“靠天吃饭”的农业正在不断与最前沿的科技“擦出火花”，尤其是以上海为代表的都市农业，逐渐借助人工智能（AI）等技术，以超出想象的速度加快演进。这些进化不仅发生在现代温室大棚，还悬浮在“集装箱”实验室里。在以拼多多为代表的平台持续推动下，越来越多的跨界“新农人”参与挑战与颠覆，为城市农业发展提供新的解题思路。
通常，35天左右，一棵生菜就能从种子长大成熟。图中的生菜品种为“优雅”。莫斯提 摄
近日，光明多多垂直农业挑战赛暨第三届“多多农研科技大赛”决赛阶段在崇明拉开帷幕。比赛由拼多多联合光明母港（上海）种业科技有限公司共同举办，四支跨学科背景的参赛队伍将在90天里，通过人工智能技术、算法等“黑科技”手段，在集装箱搭建的“植物工厂”里比赛完成三茬“翠恬”生菜的种植，产量高、品质好、算法优且能耗低的团队将获得最后的胜利。通过比赛，各队伍积极探索垂直农业行业发展关键共性问题的解决之道，推动智慧农业创新发展。
决赛队伍与现场嘉宾合影
每片叶子都在挑战“成本极限”
在上海光明母港垂直农业研究中心，一个个陈列的集装箱远看平平无奇，但进入其中，却别有洞天。这是一个个小型生菜生产车间，种植架每层都装有种植托盘。托盘中的营养液通过管道与控制台相连，可以长期保持设定的浓度。集装箱的金属外壳并不透光，作物将在人工定制的光与液中，按照计划生长。这种模式，被称作“垂直农业”或“植物工厂”。
上海农科院团队所用集装箱
过去，“靠天吃饭”是农业的常态，近年来温室大棚相比传统大田农业，实现了对环境的部分控制。而封闭环境中的“垂直农业”可以实现不受外界环境影响全人工调控，在国际上也一直被公认为是设施农业的最高级发展阶段，受到世界各国的高度重视。
不过，“靠天吃饭”很难，“没天可靠”是另一种难。相对大田种植，人工气候室的种植成本更高。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。高成本最终阻碍了这些品质蔬菜进入大众餐桌。
如何在封闭空间以更低的能耗，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。“所以，‘多多农研科技大赛’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。”拼多多副总裁戴志辉说。据悉，这次比赛，选手们将向1千克生菜10度电的行业较高水平发起最强挑战。
“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”。近些年，他将专长应用于农业场景，曾在无土、无淡水、无电源的条件下成功种菜，为海岛等偏远无淡水地区的蔬菜供应提供了一种解决方案。他表示，决赛中希望将能耗降低40%，“但不会为了追求目标值而不顾叶菜生长的速率，会寻找到最适合植物生长的理想条件”。
“90后”农业科学家郑建锋带领的“赛博农人”队来自中国农业大学农业农村部设施农业工程重点实验室，曾获得第一届“多多农研科技大赛”AI组冠军。郑建锋介绍，智能LED植物工厂的投入成本，大致可以分为能耗、人工、设备折旧和物资等几个部分；大规模种植下的统计成本，能耗和人工分别占据20%、30%，而光照投入又占据能耗成本的50%至60%，本次比赛他们团队将重点关注能耗数据的变动情况，尤其是光照能耗数据。
多领域科学家联手“跨学科”创新
农业看似传统，但其实是一门复杂学科，横跨植物学、生物学、机械工程、计算机等专业。虽然集装箱垂直农场可以实现对环境要素的全面掌控，但如何精准调控集装箱，牵涉工学、农学等学科领域，考验着团队知识储备的广度、深度以及不同背景队员高效沟通、灵活变通的能力。
去年8月开赛以来，光明多多垂直农业挑战赛吸引了全球30支顶尖团队、150多位青年科学家报名。初筛后，15支队伍进入初赛。经过比拼，四支高水平战队晋级决赛。这四支参赛团队的最大特点，便是普遍集结了农学家、数据科学家、植物工程科学家等多个“工种”。
农业学者可以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，优势互补，以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中的现实难题。他们的“工农融合能力”在相当程度决定了种植结果。
“这4支团队，在工程、算法、栽培等方面都有着先进技术和丰富经验。两支来自北京，两支来自上海。京沪都是中国的科技高地，如何更好整合科技、人才、政策优势，有效破解资源瓶颈，是我们共同的重大命题。”大赛指导单位上海市农业农村委员会副主任夏明林在开赛仪式上说。
“未来，设施农业应是跨学科、跨领域的综合体，需要大量传感器和大数据算法作为支撑，改变目前农业以经验种植为主的现状。”“生菜快长”队长徐丹介绍。作为唯一的企业参赛队，“生菜快长”队不仅摘得过第二届“多多农研科技大赛”冠军，队长徐丹创办的极星农业曾为北京冬奥会供应生菜。在他看来，数字农业的生菜种植，应依靠“人机混合智能”。“人作为温室最高级控制者要结合人本身的经验与孪生模型给出的建议，制定最优决策。”为了提高生菜产量和质量，此次比赛中除了赛事主办方提供的常规传感器之外，“生菜快长”队还计划运用团队成员最新的研究成果以及传感器：一方面使用红蓝光照射并且延长光照时间，以提升生菜产量和品质；另一方面，运用高光谱视觉识别技术，实时监测生菜的生长水平。
“全封闭垂直农业是上海农业现代化及建设全球卓越城市的重要板块。”攻克过极端环境种菜难题的上海农科院队队长何立中认为，作为未来农业的发展方向，全封闭空间的植物工厂更易于实现从精准农业向智慧农业的跨越。何立中带领的团队由上海市农业科学院园艺所及信息所的科技人员组成，长期从事植物工厂无土栽培、智慧农业等相关研究。此前曾帮助南极科考队员，在冰天雪地里实现了“蔬菜自由”。
加快转化落地更多“解题方案”
农业科技成果转化率偏低，一直困扰着业界。探索更能落地的“解题方案”，是实现农业科技自立自强的关键所在。作为“多多农研科技大赛”的发起方，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。可喜的是，往届多多农研科技比赛中脱颖而出的项目，已经迈出了一小步。
据拼多多方面介绍，首届“多多农研科技大赛”获奖团队“智多莓”已经尝试将科研成果应用于广袤的田间地头，帮助中小种植者提升效益。其开发的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。第二届“多多农研科技大赛”冠军队将比赛创造的产量预测模型及病虫害预警模型应用到了实际生产中，目前正在优化升级，以备后续商业化推广；“智茄”团队开发的“日累积光照量补光策略”模型已在北京小汤山国家农业科技示范园的草莓温室中得到应用。该技术目前已申请且授权了发明专利。
作为现代设施农业的一部分，集装箱植物工厂已经在逐渐被推广。据中国科学院植物研究所植物工厂研发中心研究员郑延海介绍：“将‘植物工厂’引进校园，可以让学生们体验‘植物工厂’涉及的农业、生物、物联网、人工智能等多个学科内容，具有示范效应。”在他看来，植物工厂或将成为中国农业发展的方向。
在大赛评委、光明母港农业总监王金华看来，不管是集装箱种植还是植物工厂，都是一种生产形态。而通过大赛的形式，不仅可以让集装箱种植工厂模式形成标准化模型，平衡生产作物的单位成本，具备一定的竞争优势，更重要的是能够让消费者认知、接受，并且通过各个学科交叉融合提升农业的市场竞争力。
文/解晓宇