数学的发展对农业科学的促进作用

摘要：随着科技的发展和农业技术的不断突破, 将数学更多的运用到了农业试验当中, 包括对农业试验数据的统计, 在遗传学、植物病虫害等领域都有数学的身影。数学的发展对农业科学也起到了十分积极的促进作用。

　　关键词：农业科学; 数学; 模型应用;

　　数学这门基础科学理论越来越受到其他学科的依赖, 数学的研究成果也成为了现今科技时代发展的重要条件。数学已经完全融入到了社会的每个领域, 其中农业科学和自然科学利用数字理论发展速度尤为突出。随着数学和农业科学中的农业技术与传统农业的结合, 农业科学已经逐渐成为了既有广泛科学基础, 又富有浓郁经验色彩的综合类学科理论, 并向精准计量科学方向转变。通过数学对农业部分领域中的作用加以介绍。使广大数学专家和农业专家能够更加关注数学在农业科学中的作用, 促进数学学科与农业科学的协调发展。

　　1 农业试验统计学

　　在数学农业试验统计学中, 在研究亲代与子代蛋白质含量的相关性时, 同时提出了相关的分析理论。在研究肥料对马铃薯产量的影响时, 首先提出了新的理论, 产生了方差分析法和交互作用的新概念。在对不同品种、不同地区、不同年份的马铃薯产量进行分析对比时, 进一步验证了各因素间的交互作用。这就验证了在研究农业科学试验方法的基础上, 产生了后来应用广泛的数理统计学, 同时也为农业试验统计学奠定了坚实的理论基础。

　　由于农作物在生长发育过程中很容易受到外界因素的影响, 在试验中各种因素很多, 所以试验产生的结果也受到外部因素的主导, 每个因素间很容易出现交互效应和误差等不可控因素。由于农作物在生产过程中很容易受到外界自然因素的影响, 在试验过程中的影响因素比较多, 试验结果中存在很大一部分因素效应, 以及因素间的交互作用和误差等不确定因素。另外, 在试验过程中也会产生一些异常数据和丢失数据的情况。这些会为我们的统计工作带来很多问题, 所以必须采用科学合理的试验设计和统计推断的建模方法。在进行农业生产时, 大量的试验统计方法和统计分析法被运用到农业科学种植中。再加上农业试验和其他生产领域不同, 存在着试验周期长, 影响因素多等问题。在实际应用中试验统计方式可以十分有效的提高工作效率, 农业数据的采集更加便利, 分析结果也更加准确。

　　数学统计模型的解释性强, 便于分析和处理在试验设计以及统计推断理论与方式方法。在农业应用中, 除了传统的正交试验和旋转设计以及相应的统计方法时常被用到以外, 一些新的方法也不断涌现出来。譬如, 用数论的方法所产生的均匀设计及其相应的科学成果, 用微分几何方法处理的非线性的一些结果也逐渐运用到了农业科学试验和统计推断方法当中。在国外很多数学家对农业统计方面的研究比较深入, 一些专业的杂志也刊登了很多相关文章。国内的科研人员在农业和生物领域也有很多科研成果, 对国内的农业和生物统计教学和学术研究有着积极的推动作用。

　　2 数学遗传学与数量遗传学

　　数学遗传学和数量遗传学从严格意义上来说, 是数学与遗传学进行有机结合而产生的一门边缘学科。可以把它看作是一个遗传学的分支, 同样也可以把它看成是生物数字的一个分支学科。作为遗传学的基本理论—遗传平衡法则, 遗传学对生物性状分析可大致分为两类。一是质量性状, 一般情况下表现为离散性的变异。质量性状主要受主要基因控制, 同时受到环境的影响也比较小。在对质量性状进行研究时, 常将群体中的表现性或者基因型进行分类研究, 在农业科学研究采用群体遗传分析的方法, 对不同品种的植物进行估算不同基因和基因频率, 研究基因频率的变化等问题。另一类是数量性状, 主要表现为连续性的变异现象。数量性状通常受到许多微型基因序列的控制, 同时受外部环境影响比较大。所以, 无法用经典遗传分析的方法对数量性状进行分组分析, 只能选择使用统计分析的方法, 同时对特定植物的遗传群体进行数量性状的遗传分析, 进而区分遗传变异和环境变异。在对植物进行数量遗传研究中经常使用统计分析法, 以此来估计遗传群体的统计参数, 如平均数、协方差和方差等。由于植物中存在基因连锁和一因多效等特性。植物体的不同数量性状间也存在着不同的关联。群体平均数量所有个体的平均表现, 而群体方差和协方差存在于个体变异当中。在农业生产中我国的数量遗传已经逐步运用到了农业生产的方方面面。在水稻种植过程中, 针对杂交水稻产量的主要数量性状遗传基因进行了研究, 对其水稻品质的提升有着积极作用。农作物转基因和基因重组的研究也得到了进一步发展, 相关科技成果也逐步转化成为了生产力。同时生物信息统计学的研究也在不断的兴起, 通过对农业种植过程的信息统计分析出适合本地生长的农作物, 以及农作物施肥用量的科学化应用。

　　3 植物与数学植物病害流行学

　　自从20世纪农业技术发展开始进入了病虫害流行定量研究的发展阶段。从学科的角度来看, 植物病害流行学是一门理论与实际应用相结合的综合性学科, 它与数学、生物信息学生态学等都有着十分密切的关系, 数学在植物病害流行学领域更是有着较为广泛的应用。从目前的研究成果来看, 数学主要体现有以下几个方面:一是详细描述植物病害流行时间的动态数学模型。二是描述植物病虫害流行地域的数学空间模型。三是用数学方法或者统计分析法对植物流行病害过程进行系统的分析和模拟。四是利用数学统计学对病虫害流行进行预测和预估损失的计算。五是运用运筹学和先进的计算机技术研究植物病虫害的综合法治和田间管理工作。

　　4 农业生态学与数学之间的联系

　　正如生态学家Pielou EC所说, 生态学其实就是一门数学。这一说法随着生态学研究的深入, 逐渐被人们认同。生态学中的定量化和模型化是现代生态学的理论基础和学术共识。我国把生态学研究已经纳入国家课题体系, 在生态学中无论是种群动态, 还是空间格局, 群落食物网的随机理论, 都需要大量的数学方法和运算而得出相应结论。与生态学有关的资源环境研究方面, 数学也有着较深的研究, 像水污染和农药残留等问题都有数学的应用。农业生态领域的研究人员, 通过大量数学实验和农业试验总结出了千余组涉及农业领域的数学模型, 为农业科研人员和数学工作者提供了强大的理论支持。同时, 也验证了我国科研人员在此领域获得了丰硕的科研成果。

　　5 结语

　　在新的历史时期, 要抓住时代所赋予我们的历史使命。运用数学理论知识丰富和加强农业生产。同时, 需要进一步加强和落实数学在农业科技领域的实际应用工作。希望今后有更多的数学工作者加入到农业科学领域的研究中来。本文列举的仅是数学在农业领域中一些简单的应用, 与一些比较片面的介绍, 如涉及到农业生产的整个过程的经济数学问题, 以及分形理论在农业科学领域的应用, 小波分析和信息技术对农业自然科学中的应用等, 都需要不断的探索和实践。

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