用算法「种」出的草莓里,藏着年轻人与农业的未来

摘要

与互联网相比,农业领域的数字化,如同一片荒原,艰难与空旷。但也给了人们另一个空间,在探索中重新审视与反思科技的真正要义。


用数字种植服务小农

「还是低估了。」

工程师出身的程飚在两个多月前,参加了「多多农研科技大赛」——一个高原草莓种植的「人机对战」比赛,要求在 120 天的时间内,用 AI 算法远程控制草莓的生长,最终综合比拼草莓的产量、口感、成本等等。同时,有来自国内草莓大县的顶尖农人作为对照组。

过程是出人意料的。比赛进行到第六周时,他发现,AI 组的草莓长势要整体优于传统组,「大约要领先一周到 10 天」。

这意味着什么?「打个比方,如果我的草莓比你的早上市一周的话,那么这一周的市场定价权就是我的。」

AI 算法初步验证了,它有着改变现有游戏规则的潜力。

AI算法控制下生长的草莓结出果实 | 极客公园

如今比赛过半,根据大赛技术支持方,云南省农业科学院的专家团队测定数据显示,在成熟周期内果实数量对比上,AI 组整体均值超过传统组 175% 以上。

在 AI 组内,程飚所在的智多莓队在部分指标上仍落后于 AiCU 队。智多莓队由 11 位来自中国科学院自动化研究所、昆明市农科院等专家组成;而 AiCU 队的 7 个成员,主要是来自于荷兰的瓦赫宁根大学、荷兰阿姆斯特丹大学的博士、博士后,专业分别涉及温室园艺模型、电子工程、机器学习、数学等不同学科。

由 7 位来自瓦格宁根大学、屯特大学、阿姆斯特丹大学的青年学者组成的 AiCU 队。他们的目标是,用更简单、更可持续的方法为每一个人稳定地提供优质、美味的蔬果。|AiCU

由于疫情影响,在整个参赛过程中,他们都位于荷兰远程参赛,真正地践行了坐在电脑屏幕前把地种的未来场景。

AI 组的种植温室里,设备可实时读取温度、光照等环境参数,并实现温室内的自动化控制。

大赛中 AI 组使用的智能化温室 | 多多农研科技大赛组委会

对于现阶段的成绩差异,程飚觉得,荷兰的队伍种植模型以及农业数据的采集能力更强,「不是 1、2 年就可以跨越的差距」。

不过,程飚看到了跨国远程种植的可靠性。这是一个能够从源头改变农业生产方式的巨大机遇,一个可以串联起小农户,实现规模化、标准化生产的起点。他立即成立了一家商业化公司,将 AI 算法打包成解决方案,帮助农户减少水资源和肥料的消耗并提高产量。

很快,他们已有 200 亩左右的服务面积。「其中一个合作,9 月 20 日上午谈的,下午就开始定产地,现在已经在安装设备了。」云南的小农户们对于种植数字化服务的渴求,让程飚有了强烈的切身感受。


好的AI一定是在田间地头

跟程飚一样,参加此次「多多农研科技大赛」的队伍,都对未来农业发展有了自己的思考。

「多多农研科技大赛」是在联合国粮食及农业组织指导下,由中国农业大学和拼多多联合举办,召集了全球的青年科学家和顶尖农人进行草莓种植的「人机对战」,分成 4 支 AI 队伍和 4 只顶尖农人队伍。

比赛中的「意料之外」的不止以上那些。云南省农业科学院研究员阮继伟博士发现,通过温室内的栽种,参赛队伍成功将云南草莓产季提前了 60 天以上。「长江中下游草莓刚开始栽种时,大赛的第一季草莓已经丰收,仅此一项便能填补云南夏秋鲜食草莓消费的空白。」

「一开始我们农人队对于田间管理还是很有自信的,像人工对水肥、病虫害管理会更加及时,有一株草莓出问题都能及时解决。」传统农人组的队员孙郁晴说,这两个月下来,她们深刻认识到了农业数据化的重要性——当顶尖农人队在田间浇水、施肥时,旁边的 AI 组只需要对模型和反馈参数进行调整,温室的通风窗、施肥系统会进行自动响应,实现了「一身轻松搞农业」。

AI 农业的应用之一:卷积神经网络算法识别草莓叶 | 智多莓

实际上,这种情绪指向另一个问题。农业农村部农业物联网重点实验室主任、西北农林科技大学教授何东健认为,设施农业只是农业的一部分,粮食安全是潜在的更重大的问题——随着城镇化的进展,未来,谁来种地?

他观察到,「现在种地的都是生于 50、60 年代的人,70 年代都是少数,更不要说 00 后」。

越来越少的人从事农业几乎是一个不可逆的过程,何东健觉得智慧农业是解决这个问题的答案,「我曾经讲过,再过 10 年,在某些领域一定会实现无人农场、无人牧场,以及高端的植物工厂。」

甚至,身处顶尖农人组、来自江苏的全国劳动模范纪荣喜也和何东健持有相同的观点。他在镇江的实验大棚里,也加装了补光、补温、温湿度传感器,以及水肥一体化设备。「我 60 岁可能就不种草莓了,将来谁来种?怎么种?这是个亟待解决的问题。」

以上代码为大赛提供的降雨量、二氧化碳、光合有效辐射等传感器 API 接口 | 多多农研科技大赛组委会

比如,比赛中纪荣喜从家乡背来了油渣「秘方」作为底肥;艳九天巾帼队的孙郁晴和王琪通过调节水质酸碱度,促进草莓植株的铁元素吸收。「如果 AI 能学习到这些积累几十年的种植经验,那是最好不过。」他说。对于对技术的推崇,更要反应在经济性上。

目前,小农户是我国农业经营主体的大多数。如何让新型的设备和技术,变成好的投资回报率,让小农生产主体接受,是所有从业者面临的问题。

「如果没有好的产品生产出来,所谓的高产高效、优质优价都是白搭。」中国农业大学水利与土木工程学院教授、博士生导师贺冬仙表示,一定要针对消费市场来做技术的升级,否则会本末倒置,「一项好的 AI 技术,一定是能够在田间地头帮助农户做好产品。」


迈向一键种植之路

AI 组整体输出的成果几乎可以概括为:一键种植。

比如,CyberFarmer.HortiGraph 队开发了一套可复制、推广的云端系统,他们将种植草莓的过程中标准化、数据化,队长林森说,「只需要给农户一个接口,就可以把草莓相关种植的方法调出来之后,哪怕不懂种植,只要按照流程做,按照我们提供的经验值做即可。」

然而,实际应用中,农户应用这个「接口」的过程并不会很容易。AiCU 队的闵钱希曦举了荷兰的案例。

仅有两个北京大、且阴雨天多的荷兰,却是继美国之后世界第二大农产品出口国。这与荷兰依托玻璃温室技术,大力发展数字农业密不可分。

荷兰,航拍智能 LED 灯温室。当地通过 LED 照明散发的热量代替温室供暖,同时针对不同种类植物调节成合适的光谱波长,这样植物就能根据设定的光源进行生长 | 视觉中国

「在荷兰,去温室劳作的农民是具备专业资质的劳作工人。除了当地的职业学校会培养这样的人才以外,其他的人力机构也会培养农业产业工人。他们可以根据季节服务于不同类型的温室。而且,温室内也建立了劳动力的奖励机制,比如每个采收通道需要打卡操作,采收的效率就会实时记录进系统。」这时,农民转变为了产业工人。

对管理者来说,这样既积累了管理数据,在工人之间也会形成实时的比评,跟绩效挂钩。对从事农业的人来说,这意味着更轻松、体面的劳动方式,与更优的收益。

在各类算法的支持下,比赛基地内的草莓将在11月份进入第二个丰产季,并为产区输出数据经验 | 组委会

大赛评委、中国农业大学信息与电气工程学院教授李道亮认为,新一代的农民,和上一代农民已有很大差别,新的生产方式必然要颠覆传统作业模式,「像这次草莓挑战赛中,就要通过智能系统把作物规律挖出来学习,探索实现智能识别、智能学习、智能决策、智能作业,这也是未来农业的核心。」


下一个意料之外

一位创业者坦言,农产品供需精准匹配的关键在于能否像工业品一样生产。值得一提的是,目前比赛中的阶段性成果——聚类算法、图像识别算法、碰撞算法、多层神经网络等,已有近 20 种。

多多农研科技大赛组委会负责人兰克认为,这有望为国内草莓种植探索出「智慧插件」,输出到更多产区,实现一键式最优种植。帮助新农民从「卖得好」到「种得好」。

当从事农业的人越来越少、「谁来种地」成为焦虑时,当下的青年科学家们也正在用年轻人的方式,让年轻人回归更酷的「田野」。

多多农研科技大赛的赛程还剩一半,参考前半段的进展,后两个月的时间里,相信仍会有足够的「意料之外」。


图片来源:视觉中国、多多农研科技大赛

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