基于Java 的稻蝦綜合種養(yǎng)決策支持系統(tǒng)研究與開發(fā)

江軍梁 李陽(yáng)陽(yáng) 陳澤 郭哈倫 陳林榮 竇志 高輝

（揚(yáng)州大學(xué)/江蘇省作物遺傳生理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚(yáng)州225009；第一作者：1054779361@qq.com；*通訊作者：gaohui@yzu.edu.cn）

2017 年中央“一號(hào)文件”明確提出，要“推進(jìn)稻田綜合種養(yǎng)和低洼鹽堿地養(yǎng)殖”。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部計(jì)劃到2020 年，發(fā)展稻漁綜合種養(yǎng)200 萬hm2以上，約占全國(guó)耕地總面積的1.67%。目前，稻田綜合種養(yǎng)已是湖北、湖南、安徽、江蘇、江西等省主要的綠色生態(tài)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，其中稻蝦綜合種養(yǎng)規(guī)模最大、產(chǎn)業(yè)鏈條最長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展力最強(qiáng)、社會(huì)關(guān)注度最高，催生了“盱眙經(jīng)驗(yàn)”“潛江經(jīng)驗(yàn)”等。與水稻常規(guī)種植相比，稻蝦種養(yǎng)模式綜合效益提高50%以上[1]，不僅可以豐富農(nóng)產(chǎn)品供給，還能提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，明顯促進(jìn)農(nóng)民增收。但在大面積稻蝦綜合種養(yǎng)實(shí)踐中，還存在著水稻品種選用不合理、水稻機(jī)械化種植方式不明確、稻田綜合種養(yǎng)技術(shù)規(guī)范不明晰與貫徹實(shí)施不到位、中高端稻米供給不足、大規(guī)格淡水小龍蝦缺少、資源利用率不高、生產(chǎn)效益不穩(wěn)等諸多問題，十分需要科學(xué)合理的信息系統(tǒng)支撐，以加快先進(jìn)適用技術(shù)的普及推廣。目前在稻蝦綜合種養(yǎng)決策支持系統(tǒng)研發(fā)方面國(guó)內(nèi)外尚少見文獻(xiàn)報(bào)道。

為此，基于水稻機(jī)械化輕簡(jiǎn)化精確定量栽培技術(shù)、稻蝦綜合種養(yǎng)技術(shù)規(guī)范和最新研究進(jìn)展等[2-3]，研發(fā)了基于Java 的稻蝦綜合種養(yǎng)決策支持系統(tǒng)，以為稻田綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 系統(tǒng)開發(fā)方法與功能

1.1 系統(tǒng)開發(fā)方法

系統(tǒng)在Inte（lR）Core（TM）i7-7700HQ CPU、16 G內(nèi)存計(jì)算機(jī)、中文Windows 10 操作系統(tǒng)上進(jìn)行開發(fā)。經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)適用于所有Intel i3-4170 及以上CPU、2 G 及以上內(nèi)存且操作系統(tǒng)為Windows 的計(jì)算機(jī)。開發(fā)過程中遵循了軟件設(shè)計(jì)基本原理，選用Java 面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，結(jié)合水稻精確定量栽培、淡水小龍蝦綠色生態(tài)健康養(yǎng)殖、稻蝦綜合種養(yǎng)技術(shù)規(guī)范等技術(shù)成果，構(gòu)建了數(shù)據(jù)庫(kù)及知識(shí)庫(kù)，進(jìn)而集成開發(fā)了稻蝦綜合種養(yǎng)決策支持系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)集成了稻田施工、水稻種植、淡水小龍蝦養(yǎng)殖、產(chǎn)品信息、文獻(xiàn)推薦等多方面數(shù)據(jù)信息知識(shí)，構(gòu)建了發(fā)展歷程、技術(shù)規(guī)范、決策支持、產(chǎn)品中心、知識(shí)園地、其他功能等模塊。系統(tǒng)功能框架與主要內(nèi)容見圖1。

2 系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)與應(yīng)用

在開發(fā)前期進(jìn)行了全面的系統(tǒng)功能需求分析，收集了大量的稻蝦綜合種養(yǎng)文獻(xiàn)資料，并進(jìn)行了系統(tǒng)梳理歸納，進(jìn)而基于Java 開發(fā)了界面簡(jiǎn)潔、功能全面、操作簡(jiǎn)便的稻蝦綜合種養(yǎng)決策支持系統(tǒng)。系統(tǒng)主界面見圖2。

2.1 “發(fā)展歷程”模塊

《四時(shí)食制》《嶺表錄異》《齊民要術(shù)》《青田縣志》等書籍中皆有關(guān)于稻田綜合種養(yǎng)的相關(guān)記載，但主要集中在記述稻田養(yǎng)魚狀況及其技術(shù)。而“水稻-淡水小龍蝦”綜合種養(yǎng)是近年在我國(guó)多省興起的稻田綜合種養(yǎng)方式，發(fā)展時(shí)間相對(duì)短，但發(fā)展速度快。該系統(tǒng)對(duì)我國(guó)稻蝦綜合種養(yǎng)發(fā)展歷程作了較為系統(tǒng)全面的介紹。

2.2 “技術(shù)規(guī)范”模塊

稻蝦綜合種養(yǎng)模式在我國(guó)稻田綜合種養(yǎng)體系中發(fā)展面積最大、產(chǎn)業(yè)鏈條最長(zhǎng)、市場(chǎng)產(chǎn)值最高。但其對(duì)田間工程改造（環(huán)溝面積小于10%）、水稻單產(chǎn)有著嚴(yán)格的規(guī)定。水稻栽培技術(shù)和淡水小龍蝦養(yǎng)殖要點(diǎn)也不同于常規(guī)單一水稻栽培或淡水小龍蝦養(yǎng)殖。該系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)政策法規(guī)與有關(guān)稻蝦綜合種養(yǎng)研究成果，著重介紹了施工規(guī)范、栽培規(guī)范、養(yǎng)殖規(guī)范（圖3）。

圖3 技術(shù)規(guī)范界面

圖4 決策支持界面

2.3 “決策支持”模塊

該系統(tǒng)根據(jù)水稻精確定量栽培技術(shù)成果[4-5]和稻蝦綜合種養(yǎng)條件下水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)形成規(guī)律，優(yōu)化研制了包括水稻基本苗決策（圖4）、肥料運(yùn)籌決策、精準(zhǔn)植保決策等在內(nèi)的決策支持功能，讓用戶僅需輸入基礎(chǔ)變量即可得到所需的決策數(shù)據(jù)。同時(shí)，該系統(tǒng)為淡水小龍蝦養(yǎng)殖提供了蝦苗放養(yǎng)量決策、飼料投放量決策、精準(zhǔn)防治淡水小龍蝦疾病決策、水質(zhì)評(píng)價(jià)決策[6]等支持。

南粳5718 為江蘇省推廣面積較大、適于稻田綜合種養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)粳稻品種之一。結(jié)合各地區(qū)該品種田間生產(chǎn)情況，以該品種為例進(jìn)行基本苗決策支持的展示。南粳5718 的具體參數(shù)配置為單位面積適宜穗數(shù)：25 萬/667 m2；主莖總?cè)~數(shù)：16 葉；伸長(zhǎng)節(jié)間數(shù)：6 個(gè)；移栽時(shí)的秧苗葉齡數(shù)：4；移栽至始蘗間隔的葉齡數(shù)：2；分蘗發(fā)生率：0.75；應(yīng)變比率：1.25（如圖4 所示）。點(diǎn)擊“計(jì)算”按鈕后得到：適期移栽所需基本苗為6.5573 萬/667 m2。

稻蝦綜合種養(yǎng)主要特點(diǎn)為降肥藥、優(yōu)生態(tài)、高效益，因此該系統(tǒng)綜合考慮了稻蝦生產(chǎn)成本以及收入構(gòu)成[7]，研制了經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算模塊，幫助用戶算好經(jīng)濟(jì)賬、走穩(wěn)市場(chǎng)路，可快捷高效求算稻蝦綜合種養(yǎng)收益狀況。

2.4 “產(chǎn)品中心”模塊

該模塊旨在推薦稻蝦綜合種養(yǎng)大面積生產(chǎn)上常用的產(chǎn)品，主要包括適宜稻蝦綜合種養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)秈粳稻品種、水質(zhì)凈化劑、新型肥料、生物農(nóng)藥、物理防控產(chǎn)品等（圖5）。例如，由于目前生物農(nóng)藥受溫光雨水等影響較大，其很難達(dá)到常規(guī)農(nóng)藥的防治效果[8]，因此在稻蝦綜合種養(yǎng)條件下，田間管理上需配合使用太陽(yáng)能滅蟲燈、粘蟲板、性誘劑、香根草、芝麻等物理方法，直接誘殺害蟲或誘使害蟲聚集在非適宜生存的環(huán)境產(chǎn)卵，以達(dá)到治理蟲害的目的[9]。通過該模塊的產(chǎn)品推薦，使用戶能及時(shí)知曉生產(chǎn)實(shí)際需要的產(chǎn)品。

2.5 “知識(shí)園地”模塊

與水稻常規(guī)栽培相比，稻蝦綜合種養(yǎng)模式下稻田土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分含量有顯著差異[10]，且前茬淡水小龍蝦的田間生理活動(dòng)也造成了田間雜草及微生物群落的變化[11-12]。以江蘇省盱眙縣為例，第一季淡水小龍蝦一般在6 月中下旬捕撈完成，水稻則推遲至6 月底至7月初栽插，11 月上旬前須成熟收獲，為此，在適宜水稻品種的選用、栽插方式的選擇、大田水肥運(yùn)籌、病蟲草害綠色防治等方面區(qū)別于水稻常規(guī)栽培。因此，針對(duì)如上技術(shù)問題，該模塊匯集推薦了相關(guān)模式圖與文獻(xiàn)資料（圖6），幫助用戶拓寬視野、增長(zhǎng)知識(shí)與自主學(xué)習(xí)提高。

此外，該系統(tǒng)配套研制了“智能工具”與“系統(tǒng)幫助”模塊，其中“智能工具”包括記事本、計(jì)算器、語(yǔ)音助手等，“系統(tǒng)幫助”包括下載安裝說明、使用說明、功能說明，并附軟件使用說明書。

圖5 產(chǎn)品中心界面

圖6 知識(shí)園地界面

3 結(jié)論和討論

在前人研究和課題組多年科研實(shí)踐的基礎(chǔ)上，本文基于Java 編程語(yǔ)言及其平臺(tái)，研究與開發(fā)了“稻蝦綜合種養(yǎng)決策支持系統(tǒng)V1.0”。該系統(tǒng)集基礎(chǔ)知識(shí)科普、精準(zhǔn)決策支持、相關(guān)產(chǎn)品推薦、專家知識(shí)獲取等功能于一體，較為全面客觀地反映了稻蝦綜合種養(yǎng)現(xiàn)有研究成果，已經(jīng)被江蘇盱眙龍蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展股份有限公司、安徽省天長(zhǎng)市農(nóng)業(yè)科技推廣中心等試用，同時(shí)已獲國(guó)家版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)（2019SR1369214），可為種養(yǎng)大戶、家庭農(nóng)場(chǎng)、農(nóng)民專業(yè)合作社、農(nóng)技推廣部門等提供信息化指導(dǎo)培訓(xùn)平臺(tái)支撐。

但該系統(tǒng)目前僅為電腦版，為緊跟手機(jī)APP 迅猛發(fā)展的勢(shì)頭，下一步將繼續(xù)深入研究開發(fā)，將該決策支持系統(tǒng)適配至安卓系統(tǒng)，以使其界面更友好、功能更完備、性能更靈巧。同時(shí)，系統(tǒng)尚缺少用戶交流模塊，可在后期增加交流提問頁(yè)面，讓全國(guó)各地用戶交流稻蝦綜合種養(yǎng)心得，互助解決所面臨的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)問題。此外，該系統(tǒng)目前僅可為稻蝦連作模式提供技術(shù)指導(dǎo)支持，而針對(duì)稻蝦共作模式還少有涉及，有待研究完善。