土壤：你脚下的大数据

导 读

读这篇文章的你们，有多少人的童年是在《飞碟探索》的陪伴下长大的？多少人从小就对“宇宙”着迷 —— 那片灿烂的星空，似乎隐藏着无数动人的、耐人寻味的奥秘。

然而，远处的风景真的一定比近处更有趣吗？

“如果你们有志于探寻奥秘，其实并不需要离开这个星球，甚至不需要离开你的家门口。因为宇宙中最大的奥秘之一，就在每个人的脚下，这个奥秘就是土壤。”

QED 科技（https://qed.ai）

创始人：威廉·吴（William WU）

文/ William Wu

素材整理/何凌霄

翻译/江洋、何凌霄

编辑/熙榕

审阅/江洋

来源：“盖茨基金会”公号（2018年10月25日）

土壤给予万物生命 也为你我提供就业

放眼地球6300多千米的半径，土壤仅有1米的厚度相形见绌，它就像一层纤薄且满是漏洞的保鲜膜，只包裹住地球表面积的29%；但万物的生养所需，也都仰赖着这一层“保鲜膜”。

土壤是储存和传输所有营养物质、液体和气体的仓库和通道，其中有90%的水和2300千兆的有机碳被用于农业生产。土壤中有机碳的生成是自然界最伟大的成就之一 —— 数之不尽的生产者们——蚯蚓、蜗牛、昆虫、细菌和真菌们在我们脚下不知疲倦地工作，分解所有生物的遗骸，让营养和矿物质可以回到大自然神奇的循环中去，被下一代生物吸收利用。这样的奇迹正是由我们可能讨厌的昆虫和微生物们不断创造的，而土壤就是它们的家，一个化腐朽为神奇的地方。

把目光从太空转向土壤中的分解者

对人类社会和经济发展而言，土壤向全球近三分之一的劳动力人口提供了就业，并支撑着全球范围内每年40亿美元的农产品产出。在本世纪初，全球约有10亿人从事农业工作；尽管在2007年以后，服务业已超过农业部门成为最大雇主，但农业部门在非发达国家仍占据着50%以上的劳动力。土壤作为农业之本，是这些国家乃至地球最宝贵的资源之一，当人们谈论粮食安全时，却尚未意识到土壤的真正价值。

说到土壤的价值，我们真的了解土壤吗？好的土壤看起来就像深棕色的海绵蛋糕，但这蛋糕的确切成分仍然是个谜。毕竟，一茶匙土壤所含的微生物数量比地球上的人类总数还要多，可以说，它就像我们的神经元世界一样捉摸不透。还有一件基础的事情也是我们知之甚少的，即“土壤养分预算” （Soil Nutrient Budget），这是一张名副其实的“账单”，记录着土壤的酸度、碳氮和其它营养物质的含量，也记录着粮食种植产生的消耗。农业活动对土壤欠下的一笔笔“负债”，都需要以某种方式偿还，只有保持土壤成分的营养平衡，农业生产才能够持续下去。

尽管土壤资源如此重要，现状却不容乐观。非洲的土壤目前也正在遭受着最为严重的营养流失和侵蚀，而那里也正是粮食问题的重灾区，数亿人每天在饿肚皮。你可能会问，为什么政府和企业都对这种现状无所作为呢？事实上，正如我们刚刚所说的那样，土壤蕴藏了太多未解之谜，测量所需的成本、人员和技术问题都尚未得到解决。土壤信息的缺失让盲目的工作事倍功半，也阻碍着粮食安全问题取得大规模进展。

因此，在农业方面，我们正面临着如何在各大洲测量土壤健康的巨大挑战。

那么问题来了：“这是一个大数据问题，但大数据的问题在于 —— 数据到底从哪来？”

软硬兼施，全球并行

我们将目光投向了非洲，那片土壤状况急需改善的大陆。

AfSIS及其合作机构

2009年，非洲土壤信息服务机构（AfSIS）诞生，该机构旨在制定巧妙的战略，收集非洲土壤缺失的数据。AfSIS与很多国际机构开展了合作，各个国家的实验室也都在进行土壤成分的分析工作，我们取得了一些进展，但也仅仅是曙光初现。

而我创建的QED所要做的，就是搭建数字化的基础设施，为诸如AfSIS这样的机构提供服务，帮助他们建立起土壤信息数字系统，这其中包括了一系列硬件和软件的开发利用。

有时候事物间的联系就是如此巧妙，当我们谈论土壤时，不妨回到开头提到的太空，来解释我们目前为止所作的工作。鉴于实地提取土壤的成本高昂，我们不可能去每一个地方采集样本。因此在测量开始之前要做的第一件事就是选址——哪些地方的土壤是急需测量的？答案是对农民而言最重要的地方以及政府划定的农业专属区域和土地保护区。

来自太空的“天眼”提供了协助——Geosurvey平台负责为我们定位这些土壤。在这个软件上，用户可以看到由卫星照片制成的地图，并轻松找到非洲和世界各地的农田、房屋和森林的位置，而这些定位信息则来自成千上万用户的投稿，随着用户投稿越来越多，地图上得到标记的土壤位置也就越多。是来自地球角落每一个关心土壤问题的人，共同拼出了这块覆盖全球的土壤位置地图，为AfSIS有战略目标地收集土壤样本提供了巨大的帮助。

卫星实拍图与在Geosurvey做了标记之后的土壤地图

在确定了需要实地考察的地点之后，土地信息测量中最为艰巨的任务开始了。AfSIS和各种机构的工作人员穿越广袤的撒哈拉沙漠，跨越尼罗河，翻山越岭，夜以继日，前往坦桑尼亚、加纳和埃塞俄比亚等国进行实地考察，并收集土壤样本。

AfSIS工作人员正在采集土样

图中的工作人员正在坦桑尼亚的烈日下，用螺旋钻和特制的取土器提取样本。100%的数字工作流程允许我们在第一时间内，把这个样本与Geosurvey里的位置对应起来，就像给它贴上了即时的数字标签，让全世界的实验室和用户知道这份样本取自哪里，以待后续的检测和查阅。

数字标签可以一触即达，但有能力对土壤样本进行检测的实验室却往往十分遥远。因为检测对实验环境和仪器的要求很高，导致实验室只开设在有限的位置；此外，运输费用加上传统方法检测一次全国范围内的样本的费用，是一笔数百万美元的巨款。好在红外光谱仪的应用缓解了这种巨大的经费压力，但在应对大规模的土壤问题时，这些专业仪器还是太过精贵，远不够普及，无法供未受过专业训练的普通人实地采样、即时检测。土壤测量的硬件问题仍然迫在眉睫。

“这只是一个简要的总结。关于我们做的那些有趣的土壤工作，这仅仅是个开头。我们需要每一个人的帮助，来实现巨大的飞跃。”

倡导和技术：我们需要你！

我们，下一代的科学家、工程师和政治家们还需要做些什么？首先解决摆在我们面前的两大挑战：倡导和技术。

我们倡导关注土壤的重要性，不是要把人们的目光从遥远的外太空都拉回地面，而是此时此刻，在地球之上、土壤之上，有一群无助的人，他们从事着农业，他们的全部生计都依赖着土地肥沃与否，他们承担着养活其他人的任务，但他们自己却可能正在遭受贫穷和饥饿，缺乏来自政府的重视，也缺乏来自社会的关注。

尽管他们竭尽所能地使用着现有的工具，但在很多土壤问题面前他们仍然无能为力。反映到实际中，土壤问题就是农民群体的收入问题，甚至是全社会层面上的粮食问题。我们倡导政府、企业和全社会重新关注土地利益，希望政府能利用掌握的数据和信息，有所规划，指导企业生产适合当地的农业用品，引领社会各方一起将目光和努力投向土壤问题。

当重视土壤问题的观念深入人心，真正参与其中离我们还有多远？QED和 The Public Lab (公共实验室）创造的这款测量仪NIR，是用手机搭配上刀片、光盘和电池等小玩意儿的组合，就可以制成的简易光谱仪。

用简易材料制作的NIR原型机

我们无需望洋兴叹，也许这个知识高度流通的时代，正是朋克科学运动离我们最近的时代。每个人都可以行动起来，运用所学，利用手边的各种材料，从生活中发掘出更多宝贵的科技 —— 一如我们脚下的土壤正蕴藏着无穷的奥秘。

在开创QED科技公司，走上致力于解决土壤问题的道路之前，我也曾和很多人一样，在童年时代拥有一个太空梦——探索新世界，接触外星人；后来我甚至在NASA工作，实现了看似遥远的孩提梦想。但现在我意识到，脚下的世界一样等待着被探索，世界上还有很多人需要被关注。

“我们相信上帝，但其他人必须带来数据！大数据的问题就藏在这一方热土，就藏在你的脚下。”

如果觉得土壤观察干得不错，请给我们点个赞鼓励一下