2020-12-07 17:27:03
科技日?qǐng)?bào)記者 雍 黎
寒冬漸至，在內(nèi)蒙古阿拉善盟烏蘭布和沙漠重慶交通大學(xué)試驗(yàn)地里，植被已枯黃，連平日活潑的野兔、田鼠也沒了蹤跡，似乎萬物都已沉寂。但其實(shí)，它們的實(shí)時(shí)情況正在被各種采集器監(jiān)測(cè)著，相關(guān)數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)傳回位于沙漠實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)中心。
“以前我們不清楚冬季沙漠植被的具體情況，現(xiàn)在有了高科技助力，所有的情況都能了解。”重慶交通大學(xué)沙漠土壤化團(tuán)隊(duì)成員蔣學(xué)皎表示，隨著騰訊—重慶交通大學(xué)沙漠生態(tài)研究聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的成立，一套基于邊緣數(shù)據(jù)中心的智慧農(nóng)業(yè)解決方案孕育而生，改變了傳統(tǒng)的研究模式，助力破解沙漠治理難題。
產(chǎn)量高還好吃
沙漠農(nóng)業(yè)既要生態(tài)又要致富
“內(nèi)蒙古冬天來得早，沙地里的部分辣椒、西瓜都來不及收就已經(jīng)被霜凍了。”重慶交通大學(xué)沙漠土壤化研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人易志堅(jiān)教授一邊說著，一邊帶著科技日?qǐng)?bào)記者翻看沙地里的各種試驗(yàn)作物。經(jīng)過霜打的西瓜切開還是鮮紅；白蘿卜一拔就起，生吃依然甜脆；二荊條辣椒被風(fēng)吹干卻還辣味十足……
“從最開始驗(yàn)證試驗(yàn)植物是否能夠生長(zhǎng)，到規(guī)?；瘮U(kuò)大植物種植面積，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)植物的選擇和研究，最后我們發(fā)現(xiàn)，這些植物不僅長(zhǎng)勢(shì)旺盛，產(chǎn)量也很高，而且產(chǎn)品特別好吃。”易志堅(jiān)說，這讓他們覺得沙漠治理不僅可以修復(fù)生態(tài)，還能讓當(dāng)?shù)刂赂弧?/p>
經(jīng)過多年實(shí)踐，2016年，易志堅(jiān)研究團(tuán)隊(duì)來到烏蘭布和沙漠“小試牛刀”，成功“變”出一片25畝左右的綠洲。2017年，團(tuán)隊(duì)完成了中試基地內(nèi)約4000畝的沙漠治理。2018年，這一面積擴(kuò)大到了6000畝。
生態(tài)修復(fù)的足跡還拓展到新疆和田塔克拉瑪干沙漠、川西若爾蓋沙化草地、西沙島礁甚至包括中東和撒哈拉沙漠等地。截至2020年10月，易志堅(jiān)研究團(tuán)隊(duì)已完成生態(tài)恢復(fù)建設(shè)17000畝，治理成本遠(yuǎn)低于我國各省市土地復(fù)墾費(fèi)用，平均用水量不到400方/畝，低于當(dāng)?shù)鼗谝陨械喂嗉夹g(shù)制定的550方/畝的節(jié)水定額。
團(tuán)隊(duì)總結(jié)認(rèn)為，除治理后的沙子保水保肥以外，沙漠松散性比土壤高，根系在土壤化層下面生長(zhǎng)沒有較大的阻力也是一個(gè)重要原因，發(fā)達(dá)的根系可以更充分地吸取養(yǎng)分和水分，加上內(nèi)蒙古日照時(shí)間長(zhǎng)、晝夜溫差大，所以作物的產(chǎn)量和質(zhì)量高于傳統(tǒng)農(nóng)耕地。
但如何讓沙漠農(nóng)業(yè)在最少的資源投入下獲得最佳的產(chǎn)出？沙漠的氣候條件和土壤性質(zhì)適合種植哪些農(nóng)作物？要進(jìn)一步發(fā)展沙漠農(nóng)業(yè)，還有很多問題有待解決。
大量數(shù)據(jù)處理成研究難點(diǎn)
智慧農(nóng)業(yè)讓研究不再“靠天吃飯”
“探索適合沙漠地區(qū)低耗、高產(chǎn)、綠色的種植方式，就要弄清楚作物產(chǎn)量受哪方面的影響。”蔣學(xué)皎表示。2年前，她受邀加入易志堅(jiān)的團(tuán)隊(duì)研究地表微生物情況，和同在一個(gè)學(xué)校、研究人工智能的丈夫方勇成了一個(gè)團(tuán)隊(duì)的同事，共同嘗試用人工智能技術(shù)來推動(dòng)沙漠農(nóng)業(yè)的研究。
“這是我們自己研發(fā)的田間植物表型采集系統(tǒng)機(jī)器人，它配備有激光雷達(dá)、雙目相機(jī)等設(shè)備，能夠?qū)μ镆袄镏仓甑墓麑?shí)、病蟲害、株高等情況進(jìn)行探測(cè)和分析。”蔣學(xué)皎說，這個(gè)機(jī)器人是她和丈夫一起研發(fā)的，配合無人機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)，可以采集農(nóng)作物果實(shí)、病蟲害、株高、出苗率等數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)有了，如何處理這些海量數(shù)據(jù)是一大難點(diǎn)。
“以前方勇用自己的電腦，在深度學(xué)習(xí)框架下做目標(biāo)檢測(cè)，數(shù)據(jù)集規(guī)模約800多兆，程序運(yùn)行了3天仍無結(jié)果。如果處理1T的圖片，耗時(shí)可能數(shù)月甚至數(shù)年。”蔣學(xué)皎表示。
“當(dāng)我們了解到易教授團(tuán)隊(duì)的需求時(shí)，決定部署一個(gè)邊緣計(jì)算中心，來解決海量數(shù)據(jù)運(yùn)算和深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練的問題。”騰訊云數(shù)據(jù)中心高級(jí)架構(gòu)師、沙漠項(xiàng)目及nano邊緣一體柜項(xiàng)目經(jīng)理劉靈豐介紹，2019年10月，騰訊和重慶交通大學(xué)一起成立了沙漠生態(tài)研究聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，基于邊緣數(shù)據(jù)中心的智慧農(nóng)業(yè)解決方案成了首個(gè)合作課題。
“傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)是靠天吃飯，決策主要是靠經(jīng)驗(yàn)積累，如今整體環(huán)境有了較大的變化，各類工具、可利用信息增多，已不適合照搬原有模式。”劉靈豐說，他們制定了一套智慧農(nóng)業(yè)方案，具備在6000多畝的內(nèi)蒙古實(shí)驗(yàn)基地上部署數(shù)萬個(gè)傳感器的能力，可以對(duì)土壤情況、氣候條件、水源條件、植株生長(zhǎng)等環(huán)境數(shù)據(jù)、視覺數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，共同組建一個(gè)比較強(qiáng)大的數(shù)據(jù)網(wǎng)。“以后的沙漠農(nóng)業(yè)，或許不用對(duì)著一片荒沙或者農(nóng)田，而是一個(gè)個(gè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，把這些數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)合起來進(jìn)行分析，就可以對(duì)沙漠農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行科學(xué)的、有據(jù)可依的指導(dǎo)。”她表示。
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