如何將一只20尺的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱改造成產(chǎn)量高、品質(zhì)好、能耗少、成本低的植物工廠？近日，在2024光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽暨第四屆“多多農(nóng)研科技大賽”的初賽現(xiàn)場，16支參賽隊(duì)伍、142位不同學(xué)科背景的國內(nèi)外青年專家通過線上路演、答辯的方式展示、較量各自精心準(zhǔn)備的“施工圖紙”與種植方案。

經(jīng)過激烈角逐，最終，賽博農(nóng)人隊(duì)（Cyberfarmer）、上海農(nóng)科院植物工廠隊(duì)、墨泉隊(duì)、葉菜俠隊(duì)（Leafyman）、綠葉先鋒隊(duì)、室墨司源隊(duì)6支隊(duì)伍成功闖入決賽，其中既有往屆“多多農(nóng)研科技大賽”的獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)，也有不少首次參賽但種植經(jīng)驗(yàn)豐富的新面孔。部分團(tuán)隊(duì)還擁有來自法國、加拿大等地的外籍科研力量。由于初賽團(tuán)隊(duì)整體水平較高，為探討植物工廠建設(shè)、生產(chǎn)的更多可能性，本屆大賽將決賽晉級(jí)團(tuán)隊(duì)從4支增加至6支。


▲2024光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽暨第四屆“多多農(nóng)研科技大賽”。

“國內(nèi)相關(guān)企業(yè)和歸國優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)積極參與，把國際先進(jìn)技術(shù)與理念引入國內(nèi)植物工廠建設(shè)。”本屆大賽評(píng)委、中國工程院院士、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任趙春江表示，賽事吸引了浙江大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)等985名校的研究力量踴躍參與，知名科研院所如北京市農(nóng)林科學(xué)院國家農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心也組隊(duì)參加。

按照賽制，6支晉級(jí)隊(duì)伍下一步將根據(jù)各自的方案，改建集裝箱，開展AI種植。賽事選定的種植品種是日本植物工廠常見的生菜“優(yōu)雅”。“生菜是植物工廠的模式植物。”大賽評(píng)委、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院教授賀冬仙表示，“期待參賽團(tuán)隊(duì)能與代表行業(yè)先進(jìn)水平的日本植物工廠在生產(chǎn)與能效上一競高低。”


▲2024光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽初賽比賽現(xiàn)場。

全球不同技術(shù)流派同臺(tái)競技

這是光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽第二次比拼集裝箱種生菜。今年的賽事首次將集裝箱改裝設(shè)計(jì)方案與建設(shè)成本納入比賽內(nèi)容。目前，世界各國對(duì)集裝箱式植物工廠的構(gòu)造設(shè)計(jì)并未形成統(tǒng)一范式，較為主流的構(gòu)造形式包括日本的層架式、新加坡和加拿大的旋轉(zhuǎn)式、美國的垂直式等，各有優(yōu)勢。其中，日本層架式栽培架的應(yīng)用較為廣泛。


▲國內(nèi)市場上已投入使用的集裝箱式植物工廠。莫斯提/攝

來自上海交通大學(xué)的室墨司源隊(duì)便在日本層架式栽培架的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新——讓栽培架移動(dòng)起來。該團(tuán)隊(duì)引入動(dòng)態(tài)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，在空間不變的情況下，栽培架從常規(guī)的兩排變?yōu)槿牛N植面積可以提升130%。

此外，通過在栽培架上設(shè)置高度可調(diào)節(jié)的燈板，可根據(jù)生菜長勢遠(yuǎn)程調(diào)整光源高度，匹配不同生長周期，防止生菜灼傷。“用目前的方案再種一遍去年的‘翠恬’生菜，理想狀態(tài)的年均產(chǎn)能可提升2-3倍。”曾參與上一屆比賽的室墨司源隊(duì)隊(duì)長熊元科表示。

除了優(yōu)化后的“日式”設(shè)計(jì)，“加拿大流派”的方案也賺足評(píng)委眼球。墨泉隊(duì)是一支國際化團(tuán)隊(duì)，隊(duì)長秦楚漢畢業(yè)于加拿大的西安大略大學(xué)，如今專注于將農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到莓果、葉菜、牧草、中藥材等作物種植中，擁有植物工廠設(shè)計(jì)、搭建的豐富經(jīng)驗(yàn)，其隊(duì)員包括加拿大最大組培克隆公司CannTx生命科學(xué)創(chuàng)始人巴克·楊（BuckYoung）。

通過引入加拿大的旋轉(zhuǎn)式栽培理念，墨泉隊(duì)讓栽培架可以如工廠流水線般移動(dòng)——所有種植槽通過傳輸鏈條形成閉合大環(huán)，共享一套灌溉系統(tǒng)。

此外，硒綠仙子隊(duì)采用的立體管架加合金支架的結(jié)構(gòu)亦別具一格。為改變傳統(tǒng)水培帶來的蔬菜生長空間有限、受光不均、易爛根等問題，該團(tuán)隊(duì)使用多層管道加合金支架的設(shè)計(jì)，在防止?fàn)€根的同時(shí)也提高了水肥利用率。

“學(xué)院派”對(duì)陣“產(chǎn)業(yè)派”

與往屆相比，本次比賽探索解決植物工廠產(chǎn)業(yè)化過程中的難點(diǎn)，吸引了更多“產(chǎn)業(yè)派”隊(duì)伍的加盟。為期兩天的初賽中，人工智能綠色農(nóng)人隊(duì)、葉菜俠隊(duì)、河北普蘭特生物科技有限公司隊(duì)、墨泉隊(duì)等由現(xiàn)代農(nóng)業(yè)企業(yè)牽頭的隊(duì)伍展現(xiàn)了出色水準(zhǔn)。其中，葉菜俠隊(duì)、墨泉隊(duì)挺進(jìn)決賽。


▲本次比賽種植的生菜品種“優(yōu)雅”。莫斯提/攝

葉菜俠隊(duì)的核心成員來自農(nóng)業(yè)高科技企業(yè)葉菜俠，該企業(yè)目前已在韓國、俄羅斯等7個(gè)國家落地植物工廠項(xiàng)目。隊(duì)長解曉巍大膽提出，植物工廠所使用的集裝箱可用快速裝配房替換，可大幅降低造價(jià)。

除了把造價(jià)降下來，還有企業(yè)隊(duì)帶來了創(chuàng)新的節(jié)能方案。墨泉隊(duì)提出，在種植環(huán)境保持合適溫、濕度的前提下，在植物燈中集成液冷系統(tǒng)，將多余熱量及時(shí)導(dǎo)入收集管道，可以在夏季將廢熱排到室外以降低制冷能耗，在冬季導(dǎo)入地暖、墻暖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)利用。這一“液冷系統(tǒng)環(huán)控方案”引得多名評(píng)委期待落地效果。

“產(chǎn)業(yè)派”實(shí)力強(qiáng)勁，“學(xué)院派”的表現(xiàn)同樣可圈可點(diǎn)。例如，綠葉先鋒隊(duì)所依托的北京市農(nóng)林科學(xué)院國家農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心，承擔(dān)了多項(xiàng)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，在光熱環(huán)控和精準(zhǔn)感知領(lǐng)域有著深入研究。決賽期間，該團(tuán)隊(duì)將采用自主設(shè)計(jì)的葉菜專用LED生長光源，光源成本和能耗均預(yù)計(jì)可降低20%。

而多次參賽并屢獲佳績的賽博農(nóng)人隊(duì)準(zhǔn)備采用基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的生態(tài)圖像識(shí)別，自動(dòng)學(xué)習(xí)圖像特征，更加精準(zhǔn)地判斷植物生長狀態(tài)。“這為三次分栽、分階段調(diào)控光環(huán)境提供了決策依據(jù)。”隊(duì)長楊浩表示，團(tuán)隊(duì)將應(yīng)用基于冠層覆蓋度的生菜分栽工藝，通過三次分栽，提升水培生菜的光能利用率，進(jìn)而提升產(chǎn)量。

“盡管植物工廠使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擺脫了對(duì)自然環(huán)境的依賴，但倘若建設(shè)、運(yùn)營成本昂貴，所產(chǎn)蔬果無法走入尋常百姓家，那農(nóng)業(yè)‘靠天吃飯’的現(xiàn)狀便不會(huì)改變。這也是我們連續(xù)舉辦多多農(nóng)研科技大賽的原因，希望面向農(nóng)業(yè)發(fā)展的實(shí)際痛點(diǎn)、難點(diǎn)，廣泛集結(jié)一線青年科學(xué)家，利用最前沿的農(nóng)業(yè)、生物科學(xué)等技術(shù)攻堅(jiān)克難。”拼多多高級(jí)副總裁、首席發(fā)展官朱政表示。

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