【论坛】破解耕地土壤降污增碳消障技术难题 夯实天府粮仓根基

欢迎关注“方志四川”！

破解耕地土壤降污增碳消障技术难题

夯实天府粮仓根基

刘定辉　陈红琳　陈尚洪

吴小波　刘霆烽

建设高肥力、无障碍、无污染的高产农田是当前打造新时代更高水平“天府粮仓”的迫切需要和根本要义，“先有天府良田，才有天府粮仓”。伴随农业近40年的高速发展、耕地土壤的高强度利用、化肥农药的过量不合理施用，耕地土壤发生了很大的变化，有机质含量低、化肥利用率不高、土壤酸化板结、缺素与养分失衡等障碍因素增多。近年来，高标准农田建设取得了显著成效，基础设施得到明显改善，但仍存在土壤质量和灌排两大突出问题与短板。面对耕地土壤降污增碳消障技术难题，亟需依靠耕地土壤科技创新，构建降污增碳消障高度协同的技术支撑体系，夯实天府粮仓根基。

一、耕地土壤降污增碳消障的背景与重大意义

（一）耕地土壤障碍因子识别精度低，预警滞后

在四川等多云雨地区，光学卫星受观测窗口稀缺制约，难以获取连续有效的高时间分辨率数据，导致关键耕作期监测断点。当前，欧美国家已建立多源遥感农业生态监测系统，但侧重宏观评估，对土壤障碍因子的识别能力不足，未能深入挖掘多源遥感数据对耕地障碍因子的响应机理，也未能充分发挥光学和SAR数据优势。在预警系统研制方面，中国农业科学院研发的土壤障碍信息快速获取及空间反演技术已在6个典型示范区应用，然而，四川等多云地区受光学数据制约导致快速预警能力弱，“天—空—地”一体化智能预警系统的研发应用仍显不足，亟待加强理论研究和技术攻关。

（二）耕地土壤障碍因子预测与综合性评价方法缺乏

目前，国内外主要对单一障碍因子开展评价，如荷兰瓦赫宁根大学仅对单一土壤物理性质进行评价，中国科学院南京土壤研究所仅对土壤有机质含量进行评价。但是，缺乏集成多障碍因子的系统性评价方法和结合多源数据的经验—机理模型的障碍因子发展预测模型。

（三）耕地减污增碳消障技术和产品单一与系统集成不够

针对耕地土壤减污增碳、消障促长，欧美国家通过作物多样化、秸秆还田、精准施肥、轮作休耕等方式实现养分高效利用、控污减排；我国主要通过种植制度调整、水肥管理、有机替代等措施推动耕地质量建设。近10年来，国际国内开始聚焦于绿色投入品和土壤微生态调控，形成以生物有机肥、生物炭、植物促生菌（PGPR）等为核心的产品和技术，但现有产品功能单一、技术模式不能支撑不同应用场景的适配性需求，亟需开发障碍土壤新型减污增碳消障产品，研发高效施用技术。

二、国内外发展趋势与应用前景

（一）“天－空－地”一体化监测与智能预警系统应用前景

可实现耕地障碍因子的高精度、广覆盖、精准识别与风险预判，显著提升耕地保护与管理的科学性与时效性。可服务于自然资源、农业农村等部门，支撑耕地分类管理和耕地质量提升工程等重大政策实施，推动形成耕地质量动态监管与精准干预的新范式；在耕地质量监测、障碍因子治理、农业绿色发展等领域具有广泛应用前景，对保障粮食安全、促进农业高质量发展具有重要示范意义和推广价值。可突破多云雨地区遥感监测理论瓶颈，推动新质生产力发展；经济上，降低传统监测成本50%以上；为“天府粮仓”建设提供决策支持，增强粮食安全保障能力；助力土壤酸化治理与污染修复，促进耕地生态系统健康。

（二）生物菌肥、生物炭基有机肥料和炭基土壤改良剂等应用前景

适用于粮油作物、蔬菜、果树和中药材等多类障碍土壤的改良与培肥，尤其在酸化、板结和重金属污染等问题突出的耕地中应用效果显著。田间应用过程中可有效减少温室气体排放、提升土壤有机碳含量、改善土壤结构并修复受污染土壤，从而显著提升作物产量和品质，推动农业向绿色、低碳、高效方向转型。该技术体系实现了土壤质量提升与资源利用效率提升的协同增效，构建了“产品+技术”双轮驱动的绿色农业发展新模式。在农业“双碳”战略背景下，成果具有广阔的推广应用前景，有望成为高标准农田建设、绿色投入品替代与耕地可持续利用的重要技术支撑。

（三）消障促长评价方法与土壤障碍因子变化趋势预测模型应用前景

作为融合人工智能、地理信息技术与土壤科学的前沿工具，其应用潜力广泛而深远。模型可精准预测田块的障碍因子发展趋势，为农民或政府提供定制化的改良方案，显著提高改良效率，降低投入成本；通过精准改良和农作管理，显著降低投入成本，减少因土壤障碍导致的减产损失，提高单位面积产值和农民收入，可降低肥料成本15%—30%，提高产量5%—10%。在机制理论方面，模型的构建、验证和应用过程将极大促进对障碍因子形成机理、相互作用及驱动因素（气候、管理、母质）的深入理解，推动土壤科学从经验判断、小样本研究向大数据驱动、定量化预测和智能化决策转变，提升学科的科学性和预见性。

三、耕地土壤降污增碳消障关键技术与模式

（一）“天－空－地”一体化障碍因子识别与预警

拟突破耕地障碍因子“天—空—地”多源遥感数据协同挖掘关键技术，融合高空间分辨率遥感的视觉信息、高时间分辨率遥感的物候特征及SAR遥感的全天候穿透能力，构建光学与雷达数据协同反演模型，提升pH、有机质等障碍因子的遥感响应精度。通过图谱增强感知、特征空间重建与时序动态分析，实现多源异构数据深度融合与时空协同解析，支撑障碍因子精准识别与智能预警系统建设。实现障碍因子“准确定性”“精确定位”和“精确定量”协同预警，即明确障碍关键因素、障碍分布规律和障碍发生程度。融合Sentinel-1（穿透云雾）与Landsat-8（多时相）、高/多光谱无人机、地面监测与调查数据，构建耕地障碍因子精准识别模型；开发“天－空－地”一体化耕地障碍因子智能识别与阈值预警集成系统。

聚焦多云多雨区耕地障碍因子（有机质、pH值、养分效率）精准识别与预警瓶颈，研发“天－空－地”一体化智能系统。首先，构建多源异构数据融合体系，突破光学数据缺失限制，融合卫星光学（Landsat-9）、雷达（Sentinel-1）及无人机高/多光谱数据，结合地面原位传感网络（SOM、pH等）与验证采样，研发雷达－光学云补偿算法，实现复杂天气下全域95%以上可靠数据覆盖。其次，研发深度学习定量识别模型，基于融合的“天－空－地”数据流（后向散射系数、植被指数、RGB特征等）与地面标定数据，开发多源特征融合的深度神经网络模型，建立地基点状数据与空天面状信息的精准空间关联，高精度反演土壤有机质、pH及养分利用效率空间分布（R²>0.7），并评估有机质下降、酸化、养分低效风险。最后，开发智能预警系统，构建基于智能体平台，集成多源实时数据，创新开发动态阈值调控，实现从“固定报警”向“动态风险评估”跃升，生成风险热力图，支撑障碍因子“定位、定性、定量”闭环预警，并通过多终端推送治理策略，赋能耕地减污增碳消障智能决策。

（二）消障促长功能型生物菌肥和炭基有机肥创制

构建以川芎肠杆菌Enterobacter chuanda-ensis PLr56和弗氏柠檬酸杆菌Citrobacter freundii为核心的合成微生物菌群，创制功能型生物菌肥；优化除臭保氮工艺，创制功能型炭基有机肥；创制生物炭基酸性土壤调理剂。重点突破生物炭生产条件优化及成本控制技术，生物菌肥研制中解磷促生功能微生物大规模扩繁及多载体吸附增效技术，炭基产品生产中生物炭添加比例及方式，建立“炭－肥－菌”物理/化学/生物高效耦合技术。

通过菌株筛选优化，进一步开展根际细菌川芎肠杆菌等目标功能菌株适应低磷、溶解磷酸三钙和植酸钙、固氮、分泌吲哚乙酸和产铁载体等促生能力研究；构建不同组合的复合微生物群，探究其对不同磷源的活化能力及植物促长能力；筛选最优生产菌株，开展根际促生菌发酵条件优化研究，创制根际促生微生物肥料产品；研制发酵有机物料、碱性矿物材料与生物炭组合的炭基土壤调理剂配方，形成解决不同障碍问题土壤的炭基产品。

（三）减污增碳消障技术集成与应用

在耕地土壤障碍因子风险识别区，依据耕地土壤障碍因子的分布特征与发生程度，明确不同应用场景下炭基产品的品种选择、施用时间、施用量、施用方法，研发农作物炭基有机肥轻简高效施用关键技术，集成构建操作性强、易于推广的增碳减排、增碳调酸、增碳防蚀综合技术模式。

针对果园土壤有机质含量低、化肥施用量大、温室气体排放增多等问题，通过增施促生功能型生物菌肥、生物炭基有机肥和畜禽粪肥，揭示炭基产品投入对土壤碳库数量和质量的变化规律，明确促生功能型生物菌肥和生物炭基有机肥对果园土壤增碳减排效应，评估减污增碳消障技术平衡稳定能力，集成障碍耕地增碳减排关键技术并推广应用。

针对粮油种植区土壤酸化加剧、有机质含量低的问题，明确生物炭基酸性土壤调理剂、生物炭基有机肥、畜禽粪肥等消障促长产品的施用时间、施用方法、施用量，揭示生物炭基有机肥投入对土壤碳库容量和酸碱度的影响，明确生物炭基酸性土壤调理剂对土壤酸碱性的调控效应，评估减污增碳消障技术平衡稳定能力，集成障碍耕地增碳调酸关键技术并推广应用。

针对坡耕地侵蚀强度大、有机质含量下降的问题，通过绿肥种植，结合炭基有机肥，配套耕层调控、横坡等高种植措施，明确技术措施对水土养分流失的防控效应及土壤有机质提升效果，建立果园/绿肥、绿肥/玉米养分协同管理模式，集成障碍耕地增碳防蚀技术。

（四）障碍因子发展预测与消障促长效能评价

明确土壤障碍因子变化的关键驱动因素，构建机理与经验相结合的发展预测模型；结合试验示范数据进行模型训练校正。利用经验模型与机理模型学习，确定土壤障碍因子变化的关键影响因素，揭示土壤－作物系统中物理化学变化机制，建立以物理、化学、生物指标体系为核心的耕地土壤消障促长效能评价方法。

结合现场采样数据，明确土壤系统中障碍因子分布特征和时空变化规律，建立影响土壤障碍因子变化的多源数据库。通过试验示范数据，对比实测土壤理化性质变化、产量变化等与机器学习预测土壤障碍因子变化，以检验机器学习的准确性，从而形成四川土壤障碍因子的精准预测。

结语

耕地土壤减污增碳消障技术和产品，破识别、预警、评估之“三难”，减有机肥资源浪费、养分利用率低之“两污”，消耕地土壤肥力不高、酸化加剧、侵蚀退化之“三障”，有力支撑更高水平“天府粮仓”建设，具有广阔的发展前景。

(本文原载）

本文内容系原创

转载请注明：“来源：方志四川”

来源：四川省地方志工作办公室（原载《巴蜀史志》“天府粮仓”专刊）

作 者 ：刘定辉　陈红琳　陈尚洪（四川省农业科学院农业资源与环境研究所）

吴小波　刘霆烽（四川农业大学）

方志四川部分图片、音视频来自互联网，仅为传播更多信息。文章所含图片、音视频版权归原作者或媒体所有。