在封閉集裝箱內(nèi)，利用人工智能、作物科學(xué)等綜合技術(shù)完成種植，這與我們傳統(tǒng)認(rèn)知中的農(nóng)業(yè)有所不同。

在這個新型的植物工廠中，可以通過設(shè)施內(nèi)高精度環(huán)境控制，為植物生長提供適宜的光照、溫度、營養(yǎng)等要素，實(shí)現(xiàn)在完全工廠化條件下進(jìn)行農(nóng)作物全年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，具有知識和技術(shù)高度密集、多學(xué)科創(chuàng)新的特點(diǎn)。

近年來，植物工廠作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)方向被廣泛關(guān)注，也成為了第三屆“多多農(nóng)研科技大賽”中的主角。2月13日， 隨著“賽博農(nóng)人”隊(duì)(CyberFarmer)、上海農(nóng)科院隊(duì)、生菜快長隊(duì)(Lettus Grow)、上海交大“生生不息”隊(duì)四支決賽隊(duì)伍“解鎖”賽用集裝箱大門，光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽暨第三屆“多多農(nóng)研科技大賽”決賽階段的比拼拉開帷幕。

未來90天，每個團(tuán)隊(duì)將操作各自的集裝箱，完成三茬“翠恬”生菜的種植。這是一種口感甜脆的全新生菜品種。根據(jù)賽制，產(chǎn)量高、品質(zhì)好、算法優(yōu)且能耗低的團(tuán)隊(duì)將獲得最后的勝利。

大賽發(fā)起方拼多多以農(nóng)業(yè)為核心戰(zhàn)略，長期致力于利用新模式、新技術(shù)推動農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展?！皬拇筇锏酱笈?，我們實(shí)現(xiàn)了對環(huán)境的部分控制，而封閉環(huán)境的垂直農(nóng)業(yè)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于外界的持續(xù)食物供應(yīng)。我們這次邀請最聰明的大腦在‘城市農(nóng)業(yè)如何用更少資源種出更多糧食’的命題上寫出自己的方案?！逼炊喽喔笨偛么髦据x說。

集裝箱里種生菜

在完全由人為控制的植物工廠——集裝箱里種生菜，會是一種怎樣的體驗(yàn)?

這不是一個普通的實(shí)驗(yàn)，也不是一場平常的比賽，而是融合多個學(xué)科的前沿技術(shù)交流。讓人工智能賦能農(nóng)業(yè)，在沒有“陽光和土壤”的環(huán)境里種出蔬菜，成為今年“多多農(nóng)研科技大賽”決賽主題。

“垂直農(nóng)業(yè)集多學(xué)科交叉應(yīng)用，技術(shù)高度密集，是工業(yè)和農(nóng)業(yè)的結(jié)合、自然與科技的交匯?！北敬未筚愔鬓k方之一、光明母港執(zhí)行董事、總經(jīng)理諸偉琦表示，“希望各團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用人工智能、作物科學(xué)、設(shè)施園藝、植物生物技術(shù)等基礎(chǔ)研究，探索解決立體種植技術(shù)的痛點(diǎn)與難點(diǎn)。”

據(jù)拼多多方面介紹，此次進(jìn)入決賽的共有4支團(tuán)隊(duì)，分別是上海農(nóng)科院團(tuán)隊(duì)、上海交大鮑華團(tuán)隊(duì)、CyberFarmer團(tuán)隊(duì)以及Lettus Grow團(tuán)隊(duì)。

參賽隊(duì)伍需要90天內(nèi)，在已改造好的20尺集裝箱植物工廠內(nèi)，利用LED照明、室內(nèi)環(huán)境控制技術(shù)、營養(yǎng)模型、算法等遠(yuǎn)程控制作物生產(chǎn)所需的“溫、光、水、肥、氣”等要素，挑戰(zhàn)以更低的能耗種植出產(chǎn)量更高、品質(zhì)更好的生菜，并驗(yàn)證商業(yè)化可行性。

與前兩屆多多農(nóng)研科技大賽的智能溫室種植相比，此次大賽難度升級。某種程度上，溫室種植可以借助自然光、“靠天吃飯”，而集裝箱種植，環(huán)境因素都依賴人工調(diào)節(jié)，對人工決策的容錯率更低，挑戰(zhàn)更大。

其次，在室內(nèi)小環(huán)境，精細(xì)化調(diào)控每一株作物成為可能。單單光照這一個環(huán)節(jié)，光周期，光譜，光量子密度三個要素如何搭配就極大程度影響作物的產(chǎn)量與品種。溫度，光照，水，營養(yǎng)液，氣體五大元素疊加起來的控制難度可謂是指數(shù)性增長。

且由于種植的是一種全新的生菜品種，參賽選手需要快速掌握作物的生長發(fā)育特征，這既考驗(yàn)了他們收集信息的能力，也對他們處理海量數(shù)據(jù)的能力提出了要求。

而面對產(chǎn)量，品質(zhì)，能耗，參賽選手必須在三者間做出取舍，思考如何用最低的能耗，種出最高產(chǎn)量與最佳品質(zhì)的作物。

除此之外，大賽還考核參賽選手的人工智能算法編程能力，需要將種植經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成智能化調(diào)控，這需要參賽者熟知作物生理需求與環(huán)境控制，并能將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字化控制解決方案。

此次是農(nóng)學(xué)家與工科博士的對陣，農(nóng)業(yè)學(xué)者從作物栽培的需求與規(guī)律入手，將傳統(tǒng)的種植經(jīng)驗(yàn)與人工智能結(jié)合，以獲取更佳的種植結(jié)果;而工科專家則將生菜種植作為應(yīng)用場景，通過技術(shù)解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)難題。

新模式告別“靠天吃飯”

在本次大賽中，植物工廠無疑是最吸引人的存在。

作為新型設(shè)施農(nóng)業(yè)，集裝箱垂直農(nóng)場可以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境要素的全面掌控。植物工廠的大規(guī)模推廣應(yīng)用，為解決土地資源緊缺、環(huán)境污染與食品安全等問題，提供了全新途徑。

中國科學(xué)院植物研究所植物工廠研發(fā)中心研究員鄭延海向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示，它打破了“萬物生長靠太陽”這樣一個傳統(tǒng)的觀念，也避免了春夏秋冬四季更迭對于植物的制約，可以實(shí)現(xiàn)作物的周年連續(xù)生產(chǎn)，不受自然災(zāi)害的影響。

光明母港農(nóng)業(yè)事業(yè)部總監(jiān)王金華介紹道，6層標(biāo)準(zhǔn)模組，因其單位面積增加且能連續(xù)生產(chǎn)，其每年生產(chǎn)蔬菜的量是大田里的20至30倍。

王金華認(rèn)為，從農(nóng)業(yè)本身的發(fā)展來說，已經(jīng)在催促從業(yè)者們把眼光放在農(nóng)業(yè)之外，“如果還是僅僅停留在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的本身，有可能就會跟不上時代，今后的發(fā)展一定是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的勞動力越來越少，而人工智能的介入會越來越多?！?/p>

然而，植物工廠的建造及運(yùn)行成本高昂是阻礙其走向大眾的主要因素。

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院分析發(fā)現(xiàn)，建設(shè)一個1000平方米以下的植物工廠(包括內(nèi)部裝修、設(shè)備、設(shè)施)，每平方米成本在15000—20000元之間;建設(shè)5000—10000平方米的植物工廠，每平方米成本在8000—10000元;建設(shè)10000平方米以上的大型植物工廠，建設(shè)成本會下降至8000元每平米以下。

后期運(yùn)作仍面臨巨大成本。鄭延海向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者表示，雖然目前國內(nèi)有一些已經(jīng)投產(chǎn)的植物工廠，但是考慮到能耗平衡的問題，實(shí)際上很多的植物工廠在生產(chǎn)過程中面臨很大的成本消耗。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前植物工廠所面臨的最大挑戰(zhàn)來自于能源消耗，其中電力消耗占比52%、勞動力消耗占18%。

例如，普通生菜，每千克成本大約4至8元，而水平較高的植物工廠每生產(chǎn)1千克生菜需要消耗10度電，產(chǎn)品成本或達(dá)20多元。價(jià)格阻礙了這些品質(zhì)蔬菜進(jìn)入大眾餐桌。

但鄭延海指出，隨著技術(shù)水平的提高，成本下降以及人們認(rèn)識的提升，再加上植物工廠面積越大，成本會逐漸降低。植物工廠將朝著讓普通大眾消費(fèi)得起的目標(biāo)去努力，但這也需要社會各界共同的努力，來實(shí)現(xiàn)推動進(jìn)一步的發(fā)展。

多方推動農(nóng)業(yè)新變革

植物工廠真正實(shí)現(xiàn)普惠大眾，需要更多的推動者。

拼多多高級副總裁朱建翀認(rèn)為，拼多多起家于農(nóng)業(yè)，現(xiàn)已發(fā)展成為中國最大的農(nóng)產(chǎn)品上行平臺。它始終把農(nóng)業(yè)作為核心戰(zhàn)略，長期致力于利用新模式、新技術(shù)推動農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展，希望通過科技帶來農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的革命性變化。

“科技的浪漫和魅力在于，你可以不僅僅只做一個圍觀者，更可以用它去做出一點(diǎn)點(diǎn)改變，讓大家生活在你參與定義的世界里?！敝旖埍硎尽?/p>

至今已舉辦三屆的多多農(nóng)研科技大賽一直在做一件事——設(shè)計(jì)未來的食品系統(tǒng)，并已經(jīng)完成部分成果轉(zhuǎn)化。據(jù)悉，首屆大賽的成果AI種植系統(tǒng)曾向云南昆明滇池西岸的100余戶草莓種植戶提供服務(wù)，有農(nóng)戶將自家的兩畝草莓接入該系統(tǒng)后，不僅實(shí)現(xiàn)了單產(chǎn)季增收三四萬元，還節(jié)省了近4000元的肥料成本。

本次大賽，拼多多將重點(diǎn)放在了可以對環(huán)境實(shí)現(xiàn)完全控制的植物工廠，而如何在封閉空間以更低的能耗，更短的生長周期，種植出產(chǎn)量更高、品質(zhì)更好的蔬菜對于解決糧食系統(tǒng)韌性問題具有現(xiàn)實(shí)意義。

因此，多多農(nóng)研大賽這次要做的是邀請全球最聰明的大腦，在“城市農(nóng)業(yè)如何用更少資源種出更多糧食”的命題上寫出自己的方案。

上海農(nóng)科院隊(duì)隊(duì)長何立中表示，植物工廠是一個復(fù)雜系統(tǒng)，而植物生長和發(fā)育也是一個復(fù)雜系統(tǒng)，如何實(shí)現(xiàn)植物工廠內(nèi)植物的高效生產(chǎn)和資源的充分利用是行業(yè)研究的熱點(diǎn)。希望通過本次賽事，為集裝箱垂直農(nóng)場的優(yōu)質(zhì)、高效、智慧生產(chǎn)提供解決方案。

王金華認(rèn)為，這次挑戰(zhàn)賽也可以讓消費(fèi)者認(rèn)知，讓消費(fèi)者接受，并且讓農(nóng)業(yè)通過各個學(xué)科的加持，提升其在整個社會領(lǐng)域的競爭性。

在本次大賽中，已有隊(duì)伍提出了降本策略。例如，上海農(nóng)科院團(tuán)隊(duì)考慮用太陽能作為植物工廠電力來源，同時工廠內(nèi)部實(shí)現(xiàn)水、營養(yǎng)液的循環(huán)利用節(jié)省成本，比賽中訓(xùn)練的AI還可以為后續(xù)更大規(guī)模的高端植物工廠服務(wù)。

上海交大“生生不息”團(tuán)隊(duì)希望打破學(xué)科壁壘，用全新的視角去解答農(nóng)學(xué)難題?！拔覀儠鸭b箱看作一個建筑，將過去積累的建筑能源控制經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到集裝箱垂直農(nóng)場上。”“生生不息”隊(duì)長、上海交通大學(xué)博導(dǎo)鮑華表示，他擅長研究微納米尺度的熱量輸送及能量轉(zhuǎn)換，是一位“能耗大師”。

在農(nóng)業(yè)技術(shù)愈發(fā)重要的背景下，推進(jìn)植物工廠的建設(shè)，無疑是推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要舉措，為我國農(nóng)業(yè)勞動人口老齡化、資源環(huán)境約束趨緊等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重大現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)提供了有效解決方案，也是提升我國農(nóng)業(yè)國際競爭力的途徑之一。

多多農(nóng)研大賽正在助力植物工廠盡快落實(shí)商業(yè)化方案，完成農(nóng)業(yè)種植模式的更迭，走出實(shí)驗(yàn)室，走向普羅大眾。未來，植物工廠有著廣闊的發(fā)展前景，有望成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要驅(qū)動力。

來源：21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道