天然沙漠綠洲?11月的内蒙古已經進入冬天，在阿拉善盟烏蘭布和沙漠重慶交通大學沙漠土壤化研究的試驗地裡，草已枯黃、蔬果已被收割，連平日活潑的野兔、田鼠也沒了蹤迹，萬物似乎已經沉寂地裡的生命也随着寒冬逝去了嗎？不，它們的情況正被各種采集器監測着，“一呼一吸”都變為涓涓“數據流”實時傳回位于沙漠實驗室的數據中心，我來為大家科普一下關于天然沙漠綠洲?下面希望有你要的答案，我們一起來看看吧!

天然沙漠綠洲

11月的内蒙古已經進入冬天，在阿拉善盟烏蘭布和沙漠重慶交通大學沙漠土壤化研究的試驗地裡，草已枯黃、蔬果已被收割，連平日活潑的野兔、田鼠也沒了蹤迹，萬物似乎已經沉寂。地裡的生命也随着寒冬逝去了嗎？不，它們的情況正被各種采集器監測着，“一呼一吸”都變為涓涓“數據流”實時傳回位于沙漠實驗室的數據中心。

“它們就像孕育在媽媽肚子裡的小生命，以前我們不清楚冬季在地下時它們會如何，但現在所有的情況都能了解。”重慶交通大學沙漠土壤化團隊成員蔣學皎說，現在他們的沙漠土壤化技術不僅是“黑科技”，還有了“高科技”。随着騰訊—重慶交通大學沙漠生态研究聯合實驗室的成立，一套基于邊緣數據中心的智慧農業解決方案孕育而生，改變了研究的傳統模式，助力他們研究沙漠綠洲背後的“秘密”。

17000畝沙漠已經變綠

還有衆多“未解之謎”待解開

“内蒙古冬天來得早，地裡的部分辣椒、西瓜都是來不及收就已經被霜凍了。”11月10日，在位于烏蘭布和沙漠實驗地裡，重慶交通大學沙漠土壤化研究團隊負責人易志堅教授一邊說着，一邊帶着記者翻看沙地裡的各種作物。經過霜打的西瓜切開還是鮮紅；白蘿蔔一拔就起，生吃依然甜脆；辣椒“二荊條”被風吹幹卻還辣味十足……

讓沙漠變成綠洲，開滿鮮花，收獲莊稼，這是易志堅教授研究團隊曆經10年的研究與實踐創造的“生态奇迹”。易志堅團隊從植物中提取了一種纖維黏合劑，放到沙裡，添加适量的水，讓沙子擁有生态力學屬性，具有了保水性，實現“土壤化”。

經過在重慶多年的實踐，2016年，團隊來到烏蘭布和沙漠小試，成功“變”出一片25畝左右的綠洲，2017年完成了中試基地内約4000畝沙漠的土壤化和綠化，2018年，面積擴大到了6000畝。生态修複的足迹還拓展到新疆和田塔克拉瑪幹沙漠、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月易志堅研究團隊已完成生态恢複建設17000畝。“沙漠土壤化”成本遠低于我國各省市土地複墾費用，平均用水量不到400方/畝，低于當地基于以色列滴灌技術制定的550方/畝的節水定額。

“從最開始驗證土壤化後植物是否能夠生長，到進行規模化試驗，擴大我們的植物種植面積，進行優勢植物的選擇和研究。再到我們發現沙漠裡植物長勢旺盛，産量也很高，而且産品特别好吃。”易志堅說，這讓他們覺得沙漠土壤化的實施，不光是可以進行生态修複，還能讓當地緻富的。同時他們也發現在沙漠複綠的過程中，還有很多“未解之謎”需要研究。

“我們發現沙漠裡種植物産量和質量會高于當地傳統農田，而且根系特别發達。”易志堅說，去年在内蒙古的高粱測産顯示最高畝産是932公斤，平均畝産是789公斤，而全國最高平均畝産是2017年的324公斤。團隊總結認為，除土壤化後的沙子保水保肥而外，沙漠松散性比土壤高，根系在土壤化層下面生長沒有較大的阻力也是一個重要原因，發達的根系可以更充分地吸取養分和水分，加上日照時間長晝夜溫差大，所以作物的産量和質量高于傳統農耕地。

不過如何能使沙漠農業在最少的資源投入下獲得最佳的産出？沙漠的氣候條件和土壤性質适合種植哪些農作物？在沙漠地區大面積發展農業後，對沙漠地區的氣候，溫濕度指标、生态、環境、人類活動等方面又會産生怎樣的影響？

要進一步的鞏固和擴大生物多樣性的研究成果，亟待解決這些“未解之謎”。

大量數據處理成研究難點

智慧農業讓研究不再“靠天吃飯”

“探索适合沙漠地區低耗、高産、綠色的種植方式，就要研究清楚作物的産量，就需要搞清楚是受哪些方面的影響，又是如何影響的。”蔣學皎是法國裡昂國立應用科學學院微生物學博士，到重慶交大任教後，2年前受邀加入團隊研究地表微生物情況。也因此，她和同在一個學校，研究人工智能的老公方勇成了一個團隊的同事，嘗試用人工智能的方式來進行幫助研究。

“這是我們自己研發的田間植物表型采集系統機器人，它配備有激光雷達、雙目相機等設備，能夠對田野裡植株的果實、病蟲害、株高等情況進行探測和分析。”蔣學皎說，這個機器人是她和丈夫一起研發的，這個機器人配合無人機載高光譜成像系統，可以采集農作物果實、病蟲害、株高、出苗率等數據，這些數據量大、來源多樣，處理是一大難點。“以前他用深度學習框架做目标檢測，用自己的電腦，數據集規模在800多兆的時候，程序運行了三天仍無結果。如果處理1T的圖片，耗時可能數月甚至數年。”

“當我們了解到易教授團隊的需求時，決定部署一個邊緣計算中心，來解決海量數據運算和深度學習模型訓練的需求問題。”騰訊雲數據中心高級架構師，沙漠項目及nano

邊緣一體櫃項目經理劉靈豐介紹，從2018年初步接觸，到2019年10月騰訊和重慶交通大學一起成立了沙漠生态研究聯合實驗室，基于邊緣數據中心的智慧農業解決方案成了首個合作課題。

“傳統的農業是靠天吃飯的，決策主要是靠經驗積累，在氣候變化多端的當代已不适合照搬。”劉靈豐說，他們制定了一套智慧農業方案，具備在6000多畝的内蒙古實驗基地上，部署數萬個傳感器的能力，對土壤情況、氣候條件、水源條件、植株生長等環境數據、視覺數據進行采集，共同組建成一個比較強大的數據網，“以後我們在看到沙漠農業的時候，就不再看到一片荒沙或者綠色的農田，而是一個個的數據點，把這些數據點結合起來分析，就可以對我們的農業生産進行科學的、有據可依的指導。”

采集數據實時傳輸

全靠這台在沙漠中堅守的“寶寶”

若需要在6000多畝的實驗基地上部署數萬個傳感器，一年大概會産生150萬個數據包以及50P以上的數據存儲量，如何能夠保障這些數據的采集、存儲和處理，讓科研團隊們能夠簡單快捷的使用到這些數據。一個20多人的技術研發團隊在劉靈豐的帶領下組成。

在試驗基地的辦公區的空地上，立着一台2米高、1.2米寬的nano邊緣一體櫃，對于目前正在懷孕中的劉靈豐來說，這個邊緣一體櫃就像她另一個寶寶。“這是我們用心打造的一款針對沙漠極端氣候條件的數據中心産品，性能提升50%～75%，可靠性提升50%的同時制冷系統能耗卻降低69%。”

“這個nano邊緣一體櫃是全國首台帶自然冷卻的單櫃數據中心。”騰訊雲數據中心架構師韓鵬瑞介紹，它是整個邊緣數據中心的核心，承擔了數據接收、存儲和處理。它的算力最大可支持5120個虛拟核同時計算，也就是說，一台電腦需要4個月才能完成的工作量，在nano一體櫃隻需要一個小時就可以完成同樣規模的科研計算，效率可以提升兩千多倍。而且無須專業人士值守，還能抵禦沙漠的風沙和冬季的嚴寒。

“以前我們在現場采集數據後，用硬盤拷貝回重慶再進行研究。”蔣學皎說，現在數據采集後能在櫃子裡直接進行處理，将核心有效數據上傳到雲，他們在重慶就能掌握各種實時數據，進行研究。“以前我們是靠經驗總結，現在有了數據支撐，研究時間大大縮短了。”

“烏蘭布和每年有一億噸的沙子會落入黃河。現在我們在烏蘭布和沙漠的治理中，關鍵點一是阻止沙漠向東面侵蝕，進入黃河；二是對附近礦山治荒漠化理修複。”阿拉善盟的發改委主任的羅志鐵說，對于易志堅團隊的研究他們很認可，已經考慮在烏海湖治理中引用。

易志堅說，他們現在是在和沙漠賽跑，全球每年以5萬到7萬平方公裡的速度在瘋狂擴張，相當于每年消失兩個海南島。我國家有173萬平方公裡沙化土地，如果采用沙漠土壤化方法把它恢複1%，就是2600萬畝，能有助于解決我國西北地區沙漠化嚴重，土地利用率低問題。對于技術産業化，他始終保持着科研人的嚴謹，他表示，未來至少三年，他們的土壤化技術推廣面積會大大提高，但還是在試驗推廣的階段，他們會進一步的研究和積累數據，為規模化的産業推廣打下牢固的基礎。

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來源： 科技日報

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