没土壤、没阳光，只有电能带动装备运转，植物生长能突破大自然的限制吗？

近日，光明多多垂直农业挑战赛暨第三届“多多农研科技大赛”比赛结果出炉。为了种好一棵生菜，15支队伍进入初赛，四组团队杀出重围，并最终摘得一、二、三等奖以及“最高产量奖”“最佳节能奖”。

这场比赛是一场工学与农学的精彩碰撞融合，参赛队伍突破学科壁垒，基于作物生长模拟、大数据分析和终端智能调控的系统，让植物工厂中的生菜在生长速率、能耗消耗、经济产量之间求得平衡，为最终农研成果的商业化提供可行方案。在新农人的眼里，他们尝试的垂直农业、设施农业不仅是为了在不适合植物生长的地方实现种植，突破生长限制，其种植过程还是一场精密且复杂的运算。

四支决赛团队与赛事主办方及指导单位的专家、领导在一起。

“在不适合植物生长的地方实现种植”

模拟最理想生长环境

历时近5个月、工学和农学结合、控制能效、平衡生长速率和产量……一群新农人为了让一棵生菜长得更好，共同参加了第三届“多多农研科技大赛”。

从全球15支初赛队伍中脱颖而出的四支战队，由几十位不同领域、不同学科背景的年轻专家组成。他们尝试突破学科壁垒，合力挑战在全封闭的集装箱以更低能耗种植更优品质、更高产量的全新生菜品种“翠恬”。

经专家评委审定，何立中博士带领的上海农科院队最终摘得冠军，并夺得“最高产量奖”。这支农学家团队曾为我国南极科考队员提供极端环境的蔬菜种植培训。来自中国农业大学的“CyberFarmer”队荣获大赛第二名与“最佳节能奖”。上海交通大学博导鲍华带领的“生生不息”队与极星农业创始人徐丹领衔的“LettUs Grow”队并列第三。

“学科与学科之间的融合，相互配合的模式是非常难的。”光明母港农业事业部总监王金华坦言，“多多农研科技大赛”跨过了不同学科之间的鸿沟和壁垒，尤其是让工学和农学相辅相成，这是一次打破学科科研边界的探索。

在获胜的四组比赛团队，从事农学研究的上海农科院团队长期探讨研究温室叶菜，如今正考虑将有工科和计算机背景的人员融入到农业技术人员的团队，后者可以对农业生产产生指导性，例如叶菜生长过程所需的农药量、生长周期的特质等。“要有工科背景的同行，甚至团队要根据需求编织相关专员。”王金华更为看中跨学科合作的重要性。

实际上，所有的参赛队伍对于新品种生菜翠恬的品性、特性、生长模型都不熟悉，加之外部环境不可抗的变量，都对参赛队伍产生了挑战。即便如此，四组参赛队伍以及组委会评委均认为，能在集装箱内达到理想效果，解决种植过程中遇到的种种难点，才能更适用于商业化场景。

“从科研层面看，多多农研科技大赛提供了一个较为密闭的集装箱环境，可以给植物任何它需要的环境，比如增加生菜喜欢的光、更适合的湿度，探索植物在不同环境里的表现，为科研提供新的研究方向。”徐丹直言，实验就是在摸索植物的上限和下限，将有利于植物生长的条件在植物工厂放大，人为制造出一个超越大自然的环境，最大限度挖掘植物生长的潜力。

不仅限于徐丹的团队，4个获奖团队都是在模拟植物生长需要的最理想的生长环境，不受制于自然条件、地势、气候等限制，也能对抗外界各种不可抗因素，例如严寒、病虫害等。这意味着，未来，依靠电和水，就能构建一个超自然且适合植物生长的环境，在不适合植物生长的地方也能实现种植。

“我们相信设施农业是未来。”徐丹感慨于设施农业无限可能性，也是看到了工学、农学、计算机等学科专业交叉融合的未来。LettUs Grow队6人中，4人学农、2人对AI颇有研究，他们包括了生菜栽培专家、生菜生长模型专家、数据科学家、植物生理学专家、农业商业模式专家以及AI算法工程师。参赛团队“生生不息”只有一人懂农学，其余5人均是工学出身。

在大赛评委、中国农业大学教授贺冬仙看来，四支队伍各有千秋。“决赛最大的看点是上海农科院队、LettUs Grow队代表的农学团队与上海交大‘生生不息’队、‘CyberFarmer’队代表的工学团队的较量。”两者的区别在于，农业学者习惯从作物栽培的需求与规律入手，将传统种植经验与人工智能结合，获取更佳的种植结果；工科专家则将生菜种植作为应用场景，以前沿技术解决农业生产的现实难题。

“四支团队的决赛报告比初赛更加成熟，都将数字科技与农业紧密结合起来了。”中国工程院院士赵春江表示，“数字技术手段始终是一种工具和方法，要解决农业问题，必须将农业理解透彻，如此，工学与农学的结合才会有更好的效果。”

可以说，这并不仅仅是单一的农业种植比赛，更像是一场科技技术的比拼。农业产业每一次的巨大升级，都来自于前沿科学的驱动。为应对可能的变化，全球的顶尖机构都将数字化、信息化、智能化的探索作为首要发展任务。正如徐丹所言，植物成熟度、成熟时间等信息都可以生成模拟算法，一边传给生产端，监控生长情况，一边传给生产者，为采收与销售铺路。

本次大赛的四个集装箱式植物工厂将成为拼多多与光明母港共建的农研基地，继续用于垂直农业的研究与探索。

“追求经济产量最大更重要”

反复拉扯只为降低能耗

无论是口感最优，抑或是品相最佳，四支参赛队伍都不约而同地在产能和耗能中寻找平衡。为了降低耗能，参赛团队可谓绞尽脑汁。“在集装箱这样一个较为封闭的场景，耗能无非来自于空调，用来维持内部温度稳定时产生的能源消耗，以及提供植物所需光照时的能耗。”郑建锋十分清楚翠恬生菜生长期内的耗能来自于哪。

同样，三号集装箱的参赛团队LettUs Grow队队长徐丹也将关注重点放在了控制耗能，即控制电耗。“降低电耗是实验过程中最难突破的点，会影响成本以及推广”，徐丹详细地举例，生产1公斤生菜需要22度电，也就意味着每生产1公斤生菜，徐丹的团队仅在电费上就已经支出10元，已经远超商业化时市场能接受的水平。

第三轮种植正值室外温度快速升高的5月，集装箱外的温度较高，各团队为保证生菜品质需要保持较低的室内种植温度，由于内外温差较大，空调调降温负荷不断增加，直接产生了大量的电能消耗。在不改变外界环境条件和集装箱结构的传热特性前提下，CyberFarmer设计了一套控制系统，自主控制各设备的运行和启动，让整个系统更加节能。

“植物有明期暗期，要不停地开灯和关灯，温度设置自然不同，空调运行也需要随时调控。”郑建锋继续解释：空调确保室温在19-22摄氏度，并控制空调在暗期向明期转换期间不启动加温，在明期向暗期转换期间根据室内外温差判断是否启动降温，减少不必要的能耗。不仅如此，控制营养液供液泵在明暗期以合适的频率间歇运行；前期不对营养液做降温处理，仅在后期品质形成的关键时期进行降温处理……种种方式都在为控制能耗做努力。

毋庸置疑，工学背景的加持对能耗有了极佳的控制。郑建锋认为，如果将他们的种植方案运用到大型植物工厂，每千克生菜的耗电量可以降低到9.5度，“优于1千克生菜10度电的行业较高水平”。

一开始，郑建锋带领着团队CyberFarmer围绕生菜的商业性进行布局，并没有以最大生物量为唯一的衡量标准，而是兼顾产量和品质的基础上不断调整生长速度。保证生菜不烧心的同时，尽可能降低能耗，促使产量和品质同时达到优质水平。

郑建锋提出，要基于作物的生理反馈，实现植物工厂的智能环控。团队将生长速率作为环控的重要依据，当温光水气肥等条件适宜，生菜便会快速生长。而悖论在于，长得太快，生菜容易烧心，影响品质。团队将环控目标设定为，适度控制生长速率，不追求生物量最大，追求经济产量最大。

“要经济产量，也要品相品质好，是我们一开始给自己制定的目标。”郑建锋和团队希望借此机会验证植物工厂的产业化率，以便于后期推动设施农业的产业化发展以及快速的商业化。

在种植过程中，CyberFarmer根据前期的种植经验，制定了一条产量和品质能同时达到相对较优状态的目标成长曲线，团队围绕这条曲线目标，实时调控翠恬生菜的实际生长速率和目标生长曲线保持一致。

有趣的是，上海交大“生生不息”队这群参赛前没种过菜的工科专家，则利用专业特长构建了辅助智慧栽培的信息化平台。该平台不断迭代，生菜快速增产，第三茬的生物量较第二茬增长86%，较第一茬增长135%。这让不少评审专家感慨，“如果多种几茬，冠军可能就是工学家了”。

在四支参赛队伍中，获得冠军的上海农科院队最后一茬生菜的生产效率达到0.18kg/m2/天。“此次赛用集装箱式植物工厂并非生产型，仅安装了三层层架，如果增加种植架层数，提高空间利用效率，以我们的种植方案推算，生产效率完全可能达到0.4 kg/m2/天的国际先进水平。”何立中表示。在品质方面，上海农科院队送检生菜的可溶性糖含量达到0.43%，为四支团队之最。

比赛期间，上海农科院队还开发了一套智慧种植决策管理系统。该系统融合植株的生长模型、光截获模型、蒸腾模型等算法，实时收集各类传感器回传的数据，尤其是利用深度相机多源采集图像数据进行植株长势监测，可辅助有关光配方优化、环境调控、缓解烧心以及及时采收等方面的种植策略判断。

6月6日，15位大众评审对决赛团队种植的“翠恬”生菜进行试吃、打分，上海市长宁区市场监管工作人员进行了现场快检。

“自动化种植无需面朝黄土背朝天”

商业转化已有成效

“想要植物工厂产业化，农作物商品性就一定要好，这样才能取得一定的经济价值。”在三轮种植过程中，郑建锋相较于其他团队算得上是先行一步，一早就从商品化出发，考虑实验室长大的翠恬生菜要尽快落地和普及，优先考虑最佳经济产量的标准，而非最大生物量。CyberFarmer团队经过核算，如果大规模生产，翠恬生菜单株成本可降到2.8元，已经较为接近市面上的生产成本，“单株按照4元销售，平均五年能实现盈利”。

郑建锋和CyberFarmer团队设定，在大城市内部或周边实现鲜食免洗生菜的就近供应，让高品质的蔬菜每天都能持续稳定供应消费者。

比赛伊始，单一的突出因素并不能成为跑赢的唯一指标，比赛结果之间的评分差异，是一个综合性衡量之后的结果：要最大限度实现产量和算法的平衡。在专业评委评选环节，王金华对比赛考量因素进行了解释，产量代表着每个团队的产出和产品质量，然后再评判基于智能化应用对生产的决策性指导的作用，最后将各项因素综合考虑得出评分。

“大赛是希望能够让更多学科走进农业，为农业强国做出努力。”王金华解释称，举办赛事的一个初衷就是今后自动化种植方式，能够解决面朝黄土背朝天的传统种植方式，让更多的掌握工学、计算机学技术背景的新科学人员愿意从事农学，技术扶持可以大幅改善从业环境。

拼多多党委书记、高级副总裁王坚表示，“决赛队伍让我们看到汗水农业向智慧农业转型的方向与路径。拼多多将持续举办创新赛事，鼓励大家把论文写在大地上，把成果留在农民家”。就像是郑建锋团队在此前赛事中积累的营养液配方动态调整技术，目前已被写成科普论文，所有数据也已嵌入模型，形成了标准算法，正在北京小汤山基地应用。

工学智能算法引入对环境的监控、生长预期预估能力等，为农学提供了有意的方式方法。计算机处理手段非常有效地控制了能耗，相较于传统农业种植，设施农业的产值效率已经提高了30%-50%，效能也较此前降低了近30%，王金华强调比赛得出的结果对智慧农业带来哪些作用时给出了上述数据，并认为“这些数据足以证明该项技术成果已经具备可推广性”。

当谈及集装箱里的种植技术距离商业化推广和落地还差什么，王金华强调，“尽管可复制推广，但我们需要将当前应用的系统完善，加速各个团队和企业之间的深入合作，持续将整个系统和生产过程深化和完善，最终形成一套具备可操作性和可实施性的生产系统加模型”。

作为参赛选手的徐丹认为，“从实验室走到商业化难点在于‘心理’，即便是采用无死角的远程监控，实时数据回传可查看情况，我们总是不放心实验室里的情况，仍需要有工作人员在现场以便不时之需”。“如果难以摆脱人力，就意味着应用场景的扩大会受限，”徐丹直言，还是要解决设备的稳定性，那些不能通过远程解决的问题才是需要解决的难点。

本届比赛结束后，作为主办方之一，拼多多鼓励获奖团队进一步完善农研成果，把技术方案应用到广袤的田间地头，让青年科学家的聪明才智与时代的需求结合起来，助力农户增收与乡村振兴。

首届“多多农研科技大赛”获奖团队“智多莓”就在比赛过程中看到技术产品化的市场前景，从而决定成立“智多莓”公司，帮助中小种植者提升效益。目前，“智多莓”已形成智能灌溉、智能温室环控等硬件、软件、算法产品，截至今年一季度已在辽宁、云南、安徽、内蒙古、上海、北京等地输出40套系统，用于辅助草莓、蓝莓生产。

在乡村振兴重点帮扶地云南省怒江州老窝村，“智多莓”为当地搭建数字化草莓生产体系，使得老窝村草莓产业常用工成本下降30%以上，包括肥料支出减少2500元/亩、植保支出减少1000元/亩，草莓产量增加30%，有效助力了当地的农民增收与产业发展。

“拼多多连续举办了三届‘多多农研科技大赛’，我们希望借此促进农业领域的技术交流、创新和发展，推动我国农业技术的高质量发展。”王坚认为，这一赛事可以吸引更多的青年农业创新人才和优秀的现代农业企业参与农业领域的科技创新，还可以促进农业科技成果的转化和应用，提高农业生产的效益和竞争力，为农业高质量发展提供有力支持。