新疆數字棉花：人工智能與現代農業的完美結合

最近，中央農村工作會議在北京召開，并最終定調：穩住農業基本盤。該會議還強調，要全力抓好糧食生產和重要農產品供給，穩定糧食面積，大力擴大大豆和油料生產,確保2022年糧食產量穩定在1.3萬億斤以上。

隨著政策落地之后，中國農業種植領域必將會迎來新一輪發展高潮。作為關系國計民生的戰略物資，僅次于糧食的第二大農作物——棉花，也將會迎來高質量發展的重要階段，如何適應國家大政策，如何助力棉農增收、如何提高中國棉花競爭力...成為行業共同關注的焦點。

對此，中國農業大學教授、博士生導師張立禎教授也表示，棉花高質量發展勢在必行，需要政府、企業多方發力。其中，棉花高質量發展除了產業結構調整之外，核心還得依托科技的力量，借助生產方式的創新與突破助力棉農提質增效，提高中國棉花的競爭力。

據了解，經過長達10多年的努力，張立禎教授領銜組建了全球領先的數字棉花模型團隊，通過產學研密切配合，在中國農業大學、華中農業大學、中科院的支持下，通過與我國棉花產業互聯網的推動者-中農國稷科技發展有限公司的深度合作，推出了棉花科技第四次技術革命的代表性作品：“未來智慧型數字棉花”。該技術擁有我國獨立自主知識產權，是目前國際頂尖的作物模型，也是數字棉花領域里的顛覆性技術，根據多年驗證，可以實現棉花畝產10%-20%的增產目標，節約物化成本10%以上，有利于棉花產業高質量發展。

為了揭秘“未來智慧型數字棉花”，農業行業觀察專訪了中國農業大學教授、博士生導師張立禎，并與他深度聊了聊數字棉花和未來棉花、棉花高質量發展等相關熱點話題。

實現畝產10-20%實現棉花高質量發展

最近，新疆結合當前自治區棉花產業發展的形勢和任務，研究部署棉花產業高質量發展重點工作，并強調要加強棉花源頭質量管控，大力推廣應用優質品種，加快推進優質棉基地建設。

然而，新疆棉花還沒有完全從“大產業、小農戶”的窘境中走出來。根據調查，新疆棉花種植成本高企將是一個長期存在的現象。隨著當地土地、水資源等供應不斷趨緊，再加上生產資料價格的上漲，在種植規模無法較大幅度擴張的情況下，單位成本增長較快，單位產量的增長壓力越來越大。

對此，張立禎教授指出，近年來，新疆自治區對退耕還草還林、水資源稀缺農作物限播等加大了管理力度，遏制了棉花種植面積的盲目擴張，而且這種面積穩中減少的趨勢可能還要延續一段時間，未來新疆棉花的總產量將主要依靠單產的提高來實現增長，面積大幅增加的概率不高。

作為國際上知名的數字棉花科技帶頭人、我國數字棉花“拓荒者”，張立禎教授上世紀90年代就開始研究棉花，并經過近20年的學習、研究、投入、實踐，終于針對棉花這個最為復雜的農作物建成了一系列具有自主知識產權的作物模擬模型系統和全國多生態點多年的田間試驗數據庫，并已經在新疆部分棉區開始實踐應用。同時，還推出了“未來智慧型數字棉花”與“棉花收入保險”相結合的產融創新模式，與中國人保財險和太平洋財險共同探索數字棉花賦能鄉村振興的新思路。

張立禎教授表示，數字棉花作物模型將是棉花科技的第四次革命，可以說數字棉花時代已經來臨。未來棉花以現代信息技術為動力的數字棉花的應用，不但可以大幅提高產量，降低成本，提升質量，減輕勞動強度，而且可以提高環保水平。他說，根據多年測試，僅節水一項，每畝可減少10%的用水量，這意味著全疆推廣開以后，從水的供應角度看就可以新增種植面積近400萬畝，一定程度緩解用水和土地供應的矛盾。

另據了解，飛花科技在數字小麥、數字玉米領域也有自主知識產權模型，可增產20—40%/畝；在生態農業方面，以上數字化技術不但可以幫助農民降低水肥投入，減少化工產品對土地的污染，也可以精準計算農作物碳匯數據，為國家碳達峰、碳中和服務，是人工智能與現代農業的完美結合，也是推動農業數字化和鄉村產業振興的有利抓手。

“數字棉花該技術把棉花種植從經驗型變成一個智慧型，幫助棉農明明白白種棉花，以前是靠經驗，現在是靠人工大腦、是靠科學技術、是靠數字賦能，即使沒有種植經驗的新生代農民，也能夠利用該技術種出高品質、高產量的棉花”張立禎教授指出“隨著新疆推動棉花高質量發展思路，數字棉花技術將會推動新疆乃至全國棉花從生產方式上裂變，助力棉花高質量發展”。

據悉，張立禎團隊的數字棉花作物模型已經受到新疆自治區有關部門和植棉縣政府的關注，大面積落地應用已啟動前期工作，近期飛花科技聯合中農國稷和太平洋財險已與新疆瑪納斯縣政府簽訂了戰略合作協議，共同發力20萬畝未來智慧型數字棉花項目。同時，該項目還將通過收入保險賦能，服務“石瑪新區”（石河子地區+瑪納斯縣）棉花產業高質量發展，這也意味著國際頂尖數字棉花模型將首先正式落戶新疆棉區。

輕松種棉花實現種植過程的智能化

“在試驗推廣中，我們也看到了更多的機會，尤其是新疆棉花的機械化以及棉花種植者的年輕化”，張教授談到“其實，目前新疆棉花面臨的問題不僅僅是產業難題，還有增產節本、提質增效和現代化發展不平衡的難題”。

調研發現，隨著新疆棉花生產現代化、智能化、信息化水平逐年提高，植保無人機、打包采棉機、殘膜回收機、智能深翻犁地機等廣泛應用，全區棉花播種、耕地環節基本實現全程機械化。與此同時，現代化設備的投入與使用以及農業生產資料的加速上漲也加劇了棉農追求棉花高產量的沖動，否則，一旦收入增長跑不過成本增長，種棉的積極性就會受到影響。

“隨著棉花生產現代化的發展，也吸引了一大批年輕人投身棉花種植，這也注定了棉花種植技術與方法必須要發生變革，數字化、智能化種植勢在必行”張立禎表示。

為了加速數字棉花落地與應用，幾年前張立禎教授團隊與中農國稷科技發展有限公司就確立合作關系，并在新疆不同區域驗證數字棉花模型。2021年7月，張立禎教授團隊又聯合北京禾流農業科技研究院和相關投資機構與中農國稷科技發展有限公司成立專業的數字棉花平臺公司-北京飛花科技有限公司（簡稱：飛花科技）積極推廣未來智慧型數字棉花項目，賦能中國棉花產業。他說，我們的愿景就是努力成為“全球數字棉花引領者”，與產業各方共同“構建數字棉花產業生態圈”，在開展國內數字棉花業務的同時，擇機尋求海外推廣的機會，為全球棉花產業做出更多中國貢獻。據了解，已有國外企業多次表達積極的合作意愿，愿意率先引進“未來智慧型數字棉花”項目，共同開發國際市場。

在采訪中，張立禎教授還拆解了“來智慧型數字棉花”，該項目產品具體包括：

1）構建氣象-植物-土壤監測設備與物聯網系統應用

地面基站采用太陽能板供電，集成了SFM1莖流計、PSY1植物水勢儀、DPS40莖干生長測定儀、MP406土壤水分測定儀、土壤溫度和氧氣含量傳感器，可實時監測樹木液流速率、莖干水勢、莖干周長、土壤含水量、土壤溫度和含氧量，數據可通過LoRaWAN節點實時傳輸至云平臺，用戶可在桌面和移動端在線查看、下載和分析實時監測數據。

2）打造一套未來智慧型數字棉花解決方案

基于對農田/溫室多源異構數據的智能解析，構建氣象數據、土壤水分和養分數據、栽培管理數據、病蟲管控數據、作物高精度三維生長數據、產量品質等數據構成的數據庫，以供作物生產管理模型實時調用。集成作物知識管理模型、基于過程的生長模型、基于深度學習的作物長勢長相診斷模型和投入產出分析模型，通過對農田/溫室采集系統實時傳輸數據的計算，實現產前制定因地制宜的栽培方案、產中確定精準的動態調控策略和產后生成經濟效益分析報表，針對作物生產管理全流程形成以虛控實的數字化管控體系，降低生產管理過程中的勞動力成本投入的同時提高作物產量品質，為實現作物高產、優質、高效、生態、安全生產提供技術保障。

“數字棉花模型除了棉花精準種植、智能化種植之外，還能實現保險評估、數據預測、產銷對接等功能。未來完全可以實現從種植技術到數據預測、評估的全產業賦能，其中，智能化種植不但可解決棉花種植者遇到的種植難題，同時也可解決保險機構的防災減損和銀行的貸后管理等痛點，并支持政府對棉花種植全過程實現更精準的指導”張立禎表示。

最后，張立禎還談到，數字棉花項目符合鄉村振興戰略大環境，該項目可以幫助建立新疆棉花本土品牌，實現新疆棉花的品牌增值，增加棉花種植者收入，還可以在棉花期貨、棉花碳匯等方面進行實踐應用，真正利用數字技術助力棉農實現共同富裕。