云南省马铃薯种薯质量追溯系统的开发与应用

卢丽丽，徐大明，李燕山，李登奎，包丽仙，易嘉欣，隋启君，杨琼芬*

（1.云南省农业科学院经济作物研究所，云南 昆明 650200；2.国家农业信息化工程技术研究中心，北京 100097）

马铃薯是重要的粮食、蔬菜和加工原料，是中国第四大主粮作物。云南省独特的地理气候条件使马铃薯实现了四季生产，马铃薯已成为云南省三大主要农作物之一[1]，种植面积仅次于水稻和玉米。马铃薯产业的高质量发展对云南省粮食安全和乡村振兴战略实施具有重要意义。

马铃薯块茎易受病原菌感染导致种性退化，带病种薯的使用会造成马铃薯减产和品质劣化。马铃薯种薯质量不仅直接影响马铃薯产量、品质和种植效益，还间接影响马铃薯新品种的推广和病害综合防控效果。种子是农业的“芯片”，是确保国家粮食安全和农业高质量发展的“源头”，马铃薯种薯是马铃薯生产的关键要素，也是马铃薯生产各环节中问题最多，最难把控的环节。云南省复杂的地理条件使马铃薯种薯繁育存在一定风险，由于土地轮作成本高和带病种薯远距离调运，导致部分种薯生产区域土传病害逐年加重。种薯生产经营活动监督管理体系不健全，种薯市场秩序混乱，种薯质量监控体系缺失，种薯代次不清、混杂严重、质量不高、以次充好、以假乱真等现象屡有发生，种薯质量已然成为云南省冬早马铃薯产业健康发展的首要“卡脖子”问题。

马铃薯种薯繁育具有周期长、繁育环境复杂、行业监管困难等特点，决定了其长期面临着质量问题的挑战。云南省马铃薯种业的高速发展对种薯质量溯源链提出了新的需求。云南省马铃薯种薯质量追溯系统的研究与构建，对马铃薯种薯繁育流程进行逐级追踪，实现了马铃薯种薯生产链条上的来源可追溯，去向可查询，是规范马铃薯种薯质量监管的重要手段，对促进马铃薯种薯规范生产和质量提升起到重要作用。

云南省马铃薯种薯质量追溯系统，以物联网技术和种薯质量控制关键点为核心，以追溯码技术为载体，通过建立马铃薯脱毒种薯繁育流程中的关键环节质量追溯体系，实现从种苗（薯）生产环境、生产管理档案、生产资料使用、种薯质量检验、种薯收获包装和贮藏等环节的全程质量监控。该系统的构建和应用，需要对马铃薯种薯生产的每一个环节进行追溯信息的采集与录入工作，促使企业加强各个环节的质量管理，使马铃薯种薯生产的整个链条都置于严格的质量监控之下，有利于整体提高马铃薯种薯质量水平。云南省农业科学院经济作物研究所是云南省公益性省级科研机构，拥有专业的马铃薯种薯研发团队，在马铃薯种薯繁育关键技术研究和质量控制方面具备一定的专业水准和实践经验，从产业引领的角度出发，研发了云南省马铃薯种薯质量追溯系统，进一步完善马铃薯种薯质量控制体系，为云南省马铃薯产业高质量发展提供技术支撑。

1 追溯系统的整体设计

系统设计过程中，把云南省马铃薯品种信息、核心种苗来源、脱毒苗扩繁、组培室信息、种薯基地信息、原种和原原种生产、运输、营销等一系列信息构建为中心数据库，把产地调查、环境监测和马铃薯种薯种植与贮藏全过程的各种信息汇总形成数据来源，利用Vue.js技术和MySQL系统开发出云南省马铃薯种薯质量追溯系统（图1）。系统采用Browser/Server结构访问数据库，同时结合二维码和RFID技术实现远程追溯条码自动识别，在降低技术实现难度的同时，增强系统的运行效率和分析能力[2]。

图1 云南省马铃薯种薯质量追溯系统登录界面Figure 1 Login interface of Yunnan Province seed potato quality traceability system

1.1 系统主要功能模块设计

云南省马铃薯种薯质量追溯系统包括马铃薯核心种苗立体保存库管理、脱毒苗繁育管理、原原种繁育管理、原种繁育管理、种薯仓储管理、数据分析和系统管理七个模块（图2）。

图2 云南省马铃薯种薯质量追溯系统的七个核心管理模块Figure 2 Seven core management modules of Yunnan Province seed potato quality traceability system

1.1.1 核心种苗立体保存库管理

对云南省马铃薯主栽品种、主推品种和地方品种的脱毒核心苗入库保存和出库去向进行数字化管理，包括资源库信息、货架管理、核心种苗管理、质量抽检管理和环境及视频监测管理等模块。

1.1.2 脱毒苗繁育管理

对云南省马铃薯品种脱毒组培苗的接种、扩繁和培养等相关流程进行数字化管理，包括组培室信息、培养室信息、培养架管理、批次管理、计件管理、接种扩繁管理、质量抽检管理和环境及视频监测管理等模块。

1.1.3 原原种繁育管理

对马铃薯原原种繁育的种苗来源和生产过程进行数字化管理，包括马铃薯原原种繁育的大棚信息、苗床管理、生育期信息、农事操作管理、质量抽检管理和环境及视频监测管理等模块。

1.1.4 原种繁育管理

对马铃薯原种繁育的种薯来源和生产过程进行数字化管理，包括马铃薯原种繁育的地块信息、生育期信息、农事操作管理、质量抽检管理和环境及视频监测管理等模块。

1.1.5 种薯仓储管理

对马铃薯原原种和原种的仓储情况进行数字化管理，包括仓库管理、库存管理、质量抽检管理和环境及视频监测管理等模块。

1.1.6 数据分析

对追溯系统各模块收集数据进行整理和分析，包括资源库分析、组培苗扩繁分析、原原种繁育分析、原种繁育分析、仓储分析、追溯分析等模块。

1.1.7 系统管理

对确保系统各模块顺利运行的通用关键信息进行管理，包括用户管理、角色管理、企业信息、基地管理、基地信息、字段管理、设备管理、托盘管理和抽检标准管理等模块。

1.2 追溯功能的实现

追溯系统赋予每个马铃薯品种的脱毒核心种苗一个独立资源编号，形成资源编号一维码；资源编号跟随核心种苗从资源立体保存库进入脱毒苗扩繁、原原种繁育、原种繁育和生产销售过程，并不断追加信息，形成种薯质量追溯二维码，保证在任何一个环节均可通过手机扫描二维码查询追溯之前的所有环节。

1.2.1 追溯编号

为更好地对马铃薯种薯繁育各环节的质量进行跟踪管理，快速准确定位到不同生产时间、不同组培室、不同基地、不同级别的种薯，及时发现种薯生产、检测、仓储及销售等各个环节中的问题，不断提高云南省马铃薯种薯繁育质量管理的数字化水平，以追溯性和唯一性为基本原则，生成马铃薯种薯资源编号一维码和追溯二维码。

资源编号一维码：资源编号由2 位字母ZM 和7 位数字组成，例如：ZM0001274，ZM 为唯一固定字母，后面数字随着新入库马铃薯核心种苗的品种数量增加而增加。资源编号类似于居民身份证号，在系统中唯一存在且终生不变，在资源立体保存库中以一维码形式展示，并跟随马铃薯核心种苗进入脱毒种薯繁育、生产、质检、销售、储运的各个环节。

追溯二维码：将马铃薯核心种苗从进入立体保存库到销售的所有信息，包括核心种苗保存库、脱毒苗繁育组培室、原原种繁育基地、原种繁育地块、仓库存储以及各个环节种薯质量抽检情况的所有数据信息，在资源编号的基础上生成二维码，每个产品生成独一无二的二维码。

1.2.2 追溯信息查询

云南省马铃薯种薯质量追溯系统，是基于追溯编码技术的马铃薯种薯质量追溯系统和基于二维码技术的手机快速查询系统。种薯生产管理人员在手机APP 追溯系统首页扫描追溯二维码，或输入追溯编号即资源编号，点击查询按钮后，即可展示追溯信息。消费者可以通过手机扫描追溯二维码后链接到系统查询终端，查看产品介绍和溯源信息。产品介绍包括产品详情和企业介绍；溯源信息包括该品种在核心种苗立体保存库入库出库情况、脱毒苗繁育环节的接种扩繁情况、原原种繁育环节的繁殖收获情况、原种繁育环节的播种收获情况以及在各个环节中的质量抽检情况。二维码追溯可以避免下载APP安装的烦琐过程，提升查询效率。

2 追溯系统的关键技术

云南省马铃薯种薯质量追溯系统采用Browser/Server体系结构，系统分为四个部分：感知层、应用层、表现层和访问层。感知层[3]通过传感器和电子标签获取种薯繁育的生产环境和农事生育期信息的基础数据；应用层包括种薯繁育数字化管理系统、物联网监测系统、水肥管理系统、病虫害监测系统、手机APP、数据接口系统及综合管理系统等；表现层用于实现数据查询、数据接收和显示及数据输入等功能，实现数据查询是用户对系统最直接、最感性的认识；访问层[4]通过Web、移动终端、平板、手机APP 或二维码链接访问该追溯系统，方便用户快速获取有效信息。运用Vue.js、HTML等技术，向用户提供简洁、实用、功能强大的应用界面。

2.1 RFID技术

RFID的全称是Radio Frequency Identification，即无线射频识别技术，通过空间耦合来实现对信息的传送与获取、对物品信息的快速追踪、对数据的交换处理[5]。RFID 技术随无线电技术和大规模集成电路的普及而出现，是一项先进的自动识别数据的采集技术，具有识别距离远、读取速度快、无接触识别、存储空间大、可工作于各种恶劣环境等特点[6]。在追溯系统中引入RFID 技术，极大地降低了人力成本，提高了工作效率。

RFID 系统包括电子标签、信息读取器和中央信息处理系统[7]。其工作原理为：用信息读取器扫描种薯质量追溯系统打印的标签，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在电子标签中的信息详情，信息读取器读取信息并解码后，送至中央信息处理系统进行相关数据处理。

2.2 Vue.js技术

Vue.js 是一款简单而功能强大的JavaScript库，专注于构建用户界面的渐进式框架。其自底向上增量开发的设计方式，能够高效地开发软件项目并缩短交付周期[8]。Vue.js 采用声明式、响应式的数据绑定，核心库专注于可视化层，实现视图和模型的动态绑定，更好地处理页面交互和逻辑。其使用了Virtual DOM 技术，使数据渲染速度更快[9]。Vue.js 对于开发者来说非常易学易用，开发强度较低，容易掌握并应用于项目中，使网页前端开发变得简单、方便、快捷。Vue.js 还具备丰富的生态系统，拥有大量的插件和组件库，可以快速构建复杂的用户界面。同时还提供了良好的文档和社区支持，开发者可以轻松获取帮助和资源。

2.3 MySQL系统

MySQL 是一种用于海量数据存储与管理的关系型数据库管理系统。其使用结构化查询语言作为查询语言，并支持广泛的数据库操作功能。MySQL 数据库具有丰富的特点，包括支持多种数据类型、灵活的数据索引和多样的存储引擎选择。MySQL 数据库不仅具有出色的功能，且体积小、资源占用低，系统运行速度快，数据管理方便。此外，MySQL 提供了高可靠性、高性能和可扩展性的解决方案。MySQL 还提供了数据备份和恢复机制，以确保数据的安全性。对于处理大规模数据的需求，MySQL 通过使用不同的存储引擎、数据压缩技术、分区表、扩展技术等方法来提高性能和扩展性。MySQL 常被应用在中小型网站建设中[10]。

3 追溯系统的重要作用

从云南省马铃薯种薯繁育的质量控制实际情况出发，马铃薯种薯质量追溯系统的开发，符合云南省马铃薯产业高质量发展的产业需求，其使马铃薯脱毒种薯繁育实现了数字化全程跟踪与追溯管理，明确了马铃薯种薯繁育质量控制的关键点、关键信息指标以及可追溯单元。

3.1 实现种薯繁育有源可寻和质量有据可查

马铃薯无性繁殖的特性使其种薯容易被病毒和病菌侵染而导致种性丧失，马铃薯种薯质量控制难度大；由于跨区域调种，马铃薯携带的病毒和病菌远距离传播、种薯代次不清、源头不明、品种多乱杂等现象导致马铃薯种薯市场监管难度大，伤农损农的事件常有发生。云南省马铃薯种薯质量追溯系统的应用从马铃薯核心种苗立体保存库开始，经组培扩繁、种薯生产、质量检测、市场销售和存储运输等流程，全程实现种薯产地信息精确化和过程管理信息化，关键环节可监管、种薯质量可追溯。任一环节出现问题可直接锁定，及时得到信息反馈，有针对性地高效解决马铃薯脱毒种薯繁育过程中的关键问题。

3.2 彻底阻截不合格种薯进入生产流程和市场流通

销售种薯与资源编号唯一对应，未入库或重复条码信息的种薯及时淘汰，彻底阻截不合格种薯进入生产流程和种薯市场流通渠道。种薯用户可通过设备查询所购种薯的质量及种薯生产相关信息，管理部门可利用追溯系统对种薯质量进行监管，一旦发生种薯质量安全事件，能够快速、高效地追踪追溯，有力地保障马铃薯生产用种质量安全。同时运用系统可为马铃薯种薯企业和薯农的生产经营保驾护航，提供安全保障，降低生产经营风险，提高生产效益。

3.3 有效掌握马铃薯种薯市场经营情况，提高企业管理效率

通过系统监控，管理部门可随时随地掌握种薯市场销售进展和推广应用情况，从源头上杜绝生产过程中的虚报和瞒报等情况，有效掌握真实的马铃薯种薯生产、存储和经营情况，科学研判企业内部环境和全省的马铃薯种业形势，为马铃薯种薯企业实现智慧生产提供科技支撑。

3.4 整合马铃薯种业优势资源，促进现代马铃薯种业发展

通过云南省马铃薯种薯质量追溯系统的研发与应用，实现了种薯繁育、生产、质检、销售、储运全过程的质量安全追溯分段追踪，实现了计算机、手机、平板多终端追溯实时动态查询。通过云南省马铃薯种薯质量追溯系统的应用，将构建以种薯质量全过程管理为核心，以种薯质量追溯体系及种薯监管体系为支撑，以马铃薯种薯生产企业、监管部门、消费者为应用对象的种薯生产源头到终端销售全程追踪与追溯的完整的马铃薯种业闭环管理体系，形成“研、企、推、监”四位一体长效机制，切实提高种薯质量监管水平，进而加速弱、小企业退出种薯市场，对整合马铃薯种业优势资源，做大做强马铃薯种薯企业，促进现代马铃薯种业发展具有重要意义。

4 系统应用存在的问题

4.1 系统推广应用的重要性认识不足

目前，云南省马铃薯种薯质量追溯系统的推广应用尚处在初级阶段，仅在项目参与单位中试运行，追溯管理平台技术在不断更新和完善阶段，系统完善后将在全省种薯生产企（事）业单位进行推广应用。为了保证种薯质量追溯链条的完整性和准确性，从种薯的扩繁、种植、生长、田间管理到收获、质量检测、仓储和销售，整个过程都需要有详细的记录，准确、完整的种薯生产档案是建立种薯质量有效追溯的基础条件。马铃薯种薯质量追溯系统涉及光学识别、射频识别、防伪、印刷、通信、软件等多项技术[11]，各生产环节主体对追溯系统应用的重要性认识不足，种薯生产数据录入不及时和不准确也会限制种薯质量追溯系统作用的发挥。

4.2 数据安全需要进一步保障

云南省马铃薯种薯质量追溯系统主要针对种薯生产到销售全过程中的关键数据进行安全可靠的存证、追踪和追溯。该系统涉及核心种苗保存、原种和原原种生产、种薯质量检测、企业经营销售、存储运输等环节及流程信息，其中一些信息需要保障其安全，而系统除用户密码之外的其他信息均采用明文传输[2]，如果信息安全存在漏洞容易导致数据丢失或者被破坏、被窃取，将会给用户后台管理系统的正常运行带来安全隐患。同时系统层次结构具有较强的关联性，信息安全性得不到保障，导致追溯信息传递困难，无法确保全产业链信息的连续性和完整性，一旦信息出现错漏导致决策失误，可能会给全省马铃薯种薯产业带来较大损失。

4.3 系统追溯信息收集难度较大

云南省马铃薯种薯质量追溯系统记录了种薯生产到营销过程中每一个环节的操作信息，为实现追溯信息有效传递，设置了特定的质量管理流程，要求各环节利益主体能够充分利用系统如实填报相关信息。目前追溯系统正在试用阶段，各种薯生产销售环节主体对系统认识度不高，对马铃薯种薯质量追溯意识淡薄。农户在消费过程中自我保护能力不强，缺乏种薯主动追溯意识。同时种薯生产和销售企业需要额外添加追溯标签、追溯设备、数据库建设和人员培训等成本，来配合该系统的研发和试用。

5 结 论

马铃薯种薯是马铃薯生产的基础，是马铃薯生产要素发挥作用的载体，高质量的种薯是马铃薯产业高质量发展的关键。云南省马铃薯种薯质量追溯系统可促进马铃薯种薯企业进一步提升产品质量和管理服务水平，可为行业监管部门发挥监督作用提供措施依据，亦为保障广大马铃薯薯农的权益，对提高云南省马铃薯种薯质量安全问题的监管力度与反应能力奠定坚实基础。