智能秋收｜氨挥发评估系统揭开稻田“呼吸”的秘密

出品；科普中国

作者：杨阳（中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所）

监制：中国科普博览

编者按：为展现智能科技动态，科普中国前沿科技项目推出“人工智能”系列文章，一窥人工智能前沿进展，回应种种关切与好奇。让我们共同探究，迎接智能时代。

AI助农小助手名片

**小助手：**稻田氨挥发评估系统

两大法宝：“你问我答”互动体验、“从点到面”全方位评价

**三大关键技术：**稻田氨挥发的“驱动器”、多变量驱动氨挥发算法、多尺度氨挥发评估模型

**能量值：**5颗星

证件照：

单个田块尺度的稻田氨挥发评估

（图片来源：作者供图）

AI助农小助手自我介绍

大家好，我是稻田氨挥发评估系统，是中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所绿色智慧农业技术这个大家庭的成员之一。

我是“你问我答”互动式稻田氨挥发评估系统。我不仅可以告诉你单个田块的氨挥发，还可以告诉你全省、全国的氨挥发，你想了解不同施肥情况下的稻田氨挥发，找我就对了。

大家对氨气应该不陌生，有些卫生间里散发的刺鼻气味很大程度就来自排泄物分解释放的氨气。氨气是一种含氮物质，氨气是生产氮肥的原料，是一种重要的氮素资源。

稻田氨挥发是指稻田土壤排放氨气的现象。稻田氨气主要来源于氮肥转化和土壤含氮有机物质分解。氨挥发不仅造成土壤氮素资源损失，还会危害生态环境，比如诱发雾霾。因此，我们要想方设法减少农田氨挥发。

氨挥发是绿色农业生产的“敌人”，为了战胜它，我们需要充分了解它。首先，我们要知道哪些条件会促进氨挥发。我通过大数据分析，查明了稻田氨挥发的“驱动器”，为评估氨挥发打下了关键的基础。我发现施氮量、施氮次数、土壤温度和粉粒含量是决定稻田氨挥发的关键因子，然后我计算了各因子对稻田氨挥发的贡献率，形成了多变量驱动氨挥发算法。

我构建了全国稻田土壤性质数据库，代入多变量驱动氨挥发算法后，计算出了我国不同地理尺度（单个田块、全省、全国）的稻田氨挥发量，建立了多尺度氨挥发评估模型，实现“从点到面”全方位评价。

我是一个对用户非常友好的软件系统，采用3种语言模式（简体中文、繁体中文、英文），和国内外朋友沟通无障碍；我的界面非常简洁，还带有各种操作提示，用户很容易上手。我现在已经通过计算机软件著作权登记，马上就要和大家正式见面了。

查明稻田氨挥发的“驱动器”

（图片来源：作者绘制）

稻田系统与稻田氨挥发问题

为了让大家更加深入地感受我的厉害之处，我先简单介绍一下稻田系统和稻田氨挥发问题。水稻是我国非常重要的粮食作物，种植面积大，覆盖范围广。在湿热的南方、凉爽的东北，以及西北和中原灌区等地方都有水稻的身影。体量巨大的稻田系统能否绿色减排，对我国生态环境和农业发展具有极大影响。

稻田氨挥发是指稻田排放氨气的现象。施用到农田的氮肥和土壤中的含氮有机物质都可能转化释放出氨气。很多因素可以影响氨挥发，比如较大的施肥量和较高的温度通常会加剧氨挥发。

农民在水稻田里工作

（图片来源：veer图库）

水稻生长需要土壤氮素的支持，而氨挥发导致土壤有效氮素减少，可能会引起水稻“氮饥饿”和“营养不良”，因此，氨挥发是一种氮素资源损失现象，不利于水稻丰产。

此外，稻田氨挥发还会诱发一系列的生态环境问题。进入大气的氨可以与酸性物质结合形成细颗粒物（比如我们常听说的PM2.5），引起我们的呼吸系统疾病；进入大气的氨还可能重新降落到地面和水体中，引起土壤酸化、水体富营养化，还可能导致喜氮生物疯长，“排挤”其他生物，导致生物多样性降低。

总之，稻田氨挥发是一个损失资源、危害环境的现象。减少稻田氨挥发对生态环境保护、提高氮肥利用率、促进作物绿色丰产等具有重要意义。我们需要采取措施减少稻田氨挥发，但前提是我们充分了解稻田氨挥发。

目前研究人员在稻田氨挥发领域已经有不少研究成果，为大家认识稻田氨挥发提供了重要依据。但现有研究也存在一些不足，比如以单个田块的研究居多，难以为大范围的水稻种植提供指导；研究结果多为“单向呈现”的模式，以论文图表的形式呈现，难以互动解答用户感兴趣的问题。

在这个背景下，我应运而生了。为了能够提供更准确、更友好、更全面的评估服务，我采用了多种“黑科技”。

首先，我整合了全国104个稻田站点的研究资料，汇总形成了376组翔实的稻田试验数据，覆盖了氨挥发、施氮方法、土壤性质等13个变量，利用逐步剔除的多元数据分析方法明确了稻田氨挥发的关键“驱动器”，创建了多变量驱动氨挥发算法。

然后，我集成建立了我国稻土壤性质基础数据集，覆盖了我国440327个水稻种植田块，包含土壤质地、土壤温度等重要参数，为准确评估稻田氨挥发奠定了关键基础。

进而，我将稻田基础数据集和多变量驱动氨挥发算法进行融合，计算出我国稻田氨挥发损失特征，实现单个田块、全省和全国3种地理尺度的氨挥发评估，建立了多尺度氨挥发评估模型。

最后，通过软件编程方法，我将多变量驱动氨挥发算法、多尺度氨挥发评估模型和稻田基础数据集等融于一身，形成了界面简洁、操作简易、运算迅速的稻田氨挥发评估系统。值得一提的是，我所采用的“你问我答”的互动模式、“从点到面”的全方位评价功能，在国内稻田氨挥发研究中还不多见哟。

有我的帮助，大家可以方便地预测不同施氮条件下的稻田氨挥发，从而因地制宜实施更加科学的施氮策略，促进水稻氨挥发减排和绿色丰产。

举个例子，通过我的计算，大家可以知道我国东北地区稻田氨挥发风险较低，需要适当提高施氮量，保障水稻高产；我国广东、海南和台湾的稻田氨挥发风险较高，需要严格控制施氮量；我国湖北、安徽和江苏的稻田氨挥发总量较大，原因是水稻种植面积大、稻田施肥量高，需要更加注意推广稻田绿色减排生产技术。

小助手寄语

当前，稻田氨挥发评估已经取得了重要进展，为优化稻田氮肥管理、促进稻田绿色减排和丰产高效提供了重要支撑。

未来我需要开展变量施肥模式、不同肥料类型、不同施肥深度、不同灌溉制度下的稻田氨挥发评估模型升级，更加细致地反映稻田氨挥发特征；还需要在我目前功能的基础上，开展不同区域稻田氨挥发的地块级精细化阻控对策研究，融合肥料缓控释、高效农机农艺等技术，集成建立稻田绿色生产技术模式，为我国水稻丰产增效和生态环境保护提供更有力的支撑，敬请期待！