分析地質統計學理論在農業水土工程中的應用進展

呂靜

摘 要：近幾年，由于我國耕地面積不斷減少，致使我國農業經濟發展速度較慢，同時過度耕種也將影響土壤特性從而產生空間變異。在農業水土工程中使用地質統計學理論知識進行研究，可提高研究結果準確的，推動我國農業經濟穩定、持續發展。本文分析了我國農業水土工程研究現狀，總結科學家對土壤特性空間變異性的研究，并研究了地質統計學在農業水土工程中的應用與進展。

關鍵詞：地質統計學；農業；水土工程；應用；進展

1 引言

土壤質量是影響農業經濟發展的重要因素，我國雖屬于農業大國，但是受水土流失問題及環境污染問題的影響，我國農業經濟發展緩慢。使用地質統計學理論可充分研究各種土壤區域化變量，這對提高土壤區域化變量評估精確度，推動農業經濟穩定、持續發展具有重要意義。

2 我國農業水土工程研究現狀

近幾年，我國耕地面積不斷減少，農業產量也隨之降低，因而農民并不能在耕種幾年農作物之后停種涵養土地。在此背景下，我國耕地土壤壓力在不斷增加。此外，由于連續耕種致使土壤中的營養成分不斷減少，直接影響了農作物的產量及質量。為提高農作物產量及質量、提高耕地土壤的肥沃程度，我國設置了農業水土工程學科，主要研究土壤、水分等影響農業發展的重要因素，并依據現有理論，研究如何在保證農作物產量及質量的同時降低對水資源的需求，在研發新農業灌溉技術的同時不斷檢測農業水土資源質量。現階段，我國科研人員通過對農業水土工程的研究獲得一定成果，同時研究、分析了影響農業發展的各個因素，且獲得一定成效，例如：農業水土工程主要研究了作物高效用水生理調控及非充分灌溉技術，并探究了渠道、管網高效輸水技術與新產品、精細地面灌溉技術。我國科學家還深入研究了膜下滴灌背景下的作物節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

土壤是農作物生長的基礎，也是影響農業經濟發展的重要因素。假如耕地土壤存在問題，將直接影響我國農業經濟的發展速度。1988年Samra等使用點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、化學及物理性質空間變異性特征；2004年陳亞新、徐英等依據特異值處理、正態變換等方法研究了獲取土壤水分及鹽分穩健變異函數的方式，并且提出在數據與預期情況相差不遠的情況下，可提升變異函數結構性，提高預估精確度。為充分了解農業水土資源質量，需充分考慮兩個以上指標。總而言之，早在20世紀80年代世界各地的科學家就開始使用傳統地址統計學分析土壤水分信息空間變異性、土壤養分特性空間變異性，其在研究過程中大多重視某個參數的空間變異性，研究參數之間相互影響的科學家較少。另外，在研究過程中，部分科學家并未充分考慮變量的時間變異性特點。

在同一地區或同一時間段內，土壤某個特性的空間分布與其他特性具有重要關系，也就是協同區域化性質。科學家為分析、展示具有此特征的空間變異情況或建立數學模型，則需充分考慮不同地域樣品之間的相關性，同時還需考慮同一地區不同變量之間的相關性。早在1982年時，G.Matheron就提出了多元地質統計學理論，并且協同區域化變量及協同克立格理論也被應用到土壤科學范疇中。在20世紀90年代，協同克立格理論在土壤科學范疇中得到了廣泛應用，我國也開始研究其在土壤特性方面的運用。比如：1995年Lesch等、2001年Triantafilis等以電導率作輔助變量對土壤鹽分含量進行了插值；1992年zhang等、1998年陳亞新等分析了土壤鹽溶質與其離子品位的協同估計。雖然以上這些研究涉及了多個因子，我們可利用區域化變量更改對變量的分析及預估，從而補充一些數量較少或不充分的樣品信息，但是大部分并未涉及變量時間變異特性。侯景儒等使用時間協同克立格理論分析了某區域地下水位的變化情況，但是其僅是一個簡單案例，并未深入研究變量時間變異特性。在2001年，胡克林等使用協同克立格理論預估了某地區兩個時期的土壤水分及鹽分，這也是科學家首次研究土壤時間變異特征。

4 地質統計學理論在農業水土工程中的應用進展

在20世紀90年代，精確農業技術這一概念就被提出，并且受到世界各國在的重視，由于精確農業技術的先進性、科技性等特點廣泛應用在各個農業國家中，并且取得一定效果。我國也十分重視精確農業技術，由于精確農業和技術使用了3S、VRT等先進技術及系統，其是新型農業技術。隨著科學家對作物生長環境于實際產量空間分布變異性方面的研究不斷深入，精確農業技術也得到了迅速發展。

1997年Stein等、1998年Timlin等、2002年Walley等都研究了產量的空間變異性，通過對其的深入研究發現耕地資源具有較大發展潛力。使用精確農業技術可科學、合理分配農業耕地水土資源，并且使用先進技術提升耕地生產力，如此可在促進農業經濟發展的同時，推動我國農業穩定、持續發展。分布式調控則是影響精確農業實現及發展的重要因素，為實現精確農業需注意以下幾點：第一，定量化分析、表示土壤特性及農作物信息。由于精確農業需要的土壤信息及農作物信息數量較為龐大，因此為提高信息準確度、減少采樣成本，我們需深入研究土壤特性與農作物信息的空間變異性特征，定量化表述其分布情況；第二，研究農作物信息及土壤特性時空變異性之間的聯系。精確農業技術需研究農作物對其生長環境的影響，從而進行有針對性的調整。因而，我們需深入研究農作物信息及土壤特性時空變異性之間的聯系。

研究發現，雖然我國已深入研究農業水土工程，但是還存在以下問題：首先，科學家對農業水土工程變量的研究，大多是研究時—空域的隨機變量，并未深入研究耕地水土資源的時間變異性，因此，我們仍需深入研究時—空域多元地質統計理論；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技術融合在一起，深入研究土壤特性與農作物信息時間、空間變異性特點；最后，農作物信息和土壤特性空間變異性之間的關系闡述存在問題。目前，大部分研究仍是使用傳統統計回歸理論研究農業水土工程的各個變量，并未考慮到時間、空間變異對其的影響，因此未來我們需使用協同化理論進行研究。

近年來，在我國工業行業迅速發展的同時，環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，我國部分區域可用于灌溉的水資源不足，嚴重影響了這些地區農業經濟的發展。現階段，我國水資源受到社會各界的重視，因此為解決灌溉問題，研發了多種新型灌溉技術，同時需深入研究土壤水力特性，科學調配各種資源，以推動我國農業經濟穩定、持續發展。

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