中國(guó)幾千年農(nóng)耕文明延續(xù)至今，植物往往都是依賴(lài)陽(yáng)光、土壤生產(chǎn)出來(lái)的。離開(kāi)陽(yáng)光和土壤，有沒(méi)有一種方式能夠穩(wěn)定、持續(xù)地種植植物呢？實(shí)際上，在“植物工廠”中，無(wú)需土壤，不受自然環(huán)境的影響，通過(guò)模擬光照、溫度等因素，植物就可以順利地生根、發(fā)芽、結(jié)果。

植物工廠是一種新興的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，它利用先進(jìn)的技術(shù)手段，將植物種植在室內(nèi)環(huán)境中，以實(shí)現(xiàn)高效、高產(chǎn)、高質(zhì)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。隨著人們對(duì)健康、安全、環(huán)保等問(wèn)題的關(guān)注度不斷提高，“植物工廠”的市場(chǎng)與機(jī)會(huì)也越來(lái)越受到關(guān)注。

近日，拼多多與光明母港（上海）種業(yè)科技有限公司共同舉辦的光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽暨第三屆“多多農(nóng)研科技大賽”揭曉比賽結(jié)果。本次大賽的賽題是如何在集裝箱內(nèi)種植一種因嚼起來(lái)聲音清脆而得名的“水果生菜”品種Crunchy（翠恬）。評(píng)比維度包括產(chǎn)量、品質(zhì)、算法策略、能耗成本及商業(yè)價(jià)值五方面。

此前，由幾十位不同領(lǐng)域、不同學(xué)科背景的年輕專(zhuān)家組成的四支戰(zhàn)隊(duì)從全球15支初賽隊(duì)伍中脫穎而出，闖入決賽。在過(guò)去的90天中，這四支來(lái)自不同研究領(lǐng)域的戰(zhàn)隊(duì)，利用自己所學(xué)的專(zhuān)業(yè)，在全封閉的集裝箱中挑戰(zhàn)全新生菜品種“翠恬”的種植。

經(jīng)專(zhuān)家評(píng)委審定，上海農(nóng)科院隊(duì)最終摘得冠軍，并奪得“最高產(chǎn)量獎(jiǎng)”。來(lái)自中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的CyberFamer隊(duì)榮獲大賽第二名與“最佳節(jié)能獎(jiǎng)”。上海交通大學(xué)“生生不息”隊(duì)與LettUs Grow隊(duì)并列第三。

▲本次大賽的四個(gè)集裝箱式植物工廠。顧辰 攝

沒(méi)有日照和土壤

在這場(chǎng)賽博種植大比武中

他們使用了這些技術(shù)

用人工光源代替陽(yáng)光，用營(yíng)養(yǎng)液代替土壤，那如何確定植物的生長(zhǎng)需求呢？在這次為期90天的種植比賽中，上海農(nóng)科院團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)智慧種植決策管理系統(tǒng)，基于大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建，融合了植株的生長(zhǎng)模型、光截獲模型、蒸騰模型等算法，實(shí)時(shí)收集各類(lèi)傳感器回傳的數(shù)據(jù)，尤其是利用深度相機(jī)多源采集圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行植株長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)，讀懂植物的需求，做出種植策略判斷。

上海農(nóng)科院團(tuán)隊(duì)的成員在設(shè)施栽培、智慧農(nóng)業(yè)方面擁有豐富的理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有深厚的農(nóng)學(xué)背景。他們?cè)眠h(yuǎn)程監(jiān)控探頭和傳感器采集的數(shù)據(jù)，幫距離他們1.6萬(wàn)公里的南極科考站解決“生菜葉子有點(diǎn)蔫”的問(wèn)題。

上海農(nóng)科院團(tuán)隊(duì)的隊(duì)員表示，“我們未來(lái)的發(fā)展方向是要計(jì)算機(jī)代替人工。在農(nóng)學(xué)這個(gè)領(lǐng)域，專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)占了大多數(shù)。我們使用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言對(duì)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行描述、對(duì)農(nóng)學(xué)知識(shí)進(jìn)行描述、對(duì)種植的過(guò)程進(jìn)行描述，最終希望可以發(fā)展到用計(jì)算機(jī)代替人工去了解植物的需求、代替專(zhuān)家的眼睛?！彼麄兿Ｍ麑⒃谶@次比賽中研發(fā)的決策系統(tǒng)直接運(yùn)用到未來(lái)的“植物工廠”當(dāng)中，充分利用專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，讓更多的人通過(guò)技術(shù)手段讀懂植物的需求。

▲集裝箱里成長(zhǎng)中的翠恬生菜。陳達(dá)通 攝

研而優(yōu)則“市”，大賽還邀請(qǐng)消費(fèi)者體驗(yàn)試吃，他們的感官測(cè)評(píng)和反饋也將作為評(píng)比“AI菜王”的參考指標(biāo)之一。

CyberFarmer隊(duì)的隊(duì)長(zhǎng)鄭建鋒表示，在本次的比賽的過(guò)程中CyberFamer隊(duì)將商品性作為一個(gè)重要的考量標(biāo)準(zhǔn)，在種植的過(guò)程中還兼顧了生菜的品質(zhì)。在調(diào)控生長(zhǎng)速率的時(shí)候，有意降低生產(chǎn)速率以提升品質(zhì)。

▲6月6日，15位大眾評(píng)審對(duì)決賽團(tuán)隊(duì)種植的“翠恬”生菜進(jìn)行試吃并打分。陳達(dá)通 攝

CyberFarmer團(tuán)隊(duì)采用智能環(huán)控技術(shù)與植物對(duì)話(huà)，從而按需調(diào)控集裝箱植物工廠的環(huán)境條件。他們的環(huán)控目標(biāo)是在有效抑制燒心現(xiàn)象發(fā)生的情況下將生長(zhǎng)速率和光量子產(chǎn)率維持在較高的水平，不以生物量最大化為目標(biāo)，通過(guò)適度控制生長(zhǎng)速率獲得最大的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

最終，CyberFamer隊(duì)的生菜完美地展現(xiàn)了翠恬生菜這一品種的特性并在大眾評(píng)審環(huán)節(jié)中獲得了第一。

農(nóng)學(xué)家對(duì)陣工科博士

以前沿技術(shù)解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)難題

在大賽評(píng)委、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)賀冬仙教授看來(lái)，四支隊(duì)伍各有千秋?！皼Q賽最大的看點(diǎn)是上海農(nóng)科院隊(duì)、LettUs Grow隊(duì)代表的農(nóng)學(xué)團(tuán)隊(duì)與上海交大‘生生不息’隊(duì)、CyberFarmer隊(duì)代表的工學(xué)團(tuán)隊(duì)的較量?！?/p>

▲決賽評(píng)審環(huán)節(jié)，評(píng)審對(duì)參賽隊(duì)伍提問(wèn)。圖為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授賀冬仙。

農(nóng)學(xué)家對(duì)戰(zhàn)工科博士，究竟誰(shuí)能在“植物工廠”的對(duì)戰(zhàn)中更勝一籌？農(nóng)業(yè)學(xué)者習(xí)慣從作物栽培的需求與規(guī)律入手，將傳統(tǒng)種植經(jīng)驗(yàn)與人工智能結(jié)合，獲取更佳的種植結(jié)果；工科專(zhuān)家則將生菜種植作為應(yīng)用場(chǎng)景，以前沿技術(shù)解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)難題。

上海交大“生生不息”隊(duì)這群參賽前沒(méi)種過(guò)菜的工科專(zhuān)家利用專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)構(gòu)建了輔助智慧栽培的信息化平臺(tái)。在種植的過(guò)程中，他們不斷迭代平臺(tái)，使得生菜快速增產(chǎn)，第三茬的生物量較第二茬增長(zhǎng)86%，較第一茬增長(zhǎng)135%。這讓不少評(píng)審專(zhuān)家感慨，“如果多種幾茬，冠軍可能就是工學(xué)家了?！?/p>

他們?cè)诒荣惖倪^(guò)程中還使用了綜合環(huán)控算法，以節(jié)能為導(dǎo)向，經(jīng)過(guò)三輪的種植后節(jié)能率明顯提升。建立數(shù)據(jù)平臺(tái)，將環(huán)境參數(shù)和植物生長(zhǎng)的參數(shù)直觀地呈現(xiàn)給植物栽培專(zhuān)家，從而獲取專(zhuān)家的建議。

“生生不息”隊(duì)隊(duì)員表示，在種植的過(guò)程中他們?cè)囍鴮?shù)據(jù)采集處理并進(jìn)行分析、推理，最終利用生成式AI做一個(gè)拓展，后期運(yùn)用AI讓種植專(zhuān)家為更多的人服務(wù)。“這一平臺(tái)將幫助人們?cè)趯?duì)新品種了解有限、數(shù)據(jù)有限及專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)有限的情況下實(shí)現(xiàn)作物的產(chǎn)量提升?！?/p>

“這次比賽讓我們看到不同團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)。上海交大‘生生不息’隊(duì)就從工科角度提供了與農(nóng)學(xué)思維完全不同的思路。比賽促成了思想的碰撞。未來(lái)，我們會(huì)加強(qiáng)交流合作，更好地推動(dòng)工學(xué)與農(nóng)學(xué)的交叉與融合?！鄙虾Ｊ修r(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝所所長(zhǎng)朱為民表示。

科技為農(nóng)業(yè)賦能，

農(nóng)研成果轉(zhuǎn)化成效初顯

科技感滿(mǎn)滿(mǎn)的“植物工廠”最終如何助力農(nóng)戶(hù)增收與鄉(xiāng)村振興？實(shí)際上，首屆“多多農(nóng)研科技大賽”的獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)“智多莓”就已經(jīng)在比賽過(guò)程中看到“技術(shù)產(chǎn)品化”的場(chǎng)景和廣闊的市場(chǎng)前景，由此決定成立智多莓公司，將科研成果應(yīng)用于廣袤的田間地頭，幫助中小種植者提升效益。

在鄉(xiāng)村振興重點(diǎn)幫扶地云南省怒江州老窩村，智多莓團(tuán)隊(duì)通過(guò)在當(dāng)?shù)卮罱〝?shù)字化草莓生產(chǎn)體系，使得老窩村草莓產(chǎn)業(yè)常用工成本下降30%以上，而草莓產(chǎn)量增加30%。種植草莓成本的下降和產(chǎn)量的上升，有效助力了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民增收與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

LettUs Grow團(tuán)隊(duì)是本次比賽四支晉級(jí)團(tuán)隊(duì)中唯一一支“企業(yè)隊(duì)”，兼具扎實(shí)的理論實(shí)踐基礎(chǔ)和活躍的創(chuàng)新能力。在這次比賽中，他們結(jié)合視覺(jué)模型和植物模型等，預(yù)測(cè)植物生長(zhǎng)。基于預(yù)測(cè)值，種植者可以提前安排采收工人、聯(lián)系收購(gòu)商，指導(dǎo)上市時(shí)間及產(chǎn)量。也可倒推需求，指導(dǎo)茬口安排和種植計(jì)劃。對(duì)于提升植物工廠生菜產(chǎn)量、品質(zhì)具有重大意義。

▲本次大賽的四個(gè)集裝箱式植物工廠將成為拼多多與光明母港共建的農(nóng)研基地。顧辰 攝

本屆比賽結(jié)束后，作為主辦方之一，拼多多鼓勵(lì)獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步完善農(nóng)研成果，把技術(shù)方案應(yīng)用到廣袤的田間地頭，讓青年科學(xué)家的聰明才智與時(shí)代的需求結(jié)合起來(lái)，助力農(nóng)戶(hù)增收與鄉(xiāng)村振興。