2020-11-23 18:45:52聖天使

那群給沙漠「換臉」的人



[出品:虎嗅科技組*作者:張雪]

封面| 騰訊提供

「我同年的人都在想怎麼養生了,我們還在往沙漠裡跑,事實上,我樂在其中。」如果不被告知,相信沒人會認為這個面色黝黑又衣着簡單的中年男人竟是一個高校副校長,反之,與其背後的土地相稱,他似乎更像是一個農田間的耕種人。




易志堅和被他改造過的沙漠,來源:虎嗅拍攝


誠然,這幾年間,易志堅已經習慣了與泥沙為伴,如今的他不僅能在講台上侃侃而談,在田地間,他也如數家珍般介紹着每一塊土地的農作物和生長細節。

不過,作為重慶交通大學副校長的易志堅也坦言,自己怎麼也沒想到在力學上搞了大半輩子研究,竟然會在沙漠上收穫另一番事業。

而與他一起進行這場探險之旅的還有數十個重慶交通大學的老師和學生。

相比於普通的農業項目,易志堅的團隊更專注於沙漠上的生態恢復和作物種植,也就是「沙漠土壤化」。如果「點石成金」是個偽命題,那讓沙變土呢?帶着這樣的疑問,我們走進了易志堅的團隊和他們的第一塊規模試驗田——烏蘭布和沙漠。


秘密項目

「我最早的研究成果是彈塑性斷裂力學線場分析方法,到重慶交通大學工作後,接觸到了鋼筋混凝土、橋樑、道路、材料,並做出了韌性聚合物骨架孔隙混的凝土路面。在研究路面的過程中,我忽然發現了從顆粒物質到混凝土實際上是一個狀態改變,而改變的機理是約束決定了顆粒物質狀態的改變,這讓我瞬間想到了沙子可以變為土壤。」

就是這樣的一個「突發奇想」開啟了易志堅團隊十二年來的探索歷程。


不過,在最初他們是在一個低調保密的情況下進行研究的,一方面,作為沙漠治理領域的門外漢,他們對研究結果並不確定,另一方面,他們的研究純粹是利用自己課餘時間進行的,所以在外界看來,這個項目十分神秘,甚至是多年來的一個秘密項目。

需要指出的是,這個項目啟動的原因,除了一個「碰巧」的思考外,背後還有着一個十分嚴峻的全球荒漠化事實。


長久以來,全球荒漠化是人類一直以來面對的難題,沙漠面積要占全球陸地的四分之一,並正以每年五萬到七萬平方公里的速度擴張,相當於每年消失兩個海南島。

具體到我國,當前我國沙漠化土地面積達173萬平方公里,每年造成的經濟損失上千億元,近四億人直接或者間接受到沙漠化的影響,所以,沙漠也被稱為「地球癌症」。


而「沙漠土壤化」的項目,也不僅僅是一個簡單的科研推廣項目,更為實際的意義在於某種程度上可以造福人類,畢竟就算採用沙漠土壤化方法把我國沙漠化土地恢復1%,就是2600萬畝。

至於沙子為什麼能夠土壤化?首先要回到土壤來看,土壤天然有兩個力學狀態,乾的時候是固體,濕的時候是流變體,土壤的力學特徵賦予了土壤自修復和自調節生態力學屬性。正是如此,土壤才能夠讓植物的根系進入自身,成為植物的載體。




圖中白色粉末為易志堅團隊自主研發的約束材料,來源:虎嗅拍攝

而沙變土的過程其實是顆粒約束改變顆粒物質力學狀態的過程,也就是把沙子從離散狀態通過約束轉化為固體和流變體的過程。

據介紹,「沙變土」是在2008年提出的設想,2009年開始的研究。在開展研究的前三年,主要是在尋找最合適的約束材料。由於植物的種植是有周期性的,材料需要研發完善,所以從2009年到2011年,易志堅團隊在周圍能適種的一切地方進行試驗,包括院壩、陽台、屋頂等。


生命自有其力量。

在一次次試驗地新生命的見證下,2012年,一種名為研發植物纖維粘合材料正式得到了肯定和證明,並在隨後的三年進行了多次模擬沙漠試驗,逐漸克服了材料的穩定性、安全性和耐久性問題。

於是,易志堅團隊的膽子就更大了些,步子也更大了些。


2016年,他們第一次來到了真正的沙漠——烏蘭布和沙漠,懷着期待又忐忑的心情,易志堅團隊的沙漠首秀只選擇了25畝試驗田。

易志堅回憶稱:「我們是5月20日進行播種的,到8月4日就可以看到70多種植物長得鬱鬱蔥蔥,這給了我們非常大的一個鼓勵,從完全的寸草不生的沙漠,到變成綠色,時間非常短。」




圖片來源:官方提供

緊接着,在2017年,在烏蘭布和進行了更大規模的試驗,播種了一百來種植物,整個地面上植被幾乎全覆蓋。2018年,試點區域和面積進一步擴大,除了烏蘭布和的六千畝,還分別在塔克拉瑪干沙漠和四川若爾蓋沙化草地進行了試驗。

沒讓人失望的是,在其他地方的試驗也收穫了跟烏蘭布和一樣的效果。但也正是因為收到了十分明顯的效果,易志堅團隊的成果引起了外界廣泛的關注和媒體的爭相報道,隨之而來的還有種種質疑。

這質疑之聲在2017年和2018年間尤甚,有人質疑這是靠偽概念騙錢騙補貼的,也有人質疑其成果是缺乏持續性的。

然而,面對質疑,易志堅整個團隊選擇了沉默,選擇了忽視,即使現在被問及當年的質疑,易志堅仍表示不會正面回應。


被一則圖片新聞促成的破圈合作

禍兮福所倚。

正是因為看了2018年媒體對於易志堅團隊的報道,騰訊方面才注意到這件事,並主動尋求了合作。

談及合作的淵源,騰訊雲副總裁、騰訊IDC平台部總經理鍾遠河回憶道:「2018年,我看新聞發現了重慶交通大學沙改土的技術,覺得這是非常有意義的一件事情。另外,就是覺得他們非常辛苦,我覺得我們應該可以為這個項目做一些事情,而且這個項目值得被關注、支持和推廣的。」


有了這個想法之後,鍾遠河便讓同事和學校取得了聯繫,也就是騰訊雲數據中心高級架構師劉靈豐。

出於工程師的嚴謹,劉靈豐先去查了資料,但是她發現無論以易老師的名義查,還是團隊其他核心成員的名義查,關於這個課題的論文都不多,加上一些媒體的負面報道,當時她對這個事是有疑問的。

因為同樣作為科研人員出身,她明白這麼重大的科研項目,從2008年就開始做,快十年的時間都沒有論文成果出來,這是不正常的。

為了驗證心裏面的疑問,她便直接飛到了重慶,跟老師們當面接觸。


對於她的疑問,易志堅作了解答:「其實我們是有數據,一直在積累數據,但是我們想發一篇高水平的文章,所以我們沒有過度地消費數據,沒有把數據先流出來。」

除此之外,她還參觀了重慶的試驗田,看了長出來的作物。重慶之行過後,劉靈豐的信任程度又多一些,並把他們的沙(改造過的、沒改造過的)帶了一部分回深圳。她開始自己進行試驗—在這兩種沙里種了大蒜,後來她也明顯感覺得到,改造過紙杯里的大蒜長勢會比未改造的要好。




圖片來源:劉靈豐提供

到了這一步,她才算徹底打消了對這個事情的疑慮。

不過,懷疑的態度並不只是騰訊一方的。

易志堅團隊對於突然找上門來的騰訊也有着一絲懷疑,團隊成員蔣學皎談到,他們的懷疑並不是對於騰訊公司,而是對於所謂的智慧農業究竟怎樣落地,「腦子裡沒有概念,是一片空白的。」

劉靈豐也坦言:「騰訊的長處在互聯網、軟件,這個項目主要是沙改土、農業,跟我們真的是八竿子打不着的感覺,所以我們中間也是經歷了各種的摸索。」


直到有一天,在跟老師們閒聊中,談到了外界媒體上、學術上的質疑聲:「沙改土」真的像土一樣能把水和肥保持住嗎?

劉靈豐突然意識到,打破這個質疑,需要一些科學數據來證明。

為了用數據說話,騰訊去年在一塊沙漠試驗田上部署了攝像頭,一邊是沒有改造的沙漠,一邊是改造過以後的沙土,現場請人種植,24小時連續跟拍,將整個過程全程記錄了下來。


但這僅僅是開了個好頭,雙方都明白,最終合作肯定不能只是落在這樣的皮毛上,還是要落實智慧農業。

劉靈豐談到,「具體到怎麼推進這個事情,確實很困難,因為IDC平台部主要是做數據中心的,可以說跟智慧農業幾乎不沾邊。所以聯繫了內部的相關團隊,整合了AI lab智慧農業團隊以及無線物聯網團隊的技術力量,幫助我們一起搭建了這個模型框架。」


用數據去算出下一個「綠洲」

從易志堅團隊來看,解決了「怎麼種」,「種什麼」的問題之後,下一個問題是如何「種得好」,包括產量的提升,生態的建設以及一些自動化的問題。

傳統的農業是靠天吃飯的,決策主要是靠經驗積累,這就會帶來很多風險和不可控因素。比如農諺是老祖宗傳下來的經驗,但是在全球氣候變暖及生態變化的今天還能否適用,我們不得而知。


其次是要考慮傳統的農業經驗是否適用於沙漠農業。

舉個最簡單的例子,我們都知道,土地耕種是需要每年用耕牛或者機器翻地,讓土壤變得鬆軟,孔隙變大,存儲更多的養分和水分。

然而在沙漠中,完全不需要翻地這一說法,因為在添加了改造材料的20~30公分厚度的沙層下面,全是全是離散態的沙,鬚根可以自由舒展。


所以對於傳統的農業種植經驗,易志堅團隊需要進行驗證,而農業一季驗證就是一年,耗時非常長,並且中間還有非常多不確定因素會影響生物最終的產量和表象,很難定位具體的影響因素到底是什麼。

基於這樣的現實,沙漠農業的數據採集和分析就變得十分必要,也成為了未來增產增效的關鍵。

實際上,這也就是所謂的智慧農業方案。

 
將採集的環境數據、視覺數據,共同組建成一個比較強大的數據網,如此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,而是一個一個數據點,把這些數據點結合起來分析,就可以對農業生產進行科學的,有據可依的指導。


因此,騰訊幫助易志堅團隊,計劃以6000多畝的內蒙實驗基地為基礎,今後面積擴大後,具備部署了6萬個傳感器的能力,到那時,預計一年大概會產生150萬個數據以及50P以上的數據存儲量。


同樣,出於研究的需要,存儲的數據類型也是多種多樣的,比如氣象環境(風速、氣壓、溫濕度、CO2濃度)、土壤環境(溫濕度、電導率)、水質(濁度、PH值)環境,生物量(產量),植物表徵(植物表面形態、病蟲害)等。

這樣一來,新的問題就出現了,海量數據的採集、存儲、清洗和分析,包括最後的處理使用上,會給老師們的科研工作帶來巨大的阻力。


舉例來講,環境感知系統數據規模保守估計每天至少在1T以上,如果項目組的老師用個人頂配電腦跑算法,那麼數據集規模在800多兆時,就會出現程序運行了三天仍無結果的情況。如果處理1T的圖片,可以簡單做個近似等比例換算,以其計算能力需要數月甚至一年。


好在,解決這樣的需求,正好是騰訊所擅長的,所以騰訊方面結合內部的資源,搭建了一整套應用於智慧農業領域的邊緣數據中心解決方案。

單從性能上來說,騰訊提供的一體櫃的算力1個小時可以完成以前用一套普通電腦4個月才能完成的計算工作,或者這一個柜子可以存儲的數據需要塞滿一間400平的房間。


此外,把這些數據如何分享給在遠在重慶的研發人員,開放給全球的沙漠土壤化學者,也是一個需要解決的問題。

在前前後後一年的時間裡,在多次的交流磨合後,目前雙方的結合點已經跑通。據劉靈豐介紹,在這個項目中,騰訊與易志堅團隊的合作主要在以下兩個方面:


其一,培養一批高素質的人才,主要是關注在人工智能和沙漠生態結合的交叉學科方面。

其二,是孵化一些平台型的產品,比如騰訊的邊緣數據中心產品以及關注全球沙漠生態變化的科技創新平台,聚集全球相關領域的學者進行協同科研,最終希望能夠把科研成果落地,緩解緩解地區土地資源緊缺的局面和問題。


關於未來,易志堅團隊的目的地遠不止於沙漠。

據悉,他們已經在不同立地條件下進行了試驗,同時進一步擴大了面積,包括在撒哈拉沙漠,並在一些成熟的沙漠地區開展了產業化試驗。

在與易志堅團隊的接觸過程中,我幾次被感動。


由於科研經費短缺,他們之中自掏腰包進行項目補貼已成為家常便飯,有的人甚至以自己的房子為抵押貸款,更不用說放棄業餘時間,拋下老人孩子了。

沙漠之所以變成了綠洲,不僅在於科學存在的原理,更在於有一群人願意拋家舍業,在這條路上付出前行着。


最後,因為時值初冬,此時的沙漠試驗田已經失去了往日的生機,但仍舊可以看到殘留在田地間的農作物:番茄,辣椒,茄子,蘿蔔,西瓜,而這些作物在土黃色的大地和陽光襯托下顯得更具收穫的色彩。






以上圖片來源:虎嗅拍攝

我們有理由相信,有了這些化作肥料的作物,明年又是一個沙漠豐收年。---(虎嗅)