植物工廠里的超級生長：一場不“靠天吃飯”的春耕

種菜，一種兼具“接地氣”與“田園牧歌”特質的行為，如今又多添了一重連接現實與未來的“科技感”。

當種菜這件小事與能源、AI、機器學習這些科技前沿理論相結合或許會產生“火星撞地球”般的神奇效果——農學與工學思維激情碰撞，靈感迸發。

遠在千里之外的南極之地，在這片“白色荒漠”之上，整個陸地95%以上的面積都被白雪和冰川所覆蓋?！俺圆穗y”問題因為溫室蔬菜實驗室的搭建而被完美解決——在令一眾“鄰居”艷羨的中國科考站，每天都能有1公斤左右的大豐收，草莓、生菜、西紅柿、韭菜等二十多種蔬果種類應有盡有。

將視線拉到近在咫尺的上海崇明，一個個ARK全氣候型集裝箱整齊排列，它代表著現如今植物工廠的最高形態，集機械工程、植物病理、植物生理、光學等交叉學科于一體。只要連上手機APP，無需親自“耕種”就能完成全方位的精準調控。將農田“搬進”城市，四支中國頂級農學團隊正在開展一場持續90天的特殊“春耕”競賽。

最大程度突破空間的限制，破解農業生產受資源制約的難題，植物生長的邊界從浪漫化的想象不斷照進現實。

上海崇明，光明母港垂直農業研究中心四個集裝箱整齊排列。莫斯提｜攝

交叉：放大“相乘”效應

農業如何從一座孤島上誕生？

這個“假設性”提問構建出了一個巨大的想象空間。作為本次晉級光明多多垂直農業挑戰賽暨第三屆多多農研科技大賽的四支決賽隊伍之一，來自上海交通大學的師生有著不一般的大膽“創見”。

海島，通常情況下缺少淡水與電力，無法維持人類正常生存所需的蔬菜供給。而上海交大隊通過三個子系統的搭建，試圖將“不可能”變為“可能”：首先是太陽能海水淡化系統，其次是植物種植系統，第三則是一個“最強大腦”，需要對整個系統進行智能控制，從而實現太陽能供電帶動水泵及傳感器與控制閥門，不斷調節土壤的酸堿度。目前“無能耗的海上自維持蔬菜種植平臺”的這三個系統都已成功跑通，這也意味著條件不容樂觀的荒島生存完成“絕地求生”。

農業從來都不應該是座孤島。

作為一支自稱“從來沒有種過菜的隊伍”，卻對于本次大賽培育一種全新的“水果生菜”品種Crunchy（翠恬）頗有信心?！艾F代化的農業應該吸引不同背景的復合型人才參與，不斷發揮‘相乘’效應?！痹趩觾x式的介紹會上，上海交大項目組的鮑華教授如是說。

這支由上海交大鮑華教授牽頭的隊伍就有2名副教授、副研究員，1名博士后，2名研究生，將擁有工學、農學、市場營銷和推廣等各個背景的人才集結在一起，實現跨界、跨學科、跨領域所帶來的多樣化的交叉點，讓“傳統”農業變得不再“傳統”。

上海交大“生生不息”團隊在集裝箱前合影（圖為受訪者供圖）

作為團隊的領軍人物，鮑華教授的主攻研究領域為微納米尺度的熱量輸送及能量轉換，他的研究在熱電轉換和微電子器件散熱等領域有著重要的應用價值。近年來，他“開疆拓土”將自己專長的應用場景拓展到了農業上。

“我出生在武漢，第一次對農業有概念是在美國留學的時候。中西部地廣人稀，開車經過一片片巨大農田，只看見大型收割機和噴灑農藥的機器在工作?！弊鳛榻逃颗鷾实?2所未來技術學院之一，上海交通大學溥淵未來技術學院的成立令他得以在能源專業領域深耕，他敏銳地捕捉到了農業與能源間相依相存的緊密關系。

和鮑華教授經歷相似，出生于上海的顧驍坤副教授本科畢業于清華航空航天學院，而后去美國繼續深造，如今已是機械工程與自動化領域的大拿。而被親切稱為“查博士”的查凌雁，畢業于中國農科院，是團隊里唯一根正苗紅的植物工廠專家。3位90后成員則是攻讀低碳能源領域的碩士生焦隆、攻讀能源系統優化工程的碩士生熊元科，還有為團隊市場化落地籌劃的營銷人才孫思捷。

作為隊伍里最年輕的成員，1999年出生于法國的熊元科從小就聽老師強調：法國的土地蚯蚓數目逐年減少，成因是農藥的依賴性使用，土地產量與土地活力成反比。事實上，這已成為全世界迫在眉睫的土地問題。祖籍云南的他又在家鄉這片神奇的土地上見證到了生物多樣性之美。作為數學工程師的后代，在這位工科生的眼中，集裝箱就如同一個小型的建筑，在空間中實現能耗優化是一個頗有挑戰性的創新領域。

“垂直農業是最接近于工業的一種生產形式，我們會把集裝箱看作一個建筑，將過去積累的建筑能源控制經驗運用到集裝箱垂直農場上?！闭珲U華教授的解釋，工科思維讓生菜種植有了新的一重解法。

事實上，團隊內部始終上演著工科與農科的“相愛相殺”。在一場場頭腦風暴中，因工科陣營人數明顯占優，顯得更有“主導地位”。

在一次對于環境的控制觀察植物及其后續生長情況的討論中，在工科生的眼中：植物的外在環境都是可以定義、可改變的參數。而“勢單力薄”的查凌雁博士則更傾向于“看天吃飯”的“不可控”性，對單一數據的改變存疑，因為通過大數據分析來找尋內部規律的方法在農學的實際應用上會可能會遭遇數據采集和數據浪費的瓶頸，“100棵樹可以解決的問題，實際要種10萬棵樹才能驗證”。

上海交大“生生不息”團隊在綠色能源利用、自動控制和機器學習算法方面有著深厚的積累

農業顯然是一個巨大的試驗田，而非一串工整的數據代碼，但在諸多不確定之中，所有人都在努力探尋著隱藏在地下的“寶藏”，將復雜的問題不斷簡化，這種工科思維也一定程度能夠幫助修正植物經驗主義。

“我們的優勢在于更為系統化的思維，以及在降低能耗方面的突破”，作為團隊的“帶隊者”，鮑華教授贊同同時運用工科與農學“雙驅”思維看待問題。一切的科學突破或許并非憑空出現，當技術不斷累積，結果就變得水到渠成。而這群跨學科人碰撞所產生的“火花”也讓這場比賽變得異常有看點。

生長：要有光，便有了光

生長，是萬物的本能。

得知從30支初賽隊伍中脫穎而出，拿到決賽入場券后，團隊成員都覺得這一刻既開心又信心滿滿，振奮的消息令他們更全情投入到下一階段的準備之中。用機器學習及AI的技術完成算法不斷的自我迭代，這個過程猶如生菜一茬茬不斷冒頭的生長狀態，“生生不息”的隊名由此誕生。

一寸一寸生長，最后收獲果實，這種踏實感和成就感，讓人們發自內心地感到欣喜和被治愈。這也是植物與人類最樸實、最底層的情感共通。

在認知所及的農業范疇里，生長需要一定的條件，“向陽而生”也顯明了光的決定性作用。而本次大賽最大的看點即是：在沒有土壤與日照的條件下，參賽團隊需要精細調控每一株作物。單單光照這一個環節，光周期、光譜、光量子密度三個要素如何搭配就極大程度影響作物的產量與品種?！肮?、溫、水、肥、氣”，五大元素疊加起來的控制難度更可謂是指數性增長。

“晨興理荒穢，帶月荷鋤歸”，春種、夏長、秋收、冬藏的不間斷循環將個體與自然聯結，讓人們應天順時，耕作有節。事實上，現代農業或許不用這么“辛苦”，眼巴巴地看著土里長出金疙瘩，通過營養液配方、光配方、環境調控、植物模型、智慧種植等相互配合，就能“開花結果”。但如何在產量、品質、能耗三者間做出取舍，則需要“平衡”的藝術。

集裝箱垂直農場及內部基礎配套設施?？斩?/span>｜攝

植物工廠里的生菜蓄勢待發，即將經歷一場激動人心的“賽博生長”，這背后也大有玄機。與“能源”有著不解之緣的上海交大“生生不息”團隊誓將節能減排進行到底，在他們看來植物工廠面臨最重要的制約是能耗問題，光源和空調占植物工廠能源消耗的95%，減少自然變量的不確定性，充分利用自然能源，他們將向著“產量提高40%，能耗減少25%”的目標突破。

在對于植物工廠頗有研究的查凌雁博士看來，除了考慮作物模型和葉菜種植的問題外，團隊將融合人工智能技術和控制策略，精準地匹配生菜生長所需要的光照、供水、環境溫濕度等條件。

可再生能源“牽手”農業，讓他們的目標并非“空中樓閣”。通過優化光源配備和氣流組織，讓氣流和溫度分配得更加均勻，同時在團隊研發的光學新材料的“加持”下，實現光照的均勻化和光能的高效利用，擬在保持生菜產量和品質的情況下盡可能降低能耗，提高能源利用效率。

其他三支隊伍也將各顯神通：有人幫助中國科考隊在南極種菜；有人種出來的菜，品質好到可以供應奧運會；還有人本身就是研制植物工廠硬件的“領頭羊”。

植物不斷茁壯新生，也如同參賽隊員持續在這個領域的深耕，實現了協同生長。如果說第一年的多多農研大賽是傳統方式跟現代方式的初次交鋒，那第二屆則顯示了遠程操控的巨大威力。難度再次升級的本屆比賽，則是讓環境變量完全可控，實現橫向比拼。如何細心地“閱讀”植物的心意，并精準地給出反饋指令，也讓競賽變得更“公平”也更具“挑戰”，由此建立的植物模型，則在未來有更大的“舉一反三”作用。

垂直農業培育挑戰打破了“萬物生長靠太陽”這樣的傳統觀念，也讓“要有光”的指令顯得更有普適性和現實應用性。

隊員在植物工廠環境內研究生菜栽培

超越：建起一座橋梁

在這個新生代農人新科技運用的平臺上，各參賽隊伍積極探索垂直農業行業發展關鍵共性問題的解決之道，推動智慧農業快速發展。

在現實中，當偏遠地區的糧食種出來之后，需要跋山涉水才能運送到城里，再傳遞到餐桌上。運輸的過程既是碳排放過程，也是污染過程。而更高效、更可行的植物工廠大規模鋪設后，城市郊區甚至小區后花園都可以逐步建立起可供城市的糧食生產體系，這對于碳中和與碳達峰而言，無疑是極大的利好消息。

再如西餐廳所偏愛使用的紅酸模香料，營養價值高，口感又很特殊，但因極其小眾，運輸成本奇高?；蛟S在不久的未來，它完全可以種在餐廳的地下室，只需要小小的空間即可自由生長。而真正的從事蔬菜生產的“人”或許并不是農民而是一個AI幫手，當掌握了紅酸模最理想的生長周期光照溫度后，布種、澆水、施肥、開燈等一系列操作都可以“外包”，真正實現田地到餐桌的“無縫銜接”。

作為團隊中最靠近“市場”的營銷人才孫思捷對于農業有著天然的好感。她最為關心的問題是“如何打入市場，如何實現推廣”，如果說農業研究需要的是理論連接實際，完成“從田里來，回田里去”，那么對植物工廠的商業化落地而言，如何“從田間地頭到城市的餐桌上”則有非常大的想象空間，組隊成功只是產業化的第一步，挖掘渠道、不斷提供有市場競爭力的產品更考驗“市場為王”的真功夫。

孫思捷在植物工廠內研究蔬菜。（圖為受訪者供圖）

科技，一直以來都致力于不斷提升生命質量，將科技與農業結合，也將激發技術無窮的生命力。拼多多高級副總裁朱建翀表示：“我們始終把農業作為核心戰略，長期致力于利用新模式、新技術推動農業數字化發展，希望通過科技帶來農業領域的革命性變化。前兩屆大賽的結果，驗證了數字技術和人工智能能夠切實有效賦能農業，智慧農業大有可為，也為平臺最新提出的百億農研戰略積累了一定的經驗，更指明了未來努力的方向?！?/span>

本屆聯合光明母港共同舉辦的第三屆多多農研科技大賽協同產業各方，助力推動產業資源要素集聚，將大賽成果轉變為易于掌握的規范標準和生產模式，邀請全球最聰明的大腦，在“城市農業如何用更少資源種出更多糧食”的命題上寫出自己的方案。

“也許三五年后能夠孵化一個高科技企業或拿一個國家獎”，這是鮑華教授透露的個人“小目標”。在每個人心中，比賽都非終點，而是一個具有里程碑式意義的起點。只有帶著宏大的愿景，才能真匹配廣袤無垠的大地。

科技帶來革命性變化將在一次次實驗中迸發，并在大地里深深扎根。將自然的恩惠與人類的智慧、技術平衡地結合，深入探索農業這片待開墾的廣袤領地正是多多農研大賽對未來糧食生長最美好的祝愿。

飛躍“地平線”之上，現代農業探索者們帶著大眾用另一重視角看到了在土地上的無限希望。