【版權聲明】本文為騰訊新聞「哈勃計劃」稿件，由北京青年報在騰訊新聞獨家首發，任何第三方未經授權，不得轉載。
記者/梁婷
編輯/計巍
烏蘭布和沙漠裡生長出的農作物
我們習慣了沙漠是望不到邊的土黃色，一腳踩下去，沙子直接灌入。在烏蘭布和，這個習慣被打破了。一條柏油馬路穿過，一邊是我們習慣的那樣，另一邊是完全不同的景象。
玉米、高粱杆子直立著，因為一場突如其來的霜凍，蔫巴、發軟了的西紅柿和西瓜躺在沙地中。這裡也有來不及秋收的遺憾。但如果你夠仔細，還可以從中發現一些依然甘甜的小番茄。
千畝農田成為烏蘭布和沙漠的驚喜
秋天，烏蘭布和沙漠裡生長出的高粱
蒜頭奇妙生長
劉靈豐種植的兩顆蒜破土了，這本沒什麼稀奇。
它們都被種在盛著沙子的一次性紙杯中，享受著同樣的光照、水分，唯一不同的是，其中一杯沙裡添加了一種材料。一個星期的時間，差別逐漸顯現。加了材料的杯子裡，蒜頭早了四天發芽，枝芽明顯挺拔一些。
這兩顆蒜的故事要從2018年講起。騰訊雲副總裁、騰訊IDC平臺部總經理鍾遠河在瀏覽新聞時，無意中看到了關於重慶交通大學沙漠改良田技術的圖片報導。沙漠背景下是一片片鬱鬱蔥蔥的綠，向日葵、高粱繁茂生長，甚至還有青蛙和兔子在這裡露面。
鍾遠河覺得這是非常有意義的一件事，「沙漠化是全球共同面臨的難題。而且中國國土貧瘠，人均耕地面積是世界的幾分之一。我們自己的高校就有這個技術，不但可以在沙漠裡恢復生態，也許還可以發展農業。」他想，致力於科技向善的騰訊，應該可以為這個項目做點什麼。
騰訊雲數據中心的高級工程師劉靈豐承接下了這個任務。從深圳到重慶再到烏蘭布和，她一路體驗，真實地感受到了沙漠變良田的過程。
沙漠中種植的西瓜
2018年5月，劉靈豐來到重慶。技術創始人、重慶交通大學的教授易志堅對於項目的介紹，給她留下了很深的印象。「包括他的規劃和理念，甚至這個項目當時面臨的一些質疑，都知無不言。」易志堅的坦誠和對科研工作的嚴謹態度讓劉靈豐覺得，沙漠項目是看得到的希望。
2008年，易志堅的主要研究方向還是與彈塑性斷裂力學以及鋼筋混凝土、橋梁、道路等相關的力學研究。在研究路面的過程中他發現，從顆粒物質到混凝土其實是一種狀態的改變，完成這種改變，靠的是「約束」，這讓他瞬間想到沙子也可以變為土壤。在多次試驗中，他的團隊提煉出了可以改變沙子狀態的物質，這是一種白色粉末，他們稱之為約束材料。
在重慶，劉靈豐第一次看到易志堅團隊的試驗田。這裡收集著粗的、細的，各種顆粒度的沙，甚至還有垃圾粉碎以後的小顆粒。神奇的是，在添加了約束力材料後，裡面都生長著植物。她對這個項目的信任程度又多了一些。後來，她把改造過和沒改造過的沙帶回了深圳，開始做實驗，種下了那兩顆蒜。
2019年8月，劉靈豐前往烏蘭布和。抵達的第一天，眼前是詩裡面描述的「大漠孤煙直」，但第二天到了種植基地以後，她有點懷疑自己是不是走錯地方了。「怎麼這麼多植物！地裡面滿滿的喬木、灌木、各種草類以及茄子、辣椒、土豆、蘿蔔等作物。我們開車走進去很遠很遠，還有各種植被。」
劉靈豐記得，以前的兒歌是「拔蘿蔔，拔蘿蔔，老爺爺拔不動，老奶奶來拔」，但在沙地裡面，蘿蔔輕輕鬆鬆就拔起來了。他們邊拔邊吃，她還第一次生吃了茄子，「真的是清甜的」。站在那片地裡，最大的感受就是「震撼」。
重慶交通大學教授易志堅
「讓力學遇見了沙漠」
這樣「震撼」的場面之所以能夠出現，易志堅的解釋是，「讓力學遇見了沙漠」。「土壤顆粒之間存在約束，能夠成形、成團，原因在於土壤中任何兩個顆粒從任何方向都能夠結合，我們稱之為萬象結合約束。」這是沙變土的科學原理，也是植物生長的重要前提條件。「若要將沙變成土壤，就需要給它一種約束。」
一桶水、一抔白色粉末，易志堅的博士生趙朝華開始演示「相遇」。他就地挖出一抔沙子，倒入一些白色粉末，加水和勻後，堆出了一個窪地。慢慢倒入水後，水並未從沙中滲透出來。另一邊未加粉末堆出的窪地也同時加水，完成對比實驗，水倒進去的同時就滲走了。
「土壤一定是顆粒物質，顆粒之間通過約束凝聚成團，幹時是固體，溼時是流變體，能夠存儲水分、養分、空氣並滋生微生物。」易志堅解釋，他們做的就是通過約束材料，把沙子從離散狀態轉化為固體和流變體。具備了土壤屬性的沙子，存儲水分的能力變強，具有自修復和自調節的生態力學屬性，同時保水保肥能力強，「它可以像母親抱住自己的孩子一樣，把植物抱住，成為植物生長的載體。」
趙朝華做的對比試驗，加了材料的沙坑（右）滲水速度慢於原始沙坑
這樣的實驗他們已經展示過很多次。項目從2008年提出設想以後，研究進行了5年。2012年，成功研發出約束力材料。院壩、陽臺和屋頂都曾是他們的實驗區。2013年以後，他們在重慶模擬沙漠的環境進行實驗，逐漸解決了材料的穩定性、安全性和耐久性問題。
直到2016年，他們終於來到了烏蘭布和沙漠，拿到了一塊試驗田。把這片寸草不生的沙漠變成綠色，不過兩三個月的時間。
也不是沒有過困難。趙朝華說，到烏蘭布和以後，客觀條件和他們預想的有一些出入。沒有公路，在沙漠裡開車，他們經常陷在裡面。找不到方向，看著很近的地方就是開不過去。
更大的難處在於，作為搞科研的人，對農業缺乏了解，有的植物播種太淺，不容易發芽。他們開始找當地的農民，跟著學習，一點點摸索著不同的氣侯條件下適合種什麼東西。在嘗試種植了100多種農作物之後，最終選出了優勢品種，2017年開始進行規模化生產。
從最開始的25畝到最多時種植了6000多畝，從烏蘭布和種到了新疆的和田、四川的若爾蓋。這些實驗，不僅證實了土壤化後的沙子可以長出農作物，他們還有了意外的收穫：優勢作物的產量高於全國的平均水平。
易志堅分享了一組數據，2019年阿拉善盟農牧局組織高粱產量測產，他們的最高畝產是932公斤，平均畝產是789公斤。2020年新疆和田農業農村局也組織了高粱測產，他們的最高畝產716公斤，平均畝產614公斤。而2017年高粱的全國平均畝產只有324公斤。
拔出這些植物的根部以後，他們才明白為什麼有這樣高的產量，有的高粱根系幾乎與人同高。易志堅說，改造後，最上面的土壤層相對緊密，下面是離散沙子，土壤剖面結構發生了變化。這一變化使得植物的根系變得發達，固沙能力變強，可以充分吸收水肥。根系腐爛後又會形成腐殖質，進一步改善土質。「沙子土壤化作為一個科學問題，它的原理得到了事實的驗證，說明我們的思路是正確的。」
就目前來看，還有一些數據是非常喜人的。土壤化後，這片試驗田保水保肥效果明顯，平均灌溉量低於每畝400方，遠低於當地每畝550方的節水灌溉定額。同時，由於採用了機械化、規模化的施工，而且加入的約束材料數量很低，改土成本一般是每畝兩千到五千元。
另外一些事情是他們到現在也沒有搞清楚的。2016年趙朝華第一次在這片農田裡看到了青蛙，甚至還出現了狐狸，他們至今不知道青蛙從哪裡來。易志堅覺得這或許可以證明生態真的發生了改變，「局部生態系統恢復效果確實非常顯著」。
全球陸地面積的四分之一遭到沙漠化的危害，這是人類社會面臨的共同難題。沙漠化每年還在以5萬到7萬平方公裡的速度瘋狂擴張。「相當於每年消失兩個海南島。我們國家有173萬平方公裡沙化土地，如果採用沙漠土壤化方法把它恢復1%，就是2600萬畝可利用土地。」易志堅覺得，從遏制沙漠化和土地利用的角度講，這個項目也是意義重大。
阿拉善盟發展和改革委員會主任羅志鐵很認可這個項目，他也認為這對荒漠化的治理是非常有利的。
羅志鐵介紹，阿拉善地區共27萬平方公裡，其中有10萬平方公裡是沙漠。烏蘭布和沙漠緊鄰黃河，每年進入黃河的沙子有一億噸，沙化非常嚴重，對公路、鐵路的影響巨大。「從節水和治理方面，都對我們地區有示範作用。我們不能把沙漠都變成良田，沙漠也要保護，但是沙漠向東侵蝕的速度，包括進入黃河的問題，希望通過這個技術避免。」
在這片沙漠裡，「技術」的直接顯現是地面上那些與沙漠特徵「格格不入」的農作物，事實上，在不被注意的田間、地下、房簷邊，還有一套嚴密的數據系統正在不間斷運行中。
沙漠農田裡的日常監測
「我們可以做什麼？」
2019年之前，這個項目完全由易志堅的團隊操作。和騰訊合作是他們沒有想到的，趙朝華說，「他們完全是抱著想幫助我們的想法，但是剛開始確實不知道怎麼幫。」
劉靈豐也茫然。「騰訊作為一個科技公司，和沙改土、農業生產這樣的項目產生聯繫，總有一種八竿子打不著的感覺」。
有一次他們聊起來，包括媒體界、學術圈對這個項目的質疑：沙改土真的像你說的那樣，把水和肥保持住嗎？「我們從這個角度想，是不是可以有一些數據支撐，來應對這些疑問。後面我們才開始決定引入智慧農業的方案。」劉靈豐說。
蔣學皎是重慶交通大學沙漠土壤化團隊的成員，她主要負責與騰訊的對接。「騰訊的加入幫助我們搭建了從數據採集到存儲、清洗、分析、展示的一系列平臺，最可見的效果就是提升了科研效率。」有一次，他們在處理一個800多兆數據的時候，已經是高配的電腦，運行了三天仍無結果。騰訊的邊緣計算中心能夠把時間縮短到了幾分鐘。
在研究的過程中，他們需要採集非常多類型的數據。蔣學皎統計過，目前的監測任務很重。包括對重要品種進行全基因組測序、土壤微生物組分析、果實的識別和病蟲害進行監測；具體到一個植株上，要測量株高、出苗率；另外在區域尺度上，還要利用遙感技術進行大範圍的宏觀監測。「包括無人機以及全時視頻監控系統的數據，每天產生的數據保守估計在1T以上。這對後續的數據存儲分析處理是一個很大的挑戰。」
沒有騰訊加入之前，趙朝華都要經常走到田地裡讀取數據，三點讀一下，五點讀一下，現在全部在電腦及雲端存儲起來，隨時隨地都可以看得到。
在一場霜凍之後，來不及採摘的西紅柿落在地上
騰訊加入以後的成果是顯而易見的，但這中間確實遇到了不少困難。劉靈豐說，騰訊IDC平臺部主要是數據中心，確定智慧農業的方向以後，決定將騰訊內部團隊在智慧農業場景中的一些經驗結合起來。
和領導、同事商量以後，劉靈豐和他們團隊共二十多人與學校老師們，共同探索起沙漠裡的智慧農業解決方案。
「農業我們不懂，對於智慧農業整體的模型和傳感器部署、數據清洗這部分內容，老師們也不太熟悉，所以我們就一起研究，智慧農業到底該怎麼出方案，最終想要衡量的目標是什麼？」劉靈豐說。
對彼此的研究都不太懂的兩個團隊，開始了相互學習和摸索。「到底哪些農業因素會影響產量和長勢？我們一點點把這些因素訓練到AI模型中，包括氣象環境、土壤環境、水質（濁度）環境以及用水量等的監測，以及生物量、植物表徵等方面的監測。」劉靈豐介紹，沙漠現場布線也非常不方便，他們又拉來了騰訊的物聯網採集團隊，利用騰訊雲物聯網開發者平臺IoT Explorer ，通過低功耗物聯網LPWA技術，無需布線，通過電池供電，LoRaWAN無線傳輸技術就可以對沙漠現場進行環境數據收集，慢慢地整個方案就成形了。
2019年10月正式籤署了聯合實驗室，到2020年9月，這些框架搭建終於完成。趕在今年秋收結束之後，已經正式開始運行。「現在地面比較荒，我們要在原生態的情況下，不做任何人工改變，監測生態情況。到明年3、4月份的春耕，這些數據就會順著農業的整個流程採集上來，形成一套完整的數據模型。」
在烏蘭布和的實驗基地還有一個1.2米乘1.2米乘2.2米一體櫃。「這柜子我們都不能隨便打開的。」易志堅對柜子也充滿了好奇。
這是一個獨立運行的數據中心，學名是騰訊雲Nano T-Block邊緣計算中心，它承接了重慶交通大學沙漠土壤化團隊試驗區所有的數據處理任務。這個小小的一體櫃由騰訊IDC平臺部用了一年的時間，經歷了兩次迭代最終成型。
對於騰訊來說，這也是一次驗證技術的設想和能力的機會。以前他們沒有想過把邊緣數據中心定位為智慧行業轉型的小工具，這次合作的初衷也只是想幫助沙漠土壤化團隊把智慧農業搞起來。在這個過程中他們發現，似乎可以做一個平臺型的產品，用一些簡單的優化，去支持不同的領域和行業實現智慧轉型。
「我一點都不懷疑我們的技術，不能改變自然的規則，但可以在小範圍影響它，技術發展到現在，這麼多跨學科的結合，一定會創造更大的價值。」劉靈豐說，但這一切的前提是敬畏自然，在尊重自然規律的情況下，引導它往想要的方向發展。
2020年11月，已是深秋。烏蘭布和沙漠裡的幾千畝試驗田，在經歷了一場猝不及防的霜凍之後，仍然殘留生機。圓滾滾的白蘿蔔拔出來削了皮，就可以直接吃；西瓜和番茄有些可惜，霜打了之後，軟趴趴的；紅辣椒的水分完全蒸發，已經乾癟，正是做菜的好配料。這些作物都成為試驗基地工作人員的餐食。騰訊在2019年也從這裡購買了番茄當做員工福利，大家反饋很不錯。
農田現身沙漠成為烏蘭布和一道靚麗的景觀。去年夏天，一位記者來過這裡，她遇到了路過這裡去沙漠遊玩的遊客，他們在農田旁拍照，有的人進到地裡。沙漠除了黃色，也可以有連綿的綠、星星點點的紅，除了沙棘也可以有繁盛的高粱和向日葵。