近日，2022年度自然资源科学技术奖获奖结果出炉，四川7个项目获奖。其中，耕地利用和质量动态变化联合监测关键技术集成与应用获得自然资源科技进步二等奖。
这一项目集成了多项技术，它们是如何监测耕地变化？又有何具体应用？近日，记者进行了了解。
研究成果内容框架
监测数量变化
创新两大新技术，提高监测效率和准确率
建“天府粮仓”，得先有天府良田。摸清耕地资源“家底”、做好耕地资源动态监测是工作重点之一。
“首先是监测耕地数量的变化。”四川省国土科学技术研究院（四川省卫星应用技术中心）高级工程师赵希翼介绍，其中“非农化”“非粮化”是耕地动态监测的主要内容。
传统的耕地监测主要是对卫星遥感影像进行人工解译对比。不同利用类型的土地会在卫星影像上呈现不同纹理特征，通过“找不同”，寻找影像纹理特征变化地块，再去现场调查核实。但四川地形复杂，耕地呈碎片化分布，监测难度本身就较大，同时，卫星影像受气候影响因素较大，地形因素叠加气候影响，导致四川卫星影像质量不高。“可以说，传统遥感监测方式，影像获取周期长、信息反馈慢、耗时费力，无法及时反映地类变化情况。”赵希翼介绍。
南充市蓬安县杨家镇伏岭村高标准农田。刘永红 摄
如何更高效地监测耕地变化？项目创建了“空（无人机航空遥感）—地（“天府调查云”平台）—网（大数据网络）”耕地利用采集技术，并构建融合“卫星遥感—大数据网络—深度学习”的耕地利用信息挖掘技术。
“前者主要来采集、分享海量的耕地数据，后者用于分析处理数据，两者搭配形成一个数据集成、处理、评价系统，实现耕地数据信息采集、处理分析、下发进行人工核实等功能，及时收集掌握耕地变化。”赵希翼说。
在采集上，无人机航空遥感的运用提高了影像精度。“可以说以前卫星遥感看不清楚的变化，无人机可以看到。”赵希翼介绍，监测中采用无人机大重叠航摄影像，同时解决了位置偏远、手机照片难覆盖的疑似图斑核查难题。
相较于识别耕地变为“非农化”的建筑用地，撂荒等“非粮化”的识别难度更大。“一般来说，卫星影像图上的庄稼地都是整齐的，如果影像图上的植物杂乱，这片地有可能是撂荒地，也有可能是‘非粮化’的经济作物。”项目技术人员介绍，系统通过人工智能深度学习，不断强化识别的能力，准确率越来越高。
技术提升，带来效率的倍增。赵希翼介绍，现在获取处理的耕地数据是原来的10多倍，工作效率较传统监测方式提高55%，准确率达95%。
正是有了强有力的技术支撑，从2022年开始，自然资源厅加密对全省耕地的动态监测，从每年一次调整为每两个月一次。“进入四川研发搭建的‘天府调查云’，点击‘耕地保’模块，在卫星遥感影像图上圈一块地，就能查询到土地分类、权属、规划、是否占用基本农田等信息。”自然资源厅相关负责人介绍。
监测质量变化
精确“体检”复杂地形耕地，有效减少采样成本
耕地质量变化也是监测的重要内容。
地理要素空间模拟技术是了解区域耕地质量的一项常用方法。通过采集样点样土，再通过空间模拟，推演出一个区域整体的耕地质量，比如土壤有机质、氮磷钾等养分含量、pH值等各项土壤质量指标。
“不过，模拟毕竟是模拟，不是完全准确的，尤其是在地形复杂的区域，传统办法准确度就不高。”四川农业大学资源学院副教授欧定华介绍，四川不同地域的气候特征、地形地貌、土壤类型千差万别，了解复杂地形区域的耕地质量一直是监测的难题。
如何提高精准度？技术员创建了多元环境下耕地质量关键要素空间分布模拟技术，这也是这一获奖项目的集成内容之一。在地理要素空间模拟技术基础上，对复杂地形区进行高精度曲面建模，使得不同地形耕地质量的“体检”精度提高30%—89%。“通过这一方法，模拟精度提高了，同时采集样土的点位更精准，不用每家每户去测量，减少了成本支出。”欧定华说。
项目也系统优化了全省不同地貌区耕地质量监测布点，建立了15个省域耕地质量关键要素数据库。“全省耕地优在哪里、差在哪里，数量有多大，分布在哪里，怎么补……这项技术对摸清全省天府良田质量‘家底’有重要应用价值和意义。”四川农业大学资源学院教授兰婷说。
目前，全省已建成1014个耕地质量长期定位监测点，每年都形成大量数据，实现对全省耕地、园地、林地、草地等土壤的全面“体检”。
施工机械在仁寿县进行高标准农田建设作业。潘建勇 摄
追溯变化规律
探明土地利用方式，找到提升质量的“钥匙”
耕地质量调查、监测与评价是一项基础性和长期性的工作。“项目还探明了四川典型农区耕地耕作状态、生产压力、空间格局时空演变特征及规律。”赵希翼说，通俗地说，就是了解这些年四川耕地发生了哪些变化，哪些因素是耕地质量变化的主要因素。
“我们发现土地利用方式对四川山丘区土壤有机质的影响最为显著。”欧定华介绍，土壤有机质是土壤肥力的主要指标。项目找到近30年来山区、丘陵区耕地质量关键要素时空变化规律及其主控因素，为山丘区耕地质量提升提供理论依据。
什么是土地利用方式？
欧定华解释，比如这块土地有没有从旱地改为水田，或者改为林地，“利用方式的改变对土壤有机质影响特别大。查明这一关键因素，可为天府良田质量保护提供决策依据。”
目前，项目已在全省21个市州、20余家技术机构及相关企业进行推广应用，有力提升了耕地利用和质量实时动态监管水平，实现耕地智慧治理。
同时，该成果已成功应用于370个年度国土变更调查项目，数据处理、人力等工作成本比传统工作模式减少60%以上。此外，在全省178个县（市、区）应用了多元环境下耕地质量关键要素空间分布模拟技术体系，并实施化肥减量增效、退化耕地治理等各类项目22个，实现7个退化耕地治理示范县退化耕地范围的精准识别。
