新农业的“破壁人”

何惠子/文

云贵高原的秋阳和温度都落得格外快。当寒意开始沁入土壤里的时候，农人们就躬下身，背起塞满苞谷的麻袋，穿过坡地小径，再将重物转交给马匹，下山回家。此时，杨瑞梅会看见夕照下的剑川坝子，一片苍黄。这是一种独属于农业和村庄的、深沉的、悲壮的底色。她想，她要走出坝子。

这十年，杨瑞梅走出了坝子，但是未曾离开农业。她，以及参与多多农研科技大赛的所有人，用各自擅长的种植、能源、算法、工程等等手段，像作物一样生活、像土地一样沉思，试图去寻找关于土地的、关于作物的、关于农人的未来的答案。

“壁垒比较厚”

寻找答案的前提是，你得知道问题是什么。在科研领域，找到问题也是一个问题。它们总是平静地隐匿在种种表象之下，你得有耐心，得有一击即中的必然。

郑建锋有过这样的必然。他来自中国农业大学农业农村部设施农业工程重点实验室，这次带着CyberFarmer团队冲进了第三届多多农研科技大赛决赛。他们也是第一届多多农研科技大赛AI组冠军，通过AI种植将草莓产量提高了近一倍。

草莓是郑建锋最熟悉的作物之一。五年前，他选定的博士课题是“植物工厂草莓的育苗和栽培”，这在当时是相较前沿的课题，日本、韩国也都在探索。

他首先遇到了种苗问题。市场上的种苗被移栽到植物工厂后，不易成活，病害也多，“一是不规范，二是技术不完善，质量很不稳定”。郑建锋便学习通过组织培养生产无病害种苗。

育苗也是问题，借鉴韩国的技术？在植物工厂内以压蔓的方式，将匍匐茎压进育苗基质，待它生根成为种苗，但是它们细弱、大小不均。郑建锋另辟蹊径，剪切下匍匐茎先端的子苗，集中扦插至植物工厂，长出的种苗健壮且大小一致。

一年后，郑建锋决定转向解决草莓原种苗高质量繁育的问题。“种苗的问题不是我一个人会遇到，它是行业的问题，迟早会爆发。”他要找出一条解决路径。

CyberFarmer团队，均是中国农业大学农业农村部设施农业工程重点实验室的青年科学家。

要解决问题，就要读懂作物。郑建锋像作物一样生活，终日待在温度25℃、湿度70%的实验室里，在风机轰隆的噪声中，搭建实验装置、繁育种苗、采集实验数据等等。他没有寒暑假，哪怕过年回家也会匆匆赶回——赶在问题出现之前解决问题。

但是，在农业，或者在所有产业领域，问题永远不会结束，它们需要“既要、又要、还要”的答案，而这些答案也永远都是暂时的。

朱为民对此深有体会。他是上海市农业科学院园艺所所长，也是多多农研科技大赛的评委。自1987年进入农学专业，1997年开始研究番茄新品种选育和设施栽培技术，他就一直在寻找答案。

朱为民所在的课题组在中国最早研究番茄育种，有60年历史，到他已是第三代。他们理解每个阶段大众对番茄的不同需求，也努力让培育的番茄达到这种期望：既要种苗好，又要能抗病，还要果子好看好吃，还得产量高；既能种在大田里，也能住在温室里；能快乐地长在湿润高温的上海，也能无畏地活在干燥、昼夜温差大的云南、新疆......

朱为民曾经在田间地头挥汗如雨，现在在植物工厂里努力读懂作物。他认为，智慧农业首要解决的是环境控制问题，计算出光进入环境的能量变化，并且适时将环境调整至适合植物生长的状态。这并不是单凭农学这一学科就能解决的事，然而“传统学科分割很厉害，彼此间的壁垒比较厚”。

他很高兴地看到，在多多农研科技大赛里，“搞农业的、搞信息化的、搞能源的、搞装备的，聚在一起想办法怎么种出更多的、更好吃的菜。”也只有这样，农业才能真正的现代化。“现在我们没有足够成熟的装备、技术和控制系统去实现它。我相信在退休的时候，这些问题肯定找到答案。”

答案和解题思路

寻找答案，不是孤岛求生，而应是群星璀璨。智慧农业多被认为是“一个集合了农业种植、人工智能、数字技术、机械工程、能源动力等多学科交叉的应用场景”。这种定义，决定了农业将如何被改变。

这是多多农研科技大赛的使命。自2020年始，拼多多连续三年牵头举办多多农研科技大赛，集结科学家、顶尖农人，利用人工智能、数字技术、合成生物等技术，用更低能耗、更短周期种出产量更高、品质更好的草莓、番茄和生菜。他们憧憬，这片试验田的一小步，会成为农业现代化的一大步。

未来3个月，4支闯入多多农研大赛决赛的参赛队伍，将在集装箱垂直农场里，挑战以更低能耗、更短周期，种植出产量更高、品质更好的生菜。

这也是各个领域的科学家奔向大赛的理由。连续两届参与多多农研科技大赛的LettUs Grow团队队长徐丹一度对人工智能、算法“持怀疑态度”。这两年，他组织了一群不懂农业的数据科学家和不懂代码的农学家坐在一起，教电脑种菜，在多多农研科技大赛上与其他团队进行“竞赛、对答案”。

他有机会了解走在智慧农业研究前沿的机构，“你平时不太可能让上海交大、上海农科院、中国农大跟你做同一道题”。而现在，他不仅能够看到别人的答案，还能理清楚对方的解题思路。

上海交通大学团队的解题思路是：以最小能耗实现最大产能。这一思路取决于带队人鲍华，他多年从事能源和动力工程研究。他认为，自然光转换为人工光的过程中，能效一定会降低，这是植物工厂能耗巨大的原因，也是最大的发展瓶颈。

与鲍华合作三年的农学博士查凌雁，由此看到了传统农学研究的局限性：“农学研究大多是从植物的角度去提高其生长效率，而往往缺少要从能源热力、机械工程等方面解决农业问题的视野。”智慧农业需要“他者思维”。

LettUs Grow团队的林童和戴昶君就是“他者”，他们是拜耳作物科学亚太区数农孵化器的数据科学家。此前，他们从未想过算法能与农业产生关联，他们也有农业以外的很多选择。

戴昶君能够预见，“在大厂我会跟别人做相同的活。但是，我不知道我的算法知识和数据处理的方法，以什么方式作用于农业。”这很新奇，他也确定，这是农业发展的方向。

LettUs Grow团队，是一支由来自农业类科研机构、农业种植企业、数字化农业企业等跨学科、多领域的创新者组成的队伍。

但是，“物联网、大数据、区块链这些概念和技术，与种植场景、与农业产品距离太远，也很空中楼阁”，所以在很长时间里，林童和作物一起生活，观察变化，采集数据，然后建立算法模型。

模型可以通过图片识别，番茄们各自处于哪一生长阶段，距离成熟还有多久。当然，这是一个长期且繁琐的设计和验证过程。

首先，得建立番茄成熟度模型。由植物学家们提供信息，番茄在哪种颜色下处于不熟、半熟和成熟状态，然后由数据科学家将这几种状态手动标注在番茄图片上，再用这些图片去训练模型，让模型学习番茄的信息，“就像告诉小朋友认识东西一样”。

从认识到识别，需要反复训练和纠正。在模型认识番茄后，数据科学家会对模型进行多次“考试”，通过上传不同的番茄照片，由模型输出相应的番茄的信息，判断它们的成熟状态。他们会根据“答卷”，对模型进行修改，直到模型达到较高的识别精准度。

在番茄从绿转红的渐变过程里，模型显露出精微的洞察力和预判能力，判断出每一个番茄的成熟周期，这一周或者下一周的产量有多少。在充满弹性和未知变化的、但是又在谋求现代化变革的农业里，这样的预言家极为重要。

进化的不同路径

解决弹性和未知，是所有参与多多农研大赛的人，也是所有从事农业的人，面对的最大难题。也恰是农业的迷人之处。

在鲍华的工科研究经验里，他面对的环境或者事物往往是可控的，采集足够的数据，设置好程序，即可精确生产。但是作物不一样，它鲜活、难以捉摸，它沉默地站在土壤里、器皿里。

农业的场景最为固定。但事实上，对作物来说，它们只关心能量一定要来，来自哪里并不重要。鲍华恰在捕获能量方面具备超凡能力，2020年他开始把能源技术运用于植物栽培，开启了“深蓝计划”。

上海交通大学团队，集结了农业工程、能源利用、机械工程、计算机科学等农工交叉学科研究力量。

他的目光投向了大海，那里没有土壤，没有淡水，对陆地作物来说，那是一片死地，但是阳光热烈。鲍华带着团队，以浮板水培形式种植生菜，再用太阳能供电、生产淡水，实现生菜所需能量的转换和供给。

向海洋要土地，向太阳要能量，这是一件充满想象力的事情。想象力，在以经验为主的农业里是稀缺品，或者说这种稀缺在于它极难被察觉。

对何立中来说，作物领域没有新鲜事，他太熟悉这里了。何立中是多多农研科技大赛参赛队伍上海农科院团队的带队人。他本硕博都与农学相关，毕业后进入上海农科院研究植物工厂栽培技术。他了解植物的特性，知道它们害怕什么。

逆境胁迫，是何立中博士时期的主攻方向：“让植物置身于它不喜欢的环境，看它会发生什么变化，它的极限是哪里，有无方法缓解。”适当的胁迫也许会引发“逆境出彩”，类似熬过霜降的绿叶菜，或者在适度高营养液浓度下生长的番茄。

在读过一条洪涝灾害的报道之后，何立中想：“是不是可以看看作物在低氧胁迫的状态？”何中立研究过水培，植物根系浸泡营养液里，保证根系呼吸尤为重要，如果长期处于低氧乃至缺氧状态，会造成不可逆的损伤，或者致死。

实验中，他待植物处在死亡边缘的时候，通过施加植物生长调节剂、植物激素等外源缓解剂，观察植物的变化，能不能熬过低氧的伤害甚至恢复。“可能就像人一样，到了绝境，只要有一点点机会，就激发起求生欲，绝地反击。”

而植物迸发出来的生命力，远超于人。何立中的研究刚刚开始，“结果还需要反复验证”。科研最终的成果不是束之高阁，而是付诸实践。所以，它需要想象力，也需要务实。

上海农科院团队，在设施栽培、智慧农业方面拥有丰富的理论及实践经验，曾为我国南极科考队员提供极端环境的蔬菜种植培训。

“务实”是CyberFarmer团队的“团魂”，他们的导师、中国农业大学教授贺冬仙反复讲：“要解决什么产业问题？能不能落地应用？想清楚了再研究。”

杨浩的博士研究方向是基于植物生理反馈的智能管控，通俗来说，就是要动态连续监测植物工厂的同化量，即植物吸收二氧化碳、积累形成有机物的过程。然而在现实环境，它操作起来困难重重：“外界环境乃至植物工厂建筑本身会否污染数据？能否稳定采集工厂跟外界的换气次数？如何实现动态连续监测？”

国外农学家围绕植物表型研发的技术并不鲜见，可以通过高光谱、高通量相机观察、监测植物结构、生长发育过程等等。但是，这类相机“最便宜的要50多万，贵一点的要几百万。”

中国农业大学的青年科学家们，想要使用一种相较简便、低廉的方法来实现对动态连续监测光合系统，以适应中国小农经济的特点。他们认为，研究的最终目的还是应用于生产，“增加作物产量，降低生产成本，这是关键”。

此次多多农研科技大赛，他们将把动态连续监测光合系统运用于生菜种植。他们成功过，经由第一届多多农研科技大赛验证的动态营养液配方技术，被应用在北京小汤山现代农业科技示范园的草莓温室里。

这只是第一步。农业研究是一个实践的、应用的科学，所有问题都实实在在，没有解决，就没有进化。

手拉手同时硬碰硬

杨瑞梅离开的十年，剑川坝子发生了很多改变，但农业的改变最为缓慢、凝滞。农人们依然随着时令，顶着烈日、冒着风雨，播种、下苗、采收。只是山路好走了点，马匹也换成了三轮车。

杨瑞梅是CyberFarmer团队队员，是中国农业大学的博士，却依然无法避免被人问及：“考上大学，去了北京，怎么还种地？”

怎么还种地？每个人都有各自的答案。

通常35天左右，一棵生菜就能从种子长大成熟。图中生菜品种为“优雅”。

杨瑞梅想做的事情很多。越熟悉农业，就越想改变农业，这条路，并不比在剑川坝子里农作更容易。她本科和硕士期间学习的是农业工程，博士期间的研究方向是水培生菜生理信息检测。她想捕捉，一颗生菜在不断变化的光照、温度、肥料、水土里会发生什么，这些都是剑川坝子的农民们日常面对的。她想研发一些设备，很简便，也不那么贵，可以代替农民进行栽培、施肥或者收割。她也知道，这些都需要启发和培育，而这个过程会很漫长。

王虹——上海农科院博士，对光有着独到的理解。她博士时期研究的是LED灯植物照明应用，在十年前，这是少见的应用。她每天提着仪器，在不同环境、不同时间反复测光，寻找光照与植物生长的规律。密闭的温室里，蓝光、红光在眼前闪闪烁烁，“很孤独，觉得自己的研究离应用好远，也不知道什么时候能研究出来。”发表研究成果之后，一家知名公司循着论文，与学校合作了照明项目。现在也有越来越多的LED灯照向了植物。过程漫长，但是往前走的每一步都有迹可循。

与专攻农业的科研者不同，鲍华觉得，农业只是一个应用场景，他精通的传导对流辐射，手机里有，楼房里有，农业里也可以有；帮助电子器件散热的技术，可以用在手机的生产车间，可以用在生菜的种植温室。他更愿意将这种探索称为“为农业探路”：“你找了100个方向，最终只有1个方向能够成长起来，但是不代表那99个方向没有意义。”由此产生的外溢技术，不仅可以作用于农业，或者农业只是暂时用不到这些技术。但是，科研从来都是为未来做准备。

所有的术，都回归于“道”。这也是他们在多多农研科技大赛上，用各自擅长的种植、能源、算法、工程等等手段，与另一个人、与另一群人手拉手地或者硬碰硬地进行一场比拼的原因：他们想让那些只能留在农田里、想要留在农田里的人，有足够的信心留下。他们也拥有这样的能力。

参赛队伍正在多多农研科技大赛的集装箱里讨论种植生菜的策略。

徐丹硕士毕业于世界最负盛名的农业院校——荷兰瓦赫宁根大学，并领略了荷兰番茄种植企业的种植智慧。2018年，他回国创办北京极星农业，在3万平方米的植物工厂里，实践智慧农业的商业运作。要对抗的事物很多。

要对抗土地日渐贫瘠的吸引力。招人没有人来——农学生大多考公考研，即便工作也不会选择生产型企业。招到人，就得教这些青涩的青年们，在完全陌生的环境里做生产，应对出生就与土地打交道的大姐大妈。

又要对抗土地无比强大的引力。第一年，基地从附近村子里招了100位村民，教他们如何无土种植、怎么操作温室。“他们眼睛里既有好奇，但更多的是迷茫”，这种急剧变化的农作方式让他们无所适从。第一年过去，基地只留下了20人。

徐丹偶尔疑惑，但依然选择踏出下一步。他看到过桥的模样，在荷兰5年，他看到这个国土面积仅为台湾省大小的国家，番茄出口量全球第一。而他也用5年时间，验证了这座桥的合理性——他们种植的番茄产量是传统种植的两倍，温室国产化率从五年前的不足5%提升到85%以上。

“我很坚定地认为智慧农业是未来的方向，目前遇到的所有问题，都只是暂时的问题。”讲这句话时，徐丹正在从北京到安徽的高铁上。车窗外，华北平原一闪而过又延绵不绝，发芽的麦苗忽隐忽现，他惊觉：“又到春耕的季节了。”在被忽略的、黑暗寒凉的泥土里，麦子会萌芽，然后拔节、抽穗、开花，翻涌金色麦浪。