好好的博士生，为何都去种菜了？

一大群博士生、90后年轻人正积极投入“种菜”事业，让外界看到，农业未来图景加速走进大众生活，“不再靠天吃饭”的可能。

作者|刘珊珊

编辑|杨 铭

一个研究微纳米尺度热量输送和能量转换，并获得多种荣誉的纯工科博士，为何突然去种菜了？

最近，来自上海交通大学的博导鲍华摇身一变，成为现代农民，在上海崇明光明母港集装箱里，带领团队未来90天内完成全新生菜品种——“翠恬”的种植，与其他三支同样博士云集的队伍，进行一场品质好、产量高、算法优且功耗低的“终极对决”。

封闭环境里种蔬菜，完全没有土壤、光照、水分等自然环境可以依赖，鲍华们需要利用技术手段进行一系列智能温控和光源调节、精细营养液配比，甚至进行AI模型训练，才可能让生菜“茁壮成长”。

这并非一次简单的高校种植试验，而是需要考虑大规模落地普及的可能性，“如何用最低成本，种出更多、更好吃的菜。”

随着城市人口激增，食物保障成为国际问题，诸多国家开始研究垂直农业探索。1999年，美国哥伦比亚大学教授迪克逊·德斯帕米尔就提出设想，利用垂直农业技术，一幢30层摩天大楼可以养活5万纽约居民。

这个构想目前仍属于“天方夜谭”，但并不妨碍“垂直农业”概念在欧美走红。与之相比，中国则方兴未艾，更多是在实验室、远洋船队、极地科考站、太空进行探索，广袤大地仍然是传统农业方式为主。

这种情况现在已有明显改变。最近几年，一大群博士生、90后年轻人正积极投入“种菜”事业，也让外界看到，农业未来图景加速走进大众生活，“不再靠天吃饭”的可能。

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博士、90后为何都来种菜

“日出而作，日入而息。凿井而饮，耕田而食。”先秦无名氏的《击壤歌》，道尽中国几千年农耕文明本质：所有食物都是依赖阳光、土壤生产出来。

万物土中生，有土斯有粮。真正深入农村，人们才会发现农民依然在“靠天吃饭”，甚至难以保障基本收入。“逃离农村”，一度成为热门话题。

“一定要好好学习，以后不再务农。”1992年，郑建锋在河南周口出生后，从小就被父母耳提面命嘱托。

作为豫东大地“粮仓”，距今约8000多年的“华夏第一石磨盘”就出土于此，成为周口农耕文化发祥地的实物见证。但直到如今，仍然是传统农业或大棚温室为主的设施农业。

周口是中国农业现代化水平不足、农业劳动生产率低下的缩影。同时，新型粮食供给是现代农业面临的重要问题之一。

废弃码头、摩天大楼、集装箱等可以改装的“植物工厂”，成为探索方向之一：密闭可控环境下，不受外界气候条件影响，植物可以一年365天无休生长。加上多层栽培差异，产量是传统农业几十倍甚至上百倍，有望让国人彻底摆脱数千年来靠天吃饭局限。

这是一个用高科技打造的现代农业可持续生产系统，包含多个核心要素：第一，采用人工光源与营养液栽培技术；第二，多层栽培，生产环境和条件都由技术精确控制。

技术含量决定，需要更多高科技、高学历人才来“种菜”——93名青年初赛选手中，博士有39人，四支决赛入围队伍“含博率”高达58.3%，最年轻的不到24岁，涵盖农学、机械与动力、能源、AI算法等不同综合学科，都摇身一变成为“新农人”。

这些高学历人才，几乎都是因为情怀、热爱，甚至是信仰投身农业，进行长达数年甚至上十年的研究。并且希望自己的专长、经验，有机会改变家乡和中国农业。

“这种现代农业模式，可能是改变传统农业生产的方法之一。”郑建锋说。他带领的赛博农人（CyberFarm）团队，是闯入决赛队伍中唯一全员90后团队，其中5人是博士后或博士。

赛博农人团队

现代农业这条路上，郑建锋已经走了十年。2011年高考时，郑建锋如父母所愿走出周口，考上北京大学——他选择中国农业大学农建专业，完成本硕博连读。2021年他以博士身份，进入农大设施农业工程重点实验室，废寝忘食研究设施农业，以及智能温室和植物工厂的应用落地。

在“赛博农人”团队，想要改变家乡命运的还有90后女孩杨瑞梅。她来自云南大理，对“靠天吃饭”有着直观体会。本硕研究农业工程，博士研究植物工厂，在比赛中负责水培生菜生理信息监测——她希望，能研发一些简单、便宜的设备，代替农民栽培、施肥或收割。

这是所有团队“种菜”的共同想法。“希望打破学科壁垒，用农-工多学科交叉融合去解答农学难题。”作为上海交大“生生不息”队长，鲍华说。

鲍华希望将自己的专长——能源研究，用于“翠恬”种植。他曾和上海交大农业与生物学院合作，为海岛等偏远无淡水地区的蔬菜供应，提供无土、无淡水、无电源条件下成功种菜的解决方案。

上海交大“生生不息”团队

“我们会把南极种植新鲜蔬菜的经验，运用到集装箱垂直农场。”“上海农科院”队队长何立中博士说。2014年从南京农业大学蔬菜学专业后，他一直在国家设施农业工程技术研究中心崇明基地，从事植物工厂栽培技术研究。

2014、2015年南极长城站、中山站相继建成温室，尝试种植新鲜蔬菜时，何立中等人负责为科考队员在仿真南极条件下提供培训，教他们如何在极地“种菜”。

“我们想让社会看到，一种能够把生产效率提到很高水平的生产模式。”这是“生菜快长”队（lettus grow）队长徐丹的初衷，他是设施农业领域小有名气的极星农业创始人，曾为北京冬奥会供应生菜。

在徐丹看来，植物工厂是设施农业最高级发展阶段，也是衡量一个国家农业高科技水平重要标志之一。尽管这种模式是否符合中国农业，是大面积推广还是小面积种植，都没有确定——但至少，可以证明中国有更多90后博士，能通过公平竞赛，打开现代农业想象大门。

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高效生长，AI控制来解决？

进入2月，立春已过，大地回暖，上海崇明花博园迎来一年最美赏花季。

在光明母港垂直农业研究中心，四支团队竞逐的集装箱一字排开，内部一侧是环控系统，一侧是栽培口，每一层都被分割成一个个小格子，翠绿生菜沐浴着LED人造灯，喝着人工配备的营养液。

与多多农研前两届比赛不同，这一次种植场景从云南高原温室升级为纯人工光的植物工厂——没有土壤、没有日照，难度全方位升级。

没有土壤与日照条件下，植物工厂主要围绕光源创新、栽培技术、智能化控制三项关键技术进行突破。

光源上，目前国内外通常采用LED灯进行创新，它可以组合成植物需要的光谱。栽培技术上，NFT、DFT技术为基础的多种立体多层无土栽培技术装备，适合蔬菜、根茎类植物生产。

最大难题是智能化控制——从生长模型、种植决策到生长状态，进行高效环保的生产要素控制。例如，养分、光照的智能控制，不仅具有时间、空间要求，还需要和其他多种环境要素耦合统筹控制——比如温度、湿度、二氧化碳、洁净度等，任何一个细节有所失误，都会最终影响蔬菜生长速度、产量和品质。

徐丹对此有着深刻教训。有一年在北京温室育苗时，在嫁接苗“伤口愈合”关键时期，由于没控制好温度和湿度，三分之一的苗没嫁接成功，枯死在温室里。

加上“翠恬”是全新品种，四支团队此前并未掌握其作物生态特征，以往经验和策略都需要改动，稍有不慎，满盘皆输。

容错率如此低，唯有通过人工智能的海量数据，才能找到最佳生态模型——这是一条可以用线性函数来表达的过程，时间、重量是其重要坐标，以此描绘出完全不同于土壤生长的曲线模型。

人工智能如何与智慧农业结合，这些90后博士并不陌生。3年前，郑建锋通过AI，制造出了珠圆玉润、多汁饱满的AI草莓，带领团队获得第一届多多农研科技大赛AI组冠军。

参赛队伍在AI、算法方面都有深厚积累

这正是四支队伍之间能力最大比拼。90天竞赛内，每一茬生菜的光、温、气、水、肥五大元素的参数监测，以及生长状况、生长环境的精细调控，都是通过AI提供，人工调配而成。

其实，这解释了植物工厂为何是现如今工业、农业最高形态结合的原因：一方面，除了AI，大数据、云计算、数字技术、合成生物等先进技术都有应用；另一方面，需要更专业的多学科人才，调整五大元素配比、生长方案甚至生长模型，指导最终生产。

“搞农业的、搞机械与动力的、搞能源的、搞AI算法的，都聚在一起。”第三届多多农研科技大赛评委、上海市农业科学院园艺所所长朱为民就说，只有所有人配合起来，才能完成挑战。

整体来看，AI、算法如何与农业智慧化融合上，经过三届探索，已是一个认知逐渐全面、技术创新侧重点各有不同的过程。

例如，郑建锋团队此前积累了大量LED光照调控等技术专利，他们将通过AI，针对“翠恬”生物特征，找到专属于它们的“光配方”——即光谱组合与配比，实时动态提供光信号和光合能量，提高生产效率。

上海农科院团队

何立中团队则结合AI辅助验证、预警应用，实现栽培环境的精准控制和资源高效利用；徐丹计划在有限空间内种更多植物，试图验证农业生产中，有多少决策可以被AI代替。

“农业AI相当于自动驾驶AI，辅助人们避开危险、及时提醒纠错。”徐丹说。但是，这并不意味着将方向盘交给AI，更不意味着可以代替农业专家，而是一个高效生长、影响生产成本变动的协同过程。“无论如何，核心仍然是人。”

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困于成本，走出实验室的巨大挑战

1957年，世界上第一家植物工厂诞生在丹麦。1974年日本等国也逐步发展起来，东芝、富士通、松下、夏普等日本科技巨头扎堆建设。如今在国内，植物工厂也并不新鲜——目前我国植物工厂总数已经超过250座，成为数量仅次于日本的植物工厂大国。

但坦率地说，目前可以称为落地普及成功案例的植物工厂，国内难寻更多案例。

原因在于，植物工厂最难的不是技术瓶颈，而是建设成本和运营成本居高不下——这几乎是所有参赛选手对植物工厂的直接认识。

建设成本上，集装箱这样的植物工厂，在全封闭环境下进行生产，需要投入包括外维护结构、空调系统、人工光源装置、多层栽培架、营养液循环与控制系统、计算机调节与控制系统在内的系列昂贵工程与装备。

最大问题是可怕的后续运营成本，这主要是每天24小时不间断的人工照明、气候控制能源消耗带来。美国堪萨斯州土地研究所此前认为，倘若利用垂直农业取代美国全年小麦生产，仅照明用电需求，就是美国所有电站1年生产总电量的8倍。

鲍华团队提供的数据，也证实了这点：当前植物工厂所面临的最大挑战来自能源消耗，其中电力消耗占比52%、劳动力消耗占18%。另外，各种材料费、工人劳务费、物资运输费、人员管理费等也不可小觑。

这导致商业上的现实挑战是，价格成为植物工厂蔬菜端上普通人餐桌最大阻碍。普通生菜每千克成本不超过8元，而植物工厂每千克生菜需要消耗10度电——这还是当前行业较高水平，产品成本高达20多元。

价格昂贵消费者鲜有问津，又会拖累企业盈利。日本是全球LED照明、植物工厂发展最快国家，但根据《福布斯》报道，日本植物工厂有大约70%无法实现盈利，甚至有人认为，这一数字应该接近90%。

在美国，被高昂能耗成本拖垮的垂直农场企业，不在少数。成立于2010年的Farmedhere，曾是北美最大的室内垂直农场，但深受LED灯照明成本的困扰而宣告停业。

因此，所有植物工厂想要走出实验室，都需要以降低能耗为导向，以最低能耗获得最大产出。甚至，这可以抢先掌握未来竞争核心。

如何降低能源消耗上，四支队伍有着相同之处，可以简单理解为通过人工智能技术和控制策略，优化灯源、光谱、环境设计等的能耗利用。

节约用电、提高光电转换效率是郑建锋团队思路。基于以往“AI种植草莓”经验和试种的反馈，郑建锋团队提出动态提供光信号和光合能量，为植物定制光配方。

这可以简单理解为，不同作物需要不同的光周期，寻找到植物最佳光合生长平衡点后，动态提供光源能耗，就可以找到生菜用电能耗最优模式。

徐丹的思路和郑建锋有类似之处，他认为根据传感器监测的植物生长情况，可以不断给植株调整“座位”，不同密度区给予不同光强度与光配方，实现空间与光能的最大化利用。

降低空调能耗，是鲍华本次比赛关注重点，他希望优化光源配备、加大光学新材料的应用，同时让工厂内部实现水、营养液的循环利用，提高能源利用效率。“产量提高40%以上，能耗降低25%以上。”

此前，该团队探索清洁能源的利用，成功进行水面上零耗能，光伏新能源发电种植蔬菜实验。这也让外界看到，“万物生长可以离开太阳”——光伏、风能、水力等取之不尽的能源，也可以为植物工厂提供能量。

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落地普及，端上消费者餐桌已有可能？

具体到能耗可以降低到什么程度，还需在90天后揭晓答案。但这些探索至少可以证明：植物工厂成本难题，看上去并非无解之题。

理想结果是，一旦能源消耗被验证可以通过优化、替代方式降低到一定水平，且高效、高产，那么设施上的一次性较大投入，就并不太重要。加上人工智能无人化管理，植物工厂经济性也就会凸显出来。

中国蔬菜需求市场巨大。商业角度来看，蔬菜植物工厂种植价值远远超过水稻、小麦等主粮，且种植难度、要求更低。比如生菜，市场平均价格在每斤近4元，超过小麦平均1.5元的价格。

在我国，生菜是一个巨大产业，因为脆嫩清爽的口感，以及所代表的健康餐饮理念，走进了千家万户。据FAO统计数据显示，2020年，我国生菜和菊苣类蔬菜播种面积达606.43千公顷，在全球所占的比重为49.45%。但大部分都是传统农耕、温室大棚方式种植出来，耗时久且产量不高，“生吃”的安全性、洁净度上也比不上植物工厂。

因此，一旦植物工厂的生菜种植应用普及得到验证，那么无疑会加快中国消费者对植物工厂种植的认知——像生菜这样的蔬菜，会很容易走进菜市场，端上普通消费者的餐桌。

而鉴于植物工厂巨大潜在优势，生菜种植对探索智慧农业的应用普及和商业模式，更是具有可持续发展意义。

“如果我们北京基地能够盈利，那么就可以拷贝到全国任何一个地方。”这是徐丹的“野心”。此前，智能新技术的应用，使他基地里作物几乎摆脱农药使用，单位面积耗水量不足传统农业的1/10、产量却是传统农业10倍以上。

在徐丹计划里，本次比赛中训练的AI，还可以为后续更大规模高端植物工厂服务。比如，将自己经验转化为逻辑与数据，设计出算法模型，就可以在更多农业场景应用。

AI种植能力在农业生产中已有诸多应用。在小汤山国家农业科技示范园，郑建锋团队此前的科研成果，包括草莓营养液配方动态调整技术等得到了推广。在辽宁丹东东港，一家草莓合作社在引进智多莓公司AI技术后，实现了一个人管理7-8个大棚同时产量翻倍的效果。

这种落地应用案例，对解决未来人类发展诸多问题至关重要——比如，成为解决大城市粮食供应、人口、资源、环境问题的重要途径。

全球一些城市已加快探索步伐，在四面环海的新加坡，把垂直种植模式应用到城市农业中后，成为绿地覆盖面积为50%的“花园城市”。

这也是郑建锋们的目标所在：助推基于植物工厂技术的鲜食蔬菜规模化高效生产，为北京、上海等大型都市的菜篮子工程提供解决方案。

另外，在极地、荒漠、戈壁、海岛、水面、太空等极端环境，也已成功验证，科技带来的种植革命，是食物自给、蔬菜自由的重要手段。

南极中国科考队实现了蔬菜自由

一个例子是，在冰雪覆盖的南极长城站，各种绿色蔬菜、黄瓜、西红柿、辣椒等正在全透光温室里肆意成长，年产量达900斤，完全满足科考队日常所需。

2月13日，今年中央一号文件发布，这是21世纪以来，中央连续出台的第20个指导“三农”工作的一号文件，建设农业强国成为重中之重。

这意味着，无论是科技与农业的智慧融合，还是更多人才跨界变身“新农人”，都才刚刚开始。

在“生菜快长”队，队员林童本科到留学博士都是计算机科学，但在刘宁晶博士影响下——后者是徐丹第二届参赛队员，此前放弃绿卡回国加入拜耳从事数字农业项目，才踏入了农业领域。如今，林童是拜耳作物科学亚太区数农孵化器的数据科学家，试图将算法与农业更好结合。