在植物工厂里“春耕” | 深度报道

记者/郭慧敏

编辑/宋建华

在人口密度高、种植面积稀缺的特大型城市，如何吃上新鲜蔬菜备受关注，为此，一场依托于设施农业的“春耕”，正在“植物工厂”里进行。

从前靠天吃饭很难，不可控的日照时间与强度、难以预料的雨水都制约着农作物生长。如今在环境控制达到极致之后，大家发现“没天可靠”也有另一种难，LED灯如何调配，营养液怎样配比，能耗又如何降低......仿佛剥一颗洋葱，问题不断出现，农人们则不断去克服。

今年2月13日，中央一号文件明确提出，要发展现代设施农业。由此，“比赛”的概念之上，探索作为设施农业高级表现形式的集装箱式植物工厂，实践用更少资源种出更多优质粮食，成为最高命题，“答卷”会在三个月后揭晓。

“生菜快长”

“这里是循环风机吧？灯光是四路调光吗？”“种植孔可以更密吗，或者更稀？”

20尺的白色集装箱内，Lettus Grow团队成员正跟中国科学院植物研究所研究员郑延海讨论生菜种植细节，箱外不时有其他队员路过，沿着草坪上的石板路边走边看，脸被玻璃窗透出来的LED光映红。

集装箱位于上海崇明的光明母港垂直农业研究中心，是第三届多多农研科技大赛的生菜种植场所。大赛去年8月开赛，吸引了全球30支团队、150多位青年科学家报名，经初筛及初赛，最终，Cyber Farmer、上海农科院队、上海交大“生生不息”队、Lettus Grow四支队伍晋级决赛，决赛开幕式于2月13日举行，未来90天，他们将在这里种植“翠恬”生菜。

与前两届比赛不同，这一次种植场景从云南高原温室升级为纯人工光的集装箱，里面配备科研专用的四路光谱调光灯及环控系统，支持不同类型的光谱搭配以及“温、光、水、气、肥”的精细化控制。按照赛制，这些环境要素的调控端口将开放给参赛选手，最终，所有能耗都将变成水表与电表上的数字，与作物产量及品质一起，成为评委打分的重要评判指标。

为拿到这些指标的最佳数据，每个队伍在赛前都准备了两至三套方案。“翠恬是来自瑞克斯旺种子公司的全新品种，我们以往的经验和策略都需要改动”，CyberFarmer队长郑建锋介绍。CyberFarmer来自农业农村部设施农业工程重点实验室、国家中药材产业技术体系智能化管控岗位科学家团队，本次比赛，团队核心技术之一是植物光合效率及性能监测，监测生菜每天吸收多少二氧化碳，预测它每天长多少，以此判断当下环境条件是否适宜。

“还需要通过摄像头观察叶片冠幅、颜色、形态等，另外再辅以营养液调控”，郑建锋告诉深一度，虽然并未掌握翠恬本身的基因，但他们通过生菜母本与父本的遗传信息，结合参考文献与所积累的数据，确定了营养液中氮、磷、钾等元素的配比方案，“尤其是氮元素，直接涉及到生菜的产量和品质”。

Lettus Grow是一支“企业队”，队长徐丹是设施农业领域“极星农业”创始人，此前团队一直在基地尝试在能耗输出固定的情况下，尽可能提高产量，也就是在有限空间内种更多植物，“这也是我们比赛会用到的策略之一，根据植物生长状态，制定灵活的密度调整方案”。

所有方案都是为了“生菜快长”，如同Lettus Grow这个队名一样。然而这一目标的实现所依赖的远不止上述因素，更重要的是集装箱为全人工光型，温、光、水等都要依赖人的决策，而人的决策又只能在尝试中完善，因此再怎么备案，四支队伍还是得面临巨大的不确定性。

不一样的“难”

郑延海从事植物工厂研究已有七年，他介绍，植物工厂集多学科交叉应用，横跨植物学、生物学、机械工程、计算机等专业，技术高度密集，打破了“万物生长靠太阳”的传统观念，实现了周年连续生产，“如果大城市周边有规模化的植物工厂，那么蔬菜供应不成问题，而且农场和餐桌的距离将无限缩小”。

这也是拼多多将比赛场所升级为植物工厂的原因。在拼多多高级副总裁朱建翀看来，随着城市化进程加快，以上海为代表的都市农业发展越来越多地受到土地、环境等资源要素的制约，如何在有限的资源空间内，更好保障新型粮食供应，成为必须直面和解决的问题。

今年2月13日，中央一号文件提出要发展现代设施农业，国家大宗蔬菜产业技术体系岗位专家李建明在接受媒体采访时表示，中国设施农业占全世界设施农业总面积85%左右，是设施农业大国。

“另外，全国蔬菜供应量的40%是设施蔬菜”，郑建锋说，如今设施农业已经成为关系国计民生的重大产业。2003年，基于农业部948项目，中国农业大学密室植物工厂化技术开始了植物工厂研究的先河，郑建锋团队也随之开始对植物工厂的研发环境智能控制系统以及LED光照调控进行研究。

研究过程中，郑建锋发现夏季光照过强是植物工厂的一大制约因素。比如在北京，夏季辐射达到每平方米七百到八百焦，虽然植物工厂隔绝了大部分的辐射热，但还是会通过四周围护结构发生传热，此外高温天气还会影响空调等降温系统的效率。对此，有人提出将冬季的冰储存起来，夏季再拿出来用，也有人提出使用高效热泵，利用清洁能源散热，“总之，还没有特别奏效的方法”。

“以前靠天吃饭，难不难由老天爷决定，如今有不一样的难”，在徐丹看来，植物工厂对人的要求更高，什么时候浇水，浇多少水，设怎样的温度，给多少光照，都要精准测量，“偶尔某个决策失误就会让整个生产变得艰难。

在北京密云，徐丹牵头建造了一个占地约 3 万平方米的玻璃温室，有一年育苗的时候，在嫁接苗“伤口愈合”关键时期，由于没控制好温度和湿度，三分之一的苗没嫁接成功，成片成片枯死在温室里，“这是挺大一个教训，对我打击特别大”。

放到小区里，或者去种药材

目前，植物工厂正在解决一些问题。

徐丹告诉深一度，在北欧、冰岛、挪威，以及我国西藏、青海等地区，种植条件很差，并不适合农业生产，只能依靠植物工厂，“它让我们在任何地方都能生产新鲜蔬菜，哪怕是地下室，或是小区里，农场和餐桌的距离将被无限缩小”。

“集装箱式植物工厂还可以放在大学作为示范物，虽然体型小，但五脏俱全，能够为大家展示植物工厂未来的发展方向”，郑延海告诉深一度，植物工厂还被称为“育种加速器”，通过延长光照时间，增加二氧化碳浓度等方式，促使种苗生长过程大大缩短，从而提升育种速度。

在郑建锋看来，育种正是目前能够使植物工厂产生经济效益的最佳方式，相对于蔬菜，种苗体积小，可以高密度培育，“很小一块地，一个月也许就能出上万颗苗”，另外，它的价值相对较高，一棵苗差不多能卖上一两块钱，“所占面积只是蔬菜的几十分之一，但价值却是蔬菜的好几倍，所以育种效果还是不错的”。

一直以来，能耗以及随之产生的成本都制约着植物工厂的发展，普通生菜每千克成本大约4-8元，而植物工厂每生产1千克生菜需消耗10度电，成本达20多元。“所以只能将植物工厂的蔬菜定位在中高档”，郑延海说，尤其在普通的县级城市，比大田蔬菜贵出两三倍的工厂蔬菜，会让老百姓很难接受。

那么如何才能将植物工厂的成本“打”下来？

郑建锋讲了这样一个逻辑。先用植物工厂去生产高附加值的中药材，比如铁皮石斛，它的茎入药，可以益胃生津，滋阴清热，郑建锋和所在的国家中药材产业技术体系智能化管控岗位科学家团队，已经在实验室种了十多年，并且通过调控光和途径，提高了铁皮石斛的光合效率，增加了产量，随着种植规模化和产量增加，原来每斤一两万的药材现在每斤只需百元。

他认为，只要有企业认识到，植物工厂能够帮助盈利，那么进入产业链的人就会越来越多，等到设备设计与制作，以及产品流通等领域越发成熟，形成规模，那么整体成本自然会降低，收支平衡将不再是问题，“到时候再去种菜，可能就会赚钱”。

研而优则“市”

“这次比赛，选手们将向1千克生菜10度电的行业较高水平发起挑战”，光明母港农业事业部总监王金华希望，胜负之外，能够通过比赛收获植物工厂种植的标准化模型，来平衡所有生产作物的单位成本，提升农业的市场竞争性。

总而言之，一切的目的还是蔬菜的生产与入市，毕竟算法、模型等都只是工具。这样一来，种植策略的商业化尤其重要。此前两届多多农研科技大赛中，不少技术都在赛后进行了推广落地。

徐丹举例，参加第二届比赛时，团队设计了一个产量预测模型，将从品种基因层面了解到的生理需求，与现场观察到的图像结合，让它们进行融合与修正。“虽然算法对结果没产生直接影响，但把预测产量和实际产量做对比时，发现还是很准的”。直到现在，徐丹的玻璃温室还在应用该算法，基于预测值，他可以更好地安排采收工人以及对接企业。

Cyber Farmer也参加过前两次比赛，郑建锋介绍，第一届大赛时曾用到营养液配方的动态调整技术，在植物生长不同阶段，调整营养液的元素配比，比如在植物苗期，把营养液的整体浓度控制在标准浓度的一半，等到植物开花结果，则调整为1倍或1.5倍。如今这项技术被写成了科普论文，所有数据也都嵌入模型，形成了标准算法，正在北京小汤山基地应用。

此外，还有一项正在应用的技术为“基于日累积光照亮的植物补光方法”。“植物的逻辑是，你给我多少光，我拿过来乘以光的转化系数，得到的就是产量”，郑建锋说每种作物都有日累计光照量的最低需求，基于日累积光照量的补光控制器装置会自动驱动补光设备，当监测到植物收到的光强变弱，或是光照时间不够时，补光设备在驱动下会自动打开。

一项项技术正从大赛走向生产端，经验也正向算法和策略转变，这正是王金华期望看到的，“如果这次某个生产模式能够拿到冠军，在光明母港的基地就可以转化和落地”。

“从大田到大棚，我们实现了对环境的部分控制，而封闭环境的垂直农业可以实现独立于外界的持续食物供应。我们这次邀请最聪明的大脑在‘城市农业如何用更少资源种出更多粮食’的命题上写出自己的方案。”拼多多副总裁戴志辉说。作为“多多农研科技大赛”的发起方，拼多多以农业为核心战略，长期致力于利用新模式、新技术推动农业数字化发展。

“春耕”已正式开始，三个月后，对城市农业发展新道路的探索能否成功，1千克生菜10度电的行业水平又能否被打破，均是未知数，但能确定的是，这些新农人正在被“看见”。

徐丹认为这很重要，“不然大家还都以为种植只是在田间地头，以为我们用不上红外传感器”。在他看来，被“看见”意味着更多人会关注农业，包括投资人、互联网从业者、芯片及传感器从业者等等，设施农业的产业链条也许会随之完善，城市近郊的基地可以直接对接终端市场，甚至还会引起物流行业的改变......

“我一直认为农业本身挺有分量，在人类历史长河里的存在时间远长于工业，因此它的革新，对人类来说意义非凡。”

【版权声明】本作品的著作权等知识产权归北京青年报【北青深一度】所有，未经授权，不得转载。

关注我们的视频号

故意推倒摩托车的老人去世了，车主还在维权

目击哈塔伊救援：一次次“疑似生命迹象”落空之后