スマートな秋の収穫 |田んぼの「呼吸」の秘密を知りたいですか？スマートな AI アシスタントがあなたを助けます!

制作：中国科学普及協会

著者: 楊 楊 (中国科学院合肥物理科学研究所知能機械研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：中国科学普及の最先端技術プロジェクトは、インテリジェント技術の最新動向を紹介するために、「人工知能」に関する一連の記事を立ち上げ、人工知能の最先端の進歩を垣間見ることができ、さまざまな懸念や好奇心に応えています。一緒に探究し、インテリジェントな時代を受け入れていきましょう。

AI農業アシスタント名刺

アシスタント：水田アンモニア揮発評価システム

2つの魔法の武器： 「あなたが私に尋ねれば、私は答えます」インタラクティブな体験と「点から面へ」の総合的な評価

3つのキーテクノロジー：水田からのアンモニア揮発の「ドライバー」、多変数駆動アンモニア揮発アルゴリズム、マルチスケールアンモニア揮発評価モデル

エネルギー値：5つ星

身分証明書用写真:

単一圃場規模での水田からのアンモニア揮発の評価

（写真出典：著者提供）

AI農業アシスタント自己紹介

みなさんこんにちは。私は中国科学院合肥物理科学研究所知能機械研究所のグリーンスマート農業技術ファミリーの一員である田んぼアンモニア揮発評価システムです。

私は「あなたが私に尋ねれば、私が答えます」インタラクティブな水田アンモニア揮発評価システムです。単一の畑のアンモニア揮発についてお話しできるだけでなく、州全体、そして国全体のアンモニア揮発についてもお話しできます。異なる施肥条件における水田のアンモニア揮発について知りたい場合は、私に相談してください。

誰もがアンモニアについて知っているはずです。一部の浴室で発生する刺激臭は、排泄物の分解によって放出されるアンモニアが主な原因です。アンモニアは窒素を含む物質です。窒素肥料の原料であり、重要な窒素資源です。

水田アンモニア揮発とは、水田土壌からアンモニアが放出される現象を指します。水田におけるアンモニアは、主に窒素肥料の変換と土壌中の窒素含有有機物の分解によって発生します。アンモニアの揮発は土壌窒素資源の損失を引き起こすだけでなく、スモッグの発生など生態環境にも悪影響を及ぼします。したがって、農地からのアンモニアの揮発を減らす方法を見つけなければなりません。

アンモニアの揮発はグリーン農業生産の「敵」です。それを克服するためには、それを完全に理解する必要があります。まず、どのような条件がアンモニアの揮発を促進するのかを知る必要があります。ビッグデータ分析を通じて、水田からのアンモニア揮発の「要因」を特定し、アンモニア揮発の評価に重要な基礎を築きました。窒素施用量、窒素施用量の回数、土壌温度、粉末含有量が、水田におけるアンモニア揮発を決定する主な要因であることがわかりました。次に、水田におけるアンモニア揮発に対する各要因の寄与率を計算し、多変量駆動型アンモニア揮発アルゴリズムを作成しました。

私は全国規模の水田土壌特性データベースを構築し、それを多変量駆動型アンモニア揮発アルゴリズムに代入して、国内のさまざまな地理的スケール（単一圃場、全省、全国）の水田からのアンモニア揮発量を計算し、「点から面まで」の総合評価を実現するマルチスケールアンモニア揮発評価モデルを確立しました。

I は、3 つの言語モード (簡体字中国語、繁体字中国語、英語) を使用し、国内外の友人とのバリアフリーなコミュニケーションを可能にする、非常にユーザーフレンドリーなソフトウェア システムです。私のインターフェースは非常にシンプルで、さまざまな操作プロンプトが付属しているため、ユーザーは簡単に使い始めることができます。コンピュータソフトウェアの著作権登録に合格しましたので、もうすぐ皆さんと正式にお会いする予定です。

水田からのアンモニア揮発の原因の特定

（画像出典：著者描き下ろし）

水田システムと水田からのアンモニア揮発

私の強みをもっと深く感じていただくために、まずは水田システムと水田におけるアンモニア揮発の問題について簡単に紹介させていただきます。私の国では、米は栽培面積が大きく、栽培範囲も広いため、非常に重要な食用作物です。米は、湿度が高く暑い南部、涼しい北東部、北西部および中央平原の灌漑地域で栽培されています。巨大な水田システムがグリーン排出削減を達成できるかどうかは、我が国の生態環境と農業の発展に大きな影響を与えます。

水田アンモニア揮発とは、水田からアンモニアが放出される現象を指します。農地に施された窒素肥料や土壌中の窒素含有有機物が変換され、アンモニアを放出する可能性があります。アンモニアの揮発には多くの要因が影響します。たとえば、肥料の使用量が多いと気温が高くなると、通常、アンモニアの揮発は増加します。

田んぼで働く農民たち

（写真提供：veerフォトギャラリー）

稲の成長には土壌窒素の供給が必要であり、アンモニアの揮発により土壌中の有効窒素が減少し、稲の「窒素欠乏」や「栄養失調」を引き起こす可能性があります。したがって、アンモニアの揮発は窒素資源の損失現象であり、米の収穫量には寄与しません。

さらに、水田からのアンモニアの揮発も一連の生態学的および環境的問題を引き起こす可能性があります。大気中に放出されたアンモニアは酸性物質と結合して微粒子物質（よく耳にするPM2.5など）を形成し、呼吸器疾患を引き起こす可能性があります。大気中に放出されたアンモニアは、地面や水域に逆戻りして土壌の酸性化や水域の富栄養化を引き起こす可能性があり、また窒素を好む生物が乱立して他の生物を「駆逐」し、生物多様性の減少につながる可能性もあります。

つまり、水田からのアンモニア揮発は、資源の損失を引き起こし、環境に害を及ぼす現象なのです。水田からのアンモニア揮発の削減は、生態環境保護、窒素肥料の利用効率の向上、緑豊かな高収量作物の促進に大きな意義があります。水田からのアンモニア揮散を減らす対策を講じる必要がありますが、その前提として、水田からのアンモニア揮散について十分に理解する必要があります。

現在、研究者らは水田におけるアンモニア揮発の分野で多くの研究成果を達成しており、これは水田におけるアンモニア揮発を誰もが理解するための重要な基礎を提供している。しかし、既存の研究にもいくつかの欠点があります。例えば、研究のほとんどは単一の土地区画に基づいているため、大規模な稲作に関する指導を提供することは困難です。研究結果は、主に紙のグラフの形で「一方的なプレゼンテーション」モードで提示されるため、ユーザーが関心を持つ質問にインタラクティブに答えることが困難です。

このような背景から私は誕生しました。より正確でフレンドリーかつ包括的な評価サービスを提供するために、私はさまざまな「ブラックテクノロジー」を使用しています。

まず、全国104か所の水田調査データを統合し、アンモニア揮発、窒素施用方法、土壌特性など13項目にわたる詳細な水田試験データ376セットをまとめました。私は段階的除去法の多変量データ分析法を使用して、水田のアンモニア揮発の主要な「推進要因」を特定し、多変量駆動型アンモニア揮発アルゴリズムを作成しました。

次に、土壌の質や土壌温度などの重要なパラメータを含む、国内の440,327の稲作圃場を網羅した、国内の稲作土壌特性の基本データセットを統合して確立し、水田からのアンモニア揮発を正確に評価するための重要な基盤を築きました。

さらに、水田の基本データセットと多変量駆動型アンモニア揮発アルゴリズムを統合して、国内の水田におけるアンモニア揮発損失の特性を計算し、単一水田、省、国の3つの地理的スケールでアンモニア揮発評価を実現し、マルチスケールのアンモニア揮発評価モデルを確立しました。

最後に、ソフトウェアプログラミング手法により、多変数駆動型アンモニア揮発アルゴリズム、マルチスケールアンモニア揮発評価モデル、水田基本データセットを1つに統合し、シンプルなインターフェース、簡単な操作、高速計算を備えた水田アンモニア揮発評価システムを構築しました。私が採用した「あなたが質問し、私が答える」対話型モードと「点から面まで」の総合評価機能は、中国の水田からのアンモニア揮発の研究では珍しいものであることは特筆に値します。

私の助けがあれば、さまざまな窒素施肥条件下の田んぼからのアンモニア揮発を簡単に予測し、地域の状況に応じてより科学的な窒素施肥戦略を実施して、アンモニア揮発の削減と米の緑の高収量を促進することができます。

例えば、私の計算により、我が国の北東部の水田からのアンモニア揮発のリスクは比較的低く、高い米の収穫量を確保するには窒素施用量を適切に増やす必要があることがわかります。我が国の広東省、海南省、台湾の水田からのアンモニア揮発のリスクは比較的高く、窒素施用量を厳しく管理する必要がある。わが国の湖北省、安徽省、江蘇省の水田からのアンモニア揮発量は比較的多い。これは、水田の栽培面積が大きく、水田に施される肥料の量が多いためであり、水田におけるグリーン排出削減生産技術の推進にさらに注意を払う必要がある。

アシスタントからのメッセージ

現在、水田からのアンモニア揮発の評価において重要な進歩が遂げられており、水田における窒素肥料管理の最適化、グリーン排出削減の促進、水田における高収量・高効率化に重要な支援を提供しています。

今後は、水田のアンモニア揮発特性をより注意深く反映するために、さまざまな施肥モード、異なる肥料タイプ、異なる施肥深度、異なる灌漑システムにおける水田のアンモニア揮発の評価モデルをアップグレードする必要があります。また、現在の職務に基づき、各地域の水田におけるアンモニア揮発の区画レベルの精緻な予防・抑制対策の研究を進め、緩効性肥料、高効率農業機械、農学などの技術を統合し、水田のグリーン生産技術モデルの構築を統合して、我が国の米の収穫量と効率の向上、生態環境保護への支援を強化していく必要があります。乞うご期待！