“采用可移動垂直吊掛栽培架，能充分利用集裝箱內(nèi)70厘米的過道，提升實(shí)際種植面積”。“通過高速流動的液體將植物燈產(chǎn)生的廢熱導(dǎo)入集成管道，可以實(shí)現(xiàn)冬夏反向調(diào)溫，降低能耗”。“采用五面保溫、雙面彩鋼卷板和高效制冷機(jī)組合，預(yù)計綜合能耗能夠降低25%”……
9月20日，2024光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽暨第四屆“多多農(nóng)研科技大賽”決賽在上海崇明的光明花博邨啟幕。在“爆改”集裝箱的現(xiàn)場答辯環(huán)節(jié)，6支決賽隊伍不約而同地反復(fù)提及節(jié)能、減耗、創(chuàng)新等關(guān)鍵詞，以展示各自的新思路和商業(yè)化價值。
▲ 上海花卉園藝（集團(tuán)）有限公司副總裁蔡臻（左一），光明食品集團(tuán)總經(jīng)濟(jì)師邵黎明（左二），浙江大學(xué)黨委常委、統(tǒng)戰(zhàn)部部長葉恭銀（左三），上海市農(nóng)業(yè)農(nóng)村委員會黨組成員、副主任、上海市鄉(xiāng)村振興局副局長夏明林（右三），上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院黨委副書記徐偉林（右二），“多多農(nóng)研科技大賽”項目負(fù)責(zé)人韓帥（右一）共同為活動啟幕。楊小慧|攝
為推動農(nóng)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展，從農(nóng)業(yè)起家的拼多多自2020年起牽頭舉辦“多多農(nóng)研科技大賽”，迄今已主辦四屆。今年是拼多多連續(xù)第二年攜手光明食品集團(tuán)，聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)，在去年開展集裝箱植物工廠種植比拼的基礎(chǔ)上，將植物工廠設(shè)計、改造的主動權(quán)交給參賽隊伍，探索這一設(shè)施農(nóng)業(yè)“高階版本”蘊(yùn)含的更多可能性。
大賽自3月底開啟招募以來，16支參賽隊伍、142名來自不同學(xué)科背景的國內(nèi)外青年專家同臺競技。最終，賽博農(nóng)人隊、上海農(nóng)科院隊、墨泉隊、葉菜俠隊、綠葉先鋒隊、室墨司源隊成功闖入決賽。過去40多天里，6支隊伍已完成集裝箱改建環(huán)節(jié)的較量，接下來將進(jìn)入AI種植這一核心環(huán)節(jié)的比試。
“植物工廠是農(nóng)業(yè)數(shù)字化的前沿板塊，也是近年來農(nóng)業(yè)高新技術(shù)成果落地應(yīng)用的活躍領(lǐng)域。”中國工程院院士、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任、首席專家趙春江認(rèn)為，大賽匯聚了全球青年農(nóng)業(yè)創(chuàng)新人才和成長性很好的農(nóng)業(yè)科技企業(yè)，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)前沿技術(shù)交流和創(chuàng)新，推動了一系列科研成果的實(shí)際應(yīng)用與推廣，為農(nóng)民增收和產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了新動力。
創(chuàng)新時刻
8年前，90后秦楚漢第一次“手工改建”植物工廠。他在建材市場購買木材，鋸出雛形，再用紙袋包裹，底部挖幾個孔洞，放入水箱，一個簡易的“番茄工廠”就完成了。那時，作為計算機(jī)高材生，種植是他的愛好。
從興趣出發(fā)，秦楚漢不久后轉(zhuǎn)行成為“代碼種菜”中的一員，嘗試將AI技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。9月20日的比賽現(xiàn)場，他帶領(lǐng)的墨泉隊和那“張牙舞爪”的創(chuàng)新機(jī)械吸引了全場目光——這是一個長5米、高度超過2.4米的巨型裝置，至少4組半徑約30厘米的滑輪組拉動鉸鏈，帶著逾兩米長的食品級不銹鋼種植槽緩慢旋轉(zhuǎn)。
▲ 墨泉隊融合中西方技術(shù)的旋轉(zhuǎn)式栽培架吸引了全場目光。李傲|攝
這種歐美技術(shù)風(fēng)格的旋轉(zhuǎn)式種植架在國內(nèi)并不常見，研究植物工廠多年的中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、本次賽事評委之一賀冬仙也坦言，“這支隊伍的特色在于中西方融合技術(shù)的創(chuàng)新”。
這套裝置中，大到架構(gòu)設(shè)計，小到滑輪組件，都凝聚了隊員的巧思。“在空間利用率、氣候一致性、采摘便捷度等方面，旋轉(zhuǎn)式栽培架有自己的優(yōu)勢。”秦楚漢說，由于飲食習(xí)慣及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異，歐美植物工廠的設(shè)計理念與國內(nèi)流行的日本流派，差異很大。“國內(nèi)植物工廠團(tuán)隊散在全國各地，通過大賽，大家聚在一起，背靠背交流，很有意義。我們把在加拿大學(xué)習(xí)、創(chuàng)業(yè)期間積累的想法、創(chuàng)意帶回國，帶到大賽上，算是拋磚引玉。”
這場為植物工廠產(chǎn)業(yè)發(fā)展攻堅克難而設(shè)的大賽是一個鼓勵創(chuàng)新、激發(fā)潛能的舞臺。利用哪些前沿技術(shù)、設(shè)計怎樣的創(chuàng)新方案去挑戰(zhàn)集裝箱種植這個垂直農(nóng)業(yè)賽道的天花板，是比拼的核心。
作為上一屆比賽的冠軍，上海農(nóng)科院隊圍繞創(chuàng)新的步子是否應(yīng)當(dāng)邁得大一些有過反復(fù)討論。最終，他們更改設(shè)計，落地了一套總共6層的可移動式垂直吊掛栽培架。從植株的育苗期到成長期，這些架子逐漸展開，可為每架生菜留出20厘米的生長間距，整個空間至多種植1600余株生菜，是目前6支隊伍中種植數(shù)量最“激進(jìn)”的方案。
▲ 上海農(nóng)科院隊可移動式垂直吊掛栽培架在植株成長期能延展開。李傲|攝
“如果采取保守策略，我們可以做成不可移動的常規(guī)植物工廠，但這又有什么挑戰(zhàn)性？”上海農(nóng)科院隊隊長苗辰表示，比賽是交流研究技術(shù)、落地創(chuàng)新成果的契機(jī)，“向著衛(wèi)冕冠軍的目標(biāo)，我們必須更加大膽地創(chuàng)造”。
賽場中涌現(xiàn)的“金點(diǎn)子”不止于硬件改造。依托國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心和北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站聯(lián)合組建的綠葉先鋒隊，11名隊員，人均博士。在改造環(huán)節(jié)，他們創(chuàng)新性地取消了集裝箱內(nèi)的獨(dú)立設(shè)備間，將種植面積提升至87.9%；在種植環(huán)節(jié)，當(dāng)手機(jī)已成為如今的新農(nóng)具，他們決定利用箱內(nèi)的攝像頭，開啟集裝箱種菜直播。
“通過直播，可以實(shí)時展示箱子內(nèi)的前沿農(nóng)業(yè)技術(shù)，其間，我們會解答網(wǎng)友的即時提問、科普農(nóng)業(yè)知識，培養(yǎng)公眾對農(nóng)業(yè)的興趣和支持。”綠葉先鋒隊執(zhí)行負(fù)責(zé)人于景鑫說，“看一棵菜慢慢長大，這本身也是治愈心靈的過程。”
與大賽共成長
賽博農(nóng)人隊的楊浩是這個賽場上的老面孔，不過，他今年有了新身份。在隊員的一致推選下，他成為了新任隊長。“四屆大賽貫穿了我的整個博士階段，從在師兄帶領(lǐng)下做數(shù)據(jù)采集、核算工作，到如今帶隊參賽，它是推進(jìn)我博士課題研究的原動力。”
多次斬獲佳績的賽博農(nóng)人隊從2020年首次參賽至今一直堅持“對話植物、高效生產(chǎn)”的理念。其核心原理是，通過監(jiān)測集裝箱內(nèi)二氧化碳與水的消耗量判斷整個環(huán)境是否適合植物生長，同時借助機(jī)器視覺輔助判斷植株是否健康，并據(jù)此進(jìn)行環(huán)境調(diào)控。這套思路被沿用至本次比賽，但同時也嵌入了更多創(chuàng)新的環(huán)境技術(shù)。
比如，為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)、降本，他們將空調(diào)內(nèi)嵌于集裝箱壁，并接入外界冷源系統(tǒng)。當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)5度及以上，系統(tǒng)將自動引入外界冷源進(jìn)行降溫，從而減少空調(diào)負(fù)荷，降低能耗。
▲ 進(jìn)入決賽6支隊伍的集裝箱植物工廠已在光明花博邨投入使用。李傲|攝
上一屆的生生不息隊也在賽事中不斷成長，組建了新賽季的室墨司源隊。這支以上海交通大學(xué)師生為核心的隊伍具有濃厚的工科背景，在能耗智能管控方面具有突出優(yōu)勢。“上屆比賽，我們在植物生理模型方面向其他團(tuán)隊學(xué)習(xí)了很多。再次參賽，我們希望繼續(xù)積累實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗，未來能夠打造一個讓任何希望利用植物工廠技術(shù)種植蔬果的團(tuán)隊都能高效操作的開源平臺。”隊長熊元科表示。
作為工科團(tuán)隊的代表，熊元科在決賽首秀中帶來了諸多“腦洞”，比如，層架式栽培與動態(tài)導(dǎo)軌的組合、節(jié)能率達(dá)到25%-35%的新型反光膜、預(yù)計能讓作物生長提速60%-70%的椰殼腐殖土，以及準(zhǔn)備讓作物聽上音樂，觀察具體聲波或赫茲對植物吸收養(yǎng)分的影響。
經(jīng)過四年的發(fā)展，多多農(nóng)研科技大賽已從探索期邁向了更加注重實(shí)際應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新階段，也因此吸引了更多“產(chǎn)業(yè)派”團(tuán)隊的加入。
首次參賽就闖入決賽的葉菜俠隊來自“中國蔬菜之鄉(xiāng)”壽光所在的山東濰坊。據(jù)隊長解曉巍介紹，公司2020年成立以來，專注于沙拉菜、中國菜、中草藥材、合成生物等綠葉草本類作物標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)工藝研究，目前已經(jīng)在日本、韓國、阿魯巴、泰國等國家和地區(qū)落地植物工廠模式。
▲ 葉菜俠隊在每個種植單元安裝了遮光簾來縮小不同位置的光強(qiáng)差。李傲|攝
得益于過往積累，該團(tuán)隊僅耗時8天就完成了集裝箱改建的硬件交付，是速度最快的團(tuán)隊。與一些“學(xué)院派”從最大化提升產(chǎn)量切入比賽的視角不同，解曉巍更看重對植物和種植者的友好度。例如，他們?yōu)槊總�種植單元安裝了遮光簾，配備了專屬的空調(diào)風(fēng)管，讓作物擁有“五星級”的居住體驗；又如，在其他團(tuán)隊極力簡化設(shè)備倉做大種植倉時，他們卻設(shè)計了工具豐富，且全部標(biāo)簽化處理的設(shè)備間，希望種植小白也能無障礙操作。
“這場比賽并非軍備競賽，不僅僅是為了攀登技術(shù)高點(diǎn)，還要保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)，同時降低種植門檻，展現(xiàn)出方案的商業(yè)想象力。”解曉巍說。
以賽促研，推動植物工廠產(chǎn)業(yè)破局
“想要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)大國向農(nóng)業(yè)強(qiáng)國的華麗轉(zhuǎn)變，智能裝備一定是主力軍。”展望這場充滿想象力的決賽時，賀冬仙說道，“在智能裝備的基礎(chǔ)上，利用AI技術(shù)顛覆傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，植物工廠一定是最具顛覆性的重要體現(xiàn)，也是生產(chǎn)力向新突破的典型范本。”
與靠天吃飯的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)不同，集裝箱植物工廠不僅不受天氣影響，還擁有一套“智慧大腦”，操作人員動動手指，就能完成整個空間內(nèi)的澆水、施肥、調(diào)光、補(bǔ)溫等工作。
為了展示不同燈光和栽培架轉(zhuǎn)速下生菜的生長狀態(tài)，秦楚漢掏出手機(jī)輕觸屏幕上的幾個按鍵，集裝箱內(nèi)燈光立刻從藍(lán)色變成紫色，栽培架轉(zhuǎn)動速度明顯快了起來。“還需要更快嗎？”他笑著表示，可以一鍵控制。
另一邊，綠葉先鋒隊采用了大模型和小模型的組合，實(shí)時監(jiān)控集裝箱內(nèi)各項環(huán)境指標(biāo)，并給出調(diào)整方案。臺風(fēng)來臨前的上海，濕度較高、體感悶熱，生菜也急需“降溫”。大模型午后向于景鑫發(fā)出“降溫提醒”，小模型迅速跟進(jìn)提示“通風(fēng)20分鐘”，他只要點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，生菜就可以散熱了。
每支入圍決賽的隊伍都有自己的AI技術(shù)特色，“一鍵種菜”的科技夢想正在照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。在新時代背景下，保障農(nóng)產(chǎn)品供給安全，不僅需要培育良種良田，更需要創(chuàng)新良法良機(jī)。其中，良法是先進(jìn)的種植技術(shù)、管理方法等，而良機(jī)則是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備和智能化農(nóng)業(yè)科技裝備等。
在出席9月21日上午舉行的青年科學(xué)家沙龍時，上海市農(nóng)業(yè)農(nóng)村委員會科技處處長徐杰也表示，植物工廠是上海市重點(diǎn)布局的農(nóng)業(yè)科技新賽道之一，需要綜合運(yùn)用機(jī)械、AI、生物等學(xué)科交叉技術(shù)，開展協(xié)同創(chuàng)新，并推動高校、科技機(jī)構(gòu)與企業(yè)的深度合作，加快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
▲ 上海市農(nóng)業(yè)農(nóng)村委員會科技處處長徐杰在青年科學(xué)家沙龍上做分享。劉云|攝
多多農(nóng)研科技大賽始終圍繞良法良機(jī)不斷展開前瞻性的創(chuàng)新與嘗試。從第三屆開始，比賽場景從玻璃溫室升級為集裝箱植物工廠，對垂直農(nóng)業(yè)和智能裝備進(jìn)行探索。賽事合作伙伴光明食品集團(tuán)的加入也預(yù)示著平臺經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)從線上線下的產(chǎn)銷對接開始向農(nóng)業(yè)科技研究領(lǐng)域縱深發(fā)展。
“光明與拼多多合作舉辦挑戰(zhàn)賽，就是要把農(nóng)業(yè)科研與產(chǎn)業(yè)打通，把實(shí)驗室與市場打通，通過農(nóng)研競賽搭建舞臺，創(chuàng)建產(chǎn)學(xué)研合作平臺，吸引匯集更多優(yōu)秀科研團(tuán)隊和科創(chuàng)企業(yè)投身科技農(nóng)業(yè)。”光明食品集團(tuán)總經(jīng)濟(jì)師邵黎明表示，“要鼓勵創(chuàng)新，讓青年科學(xué)家在比拼的氛圍中，大膽想、大膽做，把新的理念和思路都體現(xiàn)出來，在不同的方法路徑上碰撞出靈感的火花。”
“今年的決賽正好是南北方各三支隊伍參加，而且都有一家大學(xué)、一家研究所、一家企業(yè)。大家呈現(xiàn)的改建結(jié)果與種植方案，各不相同，可謂‘百家爭鳴’。”賀冬仙表示，“搞科研，不光要會寫論文，還要面向產(chǎn)業(yè)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)。這個比賽最重要的意義就是結(jié)合產(chǎn)業(yè)難題，在年輕人當(dāng)中掀起創(chuàng)新風(fēng)潮，把他們的熱愛與活力激發(fā)出來。”
在9月21日下午舉行的“話少年：預(yù)見不同的自己”主題沙龍上，這群追夢的年輕專家通過分享對話，又在一批中學(xué)生的心中播下了三農(nóng)的種子。實(shí)地參觀集裝箱植物工廠后，好奇的學(xué)生們都在思考“如何將垂直農(nóng)業(yè)搬進(jìn)校園”。“文具盒、礦泉水瓶都可以嘗試作物栽培和生產(chǎn)，只要加上營養(yǎng)液，蔥蒜及菊科植物都是比較好實(shí)現(xiàn)的。”上海農(nóng)科院隊代表鼓勵學(xué)生們發(fā)揮想象、多動手嘗試，在實(shí)踐中找到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的樂趣。
“青年人才的創(chuàng)新思維、科技能力和科研精神對于農(nóng)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展至關(guān)重要。”拼多多集團(tuán)高級副總裁、首席發(fā)展官朱政表示，多多農(nóng)研科技大賽致力于探索具有前瞻性的農(nóng)業(yè)發(fā)展新路徑。“我們希望鼓勵越來越多的青年科學(xué)家投身到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，打破行業(yè)壁壘，利用技術(shù)專長，跨界賦能，為農(nóng)業(yè)注入新活力。”
