分析地质统计学理论在农业水土工程中的应用进展

吕静

摘 要：近幾年，由于我国耕地面积不断减少，致使我国农业经济发展速度较慢，同时过度耕种也将影响土壤特性从而产生空间变异。在农业水土工程中使用地质统计学理论知识进行研究，可提高研究结果准确的，推动我国农业经济稳定、持续发展。本文分析了我国农业水土工程研究现状，总结科学家对土壤特性空间变异性的研究，并研究了地质统计学在农业水土工程中的应用与进展。

关键词：地质统计学；农业；水土工程；应用；进展

1 引言

土壤质量是影响农业经济发展的重要因素，我国虽属于农业大国，但是受水土流失问题及环境污染问题的影响，我国农业经济发展缓慢。使用地质统计学理论可充分研究各种土壤区域化变量，这对提高土壤区域化变量评估精确度，推动农业经济稳定、持续发展具有重要意义。

2 我国农业水土工程研究现状

近几年，我国耕地面积不断减少，农业产量也随之降低，因而农民并不能在耕种几年农作物之后停种涵养土地。在此背景下，我国耕地土壤压力在不断增加。此外，由于连续耕种致使土壤中的营养成分不断减少，直接影响了农作物的产量及质量。为提高农作物产量及质量、提高耕地土壤的肥沃程度，我国设置了农业水土工程学科，主要研究土壤、水分等影响农业发展的重要因素，并依据现有理论，研究如何在保证农作物产量及质量的同时降低对水资源的需求，在研发新农业灌溉技术的同时不断检测农业水土资源质量。现阶段，我国科研人员通过对农业水土工程的研究获得一定成果，同时研究、分析了影响农业发展的各个因素，且获得一定成效，例如：农业水土工程主要研究了作物高效用水生理调控及非充分灌溉技术，并探究了渠道、管网高效输水技术与新产品、精细地面灌溉技术。我国科学家还深入研究了膜下滴灌背景下的作物节水理论及最佳灌溉模式等，并获得了一致好评。

3 土壤特性空间变异性

土壤是农作物生长的基础，也是影响农业经济发展的重要因素。假如耕地土壤存在问题，将直接影响我国农业经济的发展速度。1988年Samra等使用点克立格与块克立格分析并绘画了含钠土壤中钠吸附比的等值线图；1994年Cambardella等研究了28种土壤生物、化学及物理性质空间变异性特征；2004年陈亚新、徐英等依据特异值处理、正态变换等方法研究了获取土壤水分及盐分稳健变异函数的方式，并且提出在数据与预期情况相差不远的情况下，可提升变异函数结构性，提高预估精确度。为充分了解农业水土资源质量，需充分考虑两个以上指标。总而言之，早在20世纪80年代世界各地的科学家就开始使用传统地址统计学分析土壤水分信息空间变异性、土壤养分特性空间变异性，其在研究过程中大多重视某个参数的空间变异性，研究参数之间相互影响的科学家较少。另外，在研究过程中，部分科学家并未充分考虑变量的时间变异性特点。

在同一地区或同一时间段内，土壤某个特性的空间分布与其他特性具有重要关系，也就是协同区域化性质。科学家为分析、展示具有此特征的空间变异情况或建立数学模型，则需充分考虑不同地域样品之间的相关性，同时还需考虑同一地区不同变量之间的相关性。早在1982年时，G.Matheron就提出了多元地质统计学理论，并且协同区域化变量及协同克立格理论也被应用到土壤科学范畴中。在20世纪90年代，协同克立格理论在土壤科学范畴中得到了广泛应用，我国也开始研究其在土壤特性方面的运用。比如：1995年Lesch等、2001年Triantafilis等以电导率作辅助变量对土壤盐分含量进行了插值；1992年zhang等、1998年陈亚新等分析了土壤盐溶质与其离子品位的协同估计。虽然以上这些研究涉及了多个因子，我们可利用区域化变量更改对变量的分析及预估，从而补充一些数量较少或不充分的样品信息，但是大部分并未涉及变量时间变异特性。侯景儒等使用时间协同克立格理论分析了某区域地下水位的变化情况，但是其仅是一个简单案例，并未深入研究变量时间变异特性。在2001年，胡克林等使用协同克立格理论预估了某地区两个时期的土壤水分及盐分，这也是科学家首次研究土壤时间变异特征。

4 地质统计学理论在农业水土工程中的应用进展

在20世纪90年代，精确农业技术这一概念就被提出，并且受到世界各国在的重视，由于精确农业技术的先进性、科技性等特点广泛应用在各个农业国家中，并且取得一定效果。我国也十分重视精确农业技术，由于精确农业和技术使用了3S、VRT等先进技术及系统，其是新型农业技术。随着科学家对作物生长环境于实际产量空间分布变异性方面的研究不断深入，精确农业技术也得到了迅速发展。

1997年Stein等、1998年Timlin等、2002年Walley等都研究了产量的空间变异性，通过对其的深入研究发现耕地资源具有较大发展潜力。使用精确农业技术可科学、合理分配农业耕地水土资源，并且使用先进技术提升耕地生产力，如此可在促进农业经济发展的同时，推动我国农业稳定、持续发展。分布式调控则是影响精确农业实现及发展的重要因素，为实现精确农业需注意以下几点：第一，定量化分析、表示土壤特性及农作物信息。由于精确农业需要的土壤信息及农作物信息数量较为庞大，因此为提高信息准确度、减少采样成本，我们需深入研究土壤特性与农作物信息的空间变异性特征，定量化表述其分布情况；第二，研究农作物信息及土壤特性时空变异性之间的联系。精确农业技术需研究农作物对其生长环境的影响，从而进行有针对性的调整。因而，我们需深入研究农作物信息及土壤特性时空变异性之间的联系。

研究发现，虽然我国已深入研究农业水土工程，但是还存在以下问题：首先，科学家对农业水土工程变量的研究，大多是研究时—空域的随机变量，并未深入研究耕地水土资源的时间变异性，因此，我们仍需深入研究时—空域多元地质统计理论；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资源的变异性特征，因此未来我们需把空间变异理论与PGIS、GPSF、RS技术融合在一起，深入研究土壤特性与农作物信息时间、空间变异性特点；最后，农作物信息和土壤特性空间变异性之间的关系阐述存在问题。目前，大部分研究仍是使用传统统计回归理论研究农业水土工程的各个变量，并未考虑到时间、空间变异对其的影响，因此未来我们需使用协同化理论进行研究。

近年来，在我国工业行业迅速发展的同时，环境污染问题愈加凸显。由于我国部分水资源被污染，致使我国水资源逐渐减少，我国部分区域可用于灌溉的水资源不足，严重影响了这些地区农业经济的发展。现阶段，我国水资源受到社会各界的重视，因此为解决灌溉问题，研发了多种新型灌溉技术，同时需深入研究土壤水力特性，科学调配各种资源，以推动我国农业经济稳定、持续发展。

参考文献：

[1] 廖翔慧.我国农业水土资源现状及改进措施[J].农业工程，2017， 7（6）：113～114.

[2] 张燕明，雷腾，云高瑞.我国农业水土工程发展的现状及对策建议[J].农业经济，2017（10）：14～16.

[3] 刘广宁，齐信，黄波林等.西陵峡水田坝区域地质灾害发育特征及成因机制[J].水土保持通报，2017（1）：319～324.