種地吧少年，科研版

文｜陳梅希

編｜石燦

如果失去陽光，失去土壤，失去雨露，人類還能種好菜嗎？

普通人有疑問，農(nóng)業(yè)研究者們則在用行動驗(yàn)證。2023年2月底，四支背景各異的研究團(tuán)隊(duì)齊聚上海崇明島，進(jìn)駐四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱——他們要在3個(gè)多月的時(shí)間里，自主控溫、控光、控肥，探索植物生長的極限。

四個(gè)集裝箱

這是第三屆多多農(nóng)研科技大賽決賽給出的“命題作文”。

春去夏來，集裝箱里的三茬生菜已完成采收。在決賽答辯和頒獎(jiǎng)現(xiàn)場，我們見到了很多年輕人，他們有的此前完全不會種菜，因?yàn)檫@次大賽確立了從事智慧農(nóng)業(yè)研究的目標(biāo)；有的已連續(xù)三年參賽，打算把這次采集的數(shù)據(jù)使用到博士論文里。

集裝箱里種植的生菜

他們是種地的少年，正在做著很酷的事。

少年，去種地嗎？

24歲的熊元科是交大生生不息隊(duì)的成員，本屆大賽，他們自研了數(shù)據(jù)管理平臺，還在3個(gè)月的時(shí)間內(nèi)驗(yàn)證了生菜種植的環(huán)控算法，最終獲得三等獎(jiǎng)。

但時(shí)間倒回1年前，熊元科還是種植界的“菜鳥”。

2022年夏天，此前一直專注于城市建筑能源優(yōu)化的熊元科突然琢磨，自己能不能在家里種菜？他買來一堆材料，興致勃勃地查找垂直農(nóng)業(yè)的資料，在房間搭建起小型種植區(qū)，邊種菜邊研究運(yùn)營仿真方法，甚至跟同學(xué)做出了能源優(yōu)化系統(tǒng)的雛形。

育苗倒是挺順利，生菜種子很快長出小苗來，但很快流程就卡住了。

“我也不知道卡在哪兒，有好多瓶營養(yǎng)液，有一個(gè)配方，然后我就這瓶倒一點(diǎn)那瓶倒一點(diǎn)，”熊元科手用雙手比劃倒?fàn)I養(yǎng)液的動作，接著兩手一攤，“菜最后一顆都沒種出來，這個(gè)流程我自己是真跑不通?！?/p>

但失敗的種菜經(jīng)歷，反倒讓他開啟了智慧農(nóng)業(yè)的大門。經(jīng)導(dǎo)師介紹，熊元科接觸到參加此次多多農(nóng)研科技大賽的交大參賽隊(duì)，他所擅長的能源優(yōu)化技術(shù)，剛好能協(xié)助減少植物工廠的耗能問題。

生生不息隊(duì)的人員構(gòu)成是“5+1”模式，5位工科背景的成員加1位種植專家。熊元科笑稱，他們5個(gè)人負(fù)責(zé)跑模型、出數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)“投喂”給組內(nèi)唯一種過菜的“農(nóng)業(yè)大佬”。

不到1年時(shí)間，熊元科已經(jīng)從一個(gè)種不出菜的門外漢，變成立志于從事現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究的新農(nóng)人，他打算在交大攻讀博士學(xué)位，研究方向正是植物工廠?！八闶钦业搅宋蚁乱浑A段的目標(biāo)吧，比起從99到100的工作，我更喜歡從0到1的工作。我覺得農(nóng)業(yè)是最重要的一個(gè)產(chǎn)業(yè)，但它也是（大學(xué)生求職時(shí)）有一點(diǎn)被嫌棄的產(chǎn)業(yè)，它需要得到更多人的重視?！?/strong>

參加這屆比賽時(shí)，熊元科結(jié)交到不少同樣從事現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究的年輕朋友。例如平均年齡只有25歲的Cyber Farmer團(tuán)隊(duì)，成員全部來自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，是設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的師兄妹。他們是第一屆大賽的冠軍得主，在本屆賽事中獲得二等獎(jiǎng)。

今年博士三年級的楊浩參加了全部三屆多多農(nóng)研科技大賽。因?yàn)閹熜粥嵔ㄤh做草莓育種研究，跟第一屆大賽的課題吻合，所以機(jī)緣巧合下參賽，并一舉奪冠。到今年，參加大賽已經(jīng)成為一種師門傳承。

楊浩也從三年前跟著師兄做項(xiàng)目的小師弟，變成了隊(duì)伍里的“大哥”。導(dǎo)師很支持，一直告訴他們，農(nóng)業(yè)研究要看未來能不能對實(shí)際生產(chǎn)有價(jià)值，要接地氣，扎根在土地里。

師門的小師妹李雨濃是Cyber Farmer團(tuán)隊(duì)年紀(jì)最小的成員，明年，她將前往荷蘭瓦赫寧根大學(xué)繼續(xù)攻讀博士學(xué)位，她指著對面兩位正在讀博師兄說：“估計(jì)這就是我們下一屆的隊(duì)長，這是我們下下屆的隊(duì)長?！?/strong>

Lettus Grow的隊(duì)長徐丹已經(jīng)從瓦赫寧根大學(xué)畢業(yè)10年了，答辯和頒獎(jiǎng)典禮期間，恰逢不少地區(qū)高考出分，他收到一條意料之外的微信。“一個(gè)可能有20年沒見面的小學(xué)同學(xué)，突然來問我說，他有個(gè)親戚高考出分了，想報(bào)農(nóng)學(xué)專業(yè)，說來問問我的意見?！?/p>

Lettus Grow團(tuán)隊(duì)，左三為隊(duì)長徐丹

徐丹也是北京極星農(nóng)業(yè)的創(chuàng)始人，無論是在荷蘭求學(xué)時(shí)，還是回國創(chuàng)業(yè)后，這是頭一次有人來找他咨詢農(nóng)學(xué)專業(yè)。

“大半夜的，你看，我回復(fù)他好多，給他介紹設(shè)施園藝發(fā)展前景，上游下游的人才缺口。”徐丹打開微信翻出聊天記錄遞給我看，全部是大段的回復(fù)，他補(bǔ)充道，“起碼有人主動問我咨詢（農(nóng)學(xué)）專業(yè)的時(shí)候，我覺得有變化了?！?/p>

植物，居然有脾氣？

真正接觸農(nóng)業(yè)前，熊元科覺得植物也是一種可標(biāo)準(zhǔn)化的研究對象，設(shè)置參數(shù)、跑通模型，那些綠油油的菜苗就會變成一堆數(shù)據(jù)。等到了實(shí)踐中，他才發(fā)現(xiàn)，工學(xué)和農(nóng)學(xué)的結(jié)合，沒有他想象中那么簡單。

一樣的肥，一樣的水，一樣的光照參數(shù)，長出來的菜卻是不一樣的。剛接觸農(nóng)業(yè)時(shí)，熊元科一頭霧水，但現(xiàn)在他已經(jīng)能坦然接受植物的“小脾氣”了。“它可能不喜歡吧，得看它喜不喜歡，它畢竟還是一個(gè)活的東西。就像一個(gè)小孩子，你再怎么懂人性，還是不能完全知道他為什么開心，知道怎樣可以保證他考上清華北大?！?/p>

為盡可能控制變量，主辦方為四支隊(duì)伍提供同樣的集裝箱，同樣的內(nèi)部硬件設(shè)施，以及同樣的生菜新品種“翠恬”——此前，四支隊(duì)伍均未種植過這一品種，他們需要在90天時(shí)間內(nèi)熟悉品種、調(diào)試參數(shù)、確定方案，最終完成種植。

育苗也在集裝箱內(nèi)完成

經(jīng)過兩輪試種，在第三輪最終種植中，同樣的翠恬種子長出了不同的翠恬生菜，植物開始展現(xiàn)它神奇的“個(gè)性”。

有的隊(duì)伍種出的生菜“個(gè)子”很高，帶來更高的產(chǎn)量；有的隊(duì)伍種出的生菜“外貌”最佳，具有更高的觀賞性；有的隊(duì)伍種出了可食用部分最多的生菜，能換來更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；有的隊(duì)伍的生菜口感最清甜，獲得大眾評審的一致好評。

同一批種子，同樣的硬件條件，怎么會種出從“外貌”到口感完全不同的生菜？答辯現(xiàn)場，四支隊(duì)伍第一次知道了彼此使用的技術(shù)和秘密武器。

上海農(nóng)科院團(tuán)隊(duì)使用的是晝夜同溫同光策略，不模擬白天和夜晚，讓集裝箱內(nèi)的植物處于接近的溫度和光照條件下。最終，上海農(nóng)科院隊(duì)最后一茬生菜的生產(chǎn)效率達(dá)到0.18kg/ m2 /天，是產(chǎn)量最高的隊(duì)伍，并奪得本屆大賽的冠軍。

頒獎(jiǎng)儀式上的上海農(nóng)科院隊(duì)，右三為隊(duì)長何立中

徐丹深受啟發(fā)，他在賽后評價(jià)：“（上海農(nóng)科院隊(duì)的策略）讓我們打破了思維局限，植物工廠本身它就是給你的一個(gè)無限可能的場景，我們可以躍跳出原本的框子去做一些更加大膽的嘗試。”

Cyber Farmer團(tuán)隊(duì)則采取了完全相反的策略，盡可能地模擬自然環(huán)境中光照和氣溫的晝夜差別。楊浩在解釋這一策略時(shí)提到：“植物也跟人一樣，它也是需要休息的。我們更多的是關(guān)注于植物本身生理的需求，以此來反饋調(diào)控環(huán)境。”

最終，Cyber Farmer種出了形態(tài)最漂亮、可食用比例最多的翠恬生菜。

植物不會說謊，任何一點(diǎn)外部環(huán)境的變化，在一個(gè)生長周期后，都會體現(xiàn)在采收的結(jié)果中。它是生命，既有個(gè)性，又無比誠實(shí)，會讓所有的努力都落到實(shí)處。

本屆大賽，四支隊(duì)伍基于不同目標(biāo)，試驗(yàn)了不同的智能種植策略，未來，在這三個(gè)月里積累的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，將成為植物工廠生菜種植領(lǐng)域的寶貴財(cái)富。

農(nóng)業(yè)，其實(shí)挺酷的

徐丹說，沒接觸過的人對農(nóng)業(yè)有兩種極端的想象。第一種是把農(nóng)業(yè)想象得特別辛苦——“說起農(nóng)業(yè)想到的第一個(gè)畫面是曬得很黑，在地里掰棒子收小麥?！钡诙N則是把農(nóng)業(yè)想象得太輕松，寄托著對田園牧歌式生活的期待，覺得種地是件有趣的事情。

兩種極端的想象都會對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生傷害。前者會降低年輕人從事農(nóng)業(yè)的可能性，畢竟“沒有家長會希望孩子從事那么辛苦的行業(yè)”，而后者會讓人忽略農(nóng)業(yè)發(fā)展的復(fù)雜程度和科技含量。

但現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展至今，已經(jīng)和人工智能、光學(xué)、建筑學(xué)、能源科學(xué)、機(jī)械制造等密不可分，它不再是研究植物和動物的單一學(xué)科，而是需要眾多學(xué)科研究者“手牽手”才能持續(xù)探尋突破的前沿交叉領(lǐng)域。

越來越多和熊元科一樣有著工程學(xué)背景的人，開始踏入智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域；而越來越多農(nóng)學(xué)背景的青年研究者，也已經(jīng)開始掌握跨學(xué)科的研究方法和工具。

智能調(diào)節(jié)植物的光照條件

回顧當(dāng)前農(nóng)業(yè)種植存在的多種模式，從大田農(nóng)業(yè)、薄膜大棚、玻璃溫室，到植物工廠，對自然的依賴程度依次降低，人類對植物生長環(huán)境的控制能力依次增長。

但目前，它們絕不是互相取代的關(guān)系，不止一位參賽科學(xué)家提到，植物工廠模式距離普及和市場化還很遙遠(yuǎn)。研究者先行探索，主要有兩方面的意義。

一是在植物工廠內(nèi)研發(fā)應(yīng)用的智能技術(shù)，未來同樣可以適配大田、大棚、溫室等當(dāng)前已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的農(nóng)業(yè)種植形態(tài)，提升實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的效率。

例如本屆冠伍上海農(nóng)科院隊(duì)，在比賽過程中開發(fā)出智慧種植決策管理系統(tǒng)，基于大數(shù)據(jù)云平臺的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，融合了植株的生長模型、光截獲模型、蒸騰模型等算法，實(shí)時(shí)收集各類傳感器回傳的數(shù)據(jù)，監(jiān)測植株長勢，可輔助環(huán)境調(diào)控、采收時(shí)機(jī)等種植策略判斷。未來，類似的智慧種植系統(tǒng)也有機(jī)會應(yīng)用到玻璃溫室等現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中。

Cyber Farmer 團(tuán)隊(duì)在第一屆比賽中使用的營養(yǎng)液配方動態(tài)調(diào)整技術(shù)，則已被進(jìn)一步優(yōu)化，形成標(biāo)準(zhǔn)算法，應(yīng)用于北京小湯山近5000平米的草莓種植中。

二是在某些特殊場景下，完全不依賴自然條件的植物工廠將提供穩(wěn)定的蔬菜產(chǎn)能。陽光、雨水、土壤，是自然對人類的饋贈，但不是所有地區(qū)的人都能收到這份禮物。在邊防哨所、遠(yuǎn)洋輪、沙漠、極地科考站等自然條件有限的地區(qū)，植物工廠是提供蔬菜生產(chǎn)，改善生活條件的可靠資源。

剛從集裝箱采摘下來的生菜

更重要的是，我們需要具備這樣的能力，以等待合適的場景出現(xiàn)。

目前，植物工廠最大的痛點(diǎn)在于能源消耗，當(dāng)未來清潔能源等相關(guān)領(lǐng)域取得重大突破時(shí)，相應(yīng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)儲備將釋放更大的潛能，也許家家戶戶頂樓種菜自給自足，也不再只是賽博夢境。

2022年，徐丹在接受媒體采訪時(shí)說，希望女兒長大后，會覺得爸爸種菜是件很酷的事。

徐丹的大女兒今年6歲，我問他，之前的愿望實(shí)現(xiàn)了嗎？他笑得很開心，說女兒現(xiàn)在非常自豪，在別的地方吃到番茄，會告訴其他人：“這個(gè)番茄沒有我爸爸種的番茄好吃。”

因?yàn)榻?jīng)常泡在農(nóng)場里，小女孩對植物的種植過程非常了解，徐丹有次聽到女兒給其他小朋友介紹番茄的生長過程，從授粉到結(jié)果，講得頭頭是道。

持續(xù)一天的訪談里，徐丹講了很多垂直農(nóng)業(yè)、植物工廠、動態(tài)調(diào)節(jié)、模型策略，聊到女兒時(shí)，是他難得顯得放松的時(shí)刻。他講女兒看過生菜怎么長大，就會有意識地節(jié)約糧食和蔬菜；講她小小年紀(jì)，就去農(nóng)場里幫忙一起貼包裝盒。

“我很希望我們的孩子會認(rèn)為，不管你是醫(yī)生、農(nóng)民，還是干嘛，每個(gè)職業(yè)之間是沒有高低貴賤之分的。”

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