集装箱里的未来农业：算法种菜、科技助农

21世纪经济报道记者董静怡 上海报道

密闭的空间，生长的蔬菜，遍布智能设备，鲜少看到人影。这是植物工厂在运转，也是第三届“多多农研科技大赛”中的独特一景。近日，该赛事在上海市崇明岛落下帷幕，汗水农业向智慧农业转型的方向与路径也变得愈发清晰。

(资料图)

中国科学院植物研究所植物工厂研发中心研究员郑延海向21世纪经济报道记者表示，植物工厂打破了“万物生长靠太阳”这样一个传统的观念，也避免了春夏秋冬四季更迭对于植物的制约，可以实现作物的周年连续生产，不受自然灾害的影响。

不再“靠天吃饭”，万物回归本源，种植变得更加纯粹，却也更需要多方学科的交流与融合。

在比赛过程中，农学与工学碰撞出火花，简化了原先操作农事的过程和流程。据介绍，各个团队对于能耗的控制和产能的预估提高了30%-50%的效果，“我们认为它具备可推广性，只不过我们需要将这些系统完善。”光明母港农业事业部总监王金华向记者表示。

植物工厂比赛的背后是农业与科技结合的趋势。当前正处于一个信息化和智能化的时代，人工智能、AI算法，新技术的应用正在深刻改变着包括农业在内的各行各业。

“科技创新是农业产业链的重要环节，只有加强农业科技创新，才能推动农业高质量发展，提高农产品的品质和附加值，满足消费者对于高品质、安全、健康农产品的需求。”拼多多高级副总裁王坚向21世纪经济报道记者表示。

现代农业不仅是农业这一个领域，还牵涉到计算机、软件工程、工学、材料学、机械制造与自动化等多个学科的专业知识，以人工智能为核心竞争力的智慧农业，已经成为农业转型升级的重要内容。

在封闭集装箱内，利用人工智能、作物科学等综合技术完成种植，这与传统认知中的农业有所不同。

“最大的变化是环境，前两届是玻璃温室生长，第三届是集装箱里生长，集装箱所有的环境都是人为控制的。”CyberFarmer团队的杨浩向21世纪经济报道记者表示。作为参加过三届农研大赛的元老级队伍，本次的环境变化是他们最为明显的感受。

在这个新型的植物工厂中，可以通过设施内高精度环境控制，为植物生长提供适宜的光照、温度、营养等要素，实现在完全工厂化条件下进行农作物全年连续生产的高效农业生产方式。

根据赛事要求，参赛队伍需要90天内，在已改造好的20尺集装箱植物工厂内，利用LED照明、室内环境控制技术、营养模型、算法等远程控制作物生产所需的“温、光、水、肥、气”等要素，挑战以更低的能耗种植出产量更高、品质更好的生菜，并验证商业化可行性。

“靠天吃饭很难，但没天可靠是另一种难。”CyberFarmer团队队长郑建锋表示，在封闭空间种植意味着需要对每棵生菜的生长状况、环境做出更精确的数据搜集，再将种植经验转化成智能化调控。

单单光照这一个环节，光周期，光谱，光量子密度三个要素如何搭配就极大程度影响作物的产量与品种。温度、光照、水、营养液、气体五大元素叠加起来的控制难度可谓是指数性增长。

“这对于我们来说也算是一个待攻克的点，人为环境因素有很多，五个元素互相会产生强耦合的制约，在我们这次比赛中也是亟待解决的问题。”杨浩表示。

不同的环境适合不同的作物，而本次比赛的种植物“翠恬”又是一种全新的生菜品种。这是该品种在国内的首次种植，各队伍对其属性、特性、生长周期、表现一无所知。

前两轮实验中，团队一直在摸索翠恬的生态特性，通过数据收集不断微调和试错，找出那个最适宜它生长的环境参数。“最后一轮我们基本上固定了一个策略，大概摸清了它的习性。”上海农科院团队的崔佳维表示。

“刚刚引入这个品种时，我们自己的试验和种植遇到的困难非常多，各个团队能达到这样的水平，产量和能耗已经非常不错。”王金华向记者表示，“这为我们今后完善整个新品种的植物营养生长模型，以及工厂的生产提供指导和参考。”

对于所有团队来说，终极目标都是将翠恬生菜种得又多又好。只是鱼与熊掌难以兼得，不同的队伍也在种植过程中做了不同的取舍。

在大赛评委、中国农业大学贺冬仙教授看来，四支队伍各有千秋。“决赛最大的看点是上海农科院队、‘生菜快长’队代表的农学团队与上海交大‘生生不息’队、‘CyberFarmer’队代表的工学团队的较量。”

两者的区别在于，农业学者习惯从作物栽培的需求与规律入手，将传统种植经验与人工智能结合，获取更佳的种植结果；工科专家则将生菜种植作为应用场景，以前沿技术解决农业生产的现实难题。

“植物工厂是全封闭的，这里面的环境基本不受外界影响，相比起半封闭的温室，全封闭的场景对算法的要求更高，算法的可操作空间也更大。”生生不息团队的熊元科向21世纪经济报道记者表示。

在这个6人团队中，有4人都是工科背景，这群参赛前没种过菜的工科专家利用专业特长构建了辅助智慧栽培的信息化平台，可直观呈现环境参数以及植物生长的实时变化，方便种植策略的更新迭代与优化调整，帮助种植者在对新品种了解有限、数据有限及专家经验有限的情况下实现产量提升。

该平台不断迭代，生菜快速增产。但在产量升高的同时，该团队也发现了品质有所损失。“产量与品质之间是有一个平衡的。”生生不息团队的农学博士查凌雁复盘道：在特定的环境刺激下，该作物的光合产物会形成利于其品质的抗氧化类物质，当环境刺激比较小的时候，光合产物更多是转化为一些用于生长的物质。

他们认为这个平衡的把握至关重要，但并不代表着应牺牲产量而向品质妥协。

熊元科进一步提供了颇具工科思维的初步构想，可以在日后的实验中获取更多的数据来建立品质的表型模型，即将图像表型与营养物质含量建立关系模型。

相比之下，上海农科院团队所谈论的重点则更具农学风格。例如，在远红光的使用上，他们发现，加了远红光后，生菜硝酸盐含量会显著降低，糖的含量上升，但使用过多会导致茎长过长，影响生菜的商品性。

通过细致的实验，上海农科院队还开发了一套智慧种植决策管理系统。该系统融合植株的生长模型、光截获模型、蒸腾模型等算法，实时收集各类传感器回传的数据，尤其是利用深度相机多源采集图像数据进行植株长势监测，可辅助有关光配方优化、环境调控、缓解烧心以及及时采收等方面的种植策略判断。

“垂直农业的模式，是世界上公认的农业发展的最高形态。”生生不息团队的鲍华教授表示。

四支队伍虽然路径和策略不同，但不难看出，通过人工调控，种植产量高、品质优的作物成为可能。四支队伍在比赛中的创新应用，也推动植物工厂的落地向前迈进了坚实的一步。

抛开比赛，植物工厂本身的意义并不只限于前沿科技的探索，它的推广和普及是未来农业的必经之路。目前，植物工厂在日本、荷兰等海外国家已得到广泛应用，而中国对它的需求也日益强烈。

作为新型设施农业，植物工厂的大规模推广应用，为解决土地资源紧缺、环境污染与食品安全等问题，提供了全新途径。

王金华介绍道，6层标准模组，因其单位面积增加且能连续生产，其每年生产蔬菜的量是大田里的20至30倍。

这背后是农业与科技的结合。农学背景的成员表示，农业需要多学科的融合；工学背景的成员表示，农业是具有吸引力的应用场景，智能化是其未来发展的重要方向。

王金华认为，从农业本身的发展来说，已经在催促从业者们把眼光放在农业之外。

多多农研大赛已举办了三届，从比赛的趋势上看，以物联网、大数据、人工智能为代表现代化农业越来越成为未来农业的发展方向。

“科技在上海蔬菜产业发展中一直发挥着重要作用。田头打硬仗，笔尖下功夫，40年前上一辈专家首次引进大棚，到今天的年轻学者比拼智慧种植，是一次场景创新，是对上海农业科技发展的传承。”上海市农业科学院园艺所所长朱为民在分享了自己对“蔬菜、设施、科技”的观点。

现代化的农业不仅仅是传统意义上现代技术的武装，更是一门涉及多学科交叉应用的复杂生产体系。眼下，“面朝黄土背朝天”的耕作场景正在发生改变，新一代的农学与工学学者，也逐步打破两者之间的壁垒，共同投身于新兴的产业事业中。

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