天空地立体监测：精准“把脉”黑土地质量

无人机获取田块激光雷达数据。把脉受访单位供图

随着现代化进程的天空体监土地加快，如何精准监测并有效保护耕地质量，地立淮北市某某机电设备制造厂成为保障国家粮食安全的测精重要课题。近日，准黑质量在第二届黑土地耕地质量监测评价论坛上，把脉中国科学院东北地理与农业生态研究所发布天空地立体监测技术。天空体监土地这一技术结合遥感与物联网等多种设备和手段，地立实现了对黑土地的测精多维监测，为黑土地“诊断把脉”提供了理论支撑，准黑质量更为搭建新型农业场景提供了重要底层数据。把脉

　　多维画像 动态管理

　　“我们的天空体监土地工作相当于给土地看病，具体来说就是地立利用天空地数据给黑土地做诊断。” 该所研究员刘焕军说。测精

　　黑土地是准黑质量淮北市某某机电设备制造厂世界上最肥沃的土壤，被誉为耕地中的“大熊猫”。尽管黑土高产丰产，但仍面临土地肥力透支的问题。为此，3年前，刘焕军团队联合9家单位，开始研发黑土地耕地质量天空地立体监测技术。团队面向国家需求，围绕“黑土地耕地质量本底不清、变化不明”，“变薄、变瘦、变硬”等问题展开科研攻关。

　　“传统的耕地质量监测手段依赖于人工采样和实验室分析，不仅费时费力，还难以对大范围耕地进行实时监测和动态管理。而天空地立体监测技术可从多个维度了解耕地的具体情况。”刘焕军说。

　　耕地质量监测技术集成多源多模态卫星遥感，有人机、无人机，以及地面传感器与地面采样等设备和手段，为黑土地搭建起了高效、精准、全面的耕地立体监测网络，精准把脉黑土质量。“利用卫星遥感，该技术可实现对大范围耕地的宏观监测，掌握耕地质量的空间分布和变化趋势；通过航空遥感技术，可以对重点区域进行中小尺度监测，获取更加详细的数据；通过地面站点监测，可以对特定区域的耕地质量进行精准测量和分析。这种多层次的监测体系，确保了数据的全面性和准确性。”刘焕军说。

　　此外，通过实时传输监测数据，并进行大数据分析和处理，天空地立体监测技术可对耕地质量进行动态管理和预警。一旦发现耕地质量下降，科研人员可立即采取治理和修复措施。

　　基于监测数据，监测系统可以制定更加科学合理的耕地保护政策和农业发展规划。例如，根据耕地质量评价结果，监测系统可以优化作物种植结构、调整施肥用药方案、应用节水灌溉技术等，提高农业生产效率和资源利用效率。

　　地块“会诊” 精准“手术”

　　水是关系粮食生产的大问题，有没有一些新技术新方法，能把原来的“三跑田”变成能蓄、能排、能净的海绵农田？这是困扰北大荒九三分公司副总经理刘文武多年的问题。如今，一份详实的“地块手术方案”已经交到他的手中。

　　刘焕军说，团队开发的天空地立体监测技术不仅可为黑土地“把脉问诊”，还可为地块进行“高精度手术”。

　　针对北大荒九三分公司鹤山农场的土地问题，团队利用天空地立体监测技术，获得地块内侵蚀障碍、作物长势、高程坡度、土壤肥力等高精度数据，结合水肥运移规律，为地块“会诊”。

　　中国科学院东北地理与农业生态研究所研究员宋春雨介绍，制定“手术方案”过程中，团队依据地块地形特点，将地块垄线进行重新设计规划，并融入等高种植技术，以缩短垄长，加速两侧排水，减少土壤侵蚀；在平均坡度超过5°的地块修筑可耕作宽埂；在常年被侵蚀、黑土层流失殆尽的地块，进行有机培肥；在低洼内涝处，铺设地下暗管，加速排水；同时在耕地与其他生态功能区边界处，修筑缓冲带，减少养分外溢。

　　精准施肥是提高作物产量，保护黑土地的有力措施。在天空地立体监测技术助力下，团队研发了变量施肥技术。

　　刘焕军介绍：“通过监测到的土壤养分含量差异，结合作物生长模型及水肥运移规律等，我们可以给养分不均的地块开具精准施肥处方。”

　　根据农业生产靶向问题与农户场景的不同，团队还设计了不同技术方案。例如在友谊农场针对格田改造后表土时空错配的问题，实行水田插秧机侧深变量施肥；针对桦南地区的白浆土，研发了适合播种期间变量基肥的方式；结合松嫩平原农业生产特点，研发了秋季起垄变量施肥等。

　　“由于耕地质量多不相同，我们力求因地制宜解决好各类土地问题。”刘焕军说， 黑土地耕地质量天空地立体监测成果包含了黑土区尺度、生态区尺度、农场/县域尺度、地块尺度与地块内部精准管理分区5个尺度。

　　“在九三分公司与旗下的鹤山农场，我们获取了10米空间分辨率的土壤有机质空间分布数据，并根据农场的地形与气候特点，将数据进一步优化，使土壤有机质监测精度高于90%。”团队助理研究员罗冲解释说，这不仅方便分公司与农场掌握耕地的基本情况，还可以指导农户精准施肥。

　　为让农户们享受到立体监测系统的决策成果，团队还开发了中科司农智能农业软件。利用该软件，农户只需要在屏幕上绘制地块，即可获得地块的土壤含量、气象、长势、灾害、产量等各类信息，以及施肥、喷药、播种、灌溉等农业生产指导方案，打通了科技赋农的最后一公里。