植物工厂种出“智慧菜”

新华网上海9月27日电 试想，如果农业不再“靠天吃饭”，而是通过植物工厂，实现生产效率和效益双提升，这无疑将为现代农业高质量发展带来前所未有的新机遇。

作为现代农业的高阶形态，植物工厂正成为产学研各界合作探索的重要领域。植物工厂发展现状如何？产学研各界该怎样协同，助力攻克植物工厂现有难题？从前端研究到后端应用，如何激发植物工厂的巨大潜力？

带着这些问题，记者来到“海上花岛”上海崇明岛，一场别开生面的植物工厂种植比赛正在这里上演。6个改造后的集装箱内，没有土壤和阳光，靠着人造光、温、水、气、肥环境与智能化控制系统，生菜也能正常生长。

究竟哪个集装箱能种出高产、低耗、质优的生菜？两个月之后，结果将会最终揭晓。

“大赛聚焦AI种植，探索自主设计和建设集装箱植物工厂，既促进了国内外人工智能领域与农业领域跨界合作的生动实践，又实现了学术界、科技界和产业界紧密协同机制创新，必将进一步推动植物工厂快速发展。”浙江大学党委常委、统战部部长叶恭银说。

图为改造后的集装箱

种普通人买得起的“智慧菜”

现代设施农业是利用现代信息技术、生物技术、工程装备技术与现代经营管理方式，为农作物提供相对可控制的环境条件，尽可能摆脱自然依赖，实现高效生产。相对传统大棚、温室而言，植物工厂是高度垂直化、集成化的农业生产系统，代表着智慧农业的新进展，也是现代设施农业发展的新版本。

在未来，植物工厂应用场景十分丰富，不仅能维持城市日常蔬菜供应，甚至在南北极、高原、沙漠等极端环境下也能有所保障。

目前，健康、安全、有品质的“智慧菜”已经进入消费市场，展现出巨大消费潜力。根据国际市场研究机构Stratistics MRC的报告，2022年全球植物工厂市场规模达到1330亿美元，预计到2028年将达到2250亿美元，预测期内复合年增长率为9.2%。

植物工厂能打破时间和空间限制，可以让蔬果作物生长周期有效缩短，产量可以实现传统模式的10~20倍。据测算，在大小约30立方米的集装箱，一茬生菜产量能达到150公斤左右。

不过，由于存在前期投入高、研究难度大、商业落地难等问题，叠加各种成本，植物工厂种植的蔬果，价格往往是市面上同类产品的十多倍乃至几十倍。因此，让“智慧菜”不再昂贵，走向普通消费者餐桌，还需很长一段时间。

中国农业大学水利与土木工程学院教授贺冬仙认为，随着技术进步和产业结构调整，植物工厂等高端设施农业的比重将逐步增加，成为未来农业重要发展方向。高品质、高附加值的蔬菜产品将逐步普及，满足更多消费者对健康、新鲜、便捷生活的需求。

围绕设施农业攻坚克难，2020年“多多农研科技大赛”应运而生，从比赛在温室AI种草莓、番茄，再到升级为集装箱植物工厂种生菜，考核难度、竞争强度持续升级，第四次举办的“多多农研科技大赛”再次吸引众多关注。

这是“多多农研科技大赛”第二次比拼集装箱种生菜。针对阻碍植物工厂行业发展的难题，大赛要求参赛队伍自己动手，在上限40万元的预算范围内，将一只20尺的集装箱改造为“新农田”，并设计智慧种植方案进行生菜生产。与之前相比，集装箱改造方案和建设成本也纳入了评比，考核能力也从生产中向生产前延伸，难度明显加大。

图为上海农科院可移动种植架

在农研赛事中挖掘创新思路

在决赛启动仪式上，项目负责人韩帅表示，“参赛队伍极具创意的改造方案，让评委们难以抉择。最终评审团和主办方一致决定，将决赛队伍从4支增加到6支，向全行业展示出更多优秀的创新思路”。

本届比赛选取的品种是散叶生菜“优雅”，在日本植物工厂较为常见，可用于汉堡配菜、火锅涮菜，应用前景广泛。“生菜是植物工厂的模式植物，”作为四届赛事的“元老级”评委，大赛评审组副组长贺冬仙谈到，“‘优雅’长势和产量稳定性高，我们能从系统设计、装备制造、安装调试能力、种植水平等更多维度考察队伍的综合能力。”

其中，降低能耗是考查关键点之一。植物工厂可以给予作物最适宜的生产环境。仅从环境控制来看，光照是重要的能量来源，也是运营成本占比最大部分。传统植物工厂多使用LED光为植物供能，光源转化效率只有30%~40%，这不仅需要耗费更多电力为环境通风和制冷，还易灼伤植物。

环境控制系统很重要，墨泉队研发的可独立微调的多通道混合式液冷照明系统，一方面在植物灯中集成液冷管道，通过高速流动的液体将植物灯废热导入收集系统的管道中，实现冬夏反向调温，降低室内能耗；另一方面开发多通道植物灯，打破传统LED植物种植灯固定光谱配比、只可调节亮度的限制，让每个通道可根据需要实现多档独立微调，更精准地控制植物所需最优生长环境。

图为墨泉旋转栽培架

在答辩现场，这样的“脑洞大开”的设计随处可见，决赛队伍纷纷展示着奇思妙想，在不同方法路径上碰撞出灵感火花。

“种植架从层架式改为可移动式，可将过道处80厘米的空间充分利用起来，实现极致空间使用率。”“旋转种植架让所有种植槽在传输链条的带动下，缓慢移动形成大回环，打造动态环境，降低整体散热能耗和成本。”“通过将植物蒸腾的水分进行回收，冷凝存储至营养液中，降低植物生长过程中的水分消耗。”“尝试给植物听音乐，以探究声波赫兹对于植物生长的影响。”……

在田间地头办比赛的好处显而易见。利用最前沿的技术，深入产业一线，集结一线青年科学家，合力攻克农业发展中遇到的实际痛点、难点，可以探索更多突破性创新成果，为植物工厂发展蓄力。

产业化落地需坚持长期主义

植物工厂在国内起步晚，处于初级阶段，但发展迅猛，在光源控制、智能化管控等环节打下坚实技术基础，为规模化产业落地按下“加速键”。有数据显示，截至2020年底，中国已有各类规模的植物工厂超过220座。

上海市农业科学院党委副书记徐伟林对记者表示，“植物工厂追求高效、高产、高质的生产种植。这不仅需要农业技术的支持，还需要与电器工程、工业制造等多领域进行跨界融合，共同推动农业生产智能化和高效化。这种跨界联合的模式不仅提高了农业生产的效益，也为农业科研注入了新活力”。

截至目前，已有多项赛事成果被写成论文或进入专利实审受理阶段，涉及植物工厂环控、营养液配方动态调整技术等。包括基于日累积光照量的植物补光方法、增加空气流动降低生菜烧边症状发生率的方法、番茄产量预测模型等一系列比赛过程中形成的创新种植技术，也开始逐步推广应用。除此之外，一些科研成果也实现了“技术产品化”。

比如，赛博农人队在此前赛事中积累的草莓营养液配方动态调整技术，目前已在北京小汤山草莓种植基地应用。作为唯一连续四届比赛都参与的选手，来自赛博农人队的中国农业大学博士生杨浩表示，“国家正在倡导大力发展现代农业，核心技术是推动新质生产力发展的新引擎。我们希望能做出一套区别于传统农业的种植方案，让普通农民也能快速学习上手，为农事生产减负增效”。

赛事合作伙伴光明食品集团的加入，也意味着更为明朗的市场前景。“合作举办挑战赛，就是要把农业科研与产业打通，把实验室与市场打通，通过农研竞赛搭建舞台，创建产学研合作平台，吸引汇集更多优秀科研团队和科创企业投身科技农业。”上海花卉园艺（集团）有限公司光明花博邨分公司总经理袁伟如是说道。

上海市农业农村委员会党组成员、副主任、上海市乡村振兴局副局长夏明林表示，未来几年将着力突破温室和植物工厂关键核心技术，研发柔性农业机器人，创设生产型植物工厂，实现茄果、叶菜等温室生产智慧决策和智能控制。

可以说，举办一场科技农业种植挑战赛，最重要的是借助赛事活动，点燃农业创新的激情，吸引优质人才投身农业，打造创新共同体为农业技术突破添砖加瓦，为现代农业发展凝聚更多共识。

科技创新添动力，农业腾飞正当时，植物工厂话未来。

在数字技术加持下，现代农业正迈向智能化、规模化、绿色化新阶段。当更多力量加入打造农科高地，迈向农业技术变革的大赛道，植物工厂的市场化、产业化将持续擘画农业发展新篇章。

作者：谷雨