大曉智能助推水稻“種出高產”到“種出優質”的跨越

水稻是全球最重要的糧食作物之一，世界近半數人口以稻米為主食。中國是世界第一大稻米生產國與消費國，三分之二人口以稻米為主糧，國內年消費總量約 2 億噸，其中口糧消費約 1.65 億噸。隨著國民經濟快速發展、居民生活水平持續提升以及國際貿易需求不斷增長，市場對稻米品質的關注度顯著提高，稻米消費需求已從 “數量優先” 逐步轉向 “質量優先”。

水稻品質分析是一套多維度、規范化的綜合評價體系，主要采用物理檢測、化學分析與感官評價等技術手段。其中，外觀品質和蒸煮食味品質是決定稻米市場價值與消費者選擇的核心指標，加工品質與營養品質則直接關系生產效益和產品營養價值。依據最新國家及行業標準，當前評價體系主要以《NY/T 593-2021 食用稻品種品質》和《GB 1350-2025 稻谷》兩大標準為核心依據。前者側重評價水稻品種的內在遺傳品質潛力，主要服務于品種選育、審定及優質稻米定向生產；后者明確了作為流通商品的稻谷應滿足的基本質量與安全要求，適用于稻谷收購、倉儲、運輸及貿易流通。兩大標準相互銜接，共同構建起從 “品種基因型” 到 “商品表現型” 的全鏈條品質管控體系，是指導水稻種植實現優質高效生產、精準對接市場需求的重要技術依據。

上海大曉智能科技有限公司（簡稱“大曉智能”）是國家級高新技術企業、上海市專精特新企業，作為一家智慧農業企業，憑借人工智能+智慧農業種植全程技術，為農業生產全鏈條賦能。通過與產業鏈上下游企業的深度合作，大曉智能致力于構建協同生態，實現技術與產業的融合。

依托這套精確、量化的指標體系，為水稻生產提供了明確的目標導向。大曉智能在水稻智慧栽培實踐中，探索通過實時監測與預測調控影響這些指標的關鍵生長因子（如灌漿期溫光條件、氮素運籌、水分管理等），未來希望實現從“種出高產”到“種出優質”的跨越，最終生產出既好看又好吃、既高產高效又符合市場等級標準的水稻產品。

一、稻米的品質評價

作為全球最主要的口糧作物，稻米的品質評價遵循“外觀商品性→內在化學構成→加工功能性→最終食用體驗→市場分級定價”的邏輯鏈條。其核心品質指標緊密圍繞稻米作為直接食用成品的特性展開，尤其強調最終蒸煮出的米飯感官體驗。

（一）物理/外觀指標體系

物理外觀指標直接關系到稻米的加工效益、商品賣相和市場接受度，是品質評價中最直觀的維度。

1. 加工品質指標
   加工品質衡量稻谷轉化為商品大米的經濟效益，核心指標包括：

• 整精米率：指整精米占凈稻谷試樣的質量分數，是衡量出米率與碾磨耐受性的關鍵綜合指標
• 在NY/T 593-2021中，它是品種品質等級判定的核心指標之一。標準針對不同稻類（秈稻、粳稻、秈糯、粳糯）及不同粒型（秈稻分長、中、短粒）設定了明確的等級要求。例如，一等粳稻要求整精米率≥69.0%。
• 在GB 1350-2025中，整精米率是商品稻谷質量等級的重要限制性指標，所有等級的商品稻谷都必須滿足相應要求。例如，一等粳稻商品谷要求整精米率≥61.0%（標準以出糙率定等）。
• 出糙率：指凈稻谷脫殼后的糙米（不完善粒折半計算）占試樣的質量分數。這是GB 1350-2025特有的核心定等指標，直接決定商品稻谷的等級（1至5等及等外），反映了稻谷的初始加工價值。例如，一等粳稻要求出糙率≥81.0%。

1. 外觀品質指標
   外觀品質決定了米粒的視覺美感，是高端市場溢價的重要依據。

• 堊白度：指米粒胚乳中白色不透明部分（堊白）的投影面積總和占試樣米粒投影面積總和的百分比。堊白度越低，米粒外觀越晶瑩剔透。NY/T 593-2021對秈稻和粳稻的堊白度有嚴格分級，如一等品要求堊白度≤3.0%（秈稻）或≤1.0%（粳稻）。此指標未在GB 1350-2025中體現。
• 透明度：指整精米籽粒的透明程度，以“級”表示。透明度越高，外觀品質越好。同樣是NY/T 593-2021中針對非糯稻（秈稻、粳稻）的重要分級指標。
• 糯米專用指標
• 陰糯米率：指糯米樣品中胚乳透明或半透明（即“陰”）的米粒所占百分比。陰糯米率越低越好。
• 白度：指整精糯米籽粒呈現白色的程度，以“級”或百分比表示。白度越高，糯米外觀越佳。
  這兩項是NY/T 593-2021評價秈糯稻和粳糯稻的關鍵外觀指標。

1. 商品質量與衛生外觀指標
   此類指標主要由GB 1350-2025規定，保障商品在流通環節的基本質量和安全。

• 雜質含量：包括篩下物、無機雜質等，所有等級要求≤1.0%。
• 水分含量：影響儲藏安全，秈稻類≤13.5%，粳稻類≤14.5%。
• 黃粒米含量：指胚乳呈黃色的米粒，影響商品外觀和儲存狀況，要求≤1.0%。
• 不完善粒（含生芽粒、病斑粒等）：影響出糙率計算和商品質量。
• 色澤、氣味：要求具有本品固有的綜合色澤和氣味，正常

（二）化學/營養指標體系

化學指標是決定稻米蒸煮特性和食味品質的內在基礎，主要依據NY/T 593-2021進行評價。

1. 核心蒸煮食味理化指標

• 直鏈淀粉含量（干基）：這是影響米飯粘性、硬度、光澤和回生速度的最關鍵化學指標。含量不同，米飯口感差異顯著。
• 秈稻：一等要求13.0%~18.0%，過低或過高都會影響口感。
• 粳稻：一等要求13.0%~18.0%，中低直鏈淀粉含量通常與軟糯口感關聯。
• 糯稻：所有等級均要求≤2.0%，這是其產生粘糯特性的根本原因。
• 膠稠度：反映米膠（糊化淀粉）的粘稠和柔軟程度，是評價米飯軟硬度與回生趨勢的重要指標。膠稠度值越大，米飯越柔軟，冷后不易變硬。
• 粳稻要求通常高于秈稻，例如一等粳稻要求膠稠度≥70 mm，一等秈稻要求≥60 mm。
• 糯稻的膠稠度要求最高，一等要求≥100 mm。

1. 其他化學指標

• 堿消值：反映大米籽粒的糊化溫度，間接指示蒸煮所需時間與米飯質地。
• 堿消值越高，糊化溫度越低，米飯越易煮熟且偏軟。
• 蛋白質含量：雖然蛋白質是重要的營養成分，但在NY/T 593-2021標準中，它并未直接作為判定品種品質等級的核心分級指標

（三）感官/食味指標體系

稻米在蒸煮和食用過程中表現的理化特性及感官體驗，是品質的核心，直接對應消費體驗。NY/T 593-2021將大米食用品質感官評價作為等級判定的必備指標（一至三級分別要求評分≥90、≥80、≥70分），但其具體評價細則完全引用國家標準GB/T 15682-2008《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》。2026年5月1日將實施新的標準：GB/T 15682-2025《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質評價方法》。

該體系采用專業品評員在標準條件下進行綜合評價，主要包含以下方面：

1. 評價內容與分值構成
   感官評價是一個多維度綜合評分體系，核心評價內容包括：

• 氣味（滿分約20分）：評價米飯的清香濃郁程度、純正性及有無異味。
• 外觀結構（滿分約10分）：評價米飯的顏色、光澤及飯粒結構的完整性。
• 適口性（含口感，滿分約30分）
• 黏性：米飯的粘聚程度。
• 彈性：米飯的韌勁與回彈感。
• 軟硬度：米飯的軟硬適中程度。
• 滋味（滿分約25分）：評價米飯咀嚼時的清香、甜味及其純正性、持久性。
• 冷飯質地（滿分約15分）：評價米飯冷卻后的柔軟性、黏彈性及是否結塊變硬。

1. 等級判定
   將上述各項得分加總，得到綜合評分，依據評分劃定食味等級：

• 90分及以上
• 80-89分良好
• 70-79分一般
• 70分以下：屬于較差水平。

1. 與理化指標的關系
   感官評價并非孤立進行。標準蒸煮米飯時，加水量需要根據被測大米的直鏈淀粉含量進行精確調節，以確保評價條件的一致性，這體現了化學指標對最終食味的決定性影響。

綜上所述，采收后水稻的全維度品質指標體系，以NY/T 593-2021的品種內在品質評價為核心，以GB 1350-2025的商品流通質量要求為基礎，涵蓋了從加工效益、外觀品相、化學特性到終極食味的完整鏈條。一個優質的食用稻品種，必須在整精米率、堊白度、直鏈淀粉含量、膠稠度及感官評分等多方面同時達到高標準；而其所產出的商品稻谷，還必須滿足相應的出糙率、雜質、水分等流通質量要求。

二、水稻品質智慧栽培優化

構建一個能夠系統性優化水稻品質（符合NY/T 593-2021與GB 1350-2025雙重標準）的智慧栽培體系，其核心在于建立一個以機理模型為“大腦”、多源遙感為“感官”、智能裝備為“四肢”的“感知-診斷-決策-執行”閉環管理框架。該框架旨在實現對影響水稻關鍵品質指標（整精米率、堊白度、直鏈淀粉含量、蛋白質含量等）的環境因子（光、溫、水、氮）進行實時監測、動態預測與精準調控。

（一）感知層：空天地一體化的“感官”網絡

這是框架的數據輸入源頭，負責全生育期、多尺度的農情信息獲取。

• “天”：采用哨兵（Sentinel-1/2）、Landsat等衛星，提供周期性、大范圍的水稻種植區分布、植被指數（如NDVI）等基線信息。Sentinel-1 SAR數據通過獨特的后向散射“V”形時序特征，可實現水稻面積精準制圖，并為后續水分監測奠定基礎。
• “空”：無人機是關鍵生育期核心監測平臺，搭載多光譜、高光譜、熱紅外傳感器。
• 多/高光譜相機：在分蘗、孕穗、抽穗期，反演葉面積指數（LAI）、葉片氮含量/積累量（LNC/LNA），為氮肥精準管理提供直接依據。例如，基于770nm與700nm構建的植被指數模型，對氮素精準監測。
• 熱紅外相機：在灌漿期，監測冠層溫度并計算作物水分脅迫指數（CWSI），是診斷水分狀況、指導灌溉以降低堊白、提高整精米率的關鍵。
• “地”：由田間自動氣象站、土壤墑情/水熱鹽一體化傳感器網絡、以及用于模型校準的地面采樣點（測量SPAD、LAI、植株氮等）構成，提供連續、定點的環境與驗證數據。
• ：智慧農業農藝師在水稻生長生育期進行關鍵指標的監測，例如葉面積指數（LAI）、葉片氮含量/積累量（LNC/LNA）等。

（二）診斷與決策層：模型-遙感融合的“智慧大腦”

這是框架的核心，其功能是將感知數據轉化為可執行的決策知識。

• 作物生長模型庫：集成如DSSAT-CERES-Rice、APSIM-Rice、ORYZA等機理模型。這些模型能夠模擬水稻的碳氮代謝、干物質分配及籽粒灌漿過程，從而機理化地預測不同環境與管理措施下的最終產量與品質潛力。例如模型可以量化灌漿期高溫通過“累計高溫度日（HDD）”對灌漿期縮短和結實率的影響，這是預測和調控堊白度的理論基礎。
• 數據同化引擎：采用集合卡爾曼濾波（EnKF）等算法，是連接遙感“感知”與模型“診斷”的橋梁。它將遙感實時反演的LAI、LNA、CWSI等空間化數據，動態地輸入并修正作物模型的內部狀態變量。研究表明，同化LAI和LNA兩個變量，能顯著提升模型對籽粒蛋白質含量等品質指標的預測精度。這實現了從“觀測過去”到“預測未來”的質變。
• 多目標優化與決策支持系統：基于同化優化后的模型，系統在產量、品質（如堊白度≤1.0%）、資源利用效率（水、肥）等多重目標下進行模擬尋優。系統診斷當前作物氮素盈缺、水分脅迫及病蟲害風險，并生成空間差異化的變量管理處方圖，包括變量追肥、變量灌溉、變量施藥和變量收獲處方。

（三）執行層：精準可控的“智能四肢”

這是框架的落地環節，將數字世界的決策轉化為物理世界的農藝操作。

• 智能農機裝備集群：接收并執行來自云端的處方圖。
• 變量施肥：基于處方圖，通過無人機進行追肥的精準變量投放。
• 變量灌溉：根據CWSI與土壤水分處方圖，實現滴灌或噴灌系統的變量供水，執行“輕干-濕交替灌溉”以優化品質。
• 植保無人機：根據病蟲害識別處方圖，實現精準對靶變量噴霧。
• 收獲指標：結合模型預測的成熟度與遙感反演的籽粒含水量，精準判斷最佳收獲期，將籽粒水分控制在安全貯藏點，抑制脂肪酸值升高。

綜上所述，通過“感知-診斷-決策-執行”的閉環，將作物模型、多源遙感、智能裝備深度耦合，實現了對水稻生長環境的精確調控和對品質形成過程的主動管理，最終確保水稻生產在實現高產穩產的同時，系統性地達到國家優質稻米與商品稻谷的等級標準。

參考資料：
1. NY/T 593-2021 《食用稻品種品質》

1. GB 1350-2025 《稻谷》
2. GB/T 15682-2008《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》
3. 高心怡,池泓,黃進良,等. 水稻遙感制圖研究綜述[J].遙感學報,2024,28(09):2144-2169.