呂靜

摘 要：近幾年，由于我國耕地面積不斷減少，致使我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較慢，同時(shí)過度耕種也將影響土壤特性從而產(chǎn)生空間變異。在農(nóng)業(yè)水土工程中使用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論知識進(jìn)行研究，可提高研究結(jié)果準(zhǔn)確的，推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展。本文分析了我國農(nóng)業(yè)水土工程研究現(xiàn)狀，總結(jié)科學(xué)家對土壤特性空間變異性的研究，并研究了地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在農(nóng)業(yè)水土工程中的應(yīng)用與進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)；農(nóng)業(yè)；水土工程；應(yīng)用；進(jìn)展

1 引言

土壤質(zhì)量是影響農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，我國雖屬于農(nóng)業(yè)大國，但是受水土流失問題及環(huán)境污染問題的影響，我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢。使用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論可充分研究各種土壤區(qū)域化變量，這對提高土壤區(qū)域化變量評估精確度，推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2 我國農(nóng)業(yè)水土工程研究現(xiàn)狀

近幾年，我國耕地面積不斷減少，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量也隨之降低，因而農(nóng)民并不能在耕種幾年農(nóng)作物之后停種涵養(yǎng)土地。在此背景下，我國耕地土壤壓力在不斷增加。此外，由于連續(xù)耕種致使土壤中的營養(yǎng)成分不斷減少，直接影響了農(nóng)作物的產(chǎn)量及質(zhì)量。為提高農(nóng)作物產(chǎn)量及質(zhì)量、提高耕地土壤的肥沃程度，我國設(shè)置了農(nóng)業(yè)水土工程學(xué)科，主要研究土壤、水分等影響農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，并依據(jù)現(xiàn)有理論，研究如何在保證農(nóng)作物產(chǎn)量及質(zhì)量的同時(shí)降低對水資源的需求，在研發(fā)新農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)的同時(shí)不斷檢測農(nóng)業(yè)水土資源質(zhì)量?，F(xiàn)階段，我國科研人員通過對農(nóng)業(yè)水土工程的研究獲得一定成果，同時(shí)研究、分析了影響農(nóng)業(yè)發(fā)展的各個(gè)因素，且獲得一定成效，例如：農(nóng)業(yè)水土工程主要研究了作物高效用水生理調(diào)控及非充分灌溉技術(shù)，并探究了渠道、管網(wǎng)高效輸水技術(shù)與新產(chǎn)品、精細(xì)地面灌溉技術(shù)。我國科學(xué)家還深入研究了膜下滴灌背景下的作物節(jié)水理論及最佳灌溉模式等，并獲得了一致好評。

3 土壤特性空間變異性

土壤是農(nóng)作物生長的基礎(chǔ)，也是影響農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。假如耕地土壤存在問題，將直接影響我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度。1988年Samra等使用點(diǎn)克立格與塊克立格分析并繪畫了含鈉土壤中鈉吸附比的等值線圖；1994年Cambardella等研究了28種土壤生物、化學(xué)及物理性質(zhì)空間變異性特征；2004年陳亞新、徐英等依據(jù)特異值處理、正態(tài)變換等方法研究了獲取土壤水分及鹽分穩(wěn)健變異函數(shù)的方式，并且提出在數(shù)據(jù)與預(yù)期情況相差不遠(yuǎn)的情況下，可提升變異函數(shù)結(jié)構(gòu)性，提高預(yù)估精確度。為充分了解農(nóng)業(yè)水土資源質(zhì)量，需充分考慮兩個(gè)以上指標(biāo)?？偠灾缭?0世紀(jì)80年代世界各地的科學(xué)家就開始使用傳統(tǒng)地址統(tǒng)計(jì)學(xué)分析土壤水分信息空間變異性、土壤養(yǎng)分特性空間變異性，其在研究過程中大多重視某個(gè)參數(shù)的空間變異性，研究參數(shù)之間相互影響的科學(xué)家較少。另外，在研究過程中，部分科學(xué)家并未充分考慮變量的時(shí)間變異性特點(diǎn)。

在同一地區(qū)或同一時(shí)間段內(nèi)，土壤某個(gè)特性的空間分布與其他特性具有重要關(guān)系，也就是協(xié)同區(qū)域化性質(zhì)。科學(xué)家為分析、展示具有此特征的空間變異情況或建立數(shù)學(xué)模型，則需充分考慮不同地域樣品之間的相關(guān)性，同時(shí)還需考慮同一地區(qū)不同變量之間的相關(guān)性。早在1982年時(shí)，G.Matheron就提出了多元地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，并且協(xié)同區(qū)域化變量及協(xié)同克立格理論也被應(yīng)用到土壤科學(xué)范疇中。在20世紀(jì)90年代，協(xié)同克立格理論在土壤科學(xué)范疇中得到了廣泛應(yīng)用，我國也開始研究其在土壤特性方面的運(yùn)用。比如：1995年Lesch等、2001年Triantafilis等以電導(dǎo)率作輔助變量對土壤鹽分含量進(jìn)行了插值；1992年zhang等、1998年陳亞新等分析了土壤鹽溶質(zhì)與其離子品位的協(xié)同估計(jì)。雖然以上這些研究涉及了多個(gè)因子，我們可利用區(qū)域化變量更改對變量的分析及預(yù)估，從而補(bǔ)充一些數(shù)量較少或不充分的樣品信息，但是大部分并未涉及變量時(shí)間變異特性。侯景儒等使用時(shí)間協(xié)同克立格理論分析了某區(qū)域地下水位的變化情況，但是其僅是一個(gè)簡單案例，并未深入研究變量時(shí)間變異特性。在2001年，胡克林等使用協(xié)同克立格理論預(yù)估了某地區(qū)兩個(gè)時(shí)期的土壤水分及鹽分，這也是科學(xué)家首次研究土壤時(shí)間變異特征。

4 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論在農(nóng)業(yè)水土工程中的應(yīng)用進(jìn)展

在20世紀(jì)90年代，精確農(nóng)業(yè)技術(shù)這一概念就被提出，并且受到世界各國在的重視，由于精確農(nóng)業(yè)技術(shù)的先進(jìn)性、科技性等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用在各個(gè)農(nóng)業(yè)國家中，并且取得一定效果。我國也十分重視精確農(nóng)業(yè)技術(shù)，由于精確農(nóng)業(yè)和技術(shù)使用了3S、VRT等先進(jìn)技術(shù)及系統(tǒng)，其是新型農(nóng)業(yè)技術(shù)。隨著科學(xué)家對作物生長環(huán)境于實(shí)際產(chǎn)量空間分布變異性方面的研究不斷深入，精確農(nóng)業(yè)技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。

1997年Stein等、1998年Timlin等、2002年Walley等都研究了產(chǎn)量的空間變異性，通過對其的深入研究發(fā)現(xiàn)耕地資源具有較大發(fā)展?jié)摿?。使用精確農(nóng)業(yè)技術(shù)可科學(xué)、合理分配農(nóng)業(yè)耕地水土資源，并且使用先進(jìn)技術(shù)提升耕地生產(chǎn)力，如此可在促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展。分布式調(diào)控則是影響精確農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)及發(fā)展的重要因素，為實(shí)現(xiàn)精確農(nóng)業(yè)需注意以下幾點(diǎn)：第一，定量化分析、表示土壤特性及農(nóng)作物信息。由于精確農(nóng)業(yè)需要的土壤信息及農(nóng)作物信息數(shù)量較為龐大，因此為提高信息準(zhǔn)確度、減少采樣成本，我們需深入研究土壤特性與農(nóng)作物信息的空間變異性特征，定量化表述其分布情況；第二，研究農(nóng)作物信息及土壤特性時(shí)空變異性之間的聯(lián)系。精確農(nóng)業(yè)技術(shù)需研究農(nóng)作物對其生長環(huán)境的影響，從而進(jìn)行有針對性的調(diào)整。因而，我們需深入研究農(nóng)作物信息及土壤特性時(shí)空變異性之間的聯(lián)系。

研究發(fā)現(xiàn)，雖然我國已深入研究農(nóng)業(yè)水土工程，但是還存在以下問題：首先，科學(xué)家對農(nóng)業(yè)水土工程變量的研究，大多是研究時(shí)—空域的隨機(jī)變量，并未深入研究耕地水土資源的時(shí)間變異性，因此，我們?nèi)孕枭钊胙芯繒r(shí)—空域多元地質(zhì)統(tǒng)計(jì)理論；其次，研究中大多采用中小尺度，并未深入研究大尺度上耕地水土資源的變異性特征，因此未來我們需把空間變異理論與PGIS、GPSF、RS技術(shù)融合在一起，深入研究土壤特性與農(nóng)作物信息時(shí)間、空間變異性特點(diǎn)；最后，農(nóng)作物信息和土壤特性空間變異性之間的關(guān)系闡述存在問題。目前，大部分研究仍是使用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)回歸理論研究農(nóng)業(yè)水土工程的各個(gè)變量，并未考慮到時(shí)間、空間變異對其的影響，因此未來我們需使用協(xié)同化理論進(jìn)行研究。

近年來，在我國工業(yè)行業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境污染問題愈加凸顯。由于我國部分水資源被污染，致使我國水資源逐漸減少，我國部分區(qū)域可用于灌溉的水資源不足，嚴(yán)重影響了這些地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?，F(xiàn)階段，我國水資源受到社會(huì)各界的重視，因此為解決灌溉問題，研發(fā)了多種新型灌溉技術(shù)，同時(shí)需深入研究土壤水力特性，科學(xué)調(diào)配各種資源，以推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 廖翔慧.我國農(nóng)業(yè)水土資源現(xiàn)狀及改進(jìn)措施[J].農(nóng)業(yè)工程，2017， 7（6）：113～114.

[2] 張燕明，雷騰，云高瑞.我國農(nóng)業(yè)水土工程發(fā)展的現(xiàn)狀及對策建議[J].農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，2017（10）：14～16.

[3] 劉廣寧，齊信，黃波林等.西陵峽水田壩區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及成因機(jī)制[J].水土保持通報(bào)，2017（1）：319～324.