基于模型的百合辅助栽培决策平台

石晓燕，徐志福，叶宏宝，李 冬

（浙江省农业科学院数字农业研究所，浙江杭州 310021）

基于模型的百合辅助栽培决策平台

石晓燕，徐志福，叶宏宝，李 冬

（浙江省农业科学院数字农业研究所，浙江杭州 310021）

针对温室切花百合促成栽培及周年生产的需要，研制了基于模型的百合辅助栽培管理平台，并对该系统的组织结构、功能模块设计和系统实现等内容进行介绍，以期为百合的标准化工厂生产、栽培提供参考。

模型；辅助栽培；系统设计；系统实现

百合（Lilium）是百合科百合属多年生草本球根植物，主要分布在亚洲东部、欧洲、北美洲等地，全球现已发现110多个品种，其中55种产于中国［1－2］。百合花主要用于切花和盆花栽培，由于花色丰富、花形优美、香气浓郁、观赏价值高，且具有百年好合之意，而深受国人喜爱。当前，百合在切花中的地位仅次于月季，是我国第二大切花品种，近年来百合在国内市场的销售量年均增长20%以上。切花百合周年生产能够获得较高的经济效益，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销售价格较高的时期［3－4］。本研究针对温室切花百合促成栽培及百合切花周年供应的需要，基于现代信息技术，研究不同环境条件下各百合品种生育期的动态变化规律，建立其与环境相互影响的模型，以期初步探明百合生育期的数字化调控机理，实现温度调控、花期调控的数字化、精确化和标准化，从而为百合工厂化、标准化栽培奠定基础。

1 系统的组织结构

基于模型的百合辅助栽培决策平台系统主要由模型组件、数据库、人机接口等部分组成（图1）。

1.1 数据库模块

系统数据库的构建是本研究的一项重要内容，其准确性与完整性是百合辅助栽培管理的关键。本研究所建立的系统数据库主要包括站点气象、品种参数、土壤属性、栽培管理、农业统计资料等。系统可以对天气、栽培管理等数据集进行基本操作，可以实现数据集的导入、导出，数据记录的增加、编辑、复制、删除以及条件查询等操作。

1.2 模型组件

该模块是系统的核心算法。以生理发育时间为尺度，模拟预测百合生育时期。通过运转模型计算，得到花期预测信息，从而调控定植日期。此外，该模块还可以对天气等数据进行查询、分析与预警预测。

1.3 人机接口

本系统构建的人机接口以Windows为操作界面，采用流程化界面设计主窗口、子窗口、对话框及窗体控件等，通过下拉菜单、工具条、图标、图形和表格等方式与用户进行交互，操作时只要通过简单的鼠标点击或快捷键敲击即可完成。

图1 系统的组织结构

2 系统的主要功能

该系统由用户登录模块、文件管理模块、数据管理模块、栽培调控模块、文件下载模块、系统帮助模块6个部分组成。用户登录模块的主要作用是区分管理员与用户身份，两者分别拥有自己的登录页面和功能。该模块的另一作用是用户注册，使合法用户能够随时访问本系统。文件管理模块主要包括系统的保存、关闭及退出系统等基本操作。数据管理模块用于对天气、栽培管理等数据集进行基本操作，可以实现数据集的导入、导出，数据记录的增加、编辑、复制、删除以及条件查询等，并可将输入的信息保存于服务器。栽培调控模块可对输入数据进行模型调用，通过运转模型计算，得到花期预测信息，从而调控定植日期；并可以对天气等数据进行查询、分析及预警预测。文件下载主要用于下载一些表格、文件、适用程序等。系统帮助模块旨在为用户提供当前软件版本、软件版本更新、帮助菜单，及通过邮件、电话等方式的用户帮助。

3 系统实现

系统建立在微软的Windows2003Server中文版操作系统上，以MicrosoftInternetInformation Server6.0（IIS）作为本平台的服务器端支持；数据服务器以MicrosoftSQLServer2005作为数据库开发和运行平台；应用程序客户端在Borland Delphi环境下编写。系统融合了分布式编程技术、WEB技术、大型数据库技术的全新网络化信息服务系统，实现了网站软件与后台管理分别处理的有机集成。利用模型库对百合生育期进行调控管理，与多媒体技术、网络技术等现代信息技术进行结合、转化，实现系统的总体功能。

4 系统调试

由于模型算法是本系统的核心，因此将调试重心放在对模型算法的调试上。首先通过查阅资料，初步确定了百合生育期模型中关键生理过程的模型算法；其次通过实验观测和数据分析，量化百合生长与气候等环境因子的数学关系，确定模型参数。

4.1 材料与方法

供试品种有东方百合伯尼尼、东方百合卡丽、东方百合宇宙、东方百合卡西尼、东方百合巴卡迪、东方百合马龙、东方百合蒙特祖玛、东方百合凯里湖、东方百合总统、东方百合罗宾范加伦。

4.2 试验设计

选取鳞片抱合紧密、无病虫害的独头鳞茎，用常规低温处理方法打破鳞茎休眠，于10月4日在可控温、湿度的温室大棚内进行。育苗基质为泥炭。定植前每667m2需施入有机肥4000kg，饼肥100 kg，磷酸二铵30kg。定植行距25～30cm，株距7 cm，深度视种球大小而定，一般种球顶部到地面的距离6～8cm。空气湿度保持在60%～70%。

4.3 测定项目

试验期间隔日观测发育情况，并记录到达每个生育时期的日期。选株挂牌，进行定株追踪观测，每7d进行1次植株形态与数量调查，数码拍照，记录植株的株高、叶片数、基部花苞长度等器官生长数据。利用温湿记录仪及小型气象站，逐日记录环境温度、湿度、CO2浓度、辐射量等。

4.4 模型描述与模型参数

根据切花生长发育特性将全生育期分为5个阶段：扦插到现蕾，从嫩枝扦插到肉眼看到花苞；花梗停长，花梗长度达到8～13cm，基部花苞长度5 cm；开花初期，10%花蕾开花；盛花期，60%～70%花蕾开花；采收期，90%花蕾开花。

百合生育期以及各生育阶段长短的差异是品种基因型特性与光温等环境因素综合作用的结果。对于某一特定基因型品种，完成各个特定生育阶段所需的生理发育时间基本恒定。将百合在最适生长条件下生长1d定为1个生理发育日，则其在非最适生长条件下生长l个自然日将不足1个生理发育日。每日生理发育效应由每日相对热效应（RTE）与每日相对光周期效应（RPE）共同决定。每日热效应计算由每小时温度相对热效应平均得到，每小时温度可由温湿记录仪测量或由每日最高温度Tmax和每日最低温度Tmin及温度日变化余弦曲线生成。相对光周期效应（RPE）用来衡量光周期对百合发育速率的影响程度，其取值范围为0～1，可以根据日长、临界日长、最适日长来计算。当日长大于最适日长时，每日相对光周期效应为1；日长小于临界日长，每日相对光周期为0；当日长介于临界日长和最适日长之间时，每日相对光周期随日长呈线性增加。百合为相对长日照植物，正常的生长发育要求每日日照长度达到14～16h或以上，当每天日照长度不足8h时，对植株发育不利，花蕾发育缓慢，生育周期延长，因此本研究中的临界日长取8，最适日长取值15。

5 小结与讨论

在Windows2003Server中文版操作系统上，采用MicrosoftSQLServer2005作为数据库开发和运行平台，融合了分布式编程技术、WEB技术、大型数据库技术的全新网络化信息服务系统，建立模型库对百合生育期进行调控管理，并通过与多媒体技术、网络技术等现代信息技术的结合与转化，实现系统的数据管理、栽培调控等主要功能。在本研究中，通过消化吸收国内外先进研究成果和实验观测、分析数据，量化百合生长与气候等环境因子的数学关系，采用模型预测生育期的关键算法，尝试对百合栽培进行数字化管理，以期为今后的百合标准化工厂生产、栽培提供参考［5－7］。

［1］ 张启翔.国内外主要商品花卉品种创新进展与趋势［J］.中国花卉园艺，2013（19）：18－19.

［2］ 孙红梅，张杰，董航，等.日光温室栽培LA系列百合新品种的综合评价［J］.沈阳农业大学学报，2013，44（5）：668－672.

［3］ 苏頔.百合无土栽培及鲜切花保鲜技术研究［D］.保定：河北农业大学，2012.

［4］ 李艳梅.百合：市场仍需突破［J］.中国花卉园艺，2013（23）：26－28.

［5］ 杨再强，罗卫红，陈发棣，等.温室标准切花菊发育模拟与收获期预测模型研究［J］.中国农业科学，2007，40（6）：1229－1235.

［6］ 曹卫星，罗卫红.作物系统模拟及智能管理［M］.北京：华文出版社，2000.

［7］ 汤雪燕，周朝东，井泽仁，等.切花百合花期调控技术研究进展［J］.江苏农业科学，2013（12）：189－190.

（责任编辑：高 峻）

TP182；S681

A

0528-9017（2014）08-1284-02

文献著录格式：石晓燕，徐志福，叶宏宝，等.基于模型的百合辅助栽培决策平台［J］.浙江农业科学，2014（8）：1284－1286.

2014-05-25

石晓燕（1979－），女，河北邯郸人，助理研究员，从事数字农业研究工作。