出品：科普中國

　　作者：楊陽（中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所）

　　監制：中國科普博覽

　　編者按：為展現智能科技動態，科普中國前沿科技項目推出“人工智能”系列文章，一窺人工智能前沿進展，回應種種關切與好奇。讓我們共同探究，迎接智能時代。

　　AI助農小助手名片

　　小助手：稻田氨揮發評估系統

　　兩大法寶：“你問我答”互動體驗、“從點到面”全方位評價

　　三大關鍵技術：稻田氨揮發的“驅動器”、多變量驅動氨揮發算法、多尺度氨揮發評估模型

　　能量值：5顆星

　　證件照：

單個田塊尺度的稻田氨揮發評估

（圖片來源：作者供圖）

　　AI助農小助手自我介紹

　　大家好，我是稻田氨揮發評估系統，是中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所綠色智慧農業技術這個大家庭的成員之一。

　　我是“你問我答”互動式稻田氨揮發評估系統。我不僅可以告訴你單個田塊的氨揮發，還可以告訴你全省、全國的氨揮發，你想了解不同施肥情況下的稻田氨揮發，找我就對了。

　　大家對氨氣應該不陌生，有些衛生間里散發的刺鼻氣味很大程度就來自排泄物分解釋放的氨氣。氨氣是一種含氮物質，氨氣是生產氮肥的原料，是一種重要的氮素資源。

　　稻田氨揮發是指稻田土壤排放氨氣的現象。稻田氨氣主要來源于氮肥轉化和土壤含氮有機物質分解。氨揮發不僅造成土壤氮素資源損失，還會危害生態環境，比如誘發霧霾。因此，我們要想方設法減少農田氨揮發。

　　氨揮發是綠色農業生產的“敵人”，為了戰勝它，我們需要充分了解它。首先，我們要知道哪些條件會促進氨揮發。我通過大數據分析，查明了稻田氨揮發的“驅動器”，為評估氨揮發打下了關鍵的基礎。我發現施氮量、施氮次數、土壤溫度和粉粒含量是決定稻田氨揮發的關鍵因子，然后我計算了各因子對稻田氨揮發的貢獻率，形成了多變量驅動氨揮發算法。

　　我構建了全國稻田土壤性質數據庫，代入多變量驅動氨揮發算法后，計算出了我國不同地理尺度（單個田塊、全省、全國）的稻田氨揮發量，建立了多尺度氨揮發評估模型，實現“從點到面”全方位評價。

　　我是一個對用戶非常友好的軟件系統，采用3種語言模式（簡體中文、繁體中文、英文），和國內外朋友溝通無障礙；我的界面非常簡潔，還帶有各種操作提示，用戶很容易上手。我現在已經通過計算機軟件著作權登記，馬上就要和大家正式見面了。

查明稻田氨揮發的“驅動器”

（圖片來源：作者繪制）

　　稻田系統與稻田氨揮發問題

　　為了讓大家更加深入地感受我的厲害之處，我先簡單介紹一下稻田系統和稻田氨揮發問題。水稻是我國非常重要的糧食作物，種植面積大，覆蓋范圍廣。在濕熱的南方、涼爽的東北，以及西北和中原灌區等地方都有水稻的身影。體量巨大的稻田系統能否綠色減排，對我國生態環境和農業發展具有極大影響。

　　稻田氨揮發是指稻田排放氨氣的現象。施用到農田的氮肥和土壤中的含氮有機物質都可能轉化釋放出氨氣。很多因素可以影響氨揮發，比如較大的施肥量和較高的溫度通常會加劇氨揮發。

農民在水稻田里工作

（圖片來源：veer圖庫）

　　水稻生長需要土壤氮素的支持，而氨揮發導致土壤有效氮素減少，可能會引起水稻“氮饑餓”和“營養不良”，因此，氨揮發是一種氮素資源損失現象，不利于水稻豐產。

　　此外，稻田氨揮發還會誘發一系列的生態環境問題。進入大氣的氨可以與酸性物質結合形成細顆粒物（比如我們常聽說的PM2.5），引起我們的呼吸系統疾病；進入大氣的氨還可能重新降落到地面和水體中，引起土壤酸化、水體富營養化，還可能導致喜氮生物瘋長，“排擠”其他生物，導致生物多樣性降低。

　　總之，稻田氨揮發是一個損失資源、危害環境的現象。減少稻田氨揮發對生態環境保護、提高氮肥利用率、促進作物綠色豐產等具有重要意義。我們需要采取措施減少稻田氨揮發，但前提是我們充分了解稻田氨揮發。

　　目前研究人員在稻田氨揮發領域已經有不少研究成果，為大家認識稻田氨揮發提供了重要依據。但現有研究也存在一些不足，比如以單個田塊的研究居多，難以為大范圍的水稻種植提供指導；研究結果多為“單向呈現”的模式，以論文圖表的形式呈現，難以互動解答用戶感興趣的問題。

　　在這個背景下，我應運而生了。為了能夠提供更準確、更友好、更全面的評估服務，我采用了多種“黑科技”。

　　首先，我整合了全國104個稻田站點的研究資料，匯總形成了376組翔實的稻田試驗數據，覆蓋了氨揮發、施氮方法、土壤性質等13個變量，利用逐步剔除的多元數據分析方法明確了稻田氨揮發的關鍵“驅動器”，創建了多變量驅動氨揮發算法。

　　然后，我集成建立了我國稻土壤性質基礎數據集，覆蓋了我國440327個水稻種植田塊，包含土壤質地、土壤溫度等重要參數，為準確評估稻田氨揮發奠定了關鍵基礎。

　　進而，我將稻田基礎數據集和多變量驅動氨揮發算法進行融合，計算出我國稻田氨揮發損失特征，實現單個田塊、全省和全國3種地理尺度的氨揮發評估，建立了多尺度氨揮發評估模型。

　　最后，通過軟件編程方法，我將多變量驅動氨揮發算法、多尺度氨揮發評估模型和稻田基礎數據集等融于一身，形成了界面簡潔、操作簡易、運算迅速的稻田氨揮發評估系統。值得一提的是，我所采用的“你問我答”的互動模式、“從點到面”的全方位評價功能，在國內稻田氨揮發研究中還不多見喲。

　　有我的幫助，大家可以方便地預測不同施氮條件下的稻田氨揮發，從而因地制宜實施更加科學的施氮策略，促進水稻氨揮發減排和綠色豐產。

　　舉個例子，通過我的計算，大家可以知道我國東北地區稻田氨揮發風險較低，需要適當提高施氮量，保障水稻高產；我國廣東、海南和臺灣的稻田氨揮發風險較高，需要嚴格控制施氮量；我國湖北、安徽和江蘇的稻田氨揮發總量較大，原因是水稻種植面積大、稻田施肥量高，需要更加注意推廣稻田綠色減排生產技術。

　　小助手寄語

　　當前，稻田氨揮發評估已經取得了重要進展，為優化稻田氮肥管理、促進稻田綠色減排和豐產高效提供了重要支撐。

　　未來我要開展變量施肥模式、不同肥料類型、不同施肥深度、不同灌溉制度下的稻田氨揮發評估模型升級，更加細致地反映稻田氨揮發特征；還需要在我目前功能的基礎上，開展不同區域稻田氨揮發的地塊級精細化阻控對策研究，融合肥料緩控釋、高效農機農藝等技術，集成建立稻田綠色生產技術模式，為我國水稻豐產增效和生態環境保護提供更有力的支撐，敬請期待！

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