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沙漠变绿洲背后:力学的价值和边缘计算的助攻

2020-11-25 21:19

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全球荒漠化正以每年五万到七万平方公里的速度扩张。
我国沙漠化土地面积达173万平方公里,每年造成的经济损失上千亿元,近4亿人直接或者间接受到沙漠化的影响。
重庆交通大学沙漠土壤化科研团队,通过“约束材料”的加入,让沙子具备土壤保水保肥的特性,在沙漠中开辟出一片壮观的绿洲。
如今,这个科研项目有了新帮手——重庆交通大学联合腾讯成立实验室,借助腾讯云边缘计算实现科研效率的提速,助力打造科技化、智慧化的沙漠农业,为沙漠治理提供精确化的数据支撑。

沙漠土壤化科研项目在内蒙古乌兰布和沙漠的试验基地

沙子为什么能够土壤化?
一边是草原大面积退化的沙地,一边是长势良好的农田。——这是位于内蒙古乌兰布和沙漠试验基地里的秋日景象。
试验基地里种上了玉米、瓜果蔬菜、中草药、草、乔木灌木等百余种植物,还吸引来了大量蝴蝶、蚂蚁、鸟、老鼠、青蛙和蟾蜍等动物安家其中,偶尔还有狐狸和獾光顾。

位于内蒙古乌兰布和沙漠的试验基地里长出的西瓜

沙子为什么能够土壤化?
据领衔沙漠土壤化科研项目的重庆交通大学副校长易志坚解释,土壤天然有两个力学状态:它在干的时候是干土团,是一个固体;它在湿的时候是稀泥巴,是流变体。土壤的力学特征赋予了土壤自修复和自调节生态力学属性。变土的过程是颗粒约束改变颗粒物质力学状态的过程,也就是把沙子从离散状态通过约束转化为固体(也就是干土团)和流变体(也就是稀泥巴)的过程。
“一盘散沙,加上约束材料,然后加水拌合,稀泥就出来了,它存储水分的能力强,具有自修复和自调节的生态力学属性,同时保水保肥能力强,所以土壤化的沙子能够成为植物的载体。”易志坚讲述“点沙成土”的原理,也就是通过黏合剂与沙粒共同变成一张“网”,像土壤一样实现保水和保肥,能够存储水分、养分、空气和滋生微生物,具备植物生长的基本条件,进而通过植物种植,形成生态系统正循环。
“让力学遇见了沙漠。”易志坚认为,沙漠土壤化是一个事业,而不是一个简单的科研项目,也不是一个简单的产业化项目,“它的研究和推广,在某种程度上是造福人类的项目。”

沙漠土壤化科研项目由重庆交通大学副校长易志坚教授领衔

然而,在近十年的沙漠土壤化研究中,还有很多悬而未决的问题困扰着易志坚团队。
比如,如何能使沙漠农业在最少的资源投入下获得最佳的产出?沙漠的气候条件和土壤性质适合种植哪些农作物?一年几季?在沙漠地区大面积发展农业后,对沙漠地区的气候,温湿度指标、生态、环境、人类活动等方面又会产生怎样的影响?
腾讯云边缘计算提升科研项目效能
2016年至今,科研团队已经在内蒙古乌兰布和沙漠、新疆和田塔克拉玛干沙漠、四川阿坝州若尔盖草原大面积退化沙地等不同的荒漠化地区进行试验。为探索适合沙漠地区低耗、高产、绿色的种植方式,并对项目成果进行规模化和产业化推广,科研团队需要对大气环境、土壤、水质以及生物量等数据进行研究积累,从而了解这些参数是如何影响沙漠土壤化效果的。
这时,海量的数据采集、筛选、分析成为了横亘在团队面前的技术难题。
“沙漠土壤化项目在解决了怎么种、种什么的问题之后,下一个问题是如何种得好,包括产量的提升,生态的建设等,这些都离不开数据的支撑。”易志坚表示,腾讯云强大计算力的加持,能够让科研团队更快摸索出沙漠土壤化后的科学种植模式及其生态影响,也能够为更精确地研究中长期生态环境变化提供更多可能。
2019年10月,重庆交通大学与腾讯签署“腾讯-重庆交大沙漠生态研究联合实验室”框架合作协议,借助腾讯云在云计算、边缘计算、大数据、AI、IoT等方面的先进技术解决科研瓶颈,推动项目成果加速落地。目前,一个由物联网传感器、边缘网关以及一体柜组成的边缘数据中心腾讯云Nano T-block,已经在内蒙古乌兰布和沙漠试验基地中部署完成,并能与云端实现协同。

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