云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統的開發與應用

盧麗麗，徐大明，李燕山，李登奎，包麗仙，易嘉欣，隋啟君，楊瓊芬*

（1.云南省農業科學院經濟作物研究所，云南 昆明 650200；2.國家農業信息化工程技術研究中心，北京 100097）

馬鈴薯是重要的糧食、蔬菜和加工原料，是中國第四大主糧作物。云南省獨特的地理氣候條件使馬鈴薯實現了四季生產，馬鈴薯已成為云南省三大主要農作物之一[1]，種植面積僅次于水稻和玉米。馬鈴薯產業的高質量發展對云南省糧食安全和鄉村振興戰略實施具有重要意義。

馬鈴薯塊莖易受病原菌感染導致種性退化，帶病種薯的使用會造成馬鈴薯減產和品質劣化。馬鈴薯種薯質量不僅直接影響馬鈴薯產量、品質和種植效益，還間接影響馬鈴薯新品種的推廣和病害綜合防控效果。種子是農業的“芯片”，是確保國家糧食安全和農業高質量發展的“源頭”，馬鈴薯種薯是馬鈴薯生產的關鍵要素，也是馬鈴薯生產各環節中問題最多，最難把控的環節。云南省復雜的地理條件使馬鈴薯種薯繁育存在一定風險，由于土地輪作成本高和帶病種薯遠距離調運，導致部分種薯生產區域土傳病害逐年加重。種薯生產經營活動監督管理體系不健全，種薯市場秩序混亂，種薯質量監控體系缺失，種薯代次不清、混雜嚴重、質量不高、以次充好、以假亂真等現象屢有發生，種薯質量已然成為云南省冬早馬鈴薯產業健康發展的首要“卡脖子”問題。

馬鈴薯種薯繁育具有周期長、繁育環境復雜、行業監管困難等特點，決定了其長期面臨著質量問題的挑戰。云南省馬鈴薯種業的高速發展對種薯質量溯源鏈提出了新的需求。云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統的研究與構建，對馬鈴薯種薯繁育流程進行逐級追蹤，實現了馬鈴薯種薯生產鏈條上的來源可追溯，去向可查詢，是規范馬鈴薯種薯質量監管的重要手段，對促進馬鈴薯種薯規范生產和質量提升起到重要作用。

云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統，以物聯網技術和種薯質量控制關鍵點為核心，以追溯碼技術為載體，通過建立馬鈴薯脫毒種薯繁育流程中的關鍵環節質量追溯體系，實現從種苗（薯）生產環境、生產管理檔案、生產資料使用、種薯質量檢驗、種薯收獲包裝和貯藏等環節的全程質量監控。該系統的構建和應用，需要對馬鈴薯種薯生產的每一個環節進行追溯信息的采集與錄入工作，促使企業加強各個環節的質量管理，使馬鈴薯種薯生產的整個鏈條都置于嚴格的質量監控之下，有利于整體提高馬鈴薯種薯質量水平。云南省農業科學院經濟作物研究所是云南省公益性省級科研機構，擁有專業的馬鈴薯種薯研發團隊，在馬鈴薯種薯繁育關鍵技術研究和質量控制方面具備一定的專業水準和實踐經驗，從產業引領的角度出發，研發了云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統，進一步完善馬鈴薯種薯質量控制體系，為云南省馬鈴薯產業高質量發展提供技術支撐。

1 追溯系統的整體設計

系統設計過程中，把云南省馬鈴薯品種信息、核心種苗來源、脫毒苗擴繁、組培室信息、種薯基地信息、原種和原原種生產、運輸、營銷等一系列信息構建為中心數據庫，把產地調查、環境監測和馬鈴薯種薯種植與貯藏全過程的各種信息匯總形成數據來源，利用Vue.js技術和MySQL系統開發出云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統（圖1）。系統采用Browser/Server結構訪問數據庫，同時結合二維碼和RFID技術實現遠程追溯條碼自動識別，在降低技術實現難度的同時，增強系統的運行效率和分析能力[2]。

圖1 云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統登錄界面Figure 1 Login interface of Yunnan Province seed potato quality traceability system

1.1 系統主要功能模塊設計

云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統包括馬鈴薯核心種苗立體保存庫管理、脫毒苗繁育管理、原原種繁育管理、原種繁育管理、種薯倉儲管理、數據分析和系統管理七個模塊（圖2）。

圖2 云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統的七個核心管理模塊Figure 2 Seven core management modules of Yunnan Province seed potato quality traceability system

1.1.1 核心種苗立體保存庫管理

對云南省馬鈴薯主栽品種、主推品種和地方品種的脫毒核心苗入庫保存和出庫去向進行數字化管理，包括資源庫信息、貨架管理、核心種苗管理、質量抽檢管理和環境及視頻監測管理等模塊。

1.1.2 脫毒苗繁育管理

對云南省馬鈴薯品種脫毒組培苗的接種、擴繁和培養等相關流程進行數字化管理，包括組培室信息、培養室信息、培養架管理、批次管理、計件管理、接種擴繁管理、質量抽檢管理和環境及視頻監測管理等模塊。

1.1.3 原原種繁育管理

對馬鈴薯原原種繁育的種苗來源和生產過程進行數字化管理，包括馬鈴薯原原種繁育的大棚信息、苗床管理、生育期信息、農事操作管理、質量抽檢管理和環境及視頻監測管理等模塊。

1.1.4 原種繁育管理

對馬鈴薯原種繁育的種薯來源和生產過程進行數字化管理，包括馬鈴薯原種繁育的地塊信息、生育期信息、農事操作管理、質量抽檢管理和環境及視頻監測管理等模塊。

1.1.5 種薯倉儲管理

對馬鈴薯原原種和原種的倉儲情況進行數字化管理，包括倉庫管理、庫存管理、質量抽檢管理和環境及視頻監測管理等模塊。

1.1.6 數據分析

對追溯系統各模塊收集數據進行整理和分析，包括資源庫分析、組培苗擴繁分析、原原種繁育分析、原種繁育分析、倉儲分析、追溯分析等模塊。

1.1.7 系統管理

對確保系統各模塊順利運行的通用關鍵信息進行管理，包括用戶管理、角色管理、企業信息、基地管理、基地信息、字段管理、設備管理、托盤管理和抽檢標準管理等模塊。

1.2 追溯功能的實現

追溯系統賦予每個馬鈴薯品種的脫毒核心種苗一個獨立資源編號，形成資源編號一維碼；資源編號跟隨核心種苗從資源立體保存庫進入脫毒苗擴繁、原原種繁育、原種繁育和生產銷售過程，并不斷追加信息，形成種薯質量追溯二維碼，保證在任何一個環節均可通過手機掃描二維碼查詢追溯之前的所有環節。

1.2.1 追溯編號

為更好地對馬鈴薯種薯繁育各環節的質量進行跟蹤管理，快速準確定位到不同生產時間、不同組培室、不同基地、不同級別的種薯，及時發現種薯生產、檢測、倉儲及銷售等各個環節中的問題，不斷提高云南省馬鈴薯種薯繁育質量管理的數字化水平，以追溯性和唯一性為基本原則，生成馬鈴薯種薯資源編號一維碼和追溯二維碼。

資源編號一維碼：資源編號由2 位字母ZM 和7 位數字組成，例如：ZM0001274，ZM 為唯一固定字母，后面數字隨著新入庫馬鈴薯核心種苗的品種數量增加而增加。資源編號類似于居民身份證號，在系統中唯一存在且終生不變，在資源立體保存庫中以一維碼形式展示，并跟隨馬鈴薯核心種苗進入脫毒種薯繁育、生產、質檢、銷售、儲運的各個環節。

追溯二維碼：將馬鈴薯核心種苗從進入立體保存庫到銷售的所有信息，包括核心種苗保存庫、脫毒苗繁育組培室、原原種繁育基地、原種繁育地塊、倉庫存儲以及各個環節種薯質量抽檢情況的所有數據信息，在資源編號的基礎上生成二維碼，每個產品生成獨一無二的二維碼。

1.2.2 追溯信息查詢

云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統，是基于追溯編碼技術的馬鈴薯種薯質量追溯系統和基于二維碼技術的手機快速查詢系統。種薯生產管理人員在手機APP 追溯系統首頁掃描追溯二維碼，或輸入追溯編號即資源編號，點擊查詢按鈕后，即可展示追溯信息。消費者可以通過手機掃描追溯二維碼后鏈接到系統查詢終端，查看產品介紹和溯源信息。產品介紹包括產品詳情和企業介紹；溯源信息包括該品種在核心種苗立體保存庫入庫出庫情況、脫毒苗繁育環節的接種擴繁情況、原原種繁育環節的繁殖收獲情況、原種繁育環節的播種收獲情況以及在各個環節中的質量抽檢情況。二維碼追溯可以避免下載APP安裝的煩瑣過程，提升查詢效率。

2 追溯系統的關鍵技術

云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統采用Browser/Server體系結構，系統分為四個部分：感知層、應用層、表現層和訪問層。感知層[3]通過傳感器和電子標簽獲取種薯繁育的生產環境和農事生育期信息的基礎數據；應用層包括種薯繁育數字化管理系統、物聯網監測系統、水肥管理系統、病蟲害監測系統、手機APP、數據接口系統及綜合管理系統等；表現層用于實現數據查詢、數據接收和顯示及數據輸入等功能，實現數據查詢是用戶對系統最直接、最感性的認識；訪問層[4]通過Web、移動終端、平板、手機APP 或二維碼鏈接訪問該追溯系統，方便用戶快速獲取有效信息。運用Vue.js、HTML等技術，向用戶提供簡潔、實用、功能強大的應用界面。

2.1 RFID技術

RFID的全稱是Radio Frequency Identification，即無線射頻識別技術，通過空間耦合來實現對信息的傳送與獲取、對物品信息的快速追蹤、對數據的交換處理[5]。RFID 技術隨無線電技術和大規模集成電路的普及而出現，是一項先進的自動識別數據的采集技術，具有識別距離遠、讀取速度快、無接觸識別、存儲空間大、可工作于各種惡劣環境等特點[6]。在追溯系統中引入RFID 技術，極大地降低了人力成本，提高了工作效率。

RFID 系統包括電子標簽、信息讀取器和中央信息處理系統[7]。其工作原理為：用信息讀取器掃描種薯質量追溯系統打印的標簽，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在電子標簽中的信息詳情，信息讀取器讀取信息并解碼后，送至中央信息處理系統進行相關數據處理。

2.2 Vue.js技術

Vue.js 是一款簡單而功能強大的JavaScript庫，專注于構建用戶界面的漸進式框架。其自底向上增量開發的設計方式，能夠高效地開發軟件項目并縮短交付周期[8]。Vue.js 采用聲明式、響應式的數據綁定，核心庫專注于可視化層，實現視圖和模型的動態綁定，更好地處理頁面交互和邏輯。其使用了Virtual DOM 技術，使數據渲染速度更快[9]。Vue.js 對于開發者來說非常易學易用，開發強度較低，容易掌握并應用于項目中，使網頁前端開發變得簡單、方便、快捷。Vue.js 還具備豐富的生態系統，擁有大量的插件和組件庫，可以快速構建復雜的用戶界面。同時還提供了良好的文檔和社區支持，開發者可以輕松獲取幫助和資源。

2.3 MySQL系統

MySQL 是一種用于海量數據存儲與管理的關系型數據庫管理系統。其使用結構化查詢語言作為查詢語言，并支持廣泛的數據庫操作功能。MySQL 數據庫具有豐富的特點，包括支持多種數據類型、靈活的數據索引和多樣的存儲引擎選擇。MySQL 數據庫不僅具有出色的功能，且體積小、資源占用低，系統運行速度快，數據管理方便。此外，MySQL 提供了高可靠性、高性能和可擴展性的解決方案。MySQL 還提供了數據備份和恢復機制，以確保數據的安全性。對于處理大規模數據的需求，MySQL 通過使用不同的存儲引擎、數據壓縮技術、分區表、擴展技術等方法來提高性能和擴展性。MySQL 常被應用在中小型網站建設中[10]。

3 追溯系統的重要作用

從云南省馬鈴薯種薯繁育的質量控制實際情況出發，馬鈴薯種薯質量追溯系統的開發，符合云南省馬鈴薯產業高質量發展的產業需求，其使馬鈴薯脫毒種薯繁育實現了數字化全程跟蹤與追溯管理，明確了馬鈴薯種薯繁育質量控制的關鍵點、關鍵信息指標以及可追溯單元。

3.1 實現種薯繁育有源可尋和質量有據可查

馬鈴薯無性繁殖的特性使其種薯容易被病毒和病菌侵染而導致種性喪失，馬鈴薯種薯質量控制難度大；由于跨區域調種，馬鈴薯攜帶的病毒和病菌遠距離傳播、種薯代次不清、源頭不明、品種多亂雜等現象導致馬鈴薯種薯市場監管難度大，傷農損農的事件常有發生。云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統的應用從馬鈴薯核心種苗立體保存庫開始，經組培擴繁、種薯生產、質量檢測、市場銷售和存儲運輸等流程，全程實現種薯產地信息精確化和過程管理信息化，關鍵環節可監管、種薯質量可追溯。任一環節出現問題可直接鎖定，及時得到信息反饋，有針對性地高效解決馬鈴薯脫毒種薯繁育過程中的關鍵問題。

3.2 徹底阻截不合格種薯進入生產流程和市場流通

銷售種薯與資源編號唯一對應，未入庫或重復條碼信息的種薯及時淘汰，徹底阻截不合格種薯進入生產流程和種薯市場流通渠道。種薯用戶可通過設備查詢所購種薯的質量及種薯生產相關信息，管理部門可利用追溯系統對種薯質量進行監管，一旦發生種薯質量安全事件，能夠快速、高效地追蹤追溯，有力地保障馬鈴薯生產用種質量安全。同時運用系統可為馬鈴薯種薯企業和薯農的生產經營保駕護航，提供安全保障，降低生產經營風險，提高生產效益。

3.3 有效掌握馬鈴薯種薯市場經營情況，提高企業管理效率

通過系統監控，管理部門可隨時隨地掌握種薯市場銷售進展和推廣應用情況，從源頭上杜絕生產過程中的虛報和瞞報等情況，有效掌握真實的馬鈴薯種薯生產、存儲和經營情況，科學研判企業內部環境和全省的馬鈴薯種業形勢，為馬鈴薯種薯企業實現智慧生產提供科技支撐。

3.4 整合馬鈴薯種業優勢資源，促進現代馬鈴薯種業發展

通過云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統的研發與應用，實現了種薯繁育、生產、質檢、銷售、儲運全過程的質量安全追溯分段追蹤，實現了計算機、手機、平板多終端追溯實時動態查詢。通過云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統的應用，將構建以種薯質量全過程管理為核心，以種薯質量追溯體系及種薯監管體系為支撐，以馬鈴薯種薯生產企業、監管部門、消費者為應用對象的種薯生產源頭到終端銷售全程追蹤與追溯的完整的馬鈴薯種業閉環管理體系，形成“研、企、推、監”四位一體長效機制，切實提高種薯質量監管水平，進而加速弱、小企業退出種薯市場，對整合馬鈴薯種業優勢資源，做大做強馬鈴薯種薯企業，促進現代馬鈴薯種業發展具有重要意義。

4 系統應用存在的問題

4.1 系統推廣應用的重要性認識不足

目前，云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統的推廣應用尚處在初級階段，僅在項目參與單位中試運行，追溯管理平臺技術在不斷更新和完善階段，系統完善后將在全省種薯生產企（事）業單位進行推廣應用。為了保證種薯質量追溯鏈條的完整性和準確性，從種薯的擴繁、種植、生長、田間管理到收獲、質量檢測、倉儲和銷售，整個過程都需要有詳細的記錄，準確、完整的種薯生產檔案是建立種薯質量有效追溯的基礎條件。馬鈴薯種薯質量追溯系統涉及光學識別、射頻識別、防偽、印刷、通信、軟件等多項技術[11]，各生產環節主體對追溯系統應用的重要性認識不足，種薯生產數據錄入不及時和不準確也會限制種薯質量追溯系統作用的發揮。

4.2 數據安全需要進一步保障

云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統主要針對種薯生產到銷售全過程中的關鍵數據進行安全可靠的存證、追蹤和追溯。該系統涉及核心種苗保存、原種和原原種生產、種薯質量檢測、企業經營銷售、存儲運輸等環節及流程信息，其中一些信息需要保障其安全，而系統除用戶密碼之外的其他信息均采用明文傳輸[2]，如果信息安全存在漏洞容易導致數據丟失或者被破壞、被竊取，將會給用戶后臺管理系統的正常運行帶來安全隱患。同時系統層次結構具有較強的關聯性，信息安全性得不到保障，導致追溯信息傳遞困難，無法確保全產業鏈信息的連續性和完整性，一旦信息出現錯漏導致決策失誤，可能會給全省馬鈴薯種薯產業帶來較大損失。

4.3 系統追溯信息收集難度較大

云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統記錄了種薯生產到營銷過程中每一個環節的操作信息，為實現追溯信息有效傳遞，設置了特定的質量管理流程，要求各環節利益主體能夠充分利用系統如實填報相關信息。目前追溯系統正在試用階段，各種薯生產銷售環節主體對系統認識度不高，對馬鈴薯種薯質量追溯意識淡薄。農戶在消費過程中自我保護能力不強，缺乏種薯主動追溯意識。同時種薯生產和銷售企業需要額外添加追溯標簽、追溯設備、數據庫建設和人員培訓等成本，來配合該系統的研發和試用。

5 結 論

馬鈴薯種薯是馬鈴薯生產的基礎，是馬鈴薯生產要素發揮作用的載體，高質量的種薯是馬鈴薯產業高質量發展的關鍵。云南省馬鈴薯種薯質量追溯系統可促進馬鈴薯種薯企業進一步提升產品質量和管理服務水平，可為行業監管部門發揮監督作用提供措施依據，亦為保障廣大馬鈴薯薯農的權益，對提高云南省馬鈴薯種薯質量安全問題的監管力度與反應能力奠定堅實基礎。