一個(gè)20英尺的集裝箱
如何能打造出一片“新農(nóng)田”？
近年，新一輪人工智能技術(shù)涌現(xiàn)，一群90后、00后將AI變成他們手中的“魔法棒”，在智慧農(nóng)業(yè)中施展著獨(dú)有的“魔法”。
傳統(tǒng)的生菜種植，不能缺乏土地、陽(yáng)光、空氣、水分、溫度……這些來(lái)自自然界的因素對(duì)其收成都有至關(guān)重要的影響。然而，6支來(lái)自國(guó)內(nèi)不同單位的頂尖青年農(nóng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，不走“尋常路”，利用人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)來(lái)攻克大自然的障壁，將名為“優(yōu)雅”的生菜品種在他們“爆改”的集中箱中培植出來(lái)。
經(jīng)歷160多天，近日一棵棵科技含量極高的“優(yōu)雅”生菜被送到大眾評(píng)審的“餐桌”上進(jìn)行食味品鑒。與此同時(shí)，各支青年團(tuán)隊(duì)在整個(gè)培植過(guò)程中多次的試驗(yàn)以及大膽的技術(shù)創(chuàng)新方案，都為我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)更多的暢想空間。
（決賽現(xiàn)場(chǎng)的集裝箱“植物工廠”）
到“云”上去
同一品種的生菜，生長(zhǎng)在6個(gè)不同的集裝箱環(huán)境里，究竟哪株吃起來(lái)口感更爽脆？哪株的味道更甜、水分更足？哪株生菜品相會(huì)更好，菜葉更飽滿？……
與傳統(tǒng)種植生菜方式不同，本屆大賽參賽隊(duì)伍需要統(tǒng)一在一個(gè)20英尺的集裝箱中培育生菜。沒(méi)有陽(yáng)光、沒(méi)有土地，生菜怎樣能長(zhǎng)大？6支隊(duì)伍要各自設(shè)計(jì)出一套獨(dú)有的智慧種植方案，不僅要能“種”出生菜，還要“大膽”地突破目前植物工廠的技術(shù)能力。
“90后”博士生楊浩是本屆參賽隊(duì)伍之一賽博農(nóng)人隊(duì)的隊(duì)長(zhǎng)，更是連續(xù)四屆參賽的元老級(jí)人馬。盡管擁有多次往屆的經(jīng)驗(yàn)，但是在整個(gè)比賽過(guò)程，他和團(tuán)隊(duì)成員都不敢“輕敵”。
按照賽事規(guī)則，隊(duì)伍除了在集裝箱中進(jìn)行生菜種植，還要求只能遠(yuǎn)程控制，“為此，我們自主研發(fā)了一個(gè)計(jì)算平臺(tái)，將現(xiàn)場(chǎng)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、清洗、上傳云平臺(tái)?！睏詈普f(shuō)，目前該云平臺(tái)已形成完整的ERP系統(tǒng)，包含比賽現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)、北京實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)，能隨時(shí)隨地查看數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)下載、瀏覽。
借助云技術(shù)，不僅能形成更高效精準(zhǔn)的判斷，還能打通各環(huán)節(jié)的信息壁壘，減少成本與誤差?！爸参锊粫?huì)像人和動(dòng)物一樣用語(yǔ)言表達(dá)，當(dāng)植物出現(xiàn)脅迫（任何環(huán)境的突變都可能‘脅迫’植物生長(zhǎng)）反應(yīng)，這時(shí)候再進(jìn)行環(huán)境控制就已經(jīng)晚了。這就要求我們要和植物“對(duì)話”，根據(jù)植物真實(shí)的生長(zhǎng)、生理需求動(dòng)態(tài)調(diào)整，才能實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。”賽前，楊浩團(tuán)隊(duì)就建立了很多植物的生理和生長(zhǎng)模型?！皩?shí)驗(yàn)室前期積累了很多數(shù)據(jù)，以此為參考反饋，調(diào)控環(huán)境。我們做的所有工作，包括降能耗、提升產(chǎn)量品質(zhì)，都是以植物角度為出發(fā)點(diǎn)?！?/p>
為了實(shí)現(xiàn)蔬菜的高產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)以及降本，楊浩的團(tuán)隊(duì)將空調(diào)裝在集裝箱中，并大膽地采用外界冷源接入、冷凝水回收等多源節(jié)能調(diào)控技術(shù)，目的就是將集裝箱和自然環(huán)境設(shè)計(jì)融為一體、節(jié)省植物工廠能耗。在生菜生長(zhǎng)明期，如果箱外溫度比箱內(nèi)低10攝氏度以上，或在生菜生長(zhǎng)暗期，箱外比箱內(nèi)低7攝氏度以上，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)引入外界冷源進(jìn)行降溫。11月底、12月初，團(tuán)隊(duì)更利用了上海的一波寒潮，開(kāi)啟冷源接入系統(tǒng)，使得空調(diào)日能耗環(huán)比前一天降低56%。
（賽博農(nóng)人隊(duì)的植物工廠智能環(huán)控系統(tǒng)）
根據(jù)賽事組委會(huì)公布的數(shù)據(jù)，賽博農(nóng)人隊(duì)的最終栽培面積生產(chǎn)效率為0.33千克/平方米/天，目前日本植物工廠領(lǐng)軍企業(yè)未來(lái)公司的該項(xiàng)數(shù)值為0.3-0.45千克/平方米/天。
就是這套既“大膽”又“保守”的方案，不僅獲得了很好的種植效果，更讓團(tuán)隊(duì)奪得了本屆“多多農(nóng)研科技大賽”的冠軍。隊(duì)長(zhǎng)楊浩表示，如果將這套方案應(yīng)用到大型植物工廠，“每公斤生菜的用電成本能降到行業(yè)領(lǐng)先的10度電以內(nèi)”。
據(jù)了解，“多多農(nóng)研科技大賽”至今已舉辦四屆，本屆大賽要求參賽隊(duì)伍在規(guī)定的預(yù)算范圍內(nèi)，將一只20英尺的集裝箱改造為“新農(nóng)田”，并設(shè)計(jì)智慧種植方案進(jìn)行生菜生產(chǎn)。期間，吸引了16支隊(duì)伍的142位國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀青年專家學(xué)者報(bào)名參與，最終6支隊(duì)伍成功晉級(jí)決賽。
集裝箱里的“秘密”
楊浩率領(lǐng)的賽博農(nóng)人隊(duì)在本屆賽事中被視為“學(xué)院派”，那么，解曉巍帶領(lǐng)的“葉菜俠隊(duì)”則屬于“產(chǎn)業(yè)派”。相比“學(xué)院派”重視大量復(fù)雜的參數(shù)與專業(yè)的植物指標(biāo)，“產(chǎn)業(yè)派”更看重智慧種植試驗(yàn)的應(yīng)用性與市場(chǎng)價(jià)值。
解曉巍是山東一家科技農(nóng)業(yè)公司的負(fù)責(zé)人，這位“90后”新農(nóng)人是首次帶隊(duì)參賽。“當(dāng)初決定要參加比賽時(shí)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)都挺糾結(jié)的。”解曉巍回憶道，一方面是比賽流程過(guò)長(zhǎng)，擔(dān)心會(huì)占用成員們過(guò)多精力，另一方面是，了解到對(duì)手是中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)等科技農(nóng)業(yè)的“國(guó)家隊(duì)”，也擔(dān)心比賽結(jié)果會(huì)影響公司的其他項(xiàng)目。
然而，抱著“試一試”的心態(tài)，以及企業(yè)一路對(duì)生菜培育積累的經(jīng)驗(yàn)，這支非農(nóng)專業(yè)出身的隊(duì)伍，在本屆大賽培育出一株460克的“菜王”。一般“優(yōu)雅”生菜單株重150~250克，葉菜俠隊(duì)培育出來(lái)的生菜，單株均重都超過(guò)300克。
（葉菜俠隊(duì)的設(shè)備間）
“像照顧人一樣去照顧它們，加班后就要吃好點(diǎn)補(bǔ)一補(bǔ)?！苯鈺晕≡谫惡蠓窒淼姆N植竅門(mén)，讓現(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)眾都覺(jué)得十分有趣。團(tuán)隊(duì)采用了一套針對(duì)溫、光、水、氣、肥的環(huán)境線性控制系統(tǒng)，配備專屬空調(diào)風(fēng)管，讓生菜能在足夠舒適和松弛的人工環(huán)境中生長(zhǎng)。“這也是我們第一次在植物工廠把‘優(yōu)雅’生菜種這么大。”不單是“個(gè)頭”足夠大，團(tuán)隊(duì)培植出來(lái)的生菜，在大眾評(píng)審的口味評(píng)比中更獲得了第三名的好成績(jī)。
賽事一路走來(lái)，“學(xué)院派”與“產(chǎn)業(yè)派”在思維碰撞中惺惺相惜。賽后，解曉巍尋求與“學(xué)院派”團(tuán)隊(duì)合作，從學(xué)術(shù)角度對(duì)“浩克生菜”展開(kāi)進(jìn)一步的分析和研究。同時(shí)，他更瞄準(zhǔn)了上海農(nóng)科院團(tuán)隊(duì)的新型栽培架，希望能應(yīng)用到草莓種植當(dāng)中。
賽事中，上海農(nóng)科院團(tuán)隊(duì)同樣也種出了超預(yù)期重量的生菜。該團(tuán)隊(duì)從規(guī)模化生產(chǎn)攤薄邊際成本視角出發(fā)，設(shè)計(jì)了一套高產(chǎn)、低耗的植物工廠方案。方案的核心是一方面通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)吊掛式可移動(dòng)栽培架，讓栽培架根據(jù)作物生長(zhǎng)需要收縮或拓展，將集裝箱的空間利用率提升到了2.34；另一方面則通過(guò)大量前期和試種階段的光試驗(yàn)，找到了適合生菜生長(zhǎng)的低能耗光配方。
“整體很均衡的感覺(jué)，每株生菜的各部位都是正常的甜、正常的水分”，這是其他參賽隊(duì)伍對(duì)上海農(nóng)科院團(tuán)隊(duì)種出來(lái)的生菜評(píng)價(jià)。經(jīng)過(guò)50天線上悉心“照顧”，在約42平方米的空間內(nèi)，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了一茬生菜302公斤的產(chǎn)量突破，其中A級(jí)品質(zhì)占比90%，拿下大賽二等獎(jiǎng)和“最佳風(fēng)味獎(jiǎng)”。
（上海農(nóng)科院團(tuán)隊(duì)決賽期間給集裝箱植物工廠內(nèi)種植的“優(yōu)雅”生菜補(bǔ)光）
變革的起點(diǎn)
賽場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)固然激烈，然而更值得看見(jiàn)的是，這些青年科學(xué)家們不僅將論文寫(xiě)進(jìn)植物工廠里，更將成果留在千家萬(wàn)戶中。截至目前，已有多項(xiàng)大賽成果被寫(xiě)進(jìn)論文或進(jìn)入專利實(shí)審受理階段，涉及植物工廠環(huán)境優(yōu)化技術(shù)和調(diào)控方法、營(yíng)養(yǎng)液動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)等。同時(shí)，已有部分科研成果比如溫室種植、無(wú)土栽培、AI種植等多個(gè)前沿項(xiàng)目成功進(jìn)行轉(zhuǎn)化，廣泛應(yīng)用于遼寧、安徽和云南等地。
解曉巍給自己的集裝箱植物工廠取名為“口袋農(nóng)場(chǎng)”。在他的設(shè)想中，除了集裝箱，屋頂、陽(yáng)臺(tái)、地下室、礦坑礦洞，以及其他一些廢棄場(chǎng)所等，都可以成為植物工廠?！爸灰鉀Q溫、光、水、氣、肥，確保環(huán)境受控即可?！?/p>
另一支參賽隊(duì)伍，墨泉隊(duì)的旋轉(zhuǎn)式種植架，已在市場(chǎng)上有一定反響。隊(duì)長(zhǎng)秦楚漢透露，目前正和上海一些餐飲公司合作，試種綠色健康的韭菜。公司還在泰國(guó)嘗試種植草莓等非熱帶水果，與中東企業(yè)合作試種羅勒、芝麻菜等，“希望將植物工廠技術(shù)推廣到更多地方”。
楊浩團(tuán)隊(duì)參加首屆賽事使用的基于DLI的移動(dòng)式補(bǔ)光技術(shù)目前已申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利，應(yīng)用于北京小湯山現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園，實(shí)現(xiàn)校企合作。“在示范園區(qū)的5000平方米草莓薄膜連棟溫室得到應(yīng)用，種植出的草莓特別喜人?！睏詈普f(shuō)道。
不要小看這些變化，現(xiàn)代化蔬菜、水果流通體系開(kāi)啟的密碼，就在其中。
云與AI技術(shù)在植物工廠生菜種植周期中發(fā)揮的作用顯示出一種可復(fù)制性，這種模式在整個(gè)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域都具有借鑒價(jià)值。
智慧農(nóng)業(yè)的“智慧”，就在于技術(shù)集約帶來(lái)的自動(dòng)化，以及數(shù)據(jù)分析與決策的智能化。
上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長(zhǎng)趙志輝表示，現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)已經(jīng)是一門(mén)涉及多學(xué)科交叉應(yīng)用的復(fù)雜生產(chǎn)部門(mén)，既需要傳統(tǒng)農(nóng)學(xué)的科學(xué)經(jīng)驗(yàn)，也需要軟件、機(jī)械、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等多種現(xiàn)代科技的綜合支持?！皬谋荣惖年P(guān)注點(diǎn)變化來(lái)看，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)越來(lái)越成為未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向?！?/p>
“農(nóng)為邦本，本固邦寧，科技創(chuàng)新是推動(dòng)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵引擎。”拼多多高級(jí)副總裁、首席發(fā)展官朱政表示，拼多多攜手各方力量，搭建起一個(gè)開(kāi)放、包容、合作的平臺(tái)，旨在激發(fā)社會(huì)各界對(duì)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的熱情，共同探索智慧農(nóng)業(yè)的新路徑。
數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，決策是關(guān)鍵，而從生產(chǎn)到流通全鏈路的切實(shí)改變，才是每個(gè)普通人能感受到的科技溫度。
可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)，其它農(nóng)作物也可以通過(guò)這條更順暢的路，快速而安全地到達(dá)每個(gè)家庭的餐桌上。
也許，這場(chǎng)變革早就從這株生菜開(kāi)始了。
文/廣州日?qǐng)?bào)新花城記者：文靜
圖/受訪者提供
