葉菜俠科技：集裝箱里種生菜從田間到賽場
作者: 時間: 2025-01-03
植物不會說話，中國農民通過觀看農作物長勢，來判斷其狀態(tài)和需求，把手伸進泥土中，靠經驗種了幾千年地。
2023年，中國農業(yè)科技進步貢獻率為63.2%，這一指標被視為衡量農業(yè)科技進步對農業(yè)總產值增長貢獻的指標。中國人民大學經濟學院劉守英教授曾指出，發(fā)達經濟體的農業(yè)科技貢獻率通常在80%左右。如何讓中國農研科技成果走出實驗室，是農業(yè)科技進步貢獻率提升的關鍵。
上海市農業(yè)科學院園藝所所長朱為民說：“現(xiàn)在老一代的菜農都已經步入老年，他們?yōu)橹袊卟水a業(yè)發(fā)展做出了很大貢獻。但很多貢獻源于他們自身的吃苦耐勞，甚至以犧牲身體健康為代價。”
露天種植的陽光和粉塵、溫室環(huán)境下的高濕度、日復一日的彎腰與蹲跪，對菜農的腰膝關節(jié)、呼吸系統(tǒng)的損傷都很大。當農民后代的職業(yè)選擇開始轉向、農業(yè)生產方式進入新的轉型階段時，需要更多從業(yè)者的交流，并激發(fā)新的解決方案出現(xiàn)，讓經驗流動起來。
12月27日，第四屆“多多農研科技大賽”落下帷幕。本次沿用了第三屆在全封閉的集裝箱里種生菜的題目，但首次將集裝箱改建為“新農田”的設計方案與建設效果納入考察范圍，通過數(shù)字科技、智能裝備與農學結合，以更低能耗、追求更優(yōu)品質和更高產量。
以往，農業(yè)科技競賽都是“學院派”與“科研派”之間的競爭，他們大多都是科班出身，要么是農業(yè)類大學的博士，要么是農科院的專家，這些人也被稱為“國家隊”。本次比賽中，出現(xiàn)了更多來自商業(yè)公司的創(chuàng)業(yè)團隊。
決賽中，6支隊伍要在20英尺的集裝箱里種植散葉生菜。在160多天的時間里，參賽隊伍要自己設計搭建集裝箱、測試、種植。通過精準控制溫度、光照、水分、濕度、肥料等等，并觀察作物在不同參數(shù)下的生長狀態(tài)，不斷優(yōu)化方案。最后組委會從空間布局、種植架設、實際產量、品質、能耗等方面評選出獲勝者。
創(chuàng)新、交流與降本增效
利用新技術輔助農業(yè)生產，并非新興概念。然而其推進過程中存在顯著的難點：農作物具有一定的生長周期，種植方案難以實現(xiàn)快速的迭代與優(yōu)化。
比賽這種形式，可以激發(fā)創(chuàng)新與實踐方案的出現(xiàn)，促進不同領域的參與者交流，讓研究成果，更快地轉化成社會價值。
這次進入決賽的六支團隊中，企業(yè)、高校、科研院所各有2家。解曉巍所在的葉菜俠隊來自企業(yè)。他說，其實公司在上一屆比賽時就在猶豫要不要參加。但由于過去很少與學界交流，一看到參賽的都是“國家隊”，信心不足，不清楚自己在這之中是什么水平。
他認為，目前農業(yè)生產技術領域的交流相對較少。對待同一個問題，科研與產業(yè)的理解不同，解決起問題來各有各的方法。雖然都能達成目的，但將不同想法交流碰撞的機會卻不多。在今天的農業(yè)研究領域，這種交流是非常必要的。
“學院派”的農研人員在看了比賽成果以后，產生了相似的思考：在實驗室做科研，往往只需要關注自己的細分方向，比如光照參數(shù)、營養(yǎng)液配比。但今天，研究更多需要帶著產業(yè)的訴求，引入經濟的視角。
比如，植物工廠往往被看作一個近乎完美的農業(yè)種植形態(tài)，但缺陷在于，培養(yǎng)作物的環(huán)境所需的能耗成本太高。此前水平較高的植物工廠每生產1公斤生菜的成本或達20多元，接近普通生菜的10倍。
本次是多多農研科技大賽第二次在集裝箱里搭建植物工廠，賽事的組織方也開始更多地思考賽事科技成果的轉化問題：在此前的集裝箱比賽中，集裝箱的搭建與設計都由主辦方提供，選手們比的是AI算法。而本次比賽，則將集裝箱改造的設計方案與建設成本都納入比賽內容，選手們獲得了更多的發(fā)揮空間，也面對著更高的不確定性。
在集裝箱里種生菜，人為因素的干預則可以滲透到植物生長的方方面面，打造出一個滿足植物生長所需全部營養(yǎng)要素（光、溫、水、肥、氣等）的環(huán)境，讓農業(yè)種植擺脫自然環(huán)境的限制。這很大程度上是在用標準化、工業(yè)化的方式發(fā)展農業(yè)。
比賽過程中，僅僅是為了達成“節(jié)約資源”的目的，各隊的解決方案就已經十分多樣。
冠軍隊中國農業(yè)大學賽博農人隊，通過冷源接入技術，將集裝箱和自然環(huán)境設計為一體，在生菜生長期，當箱外溫度低于箱內溫度特定值時，系統(tǒng)會自動引入外界冷源進行降溫。決賽階段，一波侵襲上海的寒潮開啟了冷源接入系統(tǒng)，使空調日能耗環(huán)比前日降低了56%。
另外，成長期的生菜蒸騰量大幅上升，賽博農人團隊在箱內設置了冷凝回收技術，重新收集作物的呼吸作用所產生的水蒸氣，并將其用以調配營養(yǎng)液，節(jié)約水資源。這項功能在沙漠等缺水地區(qū)將更加實用。
最終，賽博農人隊將集裝箱種植生菜的耗電量降低至12.25千瓦時/千克，而栽培面積生產效率提升到0.33千克/平方米/天，目前日本植物工廠領軍企業(yè)未來公司的該項數(shù)值為0.3-0.45千克/平方米/天。
上海農科院團隊的方案從視覺上看來十分科幻。他們在集裝箱的改造上采用了可移動式垂直吊掛栽培架，在植物的不同生長階段進行動態(tài)調節(jié)，既減少了黃葉的產生，也將水平的層架變?yōu)橐粤袨榉N植單元的垂直設計，提高了空間使用率與種植數(shù)量。
同時，他們采用了多種補光燈協(xié)同使用的方法，配備了光質、光強、光周期可調的紅藍光LED，采用交替補光策略來節(jié)能降耗。
最終，上海農科院團隊的生菜總產量超過300千克，位列第一。折算栽培面積生產效率，也達到了0.28千克/平方米/天。
首次參賽，解曉巍所在的“葉菜俠”隊獲得了并列第三的成績。他們制定了一套植物生長環(huán)境線性控制系統(tǒng)，而非開關控制系統(tǒng)。以燈光為例，葉菜俠隊有一個0%-100%的燈源控制區(qū)間，能根據(jù)植物的不同狀態(tài)、不同生長階段調節(jié)。同時，他們?yōu)榱烁鼫蚀_地判斷作物狀態(tài)，還在環(huán)境指標之上，嘗試直接監(jiān)測生理指標。
解曉巍說：“常見的監(jiān)測指標大概是溫度、濕度、二氧化碳濃度三種，但這其實是環(huán)境指標，植物要經受的變量太多了，所以我們嘗試去判斷它的生理指標。比如說它的葉片溫度。”通過與環(huán)境溫度的對比，來判斷植物的蒸騰狀態(tài)，進而判斷光合作用是否在進行，植物是否在生長等等。最終，葉菜俠種出單株重達460克的“菜王”。
進化中的中國農業(yè)
2025年，中國農業(yè)科技規(guī)模預計將達到1.26萬億元，占據(jù)農業(yè)增加值的15%。本次農研科技大賽還在進行中時，部分團隊方案已經投入商業(yè)化或迎來合作意向。
在最后的終審匯報環(huán)節(jié)，賽博農人團隊看中了中國的沙拉消費市場，將集裝箱植物工廠定位為“超級輕食中央工廠”，目標是20到35歲之間的女性群體消費者，月點餐頻次在10次以上，客單價在15到35元，通過優(yōu)化傳統(tǒng)農業(yè)的產業(yè)鏈環(huán)節(jié)，滿足她們對輕食的喜好。
以上海為例，上海每天綠葉菜需求量達到6000噸以上，但是本地生產的綠葉菜僅占40%，60%依靠周邊地區(qū)的供應。將集裝箱植物工廠布置在離消費者更近的地方，不僅可以很好地彌補供需缺口，還可以保證食材的新鮮、減少運輸成本、降低生鮮產品的損耗率。
葉菜俠隊解曉巍進一步提出了集裝箱植物工廠在社區(qū)里作為硬件場景所承載的商業(yè)想象力——用在社區(qū)里生產和展銷一體的口袋農場，家庭園藝產品的銷售，生鮮物資的應急供給，農業(yè)科普場所等。
在解曉巍看來，集裝箱植物工廠的種植技術也可以反哺傳統(tǒng)農業(yè)，“集裝箱就是把我們在露天、在溫室種植的各項技術累積到一起，反過來集裝箱植物工廠的核心技術也可以提取出來，下放，比如育苗技術、垂直通風等。”決賽期間，葉菜俠隊的合作方曾到現(xiàn)場觀賽，欲尋求集裝箱植物工廠合作方案。
近年來，葉菜俠圍繞NFT、DFT、垂直農場等新型栽培技術、依托山東制造優(yōu)勢，形成了多套自主知識產權的綠葉菜生產裝備體系，并成功推廣至國內外，在日本、韓國、阿魯巴、泰國等國家和地區(qū)落地植物工廠模式。
墨泉隊目前正與上海餐飲企業(yè)合作，試種健康綠色的韭菜。該公司還與中東企業(yè)合作嘗試種植羅勒、芝麻菜等沙拉菜品種，在泰國嘗試種植草莓等非熱帶水果，希望將植物工廠技術推廣至更多地區(qū)。
第一屆比賽上獲獎的團隊“智多莓”，就曾在比賽過程中看到技術產品化的市場前景，決定成立“智多莓”公司，幫助中小種植者提升種植草莓、藍莓的效益。
近幾年，越來越多公司開始意識到科學在農業(yè)領域的重要作用。一些企業(yè)嘗試通過對前端農業(yè)種植技術投入研究，提升產品產量、降低成本、提升口感和品質。也有一些公司開始像拼多多一樣，參與農業(yè)研究、牽頭舉辦相關活動。這意味著，這些公司在逐漸意識到，推動農業(yè)發(fā)展或現(xiàn)代化轉型，只是靠資金投入并不夠，它是一個需要技術、人才等系統(tǒng)性投入的長期工程。
“科技創(chuàng)新是推動農業(yè)高質量發(fā)展的關鍵引擎。”拼多多高級副總裁、首席發(fā)展官朱政說：“拼多多近年來更多參與農業(yè)科技創(chuàng)新，助力農業(yè)科研轉化為新質供給。”
2023年，中國農業(yè)科技進步貢獻率為63.2%，這一指標被視為衡量農業(yè)科技進步對農業(yè)總產值增長貢獻的指標。中國人民大學經濟學院劉守英教授曾指出，發(fā)達經濟體的農業(yè)科技貢獻率通常在80%左右。如何讓中國農研科技成果走出實驗室，是農業(yè)科技進步貢獻率提升的關鍵。
上海市農業(yè)科學院園藝所所長朱為民說：“現(xiàn)在老一代的菜農都已經步入老年，他們?yōu)橹袊卟水a業(yè)發(fā)展做出了很大貢獻。但很多貢獻源于他們自身的吃苦耐勞，甚至以犧牲身體健康為代價。”
露天種植的陽光和粉塵、溫室環(huán)境下的高濕度、日復一日的彎腰與蹲跪，對菜農的腰膝關節(jié)、呼吸系統(tǒng)的損傷都很大。當農民后代的職業(yè)選擇開始轉向、農業(yè)生產方式進入新的轉型階段時，需要更多從業(yè)者的交流，并激發(fā)新的解決方案出現(xiàn)，讓經驗流動起來。
12月27日，第四屆“多多農研科技大賽”落下帷幕。本次沿用了第三屆在全封閉的集裝箱里種生菜的題目，但首次將集裝箱改建為“新農田”的設計方案與建設效果納入考察范圍，通過數(shù)字科技、智能裝備與農學結合，以更低能耗、追求更優(yōu)品質和更高產量。
以往，農業(yè)科技競賽都是“學院派”與“科研派”之間的競爭，他們大多都是科班出身，要么是農業(yè)類大學的博士，要么是農科院的專家，這些人也被稱為“國家隊”。本次比賽中，出現(xiàn)了更多來自商業(yè)公司的創(chuàng)業(yè)團隊。
決賽中，6支隊伍要在20英尺的集裝箱里種植散葉生菜。在160多天的時間里，參賽隊伍要自己設計搭建集裝箱、測試、種植。通過精準控制溫度、光照、水分、濕度、肥料等等，并觀察作物在不同參數(shù)下的生長狀態(tài)，不斷優(yōu)化方案。最后組委會從空間布局、種植架設、實際產量、品質、能耗等方面評選出獲勝者。
創(chuàng)新、交流與降本增效
利用新技術輔助農業(yè)生產，并非新興概念。然而其推進過程中存在顯著的難點：農作物具有一定的生長周期，種植方案難以實現(xiàn)快速的迭代與優(yōu)化。
比賽這種形式，可以激發(fā)創(chuàng)新與實踐方案的出現(xiàn)，促進不同領域的參與者交流，讓研究成果，更快地轉化成社會價值。
這次進入決賽的六支團隊中，企業(yè)、高校、科研院所各有2家。解曉巍所在的葉菜俠隊來自企業(yè)。他說，其實公司在上一屆比賽時就在猶豫要不要參加。但由于過去很少與學界交流，一看到參賽的都是“國家隊”，信心不足，不清楚自己在這之中是什么水平。
他認為，目前農業(yè)生產技術領域的交流相對較少。對待同一個問題，科研與產業(yè)的理解不同，解決起問題來各有各的方法。雖然都能達成目的，但將不同想法交流碰撞的機會卻不多。在今天的農業(yè)研究領域，這種交流是非常必要的。
“學院派”的農研人員在看了比賽成果以后，產生了相似的思考：在實驗室做科研，往往只需要關注自己的細分方向，比如光照參數(shù)、營養(yǎng)液配比。但今天，研究更多需要帶著產業(yè)的訴求，引入經濟的視角。
比如，植物工廠往往被看作一個近乎完美的農業(yè)種植形態(tài)，但缺陷在于，培養(yǎng)作物的環(huán)境所需的能耗成本太高。此前水平較高的植物工廠每生產1公斤生菜的成本或達20多元，接近普通生菜的10倍。
本次是多多農研科技大賽第二次在集裝箱里搭建植物工廠，賽事的組織方也開始更多地思考賽事科技成果的轉化問題：在此前的集裝箱比賽中，集裝箱的搭建與設計都由主辦方提供，選手們比的是AI算法。而本次比賽，則將集裝箱改造的設計方案與建設成本都納入比賽內容，選手們獲得了更多的發(fā)揮空間，也面對著更高的不確定性。
在集裝箱里種生菜，人為因素的干預則可以滲透到植物生長的方方面面，打造出一個滿足植物生長所需全部營養(yǎng)要素（光、溫、水、肥、氣等）的環(huán)境，讓農業(yè)種植擺脫自然環(huán)境的限制。這很大程度上是在用標準化、工業(yè)化的方式發(fā)展農業(yè)。
比賽過程中，僅僅是為了達成“節(jié)約資源”的目的，各隊的解決方案就已經十分多樣。
冠軍隊中國農業(yè)大學賽博農人隊，通過冷源接入技術，將集裝箱和自然環(huán)境設計為一體，在生菜生長期，當箱外溫度低于箱內溫度特定值時，系統(tǒng)會自動引入外界冷源進行降溫。決賽階段，一波侵襲上海的寒潮開啟了冷源接入系統(tǒng)，使空調日能耗環(huán)比前日降低了56%。
另外，成長期的生菜蒸騰量大幅上升，賽博農人團隊在箱內設置了冷凝回收技術，重新收集作物的呼吸作用所產生的水蒸氣，并將其用以調配營養(yǎng)液，節(jié)約水資源。這項功能在沙漠等缺水地區(qū)將更加實用。
最終，賽博農人隊將集裝箱種植生菜的耗電量降低至12.25千瓦時/千克，而栽培面積生產效率提升到0.33千克/平方米/天，目前日本植物工廠領軍企業(yè)未來公司的該項數(shù)值為0.3-0.45千克/平方米/天。
上海農科院團隊的方案從視覺上看來十分科幻。他們在集裝箱的改造上采用了可移動式垂直吊掛栽培架，在植物的不同生長階段進行動態(tài)調節(jié)，既減少了黃葉的產生，也將水平的層架變?yōu)橐粤袨榉N植單元的垂直設計，提高了空間使用率與種植數(shù)量。
同時，他們采用了多種補光燈協(xié)同使用的方法，配備了光質、光強、光周期可調的紅藍光LED，采用交替補光策略來節(jié)能降耗。
最終，上海農科院團隊的生菜總產量超過300千克，位列第一。折算栽培面積生產效率，也達到了0.28千克/平方米/天。
首次參賽，解曉巍所在的“葉菜俠”隊獲得了并列第三的成績。他們制定了一套植物生長環(huán)境線性控制系統(tǒng)，而非開關控制系統(tǒng)。以燈光為例，葉菜俠隊有一個0%-100%的燈源控制區(qū)間，能根據(jù)植物的不同狀態(tài)、不同生長階段調節(jié)。同時，他們?yōu)榱烁鼫蚀_地判斷作物狀態(tài)，還在環(huán)境指標之上，嘗試直接監(jiān)測生理指標。
解曉巍說：“常見的監(jiān)測指標大概是溫度、濕度、二氧化碳濃度三種，但這其實是環(huán)境指標，植物要經受的變量太多了，所以我們嘗試去判斷它的生理指標。比如說它的葉片溫度。”通過與環(huán)境溫度的對比，來判斷植物的蒸騰狀態(tài)，進而判斷光合作用是否在進行，植物是否在生長等等。最終，葉菜俠種出單株重達460克的“菜王”。
進化中的中國農業(yè)
2025年，中國農業(yè)科技規(guī)模預計將達到1.26萬億元，占據(jù)農業(yè)增加值的15%。本次農研科技大賽還在進行中時，部分團隊方案已經投入商業(yè)化或迎來合作意向。
在最后的終審匯報環(huán)節(jié)，賽博農人團隊看中了中國的沙拉消費市場，將集裝箱植物工廠定位為“超級輕食中央工廠”，目標是20到35歲之間的女性群體消費者，月點餐頻次在10次以上，客單價在15到35元，通過優(yōu)化傳統(tǒng)農業(yè)的產業(yè)鏈環(huán)節(jié)，滿足她們對輕食的喜好。
以上海為例，上海每天綠葉菜需求量達到6000噸以上，但是本地生產的綠葉菜僅占40%，60%依靠周邊地區(qū)的供應。將集裝箱植物工廠布置在離消費者更近的地方，不僅可以很好地彌補供需缺口，還可以保證食材的新鮮、減少運輸成本、降低生鮮產品的損耗率。
葉菜俠隊解曉巍進一步提出了集裝箱植物工廠在社區(qū)里作為硬件場景所承載的商業(yè)想象力——用在社區(qū)里生產和展銷一體的口袋農場，家庭園藝產品的銷售，生鮮物資的應急供給，農業(yè)科普場所等。
在解曉巍看來，集裝箱植物工廠的種植技術也可以反哺傳統(tǒng)農業(yè)，“集裝箱就是把我們在露天、在溫室種植的各項技術累積到一起，反過來集裝箱植物工廠的核心技術也可以提取出來，下放，比如育苗技術、垂直通風等。”決賽期間，葉菜俠隊的合作方曾到現(xiàn)場觀賽，欲尋求集裝箱植物工廠合作方案。
近年來，葉菜俠圍繞NFT、DFT、垂直農場等新型栽培技術、依托山東制造優(yōu)勢，形成了多套自主知識產權的綠葉菜生產裝備體系，并成功推廣至國內外，在日本、韓國、阿魯巴、泰國等國家和地區(qū)落地植物工廠模式。
墨泉隊目前正與上海餐飲企業(yè)合作，試種健康綠色的韭菜。該公司還與中東企業(yè)合作嘗試種植羅勒、芝麻菜等沙拉菜品種，在泰國嘗試種植草莓等非熱帶水果，希望將植物工廠技術推廣至更多地區(qū)。
第一屆比賽上獲獎的團隊“智多莓”，就曾在比賽過程中看到技術產品化的市場前景，決定成立“智多莓”公司，幫助中小種植者提升種植草莓、藍莓的效益。
近幾年，越來越多公司開始意識到科學在農業(yè)領域的重要作用。一些企業(yè)嘗試通過對前端農業(yè)種植技術投入研究，提升產品產量、降低成本、提升口感和品質。也有一些公司開始像拼多多一樣，參與農業(yè)研究、牽頭舉辦相關活動。這意味著，這些公司在逐漸意識到，推動農業(yè)發(fā)展或現(xiàn)代化轉型，只是靠資金投入并不夠，它是一個需要技術、人才等系統(tǒng)性投入的長期工程。
“科技創(chuàng)新是推動農業(yè)高質量發(fā)展的關鍵引擎。”拼多多高級副總裁、首席發(fā)展官朱政說：“拼多多近年來更多參與農業(yè)科技創(chuàng)新，助力農業(yè)科研轉化為新質供給。”