基于模型的百合輔助栽培決策平臺

石曉燕，徐志福，葉宏寶，李 冬

（浙江省農(nóng)業(yè)科學院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，浙江杭州 310021）

基于模型的百合輔助栽培決策平臺

石曉燕，徐志福，葉宏寶，李 冬

（浙江省農(nóng)業(yè)科學院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，浙江杭州 310021）

針對溫室切花百合促成栽培及周年生產(chǎn)的需要，研制了基于模型的百合輔助栽培管理平臺，并對該系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)、功能模塊設計和系統(tǒng)實現(xiàn)等內(nèi)容進行介紹，以期為百合的標準化工廠生產(chǎn)、栽培提供參考。

模型；輔助栽培；系統(tǒng)設計；系統(tǒng)實現(xiàn)

百合（Lilium）是百合科百合屬多年生草本球根植物，主要分布在亞洲東部、歐洲、北美洲等地，全球現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)110多個品種，其中55種產(chǎn)于中國［1－2］。百合花主要用于切花和盆花栽培，由于花色豐富、花形優(yōu)美、香氣濃郁、觀賞價值高，且具有百年好合之意，而深受國人喜愛。當前，百合在切花中的地位僅次于月季，是我國第二大切花品種，近年來百合在國內(nèi)市場的銷售量年均增長20%以上。切花百合周年生產(chǎn)能夠獲得較高的經(jīng)濟效益，尤其在每年的10月到翌年的4－5月，是百合切花需求量最大和銷售價格較高的時期［3－4］。本研究針對溫室切花百合促成栽培及百合切花周年供應的需要，基于現(xiàn)代信息技術，研究不同環(huán)境條件下各百合品種生育期的動態(tài)變化規(guī)律，建立其與環(huán)境相互影響的模型，以期初步探明百合生育期的數(shù)字化調(diào)控機理，實現(xiàn)溫度調(diào)控、花期調(diào)控的數(shù)字化、精確化和標準化，從而為百合工廠化、標準化栽培奠定基礎。

1 系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)

基于模型的百合輔助栽培決策平臺系統(tǒng)主要由模型組件、數(shù)據(jù)庫、人機接口等部分組成（圖1）。

1.1 數(shù)據(jù)庫模塊

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建是本研究的一項重要內(nèi)容，其準確性與完整性是百合輔助栽培管理的關鍵。本研究所建立的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要包括站點氣象、品種參數(shù)、土壤屬性、栽培管理、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料等。系統(tǒng)可以對天氣、栽培管理等數(shù)據(jù)集進行基本操作，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)集的導入、導出，數(shù)據(jù)記錄的增加、編輯、復制、刪除以及條件查詢等操作。

1.2 模型組件

該模塊是系統(tǒng)的核心算法。以生理發(fā)育時間為尺度，模擬預測百合生育時期。通過運轉(zhuǎn)模型計算，得到花期預測信息，從而調(diào)控定植日期。此外，該模塊還可以對天氣等數(shù)據(jù)進行查詢、分析與預警預測。

1.3 人機接口

本系統(tǒng)構(gòu)建的人機接口以Windows為操作界面，采用流程化界面設計主窗口、子窗口、對話框及窗體控件等，通過下拉菜單、工具條、圖標、圖形和表格等方式與用戶進行交互，操作時只要通過簡單的鼠標點擊或快捷鍵敲擊即可完成。

圖1 系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)的主要功能

該系統(tǒng)由用戶登錄模塊、文件管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、栽培調(diào)控模塊、文件下載模塊、系統(tǒng)幫助模塊6個部分組成。用戶登錄模塊的主要作用是區(qū)分管理員與用戶身份，兩者分別擁有自己的登錄頁面和功能。該模塊的另一作用是用戶注冊，使合法用戶能夠隨時訪問本系統(tǒng)。文件管理模塊主要包括系統(tǒng)的保存、關閉及退出系統(tǒng)等基本操作。數(shù)據(jù)管理模塊用于對天氣、栽培管理等數(shù)據(jù)集進行基本操作，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)集的導入、導出，數(shù)據(jù)記錄的增加、編輯、復制、刪除以及條件查詢等，并可將輸入的信息保存于服務器。栽培調(diào)控模塊可對輸入數(shù)據(jù)進行模型調(diào)用，通過運轉(zhuǎn)模型計算，得到花期預測信息，從而調(diào)控定植日期；并可以對天氣等數(shù)據(jù)進行查詢、分析及預警預測。文件下載主要用于下載一些表格、文件、適用程序等。系統(tǒng)幫助模塊旨在為用戶提供當前軟件版本、軟件版本更新、幫助菜單，及通過郵件、電話等方式的用戶幫助。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)建立在微軟的Windows2003Server中文版操作系統(tǒng)上，以MicrosoftInternetInformation Server6.0（IIS）作為本平臺的服務器端支持；數(shù)據(jù)服務器以MicrosoftSQLServer2005作為數(shù)據(jù)庫開發(fā)和運行平臺；應用程序客戶端在Borland Delphi環(huán)境下編寫。系統(tǒng)融合了分布式編程技術、WEB技術、大型數(shù)據(jù)庫技術的全新網(wǎng)絡化信息服務系統(tǒng)，實現(xiàn)了網(wǎng)站軟件與后臺管理分別處理的有機集成。利用模型庫對百合生育期進行調(diào)控管理，與多媒體技術、網(wǎng)絡技術等現(xiàn)代信息技術進行結(jié)合、轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)系統(tǒng)的總體功能。

4 系統(tǒng)調(diào)試

由于模型算法是本系統(tǒng)的核心，因此將調(diào)試重心放在對模型算法的調(diào)試上。首先通過查閱資料，初步確定了百合生育期模型中關鍵生理過程的模型算法；其次通過實驗觀測和數(shù)據(jù)分析，量化百合生長與氣候等環(huán)境因子的數(shù)學關系，確定模型參數(shù)。

4.1 材料與方法

供試品種有東方百合伯尼尼、東方百合卡麗、東方百合宇宙、東方百合卡西尼、東方百合巴卡迪、東方百合馬龍、東方百合蒙特祖瑪、東方百合凱里湖、東方百合總統(tǒng)、東方百合羅賓范加倫。

4.2 試驗設計

選取鱗片抱合緊密、無病蟲害的獨頭鱗莖，用常規(guī)低溫處理方法打破鱗莖休眠，于10月4日在可控溫、濕度的溫室大棚內(nèi)進行。育苗基質(zhì)為泥炭。定植前每667m2需施入有機肥4000kg，餅肥100 kg，磷酸二銨30kg。定植行距25～30cm，株距7 cm，深度視種球大小而定，一般種球頂部到地面的距離6～8cm?？諝鉂穸缺３衷?0%～70%。

4.3 測定項目

試驗期間隔日觀測發(fā)育情況，并記錄到達每個生育時期的日期。選株掛牌，進行定株追蹤觀測，每7d進行1次植株形態(tài)與數(shù)量調(diào)查，數(shù)碼拍照，記錄植株的株高、葉片數(shù)、基部花苞長度等器官生長數(shù)據(jù)。利用溫濕記錄儀及小型氣象站，逐日記錄環(huán)境溫度、濕度、CO2濃度、輻射量等。

4.4 模型描述與模型參數(shù)

根據(jù)切花生長發(fā)育特性將全生育期分為5個階段：扦插到現(xiàn)蕾，從嫩枝扦插到肉眼看到花苞；花梗停長，花梗長度達到8～13cm，基部花苞長度5 cm；開花初期，10%花蕾開花；盛花期，60%～70%花蕾開花；采收期，90%花蕾開花。

百合生育期以及各生育階段長短的差異是品種基因型特性與光溫等環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果。對于某一特定基因型品種，完成各個特定生育階段所需的生理發(fā)育時間基本恒定。將百合在最適生長條件下生長1d定為1個生理發(fā)育日，則其在非最適生長條件下生長l個自然日將不足1個生理發(fā)育日。每日生理發(fā)育效應由每日相對熱效應（RTE）與每日相對光周期效應（RPE）共同決定。每日熱效應計算由每小時溫度相對熱效應平均得到，每小時溫度可由溫濕記錄儀測量或由每日最高溫度Tmax和每日最低溫度Tmin及溫度日變化余弦曲線生成。相對光周期效應（RPE）用來衡量光周期對百合發(fā)育速率的影響程度，其取值范圍為0～1，可以根據(jù)日長、臨界日長、最適日長來計算。當日長大于最適日長時，每日相對光周期效應為1；日長小于臨界日長，每日相對光周期為0；當日長介于臨界日長和最適日長之間時，每日相對光周期隨日長呈線性增加。百合為相對長日照植物，正常的生長發(fā)育要求每日日照長度達到14～16h或以上，當每天日照長度不足8h時，對植株發(fā)育不利，花蕾發(fā)育緩慢，生育周期延長，因此本研究中的臨界日長取8，最適日長取值15。

5 小結(jié)與討論

在Windows2003Server中文版操作系統(tǒng)上，采用MicrosoftSQLServer2005作為數(shù)據(jù)庫開發(fā)和運行平臺，融合了分布式編程技術、WEB技術、大型數(shù)據(jù)庫技術的全新網(wǎng)絡化信息服務系統(tǒng)，建立模型庫對百合生育期進行調(diào)控管理，并通過與多媒體技術、網(wǎng)絡技術等現(xiàn)代信息技術的結(jié)合與轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理、栽培調(diào)控等主要功能。在本研究中，通過消化吸收國內(nèi)外先進研究成果和實驗觀測、分析數(shù)據(jù)，量化百合生長與氣候等環(huán)境因子的數(shù)學關系，采用模型預測生育期的關鍵算法，嘗試對百合栽培進行數(shù)字化管理，以期為今后的百合標準化工廠生產(chǎn)、栽培提供參考［5－7］。

［1］ 張啟翔.國內(nèi)外主要商品花卉品種創(chuàng)新進展與趨勢［J］.中國花卉園藝，2013（19）：18－19.

［2］ 孫紅梅，張杰，董航，等.日光溫室栽培LA系列百合新品種的綜合評價［J］.沈陽農(nóng)業(yè)大學學報，2013，44（5）：668－672.

［3］ 蘇頔.百合無土栽培及鮮切花保鮮技術研究［D］.保定：河北農(nóng)業(yè)大學，2012.

［4］ 李艷梅.百合：市場仍需突破［J］.中國花卉園藝，2013（23）：26－28.

［5］ 楊再強，羅衛(wèi)紅，陳發(fā)棣，等.溫室標準切花菊發(fā)育模擬與收獲期預測模型研究［J］.中國農(nóng)業(yè)科學，2007，40（6）：1229－1235.

［6］ 曹衛(wèi)星，羅衛(wèi)紅.作物系統(tǒng)模擬及智能管理［M］.北京：華文出版社，2000.

［7］ 湯雪燕，周朝東，井澤仁，等.切花百合花期調(diào)控技術研究進展［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學，2013（12）：189－190.

（責任編輯：高 峻）

TP182；S681

A

0528-9017（2014）08-1284-02

文獻著錄格式：石曉燕，徐志福，葉宏寶，等.基于模型的百合輔助栽培決策平臺［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學，2014（8）：1284－1286.

2014-05-25

石曉燕（1979－），女，河北邯鄲人，助理研究員，從事數(shù)字農(nóng)業(yè)研究工作。