復雜，但特別適用于年夜面積農田、泥土改進及數字農業場景，為農業生產和泥土治理供給了強年夜技術支撐。
國內泥土檢測技術概述
我國高度重視耕地保護任務。2005年中心一號文件就提出“搞好膏壤工程建設，推廣測土配方施肥”。2008年，為滿足深刻開展測土配方施肥任務的需求，農業農村部印發《測土配方施肥技術規范》，進一個步驟規范測土配方施肥技術方式和操縱法式。測土配方施肥技術已經發展多年，有一套較為完美的理論和實踐時租體系，從泥土家教樣本采集、實驗室剖析到配方制訂，都有明確的標準和規范，在全球范圍內獲得了廣泛應用和驗證。通過測土配方施肥，防止了傳統施肥方式中的“一刀切”問題，充足應用泥土資源，年夜幅晉陞了農產品的產量和質量，推動了農業現代化；同時，測土配方施肥技術可以有用防止施肥過量或許缺乏，節約施肥本錢的同時，有用進步了肥料的應用效力。
盡管測土配方施肥技術具有諸多優勢，但在應用過程中仍面臨著諸多問題：九宮格樣本代表性無限。泥土樣本采集過程中，因采樣點選擇分歧理或采樣數量缺乏，會導致樣本不克不及準確代表整塊地盤的泥土養分狀況，從而影響配方的準確性。檢測周期較長。從采集泥土樣本到實驗室剖析，再到得出配方結果，需求幾天甚至更長時間。是以，對于一些時效性請求較高的農業生產活動，會影響施肥的及時性。任務量較年夜。需求人工進行泥土樣本采集，對于年夜面積的農田來說，采集大批樣本需求耗費大批的人力和時間。依賴實驗室設備。對泥土養分的檢測需求專業的實驗室設備和技術人員，在缺少檢測條件的處所，實施存在必定困難。
隨著泥土檢測技術的進步與發展，遙感技術、地輿信息系統（GIS）技術、泥土光譜檢測技術、泥土傳感器技術、年夜數據與人工智能技術等更多地應用于泥土養分檢測。但是，年夜多數泥土檢測設備均為進口設備，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設備上還存在較年夜差距。當前，急需自立研制泥土養分疾速檢測設備以滿足我國摸清泥土養分炊底、保證糧食平安的急切需求。
自立研制全國產化泥土養分疾速檢測設備
泥土養分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）等會自發衰變，釋放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相應放射性元素的含量親密相關。通過碘化鈉（NaI）、碘化銫（CsI）和高純鍺等閃爍晶體或半導體組成的會議室出租探測器設備，可以精確探測并記錄這些伽馬射線的能譜。在實踐中，從現場采集泥土數據到最終天生數字泥土地圖，包含一個標準的四步過程（圖1）。應用安裝在可移動載體上的泥土養分疾速檢測設備，于泥土上方約0.6米處對泥土進行掃描，搜集泥土衰減天然釋放的伽馬能譜原始數據。采集15—20厘米深度的泥土樣品用于實驗室檢測，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養分數據的關鍵環節。通過對大批的泥土能譜信息與樣品實驗室檢測數據進行模子訓練學習，最終樹立起能譜信息與泥土養分之間的模子對應家教場地關系。運用數字地圖技術天生多種泥土屬性處方圖，應用處方圖進一個步驟指導變量施肥等精準農事作業。
泥土養分疾速檢測的技術攻關與實踐
2024年10月，農業農村部印發的《全國聰明農業行動計劃（2024—2028年）》指出，“支撐中國科學院持續摸索總結‘宓羲農場’形式。持續優化泥土養分反演、作物模擬預測、氣象精準剖析等模子，開展耕地網格化、數字化治理，推動農業生產過程的數字化仿真、推演，構成最優種植計劃”。針對我國耕地肥料施用中存在的“基礎數不清、樣本點缺乏、用量分歧理”的情況，中國科學院組織所屬計算技術研討所、南京泥土研討所、硅酸鹽研討所等單位聯合研制了可被動接收泥土中發出的放射性元素信號來實時反演泥土養分組成的快檢設備（圖2）。該設備在精準捕獲泥土放射性元素信號、弱信號解析、搭建養分反演模子、天生泥土處方圖等關鍵環節上實現了多項焦點技術衝破。通過對大批泥土的能譜信息和泥土樣品實驗室檢測數據進行模子訓練學習，現已樹立瑜伽教室起8種能譜信息與泥土養分的模子對應關系；通過對模子的不斷訓練和校準，下降了對泥土樣品實驗室檢測數據的依賴。今朝，此項技術已在呼倫貝爾農墾集團無限公司（以下簡稱“呼倫貝爾農墾”）展開實踐，針對已解析的關鍵泥土養分元素，已初步樹立起相應的泥土樣品庫和養分數據庫；并據此，繪制了泥土養分處方圖用以指導變量施肥家教和精準農業，從而無望變革我國沿襲近60年的傳統測土方法和機制。
面向呼倫貝爾農墾開展精細化測土任務。自2024年8月下旬起，中國科學院農業智能技術團隊組建攻堅測土隊伍，調配32臺套泥土養分疾速檢測設備，赴呼倫貝爾農墾進行秋收耕地數據采集任務。現已完成了覆蓋拉布年夜林農場、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，并進行了跨地區、多泥土類型、分歧氣候環境下的閉環數據采集測試。預計2025年將完成呼倫貝爾農墾600萬畝耕地、1000萬畝草場的精細化測土任務。
樹立呼倫貝爾農墾泥土養分樣本庫和數據庫。今朝，已將在呼倫貝爾農墾采集的農田數據及泥土樣本匯聚河北雄安新區并進行數據處理任務，在河北雄安新區樹立呼倫貝爾農墾泥土養分樣本庫和數據庫。通過對海量數據進行標準化處理及高效整合，確保數據的準確性、完全性與及時性。基于海量數據訓練農業生產智能模子，精準指導呼倫貝爾農墾農事作業，進一個步驟推動現代農業的可持續發展，同步助力河北雄安新區聰明農業產業打造升級。
繪制呼倫貝爾農墾精細耕地泥土養分處方圖并指導糧食增產。通過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進行模子訓練學習，構建泥土養分反演模子，實時獲取泥土養分精準數據；并通過數字地圖技術，天生直觀反應泥土屬性信息的處方圖。應用泥土養分處方圖指導變量施肥，實現泥土均一化，平衡增產，節本增效（圖3）。
摸清泥土養分炊底，保證糧食穩定增產
摸清泥土本底數據，繪制全國精細耕地泥土養分處方圖
摸清精細耕地泥土養分分布情況是實現糧食穩產和增產的有用途徑，基于對泥土疾速養分檢測設備的攻關、耕地泥土養分數據庫的樹立和精細耕地泥土養分處方圖的繪制，將成為支撐我國舞蹈教室新一輪千億斤糧食增產的關鍵技術保證。通過用相對應的模子算共享會議室法對泥土養分數據進行測算和舞蹈場地標定，與我國實施多年的測土配方施肥的結果共同，精細繪制出與變量施肥農機具相配套的精細耕地泥土養分處方圖；依據我國分歧地區和泥土類型，可在對我國耕地養分情況總體摸底的基礎上，分別樹立東北、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、教學鹽堿地、黃土等分歧泥土類型的數據庫。作為我國發展聰明農業的焦點數據，精細耕地泥土養分處方圖將助力國家摸清耕地家底，充實高標準農田基礎數據；進而，通過變量施肥進一個步驟促進泥土養分均一化，實現農田平衡增產，為實現新一輪糧食增產貢獻科技保證。
聯合攻關解決關鍵焦點技術問題，實現泥土養分疾速檢測
羅錫文院士曾經說：“我一向有個夢想，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，應用人工智能系統進行精準田間監測和泥土安康狀況預測，供給高精度的泥土養分等要素的分布圖已經成為歐american家農業技術公司支撐田間精準農事操縱的重要技術手腕。耕地泥土養分信息事關我國糧“蕭拓實在不能放棄花姐，還想娶花姐為妻，蕭拓徵求了夫人的同意。”奚世勳猛地站起身來，鞠躬90度里斯向蘭媽媽問道。食平安，是我國必須自立可控的技術手腕，我國要實現泥土養分疾速檢測觸及晶體、信號縮小、樣品標定、模子算法等多個環節關鍵技術和設備的衝破與研發。發揮中國科學院學科布局周全和領域穿插優勢，組織高技術、農業、資源環境等多個團隊展開聯合攻關，是霸佔關鍵焦點技術問題的有用途徑，將為實現泥土養分疾速檢測供給系統解決計劃。
關于助力我國摸清泥土家底的建議
泥土是人類賴以保存的主要物質基礎，是農業生產的焦點資源。摸清泥土家底，意在保證國家糧食平安。摸清泥土數量和質量，是泥土科學應用、改進培肥、保護治理的條件，也是優化農業生產布局的基礎支撐，為經濟、社會、生態建設嚴重政策的制訂供給決策依據。為加快我國摸清時租空間泥土家底，切實保證國家糧食平安，建議加強推進3個方面任務。
結合技術攻關推進相關技術標準和規程的制訂
泥土養分疾速檢測技術體系觸及多項新技術的攻關，應同步推進與技術體系相配套的系列技術標準和規程的制訂，確定科學公道的操縱流程、數據標準和推廣應用體系。將疾速無損精細化泥土檢測任務納進全國農技推廣體系中來，通過多層級的技術培訓，加鼎力度培養農技推廣骨干人才，促進基層農技人員更好履責，從最基礎上促進落實我國年夜標準精細泥土養分數據檢測任務科學規范高效完成。
研發相應配套農機具，真正用好全國精細耕地泥土養分處方圖
面向全國耕地盡快開展年夜范圍、精細化的泥土檢測任務，周全把握全國分歧區域、分歧地盤類型的泥土數據，繪制全國精細耕地泥土養分處方圖。同步推進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，指導農機在分歧區時租空間域進行精準變量施肥作業個人空間，完成處方圖執行指令，從而真正讓人工智能（AI）在農業生產中發揮關鍵感化。
與高標準農田信息化建設相結合，推進泥土養分數字化
高標準農田建設作為推動農業現代化進程的主要舉措，其信息化建設在發揮高標準農田效能上起著關鍵感化。精細泥土養分處方圖對于進步高標準農田產能、發揮其後果至關主要，有助于實現泥土養分數字化。建議將泥土養分精細治理納進高標準農田信息化建設的需要內容，樹立綜合農田信息數據體系，將泥土、水分、品種等多個原因綜合考慮，發揮其綜合效能，實現糧食平衡增產。
(作者：吳威，中國科學院地輿科學與資源研討所 中國科學院年夜學；廖曉勇，中國科學院地輿科學與資源研討所；李曉鵬，中國科學院南京泥土研討所；吳云濤，中國科學院上海硅酸鹽研討所；陸會賢、張成全，中國科學院計算技術研討所；張佳寶，中國科學院南京泥土研討所。《中國科學院院刊》供稿）