作者:倪思洁 来源:中国科学报 发布时间:2022/9/20 19:19:08
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用黑科技用好养好黑土地
走进“黑土粮仓”科技会战大河湾示范区

 

9月,又到了秋收时节,内蒙古呼伦贝尔农垦集团被包围在一望无际的金色田野里。

伴着轰鸣声,一台鲜红的拖拉机在已完成秋收的田间往返,演示着翻土、压地等作业方式。拖拉机上没有人,但几公里外的人可以在室内实时看到它的运作情况,并随时向它下达新的指令。

这台无人拖拉机名叫“鸿鹄T300”,它由中国科学院计算技术研究所(以下简称中科院计算所)牵头研制,属于第三代智能农机设备。9月,它刚刚完成样机联调,正式下线。

自2021年7月中科院启动“黑土粮仓”科技会战起,呼伦贝尔农垦集团所在的大河湾地区就成为会战的范区。与其他示范区不同,这是唯一一个由高技术口单位牵头的示范区。也正因如此,短短一年时间,呼伦贝尔的农场里就已经展现出现代农业的高级感。

在田间作业的“鸿鹄T300” 倪思洁摄

用战区理论,为黑土地建设“诊疗医院”

中科院计算所正高级工程师、呼伦贝尔农垦集团董事长助理张玉成,更习惯把示范区称其为“战区”。

“大河湾战区所处的大兴安岭东南麓区是我国黑土地的五种典型区域之一,主要特点是坡岗地多,风蚀水蚀严重。这里的黑土耕地,被水和风微度侵蚀的占53.5%,轻中度侵蚀的占46.5%。这些年来,黑土耕地的腐质层变薄,比第二次土壤普查平均减少10至15厘米,暗棕壤减少15至20厘米,有机质由每公斤68.6克降低到每公斤43.34克,而地表砾石含量却较30年前增加了近20倍。”张玉成说。

在他们眼中,黑土地就像一位病人。“大河湾这块黑土地,到底得了什么病?病因是什么?应该开出什么样的处方?通过什么手段来治疗?治疗的效果怎么样?就是大河湾示范区要解决的问题。”张玉成说。

他们产生了一个想法:把大河湾示战区建成“黑土诊疗医院”。

在战区,就要有战略。为了建好诊疗医院,来自牵头单位的中科院计算所科研人员从军工任务中,借用了博伊德循环理论(OODA)。

OODA理论说的是敌对双方互相较量谁能更快更好地完成“观察—调整—决策—行动”的循环程序,双方都要从观察开始,观察自己、观察环境和敌人。

“对应OODA理论,大河湾地区的黑土地保护与利用也分成四步——利用多种信息技术手段来感知黑土地本底数据,在信息空间模拟黑土演变与利用方式的变化关系,给出黑土地保护与利用的最佳决策,用智能化农业装备来高效执行。”张玉成。

打通数据流,提升决策系统判断力

位于扎兰屯市呼伦贝尔农垦集团的“大河湾示范区指挥中心”一层,有一间大厅,幽蓝的灯光让厅室里充满科幻味道。厅里有一块长度超过10米的曲面电子屏,电子屏面前是控制台。坐在控制台上,无论是大河湾示范区里的土地、土壤情况,还是智能拖拉机的运作情况,都能尽收眼底。

这是能够根据大数据自主决策的智能决策系统,也是“黑土诊疗医院”的实际模样。

中科院计算所高级工程师、大河湾示范区负责人陈海华介绍,目前,采集、分析、决策、执行的四个环节的数据流已经基本打通,整个系统正在不断积累数据。

“一年来,我们初步摸清了大河湾16.1万亩黑土本底数据,采集建立起连队级、地块级、种植作物种类级、10米乘以10米网格级的四级网格体系。初步建立了地块打分评价体系与黑土地演变与利用方式的基本关系模型库。初步形成了针对整个示范区所有地块的黑土地保护与利用决策体系以及针对具体地块农事作业的决策体系。初步建立了农机农艺融合的智能作业体系。”陈海华说。

例如,大河湾有一块编号为“2队9号”的地,综合打分过低,黑土质量过差。今年,科研人员以“综合效益不降低的同时保护黑土地”为目标,利用系统综合分析了地块存在的问题,建议生产队对这块地实行部分休耕,采取四月末种植燕麦,六月末收获后种植油菜,九月中下旬翻压还田的方式,增加土壤养分。

“我们把‘黑土粮仓’科技会战其他示范区已得到的保护性耕作经验转化成了计算机语言,还建立了农业专家在线决策与诊断推送系统。”陈海华说,2022年,针对不同的作业环节,决策系统累计推送建议已100余条,准确率达到80%以上。

黑土粮仓大河湾战区智能决策平台所在的大厅 倪思洁摄

陈海华向记者介绍黑土粮仓大河湾战区智能决策平台。倪思洁摄

多兵种协同,让农机农艺相融合

决策再好,落实不好也不管用。张玉成想过,倘若将决策直接传达给生产队,决策能否落地,落实程度如何,都将成为难以把握的问题。

“大多数情况下,机器是不会骗人的。”张玉成说,正因如此,在保护黑土地的过程中,他们致力于发展对黑土地友好的智能化农机。

张玉成介绍,目前,攻关团队已经初步建立农机农艺融合的智能作业体系,对大河湾现有的柴油动力农机以及农机具进行智能化改造,使其可以实现位置跟踪、计亩统计、油耗监测、深耕深松监测等。

此外,他们还联合多家科院研究所进行了一系列智能农机与农机具的测试应用。其中,中科院计算所研制了“鸿鹄”系列智能农机,包括400马力的“鸿鹄T300”、200马力“鸿鹄T150”、70马力“鸿鹄T50”、50马力的“鸿鹄T30”;中国科学院沈阳自动化研究所研制了可精准变量作业的施药机;中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心研制了定向分层一次性施肥机;中国科学院金属研究所研制了耐磨五铧液压翻转犁以及刀盘类耐磨部件等。

“在最后的执行环节中,智能拖拉机和土壤能谱探测仪搭载在一起,可以一边作业一边感知探测土壤数据,将数据流向整个闭环系统。”张玉成说。

为了用好养好黑土地,科研人员给自己设定了更高的目标。“我们计划通过五年项目实施,实现3万亩核心示范区耕地质量提升0.5个等级,综合效益提升10%以上,5000亩新能源智能农机作业示范区人力投入减少50%以上。”张玉成说。

在推广方面,他们早已心中有数。“我们计划在两到三年内打造‘大河湾模式’,服务于大河湾农场16.1万亩黑土地。三到四年实现对整个呼伦贝尔农垦集团600万亩耕地与1000万亩草场的覆盖。五年内,以‘智能农机社会化服务+保护性耕作农业大数据社会化服务’的方式,向蒙东四盟市8000万亩黑土地全面推广。”张玉成说。

张玉成向记者介绍“鸿鹄T300的性能。倪思洁摄

 
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