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熊(xiong)元(yuan)科(ke)疫(yi)情(qing)期(qi)間(jian)迷(mi)上(shang)了(le)种菜，撒(sa)下(xia)生(sheng)菜种子(zi)後(hou)，調(tiao)配(pei)營(ying)養(yang)液(ye)、安(an)裝(zhuang)植(zhi)物(wu)燈(deng)，悉(xi)心(xin)照(zhao)料(liao)卻(que)壹(yi)無(wu)所(suo)獲(huo)。研(yan)究(jiu)能(neng)源(yuan)系(xi)統(tong)優(you)化(hua)的(de)他(ta)萌(meng)生了用(yong)擅(shan)長(chang)的算(suan)法(fa)在(zai)集(ji)装箱(xiang)內(nei)种菜的想(xiang)法。巧(qiao)合(he)的是(shi)，這(zhe)個(ge)想法得(de)以(yi)在第(di)三(san)屆(jie)“多(duo)多農(nong)研科技(ji)大(da)赛”落(luo)地(di)。

本(ben)次(ci)大赛的四(si)个集装箱式(shi)植物工(gong)廠(chang)將(jiang)成(cheng)為(wei)拼(pin)多多與(yu)光(guang)明(ming)母(mu)港(gang)共(gong)建(jian)的农研基(ji)地，繼(ji)續(xu)用於(yu)垂(chui)直(zhi)农業(ye)的研究与探(tan)索(suo)。

根(gen)據(ju)大赛規(gui)則(ze)，參(can)赛者(zhe)要(yao)在自(zi)動(dong)化程(cheng)度(du)高(gao)的植物工厂内调控(kong)溫(wen)、光、水(shui)、肥(fei)等(deng)，完(wan)成三輪(lun)翠(cui)恬(tian)生菜的种植。第一次参赛的他与工科背(bei)景(jing)的隊(dui)友(you)搭(da)建信(xin)息(xi)化平(ping)臺(tai)，采(cai)集並(bing)可(ke)視(shi)化13萬(wan)組(zu)數(shu)据，整(zheng)合監(jian)測(ce)、決(jue)策(ce)、控制(zhi)系统，为农学專(zhuan)家(jia)提(ti)供(gong)環(huan)境(jing)参数和(he)植物生长變(bian)化，分(fen)析(xi)数据即(ji)可更(geng)新(xin)种植策略(lve)，第三轮產(chan)量(liang)翻(fan)倍(bei)。

集装箱裏(li)成长中(zhong)的翠恬生菜。

純(chun)工科的楊(yang)浩(hao)一直羨(xian)慕(mu)“在火(huo)星(xing)种土(tu)豆(dou)”的馬(ma)特(te)。跨(kua)界(jie)到(dao)农业后，連(lian)续三届参赛的他用AI种草(cao)莓(mei)和番(fan)茄(qie)后，这次将博(bo)士(shi)研究的内容(rong)應(ying)用到植物工厂，團(tuan)队研發(fa)的植物光合性(xing)能监测系统可精(jing)準(zhun)控制二(er)氧(yang)化碳(tan)用量，預(yu)测生菜生长量，單(dan)株(zhu)生菜的预测产量与實(shi)際(ji)僅(jin)差(cha)一克(ke)。

通(tong)常(chang)，35天(tian)左(zuo)右(you)，一棵(ke)生菜就(jiu)能從(cong)种苗(miao)长大成熟(shu)。

6月(yue)27日(ri)，光明多多垂直农业挑(tiao)戰(zhan)赛暨(ji)第三届“多多农研科技大赛”揭(jie)曉(xiao)比赛结果。90天内，一群(qun)來(lai)自不(bu)同(tong)領(ling)域(yu)的新农人(ren)開(kai)啟(qi)一場(chang)种菜实驗(yan)。他們(men)在集装箱式植物工厂内用数字(zi)技術(shu)試(shi)种全(quan)新生菜品(pin)种，創(chuang)新的算法、模(mo)型(xing)等提高产能、破(po)解(jie)植物工厂能耗(hao)難(nan)題(ti)，一系列(lie)成果吸(xi)引(yin)产业界關(guan)註(zhu)。

四大頂(ding)尖(jian)团队挑战种新品种

第一届“多多农研科技大赛”至(zhi)今(jin)，各(ge)界大咖(ka)组成的参赛队伍(wu)是一大看(kan)點(dian)。本届大赛开启后吸引全球(qiu)30支(zhi)顶尖团队、150多位(wei)青(qing)年(nian)科学家報(bao)名(ming)。最(zui)終(zhong)，4支队伍進(jin)入(ru)决赛。

与會(hui)嘉(jia)賓(bin)、評(ping)審(shen)与参赛队伍集體(ti)合影(ying)。

四支决赛队伍可謂(wei)顶級(ji)配置(zhi)。上海(hai)交(jiao)通大学的“生生不息”队工学背景最強(qiang)，团队曾(zeng)成功(gong)搭建海上自維(wei)蔬(shu)菜种植平台，无土、无淡(dan)水、无電(dian)源條(tiao)件(jian)下种菜成功；上海农科院(yuan)团队曾为南(nan)極(ji)科考(kao)队員(yuan)提供极端(duan)环境的蔬菜种植培(pei)訓(xun)，成员理(li)論(lun)和实踐(jian)經(jing)验豐(feng)富(fu)，植物工厂研究是該(gai)院近(jin)年来重(zhong)点发展(zhan)的新興(xing)学科，已(yi)组建植物工厂卓(zhuo)越(yue)团队。

上海交大“生生不息”团队合影。

上海农科院团队分享(xiang)获獎(jiang)感(gan)言(yan)。

来自中國(guo)农业大学的CyberFarmer团队基于集装箱式植物工厂开展葉(ye)菜、草莓、中藥(yao)材(cai)等作(zuo)物研究，团队成员平均(jun)年齡(ling)不超(chao)過(guo)30歲(sui)；Lettus Grow团队是唯(wei)一一支来自企(qi)业的团队，种植管(guan)理经验丰富，曾为北(bei)京(jing)冬(dong)奧(ao)会供应生菜。

CyberFarmer团队分享获奖感言。

LettusGrow团队合影。

四大顶尖团队拿(na)到考题后并未(wei)覺(jiao)得輕(qing)松(song)。他们试种的翠恬生菜是大赛引入的全新品种，国内外(wai)种植经验少(shao)。“沒(mei)有(you)任(ren)何(he)数据和经验積(ji)累(lei)，考验队伍的实力(li)。这个品种很(hen)嬌(jiao)貴(gui)，不耐(nai)抽(chou)薹(tai)，后期易(yi)燒(shao)心，种出(chu)来容易种好(hao)难。”上海农科院队的王(wang)虹(hong)博士告(gao)訴(su)南都(dou)記(ji)者。

各个团队前(qian)期需(xu)快(kuai)速(su)摸(mo)清(qing)作物習(xi)性，建立(li)模型，后期時(shi)刻(ke)根据模型和算法的建議(yi)，结合人工种植经验调整种植策略。另(ling)一方(fang)面(mian)，大赛的考核(he)標(biao)准倒(dao)逼(bi)团队平衡(heng)产量、品質(zhi)和能耗，尋(xun)求(qiu)最佳(jia)方案(an)。

拆(chai)解比赛规则后，王虹发現(xian)本届大赛的考核标准更加(jia)多樣(yang)化。今年，主(zhu)辦(ban)方設(she)置大眾(zhong)评审环節(jie)，對(dui)生菜的外形(xing)、甜(tian)度、氣(qi)味(wei)等进行(xing)打(da)分。专业评审团从产量、品质、算法策略、能耗成本、商(shang)业價(jia)值(zhi)等维度进行评比。“考核标准的变化意(yi)味著(zhe)，保(bao)證(zheng)生菜快速高产的同时，后期要通过人工精細(xi)化调控来凸(tu)顯(xian)翠恬的口(kou)感，提高商品性，这很有挑战。”

15位大众评审对决赛团队种植的“翠恬”生菜进行试吃(chi)、打分，上海市(shi)长寧(ning)區(qu)市场监管工作人员进行了现场快檢(jian)。

模型、算法与栽(zai)培技术大比拼

此(ci)次比赛专用的集装箱内，配備(bei)科研专用的四路(lu)光譜(pu)调光灯及(ji)环控系统，支持(chi)不同類(lei)型的光谱搭配，人工可通过手(shou)機(ji)精准调配作物生长所需的水、肥、气等，模擬(ni)出最理想的生长环境。

各个队伍为快速种好生菜而(er)各显神(shen)通，结合自身(shen)优勢(shi)制定(ding)最佳种植策略。由(you)于四支队伍的学科背景不同，在大赛评委(wei)、中国农业大学賀(he)冬仙(xian)教(jiao)授(shou)看来，决赛最大的看点是工学团队和农学团队的碰(peng)撞(zhuang)和較(jiao)量。

她(ta)認(ren)为，农业学者习慣(guan)从作物栽培的需求与规律(lv)入手，将傳(chuan)统种植经验与人工智(zhi)能结合，获取(qu)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(yan)技术解决农业生产的现实难题。

决赛评审环节，评审对参赛队伍提問(wen)。圖(tu)为中国农业大学教授贺冬仙。

“生生不息”队的工科专家们拟定策略，先(xian)改(gai)善(shan)硬(ying)件再(zai)搭建信息化平台。“更多的還(hai)是在寻找(zhao)一种可持续、可復(fu)制的方法论，从工科角(jiao)度为农学专家提供基礎(chu)设施(shi)，其(qi)他队也(ye)可以直接(jie)用，如(ru)数据平台。”队长鮑(bao)華(hua)解釋(shi)了该队的打法。

该队的工科专家利(li)用专业特长構(gou)建了輔(fu)助(zhu)智慧(hui)栽培的信息化平台，为农学专家提供植物生长变化和环境数据，及时调整生长策略。同时，该平台不斷(duan)叠(die)代(dai)，生菜快速增(zeng)产，第三茬(cha)的生物量较第二茬增长86%，较第一茬增长135%。这讓(rang)不少评审专家感慨(kai)，“如果多种幾(ji)茬，冠(guan)軍(jun)可能就是工学家了。”

上海交大“生生不息”团队队长鲍华发言。

CyberFarmer团队的核心技术是植物光合效(xiao)率(lv)及性能监测。这也是杨浩的博士研究方向(xiang)。大赛中，他和团队研发基于CO?质量平衡的生菜凈(jing)同化量动態(tai)监测技术，预测单株生菜的产量和实际的产量只(zhi)相(xiang)差一克。

上海农科院队摸清作物习性后，种植策略由保守(shou)向大膽(dan)轉(zhuan)变。“第一轮非(fei)常保守，光不敢(gan)加太(tai)大、光周(zhou)期不敢加太长。后期采用了无固(gu)定暗(an)期，也就是没有黑(hei)夜(ye)，通过调节三層(ceng)灯光让生菜高速生长。”王虹告诉南都记者，重要的是调控策略。以光谱中的紅(hong)光为例(li)，加大红光比例后，生菜生长速度加快的同时，促(cu)进可溶(rong)性糖(tang)的合成，口感才(cai)会又(you)脆(cui)又甜。比赛结束(shu)后，上海农科大产量排(pai)名第一，最后一茬生菜的生产效率達(da)到0.18kg/㎡/天，奪(duo)得大赛冠军。送(song)检生菜可溶性糖含(han)量达0.43%，同样位居(ju)第一。

决赛评审环节，上海农科院队队长何立中分享赛中经验。

精准的调控離(li)不开智能化的决策系统。比赛期间，上海农科院队还开发了一套(tao)智慧种植决策管理系统。该系统融(rong)合植株的生长模型、光截(jie)获模型、蒸(zheng)騰(teng)模型等算法，实时收(shou)集各类传感器(qi)回(hui)传的数据，尤(you)其是利用深(shen)度相机多源采集图像(xiang)数据进行植株长势监测，可辅助有关光配方优化、环境调控、緩(huan)解烧心以及及时采收等方面的种植策略判(pan)断。

突(tu)破业界难题

植物工厂是现代生物技术、信息技术、自动化控制等高新技术綜(zong)合集成的产物，技术高度密(mi)集，可实现周年连续生产，是未来农业发展的方向。一直以来，植物工厂雖(sui)大幅(fu)提升(sheng)产量和品质，但(dan)能源消(xiao)耗是行业难题。据了解，植物工厂种植1千(qian)克生菜最少需要10度电，对应的成本約(yue)20元。

兩(liang)个有着工学背景的团队均将降(jiang)低(di)能耗列为一大目(mu)标。“生生不息”队将植物工厂视作一棟(dong)建築(zhu)，将过去(qu)积累的建筑能源控制经验運(yun)动到集装箱。中途(tu)加入团队的熊元科研究方向为能源能源系统优化，对城(cheng)市的空(kong)调系统节能有着濃(nong)厚(hou)兴趣(qu)。但种菜之(zhi)前，他从未想过自己(ji)所学可用于植物工厂。

重点关注能耗的他研发出以节能为導(dao)向的综合环控算法，将农业模型与熱(re)力学算法做(zuo)串(chuan)聯(lian)后，直接调控集装箱内的温濕(shi)度及 CO?浓度。在该算法的支持下，第三轮生菜种植产量相比第一轮提升135%，能耗降低29%。

获得“最佳节能奖”的CyberFarmer团队将生长速率作为环控的重要依(yi)据。他们将环控目标设定为，適(shi)度控制生长速率，不追(zhui)求生物量最大，追求经濟(ji)产量最大。最后一茬，他们主动選(xuan)擇(ze)了犧(xi)牲(sheng)部(bu)分产量，改善感官(guan)、商品率等指(zhi)标。该队队长鄭(zheng)建鋒(feng)表(biao)示(shi)，基于生长速率的环控方法如果应用到大型植物工厂中，每(mei)千克的耗电量可以降低到9.5度。

CyberFarmer团队参加决赛评审，图为团队队长郑建锋博士。

重新认識(shi)农业

决赛答(da)辯(bian)结束后，4支团队的队员忙(mang)着互(hu)相交流(liu)。同台競(jing)技，他们當(dang)中不少人被(bei)对方的想法、创意所打动，看到了农业的另一种可能。

頒(ban)奖典(dian)禮(li)后，参赛队伍代表齊(qi)聚(ju)“农研茶(cha)話(hua)间”，分享心路歷(li)程。

入行10多年的王虹本次比赛中負(fu)責(ze)光配方调控模塊(kuai)。她被“生生不息”队的算法驚(jing)艷(yan)。在她看来，工科团队的算法前期采集大量数据，后期分析时可同时考慮(lv)多个维度、多个变量，并做出预测。“这比做实验得来的结果更高效多了。了解了他们的算法后思(si)路一下子打开了。这大概(gai)就是学科融合的魅(mei)力吧(ba)。”

这套算法的研发者也在重新认识农业。比赛结束后，熊元科仍(reng)在在琢(zhuo)磨(mo)哪(na)些(xie)环节可继续迭代。引入以ChatGPT为代表的生成式AI技术即是其中之一。他告诉南都记者，如果数据来源于更大或(huo)更多的植物工厂，农学专家分析数据的工作量隨(sui)之增大。而借(jie)助生成式AI，我(wo)们或可将数据解讀(du)、决策部分也实现智能化。

决策階(jie)段(duan)智能化的想法让光明母港农业事(shi)业部總(zong)监王金(jin)华“瘋(feng)狂(kuang)心动”。“他们算法的出发点很先进。或者說(shuo)，每个控制单元的联动性，輸(shu)入一个参数就可改变另一个参数。如果是商业化生产，完全可以匹(pi)配到生产中。”他接受(shou)南都记者采訪(fang)时表示，以后有可能实现傻(sha)瓜(gua)种菜。科技助力之下，未来的农业智能化令(ling)人期待(dai)。

本次决赛在上海崇(chong)明的光明母港垂直农业研究中心进行。

令多位连续多次参加“多多农研科技大赛”的选手们欣(xin)喜(xi)的是，最接近00后的熊元科用算法刷(shua)新众人认知(zhi)的同时，更多跨学科的年轻人参与进来，且(qie)农业在他们眼(yan)中变得越来越朋(peng)克。

采寫(xie)：南都记者 黃(huang)培返(fan)回搜(sou)狐(hu)，查(zha)看更多

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