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今年6月，昆明滇池古蓮村的草莓種植戶老張，計劃利用夏天的農(nóng)閑時分，為自家的草莓大棚裝上一套自動化施肥和種植決策系統(tǒng)。老張打聽了許久，對比了不少供應(yīng)商，最終選擇了當(dāng)?shù)亍靶∮忻麣狻钡闹嵌噍緛砗献?。之所以小有名氣，是因為智多莓公司負?zé)人程飚在去年首屆“多多農(nóng)研科技大賽”中獲得了二等獎。
程飚參加的多多農(nóng)研比賽，是在聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織的指導(dǎo)下，由拼多多和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合舉辦的一個開放性農(nóng)業(yè)科技競賽，旨在探索讓更多前沿的農(nóng)業(yè)科技，從實驗室走向田間地頭。
第一屆比賽的規(guī)則也很簡單——在120余天的時間中，控制溫室環(huán)境與水肥，種出品質(zhì)佳、收益好的草莓。
智多莓由一群來自中科院自動化研究所、昆明市農(nóng)科院、昆明市公安局的專家，以及云南的企業(yè)家組成，這也是唯一一支進入決賽的云南本土隊伍。他們研究的是，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、圖像識別等多種技術(shù)，與農(nóng)科院專家的經(jīng)驗結(jié)合，輸出一套數(shù)字化的草莓種植方案。
就在比賽快進入尾聲的時候，程飚和團隊成員一起注冊了現(xiàn)在這家智多莓公司，并設(shè)計了自己的Logo，將比賽探索出的算法模型、水肥控制方案和自研硬件設(shè)備等進行商業(yè)化開發(fā)，提供給全國的草莓種植戶。
去年11月起，程飚和團隊在古蓮村啟動了第一個商業(yè)化項目“社區(qū)種植者支持計劃”，由智多莓投資建設(shè)數(shù)字化農(nóng)業(yè)服務(wù)工作站，在田間地頭的一個20多平方米的小型集裝箱內(nèi)，裝進了自動化施肥和種植決策系統(tǒng)，預(yù)計可以服務(wù)周邊100畝左右的草莓園。
作為首批用戶，老張抱著試試看的心態(tài)，將自家的2畝草莓接入了這個工作站，每株草莓一年付0.3元的服務(wù)費。他算了筆賬，從去年10月到今年五一種植季結(jié)束，自家的2畝草莓地比去年多賺了三四萬元，而且還節(jié)省了將近4000元的肥料成本。這樣來看，每年花2000元不到的服務(wù)費，實在是一筆劃算生意。
“去年掙到錢的現(xiàn)實，和今年繼續(xù)掙到錢的愿望，這才是種植者持續(xù)投入的動力?！背天J為，技術(shù)的關(guān)鍵在于，要讓農(nóng)戶認可并從中受益，這是第一屆農(nóng)研大賽的初心，也是農(nóng)業(yè)科技從業(yè)者最應(yīng)該做的事情。
云南昆明，8個100平米左右的溫室中，來自云南農(nóng)業(yè)科學(xué)院的阮繼偉研究員扎進去就是大半年。作為云南聞名的“草莓博士”，阮繼偉和團隊負責(zé)第一屆比賽的農(nóng)事管理、數(shù)據(jù)測定等工作。
▲去年夏天，云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員阮繼偉和團隊，為比賽隊伍提供了全方位的農(nóng)事管理服務(wù)，并對各隊伍的草莓進行甜度、硬度等數(shù)值測定。圖｜穆功
4個玻璃溫室中，集成了大量的傳感器和荷蘭騎士集團的環(huán)控系統(tǒng)，來自全球各高校和研究機構(gòu)的參賽隊伍，可調(diào)用Webservice的API服務(wù)接口，通過一行行代碼來控制作物生長所需要的溫濕度、水肥等。旁邊的4個塑料溫室中，則布設(shè)了普通的滴灌系統(tǒng)和施肥設(shè)施，來自全國各地的頂尖農(nóng)人，利用傳統(tǒng)園藝技巧精心培育草莓。在4個月的種植季節(jié)結(jié)束后，他們要在草莓產(chǎn)量、甜度、投入產(chǎn)出比等多個數(shù)據(jù)緯度進行比拼。
為了在100平米的溫室中種出更多、更好的草莓，選手們各辟蹊徑：
7 位瓦赫寧根大學(xué)、屯特大學(xué)、阿姆斯特丹大學(xué)的青年學(xué)者組成的 AiCU 隊，從荷蘭寄來了一套額外傳感器，并利用雙層算法單元建立更加精準的作物模型；
由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程研究中心的博士們組成的CyberFarmer&HortiGraph隊，通過多組攝像頭的圖譜識別，更及時捕捉草莓生長情況；
全國勞動模范、江蘇鎮(zhèn)江的草莓種植高手紀榮喜，一下飛機就直奔比賽基地，從家鄉(xiāng)帶來的“秘方”油渣，為種植的基質(zhì)增添點肥力。
“傳統(tǒng)種植的挑戰(zhàn)難度，其實遠高于AI種植?！比罾^偉認為，相比于AI組完善的環(huán)境控制條件，農(nóng)人隊伍的現(xiàn)場管理難度要更高。他和團隊每周都會為參賽隊伍提供一次植株、果實等生長數(shù)據(jù)，在兩個種植季結(jié)束的時候，盡管AI隊伍的草莓產(chǎn)量平均值高出農(nóng)人隊伍平均值196.32%，但在甜度這一指標上，農(nóng)人隊伍要超出5.24%以上。
AiCU隊成員，荷蘭瓦赫寧根大學(xué)的博士閔錢希曦是云南人，此次她與團隊成員一起在家鄉(xiāng)的土地上“云種植”。這支“車庫小隊”由一群在荷蘭的中國留學(xué)生組成，成員來自園藝、電氣、植物、數(shù)學(xué)等多個專業(yè)，在此次競賽中獲得第三名。
“現(xiàn)在來看，比賽中我們遇到的最大挑戰(zhàn)，不是遠程或者數(shù)字化，而是沒種過草莓。”閔錢希曦說，團隊將積累的黃瓜、番茄模型，結(jié)合植物生理狀態(tài)傳感器返回的實時數(shù)據(jù)，遷移到草莓種植上。她們此前曾參加過“國際智慧溫室種植挑戰(zhàn)賽”，探索AI種番茄并取得亞軍，這次“算法移植”，驗證了隊伍技術(shù)模型的可復(fù)制性。
因為疫情的影響，AiCU無法回到國內(nèi)，隊員們委托現(xiàn)場支持專家將自己種出的AI草莓，寄給了家人分享。同時，他們還在籌劃將比賽成果商業(yè)化，成為一家農(nóng)業(yè)算法服務(wù)商。
▲在第一屆比賽中，AiCU隊伍使用了雙層算法單元過濾和處理數(shù)據(jù)，從而得出更精準的決策，成功將番茄和黃瓜模型遷移到了草莓上。圖｜AiCU
簡單來說，種植者可以使用AiCU的決策系統(tǒng)，在不同種植場景、不同作物中進行部署，何時施肥、施肥多少、是否需要降溫/加濕，都可以交給AI，計算出最優(yōu)解。同時，硬件和培訓(xùn)也在他們的商業(yè)服務(wù)范圍內(nèi)，比如幫助種植者開發(fā)更低成本的氣候傳感器設(shè)備，以及提供水肥配方、能源分配等策略培訓(xùn)。
閔錢希曦說，團隊成員大部分已在荷蘭的學(xué)?？蒲?、公司R&D部門任職，從事模型、數(shù)學(xué)、傳感器和溫室園藝相關(guān)工作。目前，他們已經(jīng)為江蘇兩家種植企業(yè)提供了商業(yè)化的種植算法服務(wù)。
“用更簡單、更可持續(xù)的方法為每一個人穩(wěn)定地提供優(yōu)質(zhì)、美味的蔬果。”這是AiCU成立的初衷，程飚也非常認同這個理念，他和AiCU團隊的成員有多次深入交流，并希望在研發(fā)和服務(wù)層面展開更多協(xié)作。
在比賽過程中，程飚和團隊成員完成了數(shù)字農(nóng)業(yè)服務(wù)的軟硬件開發(fā)，以及數(shù)據(jù)與算法產(chǎn)品架構(gòu)。目前，他們采取了“社區(qū)種植者計劃”的服務(wù)模式，在農(nóng)業(yè)地區(qū)由智多莓投建數(shù)字農(nóng)業(yè)服務(wù)站，并按照服務(wù)面積收取服務(wù)費。目前，這套系統(tǒng)已經(jīng)在云南的怒江州、曲靖市等區(qū)域落地。
“預(yù)計再有3年，團隊可以做到千萬元級別營收?！背天f。
微軟Azure全球原首席科學(xué)家Ranveer Chandra，和多支AI參賽隊伍有過深度交流。他認為，將人工智能技術(shù)用于草莓種植，并將大量不同的先進技術(shù)帶到田間地頭，是非常有趣，非常令人興奮的事?！盎谶@些創(chuàng)新的改變，我們可以種植更加多元化的營養(yǎng)食物。”Ranveer Chandra說，希望選手們將人工智能等新技術(shù)應(yīng)用到項目的過程中，能夠為人類技術(shù)進步產(chǎn)生更深遠影響。
將實驗室的前沿技術(shù)遷移到田間地頭，只是第一步。
對所有試圖商業(yè)化的參賽隊伍來說，如何將這些技術(shù)變成真實的產(chǎn)品，并讓農(nóng)戶接受，則是更現(xiàn)實的問題。
紀榮喜是參與第一屆多多農(nóng)研科技大賽的農(nóng)人組選手。這位出生于1965年的鎮(zhèn)江人，參與、見證了江蘇草莓三十多年的發(fā)展歷程，他帶領(lǐng)莓農(nóng)們種草莓、學(xué)技術(shù)，從零到畝產(chǎn)3000斤，一步步脫貧致富，并在2015年當(dāng)選為全國勞模。
在鎮(zhèn)江句容，紀榮喜是最擅長利用科技的種植高手，他很早便去日本學(xué)習(xí)草莓種植技術(shù)，并在大棚里裝上了LED補光、水肥一體化灌溉系統(tǒng)等設(shè)備。但參加比賽的過程中， 紀榮喜和團隊近距離接觸了AI隊伍的自動化決策系統(tǒng)后，深受觸動。
氣候計算機基于實時采集的數(shù)據(jù)，精準控制大棚開窗通風(fēng)降溫、施肥補濕，無人值守且做到了高產(chǎn)，“我們雖然有水肥一體化設(shè)備，但主要還是靠經(jīng)驗來調(diào)肥，氮肥、磷肥、鉀肥一起拌進去，不科學(xué)也不精準。”紀榮喜說，他更想要一套精準的施肥核心技術(shù)。
▲在云南，智多莓的數(shù)字農(nóng)業(yè)工作站已投入使用，并為草莓種植戶提供水肥控制等服務(wù)。圖｜智多莓
今年，紀榮喜邀請智多莓團隊來到鎮(zhèn)江句容，計劃給大棚裝上控肥系統(tǒng)。他希望這套設(shè)備能更精準施肥，提升產(chǎn)量并在合作社內(nèi)推廣，“現(xiàn)在我們里合作社有100多位農(nóng)戶，種300多畝草莓，如果推廣開來，對效益是非常大的提升。”
來自中國草莓第一大產(chǎn)區(qū)遼寧東港的馬廷東，則看到了另一面：不管是算法還是新設(shè)備，怎樣可以解決勞動力短缺的問題？
馬廷東去年也參加了多多農(nóng)研大賽，他的另一個身份是丹東市圣野漿果專業(yè)合作社理事長。這個合作社有157戶草莓種植戶，種植面積超過6000畝。他們遇到的難題是，勞動力短缺帶來的人工成本過高問題。
每年八至九月份，是東港草莓定植的高峰季，人工費用飆升至30元/小時。同時，后續(xù)還有草莓分選、分級的成本。一斤草莓從田間地頭采出后，按照大小、品質(zhì)分級，每斤分選費用在0.5元，“一年最少600萬斤草莓上市，這樣光分揀費用就要投入300萬元以上?！瘪R廷東說。
他也仔細研究了AI隊伍在比賽中的產(chǎn)量、投入產(chǎn)出比等數(shù)據(jù)，得出一個結(jié)論——東港草莓發(fā)展仍在上升階段，隨著效益越來越高，在產(chǎn)業(yè)裝備設(shè)施的投入會越來越高，完全支持得起智能化分級分選設(shè)備的引入。
“如果將糖度、大小、果型、單果重都能分揀出來， 對草莓生產(chǎn)的標準化、品牌化有巨大意義?！瘪R廷東說，他們現(xiàn)在也在尋求智能化分選和自動采摘機器人的合作機會。
老一代的農(nóng)人，在尋求用新技術(shù)突破土地價值。新一代的農(nóng)人，則有著不同的理解。
中國另一個草莓種植強縣，安徽長豐縣的90后孫郁晴，完整參加了4個月的種植競賽，她對人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用提出了自己的觀點：“IBM提出AI應(yīng)該是Augmented Intelligence，因為AI是提高人的效率、擴大人的能力，而不是取代人。而且AI在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用一定要接地氣，切實的解決主體的要求。因為對大多數(shù)中小農(nóng)戶來說，他們更加迫切需要低投入、高效益。”
孫郁晴說，她覺得AI和農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)化和經(jīng)驗層面，有巨大的結(jié)合價值。如果將草莓種植規(guī)模、產(chǎn)量等信息與市場信息進行關(guān)聯(lián)建模，并分析成本、利潤和預(yù)算投入，這對于國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的專業(yè)化運營來說，是最值得投入的。
比賽結(jié)束后，她去了美國深造經(jīng)濟學(xué)。孫郁晴說，在接觸到這個比賽后，她意識到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域女性力量會越來越多，參與度也會更加深，所以她選擇了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟學(xué)和性別經(jīng)濟學(xué)兩個專業(yè)，準備從更加宏觀的視野研究中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展。
青年科學(xué)家和下一代農(nóng)人的探索，帶來了更多的想象空間。但土地上的問題要更加現(xiàn)實。
農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)重點實驗室主任、西北農(nóng)林科技大學(xué)教授何東健觀察發(fā)現(xiàn)，依舊在農(nóng)村種地的人，都是生于50、60年代的人，“70后都是少數(shù)，更不用說00后?！?/p>
去年疫情期間，大賽的評委專家，農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化專家咨詢委員會副主任委員、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授李道亮寫了本《無人農(nóng)場》的著作，他認為，最多再過25年，上一代的農(nóng)民就會退出工作場景?！罢嬲囊痪€勞動力年齡大約平均是55歲，45歲就算年輕的。反過來說，60后和70后是我們國家的主力軍，但這些人再過25年差不多就全部退出了，補上來的會越來越少，這就是一個基本的現(xiàn)實?！?/p>
紀榮喜也在為將來幾年的草莓園苦惱，如今他的兒女都進城工作，家中的20畝草莓，主要是他和愛人在耕作，農(nóng)忙時節(jié)會在村中請兩位零工幫忙，但難免捉襟見肘?！拔医衲暌呀?jīng)55歲了，再過5年可能就不種草莓了，到時誰來種？怎么種？”
上一代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植者的逐漸退出，是必然的過程。更加迫切的問題是，這片土地未來要如何承載起食物供給的需求。
▲在發(fā)達國家，農(nóng)業(yè)從業(yè)人口占社會人口比重在持續(xù)下降，農(nóng)業(yè)科技的進步讓更少的農(nóng)民養(yǎng)活了更多的人口。
圖片｜OWID
事實上，世界上任何一個國家的農(nóng)業(yè)從業(yè)人員占社會人員的比例，永遠持下降趨勢。公開數(shù)據(jù)顯示，目前美國、法國、日本等發(fā)達國家中，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員/社會人員的比例普遍在3%～5%左右，最少的國家是以色列，大約0.9%?？梢姡r(nóng)業(yè)裝備和技術(shù)的巨大進步，可以讓更少的農(nóng)民種植管理更多土地，為更多人提供食物。
中國著名經(jīng)濟學(xué)家、北京大學(xué)國家發(fā)展研究院教授周其仁呼吁，不能認為農(nóng)業(yè)是個傳統(tǒng)行業(yè)，農(nóng)業(yè)是可以應(yīng)用高科技的行業(yè)?！艾F(xiàn)在很多人沒信心，覺得農(nóng)業(yè)收入就是低，誰搞農(nóng)業(yè)誰窮。要從大城市周圍開始突破這個概念，把科技加進去，農(nóng)業(yè)是有希望的。比如，發(fā)達國家丹麥，人均收入5萬多美元，養(yǎng)豬業(yè)還很發(fā)達。這就是依靠科技，讓好的種豬供應(yīng)全世界?！?/p>
事實上，農(nóng)業(yè)的迭代升級，已經(jīng)成為中國最為關(guān)注的重要問題。今年中央一號文件提出，要全面推進鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)、人才、文化、生態(tài)、組織振興，尤其是要推動“農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化取得重要進展，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化邁上新臺階。”
李道亮判斷，未來30年內(nèi)，中國的農(nóng)業(yè)會發(fā)生巨大變革，也將從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)實現(xiàn)到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的跨越?！岸喽噢r(nóng)研科技大賽探索了人工智能解決人的勞動力問題，接下來要鼓勵更多的社會力量、科研機構(gòu)加入，來一起研究、攻關(guān)，真正推動產(chǎn)業(yè)不斷前進?！?/p>
▲在第一屆比賽的初賽環(huán)節(jié)，“我說的都隊”隊長石奡坤（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所碩士在自家地頭，向評委們陳述技術(shù)方案。圖｜穆功
第一屆比賽的參賽隊伍已為未來農(nóng)業(yè)科技應(yīng)用和服務(wù)，探索出更多的解決方案，開始走向商業(yè)化應(yīng)用。多多農(nóng)研科技大賽組委會負責(zé)人蘭克表示，“這是令人振奮的一個開端”，即將開始的第二屆比賽，將升級為一個更加開放的平臺，它向全球的青年農(nóng)業(yè)科學(xué)家提出一個問題：如何用設(shè)施園藝、生物技術(shù)等多樣手段，讓番茄的營養(yǎng)成分實現(xiàn)大幅度的提升和突破？
“我們希望能夠邀約全球的好手參與，一起來研究這項開放性命題。對我們這樣一個起家于農(nóng)業(yè)的新平臺來說，持續(xù)不斷探尋農(nóng)業(yè)更上游的答案，是必須要追尋的方向，是自身的責(zé)任所在?！碧m克說。
首屆大賽的另一位評審專家，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院教授王紅清認為，未來農(nóng)業(yè)是一個龐大的系統(tǒng)性工程，需要作物栽培、農(nóng)業(yè)機械、物聯(lián)網(wǎng)、生物工程、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟等多學(xué)科的交叉融合。“只有打破人才圈層，讓搞信息技術(shù)的專家、搞人工智能的專家、搞機電工程的專家、搞農(nóng)業(yè)種植的專家、搞流通上行的專家們一起，共同參與農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的積累，通過這種產(chǎn)學(xué)研的互相融合，才能探索突破的可能性。”王紅清說。
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