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農業智能化的發展方向:農業里的阿爾法狗

作者:   文章來源:互聯網   發表時間:2016-07-01    點擊量:

歌人工智能AlphaGo與世界圍棋冠軍李世石的世紀人機大戰終于落下帷幕,最終AlphaGo以4:1戰勝李世石,人工智能在象征人類最高智慧的圍棋項目中戰勝了人類,這一下讓人工智能成為時下最熱門的話題。現今的農業領域同樣也在向著智能化的方向發展,但是農業領域的智能化跟工業領域的智能化有相似的地方,也有不同的地方,本文聊聊著農業智能化的兩個發展方向。

一、跟工業化人工智能相似的智能農業

這些主要體現在智能硬件、物聯網和智能分析軟件在農業領域的研究和應用。

比如美國的CropX公司,就是一個做農業智能灌溉解決方案的農業科技企業。Cropx開發了一種土壤探測硬件,探測地形、土壤結構和含水量,并通過無線裝置實時把數據發到服務器上,然后通過數據分析土壤需求的灌溉量,這個灌溉數據實時發送給農戶用戶。通過這個裝置和系統,農戶在灌溉方面節約了大量的水資源。

這是在智能灌溉方面,還有在病蟲害防治方面。相比于傳統的大規模噴灑農藥,有家叫Semios企業提供了更智能的抵御病蟲害的方式。

Semios在農田中安裝探測器、攝像頭實時監控農場中害蟲的密度,并將信息通過無線聯網。當害蟲的密度超過警戒密度時,則會發出警告,并通過安裝在農田中的另一個裝置噴灑信息素(而非農藥)。這些信息素可以干擾昆蟲的交配,從而達到控制蟲害的效果。這種方式可以取代殺蟲計,對環境更友好,食品更安全。

還有一種是農業生產管理的智能分析。比如,Descartes Labs通過對包含可見光和紅外光譜的衛星圖像進行校準和分析,為農業提供一些關鍵數據。還有一個叫Prospero的農業智能機器人,這是一個會播種的機器人,會自動優化播種的間距及深度。

上面說的是跟工業人工智能相似的發展方向,而在農業領域的另外一個智能發展的方向更能體現出農業的不同之處。

二、向大自然學習,利用自然界各種生物的不同習性進行巧妙的設計

這種生態特性的智能農業不僅可以有更好的農業產出,還對環境更加友好。

舉個例子,玉米是全球主要的農作物之一。在玉米的主要種植國美國,玉米的種植是大規模機械化的單一種植,這造成了玉米種植對除草劑和殺蟲劑的過度依賴。而同樣在北美的墨西哥,一種傳統的混種模式給出了“古老”但有智慧的解決方案。

墨西哥農民通常是把玉米、四季豆和南瓜一起種植的。玉米桿可以作為四季豆生長的架子;四季豆可以固定空氣中的氮氣,增強土壤肥力;南瓜的葉子可以遮蔽陽光,從而保持土壤濕潤。在混種的農田中也有所謂的“雜草”,但是這些“雜草”并不被當地農民視作雜草,而且當初家畜的飼料,而家畜的糞便又可以成為農田的肥料。這種生態混種農業不用化肥、不用除草劑、殺蟲劑,也不用任何農藥

左圖:美國的工業玉米模式,右圖:墨西哥的生態農業玉米種植模式

還有一個相似的例子在非洲,非洲的玉米種植長期受到玉米螟蛾和巫婆草的危害。玉米螟蛾可降低籽粒產量;巫婆草會把把地理的養分都吸走。這些危害讓非洲每年為此損失70-130億美元。

印度昆蟲學教授澤約爾卡恩找到一種解決方案,在玉米地中種植山螞蝗草,然后在玉米地旁邊種植狼尾草。山螞蝗草可以破壞巫婆草的根,這樣就除掉了巫婆草,同時,山螞蝗草可以起到固氮的作用,為玉米提供足夠的養分;另一方面,玉米螟蛾不喜歡山螞蝗草的氣味,這樣就可以驅蟲,玉米地旁邊的狼尾草吸引螟蛾,螟蛾就跑到這邊,狼尾草會分泌粘液吸附螟蛾的幼蟲,從而殺死螟蛾。這樣的做法既節省了肥料和農藥的費用,也不對環境造成破壞。

還有一個例子是對功能植物香草的智能應用。香草大家熟悉的是其提取物在醫學和化妝品行業的應用,但是大家并不熟悉香草有著改造自然生態環境的功能,比如驅蟲、提高周圍生物免疫力,甚至可以大大簡化有機堆肥的過程。

在我國安徽合肥有個小團山香草農莊,農莊的設計和建設者是臺灣東吳大學物理學教授郭中一。郭教授當初選擇的小團山是一個沒人要的廢棄采石場,一片荒蕪。農場初期的建設先是靠大量的豆科植物和功能香草,來改善這里的土壤環境和生態環境,增加土壤的有機質和肥力。

這里種植的一種叫康復利的香草,這個香草可以大大簡化生態農業中的有機堆肥。通常的有機堆肥發酵時間長而且菌種難控制,但是如果把這些原料糞肥直接給康復利,康復利吸肥能力強,可以直接吸收糞肥,然后把康復利的葉子割下來,放在桶里。過兩個禮拜,葉子化成液體,直接噴灑。通過利用這些生物智能,農莊可以在農業方面大大節省人力物力。
 

左圖:2005年小團山是廢棄的采石場;右圖:2009年小團山已經生機盎然

這種利用自然界生物特性的智能農業,說白了點有點像道家的“道法自然”,看似有點古老,但是智慧是永恒的。農業行業的特殊性,使得利用生物特性的智能農業為我們的發展提供了更廣闊、環境更友好、更具有可持續性的解決方案。

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