對比之前的監測手段，此次實(shí)驗結合了太空、天空和地面的數據，實(shí)驗成果摸清測區黑土地土壤與耕地質(zhì)量家底，診斷黑土地土壤與耕地質(zhì)量及退化狀況，為黑土地保護技術(shù)提供時(shí)空精準處方，助力保護黑土資源、促進(jìn)農業(yè)現代化和可持續發(fā)展。
◎記者 楊 侖
5月上旬，東北廣袤的黑土地上春潮涌動(dòng)，千里沃野，農事正忙。
在黑龍江友誼農場(chǎng)，一場(chǎng)特殊的“體檢”正在進(jìn)行。之所以特殊，是因為“體檢”的對象是一塊900平方公里的黑土地。
保護好黑土地，是糧食生產(chǎn)中的關(guān)鍵一環(huán)。近日，依托于中國科學(xué)院“黑土糧倉”科技會(huì )戰三江示范區項目，中國科學(xué)院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)東北地理所）聯(lián)合中國科學(xué)院空天信息創(chuàng )新研究院等16家單位，在友誼農場(chǎng)開(kāi)展了為期10天的黑土地航空飛行綜合觀(guān)測實(shí)驗，利用衛星、大飛機和地面采樣相結合的辦法，完成了這次特殊的“體檢”。
給黑土地質(zhì)量“把脈問(wèn)診”
東北黑土區是我國重要的糧食生產(chǎn)基地，糧食產(chǎn)量約占全國的四分之一，糧食商品率高，是保障糧食市場(chǎng)供應的重要來(lái)源，是保障國家糧食安全的壓艙石。要保護黑土地，先要摸清我國黑土地質(zhì)量本底與時(shí)空動(dòng)態(tài)變化，系統診斷黑土地退化成因，才能為黑土地精準保護和可持續利用提供科學(xué)依據。
為了這次“體檢”，科研人員們籌謀已久，設備也足夠“豪華”。在太空中，僅衛星就組織了15顆，過(guò)境高達50次；在天空上，首次利用大飛機搭載多種高精尖設備進(jìn)行多次亞米級/米級高光譜、熱紅外、激光雷達和合成孔徑雷達觀(guān)測。
而在地面上，由多個(gè)單位、近百人組成的大部隊蓄勢待發(fā)?？蒲腥藛T們分成4個(gè)地物光譜采集組、5個(gè)地面采樣組、9個(gè)無(wú)人機飛行組和3個(gè)三維激光掃描組，配置4臺便攜式光譜儀、5套地面采樣設備、56套地面自動(dòng)觀(guān)測設備等百余套高精尖設備……
不僅裝備豪華，時(shí)間節點(diǎn)的選擇也非常講究。
“東北黑土地耕作土壤春季有裸土窗口期?！睎|北地理所研究員劉煥軍告訴記者。與之前地面采樣相比，空天地立體化的檢測方式，可以定量監測亞米級、米級土壤理化性質(zhì)、耕地質(zhì)量與退化類(lèi)型、程度，為黑土地種肥水藥智能管控精細處方圖制作、水土流失防控與小流域綜合治理提供科學(xué)數據與技術(shù)支撐。
為期10天的黑土地航空飛行綜合觀(guān)測實(shí)驗，實(shí)現了土壤有機質(zhì)、墑情、“破皮黃”、白漿化、土壤質(zhì)地、侵蝕溝、魚(yú)眼泡及耕地質(zhì)量米級空間分辨率定量監測。
“對比之前的監測手段，此次實(shí)驗結合了太空、天空和地面的數據，實(shí)驗成果摸清測區黑土地土壤與耕地質(zhì)量家底，診斷黑土地土壤與耕地質(zhì)量及退化狀況，為黑土地保護技術(shù)提供時(shí)空精準處方，助力保護黑土資源、促進(jìn)農業(yè)現代化和可持續發(fā)展?！眲ㄜ娬f(shuō)。
國產(chǎn)航空載荷“大顯身手”
在本次黑土地的“體檢”中，航空遙感系統作為承上啟下的重要環(huán)節，承擔了區域高分辨率多源遙感數據獲取、天—地真實(shí)性傳遞驗證等關(guān)鍵任務(wù)。
中國科學(xué)院空天院航空遙感中心主任潘潔研究員表示，中國科學(xué)院空天院航空遙感中心抽調了優(yōu)勢技術(shù)力量，發(fā)揮了國家大科學(xué)裝置航空遙感系統多載荷協(xié)同觀(guān)測的能力和優(yōu)勢，根據任務(wù)要求優(yōu)選了多光譜光學(xué)相機、高光譜相機和多維度合成孔徑雷達等一批先進(jìn)的國產(chǎn)航空載荷，實(shí)現了對示范區全區域的多載荷綜合協(xié)同觀(guān)測。
“一架飛機同時(shí)裝載了8套大型遙感設備，包含了多光譜、高光譜和P、L、S、C、X、Ka6個(gè)微波波段載荷，這些載荷可實(shí)現同步對地觀(guān)測，同步獲取多種類(lèi)型、高現勢性、綜合客觀(guān)的科學(xué)數據，這樣類(lèi)型的綜合航空遙感試驗在黑龍江，乃至中國黑土研究試驗中尚屬首次?！迸藵嵳f(shuō)。
國家民用空間基礎設施陸地觀(guān)測衛星共性應用支撐平臺項目綜合實(shí)驗場(chǎng)負責人陶醉表示，此次天空地綜合實(shí)驗期間，項目組協(xié)調國產(chǎn)衛星同步開(kāi)機觀(guān)測，涵蓋空基系列以及高分系列衛星，累計覆蓋測區的同步衛星影像50余景。
黑土糧倉科技會(huì )戰三江示范區多要素立體監測與模式應用評價(jià)負責人、東北地理所副研究員鄭興明認為，此次黑土區天空地綜合觀(guān)測實(shí)驗充分實(shí)現了天空地協(xié)同，具有航空飛行載荷全、頻次高，衛星充分協(xié)同，地面測試參數全的特點(diǎn)，通過(guò)融合多尺度、多載荷觀(guān)測數據，能夠有效支撐黑土地土壤屬性、地形地貌、耕地質(zhì)量等米級分辨率空間制圖，服務(wù)于農業(yè)技術(shù)的綜合效益評估和適宜推廣區劃定。
保護黑土地再出“三江模式”
針對黑土地變薄、變瘦等問(wèn)題，近年來(lái)，研究人員提出了一系列保護性耕作方案。
在與三江示范區的科研人員交流中，他們提到最多的就是“三江模式”。
“黑土地保護需要因地制宜，根據不同地域的氣候、土地特征出臺針對性措施?！睎|北地理所副所長(cháng)武海濤告訴記者。
據介紹，三江平原黑土地保護面臨的低溫冷涼、土壤障礙嚴重、水資源安全壓力大、智能化水平有待提升等問(wèn)題，因此才對應提出以“秸稈翻埋、深松減障、水土優(yōu)化、智能管控”為核心技術(shù)內涵的“三江模式”。
白漿土旱田障礙消減與地力提升技術(shù)、寒地水田地力提升與抗逆豐產(chǎn)技術(shù)、水土資源高效利用與優(yōu)化配置、天空地立體監測、黑土地保護與智慧農業(yè)融合發(fā)展技術(shù)模式的集成示范，為三江平原地區提供了多尺度系統解決方案。形成的白漿土全鏈條的障礙消減與地力提升技術(shù)體系，使有效耕層增加到30厘米，玉米和大豆增產(chǎn)14%以上；闡明基于積溫梯度的寒地稻田秸稈還田腐解規律，實(shí)現水田增產(chǎn)12%以上；實(shí)現綜合節水27%，農田退水氮磷凈化效率提升35%。
“2023年將在作物全生長(cháng)周期繼續推進(jìn)多次航空飛行綜合觀(guān)測實(shí)驗，提高黑土地耕地產(chǎn)能與質(zhì)量監測能力?！眲ㄜ娬f(shuō)。
他預計在未來(lái)3年內，“黑土糧倉”三江示范區將建立時(shí)空精準的多要素立體監測技術(shù)體系，時(shí)空精準推廣黑土地保護“三江模式”，為我國黑土地立體監測技術(shù)體系建設、黑土地保護模式推廣貢獻樣板。