“赛博农人”，吹响都市垂直农业狂想曲
6月27日，在上海崇明岛光明母港举办的“光明多多垂直农业挑战赛”暨第三届“多多农研科技大赛”圆满落幕，“集装箱垂直农场”成为比赛的焦点，四支队伍进入决赛，在没有任何经验的前提下种植新品种生菜“翠恬”，生物学、农学、物理学……“赛博农人”们绞尽脑汁，各显神通。
城市寸土寸金，如何发展都市农业？元一智库农研中心主任、《农参》总编辑铁丁老师认为，城市化和现代化使未来的农业面临多层次需求，既有普通农业，也有靠科技含量满足部分消费者需求的都市农业。垂直农场解决的是如何突破耕地限制建立保供链条的问题，是农业依靠科技离开大地，解锁更多商业和生活新模式的一个风口，更是农产品科技品牌的落地探索。
一、未来农业，多元科技是筋骨
自上世纪90年代，寿光的塑料大棚种植便成为设施农业中的鼻祖，后来又出现了玻璃温室等温室种植的迭代，科技让我们几乎忽略了季节对农业的限制，实现了各种蔬菜水果“自由”。不可否认的是，我国人均耕地资源有限及强调粮食安全新型粮食供给的大背景下，蔬菜、水果等经济作物面临土地资源紧张的风险，探索垂直农场就似乎成为了“必修课”。
作为新兴的种植模式，垂直农场与传统塑料大棚、玻璃温室都不同。它最大的区别点在于，采用全人工光的方式进行立体式耕作，以期最大化地节省土地资源，提高单位种植面积上的产量。
“集装箱垂直农场”可以实现对环境要素的全面掌控，拥有更多的“精细化”和“模块化”能力，人们可以精确计算并提供最适合的光照和水分，还可以不断将新能源和AI等技术引入进来。“光温水肥气”都需要人利用算法控制不同的参数实现，同时也依赖着工业化设备的稳定性。一旦设置不合理，将对植物生长产生毁灭性的打击。
LED灯如何调配，营养液怎样配比，能耗又如何降低……如何精准调控集装箱，找到不同时段适应植物生长的“最优解”，这牵涉工学、农学等学科领域，无一不对“赛博农人”提出更高的要求。
以本届“多多农研科技大赛”种植的“翠恬”生菜为例，这个品种对环境非常敏感，温度升高1℃就能看到它的外在形态会产生明显变化，可能叶子会细长。对光线的要求也极为苛刻，光照稍强或稍弱，叶面的颜色都会有变化。参加比赛的“赛博农人”必须使出浑身解数来了解生菜“喜欢什么”。
因此在前两周，四支队伍主要是收集数据进行“试错和建模”，在最后一个周期里铆足劲，看谁能种植出最多最好的生菜。
多元科技是未来农业的筋骨。此次大赛评委、上海农科院园艺所所长朱为民表示，智慧农业首先要解决的就是环境控制问题，而其背后所对应的是能量的计算和调整，“这不是单凭农学就能解决的事”，农学家与工程专家的对决既是本次决赛的一大看点，又是现代农业发展过程中的一大亮点。
本届比赛期间，夺冠的上海农科院队开发了一套智慧种植决策管理系统，正在申请专利和软件著作权。该系统融合植株的生长模型、光截获模型、蒸腾模型等算法，实时收集各类传感器回传的数据，尤其是利用深度相机多源采集图像数据进行植株长势监测，可辅助有关光配方优化、环境调控、缓解烧心、及时采收等方面的种植策略判断。
“多多农研科技大赛”中获得优异成果的“集装箱垂直农场”向赛博农业又迈进了一步，同时也是未来产业融合的创新实践，在这些勇于探索的“赛博农人”身上，我们看到了农业科技落地的希望。
二、如何看待垂直农场又贵又耗能？
垂直农场难以推广落地，因为成本太高。
《华尔街日报》曾在报道中指出，创造和维护“垂直农场”，需要大量的成本和投入，例如技术支持、能源供应。此外，行业饱受产量太低、不经济划算等问题困扰。很多垂直农场赛道的企业，都遭遇了失败或者停止了扩张，“因为它们难以管理成本并在当地市场竞争。”
大赛组委会介绍，普通生菜每千克成本大约4元至8元，而水平较高的植物工厂每生产1千克生菜需要消耗10度电，投入成本大致可以分为能耗、人工、设备折旧和物资投入等几个部分；大规模种植下的统计成本，其中能耗就占据了20%，而光照投入又占据能耗成本的50%-60%。其生产方式决定了高能耗的特性，如此看来，垂直农场真的不节能也不环保。同时，垂直农场生产的生菜成本或达20多元，很难说在进入市场后能产生经济效益。
那垂直农场的未来在哪儿？
带团队参赛的极星农业的总经理徐丹认为，目前对垂直农场的研究还不到追求利润的时候，现阶段的主要任务是解决方法论的问题，在比赛中哪些决策影响了最终的产品质量，哪些数据是有利于决策的，要总结经验，寻求突破。垂直农场的探索并非一朝一夕就能抵达终点，很有可能在不断攻克盲点之后才能迈上一个台阶。例如他指出收集植物的生长数据可以应用于相关算法开发，研发温室内使用的智能传感器，能帮助当前很多正在转型的传统温室实现收益。
在这场“向农业科技要食物”的挑战中，谁能降低能耗，谁就能将垂直农业向前推进一步。
因此本次比赛的重点评分标准也是降低能耗成本，围绕能耗问题，进入本次大赛的决赛团队们提出了各自的方案。其中，上海交大的团队给出了一个与工科交叉的思路，他们将用于工业场景下的能耗控制技术方案，转向垂直农场使用。
农学专业的参赛者则从植物生长内部的视角，提供了优化“光配方”的能源利用效率思路，作物在不同的生长阶段，对光波的需求是有差异的，可以通过优化“光配方”算法，动态调整光源来满足作物生长的需求，进而节约能源。但是“光配方”不是孤立存在，还要与植物生长过程中的多维度数据结合，如植物模型、营养液配方、环境等。
不过，这些采集、算法模型训练及试验都只是前期的积累工作，想要规模化地实现垂直农场的节能，还需要投入大量的资金和时间去实践。
在中国农业大学CyberFarmer队长郑建锋眼中，不同环控策略带来的差异，凸显了技术的魅力。但他表示，比赛用到的设备、各种能耗支出，均摊到一株菜成本在8块左右。如果进一步扩大生产规模，成本最低能降到2块8。“三块钱一株生菜有没有人买，这是一个问题。”他说生菜真正投入市场时，应发挥植物工厂自身的优势，比如鲜食、免洗，让生菜像水果一样具备更高的附加值。
换一种思路来看，垂直农业是新的生产方式的一扇门，打开这扇门，可能会发现非常多意料之外的惊喜。比如，尽管输了比赛，“生生不息”团队的农学专家查凌雁意外发现了在光合作用下，植物的产量和品质之间可以找到一个平衡点，这给通过光照调控提升植物的口感类物质提供了新的科技支撑。
农业要想突破“靠天吃饭”的束缚，还真不是那么容易的事，关于垂直农场的探索，或许要持续很长一段时间，但在此期间迸发出的许多灵感，都可能是打开下一扇门的钥匙。
三、“赛博农人”的机遇和传承
除了解决用地和产量问题，垂直农业的潜在价值还有两点，一方面，垂直农场依赖科技，能够吸引一些理工学科的人才进入农业领域，创造新的就业机会。而在这次的“多多农研科技大赛”中，来自上海交大的CyberFarmer团队，全部都是没有接触过农业的工学专家，竟然也凭借生菜的快速生长获得了第二名和“最佳节能奖”，追求经济价值最大化的同时，做到了高效节能，打破了生菜培育上的耗电局限。
这让我们看到，农业不光是种植养殖的技术。随着我国社会转型，大量的高学历人才难以找到合适的岗位，垂直农业的多元性、精准性以及未知性都是吸引多学科人才关注农业的魅力点。在多学科交融、多项技术叠加的背景下，寻找提升种植效率、节能减耗、缩减人力、缩短流程、降低成本等帮助农民减负的方法，最终让农业科技成果普适化，可操作化，同时也让这一群充满活力的“赛博农人”找到了发光发热的机遇。
另一方面，当农业不再是“面朝黄土，背朝天”的露天作业形式，能够突破地理文化条件的限制时，“赛博农人”的传承会更容易发生。中国千年来小农历史决定了我们的农业不可能走向大农场模式，而三产融合同样有“靠天吃饭”的因素，例如旅游资源禀赋的差异性，山区的农业三产化，通常会高于平原地区的农业三产化；发达地区的农业三产化，通常会快于欠发达地区的农业三产化；消费活跃地区的农业三产化，通常会“猛”于消费保守地区的农业三产化。
垂直农场恰恰能对这种限制发起挑战，它完全摆脱了地域、气候甚至时间的限制，强大的技术力让农民不再是一种“底层职业”，将来，“赛博农人”不需要顾虑离开城市的代价，在都市里就可以从事农业生产，甚至在楼顶放一个集装箱就可以种菜了。对垂直农场的理解应该放到更长的时间线里去看，在都市发展“社会化生态农业”，让乡村和城市共建一个繁荣的生态共同体，实现市民和农民的共生。
农业，从来都不只是农民自己的事，正如元一智库农研中心主任铁丁所讲，农业品牌化的实现，也离不开科技的支撑，良好的品牌生态圈，是一个可以自我调整、自我定位修补的系统，可以进行造血和更新，实现品牌的可持续发展。农业发展必然会迎来用大量科技和资本来支持的时代，而垂直农场很可能就是一条必经之路。
参考资料：
[1]窄播：「垂直农业」是一场必然的冒险
[2]南方周末：崇明岛上的种菜青年与赛博农业
[3]未来农业科学：垂直农业，中国农业现代化的新赛道？
[4]新华网：科学家“扎堆”研究垂直农业种生菜，探索工学、农学融合新路径
