基于大數(shù)據(jù)的種子生產(chǎn)體系建設(shè)與管理

何歆媛 宋羅娜 侯軍岐

（北京信息科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100192）

2015 年國(guó)務(wù)院印發(fā)《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》，提出建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)工程。2021 年7 月9 日，中央全面深化改革委員會(huì)在審議通過(guò)《種業(yè)振興行動(dòng)方案》時(shí)指出，要推進(jìn)重大育種項(xiàng)目協(xié)同應(yīng)用一體化，在生產(chǎn)實(shí)踐中迭代升級(jí)。在數(shù)據(jù)時(shí)代，大數(shù)據(jù)是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新型能源，已有文獻(xiàn)資料對(duì)于農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化作出了豐富研究，提出并實(shí)踐了智慧農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)等新型生產(chǎn)方式。種子生產(chǎn)是將優(yōu)良品種迅速擴(kuò)大繁殖的過(guò)程，大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的綜合利用，可以通過(guò)利用生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)劃生產(chǎn)、規(guī)范操作，從而高效高質(zhì)地進(jìn)行種子生產(chǎn)繁育工作。

大數(shù)據(jù)的概念最早由阿爾文·托夫勒在《第三次浪潮》中提出，目前學(xué)界沒有明確的表述，但形成了大數(shù)據(jù)5V 基本特征[1]，即規(guī)模化（Volume）、多樣性（Variety）、高速率（Velocity）、真實(shí)性（Veracity）、有價(jià)值（Value）。并且，大數(shù)據(jù)是一種綜合技術(shù)體系，包含對(duì)數(shù)據(jù)的獲取、清洗、存儲(chǔ)和挖掘應(yīng)用。然而，種子生產(chǎn)作為良種繁育推廣體系的重要組成部分，目前學(xué)界將種子生產(chǎn)與信息技術(shù)結(jié)合的研究不足，缺乏大數(shù)據(jù)理論和技術(shù)在種業(yè)方面的應(yīng)用和實(shí)踐[2]。

1 我國(guó)種子生產(chǎn)體系現(xiàn)狀

自《種子法》頒布以來(lái)，我國(guó)種子生產(chǎn)體系的發(fā)展處于市場(chǎng)化階段，形成了以現(xiàn)代種業(yè)企業(yè)為主體，以基礎(chǔ)性研發(fā)與商業(yè)化育種相結(jié)合的創(chuàng)新育種機(jī)制為支撐，以政府扶持、監(jiān)管為保障，以市場(chǎng)配置資源為主導(dǎo)的新型種子生產(chǎn)體系。當(dāng)前，我國(guó)種子生產(chǎn)方式有企業(yè)繁育部門生產(chǎn)和委托基地公司生產(chǎn)兩種生產(chǎn)方式。但是，總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)種子生產(chǎn)體系還存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

1.1 生產(chǎn)品種多、亂、雜，難以綜合化隨著我國(guó)品種審定制度的改革，品種多、亂、雜問(wèn)題日益突出。選育的品種多、突破性品種少，大部分為低水平重復(fù)；審定的品種多、大面積種植的品種少；高產(chǎn)品種多，但綜合性狀好、品質(zhì)高、抗逆性和適應(yīng)性強(qiáng)的品種少；適合人工勞作的品種多、適合機(jī)械化栽培的品種少。由于市場(chǎng)終端數(shù)據(jù)的缺失，種子企業(yè)一味追求生產(chǎn)單一性狀優(yōu)勢(shì)品種，而忽略了不同地區(qū)、不同生產(chǎn)條件消費(fèi)者的栽培環(huán)境差異，不能很好地適應(yīng)我國(guó)病蟲多發(fā)、異常天氣頻發(fā)的現(xiàn)實(shí)情況，從而不利于產(chǎn)銷結(jié)合。

1.2 育種科技含量不高，難以規(guī)模化國(guó)外的大型種業(yè)集團(tuán)科研開發(fā)投入一般占其銷售收入的 10%左右，有的甚至高達(dá)15%～20%。這些發(fā)達(dá)國(guó)家種子公司將現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)育種手段相結(jié)合，加快品種選育的速度并迅速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。而我國(guó)實(shí)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度較晚，對(duì)于品種侵權(quán)行為監(jiān)管不足，致使種子企業(yè)不愿在生產(chǎn)繁育環(huán)節(jié)進(jìn)行投資。新品種選育和生產(chǎn)方式科技含量不高，現(xiàn)有品種產(chǎn)業(yè)化方面缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，最終制約種企的技術(shù)積累和規(guī)模化生產(chǎn)。

1.3 生產(chǎn)方式不統(tǒng)一，難以標(biāo)準(zhǔn)化種子質(zhì)量是種子生產(chǎn)技術(shù)環(huán)節(jié)的重要組成部分，但由于我國(guó)種子企業(yè)的規(guī)模和經(jīng)營(yíng)能力存在較大不同，各類種子的生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)方式并不統(tǒng)一。生產(chǎn)基地由公司進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)和全程管理，制種農(nóng)戶進(jìn)行分散式種植，也有公司委托有制種技術(shù)及管理能力的大戶生產(chǎn)。生產(chǎn)方式不統(tǒng)一也造成種企難以在各環(huán)節(jié)建立統(tǒng)一的質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)與監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，從而難以有效保障種子生產(chǎn)的質(zhì)量[3]。

2 基于大數(shù)據(jù)的種子生產(chǎn)體系的參與主體

政府部門、種業(yè)企業(yè)、科研院所、互聯(lián)網(wǎng)科技公司聯(lián)合建設(shè)與管理種子生產(chǎn)體系的大數(shù)據(jù)，能充分實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、利益共享、風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)，為種子生產(chǎn)注入活力。并且大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)能夠有效整合分散于各參與主體的信息并互通有無(wú)，幫助各方作出科學(xué)的決策。

2.1 政府部門服務(wù)、監(jiān)督政府部門以種子部門為主導(dǎo)，還包括氣象、環(huán)保、國(guó)土、植保等涉農(nóng)口的相關(guān)職能部門。其中種子管理部門負(fù)責(zé)種源管理和新品種試驗(yàn)、示范、推廣的實(shí)施，并且能夠更好地組織協(xié)調(diào)制種戶的統(tǒng)一行動(dòng)。政府部門掌握數(shù)據(jù)并參與管理，能夠兼顧各方面利益從而使整個(gè)良種繁育有序地進(jìn)行。未來(lái)，政府部門也將為成立國(guó)家級(jí)種業(yè)大數(shù)據(jù)共享聯(lián)盟提供支持。

2.2 種業(yè)企業(yè)負(fù)責(zé)、實(shí)施種業(yè)企業(yè)中，大數(shù)據(jù)生產(chǎn)體系建設(shè)與管理主體離不開生產(chǎn)環(huán)節(jié)與其上下游部門，研發(fā)環(huán)節(jié)培育的新品種檢驗(yàn)合格后進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要標(biāo)記信息，生產(chǎn)加工完成后，需要將數(shù)據(jù)傳遞給銷售與流通環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)種子售后質(zhì)量追溯與銷售情況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控。對(duì)種子生產(chǎn)的連續(xù)性流水作業(yè)進(jìn)行大數(shù)據(jù)建設(shè)與管理，有助于集約化、規(guī)?；M(jìn)行種子生產(chǎn)[4]，使科研育種成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，增強(qiáng)種子企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，將大型企業(yè)加速打造成為龍頭企業(yè)。

2.3 科研機(jī)構(gòu)指導(dǎo)、支持建設(shè)涉農(nóng)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)離不開科研機(jī)構(gòu)的支持，科研能為產(chǎn)業(yè)化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，產(chǎn)業(yè)化也促進(jìn)了科研的可持續(xù)發(fā)展?？蒲性核c互聯(lián)網(wǎng)科技公司主要為種子生產(chǎn)的大數(shù)據(jù)建設(shè)提供兩大類技術(shù)支持：一是提供農(nóng)業(yè)相關(guān)技術(shù)理論支持，通過(guò)良種篩選與培育、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與管理等方面的專家確定種子生產(chǎn)過(guò)程中哪些數(shù)據(jù)具有價(jià)值并值得獲??；二是提供大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)功能支持，通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、傳感器等方面的專家確定種子生產(chǎn)過(guò)程中如何獲取數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)等。

3 基于大數(shù)據(jù)的種子生產(chǎn)體系建設(shè)與管理重點(diǎn)

3.1 搭建種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集融合網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的獲取和采集是數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析的前提，由于種子生產(chǎn)體系是一個(gè)典型復(fù)雜系統(tǒng)，種子生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)具有種類多樣、數(shù)據(jù)量大、非結(jié)構(gòu)化等特征，且數(shù)據(jù)之間缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致這些數(shù)據(jù)的獲取和融合十分困難。圍繞種子生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，以確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)完整性為前提，依托數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)爬蟲等技術(shù)，建立種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；谠朴?jì)算架構(gòu)和虛擬化數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，對(duì)采集到的種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整合，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換使用規(guī)范協(xié)議，建立種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)。進(jìn)一步將種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)結(jié)合構(gòu)建數(shù)據(jù)采集融合網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)資源虛擬化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的邏輯抽象和一致表示，極大地提高種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)使用效率，是支撐大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的基石。

3.2 構(gòu)建種子生產(chǎn)大數(shù)據(jù)信息處理平臺(tái)種子生產(chǎn)大數(shù)據(jù)信息處理平臺(tái)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)管理和批量處理。存儲(chǔ)平臺(tái)以云計(jì)算架構(gòu)和開放式中間件應(yīng)用體系為依托，基于HIVE 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、Harbor 等技術(shù)構(gòu)建分布式云存儲(chǔ)平臺(tái)，發(fā)揮云平臺(tái)的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展、虛擬化、節(jié)約硬件資源等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)的資源統(tǒng)一接入，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖片、音視頻、文檔等不同格式數(shù)據(jù)的分類和集中統(tǒng)一管理。數(shù)據(jù)處理平臺(tái)根據(jù)種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)的不同模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的批量處理、實(shí)時(shí)處理和關(guān)系數(shù)據(jù)處理等。在技術(shù)路線選擇上可以基于MapReduce 模型和Spark 批量處理技術(shù)，快速生成種子生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)告、種子質(zhì)量監(jiān)測(cè)報(bào)告等。

3.3 優(yōu)化種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)體系優(yōu)化基于數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)體系，主要對(duì)種子消費(fèi)需求、種子生產(chǎn)管理等進(jìn)行分析[5]，對(duì)于檢測(cè)種子生產(chǎn)體系中的短板弱項(xiàng)、提高種子生產(chǎn)效率、合理調(diào)配生產(chǎn)資源等有重要作用。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)挖掘方法和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的改進(jìn)優(yōu)化，并將其應(yīng)用到種子生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析中，開發(fā)圖嵌入、特異群組挖掘等高效數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，挖掘種子生產(chǎn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中的隱性知識(shí)，構(gòu)建數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并且研發(fā)種子生產(chǎn)大數(shù)據(jù)可視化關(guān)鍵技術(shù)，支持各種結(jié)構(gòu)化信息的表現(xiàn)方式，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理者對(duì)種子生產(chǎn)態(tài)勢(shì)的全局把握。

大數(shù)據(jù)技術(shù)與種子生產(chǎn)體系相結(jié)合，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)“技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理”的目標(biāo)，降低成本從而實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。未來(lái)的種子生產(chǎn)體系還要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)加速新品種產(chǎn)業(yè)化、保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性能，并納入對(duì)種子經(jīng)營(yíng)者、用種者合法權(quán)益的保護(hù)，進(jìn)一步擴(kuò)展大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新型技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)種業(yè)加速發(fā)展，保障國(guó)家糧食安全。