試想，如果農業不再“靠天吃飯”，而是通過植物工廠，實現生產效率和效益雙提升，這無疑將為現代農業高質量發展帶來前所未有的新機遇。
作為現代農業的高階形態，植物工廠正成為產學研各界合作探索的重要領域。植物工廠發展現狀如何？產學研各界該怎樣協同，助力攻克植物工廠現有難題？從前端研究到后端應用，如何激發植物工廠的巨大潛力？
帶著這些問題，記者來到“海上花島”上海崇明島，一場別開生面的植物工廠種植比賽正在這里上演。6個改造后的集裝箱內，沒有土壤和陽光，靠著人造光、溫、水、氣、肥環境與智能化控制系統，生菜也能正常生長。
究竟哪個集裝箱能種出高產、低耗、質優的生菜？兩個月之后，結果將會最終揭曉。
“大賽聚焦AI種植，探索自主設計和建設集裝箱植物工廠，既促進了國內外人工智能領域與農業領域跨界合作的生動實踐，又實現了學術界、科技界和產業界緊密協同機制創新，必將進一步推動植物工廠快速發展。”浙江大學黨委常委、統戰部部長葉恭銀說。
圖為改造后的集裝箱
種普通人買得起的“智慧菜”
現代設施農業是利用現代信息技術、生物技術、工程裝備技術與現代經營管理方式，為農作物提供相對可控制的環境條件，盡可能擺脫自然依賴，實現高效生產。相對傳統大棚、溫室而言，植物工廠是高度垂直化、集成化的農業生產系統，代表著智慧農業的新進展，也是現代設施農業發展的新版本。
在未來，植物工廠應用場景十分豐富，不僅能維持城市日常蔬菜供應，甚至在南北極、高原、沙漠等極端環境下也能有所保障。
目前，健康、安全、有品質的“智慧菜”已經進入消費市場，展現出巨大消費潛力。根據Stratistics MRC的報告，2022年全球植物工廠市場規模達到1330億美元，預計到2028年將達到2250億美元，預測期內復合年增長率為9.2%。
植物工廠能打破時間和空間限制，可以讓蔬果作物生長周期有效縮短，產量可達傳統模式的10-20倍。據測算，在大小約30立方米的集裝箱，一茬生菜產量能達到150公斤左右。
不過，由于存在前期投入高、研究難度大、商業落地難等問題，疊加各種成本，植物工廠種植的蔬果，價格往往是市面上同類產品的十多倍乃至幾十倍。因此，讓“智慧菜”不再昂貴，走向普通消費者餐桌，還需很長一段時間。
中國農業大學水利與土木工程學院教授賀冬仙認為，隨著技術進步和產業結構調整，植物工廠等高端設施農業的比重將逐步增加，成為未來農業重要發展方向。高品質、高附加值的蔬菜產品將逐步普及，滿足更多消費者對健康、新鮮、便捷生活的需求。
圍繞設施農業攻堅克難，2020年“多多農研科技大賽”應運而生，從比賽在溫室AI種草莓、番茄，再到升級為集裝箱植物工廠種生菜，考核難度、競爭強度持續升級，第四次舉辦的“多多農研科技大賽”再次吸引眾多關注。
這是“多多農研科技大賽”第二次比拼集裝箱種生菜。針對阻礙植物工廠行業發展的難題，大賽要求參賽隊伍自己動手，在上限40萬元的預算范圍內，將一只20尺的集裝箱改造為“新農田”，并設計智慧種植方案進行生菜生產。與之前相比，集裝箱改造方案和建設成本也納入了評比，考核能力也從生產中向生產前延伸，難度明顯加大。
圖為上海農科院可移動種植架
在農研賽事中挖掘創新思路
在決賽啟動儀式上，拼多多“多多農研科技大賽”項目負責人韓帥表示，“參賽隊伍極具創意的改造方案，讓評委們難以抉擇。最終評審團和主辦方一致決定，將決賽隊伍從4支增加到6支，向全行業展示出更多優秀的創新思路。”
本屆比賽選取的品種是散葉生菜“優雅”，在日本植物工廠較為常見，可用于漢堡配菜、火鍋涮菜，應用前景廣泛。“生菜是植物工廠的模式植物，”作為四屆賽事 “元老級”評委，大賽評審組副組長賀冬仙談到，“‘優雅’長勢和產量穩定性高，我們能從系統設計、裝備制造、安裝調試能力、種植水平等更多維度考察隊伍的綜合能力。”
其中，降低能耗是考查關鍵點之一。植物工廠可以給予作物最適宜的生產環境。僅從環境控制來看，光照是重要的能量來源，也是運營成本占比最大部分。傳統植物工廠多使用LED光為植物供能，光源轉化效率只有30%-40%，這不僅需要耗費更多電力為環境通風和制冷，還易灼傷植物。
環境控制系統很重要，墨泉隊研發的可獨立微調的多通道混合式液冷照明系統，一方面在植物燈中集成液冷管道，通過高速流動的液體將植物燈廢熱導入收集系統的管道中，實現冬夏反向調溫，降低室內能耗；另一方面開發多通道植物燈，打破傳統LED植物種植燈固定光譜配比、只可調節亮度的限制，讓每個通道可根據需要實現多檔獨立微調，更精準地控制植物所需最優生長環境。
圖為墨泉旋轉栽培架
在答辯現場，這樣的“腦洞”隨處可見，決賽隊伍紛紛展示著奇思妙想，在不同方法路徑上碰撞出靈感火花。
“種植架從層架式改為可移動式，可將過道處80厘米的空間充分利用起來，實現極致空間使用率。”“旋轉種植架讓所有種植槽在傳輸鏈條的帶動下，緩慢移動形成大回環，打造動態環境，降低整體散熱能耗和成本。”“通過將植物蒸騰的水分進行回收，冷凝存儲至營養液中，降低植物生長過程中的水分消耗。”“嘗試給植物聽音樂，以探究聲波赫茲對于植物生長的影響。”……
在田間地頭辦比賽的好處顯而易見。利用最前沿的技術，深入產業一線，集結一線青年科學家，合力攻克農業發展中遇到的實際痛點、難點，可以探索更多突破性創新成果，為植物工廠發展蓄力。
產業化落地需堅持長期主義
植物工廠在國內起步晚，處于初級階段，但發展迅猛，在光源控制、智能化管控等環節打下堅實技術基礎，為規模化產業落地按下“加速鍵”。有數據顯示，截至2020年底，中國已有各類規模的植物工廠超過220座。
上海市農業科學院黨委副書記徐偉林對記者表示，“植物工廠追求高效、高產、高質的生產種植。這不僅需要農業技術的支持，還需要與電器工程、工業制造等多領域進行跨界融合，共同推動農業生產智能化和高效化。這種跨界聯合的模式不僅提高了農業生產的效益，也為農業科研注入了新活力。”
截至目前，已有多項賽事成果被寫成論文或進入專利實審受理階段，涉及植物工廠環控、營養液配方動態調整技術等。包括基于日累積光照量的植物補光方法、增加空氣流動降低生菜燒邊癥狀發生率的方法、番茄產量預測模型等一系列比賽過程中形成的創新種植技術，也開始逐步推廣應用。除此之外，一些科研成果也實現了“技術產品化”。
比如，賽博農人隊在此前賽事中積累的草莓營養液配方動態調整技術，目前已在北京小湯山草莓種植基地應用。作為唯一連續四屆比賽都參與的選手，來自賽博農人隊的中國農業大學博士生楊浩表示，“國家正在倡導大力發展現代農業，核心技術是推動新質生產力發展的新引擎。我們希望能做出一套區別于傳統農業的種植方案，讓普通農民也能快速學習上手，為農事生產減負增效。”
賽事合作伙伴光明食品集團的加入，也意味著更為明朗的市場前景。“合作舉辦挑戰賽，就是要把農業科研與產業打通，把實驗室與市場打通，通過農研競賽搭建舞臺，創建產學研合作平臺，吸引匯集更多優秀科研團隊和科創企業投身科技農業。”上海花卉園藝（集團）有限公司光明花博邨分公司總經理袁偉如是說道。
上海市農業農村委員會黨組成員、副主任、上海市鄉村振興局副局長夏明林表示，未來幾年將著力突破溫室和植物工廠關鍵核心技術，研發柔性農業機器人，創設生產型植物工廠，實現茄果、葉菜等溫室生產智慧決策和智能控制。
可以說，舉辦一場科技農業種植挑戰賽，最重要的是借助賽事活動，點燃農業創新的激情，吸引優質人才投身農業，打造創新共同體為農業技術突破添磚加瓦，為現代農業發展凝聚更多共識。
作為主辦方代表，韓帥直言，盡管投資周期長、回報慢，拼多多仍堅定長期投入，支持農業前沿技術研發，通過牽頭打造農研創新大賽等方式，吸引更多優質人才和企業參與到農業技術創新中，共同推動傳統農業轉型升級、推進農業高質量發展。
科技創新添動力，農業騰飛正當時，植物工廠話未來。
在數字技術加持下，現代農業正邁向智能化、規模化、綠色化新階段。當更多力量加入打造農科高地，邁向農業技術變革的大賽道，植物工廠的市場化、產業化將持續擘畫農業發展新篇章。（新華網 谷雨）
（責任編輯：蔡文斌）
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