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(lái)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)。

本報(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(méi)了蹤跡，似乎萬(wàn)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(lái)得早，沙地里的部分辣椒、西瓜都來(lái)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(shuō)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(guò)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)模化擴(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(shuō)，這讓他們覺(jué)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(guò)多年實(shí)踐，2016年，易志堅(jiān)研究團(tuán)隊(duì)來(lái)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(guó)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(méi)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(wèn)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(lái)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(shuō)，這個(gè)機(jī)器人是她和丈夫一起研發(fā)的，配合無(wú)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(wú)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(lái)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(wèn)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(shuō)，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(wàn)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(jué)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(lái)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。

采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸 全靠這臺(tái)在沙漠中堅(jiān)守的“寶寶”

若要在6000多畝的實(shí)驗(yàn)基地上部署數(shù)萬(wàn)個(gè)傳感器，一年大概會(huì)產(chǎn)生150萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)包以及50P以上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。為了能夠保障這些數(shù)據(jù)的正常采集、存儲(chǔ)和處理，讓科研團(tuán)隊(duì)能夠簡(jiǎn)便、有效地利用這些數(shù)據(jù)，一個(gè)20多人的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在劉靈豐的帶領(lǐng)下組成。

在實(shí)驗(yàn)基地中，立著一臺(tái)2米高、1.2米寬的nano邊緣一體柜，對(duì)于即將要當(dāng)媽媽的劉靈豐來(lái)說(shuō)，這個(gè)邊緣一體柜就像她的另一個(gè)孩子。“這是我們用心打造的一款針對(duì)沙漠極端氣候條件的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品，性能較以往提升了50%—75%，同時(shí)制冷系統(tǒng)能耗卻降低了69%。”

“這個(gè)nano邊緣一體柜是全國(guó)首臺(tái)具備自然冷卻系統(tǒng)的單柜數(shù)據(jù)中心。”騰訊云數(shù)據(jù)中心架構(gòu)師韓鵬瑞介紹，它是整個(gè)邊緣數(shù)據(jù)中心的核心，承擔(dān)了數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)和處理。它的算力最大可支持5120個(gè)虛擬核同時(shí)計(jì)算，也就是說(shuō)，一臺(tái)電腦需要4個(gè)月才能完成的工作量，nano一體柜只需要一個(gè)小時(shí)就可以完成，效率提升2000多倍。而且，它還能抵御沙漠風(fēng)沙和冬季嚴(yán)寒，無(wú)須專業(yè)人士值守。

“以前我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)后，需要用硬盤拷貝回重慶再進(jìn)行研究。”蔣學(xué)皎說(shuō)，現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集后能直接在柜子里進(jìn)行處理，將核心數(shù)據(jù)上傳到云，他們?cè)谥貞c就能掌握各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

當(dāng)然，發(fā)展沙漠農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到沙漠治理的“終點(diǎn)”。“烏蘭布和每年有一億噸的沙子會(huì)落入黃河。烏蘭布和的沙漠治理，一是要阻止沙漠向東面侵蝕，進(jìn)入黃河；二是要對(duì)附近礦山荒漠化進(jìn)行修復(fù)。”阿拉善盟發(fā)改委主任羅志鐵說(shuō)，對(duì)于易志堅(jiān)團(tuán)隊(duì)的研究他們很認(rèn)可，已經(jīng)考慮在烏海湖治理中引用。

易志堅(jiān)說(shuō)，他們現(xiàn)在是在和荒漠化賽跑，全球荒漠化每年以5萬(wàn)到7萬(wàn)平方公里的速度瘋狂擴(kuò)張，相當(dāng)于每年消失兩個(gè)海南島。我國(guó)有173萬(wàn)平方公里沙化土地，“科學(xué)治沙”能有效解決我國(guó)西北地區(qū)沙漠化嚴(yán)重、土地利用率低等問(wèn)題。對(duì)此，易志堅(jiān)始終保持著科研人的嚴(yán)謹(jǐn)，他表示團(tuán)隊(duì)會(huì)進(jìn)一步的研究和積累數(shù)據(jù)，為未來(lái)規(guī)模化的技術(shù)推廣打下牢固的基礎(chǔ)。

[責(zé)任編輯：楊凡、懷初俠]

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