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你能想象未來農業的樣子嗎？
田間奔跑的是沒有駕駛艙的拖拉機；模拟器裡，幾天就能培育出一個新品種；儀器在田裡過一遍，土壤成分就能一目了然……
這是雄安未來之城場景彙無人農場技術應用大賽上，中國科學院智能農業技術團隊帶來的多個農業新技術、新裝備。
值得一提的是，當下正火的人工智能都應用其中。
未來，農業會怎麼發展？技術能帶來什麼改變？
未來農業
智慧無處不在
6月26日，中國科學院雄安創新研究院“伏羲農場”資料指揮中心展示的作物資訊圖。 河北日報記者 魏 雨攝
雄安新區雄縣十裡鋪村，中國科學院智能農業技術團隊在這裡營運着500畝的“伏羲農場”。
2023年6月，這一團隊在雄安新區開始籌備建立中國科學院雄安創新研究院，聚集最先進的農業科技，瞄準智慧農場目标，打造能推廣全國的“伏羲農場”零号地樣闆。
6月28日，記者來到“伏羲農場”一探究竟。播下去10天的玉米，幼苗從麥茬間鑽出來。但開車繞着農場轉了一圈，記者發現，農場從農田設施到種植方式，跟普通大田看不出什麼差別。
智慧農場，智慧在哪兒？
此時，距離農場20多公裡的中國科學院雄安創新研究院“伏羲農場”資料指揮中心，技術團隊工程師李清琳正在分析農場的土壤資料。
智慧，藏在土壤資訊裡。
“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，不同顔色的格子錯落分布。
除了堿解氮，土壤中的磷、鉀、有機質、pH值等資訊，也都清晰彙集在一張圖上。
能精确收集到土壤資訊，靠的是一件“神器”——土壤養分伽馬能譜分析儀。在雄安未來之城場景彙無人農場技術應用大賽上，它獲得了智能農機裝備及關鍵部件賽道的第一名。
土壤養分伽馬能譜分析儀是一個長約1米的深灰色圓柱體。把它懸挂在拖拉機上，在地裡掃一遍，就能采集到30厘米深度的土壤資訊。這個過程，如同給大地拍X光片。
“土壤中某些物質含有放射性元素，伽馬能譜分析儀能接收和記錄下放射資訊，把它解析成能譜資訊。再借助大資料、數學模型與智能學習算法，把能譜資訊轉換成常見的氮磷鉀等養分含量資訊。”李清琳說。
過去，土壤資料分析是個難點。要麼靠衛星遙感，要麼靠采樣化驗。衛星遙感測出的資料準确度低。采樣化驗準确度雖高，但一來成本不低，二來采樣點位有限，很難代表每一寸土地的情況。
“伽馬能譜分析儀的檢測精度目前已經可以達到平方米級，資料準确性也高。這就為建立土壤資料庫提供了關鍵資料支撐。”李清琳說。
智慧，展現在農機裝備上。
中國科學院雄安創新研究院辦公樓下，擺放着4台新能源拖拉機。拖拉機碩大的機身、銀色的外觀充滿未來感，動力從70馬力到400馬力不等。
幾台拖拉機最大的特點是無人駕駛——壓根就沒有配備駕駛艙。上個月，就是這幾台拖拉機在“伏羲農場”種下玉米。
“拖拉機上裝有傳感器、雷射雷達、毫米波雷達，能夠實時産生近百條狀态資訊，為自動駕駛提供支援。”團隊進階工程師王鵬說，這些裝備幫助拖拉機在北鬥衛星導航的支援下，按照設定路線實作無人精準作業。
有的農機實作無人作業，作業區域僅限于農田，從倉庫到地頭的這段距離，還得需要人駕駛。未來，拖拉機可以全程無人。
智慧，還展現在數字孿生應用上。
在農業上應用數字孿生，就是用數字化手段模拟真實世界。技術團隊負責人張玉成介紹：“為‘伏羲農場’建立模型，可以在虛拟環境中推演作物長勢、病蟲害進展、氣候帶來的影響等。利用模拟推演結果，為真實世界的農業生産提供決策參考。”
雄安新區的“伏羲農場”去年開始運轉，現在還處在建設階段。張玉成說：“雄安無人農場技術應用大賽中展示的農業裝備和科技将逐漸應用到農場中，将其打造為真正引領潮流的智慧農場、未來農場。”
人工智能
為農業全面賦能
6月19日，在雄安新區雄縣的“伏羲農場”，無人駕駛農機在播種。曾 威供圖
模型、算法，這是采訪中，記者聽到的兩個高頻詞。這意味着，人工智能在“伏羲農場”已經深入展開應用。
本次雄安無人農場技術應用大賽中，中國科學院智能農業技術團隊的人工智能育種模拟器“BDA”系統還獲得基于大資料和知識庫的作物生産大模型賽道第一名。
育種也能依靠人工智能？
傳統的人工育種高度依賴育種專家的經驗。比如，育種專家看到麥田裡那些長得又高又壯的小麥植株，判斷可能是優質品種，然後通過雜交等手段培育性狀更優的品種。
“種子基因和表型的關系是複雜的，又高又壯的植株未必能培育出好種子。這時，就要‘廣撒網’，進行大樣本實驗。”技術團隊進階工程師趙洪龍表示，靠大量實驗的育種方法，有機率成分，成功率低。此外，育種周期較長，培育一粒良種可能需要幾年甚至更長時間。
人工智能是怎麼解決育種中的不确定性和周期長問題呢？
“育種模拟器系統導入了大量種子基因和表型資料，通過算法，找到基因和表型的内在關系。一種基因表現出的植株高矮、粗細、抗倒伏能力、果實大小等，基本可以預知。這就剔除了偶然的成分，育種變得更有針對性、更高效。”趙洪龍說。
使用人工智能育種模拟器能大大加快育種速度。傳統育種要遵循植物生長規律，一個培育周期，可能是半年或者一年。人工智能可以搭模組化型，模拟仿真植物生長過程。在這個虛拟世界裡，環境參數可以調整、加速，隻要算力足夠，最快幾天時間，就能培育出一粒良種。有了虛拟世界的實驗資料，現實中隻要“照方抓藥”，很快就會培育出真正的種子。
土壤養分伽馬能譜分析儀，其核心技術也是人工智能。
伽馬能譜分析儀收集土壤中的放射資訊，轉化成能譜資訊。能譜資訊是坐标系上一條條實體曲線，它并不是我們想要的氮磷鉀等土壤養分資訊。
想得到土壤養分資訊，就要對能譜資訊進行“翻譯”。翻譯過程是擷取土壤資料的最後一步，也是最關鍵一步。但是能譜資訊與土壤養分資訊的關系，存在于“黑箱”中，目前科學還很難解釋。
解決這個問題，需要向資料和模型借力。
“我們把實地測得的土壤資料和能譜資訊進行對照，試着找兩者之間數學上的對應關系。這種對應關系，就是一種模型。随着投喂給模型的資料不斷增加，模型的架構也逐漸清晰。最終，把能譜資訊輸入已經訓練好的模型，就能依據算法轉化成土壤養分資訊。”李清琳說。
農機田間作業，同樣也離不開人工智能的參與。
設定無人農機在田間的行走路線，需要事先采集農田的基本資訊。比如土地的面積，以及土地邊界、溝渠、電線杆、樹等精準位置。
動辄幾百畝、上千畝的農場，靠人去采集這些資訊工作量巨大。這時，智能圖檔識别就派上了用場。
“技術人員先用海量圖檔對人工智能模型進行訓練，讓它學習觀察道路、田埂、溝渠、障礙物的特征資訊。然後将無人機航拍農場的圖檔交給人工智能模型來識别，進而建構起農田的基本資訊，友善無人農機作業。”王鵬說。
人工智能不但能為農業生産賦能，其自身還具備成長性。
王鵬将人工智能模型的進化比喻成人的成長：“資料量代表了人工智能的智力水準。不斷給它‘喂’資料，就相當于‘喂’學習資料，人工智能越學越多，智力水準就越來越高。”
未來，人工智能的育種方法效率會更高，土壤養分資訊測量會更精準，人工智能将在農業中發揮更重要的作用。
精準農業
提升農業精細管理能力
掌握每一寸土地的土壤資訊，擁有了土壤資料庫，能做什麼？
李清琳給出的答案是：精準施肥。
“一塊土地上，每平方米的土壤養分含量都不一樣，這與施肥方式有關。農民施肥，通常是抓起化肥，一把一把撒在田間。撒到的地方，土壤養分富集；邊邊角角撒不到的地方，土壤養分就不足。”李清琳說。
當擷取了土壤資訊，就能變量施肥，缺什麼補什麼。這樣一來，不但能節約肥料，還能讓土壤養分變得均衡。
在“伏羲農場”資料指揮中心，李清琳向記者展示了呼倫貝爾“伏羲農場”中氮元素的變化。3年前，土壤資訊圖上代表不同元素的紅黃綠格子雜亂分布。經過變量施肥，如今，圖上是清一色的黃色格子，這代表着氮元素已被調節到合理水準。
“變量施肥需要精細操作，靠人工實作起來難度大。”李清琳說，他們正在研發機器，将依據已有的土壤養分資訊，對症下藥，精準施肥。
精準農業，不僅展現在施肥上，還展現在管理上。
在中國科學院雄安創新研究院拍攝的播種玉米視訊中，能看到無人駕駛的農機就像長了眼睛一樣筆直前進。
這又是怎麼做到的？
依靠的是農機中植入的北鬥導航系統。
“即使經驗豐富的機手駕駛農機，在田間的行進路線也可能會有偏移。而使用無人駕駛農機，能保證行進是一條直線，而且播種密度均勻。”王鵬表示，北鬥導航系統控制下的無人駕駛，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，這就是精準管理的意義。”王鵬說。
精準，是中國科學院智能農業技術團隊不斷提及的農業理念。先進的農業裝備和農業科技的使用，都在圍繞“精準”展開，這與農業生産的現狀有關。
資料表明，近年來化肥使用量不斷增加，糧食增産效果卻不明顯。換句話說，土地本身的潛力幾乎開發到了極限，是以再想實作糧食增産，需要轉向田間管理。
“有研究表明，近15年玉米單産增加的主導因素，田間管理占40%左右。可見，精細化管理對提高糧食單産有很大作用。”張玉成說。
精細化管理離不開數字化的手段。
在雄安新區“伏羲農場”資料指揮中心，大螢幕上能看到全國多個“伏羲農場”的資料資訊，包括土地利用情況、土壤墒情、氣象資料、智能農機統計、病蟲害監測等。
“未來，全國‘伏羲農場’的資料都會彙聚到雄安。我們通過資料分析，精準掌握農田狀況，做到精量播種，變量施肥、打藥、灌溉，這将提升農業的增産潛力。”張玉成說，不僅如此，幾千畝、上萬畝土地的精耕細作，今後或許隻需幾個人就能管理。
越發智能的“伏羲農場”正在走向産業化和市場化。河北的第二座“伏羲農場”，正在邯鄲館陶籌建中。
“‘伏羲農場’具備很強的可複制性，下一步，我們也準備在全國範圍推廣。”張玉成說，科研的目的就是要把先進的農業技術和農業經營理念傳遞出去，讓農業産業全面提升。（河北日報記者 魏 雨）
■ 記者觀察
當工程師下場種地
中國科學院智能農業技術團隊的成員全部來自中國科學院計算技術研究所，是一群不折不扣的工程師。
2023年6月，智能農業技術團隊來到雄安新區，支援中國科學院雄安創新研究院建設。工程師們帶來的，還有團隊多年積累的科研成果和經驗。
來雄安當年，智能農業技術團隊建了一塊試驗田——伏羲農場。
“伏羲農場”這個名字頗有來曆。中國科學院智能農業技術團隊工程師張曉博這樣解釋：伏羲是中華人文始祖，他用一系列發明創造帶領華夏先民告别洪荒邁向文明。工程師們從事農業技術研發，想到了伏羲這個人文符号，是以給他們的試驗田取名“伏羲農場”。
在這些工程師的主導下，未來農業展現出十足的科技感，“坐在屋裡就能把地種了”已經不再遙遠。
通過遠端控制系統，農戶坐在電腦前，就可以操控農機在田間播種、收獲；經過改造後的水利系統，使用電子裝置開關閥門、控制流量進行澆地，再也不需要深一腳淺一腳走向田間。
科學、高效的管理方法，為農業生産節約成本、增加效益。
靠着遍布農場的傳感器和電子資訊系統，作物資訊、土壤資訊、病蟲害資訊、氣象資訊等盡收眼底，為科學決策提供依據，間接也轉化成了收益。
這或許能解決今後誰來種地的問題。
記者在走訪多個農業大縣時發現，農業生産正從一家一戶的小農生産，逐漸向規模化、集約化發展，大型機械裝置在田間身影頻現，耕種效率大大提高。有的地方，規模較大的農業服務組織依靠土地流轉、托管等，在較大地塊上使用更多的科學技術和先進農業機械。
“伏羲農場”，這個代表未來農業方向的農場樣闆，在回答誰來種地這個問題時，答案是工程師。
“小田變大田的土地集約化經營是未來趨勢。農業走向現代化，一定伴随着農業科技的現代化。農業科技，一定離不開數字化、智能化手段。而這些，都需要工程師的參與。”張曉博說。
中國科學院智能農業技術團隊做“伏羲農場”項目之初，不少工程師帶着一種情懷，他們想改變農民“面朝黃土背朝天”的勞作環境，把農民從繁重的體力勞動中解放出來。
在研發過程中，他們自己也沒想到，會慢慢從工程師變成了“新型職業農民”。
這個變化，團隊成員都樂于接受。
“能用手中的技術改變種地的方式，為農業節本增效作貢獻，為國家糧食安全作貢獻，與有榮焉。”張曉博說。
文/河北日報記者 魏 雨
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