赛博农人队集装箱“植物工厂”内景 李傲 摄
集装箱合集 李傲 摄
没有日照、离开大田，一只集装箱如何变身小型“植物工厂”？
日前，2024光明多多垂直农业挑战赛暨第四届“多多农研科技大赛”决赛在上海崇明的光明花博邨启 幕，参赛团队需自主设计和改建集装箱，比拼“植物工厂”建成后的作物生长稳定性、可持续性。大赛自今年3月底开启招募以来，16支参赛队伍、142位不同学科背景的国内外青年专家，通过线上路演、答辩的方式同台竞技。最终，赛博农人队、上海农科院队、墨泉队、叶菜侠队、绿叶先锋队、室墨司源队等6支队伍成功闯入决赛。
“植物工厂是农业数字化的前沿板块，也是近年来农业高新技术成果落地应用的活跃领域。”中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任、首席专家赵春江说，大赛汇聚了全球青年农业创新人才和成长性很好的农业科技企业，促进了农业前沿技术交流和创新，推动了一系列科研成果的实际应用与推广，为农民增收和产业发展注入了新动力。
不再“看天吃饭”，科技让种菜“升级”
传统农耕依赖阳光、土壤，一旦遇到旱涝等自然灾害，农作物生产就会面临严峻挑战。“植物工厂”的出现，让种菜“不靠天吃饭”成为现实。
走进墨泉队的集装箱“植物工厂”，旋转式的多层钢架格外吸睛，翠绿鲜嫩的蔬菜在立体植物栽培架上静静生长。抬头望，集装箱内顶装着LED灯带，红蓝光线照在水灵灵的生菜叶上，整个集装箱泛着粉光，让人感觉仿佛置身科幻片片场。
“我们用LED光照代替太阳光照，以营养液搭配基质模拟土壤，播种、育苗，佐以养分、光照、适宜温度，一棵生菜仅用40天左右就能长成。这要在外边大田，时间至少翻倍。”手一扬，指着不断旋转的种植槽，墨泉队队长秦楚汉介绍。
本次比赛中，墨泉队提出“让人类不再看天吃饭”的口号。秦楚汉说，传统农业种植主要“看天吃饭”，如今通过LED光照、垂直立体种植、植物营养与无土栽培、环境智能控制等新技术，可以实现整年连续生产。
“与传统农业不同，集装箱植物工厂不仅不受天气影响，还拥有一套‘智慧大脑’，操作人员动动手指，就能完成整个空间内的施肥、调光、补温等工作。”为了展示不同灯光和栽培架转速下生菜的生长状态，秦楚汉掏出手机轻触屏幕上的几个按键，集装箱内灯光立刻从蓝色变成紫色，栽培架转动速度明显快了起来。“还需要更快吗？”他笑着表示，可以一键控制。
来自上海交通大学的室墨司源队参赛口号是“打破自然束缚，科技保障餐桌四季鲜”，力求通过新技术赋能智慧种菜。
作为工科团队的代表，室墨司源队队长熊元科在决赛首秀中带来了诸多“脑洞大开”的设计。比如，层架式栽培与动态导轨的组合、节能率达到25%—35%的新型反光膜、预计能让作物生长提速60%—70%的椰壳腐殖土，以及准备让作物听音乐、观察具体声波的设施等。
听起来“天方夜谭”的想法，是熊元科正在努力的方向。
“自然农耕看天吃饭，种植条件难以保障是一个长期存在的问题。植物工厂的出现，打破了自然条件制约，能够根据不同作物对光照、温度、营养等要素的需求，实时调控环境、精准供给，实现高效生产。我们希望未来能够打造一个让任何利用植物工厂技术种植蔬果团队都能高效操作的开源平台，用科技保障蔬菜四季常鲜。”熊元科说。
“学院派”牵手“产业派”，产学研用深度融合
与往届相比，本次比赛探索解决植物工厂产业化过程中的难点，吸引了一众“产业派”队伍加盟。初赛中，人工智能绿色农人队、叶菜侠队、河北普兰特生物科技有限公司队、墨泉队等由现代农业企业牵头的队伍展现了出色水准。其中，叶菜侠队、墨泉队脱颖而出，挺进决赛。
叶菜侠队的核心成员来自农业高科技企业叶菜侠（山东）农业科技有限公司，该企业目前已在日本、韩国、俄罗斯等国家和地区落地植物工厂项目。叶菜侠队队长解晓巍大胆提出，植物工厂所使用的集装箱可用快速装配房替换。“快装房模式造价每个1万至1.5万元，比起每个6万至7万元的标准集装箱，投建成本低且不影响运行。我们希望交付一个中小型生活社区买得起、玩得转，本地供应商修得了的集装箱植物工厂。”
团队还借鉴当下火爆的社区“口袋”概念，给集装箱植物工厂取名“口袋农场”，按照“设备舱+种植舱”的模式，在设备舱备齐肥料、工具盘、操作工具、清洗工具、监测工具等物料，并进行标签化处理，让人一看就知道其用途，从而方便种植者在种植舱实现“傻瓜式”操作。
“产业派”实力强劲，“学院派”的表现同样可圈可点。
依托国家农业智能装备工程技术研究中心和北京市农业技术推广站联合组建的绿叶先锋队，在决赛期间采用自主设计的叶菜专用LED生长光源，光源成本和能耗预计均可降低20%。
此外，针对植物工厂规模化推广和空间利用效率的需求，绿叶先锋队创新取消集装箱内的独立设备间，将种植面积提升至87.9%。绿叶先锋队执行负责人于景鑫打了个形象的比喻，“就像买房没有公摊面积，显著减少了非生产空间。我们也在思考能否将植物工厂迁移到家庭里，变成阳台种植，探索更多场景应用的可能性。”
“学院派”和“产业派”对决，会碰撞出怎样的火花？
中国农业大学教授、本次赛事评委贺冬仙认为，叶菜侠队等企业代表的实战经验为本次大赛增加了浓厚的产业色彩，绿叶先锋队等团队则展现了优秀的技术方案。“产学研用齐上阵，为智慧农业的可持续发展提供更具针对性的解决方案，植物工厂的未来前景值得期待。”
以赛促研，推动植物工厂产业破局
这场为植物工厂产业发展攻坚克难而设的大赛，是一个鼓励创新、激发潜能的舞台。正如拼多多集团高级副总裁、首席发展官朱政所说，“多多农研科技大赛致力于探索具有前瞻性的农业发展新路径，我们希望通过大赛，鼓励越来越多的青年科学家投身到农业领域，打破行业壁垒，利用技术专长，跨界赋能，为农业注入新活力。”
以赛促研，以赛代练。赛博农人队队长杨浩连续4年参赛，见证了大赛发展的历程。
2020年，考入中国农业大学生物环境与能源工程专业的杨浩，开启了自己的博士生涯。彼时恰逢首届“多多农研科技大赛”举办，工科背景出身的他正是植物工厂环境调控、信息监测等方面所需的人才，杨浩就这样加入了团队。
从在师兄带领下做数据采集、核算工作，到如今担任队长、率队参赛，回想这4年的参赛感受，杨浩说得最多的便是“感谢”。“四届大赛贯穿了我的整个博士阶段，作为媒介，多多农研科技大赛把我们在实验室研究出来的东西，落实到实际生产中，促进了团队技术发展，推动理论与实践结合。”
多次斩获佳绩的赛博农人队从首次参赛至今，一直坚持“对话植物、高效生产”的理念，围绕这套思路，今年，赛博农人队嵌入更多创新的环境控制技术。
“通过上届比赛，我们发现空调是整个植物工厂最大能耗来源，占比50%—60%。今年我们将空调内嵌于集装箱壁，并接入外界冷源系统。当室外温度低于室内5摄氏度及以上，系统将自动引入外界冷源进行降温，从而减少空调负荷，降低能耗。”杨浩介绍。
赛场中涌现的“金点子”不止于此。
作为上届大赛一等奖及最高产量奖获得者，上海农科院队带来了一套“激进”的设计方案。
“我们反复讨论，研发出总共6层的可移动式垂直吊挂栽培架。从植株的育苗期到成长期，这些架子逐渐展开，可为每架生菜留出20厘米的生长间距，整个空间最多可种植1600余株生菜。”上海农科院队队长苗辰介绍，“极致空间使用率”是团队今年集装箱植物工厂的核心设计理念。
“如果采取保守策略，我们可以做成不可移动的常规植物工厂，但这又有什么挑战性？”在苗辰看来，参加比赛是交流研究技术、落地创新成果的契机，“向着卫冕冠军的目标，我们必须更加大胆地创造。”
单位面积产量高、作物生产稳定性强、能耗强度降低……每支入围决赛的队伍都有自己的技术特色，“一键种菜”的科技梦想正在照进现实。
“今年的决赛正好是南北方各3支队伍参加，而且都有一家大学、一家研究所、一家企业。大家呈现的改建结果与种植方案各不相同，可谓‘百家争鸣’。”贺冬仙表示，“搞科研，不光要会写论文，还要面向产业、服务产业。这个比赛最重要的意义就是结合产业难题，在年轻人当中掀起创新风潮，把他们的热爱与活力激发出来。”
李康 孙秦旺
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