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探寻沙漠绿洲背后的“秘密”

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聂树斌母亲已接通知去法院
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图为聂树斌 资料图 #法晚深度即时#(深度记者 温如军 杜雯雯)今日,有自媒体消息称,河北 聂树...

探寻沙漠绿洲背后的“秘密”




  11月的内蒙古已经进入冬天,在阿拉善盟乌兰布和沙漠重庆交通大学沙漠土壤化研究的试验地里,草已枯黄、蔬果已被收割,连平日活泼的野兔、田鼠也没了踪迹,万物似乎已经沉寂。地里的生命也随着寒冬逝去了吗?不,它们的情况正被各种采集器监测着,“一呼一吸”都变为涓涓“数据流”实时传回位于沙漠实验室的数据中心。

  “它们就像孕育在妈妈肚子里的小生命,以前我们不清楚冬季在地下时它们会如何,但现在所有的情况都能了解。”重庆交通大学沙漠土壤化团队成员蒋学皎说,现在他们的沙漠土壤化技术不仅是“黑科技”,还有了“高科技”。随着腾讯—重庆交通大学沙漠生态研究联合实验室的成立,一套基于边缘数据中心的智慧农业解决方案孕育而生,改变了研究的传统模式,助力他们研究沙漠绿洲背后的“秘密”。

  17000亩沙漠已经变绿

  还有众多“未解之谜”待解开

  “内蒙古冬天来得早,地里的部分辣椒、西瓜都是来不及收就已经被霜冻了。”11月10日,在位于乌兰布和沙漠实验地里,重庆交通大学沙漠土壤化研究团队负责人易志坚教授一边说着,一边带着记者翻看沙地里的各种作物。经过霜打的西瓜切开还是鲜红;白萝卜一拔就起,生吃依然甜脆;辣椒“二荆条”被风吹干却还辣味十足……

  让沙漠变成绿洲,开满鲜花,收获庄稼,这是易志坚教授研究团队历经10年的研究与实践创造的“生态奇迹”。易志坚团队从植物中提取了一种纤维黏合剂,放到沙里,添加适量的水,让沙子拥有生态力学属性,具有了保水性,实现“土壤化”。

  经过在重庆多年的实践,2016年,团队来到乌兰布和沙漠小试,成功“变”出一片25亩左右的绿洲,2017年完成了中试基地内约4000亩沙漠的土壤化和绿化,2018年,面积扩大到了6000亩。生态修复的足迹还拓展到新疆和田塔克拉玛干沙漠、川西若尔盖沙化草地、西沙岛礁甚至包括中东和撒哈拉沙漠等地,截至2020年10月易志坚研究团队已完成生态恢复建设17000亩。“沙漠土壤化”成本远低于我国各省市土地复垦费用,平均用水量不到400方/亩,低于当地基于以色列滴灌技术制定的550方/亩的节水定额。

  “从最开始验证土壤化后植物是否能够生长,到进行规模化试验,扩大我们的植物种植面积,进行优势植物的选择和研究。再到我们发现沙漠里植物长势旺盛,产量也很高,而且产品特别好吃。”易志坚说,这让他们觉得沙漠土壤化的实施,不光是可以进行生态修复,还能让当地致富的。同时他们也发现在沙漠复绿的过程中,还有很多“未解之谜”需要研究。

  “我们发现沙漠里种植物产量和质量会高于当地传统农田,而且根系特别发达。”易志坚说,去年在内蒙古的高粱测产显示最高亩产是932公斤,平均亩产是789公斤,而全国最高平均亩产是2017年的324公斤。团队总结认为,除土壤化后的沙子保水保肥而外,沙漠松散性比土壤高,根系在土壤化层下面生长没有较大的阻力也是一个重要原因,发达的根系可以更充分地吸取养分和水分,加上日照时间长昼夜温差大,所以作物的产量和质量高于传统农耕地。

  不过如何能使沙漠农业在最少的资源投入下获得最佳的产出?沙漠的气候条件和土壤性质适合种植哪些农作物?在沙漠地区大面积发展农业后,对沙漠地区的气候,温湿度指标、生态、环境、人类活动等方面又会产生怎样的影响?

  要进一步的巩固和扩大生物多样性的研究成果,亟待解决这些“未解之谜”。

  大量数据处理成研究难点

  智慧农业让研究不再“靠天吃饭”

  “探索适合沙漠地区低耗、高产、绿色的种植方式,就要研究清楚作物的产量,就需要搞清楚是受哪些方面的影响,又是如何影响的。”蒋学皎是法国里昂国立应用科学学院微生物学博士,到重庆交大任教后,2年前受邀加入团队研究地表微生物情况。也因此,她和同在一个学校,研究人工智能的老公方勇成了一个团队的同事,尝试用人工智能的方式来进行帮助研究。

  “这是我们自己研发的田间植物表型采集系统机器人,它配备有激光雷达、双目相机等设备,能够对田野里植株的果实、病虫害、株高等情况进行探测和分析。”蒋学皎说,这个机器人是她和丈夫一起研发的,这个机器人配合无人机载高光谱成像系统,可以采集农作物果实、病虫害、株高、出苗率等数据,这些数据量大、来源多样,处理是一大难点。“以前他用深度学习框架做目标检测,用自己的电脑,数据集规模在800多兆的时候,程序运行了三天仍无结果。如果处理1T的图片,耗时可能数月甚至数年。”

  “当我们了解到易教授团队的需求时,决定部署一个边缘计算中心,来解决海量数据运算和深度学习模型训练的需求问题。”腾讯云数据中心高级架构师,沙漠项目及nano 边缘一体柜项目经理刘灵丰介绍,从2018年初步接触,到2019年10月腾讯和重庆交通大学一起成立了沙漠生态研究联合实验室,基于边缘数据中心的智慧农业解决方案成了首个合作课题。

  “传统的农业是靠天吃饭的,决策主要是靠经验积累,在气候变化多端的当代已不适合照搬。”刘灵丰说,他们制定了一套智慧农业方案,具备在6000多亩的内蒙古实验基地上,部署数万个传感器的能力,对土壤情况、气候条件、水源条件、植株生长等环境数据、视觉数据进行采集,共同组建成一个比较强大的数据网,“以后我们在看到沙漠农业的时候,就不再看到一片荒沙或者绿色的农田,而是一个个的数据点,把这些数据点结合起来分析,就可以对我们的农业生产进行科学的、有据可依的指导。”

  采集数据实时传输

  全靠这台在沙漠中坚守的“宝宝”

  若需要在6000多亩的实验基地上部署数万个传感器,一年大概会产生150万个数据包以及50P以上的数据存储量,如何能够保障这些数据的采集、存储和处理,让科研团队们能够简单快捷的使用到这些数据。一个20多人的技术研发团队在刘灵丰的带领下组成。

  在试验基地的办公区的空地上,立着一台2米高、1.2米宽的nano边缘一体柜,对于目前正在怀孕中的刘灵丰来说,这个边缘一体柜就像她另一个宝宝。“这是我们用心打造的一款针对沙漠极端气候条件的数据中心产品,性能提升50%~75%,可靠性提升50%的同时制冷系统能耗却降低69%。”

  “这个nano边缘一体柜是全国首台带自然冷却的单柜数据中心。”腾讯云数据中心架构师韩鹏瑞介绍,它是整个边缘数据中心的核心,承担了数据接收、存储和处理。它的算力最大可支持5120个虚拟核同时计算,也就是说,一台电脑需要4个月才能完成的工作量,在nano一体柜只需要一个小时就可以完成同样规模的科研计算,效率可以提升两千多倍。而且无须专业人士值守,还能抵御沙漠的风沙和冬季的严寒。

  “以前我们在现场采集数据后,用硬盘拷贝回重庆再进行研究。”蒋学皎说,现在数据采集后能在柜子里直接进行处理,将核心有效数据上传到云,他们在重庆就能掌握各种实时数据,进行研究。“以前我们是靠经验总结,现在有了数据支撑,研究时间大大缩短了。”

  “乌兰布和每年有一亿吨的沙子会落入黄河。现在我们在乌兰布和沙漠的治理中,关键点一是阻止沙漠向东面侵蚀,进入黄河;二是对附近矿山治荒漠化理修复。”阿拉善盟的发改委主任的罗志铁说,对于易志坚团队的研究他们很认可,已经考虑在乌海湖治理中引用。

  易志坚说,他们现在是在和沙漠赛跑,全球每年以5万到7万平方公里的速度在疯狂扩张,相当于每年消失两个海南岛。我国家有173万平方公里沙化土地,如果采用沙漠土壤化方法把它恢复1%,就是2600万亩,能有助于解决我国西北地区沙漠化严重,土地利用率低问题。对于技术产业化,他始终保持着科研人的严谨,他表示,未来至少三年,他们的土壤化技术推广面积会大大提高,但还是在试验推广的阶段,他们会进一步的研究和积累数据,为规模化的产业推广打下牢固的基础。