為農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新裝上人工智能“引擎”

6月27日，上海崇明島熱浪翻滾，光明母港基地一個(gè)個(gè)陳列的集裝箱內(nèi)，清涼依舊。顆顆生菜在人工定制的“光溫水肥氣”中完成生長(zhǎng)并順利采摘，一場(chǎng)“沒(méi)有土壤”的種植終極大比武宣告結(jié)束。

“光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽”暨第三屆“多多農(nóng)研科技大賽”結(jié)果揭曉：自2022年7月27日大賽啟動(dòng)以來(lái)，經(jīng)過(guò)初賽、決賽、大眾評(píng)審品鑒以及專(zhuān)家閉門(mén)評(píng)審等多個(gè)環(huán)節(jié)，上海農(nóng)科院團(tuán)隊(duì)獲得一等獎(jiǎng)及“最高產(chǎn)量獎(jiǎng)”、Cyber-Farmer團(tuán)隊(duì)獲二等獎(jiǎng)及“最佳節(jié)能獎(jiǎng)”、上海交大“生生不息”團(tuán)隊(duì)和Lettus Grow團(tuán)隊(duì)獲三等獎(jiǎng)。

設(shè)施農(nóng)業(yè)向立體種植要食物

“有人認(rèn)為農(nóng)業(yè)很土，AI算法很高大上，但其實(shí)AI算法說(shuō)白了就是破解一道數(shù)學(xué)題，把簡(jiǎn)單科學(xué)原理應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，兩者都很貼近我們的日常生活?！眳①愱?duì)員們感慨道，“‘老把式’們正在老去，希望借助比賽呼吁更多跨界人才參與，共同完善農(nóng)研技術(shù)，培養(yǎng)更多高素質(zhì)農(nóng)民?！边@些“新農(nóng)人”希望打破刻板印象，把農(nóng)業(yè)做出“科技感”和“新鮮感”，吸引更多青年人投身農(nóng)業(yè)。

科技是第一生產(chǎn)力，通過(guò)科技創(chuàng)新，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量效益大幅提升。2022年我國(guó)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步貢獻(xiàn)率達(dá)到62.4%，農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新整體水平已經(jīng)邁入世界第一方陣。處在世界百年未有之大變局，我國(guó)農(nóng)業(yè)面臨更加嚴(yán)峻的風(fēng)險(xiǎn)和考驗(yàn)，農(nóng)業(yè)發(fā)展要贏得主動(dòng)、贏得優(yōu)勢(shì)、贏得未來(lái)，科技引擎必須“馬力”強(qiáng)勁。

這屆比賽是一次“向設(shè)施農(nóng)業(yè)要食物”的嘗試?！啊喽噢r(nóng)研科技大賽’，以探索前瞻性的智慧農(nóng)業(yè)為宗旨，其賽馬式的比拼方式為農(nóng)業(yè)科研提供了嶄新思路?！鄙虾Ｊ修r(nóng)業(yè)農(nóng)村委員會(huì)黨組書(shū)記、主任馮志勇在當(dāng)天的頒獎(jiǎng)儀式上說(shuō)。

據(jù)大賽評(píng)委、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、國(guó)家中藥材產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家賀冬仙介紹，生產(chǎn)效率、能源利用效率和勞動(dòng)效率是衡量現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展水平最重要的3個(gè)指標(biāo)。作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的前沿，“垂直農(nóng)業(yè)”概念在美國(guó)一經(jīng)提出，既讓全球振奮，也因成本高昂備受質(zhì)疑。全球遭遇能源危機(jī)，如何運(yùn)用人工智能等前沿科技推進(jìn)立體種植，同時(shí)有效控制成本，成為推廣“垂直農(nóng)業(yè)”的必解難題。

“我們連續(xù)舉辦了三屆‘多多農(nóng)研科技大賽’，希望促進(jìn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)交流、創(chuàng)新和發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展?！逼炊喽帱h委書(shū)記、高級(jí)副總裁王堅(jiān)表示，拼多多希望通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)科技的持續(xù)投入，完善現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，為我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)的鄉(xiāng)村振興作出自己的貢獻(xiàn)。

種菜“不靠天”到底有多難

“剛開(kāi)始推廣設(shè)施農(nóng)業(yè)時(shí)，有農(nóng)民反映，大棚可以住人，種地是肯定不行的。”上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝所所長(zhǎng)朱為民介紹，如今我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)面積已占世界80%以上，向智能轉(zhuǎn)型已成為設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要趨勢(shì)。設(shè)施農(nóng)業(yè)在我國(guó)得到廣泛推廣應(yīng)用的歷程，就是科技賦能農(nóng)業(yè)、創(chuàng)造富民產(chǎn)業(yè)的生動(dòng)實(shí)踐。

作為新型設(shè)施農(nóng)業(yè)，“集裝箱垂直農(nóng)場(chǎng)”可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境要素的全面掌控，“光溫水肥氣”都需要人利用算法控制不同的參數(shù)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也依賴(lài)著工業(yè)化設(shè)備的穩(wěn)定性。一旦設(shè)置不合理，將對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生毀滅性的打擊。LED燈如何調(diào)配，營(yíng)養(yǎng)液怎樣配比，能耗又如何降低……如何精準(zhǔn)調(diào)控集裝箱，找到不同時(shí)段適應(yīng)植物生長(zhǎng)的“最優(yōu)解”，這牽涉工學(xué)、農(nóng)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域，考驗(yàn)著“新農(nóng)人”的跨界能力。

植物的不同生長(zhǎng)時(shí)期，對(duì)“光溫水肥氣”的需求對(duì)應(yīng)著完全不同的環(huán)境參數(shù)。以本屆“多多農(nóng)研科技大賽”種植的“翠恬”生菜為例，“這個(gè)品種對(duì)環(huán)境非常敏感，溫度升高1攝氏度就能看到它的外在形態(tài)會(huì)產(chǎn)生明顯變化——可能會(huì)長(zhǎng)得比較細(xì)長(zhǎng)。如果對(duì)光配方進(jìn)行調(diào)整，光照稍微弱一點(diǎn)強(qiáng)一點(diǎn)，葉面的顏色也會(huì)有變化。”上海農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技信息研究所研究員錢(qián)婷婷說(shuō)。

大賽組委會(huì)介紹，普通生菜每千克成本大約4元至8元，而水平較高的植物工廠每生產(chǎn)1千克生菜需要消耗10度電，產(chǎn)品成本或達(dá)20多元。較高的價(jià)格阻礙了這些品質(zhì)蔬菜進(jìn)入大眾餐桌。

降低能耗成本正是所有參賽團(tuán)隊(duì)的重要得分點(diǎn)。“賽博農(nóng)人”隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的鄭建鋒算了筆賬，智能LED集裝箱植物工廠的投入成本，大致可以分為能耗、人工、設(shè)備折舊和物資投入等幾個(gè)部分；大規(guī)模種植下的統(tǒng)計(jì)成本，其中能耗就占據(jù)了20%，而光照投入又占據(jù)能耗成本的50%-60%。想要兼顧產(chǎn)量、品質(zhì)和能耗成本，找到最佳平衡點(diǎn)，并不容易。不過(guò)，“賽博農(nóng)人”隊(duì)隊(duì)員介紹，他們此次研究的種植方案如果運(yùn)用到大型植物工廠，每千克生菜的耗電量可以降低到9.5度。

“要客觀認(rèn)識(shí)當(dāng)前植物工廠技術(shù)的發(fā)展階段。在技術(shù)應(yīng)用早期一定是高投入的，隨著技術(shù)的成熟和人對(duì)技術(shù)的熟練掌握，慢慢會(huì)實(shí)現(xiàn)性價(jià)比更高的規(guī)模量產(chǎn)和商業(yè)復(fù)制。發(fā)展未來(lái)農(nóng)業(yè)的長(zhǎng)期目標(biāo)一定是比農(nóng)民種植成本更低、產(chǎn)量更高、品質(zhì)還更好?！辟R冬仙認(rèn)為，未來(lái)還要在提高能源利用率和生產(chǎn)效率上下功夫，調(diào)度包括企業(yè)在內(nèi)的各方面資源力量，加快科技攻關(guān)。

智慧農(nóng)業(yè)從種植源頭提升效率

不僅要幫賣(mài)還要幫種，國(guó)內(nèi)電商平臺(tái)開(kāi)啟由種植端介入助農(nóng)新時(shí)代，“多多農(nóng)研科技大賽”正是其中一種有益探索。從解決終端銷(xiāo)路、幫助農(nóng)民口袋鼓起來(lái)，到暢通供應(yīng)鏈促進(jìn)農(nóng)業(yè)升級(jí)，再到發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)從種植源頭提升效率，農(nóng)村電商正由淺入深重塑鄉(xiāng)村價(jià)值鏈。

作為“接地氣”的AI農(nóng)技大賽，三屆“多多農(nóng)研科技大賽”都密切關(guān)注賽事期間產(chǎn)生的革新性成果以及成果的商業(yè)化可行性。首屆“多多農(nóng)研科技大賽”獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)“智多莓”就在比賽過(guò)程中看到技術(shù)產(chǎn)品化的市場(chǎng)前景，從而決定成立智多莓公司，幫助中小種植者提升效益。目前“智多莓”已研發(fā)智能灌溉、智能溫室環(huán)控等硬件、軟件、算法產(chǎn)品，并在遼寧、云南、安徽、內(nèi)蒙古、上海、北京等地輸出40套系統(tǒng)，用于輔助草莓、藍(lán)莓生產(chǎn)。

在鄉(xiāng)村振興重點(diǎn)幫扶地云南省怒江州老窩村，智多莓公司為當(dāng)?shù)卮罱〝?shù)字化草莓生產(chǎn)體系，使得老窩村草莓產(chǎn)業(yè)日常用工成本下降30%以上、肥料支出減少2500元/畝、植保支出減少1000元/畝、草莓產(chǎn)量增加30%，有效助力當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

與前兩屆“多多農(nóng)研科技大賽”挑戰(zhàn)溫室種植不同，本次比賽以集裝箱式植物工廠為種植場(chǎng)景，最大程度阻隔外界環(huán)境影響，回歸植物本身需求。當(dāng)植物工廠的操控者成為植株的“奶爸”“奶媽”，如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量生產(chǎn)，成為關(guān)鍵難題。

本屆比賽期間，上海農(nóng)科院隊(duì)開(kāi)發(fā)了一套智慧種植決策管理系統(tǒng)，正在申請(qǐng)專(zhuān)利和軟件著作權(quán)。該系統(tǒng)融合植株的生長(zhǎng)模型、光截獲模型、蒸騰模型等算法，實(shí)時(shí)收集各類(lèi)傳感器回傳的數(shù)據(jù)，尤其是利用深度相機(jī)多源采集圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行植株長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)，可輔助有關(guān)光配方優(yōu)化、環(huán)境調(diào)控、緩解燒心、及時(shí)采收等方面的種植策略判斷。

從我國(guó)國(guó)情農(nóng)情來(lái)看，人口眾多、農(nóng)產(chǎn)品需求數(shù)量超大且不斷增長(zhǎng)，與耕地、淡水等資源總量有限且分布不均存在突出矛盾，尤其需要充分發(fā)揮科技創(chuàng)新力量，提高農(nóng)業(yè)土地產(chǎn)出率、勞動(dòng)生產(chǎn)率和資源利用率，為我國(guó)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)由大到強(qiáng)的跨越提供強(qiáng)勁動(dòng)力。

王堅(jiān)表示，作為“腿上有泥”的新電商平臺(tái)，拼多多始終將實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展作為重要立足點(diǎn)。平臺(tái)自成立以來(lái)一直積極參與前端的農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，以“百億農(nóng)研”為抓手，持續(xù)舉辦“多多農(nóng)研科技大賽”、“拼多多杯”科技小院大賽、全球農(nóng)創(chuàng)客大賽等，以競(jìng)賽促進(jìn)創(chuàng)新，以技術(shù)進(jìn)步助力鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

展望未來(lái)，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、人工智能與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的融合創(chuàng)新不斷深化，農(nóng)業(yè)智能化升級(jí)步伐必將加速。而把控源頭產(chǎn)品質(zhì)量、重塑高效供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈、助力“新農(nóng)人”成長(zhǎng)的農(nóng)村電商，將成為推動(dòng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的重要引擎。（歐陽(yáng)靖雯）