全球荒漠化正以每年五萬到七萬平方公里的速度擴(kuò)張。

我國沙漠化土地面積達(dá)173萬平方公里，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失上千億元，近4億人直接或者間接受到沙漠化的影響。

重慶交通大學(xué)沙漠土壤化科研團(tuán)隊，通過“約束材料”的加入，讓沙子具備土壤保水保肥的特性，在沙漠中開辟出一片壯觀的綠洲。

如今，這個科研項目有了新幫手——重慶交通大學(xué)聯(lián)合騰訊成立實驗室，借助騰訊云邊緣計算實現(xiàn)科研效率的提速，助力打造科技化、智慧化的沙漠農(nóng)業(yè)，為沙漠治理提供精確化的數(shù)據(jù)支撐。

沙漠土壤化科研項目在內(nèi)蒙古烏蘭布和沙漠的試驗基地

沙子為什么能夠土壤化？

一邊是草原大面積退化的沙地，一邊是長勢良好的農(nóng)田?！@是位于內(nèi)蒙古烏蘭布和沙漠試驗基地里的秋日景象。

試驗基地里種上了玉米、瓜果蔬菜、中草藥、草、喬木灌木等百余種植物，還吸引來了大量蝴蝶、螞蟻、鳥、老鼠、青蛙和蟾蜍等動物安家其中，偶爾還有狐貍和獾光顧。

位于內(nèi)蒙古烏蘭布和沙漠的試驗基地里長出的西瓜

沙子為什么能夠土壤化？

據(jù)領(lǐng)銜沙漠土壤化科研項目的重慶交通大學(xué)副校長易志堅解釋，土壤天然有兩個力學(xué)狀態(tài)：它在干的時候是干土團(tuán)，是一個固體；它在濕的時候是稀泥巴，是流變體。土壤的力學(xué)特征賦予了土壤自修復(fù)和自調(diào)節(jié)生態(tài)力學(xué)屬性。變土的過程是顆粒約束改變顆粒物質(zhì)力學(xué)狀態(tài)的過程，也就是把沙子從離散狀態(tài)通過約束轉(zhuǎn)化為固體（也就是干土團(tuán)）和流變體（也就是稀泥巴）的過程。

“一盤散沙，加上約束材料，然后加水拌合，稀泥就出來了，它存儲水分的能力強(qiáng)，具有自修復(fù)和自調(diào)節(jié)的生態(tài)力學(xué)屬性，同時保水保肥能力強(qiáng)，所以土壤化的沙子能夠成為植物的載體?！币字緢灾v述“點(diǎn)沙成土”的原理，也就是通過黏合劑與沙粒共同變成一張“網(wǎng)”，像土壤一樣實現(xiàn)保水和保肥，能夠存儲水分、養(yǎng)分、空氣和滋生微生物，具備植物生長的基本條件，進(jìn)而通過植物種植，形成生態(tài)系統(tǒng)正循環(huán)。

“讓力學(xué)遇見了沙漠?！币字緢哉J(rèn)為，沙漠土壤化是一個事業(yè)，而不是一個簡單的科研項目，也不是一個簡單的產(chǎn)業(yè)化項目，“它的研究和推廣，在某種程度上是造福人類的項目?！?/p>

沙漠土壤化科研項目由重慶交通大學(xué)副校長易志堅教授領(lǐng)銜

然而，在近十年的沙漠土壤化研究中，還有很多懸而未決的問題困擾著易志堅團(tuán)隊。

比如，如何能使沙漠農(nóng)業(yè)在最少的資源投入下獲得最佳的產(chǎn)出？沙漠的氣候條件和土壤性質(zhì)適合種植哪些農(nóng)作物？一年幾季？在沙漠地區(qū)大面積發(fā)展農(nóng)業(yè)后，對沙漠地區(qū)的氣候，溫濕度指標(biāo)、生態(tài)、環(huán)境、人類活動等方面又會產(chǎn)生怎樣的影響？

騰訊云邊緣計算提升科研項目效能

2016年至今，科研團(tuán)隊已經(jīng)在內(nèi)蒙古烏蘭布和沙漠、新疆和田塔克拉瑪干沙漠、四川阿壩州若爾蓋草原大面積退化沙地等不同的荒漠化地區(qū)進(jìn)行試驗。為探索適合沙漠地區(qū)低耗、高產(chǎn)、綠色的種植方式，并對項目成果進(jìn)行規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化推廣，科研團(tuán)隊需要對大氣環(huán)境、土壤、水質(zhì)以及生物量等數(shù)據(jù)進(jìn)行研究積累，從而了解這些參數(shù)是如何影響沙漠土壤化效果的。

這時，海量的數(shù)據(jù)采集、篩選、分析成為了橫亙在團(tuán)隊面前的技術(shù)難題。

“沙漠土壤化項目在解決了怎么種、種什么的問題之后，下一個問題是如何種得好，包括產(chǎn)量的提升，生態(tài)的建設(shè)等，這些都離不開數(shù)據(jù)的支撐?！币字緢员硎?，騰訊云強(qiáng)大計算力的加持，能夠讓科研團(tuán)隊更快摸索出沙漠土壤化后的科學(xué)種植模式及其生態(tài)影響，也能夠為更精確地研究中長期生態(tài)環(huán)境變化提供更多可能。

2019年10月，重慶交通大學(xué)與騰訊簽署“騰訊-重慶交大沙漠生態(tài)研究聯(lián)合實驗室”框架合作協(xié)議，借助騰訊云在云計算、邊緣計算、大數(shù)據(jù)、AI、IoT等方面的先進(jìn)技術(shù)解決科研瓶頸，推動項目成果加速落地。目前，一個由物聯(lián)網(wǎng)傳感器、邊緣網(wǎng)關(guān)以及一體柜組成的邊緣數(shù)據(jù)中心騰訊云Nano T-block，已經(jīng)在內(nèi)蒙古烏蘭布和沙漠試驗基地中部署完成，并能與云端實現(xiàn)協(xié)同。

騰訊云邊緣數(shù)據(jù)中心Nano T-block

據(jù)騰訊云數(shù)據(jù)中心高級架構(gòu)師劉靈豐介紹，借助Nano T-block，科研團(tuán)隊所需的數(shù)據(jù)可以通過物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備采集后，會經(jīng)由邊緣網(wǎng)關(guān)傳輸至柜內(nèi)服務(wù)器經(jīng)過數(shù)據(jù)的清洗和初篩，再把有效數(shù)據(jù)上傳到云端的智維平臺進(jìn)行分類和鑒別，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘。同時，云端訓(xùn)練出來的AI模型也能下沉至Nano T-block邊緣數(shù)據(jù)中心，進(jìn)一步推動數(shù)據(jù)的就近處理。 

正在采集植物表征數(shù)據(jù)的傳感器

騰訊云Nano T-block在架構(gòu)設(shè)計上也充分考慮了沙漠中的極端氣候條件。劉靈豐介紹，作為國內(nèi)首臺帶自然冷卻的單柜數(shù)據(jù)中心，Nano T-block能適用于零下45度到55度的惡劣天氣，還擁有防風(fēng)沙組件，系統(tǒng)可靠性相對一般邊緣數(shù)據(jù)中心提高50%，制冷系統(tǒng)的能耗最大降低69%。與此同時，運(yùn)維人員也能夠借助騰訊云數(shù)據(jù)中心智維平臺對Nano T-block實現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控和運(yùn)維。

目前，騰訊云Nano T-block正在給科研項目帶來效能上的明顯提升。

比如在作物產(chǎn)量方面，團(tuán)隊需要使用環(huán)境采集系統(tǒng)、田間植物表型征采集系統(tǒng)、高光譜采集系統(tǒng)、全時視頻監(jiān)控系統(tǒng)等采集大量數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析品種適應(yīng)性、環(huán)境變化、栽培管理等，每天至少會產(chǎn)生1T的數(shù)據(jù)量。

“我們曾經(jīng)用頂配電腦來處理深度學(xué)習(xí)框架，結(jié)果800MB的數(shù)據(jù)跑了三天還在迭代算法?，F(xiàn)在借助騰訊云邊緣數(shù)據(jù)中心的算力，很快就能得到訓(xùn)練結(jié)果。”重慶交通大學(xué)沙漠土壤化科研團(tuán)隊中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析的蔣學(xué)皎老師在接受采訪時興奮地說，“有了騰訊云邊緣數(shù)據(jù)中心的算力支持，原來4個月科研計算量，現(xiàn)在最快1個小時就能完成了?！?/p>

目前，沙漠土壤化科研團(tuán)隊目前在國內(nèi)的試驗總面積已經(jīng)超過17000畝，22項科研成果獲得中國、澳大利亞、摩洛哥等國發(fā)明專利授權(quán)。2018和2019年，這項技術(shù)還走出了國門，在中東沙漠和非洲撒哈拉沙漠進(jìn)行了試點(diǎn)。

“數(shù)字技術(shù)正在各行各業(yè)中加速發(fā)揮價值，很高興能夠為沙漠土壤化提供計算力，幫助科研團(tuán)隊加速破解更多未解之謎?！彬v訊云副總裁、騰訊IDC平臺部總經(jīng)理鐘遠(yuǎn)河說。