艾海鹏:我们在新疆棉田里进行了一场前所未有的实验(图)

6Park 生活 3 weeks, 1 day

编者按:2个人种植3000亩的棉花,这可能吗?

三年前,当两个“90后”年轻人来到位于天山南麓的巴州尉犁县时,他们要做的就是这样一件事,在这片已有逾两千年植棉历史的土地上开启一场前所未有的实验——2人种植3000亩“超级棉田”。

按照传统的种植模式,3000亩棉花地至少需要30人管理。而他们的“助手”,是遥感无人机、农业物联网等诸多“黑科技”。

至2023年年底,他们已成功完成三期实验,而棉田连续三年不断创新高的收获,也让起初质疑他们“胡说八道”的棉农们赞赏不已。

这两位“超级棉田”管理者,就是来自极飞科技的“海磊兄弟”——艾海鹏和凌磊。

大众对农业智能化场景的想象豪迈壮阔,而将其投射到田间地头时接连遇到的挑战却是骨感具体。今年开春,实验就要进入第四季;四月初,棉田就将开启新一轮的播种。在此之前,观察者网和管理者之一艾海鹏聊了聊“超级棉田”的“耕种管收”,一探无人化农业的“春华秋实”。



艾海鹏和凌磊(受访者供图,下同)

【采访/观察者网 李泠】

·无人化种植

观察者网:“超级棉田”这一实验是从2021年开启的,当时是出于什么契机?

艾海鹏:2021年,随着极飞农业科技产品体系的扩大,以及对无人化农业生态的探索,我们在新疆尉犁县投入建设了“超级棉田”。我因为有着相对丰富的棉花植保经验,且对农业科研技术怀有热情,因此被选为“超级棉田”的管理员之一,和凌磊两人共同管理3000亩棉花地,尝试通过使用一系列农业科技产品,验证无人化棉田种植的可行性。

观察者网:在推进棉田无人化种植前,需先做好哪些准备工作?比如对于耕地,要先备好哪些配套?

艾海鹏:这3000亩田是高标准农田项目,所有基础设施都是按照国家标准建设的,包括平整的土地、道路、电、水等。针对农场的土壤,我们前期做了泥土采样和分析工作。通过分析,我们清晰地知道土壤中缺失的元素,进而有针对性地撒施了所缺的元素肥料,培肥地力。

也因为棉田所在地是风口,所以我们前期做方案的时候,也制定了“棉麦分播”的方案——麦子会比棉花苗长得快,可以减少风对棉花苗的伤害。除此之外,对于一些常规的农资采购、供应商的筛选,我们也在前期就接触了。

观察者网:详细来看,你可否按“耕种管收”的顺序大致介绍下棉田无人化种植管理的流程?

艾海鹏:耕,包括犁地、平地、耙地等整地工作。

每年春天,棉农需要选择温度适宜的时期播下种⼦。在“超级棉⽥”里,我们两位管理者利⽤⼟壤监测仪便可获知科学准确的棉花播种⽇期;同时利用遥感无人飞机和农机自驾仪改善整地问题,其中装配我们农机⾃驾仪的播种机⼀键启动,就能实现精准、⾼效的⾃动化作业,减少⼈⼒投⼊。



种,主要是播种及相关工作。

我们主要通过农业物联网设备监测环境信息,确认播种时机;在自动化播种后,利用遥感无人飞机普查出苗率。基于遥感无人飞机为棉⽥拍摄的⾼清数字地图,智慧农业管理系统通过⼈⼯智能对棉花基本苗进行分析,让我们能及时针对缺苗区域采取补播措施。



用遥感无人机巡田


管,主要是作物从播种后到收割期间的管理工作,包括灌溉、施肥、病虫草害防治、化控调节等等。

我们有一套智慧农业解决方案,实现“超级棉田”的无人化管理,其中涉及智能水肥灌溉系统、农业物联网设备、遥感无人飞机、农业无人飞机等相关产品与技术。我们有农业无人飞机、农业无人⻋进⾏全⾃主打药、撒肥等植保作业,通过AI处⽅图技术实现农药减施和病⾍草害防治,守护棉花⽣⻓。期间我们两位管理者不需要亲⾃下地,通过⼿机、电脑就能快速了解棉⽥情况。



无人车喷洒农药


最后一个环节“收”,包括收割及之前的准备工作。

遥感无人飞机和农业无人飞机的使用可以提升棉花采收的效率及质量。如在棉花收获季到来时,我们的农业无人飞机会开展精准、⾼效的脱叶剂喷洒作业,促进棉花的脱叶成熟,以便⼤型机械集中采收,从而降低棉絮的杂质含量。



无人机喷洒脱叶剂


观察者网:从2021年至今,实验已完成了三期,无人化程度也在不断提升。请问具体一点点改进了哪些部分?相应地,又有哪些工作,目前暂时是机器所不能替代的?如传统模式中需要用到大量人工的摘顶、除杂草,现在会如何处理?

艾海鹏:在“超级棉田”的第三期中,机器人的自动化水平及农场管理系统的智能化程度有了很大的提升。比如说,灌溉机器人已经可以根据出水口的压力自动调节水压了,农场管理系统也可以实现一键灌水施肥。灌溉过程中如出现液位偏低的问题,系统会自动控制泵停转,以免泵空转导致损坏;液位高时又会自动开启,避免水位一直上涨,淹没蓄水池。

至于机器还不能替代的活,目前有大约20%的农事,机器人还执行不了,比如接滴灌带、维修三通。而传统种植模式中的摘顶,现在可以使用农业无人机喷施化学打顶剂或者选择无人车自动摘除顶芯,这两种方式都由机器人完成,成本低、效率高;除草也是同样,可以通过农业无人机或农业无人车操作处理。

观察者网:在这三期实验过程中,你们有没有遇到过什么突发情况?

艾海鹏:有,很多。比如2021年4月,“超级棉田”开始播种,刚播种完600亩,不料刮起了一场8级大风,持续了12个小时,将塑料地膜撕得粉碎。大风过后,我们通过遥感无人机拍摄农田地图,对受损的200亩地及时进行补播。到了5月初,3000亩地播种基本完成,谁知又刮起了一场大风,风力高达10级,受损面积达到1200亩——这时想补种也不行了,已经错过最佳的种植时机了。之后棉田陆续又遭遇了2次大风。到了后期棉花生长稳定,也就是7、8、9月,我们工作就变得相对轻松起来。

2022年是相对平缓的一年,我们应用了自研的第一代有线电动阀,开始使用农场管理系统管理棉花的灌溉。但是有线电动阀的故障率太高,设备经常出故障,我们花费了整整56天的时间才完成了线路的全部检修,最后终于把故障率降低到5%以内,顺利地完成了整个生育期的灌溉工作。

2023年,在5月份突然遭遇了难得一见的“五月飞雪”,“超级棉田”的棉苗被冻死了大半,我们只能在5月初无奈地又重播了1500亩。重播后,管理难度也大幅增加,我们耗费了大量时间来调节棉花长势,把生育期尽量往前提,以降低晚播对作物产量造成的影响。好在最终所有棉花顺利完成了采收。



观察者网:说到这经常突如其来的风灾,你在前面提到过,为帮棉花苗抵御风灾,你们一开始就制定了“棉麦分播”的方案。能否详细谈谈具体怎么操作?相比只种棉花,棉麦分播要多注意哪些问题?

艾海鹏:其实在不同环节的技术点上的尝试,不止在种植环节的“麦棉分播”一种。

先来说说“麦棉分播”。

“超级棉田”处在风区,抵御风灾是重中之重的工作。传统防风主要依靠防风林,但“超级棉田”因需适配更高效的无人化农机具作业,将大量小田块流转合并为大地块,因此防风林的作用效果有限。

经历了第一季的风灾,“超级棉田”第二季在整体防风措施上做了较大创新,利用“棉麦分播”技术人工制造“微型防风工事”:在3月中旬铺膜播麦子,利用麦子抗低温的特性,提前出苗,等到4月初再播棉花,从时间上分开来播种。此时麦子已经生长到10公分以上,形成了一道致密的挡风墙,大风来临时对棉苗的影响就非常小。经过这项防风栽培技术的改良,第二季“超级棉田”的可采收面积是100%,而第一季只有50%多,所以第二季能稳产。



“棉苗分播”


除了“麦棉分播”栽培技术的成功应用以外,还有其他的技术点,也给大家一一介绍下。

第二点,“干播湿出”技术。

干播这个技术是指,“超级棉田”不冬灌也不春灌,等到春天地温连续5天达到12度以上,或者地温连续3天达到14度以上的时候,直接铺膜,之后点棉花种子,播完种子后,接上软带滴灌带,进水滴水——滴水的目的是让这个种子立马可以喝到水进而萌发。

点完种立马滴出苗水后,第一,种子的出苗速度会变快,第二,种子吸水速度也比较一致,这样就可以在一定程度上保证出的苗比较均匀整齐,也便于之后农事环节的管理。

第三点,基于全程飞防的病虫害预警技术。

“超级棉田”使用的是全程飞防,也就是从出苗至采收时的农药、叶面肥喷洒农事全部使用我们自主研发的农业无人飞机来完成。

全程飞防的优点是无机械损伤、防治效率高、防治效果好。“超级棉田”在这个环节上有一个重大改进,那就是基于物联网设备监测到的棉田环境数据,包括温度、湿度等,来预警病害、虫害的发生,提前施药来预防。通过这种方式,减少了施药次数,大幅降低施药量,棉花的品质和产量都有很大的提升。

第四点,使用处方图防治杂草。

在防治过程中,先使用遥感无人机巡田,巡田数据可自动上传到我们的智慧农业系统,通过系统中内置的农业AI来分析棉田中的杂草发生区域和杂草种类,并生成除草作业处方图。生成处方图后,系统会直接将作业任务发布给农业无人机,农业无人机在棉田里针对有草的区域喷洒除草剂,防治草害。



人工智能识别杂草生长区域,生成作业处方图


通过处方图除草,从过去的“统防统治”改为“点防点治”,不但防治及时,而且防治的面积小,大幅降低施药量,成本更低。如今棉田的杂草防治率能达到98%。

第五点,基于遥感无人机的高效调控技术。

在“超级棉田”的整个种植过程中,需要对棉花的生长状况进行监测。传统的方式是人工拿尺子测量,不仅非常辛苦,效率还非常低。而“超级棉田”则是利用遥感无人机技术,对被测农田进行遥感拍摄,数据上传至智慧农业系统进行云端AI分析得出株高指标,并自动记录在系统中,随时可追溯。

使用遥感无人机后,一天就可以完成“超级棉田”3000亩所有的株高监测工作。更高效的监测可以提高对棉花生长的调控频次,更精细化地对棉花进行生长管理。具体来讲,可以通过分析棉田日增长量的变化情况,科学决策,确定各地块如何喷施生长调节剂,打造果枝节间距适中、果枝短、油条枝短的丰产棉花株型。

第六点,智能水肥一体化技术。

水肥是棉花生育过程中的重点,“超级棉田”第二季在此环节上就做了重大升级:

其一,我们自研的智能水肥一体化灌溉技术让“超级棉田”可以实现一键浇水施肥,过程中不需要人工的频繁调整操作;

其二,所使用的智能设备的执行精度也有了重大提升,执行的标准化程度也很高,因此“超级棉田”实现了非常好的整体水肥均匀度;

其三,“超级棉田”还可以通过物联网设备监测棉田蒸散量、作物需水量,科学决策灌水量,辅以动态的土壤养分检测手段来针对性配方施肥,实现了科学化的减量减施,降低种植成本。

观察者网:读者们可能最关心的一个问题是,从成本与收益来看,相较于传统种植模式,无人化种植能多大程度上压缩成本、提升收益?尤其是人力精简方面。

艾海鹏:若看投入产出比,“超级棉田”第三季棉花总产量1191吨,总投入621.5万元,总收入(不包含补贴)887.1万元,纯利润265.6万元,亩收入938.9元。

第三季亩均产量达420.9千克/亩,较第二季的403.6千克/亩,增产4.3%;亩均成本2196.76元,对比第二季,降本7.6%;此外,相较于第二季,水电降本26%,肥料降本18%,人工降本29%。



外部有农场复制了我们“超级棉田”无人化管理的模式,他们2023年的“成绩单”或可为大家提供更现实真切的认识。

他们的种植面积总共2130亩,其中棉花1932亩,2023年亩均产量418kg;2023年复制“超级棉田”无人化管理模式的亩均成本为2196元,对比2022年传统模式下投入的2515元,减少319元,下降12.7%;人工成本减少170元/亩,对比2022年传统种植模式,降低34.7%,大约节省30多万元;此外,水电费降低100元/亩,对比2022年的传统模式降低22.3%,农药节省20元/亩,相较之下降低了20%。

随着“超级棉田”基础设备和种植模式的持续优化和完善,我们相信后续投入的费用将进一步降低。

·新农人

观察者网:请问为何定3000亩这一数量?是否算过,若不考虑拿地问题等等,沿用当下这套管理模式,两人最多能管理多少亩田地?

艾海鹏:我们之前查资料时了解到,在棉花种植成本较低的美国,他们平均一个农民管理的面积是997亩,所以我们干脆就定每人管1500亩,两个人就是3000亩。

我们并不考虑去拿更多的地,因为“超级棉田”的目标是做好无人农场解决方案的示范,为种植经营者提供一个标准化的参考案例。若按照当下这套管理模式,两个人还能管理更多的地,至少管理1万亩是没有问题的。

观察者网:你们的目标是“让种田像打游戏一样简单”,实践下来感受如何?

艾海鹏:实现这个目标还需要更先进的机器人、更聪明的农业AI。目前这3年的管理,很明显的一个感受就是,我们稳定地控制住了总成本,管理也越来越轻松,产量越来越高了。这个过程确实是越来越简单,我们就朝着这个方向继续努力即可。

观察者网:若其他人想成为像你们两位这样的无人化种植管理者或者说“新农人”,需要具备哪些素养和技能?现在很多传统一代的农民若想同你们这般“种田”,需要学习哪些东西?

艾海鹏:实际上不需要具备什么特别的素养和技能,只需要会操作手机即可,这也就是我们说的“让种田像打游戏一样简单”,必须得简单——传统农民想像我们这样管理的话,可不能给他们很多负担,门槛很高的话,技术就非常难普及了。



观察者网:进一步设想,是否考虑过,若科技进一步发展,你们当下的工作内容会不会也被AI所替代?

艾海鹏:我们看到现在每年的新生儿数量比退休的老人少了一半,这种现象可能还要持续很长一段时间,那么社会面临的劳动力老龄化问题会是非常严峻的,所以未来一定是人机协同的时代。AI只会让生产效率更高,它服务的是人,它能替代的是农事的体力劳动者,并不是管理者。

观察者网:现在很多人尤其是年轻人不愿意从事农业生产,对此或对他们,你们有什么看法或寄语吗?

艾海鹏:现在中国的城市化进程速度还是很快的,超大型城市数量越来越多,城市的机会多,生活便利,年轻人当然愿意留在大城市;而以前的农业比较辛苦,投入大,收入不高,农民这个职业在大众认知里带着刻板印象。这并不是这些年轻人的错,是这个行业需要变革,也因此,像我们极飞这些企业正在努力让农业的从业者变得更体面、收入更高、生活更轻松。

我相信通过我们的努力,未来从事农业生产的年轻人会越来越多,中国的农业也会变得越来越好。请这些年轻人更多地关注农业的变化,其中的机会非常非常多。

 

相关新闻