用AI促進農田氨減排，專訪《自然》文章背後的中國團隊

AI技術的應用，有望改變第一產業。

1月31日，《自然》學術期刊在其最新更新中刊登了一項中國團隊的研究。由香港科技大學領導的一支國際研究團隊的AI模型發現，如果世界各國用AI來優化施肥的管理——例如調整施肥時間、使用特定的肥料以及實施適當的種植和耕作方法等——那麼可以將水稻、小麥和玉米釋放的氨氣減少38%。

雖然氨並非温室氣體，但進入土壤或大氣後，它會形成一氧化二氮等化合物，成為強效温室氣體，引致氣候變化。各類農業及工業活動釋放的氨會污染空氣和水質，也會影響生態環境及人類健康。公開資料顯示，水稻、小麥和玉米釋放的氨氣，已佔全球農田氨排放總量的一半。

降低農作物的氨排放量（ammonia），勢在必行。

自然網站截圖

不過，目前全球缺乏準確的數據統計，世界各國也很難實施適合本國國情的有效減排策略。

這項刊登在《自然》上的研究，或許將給人們帶來一些啓發。

據港科大網站報道，項目團隊利用AI和有關數據研發了一個能預測農田氨排放率的機器學習模型，分析氣候、土壤特徵、農作物種類，灌溉、施肥及耕作等因素對氨排放的影響。該模型能按不同地區的情況，提供最合適的施肥管理方針。

例如，研究發現，由於温度最影響亞洲地區小麥種植產生的氨排放量，面對全球變暖帶來的影響，76%位於亞洲的小麥田，可通過施用高效肥（enhanced-efficiency fertilizers）去降低氨排放量。

研究發現，減低氨排放在中國等亞洲地區大有可為。數據顯示，亞洲地區有最高的緩減潛力，其次則為北美及歐洲。據研究預測，全球農田氨排放總量於2030-2060年的30年間將增長約4%至5.5%，這意味即使只發揮少部分優化施肥管理的緩減潛力，就能有效緩解氨排放的增長。

該研究是國內外多家高校團結合作的結果。

據港科大網站，香港科技大學理學院數學系兼跨學科學院環境及可持續發展學部講座教授馮志雄，聯同南方科技大學教授鄭一，領導團隊收集並分析全球不同地區橫跨1985年至2022年的田間觀測數據，製成了支持該研究的數據庫。此外，團隊成員還包括天津大學、北京大學、康奈爾大學等單位的學者。

農業氨排放問題長期存在的根源在哪？AI技術是如何和農業結合，逐步引入降低氨排放應用實踐的？和國外相比，中國農業“氨減排”的挑戰和機遇在哪裏……對於這一系列問題，香港科技大學馮志雄教授向觀察者網進行了進一步解答。

觀察者網：馮教授好！在傳統農業生產模式中，氨排放問題棘手的根源在哪？

**馮志雄：**在氮素投入不斷增加的趨勢下實現農田氨減排，是全球可持續發展亟待解決的難題之一。由於人口及其食物需求的持續增長，2050年全球農田施肥的總氮投入預計將比2010年增加46%。農田氨排放長期以來存在的問題包括排放基數難以準確估算，各地減排路徑不明確以及部分減排措施成本較高等。

我們認為**造成這些問題的主要原因之一是氨排放率與作物類型，人為管理因素，土壤和氣候條件存在着複雜的非線性關係。**就是説在同一個地方，不同的作物種植和管理方式可能帶來不同的氨排放；同一種作物和管理方式在不同的地方也可能帶來不同的氨排放。

解決這一問題需要各地區因地制宜地開展減排實踐，尋找在不影響作物產量的同時，減少農業污染物排放的有效辦法。

觀察者網：AI技術的引入解決了哪些環節的難題？能否結合例子談談，未來有哪些應用空間？

**馮志雄：**正如剛才所説，對氨排放率與各種人為和自然因素存在的非線性關係的處理是目前的一大難題。AI技術的引入可以較好地處理這一問題。為此，我們研究團隊收集整理了來自全球超過2700條點的氨排放率田間觀測數據，並用這一數據集建立了一個估算模型。

結果表明，輸入氣候條件、土壤屬性、作物類型、施肥特徵、耕作方式等信息，可在全球範圍準確估算農田氨氣的排放率。也就是説如果你可以告訴這個模型當地的一些特徵，比如説當地的温度和土壤類型，再結合你使用的肥料種類等信息，模型就可以給你估算出一個本地化的氨排放率，這為各個地區實現精細化的農田管理提供了可能性。

觀察者網：在大多數場景下，中國農業有着完全不同於歐美大農場的生產模式。這種“非大農場型農業”，是否存在相關技術的落地空間？後續我們如何用低成本的途徑，來實現這些技術的普惠化？能否結合中國乃至東亞的實際情況來談一談。

**馮志雄：**我們研究中考慮到的管理手段，多數是被現有研究廣泛證實有效的。比如有機農業和保護性農業措施，這些措施在東亞被廣泛提及。東亞的這種農業特徵優勢在於其減排潛力巨大，我們的研究也表明亞洲擁有最大的農田氨減排潛力。但其劣勢在於機械化和規模化程度不及歐美，相關技術落地成本較高。

關於這些措施是否能夠低成本落地目前來看還是需要各地政府針對當地的情況，提供適當補貼，制定相關助推政策，提升農業規模化程度。實際上，東亞地區也一直都有推行相關政策以實現農田規模化管理。比如我國2017年頒佈的《關於加快發展農業生產性服務業的指導意見》，就指出“通過土地流轉擴大土地經營規模，是提高農業勞動生產率，實現農業規模經營的一條重要途徑。”

此類政策也體現出東亞在推進可持續農業方面做出的努力。

觀察者網：與國外相比，我們在技術路徑和減排前景上有哪些不同之處？

**馮志雄：**我們的模型能按不同地區的情況，據“最合適的施肥管理方針”給出建議。比如針對小麥田的氨減排，全世界約61%的麥田，施用高效肥有機會達到最優的減排效果——而這一比例在中國是75%。模型輸出的國內外最優減排方針的差異，可以為不同地區因地制宜制定相關減排實踐提供有效的參考依據。

同時也應該注意到，國外部分地區如北美洲和歐洲，農業現代化程度已較高，減排潛力較為有限。而國內部分地區目前仍存在較高的減排潛力，相關技術的應用潛力巨大。

資料來源：《自然》網站、港科大網站、採訪（未經本人審訂）等

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