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葉菜俠科技:集裝箱里種生菜從田間到賽場
作者: 時間: 2025-01-03
植物不會說話,中國農(nóng)民通過觀看農(nóng)作物長勢,來判斷其狀態(tài)和需求,把手伸進泥土中,靠經(jīng)驗種了幾千年地。
2023年,中國農(nóng)業(yè)科技進步貢獻率為63.2%,這一指標被視為衡量農(nóng)業(yè)科技進步對農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值增長貢獻的指標。中國人民大學經(jīng)濟學院劉守英教授曾指出,發(fā)達經(jīng)濟體的農(nóng)業(yè)科技貢獻率通常在80%左右。如何讓中國農(nóng)研科技成果走出實驗室,是農(nóng)業(yè)科技進步貢獻率提升的關(guān)鍵。
上海市農(nóng)業(yè)科學院園藝所所長朱為民說:“現(xiàn)在老一代的菜農(nóng)都已經(jīng)步入老年,他們?yōu)橹袊卟水a(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了很大貢獻。但很多貢獻源于他們自身的吃苦耐勞,甚至以犧牲身體健康為代價。”
露天種植的陽光和粉塵、溫室環(huán)境下的高濕度、日復(fù)一日的彎腰與蹲跪,對菜農(nóng)的腰膝關(guān)節(jié)、呼吸系統(tǒng)的損傷都很大。當農(nóng)民后代的職業(yè)選擇開始轉(zhuǎn)向、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式進入新的轉(zhuǎn)型階段時,需要更多從業(yè)者的交流,并激發(fā)新的解決方案出現(xiàn),讓經(jīng)驗流動起來。
12月27日,第四屆“多多農(nóng)研科技大賽”落下帷幕。本次沿用了第三屆在全封閉的集裝箱里種生菜的題目,但首次將集裝箱改建為“新農(nóng)田”的設(shè)計方案與建設(shè)效果納入考察范圍,通過數(shù)字科技、智能裝備與農(nóng)學結(jié)合,以更低能耗、追求更優(yōu)品質(zhì)和更高產(chǎn)量。
以往,農(nóng)業(yè)科技競賽都是“學院派”與“科研派”之間的競爭,他們大多都是科班出身,要么是農(nóng)業(yè)類大學的博士,要么是農(nóng)科院的專家,這些人也被稱為“國家隊”。本次比賽中,出現(xiàn)了更多來自商業(yè)公司的創(chuàng)業(yè)團隊。
決賽中,6支隊伍要在20英尺的集裝箱里種植散葉生菜。在160多天的時間里,參賽隊伍要自己設(shè)計搭建集裝箱、測試、種植。通過精準控制溫度、光照、水分、濕度、肥料等等,并觀察作物在不同參數(shù)下的生長狀態(tài),不斷優(yōu)化方案。最后組委會從空間布局、種植架設(shè)、實際產(chǎn)量、品質(zhì)、能耗等方面評選出獲勝者。
創(chuàng)新、交流與降本增效
利用新技術(shù)輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn),并非新興概念。然而其推進過程中存在顯著的難點:農(nóng)作物具有一定的生長周期,種植方案難以實現(xiàn)快速的迭代與優(yōu)化。
比賽這種形式,可以激發(fā)創(chuàng)新與實踐方案的出現(xiàn),促進不同領(lǐng)域的參與者交流,讓研究成果,更快地轉(zhuǎn)化成社會價值。
這次進入決賽的六支團隊中,企業(yè)、高校、科研院所各有2家。解曉巍所在的葉菜俠隊來自企業(yè)。他說,其實公司在上一屆比賽時就在猶豫要不要參加。但由于過去很少與學界交流,一看到參賽的都是“國家隊”,信心不足,不清楚自己在這之中是什么水平。
他認為,目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域的交流相對較少。對待同一個問題,科研與產(chǎn)業(yè)的理解不同,解決起問題來各有各的方法。雖然都能達成目的,但將不同想法交流碰撞的機會卻不多。在今天的農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域,這種交流是非常必要的。
“學院派”的農(nóng)研人員在看了比賽成果以后,產(chǎn)生了相似的思考:在實驗室做科研,往往只需要關(guān)注自己的細分方向,比如光照參數(shù)、營養(yǎng)液配比。但今天,研究更多需要帶著產(chǎn)業(yè)的訴求,引入經(jīng)濟的視角。
比如,植物工廠往往被看作一個近乎完美的農(nóng)業(yè)種植形態(tài),但缺陷在于,培養(yǎng)作物的環(huán)境所需的能耗成本太高。此前水平較高的植物工廠每生產(chǎn)1公斤生菜的成本或達20多元,接近普通生菜的10倍。
本次是多多農(nóng)研科技大賽第二次在集裝箱里搭建植物工廠,賽事的組織方也開始更多地思考賽事科技成果的轉(zhuǎn)化問題:在此前的集裝箱比賽中,集裝箱的搭建與設(shè)計都由主辦方提供,選手們比的是AI算法。而本次比賽,則將集裝箱改造的設(shè)計方案與建設(shè)成本都納入比賽內(nèi)容,選手們獲得了更多的發(fā)揮空間,也面對著更高的不確定性。
在集裝箱里種生菜,人為因素的干預(yù)則可以滲透到植物生長的方方面面,打造出一個滿足植物生長所需全部營養(yǎng)要素(光、溫、水、肥、氣等)的環(huán)境,讓農(nóng)業(yè)種植擺脫自然環(huán)境的限制。這很大程度上是在用標準化、工業(yè)化的方式發(fā)展農(nóng)業(yè)。
比賽過程中,僅僅是為了達成“節(jié)約資源”的目的,各隊的解決方案就已經(jīng)十分多樣。
冠軍隊中國農(nóng)業(yè)大學賽博農(nóng)人隊,通過冷源接入技術(shù),將集裝箱和自然環(huán)境設(shè)計為一體,在生菜生長期,當箱外溫度低于箱內(nèi)溫度特定值時,系統(tǒng)會自動引入外界冷源進行降溫。決賽階段,一波侵襲上海的寒潮開啟了冷源接入系統(tǒng),使空調(diào)日能耗環(huán)比前日降低了56%。
另外,成長期的生菜蒸騰量大幅上升,賽博農(nóng)人團隊在箱內(nèi)設(shè)置了冷凝回收技術(shù),重新收集作物的呼吸作用所產(chǎn)生的水蒸氣,并將其用以調(diào)配營養(yǎng)液,節(jié)約水資源。這項功能在沙漠等缺水地區(qū)將更加實用。
最終,賽博農(nóng)人隊將集裝箱種植生菜的耗電量降低至12.25千瓦時/千克,而栽培面積生產(chǎn)效率提升到0.33千克/平方米/天,目前日本植物工廠領(lǐng)軍企業(yè)未來公司的該項數(shù)值為0.3-0.45千克/平方米/天。
上海農(nóng)科院團隊的方案從視覺上看來十分科幻。他們在集裝箱的改造上采用了可移動式垂直吊掛栽培架,在植物的不同生長階段進行動態(tài)調(diào)節(jié),既減少了黃葉的產(chǎn)生,也將水平的層架變?yōu)橐粤袨榉N植單元的垂直設(shè)計,提高了空間使用率與種植數(shù)量。
同時,他們采用了多種補光燈協(xié)同使用的方法,配備了光質(zhì)、光強、光周期可調(diào)的紅藍光LED,采用交替補光策略來節(jié)能降耗。
最終,上海農(nóng)科院團隊的生菜總產(chǎn)量超過300千克,位列第一。折算栽培面積生產(chǎn)效率,也達到了0.28千克/平方米/天。
首次參賽,解曉巍所在的“葉菜俠”隊獲得了并列第三的成績。他們制定了一套植物生長環(huán)境線性控制系統(tǒng),而非開關(guān)控制系統(tǒng)。以燈光為例,葉菜俠隊有一個0%-100%的燈源控制區(qū)間,能根據(jù)植物的不同狀態(tài)、不同生長階段調(diào)節(jié)。同時,他們?yōu)榱烁鼫蚀_地判斷作物狀態(tài),還在環(huán)境指標之上,嘗試直接監(jiān)測生理指標。
解曉巍說:“常見的監(jiān)測指標大概是溫度、濕度、二氧化碳濃度三種,但這其實是環(huán)境指標,植物要經(jīng)受的變量太多了,所以我們嘗試去判斷它的生理指標。比如說它的葉片溫度。”通過與環(huán)境溫度的對比,來判斷植物的蒸騰狀態(tài),進而判斷光合作用是否在進行,植物是否在生長等等。最終,葉菜俠種出單株重達460克的“菜王”。
進化中的中國農(nóng)業(yè)
2025年,中國農(nóng)業(yè)科技規(guī)模預(yù)計將達到1.26萬億元,占據(jù)農(nóng)業(yè)增加值的15%。本次農(nóng)研科技大賽還在進行中時,部分團隊方案已經(jīng)投入商業(yè)化或迎來合作意向。
在最后的終審匯報環(huán)節(jié),賽博農(nóng)人團隊看中了中國的沙拉消費市場,將集裝箱植物工廠定位為“超級輕食中央工廠”,目標是20到35歲之間的女性群體消費者,月點餐頻次在10次以上,客單價在15到35元,通過優(yōu)化傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié),滿足她們對輕食的喜好。
以上海為例,上海每天綠葉菜需求量達到6000噸以上,但是本地生產(chǎn)的綠葉菜僅占40%,60%依靠周邊地區(qū)的供應(yīng)。將集裝箱植物工廠布置在離消費者更近的地方,不僅可以很好地彌補供需缺口,還可以保證食材的新鮮、減少運輸成本、降低生鮮產(chǎn)品的損耗率。
葉菜俠隊解曉巍進一步提出了集裝箱植物工廠在社區(qū)里作為硬件場景所承載的商業(yè)想象力——用在社區(qū)里生產(chǎn)和展銷一體的口袋農(nóng)場,家庭園藝產(chǎn)品的銷售,生鮮物資的應(yīng)急供給,農(nóng)業(yè)科普場所等。
在解曉巍看來,集裝箱植物工廠的種植技術(shù)也可以反哺傳統(tǒng)農(nóng)業(yè),“集裝箱就是把我們在露天、在溫室種植的各項技術(shù)累積到一起,反過來集裝箱植物工廠的核心技術(shù)也可以提取出來,下放,比如育苗技術(shù)、垂直通風等。”決賽期間,葉菜俠隊的合作方曾到現(xiàn)場觀賽,欲尋求集裝箱植物工廠合作方案。
近年來,葉菜俠圍繞NFT、DFT、垂直農(nóng)場等新型栽培技術(shù)、依托山東制造優(yōu)勢,形成了多套自主知識產(chǎn)權(quán)的綠葉菜生產(chǎn)裝備體系,并成功推廣至國內(nèi)外,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。
墨泉隊目前正與上海餐飲企業(yè)合作,試種健康綠色的韭菜。該公司還與中東企業(yè)合作嘗試種植羅勒、芝麻菜等沙拉菜品種,在泰國嘗試種植草莓等非熱帶水果,希望將植物工廠技術(shù)推廣至更多地區(qū)。
第一屆比賽上獲獎的團隊“智多莓”,就曾在比賽過程中看到技術(shù)產(chǎn)品化的市場前景,決定成立“智多莓”公司,幫助中小種植者提升種植草莓、藍莓的效益。
近幾年,越來越多公司開始意識到科學在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要作用。一些企業(yè)嘗試通過對前端農(nóng)業(yè)種植技術(shù)投入研究,提升產(chǎn)品產(chǎn)量、降低成本、提升口感和品質(zhì)。也有一些公司開始像拼多多一樣,參與農(nóng)業(yè)研究、牽頭舉辦相關(guān)活動。這意味著,這些公司在逐漸意識到,推動農(nóng)業(yè)發(fā)展或現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型,只是靠資金投入并不夠,它是一個需要技術(shù)、人才等系統(tǒng)性投入的長期工程。
“科技創(chuàng)新是推動農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵引擎。”拼多多高級副總裁、首席發(fā)展官朱政說:“拼多多近年來更多參與農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新,助力農(nóng)業(yè)科研轉(zhuǎn)化為新質(zhì)供給。”
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