董國玉

（廊坊職業(yè)技術學院，河北廊坊 065000）

淺談數(shù)學模型在茶樹種植土壤導電與酸堿性測量中的應用

董國玉

（廊坊職業(yè)技術學院，河北廊坊 065000）

茶葉科學種植加大了對信息技術的投入與研究，利用技術手段增強綜合實力，提高競爭力。在數(shù)學建模中理論與實踐的結合，可以將復雜的問題簡易化。鑒于此，將數(shù)學模型引入茶葉土壤導電、酸堿性的測量應用，以數(shù)學建模和茶葉土壤性質相結合為切入點，對比了茶葉土壤的導電性與酸堿性的評估方法。分析影響土壤酸堿性和導電性的因素；最后，通過茶葉土壤導電與酸堿性的實例應用，以其精確的衡量茶葉種植土壤的成分，將土壤性質分析定量化、可視化。

數(shù)學模型；茶葉種植；土壤；導電性；酸堿性

茶的品質大部分取決于茶葉的質量。茶館經營者以及愛茶人士追求觀好茶、品好茶。這就要求茶葉生產者在茶葉種植上不斷下功夫，加大技術要素的投入。運用合理的、恰當?shù)臄?shù)學模型結合茶葉種植土壤，完成精準化的分析數(shù)據(jù)處理質量控制，提高茶葉種植土壤營養(yǎng)度的高效應用。

1 茶葉種植土壤的導電性與酸堿性

我國茶葉種植主要集中東南丘陵地區(qū)，茶葉主產區(qū)分布零散，茶葉種植與經營比較分散。茶葉種植土壤中缺少定量分析與精準的栽培技術，造成我國茶葉未能科學化種植。因此，分析土質對于增加茶葉生產量，提升茶葉品質有著重要的意義。

1.1 茶葉土壤的導電性與酸堿性

土壤是附著在地球大陸表層的疏松物質，它能為植物的生長提供養(yǎng)分與環(huán)境。茶葉種植土壤的質量與土壤本身的導電性有著密切的聯(lián)系。在土壤中，存在著電解質，這種電解質是導致土壤導電的根本原因。因此，濕潤的土壤含水量高，所含的電解質溶液也就多，土壤的導電能力加強；越干燥的土壤，含水量越低，土壤中水質溶液中的電解質飽和度低，溶液的電阻率就大。從數(shù)學建模上講，土壤含水量與電阻率也存在一定的相關性。土壤中存在著各種微生物，也存在各種物質和分子，分子與分子之間也會有化學結合，所謂的土壤的酸堿性就是指這些化學反應發(fā)生后表現(xiàn)出來的酸堿程度。在化學農業(yè)中，土壤的酸堿程度用酸堿度來度量。

1.2 茶葉種植土壤的導電性與酸堿性的評估方法

1.2.1 導電性評估方法

從物理學角度來分析，茶葉土壤兼具兩種電學性質：第一是電容性，第二是電阻性。土壤具有激發(fā)極化效應，使得其同時具有電阻性和電容性。土壤具備電學性質的原因是土壤的激發(fā)極化效應。根據(jù)物理學原理，我們可以運用數(shù)學思維對變量進行建模。根據(jù)經驗我們可以知道，當土壤的電阻率高時，電容處于低頻率的階段，在低頻率的階段里，土壤有足夠的時間來緩沖，此時可以積攢電容，是放電能量,矢量位移也會增大。當?shù)皖l率慢慢增高時,土壤所需積攢電容的時間縮短，激發(fā)極化效應，慢慢變弱，此時的電阻力慢慢上升，矢量位移也漸漸的縮小。因此，電容與電阻之間具備了線性相關的特征。

1.2.2 酸堿性評估方法

土壤酸性與堿性的測量，常用PH試紙或者酚酞溶液來衡量，土壤之所以有酸堿性，土壤中存在的氫離子和氫氧離子是導致土壤有酸堿性的根本原因。茶葉土壤中具有一部分礦物質，礦物質的來源是巖石的風化侵蝕出現(xiàn)的成土母質，成土母質中有原生礦物。大氣中的酸性物質侵入土壤內層，使得土壤溶質中的一些離子，分子以及膠體性質發(fā)生變化，土壤溶液出現(xiàn)酸性堿性中性三個特性。當氫離子與負離子結合時，會使土壤呈酸性，當氫氧根離子跟正離子結合時，土壤呈堿性，土壤的鹽漬化也是這個原理，當氫離子遇到鹽溶液中的負離子時，會結合生成氯化氫，而HCL溶液呈酸性。當土壤中的氫氧根離子和Na鹽溶液結合時，會生成NaOH，而NaOH水溶液呈堿性。因此，土壤的鹽漬化會嚴重影響的土壤的酸堿性。土壤是由許許多多的物質構成的，其中有1/2是固體顆粒，也就是電解質溶液中的雜質。

1.3 茶葉土壤中酸堿性和導電性的因素

茶葉種植土壤好壞受土壤的鹽漬化和含水量的影響。從土壤的導電性能來說，導電性能好的土壤，越有利于茶葉的種植，而導電性能好，就需要土壤的含水量好。影響土壤含水量的因素有很多，大氣中的降水是直接因素，土層深厚的土壤，也有利于茶葉的種植，因為土層深度在60cm左右的土壤，土層的吸水性和含水量性好有利于茶樹的固根養(yǎng)基。此外，土壤的性質影響土層的涵養(yǎng)量，坡度適宜的地形，有利于茶葉的種植，平均坡度在25。的左右的梯田或者是丘陵地區(qū)，土壤的排水性能好，可以防止茶樹根的受水分浸食而壞根滋長；從土壤的酸堿性能來說，水源的平衡，影響著土壤的酸堿。而影響土壤酸堿性的有土壤中的微生物和化學分子。微生物和化學分子少的土壤，相互之間發(fā)生化學或是生物反應的可能性小。因此土壤大多呈酸性，在這樣的酸性土壤中，微生物酶會逐漸地失活，使得土壤中的硝化細菌作用增強，有利于土壤中氣體的排放，便于土壤的通氣和透氣。除此之外，土壤中的一些風險元素也會影響茶葉的種植，重度酸性土壤中也有可能含有重金屬。

2 茶葉種植土壤性質測量的數(shù)學模型的構建

用數(shù)學的思維對茶葉土壤性質的檢測進行相應的建模處理，可以將數(shù)學理論方法應用解決茶葉實際的生產問題，體會應用數(shù)學解決問題的科學方法，并不斷完善，優(yōu)化現(xiàn)有的技術方案。

2.1 數(shù)學模型的設計

掌握數(shù)學模型的變化規(guī)律，優(yōu)化產業(yè)的問題可以更加的直觀和簡便化，有利于選擇中的計算。利用數(shù)學模型解析對象可以提質提優(yōu)。數(shù)學模型沒有固定的應用格式。近年來，數(shù)學建模應用于各種領域，尤其是在農業(yè)和化學領域，數(shù)學模型的建立最大的好處就是可以優(yōu)化選擇，而數(shù)學模型與茶葉種植相結合，可以有效地分析土壤的營養(yǎng)成分，在短時間內高效率的提高茶葉種植技術。而數(shù)學模型的建立需要驗證，獲取到茶葉土壤的基本信息后，需要建立一個科學的算法模型，之后要根據(jù)理論數(shù)據(jù)與實際情況相對比，得出可靠的結論。茶葉的種植適合于酸性土壤，PH在4.6到6.5的值利于茶樹的生長。相反堿性的土壤不適合茶葉的種植，更不利于提高茶葉的品質。

2.2 數(shù)學模型在茶葉種植土壤性質檢測中的方法

2.2.1 數(shù)學模型融入元素分析法

茶葉種植的土壤越肥沃，有益于茶葉的提質提優(yōu)，還能夠因為合理的選擇而降低成本。因此，在很多條茶葉優(yōu)化選擇道路中，對土壤的優(yōu)化是最有效的。但是在現(xiàn)實生活中，由于不同的地區(qū)土壤的性質不同，對土壤中的營養(yǎng)要素的權衡也會不一樣。通過建立數(shù)學模型，可以確定土壤中哪些元素能提高茶葉的質量。比如，可以對土壤中不同元素建立正態(tài)分布的數(shù)學模型，采用數(shù)據(jù)采集和方程運算的方法，獲得茶葉土壤中所有的元素分布情況。在這樣可以清晰、明了的調整茶葉土壤中的元素配比。在土壤PH值的測定中，也可以運用建立相應的數(shù)學模型。適合茶葉種植的土壤應該把PH值控制在5.0到6.0的范圍之內，在這個范圍內的酸性土壤生長出來的茶樹，發(fā)芽會很早，而且根系會很粗壯發(fā)達。當土壤的酸度過強，PH值小于4.0的時候，會影響茶樹對土壤中物質中N、P、K元素的吸收。

2.2.2 數(shù)學模型融入阻抗分析法

在測量分析法中，通過評估、分析種植土壤的性質即酸堿度和導電性，控制酸堿性或者導電性中的元素進行實驗，這樣的實驗設計具有一定的片面性。但是在常規(guī)的分析法的過程中，對于反映哪一個元素對茶葉種植土壤的影響最大的評估很難，容易造成實驗誤差。而在阻抗分析法中，會對現(xiàn)有元素進行分析，包括土壤的酸堿度和導電性以外的性質分析，就大大降低了數(shù)學模型中估算的誤差。阻抗分析法，可以在有效的時間內，把影響茶葉種植土壤的因素反映出來，選擇不同的影響因子為變量，加入個別的除酸堿度和導電性以外的影響因子，建立L9(3^4)正交表的數(shù)學模型，通過9次的實驗結果的測定，對數(shù)據(jù)進行科學的計算和分析，然后權衡酸堿度和導電性等影響因子的最優(yōu)情況，找出影響茶葉土壤的最大的影響因子。

3 數(shù)學模型在茶葉種植土壤導電與酸堿性中的應用

3.1 數(shù)學模型在茶葉種植土壤導電與酸堿性中的實例

對茶樹種植提優(yōu)，從種植土壤優(yōu)化方面是最常見的。在茶樹種植土壤優(yōu)化方面，優(yōu)化的土壤性質還要適用于特殊環(huán)境的行為對象。某茶葉生產區(qū)比較適合種植a和b兩種茶樹，當兩種茶葉在市場上的反響都很好的情況下，生產者需要在a和b品種上作出選擇，從而達到提高經濟效益的目的。我國東南丘陵的地區(qū)，土壤的酸堿度和導電性影響茶樹的種植，生產廠家會想要協(xié)調土壤的酸堿度和導電性時，可能會有兩種方法：第一種方法是控制土壤的酸堿度不變，然后增加土壤的導電性；第二種方法是控制土壤的導電性不變，降低土壤的堿性，提高土壤的酸度。此時，可以建立線性相關方程，不考慮茶葉品種原因的影響下，作出2相應的函數(shù)圖像，得出2種類方法對茶葉產量的影響?；诖耍鶕?jù)不同的外界條件，選擇合理的種植方案，以期提高茶葉產量。

3.2 數(shù)學模型在茶樹種植土壤導電與酸堿性中的總結

通過以上的分析，我們可以知道茶樹種植土壤的營養(yǎng)成分，是影響茶葉產量和質量的重要的原因。有效的權衡土壤中的影響因子，比如酸堿度和導電性，并不斷優(yōu)化土壤的質地，可以從根本上有效地提高茶葉的產量和品質，從而將利潤最大化。而數(shù)學模型在茶樹種植土壤導電性與酸堿性色量中的運用，有利于推進茶產業(yè)面向信息化、技術化、合理化。

4 結論

現(xiàn)如今，茶經營者面臨的最大的問題是茶葉的提質、提優(yōu)，其中最難的是技術攻關問題。數(shù)學模型在茶樹種植土壤導電性和酸堿性的測量應用，能夠有效地對土壤的性質進行數(shù)據(jù)分析，以便合理規(guī)劃。調整種植土壤培優(yōu)在經濟成本中的比重，這為我國的茶葉界開辟了一條可循環(huán)的綠色經濟通道。

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董國玉（1979-），女，河北廊坊人，碩士，副教授，研究方向：應用數(shù)學。