數(shù)學在農(nóng)業(yè)科學中的應用

摘要：隨著科技的發(fā)展和農(nóng)業(yè)技術的不斷突破，將數(shù)學更多的運用到了農(nóng)業(yè)試驗當中，包括對農(nóng)業(yè)試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，在遺傳學、植物病蟲害等領域都有數(shù)學的身影。數(shù)學的發(fā)展對農(nóng)業(yè)科學也起到了十分積極的促進作用。

關鍵詞：農(nóng)業(yè)科學；數(shù)學；模型應用

中圖分類號： S11 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.24.066

數(shù)學這門基礎科學理論越來越受到其他學科的依賴，數(shù)學的研究成果也成為了現(xiàn)今科技時代發(fā)展的重要條件。數(shù)學已經(jīng)完全融入到了社會的每個領域，其中農(nóng)業(yè)科學和自然科學利用數(shù)字理論發(fā)展速度尤為突出。隨著數(shù)學和農(nóng)業(yè)科學中的農(nóng)業(yè)技術與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的結合，農(nóng)業(yè)科學已經(jīng)逐漸成為了既有廣泛科學基礎，又富有濃郁經(jīng)驗色彩的綜合類學科理論，并向精準計量科學方向轉(zhuǎn)變。通過數(shù)學對農(nóng)業(yè)部分領域中的作用加以介紹。使廣大數(shù)學專家和農(nóng)業(yè)專家能夠更加關注數(shù)學在農(nóng)業(yè)科學中的作用，促進數(shù)學學科與農(nóng)業(yè)科學的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1農(nóng)業(yè)試驗統(tǒng)計學

在數(shù)學農(nóng)業(yè)試驗統(tǒng)計學中，在研究親代與子代蛋白質(zhì)含量的相關性時，同時提出了相關的分析理論。在研究肥料對馬鈴薯產(chǎn)量的影響時，首先提出了新的理論，產(chǎn)生了方差分析法和交互作用的新概念。在對不同品種、不同地區(qū)、不同年份的馬鈴薯產(chǎn)量進行分析對比時，進一步驗證了各因素間的交互作用。這就驗證了在研究農(nóng)業(yè)科學試驗方法的基礎上，產(chǎn)生了后來應用廣泛的數(shù)理統(tǒng)計學，同時也為農(nóng)業(yè)試驗統(tǒng)計學奠定了堅實的理論基礎。

由于農(nóng)作物在生長發(fā)育過程中很容易受到外界因素的影響，在試驗中各種因素很多，所以試驗產(chǎn)生的結果也受到外部因素的主導，每個因素間很容易出現(xiàn)交互效應和誤差等不可控因素。由于農(nóng)作物在生產(chǎn)過程中很容易受到外界自然因素的影響，在試驗過程中的影響因素比較多，試驗結果中存在很大一部分因素效應，以及因素間的交互作用和誤差等不確定因素。另外，在試驗過程中也會產(chǎn)生一些異常數(shù)據(jù)和丟失數(shù)據(jù)的情況。這些會為我們的統(tǒng)計工作帶來很多問題，所以必須采用科學合理的試驗設計和統(tǒng)計推斷的建模方法。在進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時，大量的試驗統(tǒng)計方法和統(tǒng)計分析法被運用到農(nóng)業(yè)科學種植中。再加上農(nóng)業(yè)試驗和其他生產(chǎn)領域不同，存在著試驗周期長，影響因素多等問題。在實際應用中試驗統(tǒng)計方式可以十分有效的提高工作效率，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的采集更加便利，分析結果也更加準確。

數(shù)學統(tǒng)計模型的解釋性強，便于分析和處理在試驗設計以及統(tǒng)計推斷理論與方式方法。在農(nóng)業(yè)應用中，除了傳統(tǒng)的正交試驗和旋轉(zhuǎn)設計以及相應的統(tǒng)計方法時常被用到以外，一些新的方法也不斷涌現(xiàn)出來。譬如，用數(shù)論的方法所產(chǎn)生的均勻設計及其相應的科學成果，用微分幾何方法處理的非線性的一些結果也逐漸運用到了農(nóng)業(yè)科學試驗和統(tǒng)計推斷方法當中。在國外很多數(shù)學家對農(nóng)業(yè)統(tǒng)計方面的研究比較深入，一些專業(yè)的雜志也刊登了很多相關文章。國內(nèi)的科研人員在農(nóng)業(yè)和生物領域也有很多科研成果，對國內(nèi)的農(nóng)業(yè)和生物統(tǒng)計教學和學術研究有著積極的推動作用。

2數(shù)學遺傳學與數(shù)量遺傳學

數(shù)學遺傳學和數(shù)量遺傳學從嚴格意義上來說，是數(shù)學與遺傳學進行有機結合而產(chǎn)生的一門邊緣學科?？梢园阉醋魇且粋€遺傳學的分支，同樣也可以把它看成是生物數(shù)字的一個分支學科。作為遺傳學的基本理論—遺傳平衡法則，遺傳學對生物性狀分析可大致分為兩類。一是質(zhì)量性狀，一般情況下表現(xiàn)為離散性的變異。質(zhì)量性狀主要受主要基因控制，同時受到環(huán)境的影響也比較小。在對質(zhì)量性狀進行研究時，常將群體中的表現(xiàn)性或者基因型進行分類研究，在農(nóng)業(yè)科學研究采用群體遺傳分析的方法，對不同品種的植物進行估算不同基因和基因頻率，研究基因頻率的變化等問題。另一類是數(shù)量性狀，主要表現(xiàn)為連續(xù)性的變異現(xiàn)象。數(shù)量性狀通常受到許多微型基因序列的控制，同時受外部環(huán)境影響比較大。所以，無法用經(jīng)典遺傳分析的方法對數(shù)量性狀進行分組分析，只能選擇使用統(tǒng)計分析的方法，同時對特定植物的遺傳群體進行數(shù)量性狀的遺傳分析，進而區(qū)分遺傳變異和環(huán)境變異。在對植物進行數(shù)量遺傳研究中經(jīng)常使用統(tǒng)計分析法，以此來估計遺傳群體的統(tǒng)計參數(shù)，如平均數(shù)、協(xié)方差和方差等。由于植物中存在基因連鎖和一因多效等特性。植物體的不同數(shù)量性狀間也存在著不同的關聯(lián)。群體平均數(shù)量所有個體的平均表現(xiàn)，而群體方差和協(xié)方差存在于個體變異當中。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中我國的數(shù)量遺傳已經(jīng)逐步運用到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方方面面。在水稻種植過程中，針對雜交水稻產(chǎn)量的主要數(shù)量性狀遺傳基因進行了研究，對其水稻品質(zhì)的提升有著積極作用。農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因和基因重組的研究也得到了進一步發(fā)展，相關科技成果也逐步轉(zhuǎn)化成為了生產(chǎn)力。同時生物信息統(tǒng)計學的研究也在不斷的興起，通過對農(nóng)業(yè)種植過程的信息統(tǒng)計分析出適合本地生長的農(nóng)作物，以及農(nóng)作物施肥用量的科學化應用。

3植物與數(shù)學植物病害流行學

自從20世紀農(nóng)業(yè)技術發(fā)展開始進入了病蟲害流行定量研究的發(fā)展階段。從學科的角度來看，植物病害流行學是一門理論與實際應用相結合的綜合性學科，它與數(shù)學、生物信息學生態(tài)學等都有著十分密切的關系，數(shù)學在植物病害流行學領域更是有著較為廣泛的應用。從目前的研究成果來看，數(shù)學主要體現(xiàn)有以下幾個方面：一是詳細描述植物病害流行時間的動態(tài)數(shù)學模型。二是描述植物病蟲害流行地域的數(shù)學空間模型。三是用數(shù)學方法或者統(tǒng)計分析法對植物流行病害過程進行系統(tǒng)的分析和模擬。四是利用數(shù)學統(tǒng)計學對病蟲害流行進行預測和預估損失的計算。五是運用運籌學和先進的計算機技術研究植物病蟲害的綜合法治和田間管理工作。

4農(nóng)業(yè)生態(tài)學與數(shù)學之間的聯(lián)系

正如生態(tài)學家Pielou EC所說，生態(tài)學其實就是一門數(shù)學。這一說法隨著生態(tài)學研究的深入，逐漸被人們認同。生態(tài)學中的定量化和模型化是現(xiàn)代生態(tài)學的理論基礎和學術共識。我國把生態(tài)學研究已經(jīng)納入國家課題體系，在生態(tài)學中無論是種群動態(tài)，還是空間格局，群落食物網(wǎng)的隨機理論，都需要大量的數(shù)學方法和運算而得出相應結論。與生態(tài)學有關的資源環(huán)境研究方面，數(shù)學也有著較深的研究，像水污染和農(nóng)藥殘留等問題都有數(shù)學的應用。農(nóng)業(yè)生態(tài)領域的研究人員，通過大量數(shù)學實驗和農(nóng)業(yè)試驗總結出了千余組涉及農(nóng)業(yè)領域的數(shù)學模型，為農(nóng)業(yè)科研人員和數(shù)學工作者提供了強大的理論支持。同時，也驗證了我國科研人員在此領域獲得了豐碩的科研成果。

5結語

在新的歷史時期，要抓住時代所賦予我們的歷史使命。運用數(shù)學理論知識豐富和加強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。同時，需要進一步加強和落實數(shù)學在農(nóng)業(yè)科技領域的實際應用工作。希望今后有更多的數(shù)學工作者加入到農(nóng)業(yè)科學領域的研究中來。本文列舉的僅是數(shù)學在農(nóng)業(yè)領域中一些簡單的應用，與一些比較片面的介紹，如涉及到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整個過程的經(jīng)濟數(shù)學問題，以及分形理論在農(nóng)業(yè)科學領域的應用，小波分析和信息技術對農(nóng)業(yè)自然科學中的應用等，都需要不斷的探索和實踐。

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作者簡介：謝峰，在職碩士研究生，講師，研究方向：應用數(shù)學。