“养鱼不换水，种菜不施肥”——从鱼菜共生到数字农业

生活在北京这样的一线城市，人们很容易在生活中就察觉到时代发展的浪潮。不论是数字人民币的发布，还是身边机器人、智能设备的增多，亦或者街上越来越多的新能源汽车，都在无声地告诉人们，智慧城市正逐步走向现实，数字经济正在强势崛起。

数字经济容易让人联想到各种高科技领域，例如人工智能、无人驾驶汽车、脑机接口技术等等。但其实，数字经济所能涵盖的领域非常广泛，可以黑科技，也可以非常贴近生活，就比如我们的菜篮子。

数字农业现状：从鱼菜共生系统到“智慧售菜机”

重庆有一座鱼菜共生的数字农业实验基地，基地占地约4000平米，由众多钢架和玻璃构成的温室大棚组成。传统鱼塘往往只用来养鱼，产能单一。但是鱼菜共生系统则在多项技术加持下，用十立方米水达到传统鱼塘中一亩鱼塘的产能，且还能循环利用鱼池水资源种植蔬菜，实现“一鱼多用”，提升效益的多元目标。这对于一些周边缺少农业用地面积的城市来说，格外具有参考意义。

此外，在传统的鱼塘管理中，往往需要依靠人力进行投喂。而鱼菜共生系统则在物联网技术的支持下使用可移动的投饵机进行鱼苗投喂。相对于人工投喂，投饵机可以更加精准地按照鱼的尺寸、密度、摄食情况等数据严格完成投喂工作。不光如此，数字农场中的投饵机还能通过设备上所携带的摄像头识别鱼和水面的情况，在很大程度上脱离“人工操作”，智能判断鱼“饿不饿”，从而执行精准投喂。

再比如，在数字农场中，负责把养殖槽转移到栽培上的并非工人或者科研人员，而是一个个机械臂。这个机械臂可以进行24小时完全自主作业，作业精度非常高。机械臂的视觉系统可以帮助它进行扫描、定位工作，方位误差在毫米级别。内置的动作系统也经过多次测试、调整，非常地“人性化”，在移动托盘时会通过“倾斜”等动作确保托举物的稳定性，安全地将养殖槽转移到相应栽培架中。

总地来说，鱼菜共生系统实现了蔬菜和鱼的互不干扰，和谐共生，在提高了单位农业用地产能效率与农产品质量的同时，还能解放劳动力。

如今，我们在城市中也可以看到数字农业的一些缩影，例如在北京的一些写字楼里，就出现了一批类似鱼菜共生系统中那样的“智慧售菜机”。它们远看和其它景观绿植作用类似，都可以为写字楼增添一抹生机，但是你走进一看，会发现它们其实是蔬菜。这些蔬菜是真的可食用的而并非摆设，可以说是“吃看两不误”。

数字农业看似是突然出现在我们身边的。但其实早在1954年，中国就提出了四个现代化的战略目标：工业现代化、农业现代化、国防现代化、科学技术现代化。农业现代化放在数字经济的时代背景下，其表现就是数字农业。中国的数字农业发展到现在，已经经过了无数科研工作者十几年的辛勤付出。我们以重庆鱼菜共生实验基地的负责人之一李道亮教授为例，看一看数字农业在中国发展的一些故事。

李道亮教授钻研数字农业的契机来源于几次出国考察。十几年前，他在国外看到了一个温室，只需四五个人就能管理500万盆花，并且这个温室并不依靠种植者的知识或者经验来管理，而是通过一个完整的智能化系统去保证植物生长在一个最佳的环境，这让他大为震撼。随后，李道亮老师在2008年去比利时出差时，又看到了鱼菜共生的奇妙场景，这让李道亮教授看到了农业发展的新道路。

李道亮教授回国后，开始尝试研究如何将这种数字化的农业在中国落地，他先是得到了一笔欧盟的经费，而后又得到了重庆农科院的支持，逐渐组建出了一支研究数字农业的团队。经过十几年钻研，重庆鱼菜共生实验基地终于发展成了如今的规模。

不过，为什么是鱼菜共生，而不是猪菜共生？牛菜共生呢？这是因为基地所在的重庆，有着发达的渔业资源，在因地制宜的情况下，适合发展鱼菜共生系统。不过，环境适宜并不意味着没有问题。所有人工农业共生系统都要面对一个难题，那就是循环问题。

鱼类和蔬菜所需要营养物质以及生长环境并不完全相同，如果粗暴组合，往往就是按下葫芦浮起瓢。比如，如果蔬菜因为缺钾、铁等元素而生长不良时，直接加入相应肥料，结局很有可能是蔬菜没问题了，但是鱼全死了。同样地，尽管养鱼的水确实含有氮肥，但鱼自然成长所产生的氮肥种类与含量与蔬菜需要的并不能完美匹配，只有合适的氮肥才能促进蔬菜生长。

如果想要将养鱼的水以及鱼类产生的氮肥用于蔬菜的浇灌，实现废物利用及系统内部的资源循环，就需要在中间加入生化处理的步骤。说起来简单，但如何保持鱼和菜的生长平衡其实是一件非常棘手的问题。李道亮教授的团队通过十几年的研究，发明了一套有效的过滤系统，它可以过滤鱼池水中的固体物质，也可以将水中各类氮肥进行转化再利用，比如将对于植物有害的氨氮和亚硝氮通过硝化细菌作用，转化为对植物有益的硝氮。

在初步解决鱼菜共生系统中资源循环的问题后，李道亮教授的团队开始着手研究如何提高单位产量。在平面面积有限的情况下，发展立体农业，充分利用地学空间优势，显然是提高产量的有效方法。

为此，李道亮教授带领团队前往新加坡进行了学习。新加坡是一个地少人多的国家，他们的农业耕地面积很少，但需求却不小，由此发展出了垂直农业的模式。不过，从新加坡引进的栽培架虽然能用，但放到重庆却明显有些“水土不服”，实验结果并不理想。

经过研究，李道亮教授的团队发现可能是二者在地理环境及气候上的差异导致了结果的不同。新加坡地处热带，光照充分，温度较高。但是重庆却是“山城雾都”，阴雨天气多。为此，他们将新加坡占地面积大但是种植层数少的栽培架系统，进行了优化。优化后的栽培架与温室在建筑高度上可以达到3:4的比例，间距增大，种植密度增大，这提高了单位面积的产量，降低了前期投资。此外，在栽培架的驱动上，也由新加坡原有的电力驱动模式，因地制宜地改成了更加环保且实惠的水力驱动模式。改进后的栽培架可以让蔬菜充分地、轮流地接受光照，极大地降低了运行成本，提高了大面积推广的可行性。

实践是检验真理的唯一标准。李道亮教授的团队在推广鱼菜共生系统落地的过程中，也遇到过很多挫折。例如，他们在江苏做蟹塘工程时，因为没有充分考虑到极端天气因素，高高竖起的传感器在夜晚时被雷击中，导致控制系统失控，约三成的螃蟹死去。此后他们在户外设置仪器时，都会设置避雷措施。还有一次，有个鱼塘水阀失控，整个鱼塘的水都被放干，鱼也几乎全死了。这个教训，促使李道亮教授的团队研究出了水位传感预警系统，进而也让团队更加重视各类农业智能设备的研发。

数字农业的未来：困难重重，前景广阔

俗话说“千里之堤溃于蚁穴”，对于数字农业这样的智能化、一体化系统而言，一个小小的问题也可能会导致整个系统的失效或崩溃。现实条件往往不可预测，也比实验环境要复杂得多。数字农业虽然在实验基地得到了成功验证，但其发展仍然需要大量实践以完善系统、积累经验。数字农业的问题，也不仅仅是养鱼种菜的问题，也同样是传感器、自动化、大数据以及物联网的综合问题……数字农业要想真正发展起来，少不了各行各业共同努力。

目前，重庆鱼菜共生系统实验基地的产出主要提供给基地工作人员食用，并没有进行商业化售卖，但可以说掀开了中国数字农业的新篇章。基地的成功也引起了很多地方政府及企业的关注，有了“种子”与方向，数字农业在中国的推广只是时间早晚的问题。

需要注意的是，鱼菜共生系统只是数字农业的一个分支，并不是唯一的方向。数字农业是指在地学空间和信息技术支撑下的集约化和信息化农业技术，其发展方向非常多样，前景广阔。虽然数字农业目前仍有很多未能攻克的问题，例如设备、系统成本高，难以与小农户的需求适配等。但粮食安全关乎国运民生，农业的发展是社会发展的基本保障，在农村劳动力与农业用地紧张，农产品多样化需求提升的情况下，数字农业的发展迫在眉睫。

希望在不远的未来，会有越来越多像李道亮教授一样的专家学者走进这个领域，拓展数字农业的版图，不断推进农业现代化进程。 

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