一项新的研究显示，农民使用纳米技术和人工智能 (AI) 实时响应作物生长变化的“精准农业”可以为威胁全球粮食安全的挑战提供切实可行的解决方案。
气候变化、人口增加、生产生物燃料对土地的竞争性需求以及土壤质量下降意味着养活世界人口变得越来越困难。
联合国 (UN) 估计，到 2030 年，将有 8.4 亿人受到饥饿的影响，但研究人员已经制定了一个路线图，将智能和纳米农业与人工智能和机器学习能力相结合，可以帮助减少这一数字。
由伯明翰大学领导的一个国际研究团队今天在Nature Plants上发表了他们的发现，列出了使用人工智能安全、可持续和负责任地利用纳米材料的力量所需的以下步骤：
了解纳米材料在农业环境中的长期命运——纳米材料如何与根、叶和土壤相互作用;
评估纳米材料在农业生态系统中的长期生命周期影响，例如纳米材料的重复应用将如何影响土壤;
对纳米农业采取系统级方法——利用土壤质量、作物产量和养分利用效率 (NUE) 的现有数据来预测纳米材料在环境中的表现;和
使用人工智能和机器学习来确定将控制纳米材料在农业环境中的行为的关键特性。
该研究的合著者、伯明翰大学环境纳米科学教授 Iseult Lynch 评论说：“目前的估计表明，近 6.9 亿人在挨饿——几乎占地球人口的 9%。为这个问题寻找可持续的农业解决方案需要我们采取大胆的新方法并整合来自不同领域的知识，例如材料科学和信息学。
“使用纳米技术和人工智能的精准农业为可持续粮食生产提供了令人兴奋的机会。我们可以将现有的养分循环和作物生产力模型与纳米信息学方法联系起来，以帮助作物和土壤表现得更好——安全、可持续和负责任。”
农业科技创新的主要驱动力是需要以不断减少的农业用地面积养活不断增长的全球人口，同时保护土壤健康和环境质量。
农业集约化导致全球 NUE 极差，这对环境质量构成严重威胁，因为大量营养物质流失到水和空气中 - 使地球变暖，全球近 11% 的温室气体排放来自农业。
尤其令人担忧的是，土地过度施氮肥会导致“笑气”一氧化二氮的排放，其在诱发全球变暖方面的效力是二氧化碳的 300 倍。大约 70% 的人为源一氧化二氮排放到空气中是来自农业部门。
纳米肥料具有针对作物肥力、提高 NUE 和减少一氧化二氮排放的潜力，因此有助于支持英国气候变化法案下到 2050 年实现温室气体净零排放的目标。
该研究团队包括来自希腊瓦里的希腊军事学院和塞浦路斯尼科西亚的 Novamechanics Ltd 的专家，他们指出，纳米技术在四个关键方面具有促进农业发展的巨大潜力：
提高生产率和作物产量;
促进土壤健康和植物恢复力;
提高化肥等资源利用效率，减少污染;和
开发可以提醒农民注意环境压力的智能传感器植物。
共同作者、伯明翰大学 Marie Skodowska-Curie 研究员 Peng Zhang 博士评论说：“包括人工智能和机器学习在内的计算方法将在推动纳米农业发展方面发挥关键作用。这种方法已经开始获得监管机构对纳米材料安全评估的认可，从而为消费品和医药开发设计安全的纳米材料。
“将人工智能和纳米技术整合到精准农业中将在探索用于肥料和农药输送的纳米材料的设计参数方面发挥至关重要的作用，以确保对土壤健康的影响最小，同时可食用组织部分中残留的纳米材料残留最少——有助于确保安全和可持续的农业。”
