浅谈水稻安全生产关键技术信息化建设与管理*

杨 敏 ， 李 果 ， 陈秀虎 ， 彭启华 ， 郭 峰 ， 胡结文 ， 肖卓霖

（1.清远职业技术学院，广东 清远 511510；2.连州市高山绿稻米业有限公司，广东 清远 513400）

0 引言

开展水稻安全生产关键技术信息建设，构建“学校+企业+基地”的三方协同联动机制，农户按照安全生产技术规程进行生产，对提升水稻安全生产能力与水平具有重要作用。农业信息技术包括传感技术、通信技术和计算机技术[1]。20世纪90年代，一些发达国家在作物栽培的各个环节，包括土壤调查、环境调控、配方施肥、品种选用、栽培病虫害防治等方面实行了计算机管理和调控[2]。由于遥感与GIS技术的应用，现代信息系统、作物模型和专家系统三者不断整合，可视化虚拟技术也涌入农业信息技术建设中，智能化程度不断提高，建设成本也不断提升。

1993年农业部率先创建了国家级的行业信息网。“十二五”时期，中央一号文件就明确提出了建设以农业物联网和精准装备为重点的农业全程信息化和机械化技术体系，发挥现代农业示范基地的引领作用的建设方针。近年来，农业传感器、农业物联网和农业大数据等先进技术被广泛应用于各行各业[3]，高起点、高投入的智慧农业在地理位置条件优越、经济水平较高的东部沿海地区实现了快速发展，但很多地区因为城乡经济水平差距较大，乡村数字基础设施建设不足、数字乡村专业化人才匮乏[4]，“高大上”的智慧农业相关技术很多农民用不起、不会用。所以，新形势下的农村信息化技术需求主要是均等化远程教育技术、低成本信息终端接收技术、传感器技术和生产模型技术[5]。

加强乡村信息技术建设是全面落实乡村振兴战略的重要手段之一，邱智等[6-8]从不同侧面研究了现代信息技术建设对乡村振兴的推动作用、建设路径与建议。项目组依据我国农业农村信息工作要求，以“信息稳农、信息强农、信息惠农”为基本工作目标进行探索。以广东省清远连州市白石村水稻生产为例，从现状调研入手，并按照量力而行、放眼长期、立足实际、从应急做起的基本原则进行建设与管理，旨在用最为经济的手段，做最实惠的事情，解决目前农民文化水平偏低、信息化生产观念模糊、获取信息与利用信息能力弱以及终端接收设备差等实际问题。

1 构建总体思路

1.1 建立三方联动的建设与管理机制

本研究采用学校、企业和农户三方联动共建的方式，基本关系如图1所示。基于农户水稻种植生产与企业稻谷加工的基本需求，三方分工协作共建。学校负责水稻安全生产信息化管理平台的建设，主要工作是水稻安全生产防控关键技术数据采集贮存、整理分析，研制安全生产防控方案和发布防控信息，培训生产人员、指导企业和试点基地农民开展水稻的安全生产。合作企业负责试点基地生产管理、实时采集信息、安全生产监控与安全稻米加工。在实际生产中，合作企业与试点基地农户签订生产合作协议，企业分发良种、农药和化肥等生产资料，收购农户稻谷。试点基地农户必须按照企业要求，依据生产技术规程、生产方案种植水稻，采集生产过程数据、反映生产过程的具体问题。

图1 三方协同联动的建设与管理机制

1.2 建设与管理实现路径与方法

基本的实现路径与方法如图2所示，主要分为以下5个步骤：第一步，开展基地的种植环境调研，确定种植的水稻优良品种。第二步，采集土壤肥力、重金属含量、化肥施用量与施肥方式、主要病虫害与防治、稻米加工等基础数据，并建立基础数据库。第三步，在基础数据的基础上，依托项目组成员已有的成果，研制安全生产基本规程（文件）。一是研制不同肥力层次的土壤施肥方案；二是依据动态病虫害的实时监控，研制个性化绿色病虫害防控方案；三是依据绿色食品加工生产标准，结合地方实际，健全稻米安全加工关键技术规程。第四步，依托学校超星泛雅网络教学平台，构建水稻安全生产信息化管理平台，APP手机终端技术为开展互动交流的主要手段。第五步，对相关人员开展生产技术与平台使用操作培训，通过基地示范和引导带动地方的积极参与，推动区域优质水稻安全生产与管理的数字化。

图2 信息建设与管理基本技术路线与方法示意图

2 生产需求分析

以白石村水稻生产为案例，该村水稻生产模式是“公司+农户”。连州市高山绿稻米业有限公司统一发放水稻品种，在公司人员指导下按照施肥配方进行施肥，水稻收割后，由公司统一加工和销售。调研发现，该村村民文化程度低，社会经济水平偏低，有明显的空心化现象，80%的有文化的青壮年劳动力流向城市工作，留守在农村的主要是老人与孩子，从事水稻生产的主力是50岁以上的人员，普遍只有小学文化程度。村民知道水稻安全生产基本常识的不足20%，能获得与利用相关信息的不到10%。生产过程管理还处于经验管理层面。总之，在水稻生产中要提升安全生产意识，亟需增加信息化建设投入，建成浅显易懂、直观、实用的生产技术信息系统。工作重点是编制针对不同土壤肥力的施肥配方，解决盲目施用化肥的问题；研制绿色防治为主体的病虫害综合防控方案，解决病虫害防控的农药滥用问题；采取三方联动的方式开展关键技术信息化建设，解决农业技术推广滞后于实际生产需求的问题。

3 建设与管理内容

3.1 关键技术与信息处理

影响水稻安全优质生产的关键因素有土壤基本状况，包括土壤主要养分含量和重量金属含量、肥料的施用量与施用方式、病虫害防治方法。针对以上因素采取相应的技术措施，并进行信息处理。

3.1.1 土壤基本状况监控

土壤是水稻生长的基本条件，对水稻的优质安全生产起决定性作用。在关键技术信息化建设中，重点做好以下两项工作：1）检测分析土壤。采集种植土壤样品，检测土壤pH值、土壤主要养分含量和重量金属含量。其中，土壤养分含量包括碱解氮、速效磷、速效钾和有机质的成分含量。重金属主要包括铅、铬、镉、汞和砷等，在土壤中的含量低于GB/T 36869—2018中第4章规定的阈值时，可进行水稻安全生产；高于安全阈值时，应结合稻米的重金属含量分析进行验证，并展开下一步抽检评估[9]。2）建立土壤基本状况数据库，作为水稻优质安全生产基础数据库的主体部分。该数据库原则上3～5年更新一次。

3.1.2 施肥管理信息化建设

水肥是影响水稻优质生产的重要因素，其核心是施肥技术。按照信息存在状态，施肥技术信息分为静态数据和动态数据两个部分。

1）静态数据信息是指在水稻生长周期内保持相对稳定的数据信息，主要是测土配方施肥方案和水稻的典型缺素症状彩色图谱库。其中，施肥技术信息包括施肥用量、施肥方式与时间两部分内容，处理的基本方法是利用Excel编制测土配方施肥简易小程序。该程序输出的施肥方案通过技术培训和现场指导进行推广使用。水稻的典型缺素症状彩色图谱库包括全部大量营养元素、部分常见的中量与微量营养元素的典型缺素症状图。依据实际生产状况与图谱对照，可初步判断水稻生长的主要营养状况。

2）动态数据信息是指在水稻生长周期内持续变化的数据信息，主要是水稻生长核心指标变化监控情况的数字化。监控的主要指标有水稻主茎高度、分蘖动态和叶色变化。利用远程监控、委托公司农户拍摄视频或照片以及实地测量获取数据，进行信息化服务与管理。其中，水稻主茎高度和叶面颜色可通过安装太阳能监控器高清摄像头获取，如图3所示。利用手机进行远程监控、获取数据；分蘖动态和叶色异常变化是通过现场观察与远程监控结合的方式获取数据资料。专家根据此三项指标对水稻生长情况进行实时评估，如有异常情况，通过服务平台或微信群发布相应的技术处理措施，指导农民生产和管理。

图3 田间的太阳能监控器高清摄像头

3.1.3 病虫害防治信息化建设

水稻病虫害防治是影响水稻优质安全生产的直接因素，防治不当会造成水稻产量和品质降低、农药残留，同时引起环境的污染。本研究统筹考虑水稻病虫害发生的规律，全面梳理水稻的病虫害发生情况，结合先进的防控技术，形成绿色环保、防控高效、操作简单的绿色防控技术方案，优先采用农业措施、物理措施和生物措施，减少化学合成农药的使用，采用减量增效技术[10]。病害防控重点是稻瘟病、纹枯病、南方水稻黑条矮缩病；虫害防治主要是实施水稻二化螟、稻纵卷叶螟、稻飞虱等的诱捕与诱杀措施。在本研究中，病虫害防治信息化建设的主要目标是结合远程监控把病虫害防治与实时预报进行一体化建设。

病虫害防治信息建设的内容及方式：首先，建立水稻常见病虫与危害图片库，对应防治措施的文字与音像视频文件。其次，利用诱捕、诱杀设备和远程监控设备采集病虫害实时信息，并将诱捕到的害虫与图

片比对，通过专家分析对虫情进行实时预报，从而实现病虫诱控、诱杀防治与实时预报一体化建设。

3.2 生产服务平台建设

3.2.1 服务平台的基本功能与框架

服务平台是水稻关键技术信息化建设的核心部分，主要承载着数据采集、分析、存储与信息发布等功能。超星泛雅网络教学平台是当前高等教育，特别是高等职业教育教学的主流网络服务平台，具有功能强大、建设技术要求低、使用方便等优点。本研究将该平台的服务教学功能延伸到农业生产服务，水稻安全生产信息化服务平台的基本结构与功能，如图4所示。

图4 水稻安全生产信息化服务平台框架结构

3.2.2 服务平台的主要内容

在水稻安全生产关键技术信息化服务平台建设中，依据水稻生产过程，将水稻优质安全生产关键技术分成6个模块，平台显示为6章。包括水稻良种推介、土壤状况分析、生态栽培与管理、病虫害预报防治、稻谷初级加工和市场与标准，覆盖水稻优质安全生产与管理的全过程。6个模块一共设计了多个技术服务单元，每个技术服务单元是一个相对完整的技术服务内容，建设资料主要包括文字图片资料、音像视频资料、研究前沿信息资料等，如图5所示。

图5 服务功能单元建设内容示例

3.3 信息发布与专家服务

技术服务信息是通过通信网络和家庭宽带网发布与传输的，利用智能手机登录学习通APP，或电脑终端登录超星泛雅网络教学平台，同时，借助微信群及时推送信息。专家服务主要是指导生产，分析解决生产中遇到的技术问题，解答农民的提问等。以课题组成员为主体组成专家组成员，采用线下和线上混合式培训服务，其中，线上主要是生产信息监控、生产问题分析、实时发布视频与音频、生产指导信息与视频、快速解答农民提问；线下主要是生产技术培训、关键技术服务平台使用辅导、实地生产指导与答疑等。

4 结语

水稻安全生产关键技术信息化建设与管理是推动乡村振兴的重要手段之一。乡村数字基础设施建设不足、数字乡村专业化人才匮乏成了当前乡村技术信息化建设的瓶颈。本项目在国家政策扶持、乡村两委的支持下，通过校企合作、资源共享的办法，在经费有限的情况下，建成简单、实用的水稻安全生产关键技术信息化管理系统，在培训和生产指导中收到了预期效果。