基于变量施肥理论和B/S架构的土壤供肥能力与作物科学施肥专家系统V1.0软件的研发

刘宇锋 李承夏

【摘 要】土壤供肥能力与作物科学施肥专家系统V1.0是一款基于B/S架构的应用软件。软件以变量施肥理论为基础，目标产量法和养分平衡法为算法核心，作物养分需求为计算依据;以水稻、甘蔗、花生、马铃薯等为目标作物，计算出达到目标产量的养分需求量，软件通过土壤理化分析数据计算土壤供肥能力大小;依托网络服务器运算能力，计算人工选择肥料种类的施肥量和施肥成本。文章从软件构建、开发环境、软件功能、操作流程等方面进行介绍和说明，为科学施肥和本软件推广应用提供技术支撑。

【关键词】变量施肥;B/S架构;科学施肥;Web应用软件;开发

【中图分类号】TP319 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）12-0072-04

0 引言

目前，我国农业化肥施用多停留在经验施肥的水平[1]。据统计，我国的化肥施用量已经达到434.6 kg/hm2[2，3]，远远超出发达国家为防止化肥对水体造成面源污染设定的225 kg/hm2的安全上限，是国际标准的1.93倍[4];化肥利用率仅为30%～40%，化肥的增产作用并未完全發挥并造成资源浪费和农业面源污染源[5，6]。因此，实行科学的变量施肥是农业可持续发展的必要措施和亟待解决的技术问题。

施肥量与土壤条件、作物需肥特点、自然环境条件和肥料品种等密切相关[7]。不同作物的吸收养分总量和养分比例不同，需要了解种植作物的需肥规律;不同地区的自然条件（如气候、地貌、土壤肥力水平）和耕作习惯不同，施肥参数也不尽相同。施肥量与土壤条件、不同作物需肥规律、自然环境条件和肥料品种之间的复杂关系对非专业人员而言较难掌握。土壤供肥能力大小需要通过公认且成熟的计算模型进行运算，计算烦琐且工作量大，人工计算需要深厚的理论基础;同时在复杂计算条件下，人工计算很难保证结果的准确性。随着计算机和网络技术在农业上的广泛应用，为减轻工作量、提高工作效率和确保运算结果准确性，将变量施肥理论与互联网软件技术相结合，研发出一款土壤供肥能力和作物科学施肥的软件，即作物科学施肥专家系统，成为科学施肥应用研究的一个热点。

互联网时代的显著特征是将硬件、软件资源汇聚于网络，实现资源共享，数据服务通过WebService完成，客户的各类型终端（电脑、智能手机等）成为连接网络的末梢节点[8]。计算机软件开发技术应紧跟互联网发展步伐，以创新化、智能化为发展方向，以社会需求和客户体验为发展重点[9-11]。土壤供肥能力与作物科学施肥专家系统V1.0是将变量施肥理论与互联网软件技术相结合，构建理论计算模型，开发符合互联网时代软件特点和要求的计算机软件。

1 软件介绍

1.1 整体架构与开发工具

目前应用程序软件主要有客户机/服务器（Client/Server，C/S）和浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）两种模式[12，13]。C/S类程序一般是独立运行的桌面软件，而B/S类程序一般是借助网页浏览器来运行Web应用软件[14-16]。Web应用程序的优势在于，依托网络服务器强大的运算能力，用户只需通过网页浏览器即可直接访问应用程序，运行时占用内存少，不产生程序安装环节，避免了程序安装过程可能存在不可预测问题的缺陷。土壤供肥能力与作物科学施肥专家系统V1.0就是采用B/S架构的Web应用程序，其整体架构关系如图1所示。

土壤供肥能力与作物科学施肥专家系统V1.0采用ASPV3.0、HTMLV5.0等编程语言进行编写。

1.2 软件功能

依据软件设计要求，土壤供肥能力与作物科学施肥专家系统V1.0主要有4项功能（见表1）。

1.3 计算模型

本软件主要涉及土壤供肥能力计算模型、作物目标产量养分需求量计算模型、肥料施用量计算模型3种计算模型。

1.3.1 计算模型1：土壤供肥能力计算模型

土壤供肥能力以土壤速效养分指标为运算依据，以土壤供肥能力经验计算公式为基础[17-19]，依据计算公式（1）进行计算：

土壤供肥量=土壤速效养分含量分析×0.15×土壤养分校正系数（1）

公式（1）中，0.15为每667 m2的换算系数;土壤养分校正系数表示土壤测定值与作物产量的相关性，一般采用0.55[17]。

1.3.2 计算模型2：作物目标产量养分需求量计算模型

根据各种作物单位质量经济产量吸收的养分量数据值[20，21]，依据计算公式（2）进行计算：

1.3.3 计算模型3：肥料施用量计算模型

根据作物目标产量养分需求量与土壤供肥量之差为人工施肥量，通过肥料养分含量和肥料当季利用率计算肥料施用量[22-24]，依据计算公式（3）进行计算：

本软件中花生作为豆科作物具有一定的固氮作用，施用氮肥时，需要考虑自身固氮能力的大小和比例。

1.4 界面说明

土壤供肥能力与作物科学施肥专家系统V1.0作为一款Web应用软件，通过网页浏览器打开软件所在网址即可访问并使用本软件。软件主要由首页、系统运算、系统介绍和成果展示4个功能页面（如图2所示）组成。

软件设置了认证和登录界面（如图3所示），使用者需要经过软件管理员确认授权后，方能登录系统并使用本软件。

2 操作流程

点击软件“进入系统模块”后，软件的具体操作流程如图4所示。步骤1：选择甘蔗、水稻、玉米、花生和马铃薯5种作物进行相关肥料运算，并依据选择作物的需肥规律设定合理的作物目标产量，计算达到目标产量的养分需求量。步骤2：通过土壤相关理化数据，获得土壤供肥能力数据。步骤3：目标产量的养分需求量与土壤供肥量的差值，即为人工养分施入量。步骤4：作物施肥量和施肥成本计算。人工选择单质化肥种类，因为不同肥料在不同生产厂家的原料来源、生产工艺、销售途径和成本管理的差异，软件设置人工输入肥料养分含量和单价，依据人工施用养分量计算出各肥料的施用量和施肥成本。

3 结语

目前国内相关研究机构开发研制推荐施肥系统，如北京中农博思科技发展有限公司开发的农博士肥料配方软件[24]、广西测土配方施肥决策系统[21]、云南双柏县测土配方施肥专家系统软件[25]、三江平原测土配方施肥TRPF系统[26]等，部分属于需要安装包的桌面软件;软件研发完成后，软件结构和内容基本固定，数据更新和内容修改完善较为困难，适用性欠佳。而土壤供肥能力与作物科学施肥专家系统V1.0基于B/S架构的Web应用软件，具有免安装、易维护和共享性强、数据计算结果准确可靠等特色。只要通过网页浏览器，即可访问并使用本软件，面向的范围更广。该软件共享性强，只需通过软件管理员审核通过，即可随时使用。软件维护简单，更新页面即可实现面向所有用户的更新。软件开发者通过扎实的土壤肥料理论学习和计算模型优化，对软件涉及的4个理论计算模型进行反复比较和人工计算，保证了软件运算结果的准确性和可靠性。

土壤供肥能力与作物科学施肥专家系统V1.0界面友好，减少使用者对软件的理解时间，达到一看即会操作的目的。友好的界面不仅能带来愉悦的视觉享受，還能以简洁的方式为使用者提供相应的提示，避免出现不必要的失误，所有运算过程集中显示，全部分析模块用分类形式集中在同一界面显示。对软件开发中存在的不足，研究人员将在后续版本进行修改和完善。本软件已经获得国家计算机软件著作权登记证书（登记号：2019SR1230779）。

本专家系统以变量施肥理论为基础，根据土壤自身肥力状况和作物生长所需的肥力要求，由使用者自主选择肥料种类，系统自动给出合理的施肥量和施肥成本，从而达到合理施肥、培育土壤肥力、减少环境污染的目的。在智能终端普及和互联网技术快速发展的时代，农业技术员、农业种植大户和肥料经销商均能利用移动网络终端方便使用本软件，指导科学施肥、及时服务农业生产，从而进一步提高施肥精确度和肥料有效利用率，增加农业经济效益。土壤供肥能力与作物科学施肥专家系统V1.0具有广泛的应用前景，助力农业可持续发展。

参 考 文 献

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