水木九天：未來場景驅動的農業新質生產力“負碳”創新者

中國作為歷史悠久的農業大國，正積極把握數字經濟發展機遇，以數字化推進農業現代化轉型。加快發展農業新質生產力，是中國應對氣候變化、經濟新常態和國際競爭新趨勢等未來發展場景的戰略舉措，實現“大國強農”的基本保障。其核心在于“新”與“質”的結合，是量的增長，更是質的飛躍。新一輪科技革命及產業變革為農業新質生產力發展提供了堅強基礎。通過面向農業現代化的學科交叉融合以及前沿技術應用，將科技創新轉化為實際生產力，促進農村一二三產業融合發展，推動農業數智化、綠色化、高端化，從根本上革新傳統農業落后生產方式，實現減碳、增收、保供和質優，為農業可持續發展提供強大動能。與此同時，全球氣候變化如同一把雙刃劍，既為農業生產帶來前所未有的新挑戰，也帶來新機遇。當前百年變局加速演進，各國都在追求糧食安全與自給自足，確保飯碗牢牢端在自己手中，以應對各種未知挑戰。

放眼全球，農業強國無一例外都在農業科技創新領域走在前列。美國以機械化種植見長，荷蘭以高科技裝備農業聞名，日本以精細化農業著稱。盡管中國是全球糧食產量第一大國，但“大而不強”的問題長期制約我國農業的高質量發展。因此，以企業為主體加快農業科技創新已成為發展農業新質生產力的核心任務。

北京水木九天科技有限公司（以下簡稱“水木九天”）是由清華校友創立的工業化農業科技企業，致力于以工業化方式推動農業向綠色低碳的高質量發展轉型。其對標國際現代可控農業技術，結合國內氣候特征和消費需求以及從業者狀態和工作習慣，聚焦食品安全、民生保障和平急兩用、農業碳匯等都市農業的“中國式未來農場”場景，為農業生產提供覆蓋設計、建造、運維、銷售等農業科技創新的全鏈條標準化方案。依托300余項專利，秉持民生保障、自主產權、市場化和標準化四大發展原則，追求經濟效益的同時注重社會價值和生態價值的平衡。通過一顆“民生保障菜籃子的水木番茄”，水木九天探索出了發展農業新質生產力的新路徑，成為未來農業場景驅動的農業新質生產力“負碳”創新者。此外，水木九天還致力于實現雙碳與鄉村振興兩大戰略融合發展的縣域產業發展新模式，積極布局場景驅動的裝備制造、農業碳匯、人才培養、農業生態體系建設，為發展農業新質生產力提供核心支撐。通過將農產品的生態價值引入交易體系，推動農業碳匯實踐的落實。這一顆民生保障的番茄究竟如何成為農業新業態的起點？水木九天又如何通過這顆番茄，探索未來場景驅動的中國農業現代化新模式？

從零到一：探索現代農業新模式

水木九天是北京清華工業開發研究院與海淀區東升科技園共同投資孵化的國家級高新技術企業，由清華校友、連續創業者王曉慶于2014年創立。農業領域并非王曉慶最初聚焦的領域，在此之前，他曾相繼在集成電路、工業自控以及視頻圖像編碼解碼等硬核科技創新領域歷練。作為一名心懷使命的創業老兵，當王曉慶深刻認識到我國農業所面臨的現實和未來的挑戰，例如，如何在有限土地種地面積的約束下，解決食品安全與產量、營養價值的優化等系統性問題，以及在未來極端天氣日益頻發、勞動力日益短缺的情況下，我國農業發展亟需突破傳統“晴天一身土，雨天兩腳泥”的困境，向更高效更環保更持續的方向轉型，他毅然決定走進農業領域，探索面向未來的中國農業發展新模式、新路徑。

水木九天專注于設施農業（Protected Agriculture）、自動化生產和數智化管理，致力于構建符合中國氣候和市場需求的未來農業場景，推動低碳環保高效的生產方式，以應對糧食安全與農業碳排放問題，促進農業現代化與鄉村振興。作為農業科技領域的先行者和探索者，水木九天將傳統農業與現代科技融合，依托科創人才和工業技術支撐，將自身打造成知識密集型的農業科技企業。歷經十年探索，水木九天實現了從零到一的創新突破，為中國農業與工業協同發展提供了“負碳”創新模式，成為農業新質生產力的典型代表。其在浙江湖州開發的水木莫干山蔬菜工廠作為國產化民生保障項目典型，于2021年3月被中央電視臺報道；其建立于廣泛的工業場景中的蔬菜工廠，作為典型農業創新實踐相繼得到人民日報、新華社等專題報道（見圖1）。

從前瞻認知到科技創業

基于對農業科技發達國家的技術、生產、管理等方面的深入研究，王曉慶團隊發現中國農業高質量發展仍然面臨諸多問題。首先，傳統的工業發展模式往往以犧牲環境為代價，許多工業化快速推進和交通繁忙的地區，土壤和水質都深受重金屬污染之困，生態修復迫在眉睫。同時，傳統農業模式下，因缺乏休耕，土壤有機質嚴重降低，淺層地表水面臨因工業排放以及農業面源污染等導致的抗生素超標問題。然而，修復生態還須兼顧食物供應穩定和食品安全，以免引發社會恐慌。其次，通過對比荷蘭農業和工業發展史，王曉慶發現國外勞動力是建立在工業與農業的就業人員相同小時工資基礎上的，而中國農產品價格低廉，很大程度上源于農民在產業價值鏈中處于劣勢地位，其勞動力成本甚至可忽略不計。這種差異使得原本平等的價值秤嚴重傾斜，因此規?；a成為突破口，唯有實現“一對百畝”——通過科技創新實現每畝農業產值達到傳統小農經濟的一百倍——的效率躍遷，才能推動農業生產模式的根本性變革，徹底扭轉現有困境。

王曉慶集結了清華大學建筑、土木、機械、計算機、經管、電子等多學科團隊，展開基于中國環境特征的溫室設計工作。當時，國外并不向中國輸出任何溫室設計的計算細節，甚至僅提供一張簡略圖紙，既無設計規范也無數據和算法，同時還需要海外工程師現場支持安裝調試，甚至連一顆螺絲釘都要從海外進口。面對這一技術空白，清華大學建筑設計院的專家們聯合開展項目研發和計算仿真研究。最終，在北京市海淀區蘇家坨鎮的柳林村水木蔬菜工廠中試基地構建了雙層膜、單層膜以及玻璃溫室三個不同結構的溫室。為快速攻克技術難關并形成自己的核心技術體系，團隊聚焦菜用西紅柿這一品種，基于其薄皮沙瓤、成熟度高、營養價值高等更加適合中國消費者需求的優勢特征，從設施搭建到種植體系進行測試和數據驗證，并反復進行場景化技術探索和創新實驗。2014年，水木九天在海淀區東升科技園夢想家園智慧農業試驗中心建立首個中試基地，并正式投入使用。

以高品質薄皮沙瓤大番茄為核心產品，水木九天引入云計算、大數據等新技術，打造了數據仿真和建設運維數據可視化系統，進而開發出智能化溫室管控系統——水木蔬菜工廠（見圖2）。這是中國首個標準化番茄蔬菜工廠基地，該系統能夠靈活制定溫室管理系統的配置，實現全面人工調控，包括溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照和水肥供應等蔬菜生長關鍵要素的精準管理，同時還能監控、調節和記錄相關數據，形成蔬菜種植的大數據區塊鏈，確保每一顆蔬菜的生長過程可追溯，確保種植過程遵循全生命周期工作計劃。在智能化分析和決策過程中，系統不斷優化蔬菜種植條件，擺脫蔬菜對自然條件的約束，實現蔬菜培育的標準化和智能化。水木蔬菜工廠覆蓋人力智控、水肥智控、光合作用智控等八個維度，對成本、品質、產量進行精確控制，為高新技術的集成應用提供了重要保障。通過精益化的過程管控，顯著降低了人力、能源、生產資料等各項成本，實現每年碳排放減少約170噸/畝，節水70%、節肥66%，節藥100%、節地75%、節人力80%（該數據來源于水木九天與國家電網雙碳中心浙江分中心），在提升產品品質的同時顯著降本增產增效，有效解決了農產品因成本高而同主流消費市場脫節的問題。

水木番茄蔬菜工廠不僅推動了農業生產的技術創新，還在應對食品安全問題上發揮了重要作用。其生產的番茄以安全性和營養價值為首要考量，在歐盟SGS第三方飛行抽檢中，533項農殘、4種重金屬、亞硝酸鹽均未檢出，表皮菌落總數僅為自來水的1/5。憑借不低于5Brix的糖度、薄皮沙瓤和豐富的汁水，水木番茄在市場上脫穎而出。此外，PONY營養價值監測結果顯示，水木番茄的主要營養價值是普通番茄的五倍，維C含量翻倍，并含有更多的番茄紅素，更好應對隱形饑餓問題。

水木九天現已建設了北京海淀區東升科技園內的4600平方米試驗中心、海淀區蘇家坨鎮柳林的1.08萬平方米中試基地、浙江省湖州市德清縣的3萬平方米蔬菜工廠、河南省新鄉市輝縣市孟莊鎮的2.8萬平方米水木番茄蔬菜工廠，以及河南省開封市蘭考縣的3萬平方米水木番茄蔬菜工廠。針對一線城市和特殊城市，企業實施全年無休的工廠化生產模式，從而實現了非耐儲運蔬菜的本地化生產和銷售，全面覆蓋“從種子到餐桌”的產業鏈。

跨場景探索，實現規模發展

2019年，水木莫干山都市農業綜合體在浙江省湖州市德清縣落地，建成了一個3萬平方米的蔬菜工廠。該工廠年產蔬菜126萬公斤，產量是傳統種植的30～50倍，每年為當地農民增收300余萬元。該基地引入GEP生態價值評價體系，開展城市戶籍從事農業人員社保繳納方式創新、農業地上資產抵押貸款等項目，被認定為浙江省數字賦能產業的首批未來農場、數字農場、低碳農場，同時還入選了浙江“百千萬”工程示范項目，并成為浙江第一批綠色金融和共同富裕項目之一。作為民革中央莫干山鄉村振興論壇的重要成果，該項目獲得了民革中央的大力支持，成為民主黨派參與國家鄉村振興戰略和農業強國建設的典范。2021年，該項目被央視專題報道，向世界展示了中國工廠化農業自主生產創新的第一案例，彰顯了水木九天在全國農業生產體系中的重要地位。

2021年，水木九天在河南新鄉啟動水木孟電富碳農業項目，成為亞洲首個發電廠內的農業項目（見圖3）?！案惶嫁r業”是一種新興的農業模式，其核心是將工業生產中排放的二氧化碳收集后，作為“氣肥”用于農業生產，通過優化光、氣、溫、水、肥、種等條件組合，創造高效的光合作用環境，從而實現農作物的增產、提質和生態環保。該項目利用發電廠的余熱和二氧化碳進行農業生產（見圖4），以此應對氣候變化、減少能源消耗，并提升農業效益。這一農業生產模式榮獲聯合國工發組織頒發的零碳城市創新典范獎，并被推廣至水泥廠、垃圾焚燒發電廠、鋼鐵廠、造紙廠和污水廠等多種工業場景，實現農業與工業的融合互促。2023年7月，河南省委書記走訪調研該蔬菜工廠，特別考察了其在極端高溫條件下的運轉能力。在46℃的室外溫度和65℃的地面溫度中，該工廠仍能保持連續生產，成功解決了高溫條件下農業生產的國際難題。同年12月，美國駐華大使館一等秘書專程訪問該工廠。水木九天在中國以煤炭為主要能源的背景下創新開發的固碳策略，為全球農業低碳發展提供了中國方案。

2022年11月，水木九天與河南省信陽市潢川縣人民政府簽訂合作協議，聯手打造國內規模最大的“天空農場”以及未來農業科技創新和裝備制造中心項目（見圖5）。該項目集工業、農業、科創及商業于一體，是融合數字園藝智能裝備制造中心和智能水果分選線的綜合平臺，可基于色彩、糖度、重量等參數對水果進行智能分選。天空農場頂層被設計為近50畝、高9米的種植區域，實現全年無休的連續生產，其固碳能力相當于30萬畝北方森林，為提高土地使用效率和能源綜合利用提供了新思路。此外，水木九天還在蘭考與焦裕祿干部學院合作開展新農業鄉村振興培訓，促進領導干部對農業和鄉村振興的認識，進一步推進農業產業升級。

水木九天不僅注重技術創新和產業升級，還將綠色金融與共同富裕相結合，推動形成工廠化、綠色化、低碳化的農業發展新模式。2023年11月，水木九天作為主承擔方在浙江建設“低碳農業”省級標準化戰略重大試點，依托農產品全鏈條數字化模式，實現了固碳釋氧，這一試點工廠一年能實現碳中和和碳減排2.2萬噸，相當于8000畝光伏的碳減排能力，也相當于3.78萬畝南方原始林的固碳能力，凸顯了農業固碳節碳的生態價值。同時，工廠通過一系列低碳化農業生產技術，將用藥、用水、用肥等節省率控制在90%以上，實現以最少的地種最多的番茄。低碳農業的GEP生態總價值從最初的138萬元增長至1439萬元，增幅近11倍。這一成效吸引了德清農業銀行主動為企業減負，降低項目貸款利率，凸顯了農業的綠色金融吸引力。

農工融合：以“農業+”培育未來產業

經過穩定且快速發展的階段，水木九天構建了一系列“農業+”的產業融合的未來農業多元化發展模式。目前，上海橫沙、浙江臺州、溫州等海邊地區均布局了“水木海島農業”項目，采用海水源熱泵技術，利用不同深度海水的溫度和能源進行農業生產和供暖。這一技術還能有效抵御18級臺風，充分展現在極端天氣下種植的可行性。通過算力中心與農業的整合，探索余熱利用、水源熱泵技術與應急蔬菜保障相結合的新模式，為現代農業提供可持續發展路徑。

水木九天在湖北建立了尾礦用地項目，將技術應用于戈壁、鹽堿、紅壤等不適合耕作的土地上，以無土栽培的方式解決了土地資源匱乏的問題。同時，結合工廠化農業與下一代超高標準農田的建設，重點推進農業廢棄物的循環處理，實現資源再利用。在南方水庫或河流旁邊，水木九天發展農業+水庫的綠色發展新模式。這些“農業+”模式以工業反哺農業的理念，通過工業化提高農業生產效率，助力弱勢產業發展。

此外，水木九天還衍生出與文旅融合的配套產業，使農業發展形成閉環，并拓展至相關衍生產業領域。通過帶動周邊經濟，促進鄉村振興與綠色低碳發展，強化了農業的可塑性與創新性，探索農業現代化與多元化發展相結合的新路徑。

走向未來：場景驅動構建負碳農業創新生態

水木九天依托科技創新、產業融合以及綠色低碳的方式，改變了傳統農業的游戲規則，重新定義農業產銷模式。通過借鑒工業思維并聚焦農業技術的多元應用場景，以場景驅動農業和工業深度融合，打破農業與工業的傳統界限，推動農業生產模式革命，也通過場景驅動創新策略促進了產業融合。憑借對農業未來發展趨勢的深刻理解和精準把握遠景需求，水木九天整合戰略規劃、技術創新、大數據應用、組織結構優化以及市場動態等多個創新要素，推動農業新業態和新生產模式的落地?？绠a業融合加速了新質生產力的形成，也為農業現代化轉型提供了強大的推動力。

未來農業工廠化創新模式

水木蔬菜工廠的核心創新戰略在于整合人工智能、大數據決策系統等前沿技術，以此推動農業生產的智能化轉型。通過將新興技術與產業融合相結合，水木九天拓寬了農業與工業的功能邊界，顯著提升產業整體生產質量和效率。農業與工業的深度融合全面提升了農業的功能、效率和穩定性，為農業可持續發展帶來強大的乘數效應。農業工廠化模式依托新科技建設，采用機械化、自動化技術，形成了高度密集型生產模式，有效削弱了不可抗力因素對農作物生長的干擾。

實踐證明，通過場景驅動新興技術與產業融合，可以顯著增強農業生產能力，同時提高其對市場變化的適應性和對環境波動的抵御力。智能化生產模式能夠在人工創造的環境中實現全年無休的連續生產，不受四季更替等場景變化的影響。這一模式的效率體現在每50畝蔬菜工廠的有效產量相當于傳統5000畝大田的產量（也即“一對百畝”的效率躍遷），同時水資源的利用效率極高，耗水量僅為傳統種植方式的6.9%。在極端天氣等復雜場景下，也能夠在-20℃至40℃的溫度范圍內穩定生長，預計能抵御最高16級臺風、140mm/h特大暴雨、暴雪以及8級以內的地震，確保生產的連續性和穩定性。

未來農業場景驅動的負碳創新模式

水木九天借鑒工業思維，將農業與工業協同作業的負碳場景模式作為農業生產的一個核心創新著力點（見圖6）。通過農工融合，將火力發電產生的二氧化碳和余熱等副產品有效轉化為農業生產中的關鍵資源，在實現二氧化碳有效轉化與固定的同時，創造了一種低碳且高效的農業生產模式。在與孟電集團合作的“水木孟電碳中和示范工廠”項目中，該模式得到了場景驗證。這一模式打破了傳統農業與工業的界限，構建了互利共贏的生態系統，顯著降低農業碳排放，并為碳中和提供了創新的解決方案，具有可復制性和推廣價值。

在水木九天的農業實踐中，新技術和精細化管理的應用顯著降低了資源消耗和碳排放。以水木番茄蔬菜工廠為例，采用高效節能的溫室技術和精準的水肥管理體系，使得每公斤番茄的碳排放量從傳統種植方式的排碳386.476克轉變為固碳和減排780.5克。水木九天聯合清華大學ESG中心及中國農科院、農業農村部碳達峰碳中和科技聯盟、國家電網雙碳中心等，開展農業碳足跡、碳核查和農業碳匯方法學研究，率先將農業碳中和方法學理論研究和實際生產相結合。2023年，水木九天獲評浙江省低碳農業標準化重大試點單位，并負責牽頭編制浙江省《低碳農業體系化標準》，其中包括31項現代低碳農業評價標準、操作規程、技術規程、運營規范以及工作指南等內容，進一步推動低碳農業標準化建設。通過開發標準化的番茄碳足跡計量流程及方法學，針對節水、節肥等減碳措施進行數據量化，并將過程數字化，從而使得水木番茄成為市場上獨特的“負碳番茄”。

水木九天的蔬菜工廠通過數字化碳足跡管控系統，將番茄生產的全過程進行拆分，并為每個環節折算成可計量的碳指標，生成每顆番茄從生產到消費全過程獨一無二的數字化碳標簽，進而發展成為“碳幣”生產車間。在未來碳指標價格不斷上漲的背景下，這種模式預計使得碳交易的收益基本覆蓋農產品的生產成本，并產生盈余，從而通過碳信用模式獲得利潤。這也體現了水木九天在農業減排固碳方面的領先探索，也為中國農業綠色低碳轉型開辟了新場景新路徑。

通過節約水資源、減少農藥和化肥的使用，水木九天進一步優化了農業生產過程中的碳足跡。水木九天與相關部門合作，挖掘生態資產的金融價值，將農業生產中的碳匯轉化為可交易資產，將“碳票”變“鈔票”，幫助高排放行業通過購買碳匯實現碳中和目標，形成碳匯交易機制的創新實踐，不僅為農業生產帶來額外經濟收益，還幫助高耗能行業減輕碳排放負擔，為中國實現雙碳戰略目標提供重要支持，也為全球農業減排固碳和綠色發展提供可借鑒的中國經驗和中國方案。

通過市場化、資本化、產業化和三產融合多維戰略，結合農業、工業和商業領域的先進技術，水木九天打造了具有清華、中關村及國內大型科研、企業品牌特色的都市農業綜合體項目。該項目旨在推動當地菜籃子工程的發展，實現農業產業、科技和人才的全面升級。在現代農業領域十年的深耕與探索中，水木九天完成了蔬菜工廠從設計、建設、種植、減碳到農產品銷售的全產業鏈建設，形成了強有力的產業鏈布局。水木九天采用集團化運作模式，根據不同業務板塊和各地項目，構建了矩陣式業務單元，實現了農業上中下游產業鏈的協同發展。每一個產業鏈環節都經過精心設計和優化，以確保效率和效益的最大化。集團化運作不僅提高了各業務單元的專業化水平，還通過資源整合和優勢互補，增強了整個產業鏈的競爭力。水木九天充分把握場景驅動新范式、新機遇，豐富農業場景應用，塑造了先導優勢，并實現彎道超車。

展望：引領中國式未來農業新藍海

水木九天的探索實踐充分展現了中國式未來農業的發展趨勢，必將是科技創新為核心引領，科技與產業場景深度融合，催生“農業+”的新業態、新產業，從而形成高科技、高效率、高效益和高質量的綠色可持續發展模式。以科技創新與產業融合的深度結合作為核心動力，“產-學-研-政”的協同模式將發揮至關重要的作用。產業界的實際需求與學術界的理論研究相結合，研究機構的技術創新與政府的政策導向相輔相成，共同推動農業產業的綠色轉型。水木九天的實踐成果預示著中國式未來農業秉承“綠水青山就是金山銀山”的理念，正朝向綠色低碳快速前行，同時也將更加注重生態平衡、智能化管理和產業多元化，推動農業生產體系的全面升級。

當前，水木九天正在推進“算力中心+農業”模式，通過科技創新與多方協作，以場景應用為目標，在負碳農業的藍海搶占先機。一方面，通過與地方政府的合作，確保其碳中和實踐契合國家的政策導向，從而爭取更多政策支持，優化資源配置，進一步加速碳中和技術的推廣和應用。另一方面，“產-學-研-政”的協同模式為水木九天在農業碳中和領域的創新奠定了堅實基礎，并且，通過多方協作模式融合其他產業形成的“農業+”，使產業不再是單一維度的產業，而衍生出新業態和新機遇。這一趨勢也預示著，隨著未來農業生產體系的升級，農民將經歷角色轉變，從傳統農民向技術型“農業工人”過渡，從而成為高尚體面且兼具科技感的新型從業者。放眼未來，水木九天這一類農業科技先鋒企業有望成為中國農業的綠色低碳轉型的領先探索者，基于堅實的技術基礎與源源不斷的創新動力，進一步深化碳中和技術創新與應用，不斷拓展“農業+”的負碳產業創新生態，助力全國乃至全球農業的綠色發展，并持續提供彰顯中國智慧的場景驅動型農業創新解決方案。

本文受國家自然科學基金面上項目“科技成果轉化賦能新質生產力發展：理論基礎、組織模式與制度環境”（72474025），國家制造強國建設重大項目“‘十五五’新 型工業化‘新支柱’產業選擇及政策設計”（2024-15）資助。