作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的高階形態(tài)，植物工廠正成為產(chǎn)學(xué)研各界合作探索的重要領(lǐng)域。植物工廠發(fā)展現(xiàn)狀如何？產(chǎn)學(xué)研各界該怎樣協(xié)同，助力攻克植物工廠現(xiàn)有難題？從前端研究到后端應(yīng)用，如何激發(fā)植物工廠的巨大潛力？

帶著這些問題，記者來到“海上花島”上海崇明島，一場別開生面的植物工廠種植比賽正在這里上演。6個改造后的集裝箱內(nèi)，沒有土壤和陽光，靠著人造光、溫、水、氣、肥環(huán)境與智能化控制系統(tǒng)，生菜也能正常生長。

究竟哪個集裝箱能種出高產(chǎn)、低耗、質(zhì)優(yōu)的生菜？兩個月之后，結(jié)果將會最終揭曉。

“大賽聚焦AI種植，探索自主設(shè)計和建設(shè)集裝箱植物工廠，既促進了國內(nèi)外人工智能領(lǐng)域與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域跨界合作的生動實踐，又實現(xiàn)了學(xué)術(shù)界、科技界和產(chǎn)業(yè)界緊密協(xié)同機制創(chuàng)新，必將進一步推動植物工廠快速發(fā)展?！闭憬髮W(xué)黨委常委、統(tǒng)戰(zhàn)部部長葉恭銀說。

圖為改造后的集裝箱

種普通人買得起的“智慧菜”

現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)、生物技術(shù)、工程裝備技術(shù)與現(xiàn)代經(jīng)營管理方式，為農(nóng)作物提供相對可控制的環(huán)境條件，盡可能擺脫自然依賴，實現(xiàn)高效生產(chǎn)。相對傳統(tǒng)大棚、溫室而言，植物工廠是高度垂直化、集成化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，代表著智慧農(nóng)業(yè)的新進展，也是現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的新版本。

在未來，植物工廠應(yīng)用場景十分豐富，不僅能維持城市日常蔬菜供應(yīng)，甚至在南北極、高原、沙漠等極端環(huán)境下也能有所保障。

目前，健康、安全、有品質(zhì)的“智慧菜”已經(jīng)進入消費市場，展現(xiàn)出巨大消費潛力。根據(jù)國際市場研究機構(gòu)Stratistics MRC的報告，2022年全球植物工廠市場規(guī)模達(dá)到1330億美元，預(yù)計到2028年將達(dá)到2250億美元，預(yù)測期內(nèi)復(fù)合年增長率為9.2%。

植物工廠能打破時間和空間限制，可以讓蔬果作物生長周期有效縮短，產(chǎn)量可以實現(xiàn)傳統(tǒng)模式的10~20倍。據(jù)測算，在大小約30立方米的集裝箱，一茬生菜產(chǎn)量能達(dá)到150公斤左右。

不過，由于存在前期投入高、研究難度大、商業(yè)落地難等問題，疊加各種成本，植物工廠種植的蔬果，價格往往是市面上同類產(chǎn)品的十多倍乃至幾十倍。因此，讓“智慧菜”不再昂貴，走向普通消費者餐桌，還需很長一段時間。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院教授賀冬仙認(rèn)為，隨著技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，植物工廠等高端設(shè)施農(nóng)業(yè)的比重將逐步增加，成為未來農(nóng)業(yè)重要發(fā)展方向。高品質(zhì)、高附加值的蔬菜產(chǎn)品將逐步普及，滿足更多消費者對健康、新鮮、便捷生活的需求。

圍繞設(shè)施農(nóng)業(yè)攻堅克難，2020年“多多農(nóng)研科技大賽”應(yīng)運而生，從比賽在溫室AI種草莓、番茄，再到升級為集裝箱植物工廠種生菜，考核難度、競爭強度持續(xù)升級，第四次舉辦的“多多農(nóng)研科技大賽”再次吸引眾多關(guān)注。

這是“多多農(nóng)研科技大賽”第二次比拼集裝箱種生菜。針對阻礙植物工廠行業(yè)發(fā)展的難題，大賽要求參賽隊伍自己動手，在上限40萬元的預(yù)算范圍內(nèi)，將一只20尺的集裝箱改造為“新農(nóng)田”，并設(shè)計智慧種植方案進行生菜生產(chǎn)。與之前相比，集裝箱改造方案和建設(shè)成本也納入了評比，考核能力也從生產(chǎn)中向生產(chǎn)前延伸，難度明顯加大。

圖為上海農(nóng)科院可移動種植架

在農(nóng)研賽事中挖掘創(chuàng)新思路

在決賽啟動儀式上，項目負(fù)責(zé)人韓帥表示，“參賽隊伍極具創(chuàng)意的改造方案，讓評委們難以抉擇。最終評審團和主辦方一致決定，將決賽隊伍從4支增加到6支，向全行業(yè)展示出更多優(yōu)秀的創(chuàng)新思路”。

本屆比賽選取的品種是散葉生菜“優(yōu)雅”，在日本植物工廠較為常見，可用于漢堡配菜、火鍋涮菜，應(yīng)用前景廣泛。“生菜是植物工廠的模式植物，”作為四屆賽事的“元老級”評委，大賽評審組副組長賀冬仙談到，“‘優(yōu)雅’長勢和產(chǎn)量穩(wěn)定性高，我們能從系統(tǒng)設(shè)計、裝備制造、安裝調(diào)試能力、種植水平等更多維度考察隊伍的綜合能力?！?/p>

其中，降低能耗是考查關(guān)鍵點之一。植物工廠可以給予作物最適宜的生產(chǎn)環(huán)境。僅從環(huán)境控制來看，光照是重要的能量來源，也是運營成本占比最大部分。傳統(tǒng)植物工廠多使用LED光為植物供能，光源轉(zhuǎn)化效率只有30%~40%，這不僅需要耗費更多電力為環(huán)境通風(fēng)和制冷，還易灼傷植物。

環(huán)境控制系統(tǒng)很重要，墨泉隊研發(fā)的可獨立微調(diào)的多通道混合式液冷照明系統(tǒng)，一方面在植物燈中集成液冷管道，通過高速流動的液體將植物燈廢熱導(dǎo)入收集系統(tǒng)的管道中，實現(xiàn)冬夏反向調(diào)溫，降低室內(nèi)能耗；另一方面開發(fā)多通道植物燈，打破傳統(tǒng)LED植物種植燈固定光譜配比、只可調(diào)節(jié)亮度的限制，讓每個通道可根據(jù)需要實現(xiàn)多檔獨立微調(diào)，更精準(zhǔn)地控制植物所需最優(yōu)生長環(huán)境。

圖為墨泉旋轉(zhuǎn)栽培架

在答辯現(xiàn)場，這樣的“腦洞大開”的設(shè)計隨處可見，決賽隊伍紛紛展示著奇思妙想，在不同方法路徑上碰撞出靈感火花。

“種植架從層架式改為可移動式，可將過道處80厘米的空間充分利用起來，實現(xiàn)極致空間使用率?！薄靶D(zhuǎn)種植架讓所有種植槽在傳輸鏈條的帶動下，緩慢移動形成大回環(huán)，打造動態(tài)環(huán)境，降低整體散熱能耗和成本?！薄巴ㄟ^將植物蒸騰的水分進行回收，冷凝存儲至營養(yǎng)液中，降低植物生長過程中的水分消耗。”“嘗試給植物聽音樂，以探究聲波赫茲對于植物生長的影響?！薄?/p>

在田間地頭辦比賽的好處顯而易見。利用最前沿的技術(shù)，深入產(chǎn)業(yè)一線，集結(jié)一線青年科學(xué)家，合力攻克農(nóng)業(yè)發(fā)展中遇到的實際痛點、難點，可以探索更多突破性創(chuàng)新成果，為植物工廠發(fā)展蓄力。

產(chǎn)業(yè)化落地需堅持長期主義

植物工廠在國內(nèi)起步晚，處于初級階段，但發(fā)展迅猛，在光源控制、智能化管控等環(huán)節(jié)打下堅實技術(shù)基礎(chǔ)，為規(guī)?；a(chǎn)業(yè)落地按下“加速鍵”。有數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，中國已有各類規(guī)模的植物工廠超過220座。

上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院黨委副書記徐偉林對記者表示，“植物工廠追求高效、高產(chǎn)、高質(zhì)的生產(chǎn)種植。這不僅需要農(nóng)業(yè)技術(shù)的支持，還需要與電器工程、工業(yè)制造等多領(lǐng)域進行跨界融合，共同推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化和高效化。這種跨界聯(lián)合的模式不僅提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益，也為農(nóng)業(yè)科研注入了新活力”。

截至目前，已有多項賽事成果被寫成論文或進入專利實審受理階段，涉及植物工廠環(huán)控、營養(yǎng)液配方動態(tài)調(diào)整技術(shù)等。包括基于日累積光照量的植物補光方法、增加空氣流動降低生菜燒邊癥狀發(fā)生率的方法、番茄產(chǎn)量預(yù)測模型等一系列比賽過程中形成的創(chuàng)新種植技術(shù)，也開始逐步推廣應(yīng)用。除此之外，一些科研成果也實現(xiàn)了“技術(shù)產(chǎn)品化”。

比如，賽博農(nóng)人隊在此前賽事中積累的草莓營養(yǎng)液配方動態(tài)調(diào)整技術(shù)，目前已在北京小湯山草莓種植基地應(yīng)用。作為唯一連續(xù)四屆比賽都參與的選手，來自賽博農(nóng)人隊的中國農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生楊浩表示，“國家正在倡導(dǎo)大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，核心技術(shù)是推動新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的新引擎。我們希望能做出一套區(qū)別于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的種植方案，讓普通農(nóng)民也能快速學(xué)習(xí)上手，為農(nóng)事生產(chǎn)減負(fù)增效”。

賽事合作伙伴光明食品集團的加入，也意味著更為明朗的市場前景?！昂献髋e辦挑戰(zhàn)賽，就是要把農(nóng)業(yè)科研與產(chǎn)業(yè)打通，把實驗室與市場打通，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)秀科研團隊和科創(chuàng)企業(yè)投身科技農(nóng)業(yè)?！鄙虾；ɑ軋@藝（集團）有限公司光明花博邨分公司總經(jīng)理袁偉如是說道。

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表示，未來幾年將著力突破溫室和植物工廠關(guān)鍵核心技術(shù)，研發(fā)柔性農(nóng)業(yè)機器人，創(chuàng)設(shè)生產(chǎn)型植物工廠，實現(xiàn)茄果、葉菜等溫室生產(chǎn)智慧決策和智能控制。

可以說，舉辦一場科技農(nóng)業(yè)種植挑戰(zhàn)賽，最重要的是借助賽事活動，點燃農(nóng)業(yè)創(chuàng)新的激情，吸引優(yōu)質(zhì)人才投身農(nóng)業(yè)，打造創(chuàng)新共同體為農(nóng)業(yè)技術(shù)突破添磚加瓦，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展凝聚更多共識。

科技創(chuàng)新添動力，農(nóng)業(yè)騰飛正當(dāng)時，植物工廠話未來。

在數(shù)字技術(shù)加持下，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)正邁向智能化、規(guī)模化、綠色化新階段。當(dāng)更多力量加入打造農(nóng)科高地，邁向農(nóng)業(yè)技術(shù)變革的大賽道，植物工廠的市場化、產(chǎn)業(yè)化將持續(xù)擘畫農(nóng)業(yè)發(fā)展新篇章。

責(zé)任編輯：何燁