全球荒漠化正以每年五萬到七萬平方公裡的速度擴張。
我國沙漠化土地面積達173萬平方公裡，每年造成的經濟損失上千億元，近4億人直接或者間接受到沙漠化的影響。
重慶交通大學沙漠土壤化科研團隊，通過「約束材料」的加入，讓沙子具備土壤保水保肥的特性，在沙漠中開闢出一片壯觀的綠洲。
如今，這個科研項目有了新幫手——重慶交通大學聯合騰訊成立實驗室，藉助騰訊雲邊緣計算實現科研效率的提速，助力打造科技化、智慧化的沙漠農業，為沙漠治理提供精確化的數據支撐。
沙漠土壤化科研項目在內蒙古烏蘭布和沙漠的試驗基地
沙子為什麼能夠土壤化？一邊是草原大面積退化的沙地，一邊是長勢良好的農田。——這是位於內蒙古烏蘭布和沙漠試驗基地裡的秋日景象。
試驗基地裡種上了玉米、瓜果蔬菜、中草藥、草、喬木灌木等百餘種植物，還吸引來了大量蝴蝶、螞蟻、鳥、老鼠、青蛙和蟾蜍等動物安家其中，偶爾還有狐狸和獾光顧。
位於內蒙古烏蘭布和沙漠的試驗基地裡長出的西瓜
沙子為什麼能夠土壤化？
據領銜沙漠土壤化科研項目的重慶交通大學副校長易志堅解釋，土壤天然有兩個力學狀態：它在幹的時候是幹土團，是一個固體；它在溼的時候是稀泥巴，是流變體。土壤的力學特徵賦予了土壤自修復和自調節生態力學屬性。變土的過程是顆粒約束改變顆粒物質力學狀態的過程，也就是把沙子從離散狀態通過約束轉化為固體（也就是幹土團）和流變體（也就是稀泥巴）的過程。
「一盤散沙，加上約束材料，然後加水拌合，稀泥就出來了，它存儲水分的能力強，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，所以土壤化的沙子能夠成為植物的載體。」易志堅講述「點沙成土」的原理，也就是通過黏合劑與沙粒共同變成一張「網」，像土壤一樣實現保水和保肥，能夠存儲水分、養分、空氣和滋生微生物，具備植物生長的基本條件，進而通過植物種植，形成生態系統正循環。
「讓力學遇見了沙漠。」易志堅認為，沙漠土壤化是一個事業，而不是一個簡單的科研項目，也不是一個簡單的產業化項目，「它的研究和推廣，在某種程度上是造福人類的項目。」
沙漠土壤化科研項目由重慶交通大學副校長易志堅教授領銜
然而，在近十年的沙漠土壤化研究中，還有很多懸而未決的問題困擾著易志堅團隊。
比如，如何能使沙漠農業在最少的資源投入下獲得最佳的產出？沙漠的氣候條件和土壤性質適合種植哪些農作物？一年幾季？在沙漠地區大面積發展農業後，對沙漠地區的氣候，溫溼度指標、生態、環境、人類活動等方面又會產生怎樣的影響？
騰訊雲邊緣計算提升科研項目效能2016年至今，科研團隊已經在內蒙古烏蘭布和沙漠、新疆和田塔克拉瑪幹沙漠、四川阿壩州若爾蓋草原大面積退化沙地等不同的荒漠化地區進行試驗。為探索適合沙漠地區低耗、高產、綠色的種植方式，並對項目成果進行規模化和產業化推廣，科研團隊需要對大氣環境、土壤、水質以及生物量等數據進行研究積累，從而了解這些參數是如何影響沙漠土壤化效果的。
這時，海量的數據採集、篩選、分析成為了橫亙在團隊面前的技術難題。
「沙漠土壤化項目在解決了怎麼種、種什麼的問題之後，下一個問題是如何種得好，包括產量的提升，生態的建設等，這些都離不開數據的支撐。」易志堅表示，騰訊雲強大計算力的加持，能夠讓科研團隊更快摸索出沙漠土壤化後的科學種植模式及其生態影響，也能夠為更精確地研究中長期生態環境變化提供更多可能。
2019年10月，重慶交通大學與騰訊籤署「騰訊-重慶交大沙漠生態研究聯合實驗室」框架合作協議，藉助騰訊雲在雲計算、邊緣計算、大數據、AI、IoT等方面的先進技術解決科研瓶頸，推動項目成果加速落地。目前，一個由物聯網傳感器、邊緣網關以及一體櫃組成的邊緣數據中心騰訊雲Nano T-block，已經在內蒙古烏蘭布和沙漠試驗基地中部署完成，並能與雲端實現協同。
騰訊雲邊緣數據中心Nano T-block
據騰訊雲數據中心高級架構師劉靈豐介紹，藉助Nano T-block，科研團隊所需的數據可以通過物聯網傳感設備採集後，會經由邊緣網關傳輸至櫃內伺服器經過數據的清洗和初篩，再把有效數據上傳到雲端的智維平臺進行分類和鑑別，並對數據進行深度挖掘。同時，雲端訓練出來的AI模型也能下沉至Nano T-block邊緣數據中心，進一步推動數據的就近處理。
正在採集植物表徵數據的傳感器
騰訊雲Nano T-block在架構設計上也充分考慮了沙漠中的極端氣候條件。劉靈豐介紹，作為國內首臺帶自然冷卻的單櫃數據中心，Nano T-block能適用於零下45度到55度的惡劣天氣，還擁有防風沙組件，系統可靠性相對一般邊緣數據中心提高50%，製冷系統的能耗最大降低69%。與此同時，運維人員也能夠藉助騰訊雲數據中心智維平臺對Nano T-block實現遠程調控和運維。
目前，騰訊雲Nano T-block正在給科研項目帶來效能上的明顯提升。
比如在作物產量方面，團隊需要使用環境採集系統、田間植物表型徵採集系統、高光譜採集系統、全時視頻監控系統等採集大量數據，進而分析品種適應性、環境變化、栽培管理等，每天至少會產生1T的數據量。
「我們曾經用頂配電腦來處理深度學習框架，結果800MB的數據跑了三天還在迭代算法。現在藉助騰訊雲邊緣數據中心的算力，很快就能得到訓練結果。」重慶交通大學沙漠土壤化科研團隊中負責數據分析的蔣學皎老師在接受採訪時興奮地說，「有了騰訊雲邊緣數據中心的算力支持，原來4個月科研計算量，現在最快1個小時就能完成了。」
目前，沙漠土壤化科研團隊目前在國內的試驗總面積已經超過17000畝，22項科研成果獲得中國、澳大利亞、摩洛哥等國發明專利授權。2018和2019年，這項技術還走出了國門，在中東沙漠和非洲撒哈拉沙漠進行了試點。
「數位技術正在各行各業中加速發揮價值，很高興能夠為沙漠土壤化提供計算力，幫助科研團隊加速破解更多未解之謎。」騰訊雲副總裁、騰訊IDC平臺部總經理鍾遠河說。
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