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天博官网中国设施园艺发展的机遇挑战-来自中荷产学研的前沿分享

  VeggieMight 是一个国际团队,拥有来自中国和荷兰的生菜种植者、荷兰和乌克兰的数据科学家、瓦赫宁根大学和研究中心的数字创新者和研究人员。我们希望通过不断的努力,实现我们的目标——人工智能可以帮助以可持续的方式让所有人的蔬菜生产变得更加轻松和愉快。我们相信我们是一个非常多元化的团队,能够汇集世界上最好的东西并释放数字农业的价值。

  VeggieMight的成员刘珍博士、徐丹总经理受邀参加有关设施园艺的国际学术交流会。以下为活动相关内容回顾。

  由瓦大学术交流协会、中农研究生会、全荷瓦赫宁根分会(CASSW)联合举办的 “国际视野”系列第一期学术交流会:“中国设施园艺的发展机遇和挑战”,已于6月5日顺利结束。本次活动邀请到中国农业大学高丽红教授、瓦赫宁根大学刘珍博士,北京极星农业徐丹总经理。三位嘉宾从不同角度分享了对中国设施园艺的看法。异彩纷呈的演讲激发了同学们对相关的问题的思考天博,与嘉宾进行了深入的交流。在此特别感谢三位嘉宾精彩的分享,以及中国农业大学园艺学院付国强对本次活动的支持。

  接下来本文将回顾三位嘉宾演讲的大致内容。点击文末“阅读原文”可获取嘉宾分享过程中用到的PPT。

  高老师首先指出了我国设施园艺领域的基础信息。在我国设施园艺作物主要包括蔬菜、果树、花卉等,其中蔬菜为主要作物,占设施园艺总面积的85%以上。园艺设施以投资较小、节能节本的棚室结构为主,包括:日光温室(18%)、塑料大棚(37%)和中小拱棚(44%)。得益于国家和各级政府在科研项目上持续支持,如今蔬菜无论是种类还是质量都取得了长足进展。

  明确说明设施园艺的基本信息之后,高老师指出如今设施园艺成本结构发生重要变化,正面临新的挑战:人工成本比重在逐步增加,从业人员老龄化,农业产业后继无人。

  随后更是举例说明了中国与荷兰各自设施农业现今的优势所在,并讲解到“我们要把中国的这种节能的保温技术和荷兰的这种控制的自动化技术结合,是我们未来的一个方向”。较为细致地讲解了一下同学们如何利用国际化的视野为中国的设施园艺领域注入新的活力。

  问:对于设施园艺,从业人员的老龄化,目前我们国内机械化和智能化程度能达到多少,能否实用使用机械来代替人工?

  目前我国设施园艺中机械的使用率是在35%左右,主要是在土壤旋耕环节,作物移栽环节部分能够解决,还有水培一体化环节可以基本靠机械解决,其余环节主要还是靠人工解决。在十四五末,通过我们刚刚说的农机农业设施的融合,提高机械化率,我们十四五的目标是达到50%左右。

  有一些蔬菜是可以做到全程机械化,像在北京的甘蓝种植,甘蓝的陆地机械化已经全部解决了,是比较成功的。虽然果菜不太容易做到机械化,但是在叶菜上可以,像韭菜这个全程机械化在设施里生产是可以的。

  我们选择给大家展示了这么多,无论是大跨度的温室还是大棚,防火是没有问题的,目前在日光温室里面使用的保温材料是没有任何问题的,但是现在强度问题是我们一直关注的。我们没有对它的结构进行设计包括强度出标准,我们需要和农机农艺融合起来考虑,然后再从建造的成本,用最经济的成本能够达到一个最好的强度,这是我们对未来的一个期盼。

  面积和产量基本上已经能够实现一个比较好的这种均衡供应了,不需要更多的面积。当然,我们预测还是可以有一定的增长,但是不需要,就像原来我们在90年代的时候,大家可以看到那个增长曲线,前面是非常快速的,那么现在的增长速度,一个是我们的基数本身很大了,那么它增长起来相对就不像开始基数小的时候增长的那个幅度那么大了。另外就是,我们目前现有的面积,能够满足我们蔬菜的周年均衡稳定供应,如果我们没有更大的蔬菜的出口,这也会限制我们的增加,比如将来我们通过一带一路让产品走出去了,可能我们的设施园艺规模就会增加一些。

  刘珍老师首先介绍了瓦赫宁根大学概况,瓦大师生所共同认同的一个使命为:“希望通过激发自然的潜力来提高生命的品质”,并提出了三大核心任务:“教育天博、科研、价值创造”,致使瓦大专注于与之相关的研究领域中如农业、食品、环境。它的主体是瓦赫宁根大学和研究中心,这二者体量相当,这种独特的组织结构也造就了独特的产学研合作模式。

  接下来,刘珍老师从瓦大的三大核心任务为出发点,以“AI智能温室”为例子,详细分析了瓦大的产学研合作模式。

  在教育方面,除了包含本硕博的教育项目外,也有着同等地位的职业教育。希望以这种机制将知识转化为产业中的应用。在温室园艺领域,瓦大设有夏令营项目,大师课,线上课程。除此之外更是开创性地举办“温室挑战赛”,通过比赛的形式激发对知识的掌握。

  瓦大的科研方面有两大驱动力:知识驱动和市场拉动。知识驱动是由科研机构的基础研究转化为应用研究,最后转化到应用。而市场拉动是将市场需求转化为科研项目。

  在知识驱动方面,瓦大打破了学科之间的壁垒,将与这个研究项目的所有相关学科都结合起来。比如涉及到温室园艺的各个方面,如气候,环境,水肥,自动化,作物保护,采购,国际合作和商业模式等,在瓦大的科研项目里统统会结合在一起。

  在温室园艺领域,瓦大已经有与很多产业支持和政府补贴结合的项目,比如,关于温室2030未来可持续生产项目,就是由瓦大研究中心和一些产业公司,以及温室设计公司合作的项目。实现了产业界与科研界互惠互利。

  关于价值创造,刘老师举了三个例子。第一个例子,瓦大的研究项目,对希望合作的企业的需求,是公开的,希望产业界的参与。第二个例子,瓦大的硕士课程之一,Academic consultancy training,学校会收到来自企业的待解决技术诉求,之后学生会为这个来自产业界的真实诉求做市场分析或可行性研究报告。第三,瓦大会组织很多知识专题活动,邀请业界从业人员来参与,直接与学生交流,让学生能够第一时间了解到产业现状。如农业食品机器人的交流活动,就是将瓦大有个食品农业机器人的项目开放给产业界,为大家展示最新的发展动向。

  随后刘老师表达了对农业项目的运作模式的看法,即黄金金字塔模型。除了产业,科研和政府的紧密结合还需要特别重视社会认同。并强调社会的认同会直接影响到科研成果的转化。进而引申出,除了瓦大原有的产学研结合机制,如今也更加重视社会的认同。

  最后刘老师总结到:瓦赫宁根大学的产学研模式是开放,合作和跨界天博。保持开放的态度,同各个大学和科研和下游产业合作,跨不同的领域,创造可持续发展的未来。

  温室挑战赛的前两届冠军已经成立了新的科技企业。无人温室在荷兰还在做商业性的测试,还处于探索阶段。但已经可以看到远方的曙光。

  问:瓦赫宁根大学和研究中心是什么样的关系?研究中心的运转资金是来自高校还是自负盈亏?何以可持续地运转下来?

  大学和研究中心类似于同一管理团队下的不同部门。研究中心是一个非盈利机构,需要自负盈亏。经费很大一部分来自各种类型的科研经费。有政府补贴和多家企业共同参与,还有就是为企业做的承包研究项目。

  它在中国的应用前景是十分广泛的。但现存的问题是应用性教育难以跟上行业的发展速度。相关的专业人才尚不足,且对人才培养周期是很长的。通过技术让温室管理更加便捷智能,在中国的应用前景很大。

  温室技术发展至今,除了反季节栽培,还有为持续增长的人口提供健康,高品质,可持续的食物。并且在城镇化的背景下,提供稳定的食品供应链,可以不受类似于疫情这种突发事件的影响,摆脱对环境和气候的依赖。

  主要是由大学牵头,瓦大的科研人员发起并组织,企业参与,政府补贴。政府会对关注的领域进行一定的指导,但项目的发起由科研机构发起,企业来参与,分工合作,各司其职。

  徐丹总经理分享了行业现状和未来发展前景的一些看法。高标准的设施农业能够最大程度提高资源利用率,是未来农业生产发展的趋势。如果蔬菜能够实现无土化和设施化,大量的土地资源可以释放给粮食作物。

  分享从中国温室的发展现状开始。如上图,温室设施种类,对番茄的产量和水资源的利用率都有显著影响。每一种设施背后的侧重点是不同的,总体而言的发展趋势是从减少自然灾害,到降低经营风险,再慢慢过渡到提高产量,优化品质。其中,半封闭玻璃联动温室水分利用率和产量都是最高,但是这种温室在国内还没有推广,这与整体设施的升级和行业现状息息相关。我国与荷兰的差距不仅仅是在设施农业一个领域上,而是整个产业链的整合,这样的差距不是以年为单位的,而是以代为单位的。

  随后徐丹总经理分享了在国内建造并运营半封闭玻璃温室的经历:2017-2018年,极星农业在北京密云耗资1.5亿建造了半封闭玻璃温室,投产番茄,水培叶菜和工厂化育苗,每年可为北京市提供番茄五百吨,叶菜一百吨左右。与拜耳的数据专家与瓦大的专家共同参与第二届“多多农研科技大赛”冠军,在参赛过程中,将多年积累到的作物模型,温室模型以及种植经验转化为人工智能算法,能够成功预测病虫害,并且最终以低成本获得了很高的产量,为未来AI在国内的应用打下很好的基础。

  随后指出在国内复制推广半封闭玻璃温室有三点很重要:好设施,好技术与好模式。并进行了详细说明。

  “好设施”指的并不是照搬国外的设施和策略就可以实现国产化的。举例来讲,荷兰的温室技术被本土化应用时,需要因地制宜。比如对光照,通风,湿度控制系统的设计,以及相应的种植策略进行调整。对于温室建造方面,荷兰的温室设计公司会利用CASTA等软件,集成各种结构参数,根据地理气候数据计算出最适合当地的温室的最佳结构,但国内目前设计院与一般的公司都还做不到大型温室的结构与功能量身定做。而对于不同作物品种,要具备阅读作物的能力,了解作物需求,才能提供更好的生长环境,提高作物的产量与品质。这样的学习时间成本是巨大的,但也是未来AI的发展方向,缩短机器学习时间,帮助制定种植策略。

  关于“好技术”除了硬性的理论依据,一个容易被忽略的方面是人力资源管理和劳动力培训。与传统种植人员相比,综合智能温室的运营需要高素质专业人才和跨学科人才,目前人才缺口很大,这也是未来发展的主要瓶颈。国内目前专业化的产业工人队伍依然是空白,也未形成专业的技术人员培训体系,主要依靠企业培养,目前温室每公顷用工5-8人,略多于荷兰温室,劳动量和生产计划的数字化管理有助于提高生产效率。未来农业从业人员的结构一定会发生巨大的调整,更多年轻人会参与到农业生产中。

  “好模式”指的是从上游的生产到下游的零售消费,每个环节的良性配合。而现今的中国设施农业存在一些广泛的问题,比如项目管理理念与实际生产脱节,卫生管理体系滞后,作物品种选择盲目,采后保鲜技术欠缺,综合损耗高,产品缺乏品牌建设。导致这个领域正在面临单位成本高,良品率低的挑战。从产业链的视角来看,中国生鲜供应链环节多,链条长,损耗大。传统生产模式受季节性波动明显。高标准设施农业可以最大程度解决农产品的地域空间的限制,本地菜和应季菜的概念也会在未来发生很大的变化。现阶段生产端产品标准化程度低,只能依靠中游分销商进行标准化。如果生产端提质升级实现产品供应的稳定性,商品性和标准化,就能推动流通环节的转变,提高供应链效率,对整个生鲜产业升级产生深远的影响。

  问:关于荷兰的温室模式,如果落地中中国的话,目前来看最需要解决的痛点是什么?是土地或者效率问题吗?

  说大一点这是一个理念的问题。我们现在看农业的话,不要把它看成一个设施,看成我们把荷兰的这种玻璃温室搬到中国,或者只是把这个整个设施做了升级,那么跟它配套的种植管理的理念和模式和管理方式,需不需要一块儿改,怎么改?那么跟他相配套的上游,比如种子从哪儿来,育苗怎么做?下游整个这个生鲜的供应链的渠道,品牌的匹配怎么提升?所以说我认为把荷兰的农业往中国去搬的时候,其实我们要先意识到一点,我学习的的不是温室,而是一个产业链。当年做极星农业的初衷就是先把种植这一个环节搬过来,之后向上和向下去提需求。我向上游去提需求,我需要国产的铝合金、钢结构、PVC、育种基地,育苗基地,种子公司,我向下游去提需求,我需要冷链物流,我需要配套的设施等等。你得去抓一头,然后带动一头,所以说我认为我们可能看温室,看这个行业,可以站的稍微高一点,刚才我说到中国跟荷兰这个行业的差距,一代两代的背后不仅仅是某一个环节上的差距,而是在整个产业链的差距,这也意味着背后的机会很多,但真正要做的话,是需要去找到一个切入点的。

  我们目前国内有很大的误区,就是所有的老百姓和政府都认为农业不需要用能。现在我们看农业走向工业化,工业化的背后就是就是化石能源。大家就认为我给你一粒种子,有土壤水和太阳就可以种,为什么会需要天然气石油呢?但是不管是北欧,荷兰还是北美,规模化生产的农业背后,就是化石能源。那可能本身我们国内的能源供应有些结构化的问题,但是可能从我们整个的社会来说就没有想过,种菜是需要耗能的。这个确实也是制约我们未来农业发展的有一个比较大的一个瓶颈,但是这个问题怎么解决?那我们现在也在思考,能源的获取的方式可以不一样,比如我们现在可以看到,我们最最传统的用法就是烧天然气。但是我们有的地方有地热,地表浅层地热是可以用的,也可以跟工业企业去结合,化工企业这些工厂的余热也可以用于农业。这就意味着刚才我提到的,我们需要一些跨专业的视角。未来整个农业能源结构是可以重新进行产业布局的,来解决我们现在这个能源成本占比高的问题。

  设施农业现在的高成本一定是暂时的,为了持续经营,就会面临目前相对较高的市场价格设施,农业的高品质一定是重要的,但是高品质并不意味着高溢价,农产品背后一定是低毛利率高毛利,我们非常反对去做过度营销和过度品牌化来获取高利润,我们希望食物回到本身属性的层面,维持正常的利润空间,但是最终能够通过高品质和连续稳定供应占领市场,未来通过优化品质产量、地域流通,尽可能降低损耗,提高效率。天博官网中国设施园艺发展的机遇挑战-来自中荷产学研的前沿分享

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