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　　你能想象未來農(nóng)業(yè)的樣子嗎？

　　田間奔跑的是沒有駕駛艙的拖拉機(jī)；模擬器里，幾天就能培育出一個(gè)新品種；儀器在田里過一遍，土壤成分就能一目了然……

　　這是雄安未來之城場(chǎng)景匯無人農(nóng)場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用大賽上，中國(guó)科學(xué)院智能農(nóng)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)帶來的多個(gè)農(nóng)業(yè)新技術(shù)、新裝備。

　　值得一提的是，當(dāng)下正火的人工智能都應(yīng)用其中。

　　未來，農(nóng)業(yè)會(huì)怎么發(fā)展？技術(shù)能帶來什么改變？

　　未來農(nóng)業(yè)

　　智慧無處不在

　　雄安新區(qū)雄縣十里鋪村，中國(guó)科學(xué)院智能農(nóng)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)在這里運(yùn)營(yíng)著500畝的“伏羲農(nóng)場(chǎng)”。

　　2023年6月，這一團(tuán)隊(duì)在雄安新區(qū)開始籌備建立中國(guó)科學(xué)院雄安創(chuàng)新研究院，聚集最先進(jìn)的農(nóng)業(yè)科技，瞄準(zhǔn)智慧農(nóng)場(chǎng)目標(biāo)，打造能推廣全國(guó)的“伏羲農(nóng)場(chǎng)”零號(hào)地樣板。

　　6月28日，記者來到“伏羲農(nóng)場(chǎng)”一探究竟。播下去10天的玉米，幼苗從麥茬間鉆出來。但開車?yán)@著農(nóng)場(chǎng)轉(zhuǎn)了一圈，記者發(fā)現(xiàn)，農(nóng)場(chǎng)從農(nóng)田設(shè)施到種植方式，跟普通大田看不出什么區(qū)別。

　　智慧農(nóng)場(chǎng)，智慧在哪兒？

　　此時(shí)，距離農(nóng)場(chǎng)20多公里的中國(guó)科學(xué)院雄安創(chuàng)新研究院“伏羲農(nóng)場(chǎng)”數(shù)據(jù)指揮中心，技術(shù)團(tuán)隊(duì)工程師李清琳正在分析農(nóng)場(chǎng)的土壤數(shù)據(jù)。

　　智慧，藏在土壤信息里。

　　“這是一張堿解氮（能被作物直接吸收的氮素）土壤分布圖。圖上每個(gè)小格子，代表10平方米的土地。紅色的格子表示這塊土地中堿解氮含量低于1.6g/kg，黃色的格子表示介于1.6g/kg和2g/kg之間，綠色的格子表示高于2g/kg。”李清琳面前這張馬賽克一樣的圖上，不同顏色的格子錯(cuò)落分布。

　　除了堿解氮，土壤中的磷、鉀、有機(jī)質(zhì)、pH值等信息，也都清晰匯集在一張圖上。

　　能精確收集到土壤信息，靠的是一件“神器”——土壤養(yǎng)分伽馬能譜分析儀。在雄安未來之城場(chǎng)景匯無人農(nóng)場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用大賽上，它獲得了智能農(nóng)機(jī)裝備及關(guān)鍵部件賽道的第一名。

　　土壤養(yǎng)分伽馬能譜分析儀是一個(gè)長(zhǎng)約1米的深灰色圓柱體。把它懸掛在拖拉機(jī)上，在地里掃一遍，就能采集到30厘米深度的土壤信息。這個(gè)過程，如同給大地拍X光片。

　　“土壤中某些物質(zhì)含有放射性元素，伽馬能譜分析儀能接收和記錄下放射信息，把它解析成能譜信息。再借助大數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)模型與智能學(xué)習(xí)算法，把能譜信息轉(zhuǎn)換成常見的氮磷鉀等養(yǎng)分含量信息。”李清琳說。

　　過去，土壤數(shù)據(jù)分析是個(gè)難點(diǎn)。要么靠衛(wèi)星遙感，要么靠采樣化驗(yàn)。衛(wèi)星遙感測(cè)出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度低。采樣化驗(yàn)準(zhǔn)確度雖高，但一來成本不低，二來采樣點(diǎn)位有限，很難代表每一寸土地的情況。

　　“伽馬能譜分析儀的檢測(cè)精度目前已經(jīng)可以達(dá)到平方米級(jí)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性也高。這就為建立土壤數(shù)據(jù)庫(kù)提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。”李清琳說。

　　智慧，體現(xiàn)在農(nóng)機(jī)裝備上。

　　中國(guó)科學(xué)院雄安創(chuàng)新研究院辦公樓下，擺放著4臺(tái)新能源拖拉機(jī)。拖拉機(jī)碩大的機(jī)身、銀色的外觀充滿未來感，動(dòng)力從70馬力到400馬力不等。

　　幾臺(tái)拖拉機(jī)最大的特點(diǎn)是無人駕駛——壓根就沒有配備駕駛艙。上個(gè)月，就是這幾臺(tái)拖拉機(jī)在“伏羲農(nóng)場(chǎng)”種下玉米。

　　“拖拉機(jī)上裝有傳感器、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)，能夠?qū)崟r(shí)產(chǎn)生近百條狀態(tài)信息，為自動(dòng)駕駛提供支持。”團(tuán)隊(duì)高級(jí)工程師王鵬說，這些裝備幫助拖拉機(jī)在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的支持下，按照設(shè)定路線實(shí)現(xiàn)無人精準(zhǔn)作業(yè)。

　　有的農(nóng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無人作業(yè)，作業(yè)區(qū)域僅限于農(nóng)田，從倉(cāng)庫(kù)到地頭的這段距離，還得需要人駕駛。未來，拖拉機(jī)可以全程無人。

　　智慧，還體現(xiàn)在數(shù)字孿生應(yīng)用上。

　　在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用數(shù)字孿生，就是用數(shù)字化手段模擬真實(shí)世界。技術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張玉成介紹：“為‘伏羲農(nóng)場(chǎng)’建立模型，可以在虛擬環(huán)境中推演作物長(zhǎng)勢(shì)、病蟲害進(jìn)展、氣候帶來的影響等。利用模擬推演結(jié)果，為真實(shí)世界的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供決策參考。”

　　雄安新區(qū)的“伏羲農(nóng)場(chǎng)”去年開始運(yùn)轉(zhuǎn)，現(xiàn)在還處在建設(shè)階段。張玉成說：“雄安無人農(nóng)場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用大賽中展示的農(nóng)業(yè)裝備和科技將逐漸應(yīng)用到農(nóng)場(chǎng)中，將其打造為真正引領(lǐng)潮流的智慧農(nóng)場(chǎng)、未來農(nóng)場(chǎng)。”

　　人工智能

　　為農(nóng)業(yè)全面賦能

　　模型、算法，這是采訪中，記者聽到的兩個(gè)高頻詞。這意味著，人工智能在“伏羲農(nóng)場(chǎng)”已經(jīng)深入展開應(yīng)用。

　　本次雄安無人農(nóng)場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用大賽中，中國(guó)科學(xué)院智能農(nóng)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的人工智能育種模擬器“BDA”系統(tǒng)還獲得基于大數(shù)據(jù)和知識(shí)庫(kù)的作物生產(chǎn)大模型賽道第一名。

　　育種也能依靠人工智能？

　　傳統(tǒng)的人工育種高度依賴育種專家的經(jīng)驗(yàn)。比如，育種專家看到麥田里那些長(zhǎng)得又高又壯的小麥植株，判斷可能是優(yōu)質(zhì)品種，然后通過雜交等手段培育性狀更優(yōu)的品種。

　　“種子基因和表型的關(guān)系是復(fù)雜的，又高又壯的植株未必能培育出好種子。這時(shí)，就要‘廣撒網(wǎng)’，進(jìn)行大樣本實(shí)驗(yàn)。”技術(shù)團(tuán)隊(duì)高級(jí)工程師趙洪龍表示，靠大量實(shí)驗(yàn)的育種方法，有概率成分，成功率低。此外，育種周期較長(zhǎng)，培育一粒良種可能需要幾年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。

　　人工智能是怎么解決育種中的不確定性和周期長(zhǎng)問題呢？

　　“育種模擬器系統(tǒng)導(dǎo)入了大量種子基因和表型數(shù)據(jù)，通過算法，找到基因和表型的內(nèi)在關(guān)系。一種基因表現(xiàn)出的植株高矮、粗細(xì)、抗倒伏能力、果實(shí)大小等，基本可以預(yù)知。這就剔除了偶然的成分，育種變得更有針對(duì)性、更高效。”趙洪龍說。

　　使用人工智能育種模擬器能大大加快育種速度。傳統(tǒng)育種要遵循植物生長(zhǎng)規(guī)律，一個(gè)培育周期，可能是半年或者一年。人工智能可以搭建模型，模擬仿真植物生長(zhǎng)過程。在這個(gè)虛擬世界里，環(huán)境參數(shù)可以調(diào)整、加速，只要算力足夠，最快幾天時(shí)間，就能培育出一粒良種。有了虛擬世界的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，現(xiàn)實(shí)中只要“照方抓藥”，很快就會(huì)培育出真正的種子。

　　土壤養(yǎng)分伽馬能譜分析儀，其核心技術(shù)也是人工智能。

　　伽馬能譜分析儀收集土壤中的放射信息，轉(zhuǎn)化成能譜信息。能譜信息是坐標(biāo)系上一條條物理曲線，它并不是我們想要的氮磷鉀等土壤養(yǎng)分信息。

　　想得到土壤養(yǎng)分信息，就要對(duì)能譜信息進(jìn)行“翻譯”。翻譯過程是獲取土壤數(shù)據(jù)的最后一步，也是最關(guān)鍵一步。但是能譜信息與土壤養(yǎng)分信息的關(guān)系，存在于“黑箱”中，目前科學(xué)還很難解釋。

　　解決這個(gè)問題，需要向數(shù)據(jù)和模型借力。

　　“我們把實(shí)地測(cè)得的土壤數(shù)據(jù)和能譜信息進(jìn)行對(duì)照，試著找兩者之間數(shù)學(xué)上的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，就是一種模型。隨著投喂給模型的數(shù)據(jù)不斷增加，模型的框架也逐漸清晰。最終，把能譜信息輸入已經(jīng)訓(xùn)練好的模型，就能依據(jù)算法轉(zhuǎn)化成土壤養(yǎng)分信息。”李清琳說。

　　農(nóng)機(jī)田間作業(yè)，同樣也離不開人工智能的參與。

　　設(shè)定無人農(nóng)機(jī)在田間的行走路線，需要事先采集農(nóng)田的基本信息。比如土地的面積，以及土地邊界、溝渠、電線桿、樹等精準(zhǔn)位置。

　　動(dòng)輒幾百畝、上千畝的農(nóng)場(chǎng)，靠人去采集這些信息工作量巨大。這時(shí)，智能圖片識(shí)別就派上了用場(chǎng)。

　　“技術(shù)人員先用海量圖片對(duì)人工智能模型進(jìn)行訓(xùn)練，讓它學(xué)習(xí)觀察道路、田埂、溝渠、障礙物的特征信息。然后將無人機(jī)航拍農(nóng)場(chǎng)的圖片交給人工智能模型來識(shí)別，從而構(gòu)建起農(nóng)田的基本信息，方便無人農(nóng)機(jī)作業(yè)。”王鵬說。

　　人工智能不但能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)賦能，其自身還具備成長(zhǎng)性。

　　王鵬將人工智能模型的進(jìn)化比喻成人的成長(zhǎng)：“數(shù)據(jù)量代表了人工智能的智力水平。不斷給它‘喂’數(shù)據(jù)，就相當(dāng)于‘喂’學(xué)習(xí)資料，人工智能越學(xué)越多，智力水平就越來越高。”

　　未來，人工智能的育種方法效率會(huì)更高，土壤養(yǎng)分信息測(cè)量會(huì)更精準(zhǔn)，人工智能將在農(nóng)業(yè)中發(fā)揮更重要的作用。

　　精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

　　提升農(nóng)業(yè)精細(xì)管理能力

　　掌握每一寸土地的土壤信息，擁有了土壤數(shù)據(jù)庫(kù)，能做什么？

　　李清琳給出的答案是：精準(zhǔn)施肥。

　　“一塊土地上，每平方米的土壤養(yǎng)分含量都不一樣，這與施肥方式有關(guān)。農(nóng)民施肥，通常是抓起化肥，一把一把撒在田間。撒到的地方，土壤養(yǎng)分富集；邊邊角角撒不到的地方，土壤養(yǎng)分就不足。”李清琳說。

　　當(dāng)獲取了土壤信息，就能變量施肥，缺什么補(bǔ)什么。這樣一來，不但能節(jié)約肥料，還能讓土壤養(yǎng)分變得均衡。

　　在“伏羲農(nóng)場(chǎng)”數(shù)據(jù)指揮中心，李清琳向記者展示了呼倫貝爾“伏羲農(nóng)場(chǎng)”中氮元素的變化。3年前，土壤信息圖上代表不同元素的紅黃綠格子雜亂分布。經(jīng)過變量施肥，如今，圖上是清一色的黃色格子，這代表著氮元素已被調(diào)節(jié)到合理水平。

　　“變量施肥需要精細(xì)操作，靠人工實(shí)現(xiàn)起來難度大。”李清琳說，他們正在研發(fā)機(jī)器，將依據(jù)已有的土壤養(yǎng)分信息，對(duì)癥下藥，精準(zhǔn)施肥。

　　精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，不僅體現(xiàn)在施肥上，還體現(xiàn)在管理上。

　　在中國(guó)科學(xué)院雄安創(chuàng)新研究院拍攝的播種玉米視頻中，能看到無人駕駛的農(nóng)機(jī)就像長(zhǎng)了眼睛一樣筆直前進(jìn)。

　　這又是怎么做到的？

　　依靠的是農(nóng)機(jī)中植入的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　“即使經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)手駕駛農(nóng)機(jī)，在田間的行進(jìn)路線也可能會(huì)有偏移。而使用無人駕駛農(nóng)機(jī)，能保證行進(jìn)是一條直線，而且播種密度均勻。”王鵬表示，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)控制下的無人駕駛，精度誤差小于2.5厘米。

　　“一條直壟比起歪歪扭扭的田壟，每畝地可能頂多多出一壟播種面積，但從大面積推廣效果看，增收部分就很可觀，這就是精準(zhǔn)管理的意義。”王鵬說。

　　精準(zhǔn)，是中國(guó)科學(xué)院智能農(nóng)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)不斷提及的農(nóng)業(yè)理念。先進(jìn)的農(nóng)業(yè)裝備和農(nóng)業(yè)科技的使用，都在圍繞“精準(zhǔn)”展開，這與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀有關(guān)。

　　數(shù)據(jù)表明，近年來化肥使用量不斷增加，糧食增產(chǎn)效果卻不明顯。換句話說，土地本身的潛力幾乎開發(fā)到了極限，所以再想實(shí)現(xiàn)糧食增產(chǎn)，需要轉(zhuǎn)向田間管理。

　　“有研究表明，近15年玉米單產(chǎn)增加的主導(dǎo)因素，田間管理占40%左右。可見，精細(xì)化管理對(duì)提高糧食單產(chǎn)有很大作用。”張玉成說。

　　精細(xì)化管理離不開數(shù)字化的手段。

　　在雄安新區(qū)“伏羲農(nóng)場(chǎng)”數(shù)據(jù)指揮中心，大屏幕上能看到全國(guó)多個(gè)“伏羲農(nóng)場(chǎng)”的數(shù)據(jù)信息，包括土地利用情況、土壤墑情、氣象數(shù)據(jù)、智能農(nóng)機(jī)統(tǒng)計(jì)、病蟲害監(jiān)測(cè)等。

　　“未來，全國(guó)‘伏羲農(nóng)場(chǎng)’的數(shù)據(jù)都會(huì)匯聚到雄安。我們通過數(shù)據(jù)分析，精準(zhǔn)掌握農(nóng)田狀況，做到精量播種，變量施肥、打藥、灌溉，這將提升農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)潛力。”張玉成說，不僅如此，幾千畝、上萬畝土地的精耕細(xì)作，今后或許只需幾個(gè)人就能管理。

　　越發(fā)智能的“伏羲農(nóng)場(chǎng)”正在走向產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化。河北的第二座“伏羲農(nóng)場(chǎng)”，正在邯鄲館陶籌建中。

　　“‘伏羲農(nóng)場(chǎng)’具備很強(qiáng)的可復(fù)制性，下一步，我們也準(zhǔn)備在全國(guó)范圍推廣。”張玉成說，科研的目的就是要把先進(jìn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)和農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)理念傳遞出去，讓農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)全面提升。

　　 記者觀察

　　當(dāng)工程師下場(chǎng)種地

　　中國(guó)科學(xué)院智能農(nóng)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的成員全部來自中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所，是一群不折不扣的工程師。

　　2023年6月，智能農(nóng)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)來到雄安新區(qū)，支持中國(guó)科學(xué)院雄安創(chuàng)新研究院建設(shè)。工程師們帶來的，還有團(tuán)隊(duì)多年積累的科研成果和經(jīng)驗(yàn)。

　　來雄安當(dāng)年，智能農(nóng)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)建了一塊試驗(yàn)田——伏羲農(nóng)場(chǎng)。

　　“伏羲農(nóng)場(chǎng)”這個(gè)名字頗有來歷。中國(guó)科學(xué)院智能農(nóng)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)工程師張曉博這樣解釋：伏羲是中華人文始祖，他用一系列發(fā)明創(chuàng)造帶領(lǐng)華夏先民告別洪荒邁向文明。工程師們從事農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)，想到了伏羲這個(gè)人文符號(hào)，所以給他們的試驗(yàn)田取名“伏羲農(nóng)場(chǎng)”。

　　在這些工程師的主導(dǎo)下，未來農(nóng)業(yè)展現(xiàn)出十足的科技感，“坐在屋里就能把地種了”已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)。

　　通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，農(nóng)戶坐在電腦前，就可以操控農(nóng)機(jī)在田間播種、收獲；經(jīng)過改造后的水利系統(tǒng)，使用電子設(shè)備開關(guān)閥門、控制流量進(jìn)行澆地，再也不需要深一腳淺一腳走向田間。

　　科學(xué)、高效的管理方法，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)約成本、增加效益。

　　靠著遍布農(nóng)場(chǎng)的傳感器和電子信息系統(tǒng)，作物信息、土壤信息、病蟲害信息、氣象信息等盡收眼底，為科學(xué)決策提供依據(jù)，間接也轉(zhuǎn)化成了收益。

　　這或許能解決今后誰來種地的問題。

　　記者在走訪多個(gè)農(nóng)業(yè)大縣時(shí)發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正從一家一戶的小農(nóng)生產(chǎn)，逐步向規(guī)模化、集約化發(fā)展，大型機(jī)械設(shè)備在田間身影頻現(xiàn)，耕種效率大大提高。有的地方，規(guī)模較大的農(nóng)業(yè)服務(wù)組織依靠土地流轉(zhuǎn)、托管等，在較大地塊上使用更多的科學(xué)技術(shù)和先進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械。

　　“伏羲農(nóng)場(chǎng)”，這個(gè)代表未來農(nóng)業(yè)方向的農(nóng)場(chǎng)樣板，在回答誰來種地這個(gè)問題時(shí)，答案是工程師。

　　“小田變大田的土地集約化經(jīng)營(yíng)是未來趨勢(shì)。農(nóng)業(yè)走向現(xiàn)代化，一定伴隨著農(nóng)業(yè)科技的現(xiàn)代化。農(nóng)業(yè)科技，一定離不開數(shù)字化、智能化手段。而這些，都需要工程師的參與。”張曉博說。

　　中國(guó)科學(xué)院智能農(nóng)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)做“伏羲農(nóng)場(chǎng)”項(xiàng)目之初，不少工程師帶著一種情懷，他們想改變農(nóng)民“面朝黃土背朝天”的勞作環(huán)境，把農(nóng)民從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來。

　　在研發(fā)過程中，他們自己也沒想到，會(huì)慢慢從工程師變成了“新型職業(yè)農(nóng)民”。

　　這個(gè)變化，團(tuán)隊(duì)成員都樂于接受。

　　“能用手中的技術(shù)改變種地的方式，為農(nóng)業(yè)節(jié)本增效作貢獻(xiàn)，為國(guó)家糧食安全作貢獻(xiàn)，與有榮焉。”張曉博說。（記者魏雨）

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