AI技術(shù)的應(yīng)用，有望改變第一產(chǎn)業(yè)。
1月31日，《自然》學(xué)術(shù)期刊在其最新更新中刊登了一項中國團隊的研究。由香港科技大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一支國際研究團隊的AI模型發(fā)現(xiàn)，如果世界各國用AI來優(yōu)化施肥的管理例如調(diào)整施肥時間、使用特定的肥料以及實施適當(dāng)?shù)姆N植和耕作方法等那么可以將水稻、小麥和玉米釋放的氨氣減少38%。
雖然氨并非溫室氣體，但進入土壤或大氣后，它會形成一氧化二氮等化合物，成為強效溫室氣體，引致氣候變化。各類農(nóng)業(yè)及工業(yè)活動釋放的氨會污染空氣和水質(zhì)，也會影響生態(tài)環(huán)境及人類健康。公開資料顯示，水稻、小麥和玉米釋放的氨氣，已占全球農(nóng)田氨排放總量的一半。
降低農(nóng)作物的氨排放量（ammonia），勢在必行。
自然網(wǎng)站截圖
不過，目前全球缺乏準確的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，世界各國也很難實施適合本國國情的有效減排策略。
這項刊登在《自然》上的研究，或許將給人們帶來一些啟發(fā)。
據(jù)港科大網(wǎng)站報道，項目團隊利用AI和有關(guān)數(shù)據(jù)研發(fā)了一個能預(yù)測農(nóng)田氨排放率的機器學(xué)習(xí)模型，分析氣候、土壤特征、農(nóng)作物種類，灌溉、施肥及耕作等因素對氨排放的影響。該模型能按不同地區(qū)的情況，提供最合適的施肥管理方針。
例如，研究發(fā)現(xiàn)，由于溫度最影響亞洲地區(qū)小麥種植產(chǎn)生的氨排放量，面對全球變暖帶來的影響，76%位于亞洲的小麥田，可通過施用高效肥（enhanced-efficiency fertilizers）去降低氨排放量。
研究發(fā)現(xiàn)，減低氨排放在中國等亞洲地區(qū)大有可為。數(shù)據(jù)顯示，亞洲地區(qū)有最高的緩減潛力，其次則為北美及歐洲。據(jù)研究預(yù)測，全球農(nóng)田氨排放總量于2030-2060年的30年間將增長約4%至5.5%，這意味即使只發(fā)揮少部分優(yōu)化施肥管理的緩減潛力，就能有效緩解氨排放的增長。
該研究是國內(nèi)外多家高校團結(jié)合作的結(jié)果。
據(jù)港科大網(wǎng)站，香港科技大學(xué)理學(xué)院數(shù)學(xué)系兼跨學(xué)科學(xué)院環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展學(xué)部講座教授馮志雄，聯(lián)同南方科技大學(xué)教授鄭一，領(lǐng)導(dǎo)團隊收集并分析全球不同地區(qū)橫跨1985年至2022年的田間觀測數(shù)據(jù)，制成了支持該研究的數(shù)據(jù)庫。此外，團隊成員還包括天津大學(xué)、北京大學(xué)、康奈爾大學(xué)等單位的學(xué)者。
農(nóng)業(yè)氨排放問題長期存在的根源在哪？AI技術(shù)是如何和農(nóng)業(yè)結(jié)合，逐步引入降低氨排放應(yīng)用實踐的？和國外相比，中國農(nóng)業(yè)“氨減排”的挑戰(zhàn)和機遇在哪里……對于這一系列問題，香港科技大學(xué)馮志雄教授向觀察者網(wǎng)進行了進一步解答。
觀察者網(wǎng)：馮教授好！在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式中，氨排放問題棘手的根源在哪？
馮志雄：在氮素投入不斷增加的趨勢下實現(xiàn)農(nóng)田氨減排，是全球可持續(xù)發(fā)展亟待解決的難題之一。由于人口及其食物需求的持續(xù)增長，2050年全球農(nóng)田施肥的總氮投入預(yù)計將比2010年增加46%。農(nóng)田氨排放長期以來存在的問題包括排放基數(shù)難以準確估算，各地減排路徑不明確以及部分減排措施成本較高等。
我們認為造成這些問題的主要原因之一是氨排放率與作物類型，人為管理因素，土壤和氣候條件存在著復(fù)雜的非線性關(guān)系。就是說在同一個地方，不同的作物種植和管理方式可能帶來不同的氨排放；同一種作物和管理方式在不同的地方也可能帶來不同的氨排放。
解決這一問題需要各地區(qū)因地制宜地開展減排實踐，尋找在不影響作物產(chǎn)量的同時，減少農(nóng)業(yè)污染物排放的有效辦法。
觀察者網(wǎng)：AI技術(shù)的引入解決了哪些環(huán)節(jié)的難題？能否結(jié)合例子談?wù)劊磥碛心男⿷?yīng)用空間？
馮志雄：正如剛才所說，對氨排放率與各種人為和自然因素存在的非線性關(guān)系的處理是目前的一大難題。AI技術(shù)的引入可以較好地處理這一問題。為此，我們研究團隊收集整理了來自全球超過2700條點的氨排放率田間觀測數(shù)據(jù)，并用這一數(shù)據(jù)集建立了一個估算模型。
結(jié)果表明，輸入氣候條件、土壤屬性、作物類型、施肥特征、耕作方式等信息，可在全球范圍準確估算農(nóng)田氨氣的排放率。也就是說如果你可以告訴這個模型當(dāng)?shù)氐囊恍┨卣�，比如說當(dāng)?shù)氐臏囟群屯寥李愋�，再結(jié)合你使用的肥料種類等信息，模型就可以給你估算出一個本地化的氨排放率，這為各個地區(qū)實現(xiàn)精細化的農(nóng)田管理提供了可能性。
觀察者網(wǎng)：在大多數(shù)場景下，中國農(nóng)業(yè)有著完全不同于歐美大農(nóng)場的生產(chǎn)模式。這種“非大農(nóng)場型農(nóng)業(yè)”，是否存在相關(guān)技術(shù)的落地空間？后續(xù)我們?nèi)绾斡玫统杀镜耐緩�，來實現(xiàn)這些技術(shù)的普惠化？能否結(jié)合中國乃至東亞的實際情況來談一談。
馮志雄：我們研究中考慮到的管理手段，多數(shù)是被現(xiàn)有研究廣泛證實有效的。比如有機農(nóng)業(yè)和保護性農(nóng)業(yè)措施，這些措施在東亞被廣泛提及。東亞的這種農(nóng)業(yè)特征優(yōu)勢在于其減排潛力巨大，我們的研究也表明亞洲擁有最大的農(nóng)田氨減排潛力。但其劣勢在于機械化和規(guī)�；潭炔患皻W美，相關(guān)技術(shù)落地成本較高。
關(guān)于這些措施是否能夠低成本落地目前來看還是需要各地政府針對當(dāng)?shù)氐那闆r，提供適當(dāng)補貼，制定相關(guān)助推政策，提升農(nóng)業(yè)規(guī)�；潭�。實際上，東亞地區(qū)也一直都有推行相關(guān)政策以實現(xiàn)農(nóng)田規(guī)�；芾怼１热缥覈�2017年頒布的《關(guān)于加快發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)的指導(dǎo)意見》，就指出“通過土地流轉(zhuǎn)擴大土地經(jīng)營規(guī)模，是提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)規(guī)模經(jīng)營的一條重要途徑。”
此類政策也體現(xiàn)出東亞在推進可持續(xù)農(nóng)業(yè)方面做出的努力。
觀察者網(wǎng)：與國外相比，我們在技術(shù)路徑和減排前景上有哪些不同之處？
馮志雄：我們的模型能按不同地區(qū)的情況，據(jù)“最合適的施肥管理方針”給出建議。比如針對小麥田的氨減排，全世界約61%的麥田，施用高效肥有機會達到最優(yōu)的減排效果而這一比例在中國是75%。模型輸出的國內(nèi)外最優(yōu)減排方針的差異，可以為不同地區(qū)因地制宜制定相關(guān)減排實踐提供有效的參考依據(jù)。
同時也應(yīng)該注意到，國外部分地區(qū)如北美洲和歐洲，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度已較高，減排潛力較為有限。而國內(nèi)部分地區(qū)目前仍存在較高的減排潛力，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用潛力巨大。
資料來源：《自然》網(wǎng)站、港科大網(wǎng)站、采訪（未經(jīng)本人審訂）等
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