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，这与我们传统认知中的农业有所不同。
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，具有知识和技术高度密集、多学科创新的特点。
近年来，植物工厂作为现代农业的产业方向被广泛关注，也成为了第三届“多多农研科技大赛”中的主角。2月13日， 随着“赛博农人”队(CyberFarmer)、上海农科院队、生菜快长队(Lettus Grow)、上海交大“生生不息”队四支决赛队伍“解锁”赛用集装箱大门，光明多多垂直农业挑战赛暨第三届“多多农研科技大赛”决赛阶段的比拼拉开帷幕。
未来90天，每个团队将操作各自的集装箱，完成三茬“翠恬”生菜的种植。这是一种口感甜脆的全新生菜品种。根据赛制，产量高、品质好、算法优且能耗低的团队将获得最后的胜利。
大赛发起方拼多多以农业为核心战略，长期致力于利用新模式、新技术推动农业数字化发展。“从大田到大棚，我们实现了对环境的部分控制，而封闭环境的垂直农业可以实现独立于外界的持续食物供应。我们这次邀请最聪明的大脑在‘城市农业如何用更少资源种出更多粮食’的命题上写出自己的方案。”拼多多副总裁戴志辉说。
集装箱里种生菜
在完全由人为控制的植物工厂——集装箱里种生菜，会是一种怎样的体验?
这不是一个普通的实验，也不是一场平常的比赛，而是融合多个学科的前沿技术交流。让人工智能赋能农业，在没有“阳光和土壤”的环境里种出蔬菜，成为今年“多多农研科技大赛”决赛主题。
“垂直农业集多学科交叉应用，技术高度密集，是工业和农业的结合、自然与科技的交汇。”本次大赛主办方之一、光明母港执行董事、总经理诸伟琦表示，“希望各团队综合运用人工智能、作物科学、设施园艺、植物生物技术等基础研究，探索解决立体种植技术的痛点与难点。”
据拼多多方面介绍，此次进入决赛的共有4支团队，分别是上海农科院团队、上海交大鲍华团队、CyberFarmer团队以及Lettus Grow团队。
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。
与前两届多多农研科技大赛的智能温室种植相比，此次大赛难度升级。某种程度上，温室种植可以借助自然光、“靠天吃饭”，而集装箱种植，环境因素都依赖人工调节，对人工决策的容错率更低，挑战更大。
其次，在室内小环境，精细化调控每一株作物成为可能。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。
且由于种植的是一种全新的生菜品种，参赛选手需要快速掌握作物的生长发育特征，这既考验了他们收集信息的能力，也对他们处理海量数据的能力提出了要求。
而面对产量，品质，能耗，参赛选手必须在三者间做出取舍，思考如何用最低的能耗，种出最高产量与最佳品质的作物。
除此之外，大赛还考核参赛选手的人工智能算法编程能力，需要将种植经验转化成智能化调控，这需要参赛者熟知作物生理需求与环境控制，并能将其转化成数字化控制解决方案。
此次是农学家与工科博士的对阵，农业学者从作物栽培的需求与规律入手，将传统的种植经验与人工智能结合，以获取更佳的种植结果;而工科专家则将生菜种植作为应用场景，通过技术解决农业生产的现实难题。
新模式告别“靠天吃饭”
在本次大赛中，植物工厂无疑是最吸引人的存在。
作为新型设施农业，集装箱垂直农场可以实现对环境要素的全面掌控。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。
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，它打破了“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。
光明母港农业事业部总监王金华介绍道，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。
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，“如果还是仅仅停留在农业生产的本身，有可能就会跟不上时代，今后的发展一定是在农业生产上的劳动力越来越少，而人工智能的介入会越来越多。”
然而，植物工厂的建造及运行成本高昂是阻碍其走向大众的主要因素。
前瞻产业研究院分析发现，建设一个1000平方米以下的植物工厂(包括内部装修、设备、设施)，每平方米成本在15000—20000元之间;建设5000—10000平方米的植物工厂，每平方米成本在8000—10000元;建设10000平方米以上的大型植物工厂，建设成本会下降至8000元每平米以下。
后期运作仍面临巨大成本。郑延海向21世纪经济报道记者表示，虽然目前国内有一些已经投产的植物工厂，但是考虑到能耗平衡的问题，实际上很多的植物工厂在生产过程中面临很大的成本消耗。数据显示，当前植物工厂所面临的最大挑战来自于能源消耗，其中电力消耗占比52%、劳动力消耗占18%。
例如，普通生菜，每千克成本大约4至8元，而水平较高的植物工厂每生产1千克生菜需要消耗10度电，产品成本或达20多元。价格阻碍了这些品质蔬菜进入大众餐桌。
但郑延海指出，随着技术水平的提高，成本下降以及人们认识的提升，再加上植物工厂面积越大，成本会逐渐降低。植物工厂将朝着让普通大众消费得起的目标去努力，但这也需要社会各界共同的努力，来实现推动进一步的发展。
多方推动农业新变革
植物工厂真正实现普惠大众，需要更多的推动者。
拼多多高级副总裁朱建翀认为，拼多多起家于农业，现已发展成为中国最大的农产品上行平台。它始终把农业作为核心战略，长期致力于利用新模式、新技术推动农业数字化发展，希望通过科技带来农业领域的革命性变化。
“科技的浪漫和魅力在于，你可以不仅仅只做一个围观者，更可以用它去做出一点点改变，让大家生活在你参与定义的世界里。”朱建翀表示。
至今已举办三届的多多农研科技大赛一直在做一件事——设计未来的食品系统，并已经完成部分成果转化。据悉，首届大赛的成果AI种植系统曾向云南昆明滇池西岸的100余户草莓种植户提供服务，有农户将自家的两亩草莓接入该系统后，不仅实现了单产季增收三四万元，还节省了近4000元的肥料成本。
本次大赛，拼多多将重点放在了可以对环境实现完全控制的植物工厂，而如何在封闭空间以更低的能耗，更短的生长周期，种植出产量更高、品质更好的蔬菜对于解决粮食系统韧性问题具有现实意义。
因此，多多农研大赛这次要做的是邀请全球最聪明的大脑，在“城市农业如何用更少资源种出更多粮食”的命题上写出自己的方案。
上海农科院队队长何立中表示，植物工厂是一个复杂系统，而植物生长和发育也是一个复杂系统，如何实现植物工厂内植物的高效生产和资源的充分利用是行业研究的热点。希望通过本次赛事，为集装箱垂直农场的优质、高效、智慧生产提供解决方案。
王金华认为，这次挑战赛也可以让消费者认知，让消费者接受，并且让农业通过各个学科的加持，提升其在整个社会领域的竞争性。
在本次大赛中，已有队伍提出了降本策略。例如，上海农科院团队考虑用太阳能作为植物工厂电力来源，同时工厂内部实现水、营养液的循环利用节省成本，比赛中训练的AI还可以为后续更大规模的高端植物工厂服务。
上海交大“生生不息”团队希望打破学科壁垒，用全新的视角去解答农学难题。“我们会把集装箱看作一个建筑，将过去积累的建筑能源控制经验运用到集装箱垂直农场上。”“生生不息”队长、上海交通大学博导鲍华表示，他擅长研究微纳米尺度的热量输送及能量转换，是一位“能耗大师”。
在农业技术愈发重要的背景下，推进植物工厂的建设，无疑是推动农业现代化的重要举措，为我国农业劳动人口老龄化、资源环境约束趋紧等农业生产重大现实挑战提供了有效解决方案，也是提升我国农业国际竞争力的途径之一。
多多农研大赛正在助力植物工厂尽快落实商业化方案，完成农业种植模式的更迭，走出实验室，走向普罗大众。未来，植物工厂有着广阔的发展前景，有望成为经济发展的重要驱动力。
来源：21世纪经济报道
官方微信