在封閉集裝箱內，利用人工智能、作物科學等綜合技術完成種植，這與我們傳統(tǒng)認知中的農業(yè)有所不同。
在這個新型的植物工廠中，可以通過設施內高精度環(huán)境控制，為植物生長提供適宜的光照、溫度、營養(yǎng)等要素，實現(xiàn)在完全工廠化條件下進行農作物全年連續(xù)生產的高效農業(yè)生產方式，具有知識和技術高度密集、多學科創(chuàng)新的特點。
近年來，植物工廠作為現(xiàn)代農業(yè)的產業(yè)方向被廣泛關注，也成為了第三屆“多多農研科技大賽”中的主角。2月13日， 隨著“賽博農人”隊(CyberFarmer)、上海農科院隊、生菜快長隊(Lettus Grow)、上海交大“生生不息”隊四支決賽隊伍“解鎖”賽用集裝箱大門，光明多多垂直農業(yè)挑戰(zhàn)賽暨第三屆“多多農研科技大賽”決賽階段的比拼拉開帷幕。
【資料圖】
未來90天，每個團隊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，產量高、品質好、算法優(yōu)且能耗低的團隊將獲得最后的勝利。
大賽發(fā)起方拼多多以農業(yè)為核心戰(zhàn)略，長期致力于利用新模式、新技術推動農業(yè)數(shù)字化發(fā)展?！皬拇筇锏酱笈?，我們實現(xiàn)了對環(huán)境的部分控制，而封閉環(huán)境的垂直農業(yè)可以實現(xiàn)獨立于外界的持續(xù)食物供應。我們這次邀請最聰明的大腦在‘城市農業(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？
這不是一個普通的實驗，也不是一場平常的比賽，而是融合多個學科的前沿技術交流。讓人工智能賦能農業(yè)，在沒有“陽光和土壤”的環(huán)境里種出蔬菜，成為今年“多多農研科技大賽”決賽主題。
“垂直農業(yè)集多學科交叉應用，技術高度密集，是工業(yè)和農業(yè)的結合、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、總經理諸偉琦表示，“希望各團隊綜合運用人工智能、作物科學、設施園藝、植物生物技術等基礎研究，探索解決立體種植技術的痛點與難點。”
據(jù)拼多多方面介紹，此次進入決賽的共有4支團隊，分別是上海農科院團隊、上海交大鮑華團隊、CyberFarmer團隊以及Lettus Grow團隊。
參賽隊伍需要90天內，在已改造好的20尺集裝箱植物工廠內，利用LED照明、室內環(huán)境控制技術、營養(yǎng)模型、算法等遠程控制作物生產所需的“溫、光、水、肥、氣”等要素，挑戰(zhàn)以更低的能耗種植出產量更高、品質更好的生菜，并驗證商業(yè)化可行性。
與前兩屆多多農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節(jié)，對人工決策的容錯率更低，挑戰(zhàn)更大。
其次，在室內小環(huán)境，精細化調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。
而面對產量，品質，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，種出最高產量與最佳品質的作物。
除此之外，大賽還考核參賽選手的人工智能算法編程能力，需要將種植經驗轉化成智能化調控，這需要參賽者熟知作物生理需求與環(huán)境控制，并能將其轉化成數(shù)字化控制解決方案。
此次是農學家與工科博士的對陣，農業(yè)學者從作物栽培的需求與規(guī)律入手，將傳統(tǒng)的種植經驗與人工智能結合，以獲取更佳的種植結果；而工科專家則將生菜種植作為應用場景，通過技術解決農業(yè)生產的現(xiàn)實難題。
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。
作為新型設施農業(yè)，集裝箱垂直農場可以實現(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世紀經濟報道記者表示，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，可以實現(xiàn)作物的周年連續(xù)生產，不受自然災害的影響。
光明母港農業(yè)事業(yè)部總監(jiān)王金華介紹道，6層標準模組，因其單位面積增加且能連續(xù)生產，其每年生產蔬菜的量是大田里的20至30倍。
王金華認為，從農業(yè)本身的發(fā)展來說，已經在催促從業(yè)者們把眼光放在農業(yè)之外，“如果還是僅僅停留在農業(yè)生產的本身，有可能就會跟不上時代，今后的發(fā)展一定是在農業(yè)生產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行成本高昂是阻礙其走向大眾的主要因素。
前瞻產業(yè)研究院分析發(fā)現(xiàn)，建設一個1000平方米以下的植物工廠(包括內部裝修、設備、設施)，每平方米成本在15000—20000元之間；建設5000—10000平方米的植物工廠，每平方米成本在8000—10000元；建設10000平方米以上的大型植物工廠，建設成本會下降至8000元每平米以下。
后期運作仍面臨巨大成本。鄭延海向21世紀經濟報道記者表示，雖然目前國內有一些已經投產的植物工廠，但是考慮到能耗平衡的問題，實際上很多的植物工廠在生產過程中面臨很大的成本消耗。數(shù)據(jù)顯示，當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1千克生菜需要消耗10度電，產品成本或達20多元。價格阻礙了這些品質蔬菜進入大眾餐桌。
但鄭延海指出，隨著技術水平的提高，成本下降以及人們認識的提升，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得起的目標去努力，但這也需要社會各界共同的努力，來實現(xiàn)推動進一步的發(fā)展。
多方推動農業(yè)新變革
植物工廠真正實現(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為，拼多多起家于農業(yè)，現(xiàn)已發(fā)展成為中國最大的農產品上行平臺。它始終把農業(yè)作為核心戰(zhàn)略，長期致力于利用新模式、新技術推動農業(yè)數(shù)字化發(fā)展，希望通過科技帶來農業(yè)領域的革命性變化。
“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點改變，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研科技大賽一直在做一件事——設計未來的食品系統(tǒng)，并已經完成部分成果轉化。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，有農戶將自家的兩畝草莓接入該系統(tǒng)后，不僅實現(xiàn)了單產季增收三四萬元，還節(jié)省了近4000元的肥料成本。
本次大賽，拼多多將重點放在了可以對環(huán)境實現(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，種植出產量更高、品質更好的蔬菜對于解決糧食系統(tǒng)韌性問題具有現(xiàn)實意義。
因此，多多農研大賽這次要做的是邀請全球最聰明的大腦，在“城市農業(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。
上海農科院隊隊長何立中表示，植物工廠是一個復雜系統(tǒng)，而植物生長和發(fā)育也是一個復雜系統(tǒng)，如何實現(xiàn)植物工廠內植物的高效生產和資源的充分利用是行業(yè)研究的熱點。希望通過本次賽事，為集裝箱垂直農場的優(yōu)質、高效、智慧生產提供解決方案。
王金華認為，這次挑戰(zhàn)賽也可以讓消費者認知，讓消費者接受，并且讓農業(yè)通過各個學科的加持，提升其在整個社會領域的競爭性。
在本次大賽中，已有隊伍提出了降本策略。例如，上海農科院團隊考慮用太陽能作為植物工廠電力來源，同時工廠內部實現(xiàn)水、營養(yǎng)液的循環(huán)利用節(jié)省成本，比賽中訓練的AI還可以為后續(xù)更大規(guī)模的高端植物工廠服務。
上海交大“生生不息”團隊希望打破學科壁壘，用全新的視角去解答農學難題?！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驗運用到集裝箱垂直農場上?！薄吧幌ⅰ标犻L、上海交通大學博導鮑華表示，他擅長研究微納米尺度的熱量輸送及能量轉換，是一位“能耗大師”。
在農業(yè)技術愈發(fā)重要的背景下，推進植物工廠的建設，無疑是推動農業(yè)現(xiàn)代化的重要舉措，為我國農業(yè)勞動人口老齡化、資源環(huán)境約束趨緊等農業(yè)生產重大現(xiàn)實挑戰(zhàn)提供了有效解決方案，也是提升我國農業(yè)國際競爭力的途徑之一。
多多農研大賽正在助力植物工廠盡快落實商業(yè)化方案，完成農業(yè)種植模式的更迭，走出實驗室，走向普羅大眾。未來，植物工廠有著廣闊的發(fā)展前景，有望成為經濟發(fā)展的重要驅動力。
（文章來源：21世紀經濟報道）
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