新疆数字棉花：人工智能与现代农业的完美结合

最近，中央农村工作会议在北京召开，并最终定调：稳住农业基本盘。该会议还强调，要全力抓好粮食生产和重要农产品供给,稳定粮食面积，大力扩大大豆和油料生产,确保2022年粮食产量稳定在1.3万亿斤以上。

随着政策落地之后，中国农业种植领域必将会迎来新一轮发展高潮。作为关系国计民生的战略物资，仅次于粮食的第二大农作物——棉花，也将会迎来高质量发展的重要阶段，如何适应国家大政策，如何助力棉农增收、如何提高中国棉花竞争力...成为行业共同关注的焦点。

对此，中国农业大学教授、博士生导师张立祯教授也表示，棉花高质量发展势在必行，需要政府、企业多方发力。其中，棉花高质量发展除了产业结构调整之外，核心还得依托科技的力量，借助生产方式的创新与突破助力棉农提质增效，提高中国棉花的竞争力。

据了解，经过长达10多年的努力，张立祯教授领衔组建了全球领先的数字棉花模型团队，通过产学研密切配合，在中国农业大学、华中农业大学、中科院的支持下，通过与我国棉花产业互联网的推动者-中农国稷科技发展有限公司的深度合作，推出了棉花科技第四次技术革命的代表性作品：“未来智慧型数字棉花”。该技术拥有我国独立自主知识产权，是目前国际顶尖的作物模型，也是数字棉花领域里的颠覆性技术，根据多年验证，可以实现棉花亩产10%-20%的增产目标，节约物化成本10%以上，有利于棉花产业高质量发展。

为了揭秘“未来智慧型数字棉花”，农业行业观察专访了中国农业大学教授、博士生导师张立祯，并与他深度聊了聊数字棉花和未来棉花、棉花高质量发展等相关热点话题。

实现亩产10-20% 实现棉花高质量发展

最近，新疆结合当前自治区棉花产业发展的形势和任务，研究部署棉花产业高质量发展重点工作，并强调要加强棉花源头质量管控，大力推广应用优质品种，加快推进优质棉基地建设。

然而，新疆棉花还没有完全从“大产业、小农户”的窘境中走出来。根据调查，新疆棉花种植成本高企将是一个长期存在的现象。随着当地土地、水资源等供应不断趋紧，再加上生产资料价格的上涨，在种植规模无法较大幅度扩张的情况下，单位成本增长较快，单位产量的增长压力越来越大。

对此，张立祯教授指出，近年来，新疆自治区对退耕还草还林、水资源稀缺农作物限播等加大了管理力度，遏制了棉花种植面积的盲目扩张，而且这种面积稳中减少的趋势可能还要延续一段时间，未来新疆棉花的总产量将主要依靠单产的提高来实现增长，面积大幅增加的概率不高。

作为国际上知名的数字棉花科技带头人、我国数字棉花“拓荒者”，张立祯教授上世纪90年代就开始研究棉花，并经过近20年的学习、研究、投入、实践，终于针对棉花这个最为复杂的农作物建成了一系列具有自主知识产权的作物模拟模型系统和全国多生态点多年的田间试验数据库，并已经在新疆部分棉区开始实践应用。同时，还推出了“未来智慧型数字棉花”与“棉花收入保险”相结合的产融创新模式，与中国人保财险和太平洋财险共同探索数字棉花赋能乡村振兴的新思路。

张立祯教授表示，数字棉花作物模型将是棉花科技的第四次革命，可以说数字棉花时代已经来临。未来棉花以现代信息技术为动力的数字棉花的应用，不但可以大幅提高产量，降低成本，提升质量，减轻劳动强度，而且可以提高环保水平。他说，根据多年测试，仅节水一项，每亩可减少10%的用水量，这意味着全疆推广开以后，从水的供应角度看就可以新增种植面积近400万亩，一定程度缓解用水和土地供应的矛盾。

另据了解，飞花科技在数字小麦、数字玉米领域也有自主知识产权模型，可增产20—40%/亩；在生态农业方面，以上数字化技术不但可以帮助农民降低水肥投入，减少化工产品对土地的污染，也可以精准计算农作物碳汇数据，为国家碳达峰、碳中和服务，是人工智能与现代农业的完美结合，也是推动农业数字化和乡村产业振兴的有利抓手。

“数字棉花该技术把棉花种植从经验型变成一个智慧型，帮助棉农明明白白种棉花，以前是靠经验，现在是靠人工大脑、是靠科学技术、是靠数字赋能，即使没有种植经验的新生代农民，也能够利用该技术种出高品质、高产量的棉花”张立祯教授指出“随着新疆推动棉花高质量发展思路，数字棉花技术将会推动新疆乃至全国棉花从生产方式上裂变，助力棉花高质量发展”。

据悉，张立祯团队的数字棉花作物模型已经受到新疆自治区有关部门和植棉县政府的关注，大面积落地应用已启动前期工作，近期飞花科技联合中农国稷和太平洋财险已与新疆玛纳斯县政府签订了战略合作协议，共同发力20万亩未来智慧型数字棉花项目。同时，该项目还将通过收入保险赋能，服务“石玛新区”（石河子地区+玛纳斯县）棉花产业高质量发展，这也意味着国际顶尖数字棉花模型将首先正式落户新疆棉区。

轻松种棉花 实现种植过程的智能化

“在试验推广中，我们也看到了更多的机会，尤其是新疆棉花的机械化以及棉花种植者的年轻化”，张教授谈到“其实，目前新疆棉花面临的问题不仅仅是产业难题，还有增产节本、提质增效和现代化发展不平衡的难题”。

调研发现，随着新疆棉花生产现代化、智能化、信息化水平逐年提高，植保无人机、打包采棉机、残膜回收机、智能深翻犁地机等广泛应用，全区棉花播种、耕地环节基本实现全程机械化。与此同时，现代化设备的投入与使用以及农业生产资料的加速上涨也加剧了棉农追求棉花高产量的冲动，否则，一旦收入增长跑不过成本增长，种棉的积极性就会受到影响。

“随着棉花生产现代化的发展，也吸引了一大批年轻人投身棉花种植，这也注定了棉花种植技术与方法必须要发生变革，数字化、智能化种植势在必行”张立祯表示。

为了加速数字棉花落地与应用，几年前张立祯教授团队与中农国稷科技发展有限公司就确立合作关系，并在新疆不同区域验证数字棉花模型。2021年7月，张立祯教授团队又联合北京禾流农业科技研究院和相关投资机构与中农国稷科技发展有限公司成立专业的数字棉花平台公司-北京飞花科技有限公司（简称：飞花科技）积极推广未来智慧型数字棉花项目，赋能中国棉花产业。他说，我们的愿景就是努力成为“全球数字棉花引领者”，与产业各方共同“构建数字棉花产业生态圈”，在开展国内数字棉花业务的同时，择机寻求海外推广的机会，为全球棉花产业做出更多中国贡献。据了解，已有国外企业多次表达积极的合作意愿，愿意率先引进“未来智慧型数字棉花”项目，共同开发国际市场。

在采访中，张立祯教授还拆解了“来智慧型数字棉花”，该项目产品具体包括：

1）构建气象-植物-土壤监测设备与物联网系统应用

地面基站采用太阳能板供电，集成了 SFM1 茎流计、 PSY1 植物水势仪、DPS40 茎干生长测定仪、MP406 土壤水 分测定仪、土壤温度和氧气含量传感器，可实时监测树木液流速率、茎干水势、茎干周长、土壤含水量、土壤温度和含氧量，数据可通过 LoRaWAN 节点实时传输至云平台，用户可在桌面和移动端在线查看、下载和分析实时监测数据。

2)打造一套未来智慧型数字棉花解决方案

基于对农田/温室多源异构数据的智能解析，构建气象数据、土壤水分和养分数据、栽培管理数据、病虫管控数据、作物高精度三维生长数据、产量品质等数据构成的数据库，以供作物生产管理模型实时调用。集成作物知识管理模型、基于过程的生长模型、基于深度学习的作物长势长相诊断模型和投入产出分析模型，通过对农田/温室采集系统实时传输数据的计算，实现产前制定因地制宜的栽培方案、产中确定精准的动态调控策略和产后生成经济效益分析报表，针对作物生产管理全流程形成以虚控实的数字化管控体系，降低生产管理过程中的劳动力成本投入的同时提高作物产量品质，为实现作物高产、优质、高效、生态、安全生产提供技术保障。

“数字棉花模型除了棉花精准种植、智能化种植之外，还能实现保险评估、数据预测、产销对接等功能。未来完全可以实现从种植技术到数据预测、评估的全产业赋能，其中，智能化种植不但可解决棉花种植者遇到的种植难题，同时也可解决保险机构的防灾减损和银行的贷后管理等痛点，并支持政府对棉花种植全过程实现更精准的指导”张立祯表示。

最后，张立祯还谈到，数字棉花项目符合乡村振兴战略大环境，该项目可以帮助建立新疆棉花本土品牌，实现新疆棉花的品牌增值，增加棉花种植者收入，还可以在棉花期货、棉花碳汇等方面进行实践应用，真正利用数字技术助力棉农实现共同富裕。

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