新疆?dāng)?shù)字棉花：人工智能與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的完美結(jié)合

          最近，中央農(nóng)村工作會議在北京召開，并最終定調(diào)：穩(wěn)住農(nóng)業(yè)基本盤。該會議還強(qiáng)調(diào)，要全力抓好糧食生產(chǎn)和重要農(nóng)產(chǎn)品供給,穩(wěn)定糧食面積，大力擴(kuò)大大豆和油料生產(chǎn),確保2022年糧食產(chǎn)量穩(wěn)定在1.3萬億斤以上。

          隨著政策落地之后，中國農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域必將會迎來新一輪發(fā)展高潮。作為關(guān)系國計(jì)民生的戰(zhàn)略物資，僅次于糧食的第二大農(nóng)作物——棉花，也將會迎來高質(zhì)量發(fā)展的重要階段，如何適應(yīng)國家大政策，如何助力棉農(nóng)增收、如何提高中國棉花競爭力...成為行業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。

          對此，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師張立禎教授也表示，棉花高質(zhì)量發(fā)展勢在必行，需要政府、企業(yè)多方發(fā)力。其中，棉花高質(zhì)量發(fā)展除了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整之外，核心還得依托科技的力量，借助生產(chǎn)方式的創(chuàng)新與突破助力棉農(nóng)提質(zhì)增效，提高中國棉花的競爭力。

          據(jù)了解，經(jīng)過長達(dá)10多年的努力，張立禎教授領(lǐng)銜組建了全球領(lǐng)先的數(shù)字棉花模型團(tuán)隊(duì)，通過產(chǎn)學(xué)研密切配合，在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中科院的支持下，通過與我國棉花產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推動者-中農(nóng)國稷科技發(fā)展有限公司的深度合作，推出了棉花科技第四次技術(shù)革命的代表性作品：“未來智慧型數(shù)字棉花”。該技術(shù)擁有我國獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)，是目前國際頂尖的作物模型，也是數(shù)字棉花領(lǐng)域里的顛覆性技術(shù)，根據(jù)多年驗(yàn)證，可以實(shí)現(xiàn)棉花畝產(chǎn)10%-20%的增產(chǎn)目標(biāo)，節(jié)約物化成本10%以上，有利于棉花產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

          為了揭秘“未來智慧型數(shù)字棉花”，農(nóng)業(yè)行業(yè)觀察專訪了中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師張立禎，并與他深度聊了聊數(shù)字棉花和未來棉花、棉花高質(zhì)量發(fā)展等相關(guān)熱點(diǎn)話題。

          實(shí)現(xiàn)畝產(chǎn)10-20%  實(shí)現(xiàn)棉花高質(zhì)量發(fā)展

          最近，新疆結(jié)合當(dāng)前自治區(qū)棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的形勢和任務(wù)，研究部署棉花產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展重點(diǎn)工作，并強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)棉花源頭質(zhì)量管控，大力推廣應(yīng)用優(yōu)質(zhì)品種，加快推進(jìn)優(yōu)質(zhì)棉基地建設(shè)。

          然而，新疆棉花還沒有完全從“大產(chǎn)業(yè)、小農(nóng)戶”的窘境中走出來。根據(jù)調(diào)查，新疆棉花種植成本高企將是一個(gè)長期存在的現(xiàn)象。隨著當(dāng)?shù)赝恋亍⑺Y源等供應(yīng)不斷趨緊，再加上生產(chǎn)資料價(jià)格的上漲，在種植規(guī)模無法較大幅度擴(kuò)張的情況下，單位成本增長較快，單位產(chǎn)量的增長壓力越來越大。

         對此，張立禎教授指出，近年來，新疆自治區(qū)對退耕還草還林、水資源稀缺農(nóng)作物限播等加大了管理力度，遏制了棉花種植面積的盲目擴(kuò)張，而且這種面積穩(wěn)中減少的趨勢可能還要延續(xù)一段時(shí)間，未來新疆棉花的總產(chǎn)量將主要依靠單產(chǎn)的提高來實(shí)現(xiàn)增長，面積大幅增加的概率不高。

          作為國際上知名的數(shù)字棉花科技帶頭人、我國數(shù)字棉花“拓荒者”，張立禎教授上世紀(jì)90年代就開始研究棉花，并經(jīng)過近20年的學(xué)習(xí)、研究、投入、實(shí)踐，終于針對棉花這個(gè)最為復(fù)雜的農(nóng)作物建成了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的作物模擬模型系統(tǒng)和全國多生態(tài)點(diǎn)多年的田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，并已經(jīng)在新疆部分棉區(qū)開始實(shí)踐應(yīng)用。同時(shí)，還推出了“未來智慧型數(shù)字棉花”與“棉花收入保險(xiǎn)”相結(jié)合的產(chǎn)融創(chuàng)新模式，與中國人保財(cái)險(xiǎn)和太平洋財(cái)險(xiǎn)共同探索數(shù)字棉花賦能鄉(xiāng)村振興的新思路。

          張立禎教授表示，數(shù)字棉花作物模型將是棉花科技的第四次革命，可以說數(shù)字棉花時(shí)代已經(jīng)來臨。未來棉花以現(xiàn)代信息技術(shù)為動力的數(shù)字棉花的應(yīng)用，不但可以大幅提高產(chǎn)量，降低成本，提升質(zhì)量，減輕勞動強(qiáng)度，而且可以提高環(huán)保水平。他說，根據(jù)多年測試，僅節(jié)水一項(xiàng)，每畝可減少10%的用水量，這意味著全疆推廣開以后，從水的供應(yīng)角度看就可以新增種植面積近400萬畝，一定程度緩解用水和土地供應(yīng)的矛盾。

          另據(jù)了解，飛花科技在數(shù)字小麥、數(shù)字玉米領(lǐng)域也有自主知識產(chǎn)權(quán)模型，可增產(chǎn)20—40%/畝；在生態(tài)農(nóng)業(yè)方面，以上數(shù)字化技術(shù)不但可以幫助農(nóng)民降低水肥投入，減少化工產(chǎn)品對土地的污染，也可以精準(zhǔn)計(jì)算農(nóng)作物碳匯數(shù)據(jù)，為國家碳達(dá)峰、碳中和服務(wù)，是人工智能與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的完美結(jié)合，也是推動農(nóng)業(yè)數(shù)字化和鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興的有利抓手。

         “數(shù)字棉花該技術(shù)把棉花種植從經(jīng)驗(yàn)型變成一個(gè)智慧型，幫助棉農(nóng)明明白白種棉花，以前是靠經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在是靠人工大腦、是靠科學(xué)技術(shù)、是靠數(shù)字賦能，即使沒有種植經(jīng)驗(yàn)的新生代農(nóng)民，也能夠利用該技術(shù)種出高品質(zhì)、高產(chǎn)量的棉花”張立禎教授指出“隨著新疆推動棉花高質(zhì)量發(fā)展思路，數(shù)字棉花技術(shù)將會推動新疆乃至全國棉花從生產(chǎn)方式上裂變，助力棉花高質(zhì)量發(fā)展”。

          據(jù)悉，張立禎團(tuán)隊(duì)的數(shù)字棉花作物模型已經(jīng)受到新疆自治區(qū)有關(guān)部門和植棉縣政府的關(guān)注，大面積落地應(yīng)用已啟動前期工作，近期飛花科技聯(lián)合中農(nóng)國稷和太平洋財(cái)險(xiǎn)已與新疆瑪納斯縣政府簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同發(fā)力20萬畝未來智慧型數(shù)字棉花項(xiàng)目。同時(shí)，該項(xiàng)目還將通過收入保險(xiǎn)賦能，服務(wù)“石瑪新區(qū)”（石河子地區(qū)+瑪納斯縣）棉花產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，這也意味著國際頂尖數(shù)字棉花模型將首先正式落戶新疆棉區(qū)。

          輕松種棉花 實(shí)現(xiàn)種植過程的智能化

          “在試驗(yàn)推廣中，我們也看到了更多的機(jī)會，尤其是新疆棉花的機(jī)械化以及棉花種植者的年輕化”，張教授談到“其實(shí)，目前新疆棉花面臨的問題不僅僅是產(chǎn)業(yè)難題，還有增產(chǎn)節(jié)本、提質(zhì)增效和現(xiàn)代化發(fā)展不平衡的難題”。

          調(diào)研發(fā)現(xiàn)，隨著新疆棉花生產(chǎn)現(xiàn)代化、智能化、信息化水平逐年提高，植保無人機(jī)、打包采棉機(jī)、殘膜回收機(jī)、智能深翻犁地機(jī)等廣泛應(yīng)用，全區(qū)棉花播種、耕地環(huán)節(jié)基本實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化。與此同時(shí)，現(xiàn)代化設(shè)備的投入與使用以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的加速上漲也加劇了棉農(nóng)追求棉花高產(chǎn)量的沖動，否則，一旦收入增長跑不過成本增長，種棉的積極性就會受到影響。

          “隨著棉花生產(chǎn)現(xiàn)代化的發(fā)展，也吸引了一大批年輕人投身棉花種植，這也注定了棉花種植技術(shù)與方法必須要發(fā)生變革，數(shù)字化、智能化種植勢在必行”張立禎表示。

          為了加速數(shù)字棉花落地與應(yīng)用，幾年前張立禎教授團(tuán)隊(duì)與中農(nóng)國稷科技發(fā)展有限公司就確立合作關(guān)系，并在新疆不同區(qū)域驗(yàn)證數(shù)字棉花模型。2021年7月，張立禎教授團(tuán)隊(duì)又聯(lián)合北京禾流農(nóng)業(yè)科技研究院和相關(guān)投資機(jī)構(gòu)與中農(nóng)國稷科技發(fā)展有限公司成立專業(yè)的數(shù)字棉花平臺公司-北京飛花科技有限公司（簡稱：飛花科技）積極推廣未來智慧型數(shù)字棉花項(xiàng)目，賦能中國棉花產(chǎn)業(yè)。他說，我們的愿景就是努力成為“全球數(shù)字棉花引領(lǐng)者”，與產(chǎn)業(yè)各方共同“構(gòu)建數(shù)字棉花產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈”，在開展國內(nèi)數(shù)字棉花業(yè)務(wù)的同時(shí)，擇機(jī)尋求海外推廣的機(jī)會，為全球棉花產(chǎn)業(yè)做出更多中國貢獻(xiàn)。據(jù)了解，已有國外企業(yè)多次表達(dá)積極的合作意愿，愿意率先引進(jìn)“未來智慧型數(shù)字棉花”項(xiàng)目，共同開發(fā)國際市場。

          在采訪中，張立禎教授還拆解了“來智慧型數(shù)字棉花”，該項(xiàng)目產(chǎn)品具體包括：

          1）構(gòu)建氣象-植物-土壤監(jiān)測設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用

          地面基站采用太陽能板供電，集成了 SFM1 莖流計(jì)、 PSY1 植物水勢儀、DPS40 莖干生長測定儀、MP406 土壤水 分測定儀、土壤溫度和氧氣含量傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測樹木液流速率、莖干水勢、莖干周長、土壤含水量、土壤溫度和含氧量，數(shù)據(jù)可通過 LoRaWAN 節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)傳輸至云平臺，用戶可在桌面和移動端在線查看、下載和分析實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

          2)打造一套未來智慧型數(shù)字棉花解決方案

          基于對農(nóng)田/溫室多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的智能解析，構(gòu)建氣象數(shù)據(jù)、土壤水分和養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)、栽培管理數(shù)據(jù)、病蟲管控?cái)?shù)據(jù)、作物高精度三維生長數(shù)據(jù)、產(chǎn)量品質(zhì)等數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫，以供作物生產(chǎn)管理模型實(shí)時(shí)調(diào)用。集成作物知識管理模型、基于過程的生長模型、基于深度學(xué)習(xí)的作物長勢長相診斷模型和投入產(chǎn)出分析模型，通過對農(nóng)田/溫室采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)前制定因地制宜的栽培方案、產(chǎn)中確定精準(zhǔn)的動態(tài)調(diào)控策略和產(chǎn)后生成經(jīng)濟(jì)效益分析報(bào)表，針對作物生產(chǎn)管理全流程形成以虛控實(shí)的數(shù)字化管控體系，降低生產(chǎn)管理過程中的勞動力成本投入的同時(shí)提高作物產(chǎn)量品質(zhì)，為實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全生產(chǎn)提供技術(shù)保障。

          “數(shù)字棉花模型除了棉花精準(zhǔn)種植、智能化種植之外，還能實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)評估、數(shù)據(jù)預(yù)測、產(chǎn)銷對接等功能。未來完全可以實(shí)現(xiàn)從種植技術(shù)到數(shù)據(jù)預(yù)測、評估的全產(chǎn)業(yè)賦能，其中，智能化種植不但可解決棉花種植者遇到的種植難題，同時(shí)也可解決保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的防災(zāi)減損和銀行的貸后管理等痛點(diǎn)，并支持政府對棉花種植全過程實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的指導(dǎo)”張立禎表示。

          最后，張立禎還談到，數(shù)字棉花項(xiàng)目符合鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略大環(huán)境，該項(xiàng)目可以幫助建立新疆棉花本土品牌，實(shí)現(xiàn)新疆棉花的品牌增值，增加棉花種植者收入，還可以在棉花期貨、棉花碳匯等方面進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，真正利用數(shù)字技術(shù)助力棉農(nóng)實(shí)現(xiàn)共同富裕。

          來源：物聯(lián)網(wǎng)世界網(wǎng)