汤怀志 郧文聚 牛佳程
核心提示：本文认为，厘清耕地的内涵并对其实施科学管理，需要对耕地的系统认知和精细智慧手段支撑。围绕精细刻画耕地资源时空格局、解析驱动耕地系统演化的核心要素和关键过程、突破耕地生态系统和生物多样性监测评价技术、发展耕地大数据技术与高性能土地计算等重点方向，实施新时代耕地资源科技创新战略，加快耕地科技集成创新并尽快转化为管理实践，应成为当前保障耕地资源安全的优先事项，也亟须从国家项目、科技平台、人才队伍、管理创新等多方面联合保障。
耕地是我国最为宝贵的资源。长期以来，受人类活动影响，我国耕地资源呈持续退化趋势，因科学认知不够充分、保护利用不够精细、监督管理不够到位造成的耕地过度开发、粗放利用、保护不足等现象普遍存在[1]。实施新时代耕地资源科技创新战略，将新近积累的先进耕地科技尽快转化为管理实践，应成为当前切实保障耕地资源安全的优先事项[2]。加快土地系统科学的基础研究、应用研究和工程技术模式创新，科学实施耕地保护监督迫在眉睫。
厘清耕地内涵与外延，将关联要素纳入保护监督范畴
我国耕地资源禀赋相对不足和长期高强度利用的现状，要求必须严格保护耕地。然而，目前耕地保护领域普遍存在科学语义、管理语义、法律语义等概念不清的问题，这与耕地系统的科学认知水平不高关系密切。因此，必须深刻认知耕地系统的复杂性、开放性，以及人为干预的不确定性。
耕地的核心是产能，其本质是一个半自然生态系统。自然条件是耕地具备生产力的基础。耕地与生活在其中的地上地下生物群落、分布在其周围的林草等生物、作用其上的水分与阳光以及对其进行农业活动的人类共同构成了耕地系统。即：耕地是在遵循自然生态系统运行规律的前提下，加上必要的人工投入与基础设施配套，辅以各类生产活动而形成的生命综合体。一方面，光温水土的不同组合决定了耕地资源在不同区域上的自然性差异，忽视要素差异谈耕地资源是缺乏常识的；另一方面，过度强调耕地的人工性会导致对人工投入的过度依赖，破坏耕地系统而产生新的生态环境问题。因此，需要以自然资源观、系统整体观认知耕地，将耕地资源保护的核心建立在气候、地形、土壤、水文、生态环境等自然要素的综合保护之上，确保耕地系统的可持续运行和周年生产力的相对稳定，确保耕地资源不会因种植状况和人为管理的改变而变化[3]。
耕地生态是耕地的本质内涵，是耕地资源保耕地是我国最为宝贵的资源。长期以来，受人类活动影响，我国耕地资源呈持续退化趋势，因科学认知不够充分、保护利用不够精细、监督管理不够到位造成的耕地过度开发、粗放利用、保护不足等现象普遍存在[1]。实施新时代耕地资源科技创新战略，将新近积累的先进耕地科技尽快转化为管理实践，应成为当前切实保障耕地资源安全的优先事项[2]。加快土地系统科学的基础研究、应用研究和工程技术模式创新，科学实施耕地保护监督迫在眉睫。
厘清耕地内涵与外延，将关联要素纳入保护监督范畴
我国耕地资源禀赋相对不足和长期高强度利用的现状，要求必须严格保护耕地。然而，目前耕地保护领域普遍存在科学语义、管理语义、法律语义等概念不清的问题，这与耕地系统的科学认知水平不高关系密切。因此，必须深刻认知耕地系统的复杂性、开放性，以及人为干预的不确定性。
耕地的核心是产能，其本质是一个半自然生态系统。自然条件是耕地具备生产力的基础。耕地与生活在其中的地上地下生物群落、分布在其周围的林草等生物、作用其上的水分与阳光以及对其进行农业活动的人类共同构成了耕地系统。即：耕地是在遵循自然生态系统运行规律的前提下，加上必要的人工投入与基础设施配套，辅以各类生产活动而形成的生命综合体。一方面，光温水土的不同组合决定了耕地资源在不同区域上的自然性差异，忽视要素差异谈耕地资源是缺乏常识的；另一方面，过度强调耕地的人工性会导致对人工投入的过度依赖，破坏耕地系统而产生新的生态环境问题。因此，需要以自然资源观、系统整体观认知耕地，将耕地资源保护的核心建立在气候、地形、土壤、水文、生态环境等自然要素的综合保护之上，确保耕地系统的可持续运行和周年生产力的相对稳定，确保耕地资源不会因种植状况和人为管理的改变而变化[3]。
耕地生态是耕地的本质内涵，是耕地资源保护监督的重要内容。耕地资源退化或耕地质量下降，本质上是耕地生态系统自我恢复和缓冲抗逆能力的下降，是耕地生物群落及其驱动的生态过程遭到破坏的结果。大量研究表明，土壤生物多样性越高、生物食物网络结构越合理的耕地，往往意味着越高的生产力和自然恢复力；而过度的农药化肥投入、农机使用、灌溉水污染等都会严重干扰土壤生物生存。土壤生物多样性是养分循环的“转换器”、环境污染的“净化器”、生态系统稳定的“调节器”，似是无形的手在影响我们能“见到”的生态系统多样性、生产力等，也决定了植物多样性与生态系统生产力[4]。但生态系统本身不易观测，地下生态系统也较复杂，这都非常依赖认知方法和认知技术的突破，以显化人类活动对耕地资源的影响。
尽管有科学家认为，耕地生态的内涵与运作机制尚不清晰，但当前我国耕地资源正在经历不同程度的退化问题，且这种趋势仍在持续，已经严重威胁到耕地生态系统稳定及其生态服务功能。耕地生态管理受到技术水平、调控措施等的掣肘，必须尽快将理论研究转化为实践，将耕地生态纳入保护监管范畴。
耕地建设和耕地管理是耕地资源可持续利用的保障。耕地保护不光是资源的保护，还要考虑合理的利用。人类生产建设活动是耕地系统的组成部分，也是耕地资源的重要外延。客观而言，我国在农田建设投入和耕地利用管护方面长期存在不足，这导致了耕地利用效率不高、科技贡献率不足等问题。加强农田基础设施建设和提升耕地后期管护水平将成为我国耕地保护利用的长期任务。认知人类活动对耕地系统的影响，确保有限资源资本投入的有效性和合理性，同样需要精细化的监管和定量化的评价预测，并通过优化利用方式引导耕地资源利用效率的提升。
突破耕地系统关键技术，加快耕地科技集成创新
精细刻画耕地资源时空格局。格局是系统认知耕地资源的基础要点，是耕地斑块的大小、现状、数量、类型和空间组合。我国是世界自然地理条件最丰富多样的国家之一，具有从热带到寒带、从湿润到干旱、从海洋到高山等景观格局。这直接导致我国耕地资源分布环境自然条件复杂多样，需要深刻把握其内在特征[5]。耕地资源与其他资源不同，具有数量有限、空间固定、质量变化、重复使用和功能多样等特征，认知耕地时空格局需要对耕地资源进行动态化、精细化、智能化、定量化的监测。目前，我国耕地资源调查监测体系侧重于耕地资源的数量变化，存在因耕地系统性认知不足导致的监测过度简化、调查监测内容与耕地保护需求不对应、现有指标不足以监测“耕地生命体”、信息获取和挖掘手段较少、重大决策支撑能力不足等问题。
因此，笔者建议，深化耕地资源的系统认知理论，科学细化耕地分类体系，全面完善耕地系统监测指标，构建空天地网一体化耕地系统调查监测指标体系，研究全方位、多尺度、多区域耕地系统数据快速获取技术，形成耕地大数据集成和管理处理平台，实现对耕地系统格局的实时监测。
解析驱动耕地系统演化的核心要素和关键过程。这里的过程是指在耕地系统中发生的自然过程和社会文化过程。其中，格局影响生态和人类利用过程，生态和人类利用过程则改变格局。探究耕地系统的时空变化规律与机制尤为关键[6]。耕地系统是“半自然—半人工”生态系统，涉及水、土、气、生、人、光等多种要素，耕地系统的复杂性决定了耕地模拟与建模的困难程度，需要处理多源异构的多要素耕地大数据，从自然环境系统、社会经济系统等多角度建立综合模型来模拟耕地系统，探究耕地系统的变化规律与机制。同时，耕地系统的变化存在尺度问题，包括局地、县域、大区域、全国、全球等不同的尺度。在不同尺度耕地系统下，又会具有不同的服务功能与变化规律。
因此，笔者建议，遵照信息系统技术应用的基本逻辑（即感知、传输、数据融合、数据管理、分析建模、预测模拟、决策和行动次第链接等），建立耕地系统智能化处理体系。当前，我国耕地资源智能管控能力与国际先进水平相比存在一定差距，尤其在面临复杂而特殊的耕地问题时更显不足。为此，需要在创新耕地资源系统认知的基础上，加强耕地多要素数据挖掘技术研究，形成符合我国实际，能够实现耕地资源智慧管理与有效调控的耕地大数据获取、存储、分析、预测、决策技术体系，探究耕地系统要素变化的驱动机制和变化规律，为耕地资源保护与监督提供支持。
研发耕地生态系统和生物多样性监测评价技术。健康的耕地生态系统是一个能持续发挥稳定功能，充分保障生物生产、环境质量和动植物以及人类健康的系统。耕地生态系统的健康与生物多样性息息相关，尤其是耕地土壤生物不能忽视。土壤中微生物资源最为丰富，每克土壤中存在着数以亿计的微生物，探索土壤微生物多样性与功能也一直被认为是生态科学或者土地科学研究的前沿。
有研究表明，微生物群落结构与微生物多样性影响着耕地系统的多功能性，其中关键物种和功能基因的丰富度成正比。即：关键物种在功能基因的发挥方面起到了重要的作用；土壤生物直接影响到土壤的结构，以及土壤有机质的分解。当前耕地生物多样性面临诸多挑战，包括耕地系统长期种植单种作物带来的病虫害及连种障碍，长期高强度的农业耕作带来的自然生境破坏，气候变化、人类活动的叠加效应导致的真菌、植物病害爆发等，这些问题直接导致耕地生物多样性降低，损害耕地健康。
目前，我国耕地生态系统和生物多样性的研究还在起步阶段，存在着内涵不清楚、生物多样性指标不明确、表征指标不明晰等问题。未来，需要加强耕地生物多样性研究，构建耕地生态评价指标体系，研制快速诊断耕地健康技术，解析耕地生物多样性与耕地功能的作用机制，保障耕地资源的生态环境与功能。
提升耕地大数据技术与高性能土地计算能力。科学认知耕地系统格局分布、变化规律与发展方向，需要开展以下工作。一是聚焦耕地系统多要素变化的内在特征与分异规律，突出耕地系统综合研究，强调多尺度时空过程研究，开展实验与新技术手段的现代化与多学科交叉融合，通过构建动态化、精细化、智能化、定量化的耕地监督体系与耕地大数据获取、存储、分析、预测、决策技术体系，充分挖掘耕地资源数据，深化耕地系统认知[6]。二是发展土地计算能力，构建数据驱动的土地利用活动过程分析模型，以大格局、大数据视角研究耕地利用问题。
强化耕地科技支撑，建设耕地资源安全强国
落实耕地资源要素保障安全，不仅需要最严格保护和高标准建设，更需要先进技术监督[7]。应用土地系统科学，开展“土地—人口—食物—生态”系统研究，已经成为主要范式。传统科技创新布局、人才培养模式和管理方式，难以适应“耕地保护—粮食安全—生态安全”多重耦合嵌套的土地系统治理目标，需要从重大专项、技术应用、人才培养、行政管理、法律支持等多方面予以保障。
设立国家科技重大专项。遏制耕地资源退化趋势，必须通过基础理论增强系统认知，以科技创新驱动耕地利用结构优化和耕地保护手段升级，逐步加强耕地资源保护从科学研究到管理决策环节的有效性。当前，亟须充分认识耕地资源及其开发利用保护治理的整体性、系统性、综合性、区域性，着力解决我国耕地资源保护利用的重大基础问题和共性关键技术，在“十四五”国家重点研发中设立耕地系统科学重大专项，从区域系统科学理论问题着眼，从整体性、综合性治理入手，进行科技创新布局。
提升耕地科技支撑水平。针对耕地保护利用“卡脖子”难题，围绕耕地内涵外延，立足耕地资源自然禀赋，从优先序、空间关键上厘清耕地保护与高效利用所需的先进科技，突破耕地调查、监测、评价、预测、预警、决策关键技术，加快构建动态化、精细化、智能化、定量化的耕地精准调查监测体系，以及耕地大数据的获取、储存、分析、预警、决策体系。同时，用最严密的法治和最先进的手段，用“长牙齿”的硬科技、硬制度落实最严格的耕地保护制度。
加快推进土地科学技术与土地人才培养。贯彻落实国家新农科发展战略，依托农业院校土地整治工程等相关学科基础，办好土地科学与技术专业，构建与土地科学与技术相适应的学科管理体制、教师发展机制、人才培养模式。加强科技创新力度，重点加强耕地精细化利用、智能管控、大数据处理等关键技术创新，注重原创性工程及成套装备研制，培养土地科技创新高端人才，从源头上提升我国土地科技创新能力。
提高耕地保护监管力度及行政能力。依靠专业队伍、以数据为基础强化监管服务，面向“三位一体”保护耕地，不断加强耕地系统研究，明确不同光温水土要素限制下的耕地最大生产潜力，因地制宜地建立信息化、生态化的耕地系统治理保护、监测监管体系[8]，通过科学技术手段将科研成果转化到实践，对耕地资源实行科学监督和全面保护，同时加强对耕地保护的技术培训和科普工作，整体提升耕地保护的科学决策与管理水平。
参考文献：
[1] 郧文聚，汤怀志，桑玲玲. 树立耕地系统认知，完善最严格耕保制度[J]. 中国土地，2022(5):4-7.
[2] 张福锁. 科技小院：知农爱农和强农兴农人才培养的先行者[J]. 科技导报，202038(19):11-15.
[3] 傅伯杰. 土地资源系统认知与国土生态安全格局[J]. 中国土地，2019(12):9-11.
[4] 朱永官，彭静静，韦中，等. 土壤微生物组与土壤健康[J]. 中国科学: 生命科学，2021,51(1):1-11.
[5] 唐华俊， 吴文斌， 余强毅， 等. 农业土地系统研究及其关键科学问题[J]. 中国农业科学，2015,48(5):900-910.
[6] 周成虎，孙九林，苏奋振，等. 地理信息科学发展与技术应用[J]. 地理学报，2020,75(12):2593-2609.
[7] 汤怀志, 桑玲玲, 郧文聚. 我国耕地占补平衡政策实施困境及科技创新方向[J]. 中国科学院院刊,2020,35(05):637-644.
[8] 张超，乔敏，郧文聚，等. 耕地数量、质量、生态三位一体综合监管体系研究[J]. 农业机械学报，2017,48(1):1-6.
（作者汤怀志、牛佳程供职于中国农业大学土地科学与技术学院，郧文聚供职于自然资源部国土整治中心）
（全文转载自《中国土地》2023年第1期）
