數學在農業科學中的應用

　　摘要：隨著科技的發展和農業技術的不斷突破，將數學更多的運用到了農業試驗當中，包括對農業試驗數據的統計，在遺傳學、植物病蟲害等領域都有數學的身影。數學的發展對農業科學也起到了十分積極的促進作用。

　　關鍵詞：農業科學;數學;模型應用

　　《東北農業科學》(原：吉林農業科學)(雙月刊)創刊于1960年，是吉林省農業科學院、中國農業科技東北創新中心主辦的綜合性農業科學技術刊物。

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

　　1農業試驗統計學

　　在數學農業試驗統計學中，在研究親代與子代蛋白質含量的相關性時，同時提出了相關的分析理論。在研究肥料對馬鈴薯產量的影響時，首先提出了新的理論，產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、不同年份的馬鈴薯產量進行分析對比時，進一步驗證了各因素間的交互作用。這就驗證了在研究農業科學試驗方法的基礎上，產生了后來應用廣泛的數理統計學，同時也為農業試驗統計學奠定了堅實的理論基礎。

　　由于農作物在生長發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，所以試驗產生的結果也受到外部因素的主導，每個因素間很容易出現交互效應和誤差等不可控因素。由于農作物在生產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生一些異常數據和丟失數據的情況。這些會為我們的統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計推斷的建模方法。在進行農業生產時，大量的試驗統計方法和統計分析法被運用到農業科學種植中。再加上農業試驗和其他生產領域不同，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計方式可以十分有效的提高工作效率，農業數據的采集更加便利，分析結果也更加準確。

　　數學統計模型的解釋性強，便于分析和處理在試驗設計以及統計推斷理論與方式方法。在農業應用中，除了傳統的正交試驗和旋轉設計以及相應的統計方法時常被用到以外，一些新的方法也不斷涌現出來。譬如，用數論的方法所產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業科學試驗和統計推斷方法當中。在國外很多數學家對農業統計方面的研究比較深入，一些專業的雜志也刊登了很多相關文章。國內的科研人員在農業和生物領域也有很多科研成果，對國內的農業和生物統計教學和學術研究有著積極的推動作用。

　　2數學遺傳學與數量遺傳學

　　數學遺傳學和數量遺傳學從嚴格意義上來說，是數學與遺傳學進行有機結合而產生的一門邊緣學科。可以把它看作是一個遺傳學的分支，同樣也可以把它看成是生物數字的一個分支學科。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。一是質量性狀，一般情況下表現為離散性的變異。質量性狀主要受主要基因控制，同時受到環境的影響也比較小。在對質量性狀進行研究時，常將群體中的表現性或者基因型進行分類研究，在農業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。另一類是數量性狀，主要表現為連續性的變異現象。數量性狀通常受到許多微型基因序列的控制，同時受外部環境影響比較大。所以，無法用經典遺傳分析的方法對數量性狀進行分組分析，只能選擇使用統計分析的方法，同時對特定植物的遺傳群體進行數量性狀的遺傳分析，進而區分遺傳變異和環境變異。在對植物進行數量遺傳研究中經常使用統計分析法，以此來估計遺傳群體的統計參數，如平均數、協方差和方差等。由于植物中存在基因連鎖和一因多效等特性。植物體的不同數量性狀間也存在著不同的關聯。群體平均數量所有個體的平均表現，而群體方差和協方差存在于個體變異當中。在農業生產中我國的數量遺傳已經逐步運用到了農業生產的方方面面。在水稻種植過程中，針對雜交水稻產量的主要數量性狀遺傳基因進行了研究，對其水稻品質的提升有著積極作用。農作物轉基因和基因重組的研究也得到了進一步發展，相關科技成果也逐步轉化成為了生產力。同時生物信息統計學的研究也在不斷的興起，通過對農業種植過程的信息統計分析出適合本地生長的農作物，以及農作物施肥用量的科學化應用。

　　3植物與數學植物病害流行學

　　自從20世紀農業技術發展開始進入了病蟲害流行定量研究的發展階段。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，它與數學、生物信息學生態學等都有著十分密切的關系，數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，數學主要體現有以下幾個方面：一是詳細描述植物病害流行時間的動態數學模型。二是描述植物病蟲害流行地域的數學空間模型。三是用數學方法或者統計分析法對植物流行病害過程進行系統的分析和模擬。四是利用數學統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農業生態學與數學之間的聯系

　　正如生態學家Pielou EC所說，生態學其實就是一門數學。這一說法隨著生態學研究的深入，逐漸被人們認同。生態學中的定量化和模型化是現代生態學的理論基礎和學術共識。我國把生態學研究已經納入國家課題體系，在生態學中無論是種群動態，還是空間格局，群落食物網的隨機理論，都需要大量的數學方法和運算而得出相應結論。與生態學有關的資源環境研究方面，數學也有著較深的研究，像水污染和農藥殘留等問題都有數學的應用。農業生態領域的研究人員，通過大量數學實驗和農業試驗總結出了千余組涉及農業領域的數學模型，為農業科研人員和數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。運用數學理論知識豐富和加強農業生產。同時，需要進一步加強和落實數學在農業科技領域的實際應用工作。希望今后有更多的數學工作者加入到農業科學領域的研究中來。本文列舉的僅是數學在農業領域中一些簡單的應用，與一些比較片面的介紹，如涉及到農業生產的整個過程的經濟數學問題，以及分形理論在農業科學領域的應用，小波分析和信息技術對農業自然科學中的應用等，都需要不斷的探索和實踐。

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