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摘要 为满足选育农作物新品种对区域试验的新需求，徐州农业科学研究所等6家单位建成了农业部2016年现代种业提升工程“江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站物联网系统”，实现了品种试验管理自动化、信息数据采集标准化和品种评价规范化，解决了人手少、工作量大和试验过程监管难的问题，为国家、省級农作物品种区试审定和品种推广、跟踪评价等工作提供强有力的支撑，促进了业务协同与资源共享，提高了新品种试验示范的效率、质量、承载能力和服务能力。本文主要介绍了该系统的组成及关键技术研发与应用，并提出相应发展建议。
关键词 农作物品种；区域试验；物联网系统；组成；应用；建议
中图分类号 G323.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）03-0282-05
“粮安天下，种铸基石”。我国是农业生产大国和用种大国，农作物种业是国家战略性、基础性核心产业，是促进农业长期稳定发展、保障国家粮食安全的根本。党中央、国务院一直高度重视我国现代农作物种业发展，已连续出台3个加快推进现代农作物种业发展的文件，为现代农作物种业发展绘就了蓝图。
“好儿要好娘，好种打好粮”，农作物品种是农作物种业发展的核心竞争力，是农业增产增效的内因和最大贡献要素。农作物新品种区试是选育、推广新品种的必经环节，区试结果为农作物新品种审定提供重要的科学依据。2015年新修订的《种子法》保留了主要农作物品种审定制度，规定“主要农作物品种在推广应用前应当通过国家级或省级审定”，农作物品种试验是鉴定农作物新品种丰产性、稳产性、适应性、抗性、品质及其利用价值的重要手段，是品种审定和品种区域布局的依据，是优良品种进入农业生产的纽带和桥梁。加强国家级区试站基础设施建设、改善区试条件是提高区试工作质量、保证区试的数据准确可靠性、确保农作物新品种安全推广的根本前提。同时，也有利于引领科技创新和科研育种的正确方向，对因地制宜地推广优良品种、确保农业生产用种安全、提高农作物产量和品质、促进农业增产增收、满足市场多样化需求等方面具有重要作用和现实意义[1-3]。
20世纪50年代初期，国家和各省相继开展了各种农作物品种试验审定工作，经过逾60年的实践和发展，建成了一整套比较完善的国家和省2级品种试验审（鉴）定和推广体系。一是建立了比较完备的法规标准体系；二是建立了比较科学的技术评价体系；三是建立了比较完善的组织管理体系；四是建立了比较稳定的试验网络体系；五是建立了国家财政支持保障体系；六是建立了多样化的非审定作物品种测评体系；七是建立了各具特色的新品种展示示范推广体系。2016年国家农作物品种区试点逾2 000个，省级区试点近4 000个，全国从事品种试验的人员超1万人，农作物品种试验网覆盖了全国各主要生态区。国家一直非常重视农作物品种试验基础条件建设，自“九五”种子工程开始投资建设国家级农作物品种区域试验站，截至2015年，共投资建设品种区域试验站和抗性鉴定站逾400个，国家区域试验站的建设大大改善了部分试验点的试验条件，提高了试验能力和试验效率。2016年农业部实施现代种业提升工程。自2011年国务院出台《关于加快推进现代农作物种业发展的意见》（国发〔2011〕8号）以来，通过实施新一轮种子工程，农作物种业基础设施投入继续加大，育种创新、品种测试试验和种子检验检测等基础设施建设逐步完善。实践证明，农作物品种试验审定作为种业体系的重要环节，为有效解决生产品种短缺、保障农业生产品种需求发挥了重要作用，取得了令人瞩目的成效，良种对农业增产的科技贡献率达43%以上[4-6]。
新形势下，随着信息技术、装备技术和现代农业技术的发展，农业生产方式发生了翻天覆地的变化，农业信息化和机械化已经成为现代农业发展的趋势和动力。党的十八大提出“促进工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展”的战略部署，指出要充分利用现代技术改造传统农业，提升农业现代化水平，充分体现了党和国家对以信息化支撑工业化、城镇化和农业现代化发展的高瞻远瞩。“四化同步”的发展战略为全国上下加快推进农业信息化指明了方向，明确了目标和任务。品种试验审定工作取得了显著成绩，通过多年的项目建设，品种试验基础条件得到了较大改善。但是，品种试验审定作为农业生产的前端工作和种业体系的重要环节，仍跟不上时代发展的变化，基础设施条件非常落后，试验操作、调查记载等仍多数依靠纯手工操作，不仅工作效率低，而且很容易产生数据误差。在信息化建设方面更加滞后，主要表现为信息数据采集和传输方式方法落后、主要通过电子邮件或纸质文档在试验全部结束后上报、处理分析功能欠缺、自动化与智能化水平低、汇总评价不规范、网络延伸不足、信息发布不及时、信息资源共享程度低等，这些都极大地制约了品种试验审定的公开、公正、透明、高效。通过国家层面进行顶层设计，以信息技术为引领，以现代物质装备技术为武装，建设全国统一的农作物品种试验信息与运行管理系统，提升全国农作物品种试验水平已迫在眉睫。
为了更好地满足通过农作物品种区域试验管理实现规范化、科学化、自动化、高效化的需求，江苏徐淮地区徐州农业科学研究所在实施农业部2016年现代种业提升工程“江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站建设项目”期间，重点建成了由国家农业信息化工程技术研究中心研发的农作物品种区域试验物联网系统。该系统包括国家农作物品种区试站信息管理系统、低功耗太阳能气象信息采集站、土壤墒情快速获取监测站、远程作物生长状况监测站，通过竣工验收、试运行的结果来看，强化了国家品种区域试验中参试材料、试验规划、性状采集、数据分析、农事操作及环境数据的信息化管理；达到了电子标签（RFID）和二维码等物联网技术与环境监测站、物联网监测系统、测产测水等设备的集成应用，实现了国家、省级区域试验的技术流程管理与数据采集分析的信息化。
1 农作物品种区域试验物联网系统组成
1.1 国家农作物品种区试站信息管理系统 国家农作物品种区试站信息管理系统的主体部分是服务端的综合管理平台，平台基于B/S架构，用户使用目前主流的浏览器即可进行业务相关操作，无需额外进行本地安装。平台遵循JAVA EE标准体系开发，使用Spring MVC作为技术框架，采用SOA的设计理念，选择Apache Tomcat作为中间件，后台数据存储管理系统则使用企业级的Oracle数据库。包括参试材料管理、试验规划管理、性状采集管理、农事操作管理、环境数据管理、试验数据分析、基础数据管理、系统管理等功能。另外还包含基于Android的移动APP、用于制定和打印电子标签（RFID）与二维码标签的试验材料打标2个子系统。涉及区试管理者、决策者、试验管理人员、田间操作员、数据采集员、标签制作人员等角色。系统结构如图1所示，系统功能示意图见图2。
1.1.1 农事操作管理。农事操作管理实现区域试验中农事操作的信息化管理，主要提供农事操作数据的录入、导入和查询等功能。具体包括农事操作录入、农事操作查询、农事操作类型管理等模块。
1.1.2 环境数据管理。环境数据管理实现区域试验中环境数据的信息化管理，主要提供气象及土壤2类环境数据的录入、导入和查询等功能。具体包括环境气象数据录入、气象数据查询、土壤数据录入、土壤数据查询、数据接口等模块。
1.1.3 参试材料管理。参试材料管理即对承试点的参试材料进行规范化管理，是承担国家或省级农作物品种区域试验管理工作的基础，主要提供材料信息的添加、导入、编辑、查询、分组、导出等功能。
1.1.4 试验规划管理。试验规划管理实现承试点进行区域试验的规划和执行工作，主要提供试验信息的添加、导入、编辑、查询、分组、导出以及试验规划和试验数据管理等功能。其中试验规划支持单因素随机区组、间比法等多种试验设计方法以及试验设计规划的排布。具体包括试验信息录入、试验查询、试验规划、试验信息导出、试验分组管理等模块。
1.1.5 试验数据分析。试验数据分析针对区域试验的不同阶段提供多种数据分析支持，并形成分析结果报告。具体包括比较分析、方差分析、多点分析等模块。
1.1.6 基础数据管理。基础数据管理是江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站物联网系统的支撑部分，主要提供作物、性状、性状组、试验地点、编号规则的管理功能。具体包括作物管理、性状管理、性状单位管理、性状组管理、试验地点管理、编号规则管理等模块。
1.1.7 系统管理。系统管理属于江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站物联网系统的重要建设内容，主要实现数据安全及权限控制的管理工作需求。具体包括用户管理、权限管理和用户组管理。
1.1.8 性状采集管理。性状采集管理实现对区域试验数据的采集工作，主要提供性状数据的采集、查看、处理以及图片管理和其他设备/系统接口等功能。其中性状数据采集支持PDA采集、田间记录本导入、页面录入等多种形式。具体包括性状数据采集、数据查看、数据处理、图片管理、系统接口等模块。
1.1.9 性状采集APP。性状采集APP实现标准化及便捷性的性状采集，该APP采用目前市场主流的Android智能移动操作系统进行开发，可运行在主流个人PDA及智能手机设备上，主要提供性状采集和数据上传等功能。
1.1.10 试验材料打标系统。试验材料打标系统为江苏徐淮地区徐州农业科学研究所进行区域试验提供参试材料和试验管理需要的电子标签（RFID）和二维码标签的制定和打印功能。
1.2 低功耗太阳能气象信息采集站
整个采集系统采用远程数据传输，没有地域距离限制，支持控制中心同时接收、查询多级多站点数据；实现大区域范围内联网、数据共享，实现系统内实验站点垂直树形管理。整个系统采用太阳能供电及无线通讯方式，完全摆脱布线造成的繁琐和高风险困境，为采集监测系统持续性监测提供了可靠的保证。软件平台定制化，针对性强，灵活性好，具备数据接收、管理、分析、预警服务等功能，提供远程控制特性化功能。系统监测项目可任意增减，扩展空间无限，传感器种类和数量上没有限制。可根据用户需求在项目不同阶段、不同时期扩增，所有传感器监测采用间隔性供电设计，以达到超低功耗输出，保证系统长时间稳定运转。
田间环境信息采集设备包括气象站主机及田间配置的传感器，配置空气温度、湿度、风速、风向、气压、雨量、土壤湿度、土壤温度等环境信息传感器，各实验站的气象站主机及传感器获取的环境信息通过网络可传输至综合实验室的服务器，由田间环境信息管理软件系统进行分析，为病虫害程度监测预报及土壤墒情监测提供数据支持，从而形成一套针对性强、管理清晰、控制便捷、功能强大的独特生态监测控制系统（图3）。
1.3 土壤墒情快速获取监测站
土壤墒情快速获取监测站能够实现对土壤墒情（包括土壤温度、土壤含水量、土壤电导率）的长时间连续监测。用户可以根据监测需要，灵活布置土壤温度和土壤水分传感器；也可将传感器布置在不同的深度，测量剖面土壤水分情况。系统采用无线网络信号采集传输模式，传感器没有数量限制，监测点之间没有距离限制（图4）。
土壤墒情监测系统能够全面、科学、真实地反映被监测区的土壤变化，可及时、准确地提供各监测点的土壤墒情状况，为减灾抗旱提供了重要的基础信息。
1.4 遠程作物生长状况监测站
远程作物生长状况监测站具有视频监控、语音交互、无线覆盖等功能，主要用于获取实验基地的昼夜图像信息以及远程查看基地作物生长情况。通过语音交互系统远程指导田间操作，提高信息反馈效率。通过远程无线网桥和路由器实现基地的无线覆盖，可为田间采集终端和仪器设备提供无线网络支持，实现田间手持终端采集数据的实时上传。各实验站的田间视频语音监控设备采集的视频图像等信息通过网络传输至综合实验室的服务器，由远程作物生长状况监测软件系统对图像信息进行分析，获取作物长势、病虫害程度等性状参数（图5）。 2 关键技术研发与应用
目前，农作物品种区域试验物联网系统已先后在湖南省长江中下游环洞庭湖流域农作物品种综合区试站、江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站使用，应用效果显著，对其他省开展国家区试站信息化建设工作起到了引领和带动作用。其中，江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站管理系统涉及水稻、玉米、大豆、棉花、小麦、花生、甘薯等7种作物，覆盖国家玉米区域试验、国家棉花区域试验、国家黄淮海大豆区域试验、国家花生区域试验、国家黄淮海粳稻组区域试验、江苏省早熟中粳区域试验、江苏省夏玉米区域试验、黄淮海花生区域试验、甘薯国家和省级区域试验等9类17项区试。
江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站自2016年11月5日启动建设，2017年6月1日由国家农业信息化工程技术研究中心开始建设物联网系统，于6月28—29日在徐州农业科学研究所进行集中培训，江苏徐淮地区徐州农业科学研究所主站（简称徐州农科所）、宿迁中江种业有限公司分站（简称宿迁中江）、江苏保丰集团公司分站（简称江苏保丰）、佳禾农业科技有限公司分站（简称佳禾农业）、丰县农业技术推广中心分站（简称丰县农技）、东海县平明镇农业技术推广服务站分站（简称东海平明）等6家区域试验站为承建单位。6月30日至7月5日在各站点首先根据区试经典流程展开设备安装及操作技术培训，然后进行一对一指导，最后进行打标制卡等实操训练，之后线上以国家黄淮海夏玉米区试试验为例进行了PC端和移动端的操作，通过共同努力，完成对区试一线试验人员系统、全面的培训以及田间操作的实际演练，取得了阶段性成果。一是各站点试验人员独立掌握试验材料Excel导入，使用系统试验管理功能完成全部示范试验规划操作，并根据试验规划结果，熟练地完成打标制卡工作。二是在性状数据采集方面，利用PDA进行移动性状采集，通过扫描小区电子标签实现试验材料的快速准确定位，采用PDA进行性状数据的移动采集，实现性状数据采集手段的升级，避免了传统记载本记录易遗失、易污损、多次转录的缺点，记载数据可随时查看，节省了大量翻阅记载本的时间，实现性状数据的及时采集和实时上传。三是在试验照片实时采集方面，利用移动采集终端拍摄图片与考察对象自动关联，清晰、及时、准确的性状图片采集为品种的审定提供更可靠的数据支撑。
2.1 徐州农科所
徐州农科所承担国家水稻黄淮海粳稻组试验、江苏省早熟中粳区试、国家棉花黄河流域常规组生产试验、国家棉花黄河流域杂交组生产试验、国家棉花黄河流域早熟组区域试验、国家黄淮海夏大豆区试、国家花生区试和黄淮海花生区试以及优良品种评价筛选试验、国家特用型甘薯品种改良岗位组、甘薯新品系多点鉴定试验北方夏薯区组、甘薯新品系多点鉴定试验长江中下游薯区组、江苏省甘薯新品种鉴定试验。以上12个试验均已采用区试站管理系统进行管理，在完成前期试验规划、打标制卡等工作的同时，进入性状数据采集阶段。以下为各区试的性状采集详情。
2.1.1 国家水稻黄淮海粳稻组区试。在苗期性状采集阶段，需采集性状包含播种期、移栽期、基本苗、秧龄，截至8月20日，采集播种期、移栽期、基本苗、株型、叶色、叶姿、长势、分蘖率性状共312条，完成率达100%（表1）。
2.1.2 江苏省早熟中粳区试。江苏省早熟中粳区试组在苗期性状采集阶段，需采集性状包含播种期、移栽期、基本苗、秧龄，截至8月20已采集播种期、移栽期、基本苗、株型、叶色、叶姿、长势、分蘖率性状共104条，完成率达100%（表2）。
2.1.3 国家黄淮海夏大豆区试。国家黄淮海夏大豆区试组需采集性状包括播种期、出苗期、花期、花色、叶形、花叶病毒、倒伏性，截至8月20日已采集播种期、出苗期、花期、花色、叶形、花叶病毒、倒伏性性状共224条（表3）。
2.1.4 国家棉花黄河流域生试、区试。国家棉花黄河流域生试、区试需采集性状包括开花期、开花长势、开花整齐度，目前已采集开花期、开花长势、开花整齐度性状共39条，完成率达100%（表4）。
2.1.5 甘薯国家、省级区试。甘薯国家、省级区域试验需采集的性状有移栽期、株型、叶形、叶色、顶叶色，目前已采集移栽期、株型、叶形、叶色、顶叶色性状共170条（表5）。
2.2 宿迁中江
中江种业承担的国家黄淮海夏玉米试验已进入系统，需采集播种期、出苗期、芽鞘色、粗缩病、抽雄期、吐丝期、褐斑病、南方锈病等性状，截至8月20日已采播种期、出苗期、芽鞘色、粗缩病、抽雄期、吐丝期性状共534条（表6）。
2.3 江苏保丰
江苏保丰集团公司承担的国家黄淮海夏玉米试验需采集播种期、出苗期、芽鞘色、粗缩病、抽雄期、吐丝期、褐斑病、南方锈病等性状。截至8月20日已采集播种期、出苗期、芽鞘色、抽雄期、吐丝期性状共445条（表7）。
2.4 佳禾农业
佳禾农业承担的江苏省早熟中粳试验需采集性状包括播种期、移栽期、基本苗、叶色、长势，目前已采集播种期、移栽期、叶色、长势等性状共117条数据，完成率达100%（表8）。
2.5 丰县农技
丰县农业技术推广中心承担的江苏省夏玉米区试试验需采集性状包括播种期、出苗期、芽鞘色、粗缩病、抽雄期、吐丝期、褐斑病、南方锈病，现已采集性状共144条（表9）。
2.6 东海平明
东海县平明镇农业技术推广服务站承担的江苏省中熟中粳区域试验需采集性状包括苗高、单茎基粗、叶龄、单株基粗、叶龄、单株次生根、纹枯病、长势、白叶枯病、黑条矮缩病、条纹叶枯病，目前已采集苗高、单茎基粗、叶龄、单株基粗、叶龄、单株次生根、纹枯病、长势、白叶枯病、黑条矮缩病、条纹叶枯病性状共117条，完成率达100%（表10）。
3 结论与建议
3.1 结论
由江苏徐淮地区徐州农业科学研究所牵头，江苏保丰、宿迁中江、佳禾农业、丰县农技、东海平明等参加的1 5模式实施农业部种子提升工程“江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站物联网系统建设项目”，应用国家农业信息化工程技术研究中心研发的农作物品种区域试验物联网系统，实现了品种试验管理自动化、信息数据采集标准化和即时化、汇报制度化、传输网络化、分析处理智能化、品种评价规范化；达到了国家级农作物品种区域综合试验技术规范、管理要求的指标；符合国家农作物品种区域试验管理需要。有效地解决了试验过程监管难的关键技术问题。
3.2 建议
为使系统更好地发挥作用，需要与国家区域试验站单位从以下5个方面进行统一优化管理。一是改革管控机制。建立有效的试验执行监管控制机制，督促试验示范进展，保证数据上报的及时性。二是统一采集标准。收集整理各类试验的性状采集标准，规范性状采集的准确性与及时性，同类试验统一采集标准，以免造成录入数据不一致的情况。三是规范关联图片。明确相关试验需要关联图片的关键性状，并规范照片拍摄的要求与要点。四是恪守区试规定。严格执行国家区域试验的采集性状和标准，根据本地的情况制定出性状的采集时间表，作为检查性状数据采集及时行动的依据。五是设置专人管理。建议项目牵头单位指定专人负责检查各个试验的执行情况，并对执行结果定期进行汇报与通报。
4 参考文献
[1] 赵湘宁.农业物联网中关键技术研究进展[J]，台湾农业探索，2011，113（6）：103-107.
[2] 劉家玉，周林杰，荀广连，等.基于物联网的智能农业管理系统研究与设计：以江苏省农业物联网平台为例[J].江苏农业科学，2013（5）：377-379.
[3] 唐珂.国外农业物联网技术发展及对我国的启示[J].中国科学院院刊，2013（6）：700-707.
[4] 赵春江.对我国农业物联网发展的思考与建议[J].农村工作通讯，2014（7）：25-26.
[5] 陈晓栋，原向阳，郭平毅，等.农业物联网研究进展与前景展望[J].中国农业科技导报，2015（2）：8-16.
[6] 李灯华，李哲敏，许世卫.我国农业物联网产业化现状与对策[J].广东农业科学，2015，42（20）：149-157.
关键词 农作物品种；区域试验；物联网系统；组成；应用；建议
中图分类号 G323.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）03-0282-05
“粮安天下，种铸基石”。我国是农业生产大国和用种大国，农作物种业是国家战略性、基础性核心产业，是促进农业长期稳定发展、保障国家粮食安全的根本。党中央、国务院一直高度重视我国现代农作物种业发展，已连续出台3个加快推进现代农作物种业发展的文件，为现代农作物种业发展绘就了蓝图。
“好儿要好娘，好种打好粮”，农作物品种是农作物种业发展的核心竞争力，是农业增产增效的内因和最大贡献要素。农作物新品种区试是选育、推广新品种的必经环节，区试结果为农作物新品种审定提供重要的科学依据。2015年新修订的《种子法》保留了主要农作物品种审定制度，规定“主要农作物品种在推广应用前应当通过国家级或省级审定”，农作物品种试验是鉴定农作物新品种丰产性、稳产性、适应性、抗性、品质及其利用价值的重要手段，是品种审定和品种区域布局的依据，是优良品种进入农业生产的纽带和桥梁。加强国家级区试站基础设施建设、改善区试条件是提高区试工作质量、保证区试的数据准确可靠性、确保农作物新品种安全推广的根本前提。同时，也有利于引领科技创新和科研育种的正确方向，对因地制宜地推广优良品种、确保农业生产用种安全、提高农作物产量和品质、促进农业增产增收、满足市场多样化需求等方面具有重要作用和现实意义[1-3]。
20世纪50年代初期，国家和各省相继开展了各种农作物品种试验审定工作，经过逾60年的实践和发展，建成了一整套比较完善的国家和省2级品种试验审（鉴）定和推广体系。一是建立了比较完备的法规标准体系；二是建立了比较科学的技术评价体系；三是建立了比较完善的组织管理体系；四是建立了比较稳定的试验网络体系；五是建立了国家财政支持保障体系；六是建立了多样化的非审定作物品种测评体系；七是建立了各具特色的新品种展示示范推广体系。2016年国家农作物品种区试点逾2 000个，省级区试点近4 000个，全国从事品种试验的人员超1万人，农作物品种试验网覆盖了全国各主要生态区。国家一直非常重视农作物品种试验基础条件建设，自“九五”种子工程开始投资建设国家级农作物品种区域试验站，截至2015年，共投资建设品种区域试验站和抗性鉴定站逾400个，国家区域试验站的建设大大改善了部分试验点的试验条件，提高了试验能力和试验效率。2016年农业部实施现代种业提升工程。自2011年国务院出台《关于加快推进现代农作物种业发展的意见》（国发〔2011〕8号）以来，通过实施新一轮种子工程，农作物种业基础设施投入继续加大，育种创新、品种测试试验和种子检验检测等基础设施建设逐步完善。实践证明，农作物品种试验审定作为种业体系的重要环节，为有效解决生产品种短缺、保障农业生产品种需求发挥了重要作用，取得了令人瞩目的成效，良种对农业增产的科技贡献率达43%以上[4-6]。
新形势下，随着信息技术、装备技术和现代农业技术的发展，农业生产方式发生了翻天覆地的变化，农业信息化和机械化已经成为现代农业发展的趋势和动力。党的十八大提出“促进工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展”的战略部署，指出要充分利用现代技术改造传统农业，提升农业现代化水平，充分体现了党和国家对以信息化支撑工业化、城镇化和农业现代化发展的高瞻远瞩。“四化同步”的发展战略为全国上下加快推进农业信息化指明了方向，明确了目标和任务。品种试验审定工作取得了显著成绩，通过多年的项目建设，品种试验基础条件得到了较大改善。但是，品种试验审定作为农业生产的前端工作和种业体系的重要环节，仍跟不上时代发展的变化，基础设施条件非常落后，试验操作、调查记载等仍多数依靠纯手工操作，不仅工作效率低，而且很容易产生数据误差。在信息化建设方面更加滞后，主要表现为信息数据采集和传输方式方法落后、主要通过电子邮件或纸质文档在试验全部结束后上报、处理分析功能欠缺、自动化与智能化水平低、汇总评价不规范、网络延伸不足、信息发布不及时、信息资源共享程度低等，这些都极大地制约了品种试验审定的公开、公正、透明、高效。通过国家层面进行顶层设计，以信息技术为引领，以现代物质装备技术为武装，建设全国统一的农作物品种试验信息与运行管理系统，提升全国农作物品种试验水平已迫在眉睫。
为了更好地满足通过农作物品种区域试验管理实现规范化、科学化、自动化、高效化的需求，江苏徐淮地区徐州农业科学研究所在实施农业部2016年现代种业提升工程“江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站建设项目”期间，重点建成了由国家农业信息化工程技术研究中心研发的农作物品种区域试验物联网系统。该系统包括国家农作物品种区试站信息管理系统、低功耗太阳能气象信息采集站、土壤墒情快速获取监测站、远程作物生长状况监测站，通过竣工验收、试运行的结果来看，强化了国家品种区域试验中参试材料、试验规划、性状采集、数据分析、农事操作及环境数据的信息化管理；达到了电子标签（RFID）和二维码等物联网技术与环境监测站、物联网监测系统、测产测水等设备的集成应用，实现了国家、省级区域试验的技术流程管理与数据采集分析的信息化。
1 农作物品种区域试验物联网系统组成
1.1 国家农作物品种区试站信息管理系统 国家农作物品种区试站信息管理系统的主体部分是服务端的综合管理平台，平台基于B/S架构，用户使用目前主流的浏览器即可进行业务相关操作，无需额外进行本地安装。平台遵循JAVA EE标准体系开发，使用Spring MVC作为技术框架，采用SOA的设计理念，选择Apache Tomcat作为中间件，后台数据存储管理系统则使用企业级的Oracle数据库。包括参试材料管理、试验规划管理、性状采集管理、农事操作管理、环境数据管理、试验数据分析、基础数据管理、系统管理等功能。另外还包含基于Android的移动APP、用于制定和打印电子标签（RFID）与二维码标签的试验材料打标2个子系统。涉及区试管理者、决策者、试验管理人员、田间操作员、数据采集员、标签制作人员等角色。系统结构如图1所示，系统功能示意图见图2。
1.1.1 农事操作管理。农事操作管理实现区域试验中农事操作的信息化管理，主要提供农事操作数据的录入、导入和查询等功能。具体包括农事操作录入、农事操作查询、农事操作类型管理等模块。
1.1.2 环境数据管理。环境数据管理实现区域试验中环境数据的信息化管理，主要提供气象及土壤2类环境数据的录入、导入和查询等功能。具体包括环境气象数据录入、气象数据查询、土壤数据录入、土壤数据查询、数据接口等模块。
1.1.3 参试材料管理。参试材料管理即对承试点的参试材料进行规范化管理，是承担国家或省级农作物品种区域试验管理工作的基础，主要提供材料信息的添加、导入、编辑、查询、分组、导出等功能。
1.1.4 试验规划管理。试验规划管理实现承试点进行区域试验的规划和执行工作，主要提供试验信息的添加、导入、编辑、查询、分组、导出以及试验规划和试验数据管理等功能。其中试验规划支持单因素随机区组、间比法等多种试验设计方法以及试验设计规划的排布。具体包括试验信息录入、试验查询、试验规划、试验信息导出、试验分组管理等模块。
1.1.5 试验数据分析。试验数据分析针对区域试验的不同阶段提供多种数据分析支持，并形成分析结果报告。具体包括比较分析、方差分析、多点分析等模块。
1.1.6 基础数据管理。基础数据管理是江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站物联网系统的支撑部分，主要提供作物、性状、性状组、试验地点、编号规则的管理功能。具体包括作物管理、性状管理、性状单位管理、性状组管理、试验地点管理、编号规则管理等模块。
1.1.7 系统管理。系统管理属于江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站物联网系统的重要建设内容，主要实现数据安全及权限控制的管理工作需求。具体包括用户管理、权限管理和用户组管理。
1.1.8 性状采集管理。性状采集管理实现对区域试验数据的采集工作，主要提供性状数据的采集、查看、处理以及图片管理和其他设备/系统接口等功能。其中性状数据采集支持PDA采集、田间记录本导入、页面录入等多种形式。具体包括性状数据采集、数据查看、数据处理、图片管理、系统接口等模块。
1.1.9 性状采集APP。性状采集APP实现标准化及便捷性的性状采集，该APP采用目前市场主流的Android智能移动操作系统进行开发，可运行在主流个人PDA及智能手机设备上，主要提供性状采集和数据上传等功能。
1.1.10 试验材料打标系统。试验材料打标系统为江苏徐淮地区徐州农业科学研究所进行区域试验提供参试材料和试验管理需要的电子标签（RFID）和二维码标签的制定和打印功能。
1.2 低功耗太阳能气象信息采集站
整个采集系统采用远程数据传输，没有地域距离限制，支持控制中心同时接收、查询多级多站点数据；实现大区域范围内联网、数据共享，实现系统内实验站点垂直树形管理。整个系统采用太阳能供电及无线通讯方式，完全摆脱布线造成的繁琐和高风险困境，为采集监测系统持续性监测提供了可靠的保证。软件平台定制化，针对性强，灵活性好，具备数据接收、管理、分析、预警服务等功能，提供远程控制特性化功能。系统监测项目可任意增减，扩展空间无限，传感器种类和数量上没有限制。可根据用户需求在项目不同阶段、不同时期扩增，所有传感器监测采用间隔性供电设计，以达到超低功耗输出，保证系统长时间稳定运转。
田间环境信息采集设备包括气象站主机及田间配置的传感器，配置空气温度、湿度、风速、风向、气压、雨量、土壤湿度、土壤温度等环境信息传感器，各实验站的气象站主机及传感器获取的环境信息通过网络可传输至综合实验室的服务器，由田间环境信息管理软件系统进行分析，为病虫害程度监测预报及土壤墒情监测提供数据支持，从而形成一套针对性强、管理清晰、控制便捷、功能强大的独特生态监测控制系统（图3）。
1.3 土壤墒情快速获取监测站
土壤墒情快速获取监测站能够实现对土壤墒情（包括土壤温度、土壤含水量、土壤电导率）的长时间连续监测。用户可以根据监测需要，灵活布置土壤温度和土壤水分传感器；也可将传感器布置在不同的深度，测量剖面土壤水分情况。系统采用无线网络信号采集传输模式，传感器没有数量限制，监测点之间没有距离限制（图4）。
土壤墒情监测系统能够全面、科学、真实地反映被监测区的土壤变化，可及时、准确地提供各监测点的土壤墒情状况，为减灾抗旱提供了重要的基础信息。
1.4 遠程作物生长状况监测站
远程作物生长状况监测站具有视频监控、语音交互、无线覆盖等功能，主要用于获取实验基地的昼夜图像信息以及远程查看基地作物生长情况。通过语音交互系统远程指导田间操作，提高信息反馈效率。通过远程无线网桥和路由器实现基地的无线覆盖，可为田间采集终端和仪器设备提供无线网络支持，实现田间手持终端采集数据的实时上传。各实验站的田间视频语音监控设备采集的视频图像等信息通过网络传输至综合实验室的服务器，由远程作物生长状况监测软件系统对图像信息进行分析，获取作物长势、病虫害程度等性状参数（图5）。 2 关键技术研发与应用
目前，农作物品种区域试验物联网系统已先后在湖南省长江中下游环洞庭湖流域农作物品种综合区试站、江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站使用，应用效果显著，对其他省开展国家区试站信息化建设工作起到了引领和带动作用。其中，江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站管理系统涉及水稻、玉米、大豆、棉花、小麦、花生、甘薯等7种作物，覆盖国家玉米区域试验、国家棉花区域试验、国家黄淮海大豆区域试验、国家花生区域试验、国家黄淮海粳稻组区域试验、江苏省早熟中粳区域试验、江苏省夏玉米区域试验、黄淮海花生区域试验、甘薯国家和省级区域试验等9类17项区试。
江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站自2016年11月5日启动建设，2017年6月1日由国家农业信息化工程技术研究中心开始建设物联网系统，于6月28—29日在徐州农业科学研究所进行集中培训，江苏徐淮地区徐州农业科学研究所主站（简称徐州农科所）、宿迁中江种业有限公司分站（简称宿迁中江）、江苏保丰集团公司分站（简称江苏保丰）、佳禾农业科技有限公司分站（简称佳禾农业）、丰县农业技术推广中心分站（简称丰县农技）、东海县平明镇农业技术推广服务站分站（简称东海平明）等6家区域试验站为承建单位。6月30日至7月5日在各站点首先根据区试经典流程展开设备安装及操作技术培训，然后进行一对一指导，最后进行打标制卡等实操训练，之后线上以国家黄淮海夏玉米区试试验为例进行了PC端和移动端的操作，通过共同努力，完成对区试一线试验人员系统、全面的培训以及田间操作的实际演练，取得了阶段性成果。一是各站点试验人员独立掌握试验材料Excel导入，使用系统试验管理功能完成全部示范试验规划操作，并根据试验规划结果，熟练地完成打标制卡工作。二是在性状数据采集方面，利用PDA进行移动性状采集，通过扫描小区电子标签实现试验材料的快速准确定位，采用PDA进行性状数据的移动采集，实现性状数据采集手段的升级，避免了传统记载本记录易遗失、易污损、多次转录的缺点，记载数据可随时查看，节省了大量翻阅记载本的时间，实现性状数据的及时采集和实时上传。三是在试验照片实时采集方面，利用移动采集终端拍摄图片与考察对象自动关联，清晰、及时、准确的性状图片采集为品种的审定提供更可靠的数据支撑。
2.1 徐州农科所
徐州农科所承担国家水稻黄淮海粳稻组试验、江苏省早熟中粳区试、国家棉花黄河流域常规组生产试验、国家棉花黄河流域杂交组生产试验、国家棉花黄河流域早熟组区域试验、国家黄淮海夏大豆区试、国家花生区试和黄淮海花生区试以及优良品种评价筛选试验、国家特用型甘薯品种改良岗位组、甘薯新品系多点鉴定试验北方夏薯区组、甘薯新品系多点鉴定试验长江中下游薯区组、江苏省甘薯新品种鉴定试验。以上12个试验均已采用区试站管理系统进行管理，在完成前期试验规划、打标制卡等工作的同时，进入性状数据采集阶段。以下为各区试的性状采集详情。
2.1.1 国家水稻黄淮海粳稻组区试。在苗期性状采集阶段，需采集性状包含播种期、移栽期、基本苗、秧龄，截至8月20日，采集播种期、移栽期、基本苗、株型、叶色、叶姿、长势、分蘖率性状共312条，完成率达100%（表1）。
2.1.2 江苏省早熟中粳区试。江苏省早熟中粳区试组在苗期性状采集阶段，需采集性状包含播种期、移栽期、基本苗、秧龄，截至8月20已采集播种期、移栽期、基本苗、株型、叶色、叶姿、长势、分蘖率性状共104条，完成率达100%（表2）。
2.1.3 国家黄淮海夏大豆区试。国家黄淮海夏大豆区试组需采集性状包括播种期、出苗期、花期、花色、叶形、花叶病毒、倒伏性，截至8月20日已采集播种期、出苗期、花期、花色、叶形、花叶病毒、倒伏性性状共224条（表3）。
2.1.4 国家棉花黄河流域生试、区试。国家棉花黄河流域生试、区试需采集性状包括开花期、开花长势、开花整齐度，目前已采集开花期、开花长势、开花整齐度性状共39条，完成率达100%（表4）。
2.1.5 甘薯国家、省级区试。甘薯国家、省级区域试验需采集的性状有移栽期、株型、叶形、叶色、顶叶色，目前已采集移栽期、株型、叶形、叶色、顶叶色性状共170条（表5）。
2.2 宿迁中江
中江种业承担的国家黄淮海夏玉米试验已进入系统，需采集播种期、出苗期、芽鞘色、粗缩病、抽雄期、吐丝期、褐斑病、南方锈病等性状，截至8月20日已采播种期、出苗期、芽鞘色、粗缩病、抽雄期、吐丝期性状共534条（表6）。
2.3 江苏保丰
江苏保丰集团公司承担的国家黄淮海夏玉米试验需采集播种期、出苗期、芽鞘色、粗缩病、抽雄期、吐丝期、褐斑病、南方锈病等性状。截至8月20日已采集播种期、出苗期、芽鞘色、抽雄期、吐丝期性状共445条（表7）。
2.4 佳禾农业
佳禾农业承担的江苏省早熟中粳试验需采集性状包括播种期、移栽期、基本苗、叶色、长势，目前已采集播种期、移栽期、叶色、长势等性状共117条数据，完成率达100%（表8）。
2.5 丰县农技
丰县农业技术推广中心承担的江苏省夏玉米区试试验需采集性状包括播种期、出苗期、芽鞘色、粗缩病、抽雄期、吐丝期、褐斑病、南方锈病，现已采集性状共144条（表9）。
2.6 东海平明
东海县平明镇农业技术推广服务站承担的江苏省中熟中粳区域试验需采集性状包括苗高、单茎基粗、叶龄、单株基粗、叶龄、单株次生根、纹枯病、长势、白叶枯病、黑条矮缩病、条纹叶枯病，目前已采集苗高、单茎基粗、叶龄、单株基粗、叶龄、单株次生根、纹枯病、长势、白叶枯病、黑条矮缩病、条纹叶枯病性状共117条，完成率达100%（表10）。
3 结论与建议
3.1 结论
由江苏徐淮地区徐州农业科学研究所牵头，江苏保丰、宿迁中江、佳禾农业、丰县农技、东海平明等参加的1 5模式实施农业部种子提升工程“江苏省徐淮地区国家农作物品种区域试验站物联网系统建设项目”，应用国家农业信息化工程技术研究中心研发的农作物品种区域试验物联网系统，实现了品种试验管理自动化、信息数据采集标准化和即时化、汇报制度化、传输网络化、分析处理智能化、品种评价规范化；达到了国家级农作物品种区域综合试验技术规范、管理要求的指标；符合国家农作物品种区域试验管理需要。有效地解决了试验过程监管难的关键技术问题。
3.2 建议
为使系统更好地发挥作用，需要与国家区域试验站单位从以下5个方面进行统一优化管理。一是改革管控机制。建立有效的试验执行监管控制机制，督促试验示范进展，保证数据上报的及时性。二是统一采集标准。收集整理各类试验的性状采集标准，规范性状采集的准确性与及时性，同类试验统一采集标准，以免造成录入数据不一致的情况。三是规范关联图片。明确相关试验需要关联图片的关键性状，并规范照片拍摄的要求与要点。四是恪守区试规定。严格执行国家区域试验的采集性状和标准，根据本地的情况制定出性状的采集时间表，作为检查性状数据采集及时行动的依据。五是设置专人管理。建议项目牵头单位指定专人负责检查各个试验的执行情况，并对执行结果定期进行汇报与通报。
4 参考文献
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