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农业科技中集对分析思想与特点

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1集对分析的基本思想方法及其特点

1.1全面性

集对分析是对所论间题展开的全面分析,在具体问题背景下既分析两个集合(或系统)的同一性,又分析它的差异性和对立性,因此,集对分析又常被称为同(同一)异(差异)反(对立)分析法。

1.2定性定t相结合

这主要是指集对分析不仅要对分析得到的特性作这两个集合是否共同具有、互相对立或者差异的分析、判断、分类,还要对同异反程度作定量刻划,再根据同异反程度做出由若干个集对所表达的那个系统质的判断。其间要进行一定的数学运算推导和分析。

1.3把确定性分析与不确定性分析有机地结合起来

在集对分析中,两个集合的同一性分析和同一度刻划是相对确定的,对立性分析和对立度刻划也是相对确定的,但是两个集合的差异性分析和差异度刻划是相对不确定的,还可进行同一和对立的分析。之所以这样处理,一方面因为差异是客观事物互相联系转化的一个普遍形态,是客观存在的中介与过渡;另一方面,差异又是人们对实际情况的观察分析受客观条件限制,不可能彻底进行的一种反映。集对分析把确定性分析结果和不确定分析结果统一在一个同异反联系度表达式中,便于人们对实际系统做辩证、定量和完整的分析研究。

1.4应用广泛

集对分析既可直接用于对系统作宏观分析,也可用于对系统作微观分析;既适宜于简单系统分析,也适宜于对复杂系统分析等等。

2集对分析在农业科学研究中的应用

农业的发展从原始农业~传统农业~现代农业~未来农业(高技术农业?),每一次发展都伴随着科学技术的进步,特别是在当今世界人多地少的情形下,更迫切需要加快农业的发展,也更需要的新的技术和理论作指导。鉴于此,我们用一种新的系统分析方法—集对分析来重新认识农业科学,从作物栽培与作物育种两方面进行研究。

2.1集对分析在作物栽培科学中的应用

传统的观点认为,作物栽培学是研究作物生长规律及其与外界环境条件的关系,以及探讨作物高产、优质、高效率、低成本生产理论和措施的一门技术科学。现在看来,用这种观点指导农业栽培科学是远远不够的,是落后于形势发展需要的。当今世界正面临着人口与环境问题的严重挑战。人口膨胀、土地沙漠化、土壤流失、森林锐减、水资源危机、物种灭绝、温室效应加剧、臭氧层遭到破坏、酸雨污染、有毒化学品污染以及垃圾成灾等,严重地危及到人类的生存。作为一个人口众多的发展中国家,我国的形势更为严峻。据有关资料表明,我国目前每年净增人口1500一1700万,而耕地却以每年46.7万hmZ的速度减少。黄河、长江每年的输沙量达20亿t,相当于40万hm“表层沃土,还有黄土高原侵蚀面积达43万kmZ,南方红澳侵蚀面积也达40万kmZ以上.水资原危机更为尖锐。地球上的水虽然很多,但可供人类使用的淡水仅占全球总水量的0.635%,而且这些水有一半深藏地下,真正流于河川、湖泊的淡水只占0.17%,加之世界性的毁坏森林和生态平衡的破坏,水荒正在威胁着地球上的人和植物。而所有这些,都与农业生产不合理的耕作、施肥、灌溉及农药的施用有密切的关系。因此,作物栽培科学不可能再局限于一个狭小的圈子里,仅仅盯在“高产、优质、高效率、低成本”的作物生产上.而要把防止公害、保护人类赖以生存的环境和大幅度节约农业用水与大幅度提高农作物单位面积产量和劳动生产率放在同等重要的地位。这就要求我们必须用新的观点、方法和理论认识作物栽培科学,指导作物栽培。

集对分析是对问题展开的全面分析,它不仅要研究作物的高产、优质、高效,还要把作物与环境和人作为一个系统来加以研究,既研究它们的同一性(作物、人与环境都处于一种协调有序的优化状态),又研究它们之间的对立性(作物、人与环境之间相互排斥、对立,如施用农药对作物有利,但对人有害,同时又污染环境;而不施用农药防治病虫害则影响牟物的生长发育),还要研究它们间的差异性(这是一个不确定因子,不可根据研究情况取不同的值。在研究中我们除了确定同一度、差异度、对立度的大小外,主要目的就是‘值,并在中实践采取措施促使差异性向同一性转化。如利用生物防治病虫害与用化学方法防治病虫害,其差异性就不同。前者趋向于人、作物、环境的协调统一,即“增益”效应;后者则对这一系统有“惩罚”作用),同时,建立数学模型:一是预测预报这一系统的发展变化;二是对系统的发展做出决策,并且整个过程都可由微机操作。因此,利用集对分析理论与方法可以有效地实现作物栽培科学现代化;全部技术整体化、规范化、模型化;手段现代化、自动化;技术成果商品化。

2.1.1作物平衡施肥机理的研究。作物栽培的根本任务在于获得更多、更好(品质好且无公害)的粮食,最大限度地降低生产成本(包括节约用水)和减少对环境的污染。而施肥又是作物栽培中最基本的措施,平衡施肥是作物栽培科学化的立足点.但如何才能做到平衡施肥,平衡施肥的机理何在?基于这一目的,我们必须建立相应的模型:一是作物生产系统控制模型,即宏观控制模型;二是作物养分动态模型,即微观控制模型,将宏观与微观结合起来,既研究输入(能量、物质等)与翰出(农产品、地力下降、水土流失等)的辩证关系,又研究输入信息的转化过程,同时考虑系统与环境的内在联系,促使“黑箱”向“白箱”转化,在此基础上去揭示平衡施肥的机理。利用集对分析思想,我们首先对作物生产系统的组成要素:气候要素、土壤肥力要素、单项技术要素、物质生产与产量要素两两进行分析,建立起每个集对的同异及联系度

表达式,然后,借助于一定的系统建模方法和一系列数学运算建立起作物生产系统的宏观控制模型.说明:一年以360天计算,以每天这四个要素的变化为特征,共得到360个特征,在比较这3的个特征的相同、对立与差异的基础上建立上述模型。因此,该模型精度很高、准确度很大.由它控制的作物生产系统能最大限度地发挥系统特有的功能,避免不必要的损失。其次.我们建立作物11种养分(N、P、K、ea、Mg、Fe、入,n、eu、zn、s、B_)的动态模型:.说明:在计算n种元素的养分指数基础上,把每两种营养元素对产量影响的同一性、对立性、差异性的实测值伍,、百,‘、忿,,,)与标准值(E扭、E。’、E。,,)相比较,建立上述模型,c•I一表示养分动态模型中两种养分之比的变异系数。该模型全面反映了作物在环境条件和栽培措施综合作用下养分的动态变化,它可以预测作物在任何生长阶段任何部位的养分状况,并且可以不受天气和地域变化的影响,因此,用它控制作物的生长发育,既具有很高的精确度,又能最大限度地克服施肥的盲目性。

有了(3)和(4)两个模型,我们不难深入认识平衡施肥。从宏观上看,它是作物生产系统稳定、协调有序,即作物的输入、输出及处理过程处于一种优化状态,也就是(3)中的‘’61/6工5./360趋于最大(为1),1/6工F,/360云.,牵1‘.~1起“增益”作用;从微观上看,它是作物养分在动态中的平衡,即(4)中的同一度与对立度之比趋向于无穷大,差异部分中有绝大部分属于同一性质的,也就是说,我们对“黑箱”有了深层的了解和更清楚的认识,能实现它向“白箱”转化。

2.1.2改革种植制度.在作物栽培中,连作是最忌讳的种植方式,而轮作、间作、套种又必须考虑作物间的互作,否则,作物很难高产,并且病虫害也大.因此,在种植制度中,选择适宜的作物是头等重要工作。在间作、套种时,原则上是选择生态适应性大同小异的作物,而在适应的程度上或项目上有所差异,这样才能够生长在一起而又能各取所儒,取长补短,充分利用环境资源,并且对病虫害有抑制作用。如果大不相同,也就是大异或相反,则它们根本不能种在一起。如果没有差异,两种(或两种以上)作物互相争夺环境条件和自然资源,都没有单独生长的好,也就没有必要进行间作套种了。所以,利用同、异、把优化组合原理选择作物既具有全面性,又能充分发挥每种作物的生长优势。首先,我们对间作套种的作物从生态适应性(光、热、水、肥、气、病害、虫害、草害、鼠兔为害、风)方面分析它们间的相同、不同和差异;其次,建立这几种作物的同异反联系式,用联系式直接指导作物种植。如两种作物的生态适应性有六项相同、两项不同、两项有差异,则这两种作物可以实行间作套种。

如果有两项相同、六项不同、两项有差异,显然这两种作物不能种在一起。需要说明的是,有时两种作物的生态适应性仅有一项不同,就不能间种在一起。如水生作物与旱生作物,但轮作是可以的。

2.13农产品质量评定。在经济领域中,对工业产品特别是医药、食品以及高新技术产品,要求较高,质量规定较多,检测仪器和技术较为严格和精细.然而,农产品是生活资料和最初原料,如粮食、皮棉等。相对而言,农产品质量的评定比较粗放,如甘薯、萝卜和甜菜等都不分等级出售。即使某些经济价值较高的产品,如烟叶、皮棉、芝麻等也只是粗略地检验分级。这种情况根本不适应市场经济发展的需要。因此,利用集对分析理论中的同异反聚类分析原量,可以比较客观地对农产品质量作出评定.首先应对每一种农产品的性状充分展开分析,搞清楚哪些性状不会变化,哪些性状变化不大,哪些住状变化很大.在此基础上建立每一种农产品的同异反联系式,利用联系式评定农产品质量,既全面,又客观。

2.14土地评定。土地是作物生长的基础.土地的好坏对于农产品的产量和质量至关重要。评定土地质量的项目甚多,而主要有土奥质地、土奥酸碱度、坡度、平整度、水分、土壤羊分、土集微生物和有害物质含量等。利用集对分析的同异反系统辩识原理对土地进行识别分级,确定哪类土类适合种植哪些作物而绝对不能种植哪类作物,哪些土集经过改良可以种植一些作物.经过这样的分级,既能客观地对土地性胎作出评价,又能有目的地种植作物,充分发挥地力.集对分析在作物栽培中有很大的应用价值,有待于更多的农业科学工作者从事这方面的研究,提出一些具体的量化指标,以便指导农业生产。

2.2集对分析在作物育种上的应用

育种是基础,栽培是条件,育种科学的发展直接影响着栽培科学的发展。但常规育种已不适应市场经济的要求,而应该从资源的搜集整理分类,利用生物技术和集对分析的全面性思想选育高产、优质、多抗的优良品种。如利用组织培养选育新品种,首先应对被培材料作充分的调查,然后选择最适宜的培养基:一是适宜培养材料脱分化及分化成苗;二是经过培养.原材料应有很多优良变异,两者缺一不可。因此,必须对材料与培养基之间的关系进行全面分析,分析培养基中的哪些激素适合该材料,哪些不适合该材料,哪些单独使用不适合而合用时则既促进材料分化,又能使它产生优良变异.

3结语

集对分析作为一种新的系统方法,有很广阔的应用前景,在农业科学研究中的应用才刚刚开始,难免有很多不足,需要从事农业科学的工作者在理论上深入研究,在应用上大力推广。

作者:周泽朱典云杨燕     单位:四川省达川地区农科所

农业科技管理杂志责任编辑:田老师    阅读:人次
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