浅谈数学模型在茶树种植土壤导电与酸碱性测量中的应用

2017-02-04董国玉

福建茶叶 2017年12期

关键词：酸碱性导电性数学模型

董国玉

（廊坊职业技术学院，河北廊坊 065000）

浅谈数学模型在茶树种植土壤导电与酸碱性测量中的应用

董国玉

（廊坊职业技术学院，河北廊坊 065000）

茶叶科学种植加大了对信息技术的投入与研究，利用技术手段增强综合实力，提高竞争力。在数学建模中理论与实践的结合，可以将复杂的问题简易化。鉴于此，将数学模型引入茶叶土壤导电、酸碱性的测量应用，以数学建模和茶叶土壤性质相结合为切入点，对比了茶叶土壤的导电性与酸碱性的评估方法。分析影响土壤酸碱性和导电性的因素；最后，通过茶叶土壤导电与酸碱性的实例应用，以其精确的衡量茶叶种植土壤的成分，将土壤性质分析定量化、可视化。

数学模型；茶叶种植；土壤；导电性；酸碱性

茶的品质大部分取决于茶叶的质量。茶馆经营者以及爱茶人士追求观好茶、品好茶。这就要求茶叶生产者在茶叶种植上不断下功夫，加大技术要素的投入。运用合理的、恰当的数学模型结合茶叶种植土壤，完成精准化的分析数据处理质量控制，提高茶叶种植土壤营养度的高效应用。

1 茶叶种植土壤的导电性与酸碱性

我国茶叶种植主要集中东南丘陵地区，茶叶主产区分布零散，茶叶种植与经营比较分散。茶叶种植土壤中缺少定量分析与精准的栽培技术，造成我国茶叶未能科学化种植。因此，分析土质对于增加茶叶生产量，提升茶叶品质有着重要的意义。

1.1 茶叶土壤的导电性与酸碱性

土壤是附着在地球大陆表层的疏松物质，它能为植物的生长提供养分与环境。茶叶种植土壤的质量与土壤本身的导电性有着密切的联系。在土壤中，存在着电解质，这种电解质是导致土壤导电的根本原因。因此，湿润的土壤含水量高，所含的电解质溶液也就多，土壤的导电能力加强；越干燥的土壤，含水量越低，土壤中水质溶液中的电解质饱和度低，溶液的电阻率就大。从数学建模上讲，土壤含水量与电阻率也存在一定的相关性。土壤中存在着各种微生物，也存在各种物质和分子，分子与分子之间也会有化学结合，所谓的土壤的酸碱性就是指这些化学反应发生后表现出来的酸碱程度。在化学农业中，土壤的酸碱程度用酸碱度来度量。

1.2 茶叶种植土壤的导电性与酸碱性的评估方法

1.2.1 导电性评估方法

从物理学角度来分析，茶叶土壤兼具两种电学性质：第一是电容性，第二是电阻性。土壤具有激发极化效应，使得其同时具有电阻性和电容性。土壤具备电学性质的原因是土壤的激发极化效应。根据物理学原理，我们可以运用数学思维对变量进行建模。根据经验我们可以知道，当土壤的电阻率高时，电容处于低频率的阶段，在低频率的阶段里，土壤有足够的时间来缓冲，此时可以积攒电容，是放电能量,矢量位移也会增大。当低频率慢慢增高时,土壤所需积攒电容的时间缩短，激发极化效应，慢慢变弱，此时的电阻力慢慢上升，矢量位移也渐渐的缩小。因此，电容与电阻之间具备了线性相关的特征。

1.2.2 酸碱性评估方法

土壤酸性与碱性的测量，常用PH试纸或者酚酞溶液来衡量，土壤之所以有酸碱性，土壤中存在的氢离子和氢氧离子是导致土壤有酸碱性的根本原因。茶叶土壤中具有一部分矿物质，矿物质的来源是岩石的风化侵蚀出现的成土母质，成土母质中有原生矿物。大气中的酸性物质侵入土壤内层，使得土壤溶质中的一些离子，分子以及胶体性质发生变化，土壤溶液出现酸性碱性中性三个特性。当氢离子与负离子结合时，会使土壤呈酸性，当氢氧根离子跟正离子结合时，土壤呈碱性，土壤的盐渍化也是这个原理，当氢离子遇到盐溶液中的负离子时，会结合生成氯化氢，而HCL溶液呈酸性。当土壤中的氢氧根离子和Na盐溶液结合时，会生成NaOH，而NaOH水溶液呈碱性。因此，土壤的盐渍化会严重影响的土壤的酸碱性。土壤是由许许多多的物质构成的，其中有1/2是固体颗粒，也就是电解质溶液中的杂质。

1.3 茶叶土壤中酸碱性和导电性的因素

茶叶种植土壤好坏受土壤的盐渍化和含水量的影响。从土壤的导电性能来说，导电性能好的土壤，越有利于茶叶的种植，而导电性能好，就需要土壤的含水量好。影响土壤含水量的因素有很多，大气中的降水是直接因素，土层深厚的土壤，也有利于茶叶的种植，因为土层深度在60cm左右的土壤，土层的吸水性和含水量性好有利于茶树的固根养基。此外，土壤的性质影响土层的涵养量，坡度适宜的地形，有利于茶叶的种植，平均坡度在25。的左右的梯田或者是丘陵地区，土壤的排水性能好，可以防止茶树根的受水分浸食而坏根滋长；从土壤的酸碱性能来说，水源的平衡，影响着土壤的酸碱。而影响土壤酸碱性的有土壤中的微生物和化学分子。微生物和化学分子少的土壤，相互之间发生化学或是生物反应的可能性小。因此土壤大多呈酸性，在这样的酸性土壤中，微生物酶会逐渐地失活，使得土壤中的硝化细菌作用增强，有利于土壤中气体的排放，便于土壤的通气和透气。除此之外，土壤中的一些风险元素也会影响茶叶的种植，重度酸性土壤中也有可能含有重金属。

2 茶叶种植土壤性质测量的数学模型的构建

用数学的思维对茶叶土壤性质的检测进行相应的建模处理，可以将数学理论方法应用解决茶叶实际的生产问题，体会应用数学解决问题的科学方法，并不断完善，优化现有的技术方案。

2.1 数学模型的设计

掌握数学模型的变化规律，优化产业的问题可以更加的直观和简便化，有利于选择中的计算。利用数学模型解析对象可以提质提优。数学模型没有固定的应用格式。近年来，数学建模应用于各种领域，尤其是在农业和化学领域，数学模型的建立最大的好处就是可以优化选择，而数学模型与茶叶种植相结合，可以有效地分析土壤的营养成分，在短时间内高效率的提高茶叶种植技术。而数学模型的建立需要验证，获取到茶叶土壤的基本信息后，需要建立一个科学的算法模型，之后要根据理论数据与实际情况相对比，得出可靠的结论。茶叶的种植适合于酸性土壤，PH在4.6到6.5的值利于茶树的生长。相反碱性的土壤不适合茶叶的种植，更不利于提高茶叶的品质。

2.2 数学模型在茶叶种植土壤性质检测中的方法

2.2.1 数学模型融入元素分析法

茶叶种植的土壤越肥沃，有益于茶叶的提质提优，还能够因为合理的选择而降低成本。因此，在很多条茶叶优化选择道路中，对土壤的优化是最有效的。但是在现实生活中，由于不同的地区土壤的性质不同，对土壤中的营养要素的权衡也会不一样。通过建立数学模型，可以确定土壤中哪些元素能提高茶叶的质量。比如，可以对土壤中不同元素建立正态分布的数学模型，采用数据采集和方程运算的方法，获得茶叶土壤中所有的元素分布情况。在这样可以清晰、明了的调整茶叶土壤中的元素配比。在土壤PH值的测定中，也可以运用建立相应的数学模型。适合茶叶种植的土壤应该把PH值控制在5.0到6.0的范围之内，在这个范围内的酸性土壤生长出来的茶树，发芽会很早，而且根系会很粗壮发达。当土壤的酸度过强，PH值小于4.0的时候，会影响茶树对土壤中物质中N、P、K元素的吸收。

2.2.2 数学模型融入阻抗分析法

在测量分析法中，通过评估、分析种植土壤的性质即酸碱度和导电性，控制酸碱性或者导电性中的元素进行实验，这样的实验设计具有一定的片面性。但是在常规的分析法的过程中，对于反映哪一个元素对茶叶种植土壤的影响最大的评估很难，容易造成实验误差。而在阻抗分析法中，会对现有元素进行分析，包括土壤的酸碱度和导电性以外的性质分析，就大大降低了数学模型中估算的误差。阻抗分析法，可以在有效的时间内，把影响茶叶种植土壤的因素反映出来，选择不同的影响因子为变量，加入个别的除酸碱度和导电性以外的影响因子，建立L9(3^4)正交表的数学模型，通过9次的实验结果的测定，对数据进行科学的计算和分析，然后权衡酸碱度和导电性等影响因子的最优情况，找出影响茶叶土壤的最大的影响因子。

3 数学模型在茶叶种植土壤导电与酸碱性中的应用

3.1 数学模型在茶叶种植土壤导电与酸碱性中的实例

对茶树种植提优，从种植土壤优化方面是最常见的。在茶树种植土壤优化方面，优化的土壤性质还要适用于特殊环境的行为对象。某茶叶生产区比较适合种植a和b两种茶树，当两种茶叶在市场上的反响都很好的情况下，生产者需要在a和b品种上作出选择，从而达到提高经济效益的目的。我国东南丘陵的地区，土壤的酸碱度和导电性影响茶树的种植，生产厂家会想要协调土壤的酸碱度和导电性时，可能会有两种方法：第一种方法是控制土壤的酸碱度不变，然后增加土壤的导电性；第二种方法是控制土壤的导电性不变，降低土壤的碱性，提高土壤的酸度。此时，可以建立线性相关方程，不考虑茶叶品种原因的影响下，作出2相应的函数图像，得出2种类方法对茶叶产量的影响。基于此，根据不同的外界条件，选择合理的种植方案，以期提高茶叶产量。

3.2 数学模型在茶树种植土壤导电与酸碱性中的总结

通过以上的分析，我们可以知道茶树种植土壤的营养成分，是影响茶叶产量和质量的重要的原因。有效的权衡土壤中的影响因子，比如酸碱度和导电性，并不断优化土壤的质地，可以从根本上有效地提高茶叶的产量和品质，从而将利润最大化。而数学模型在茶树种植土壤导电性与酸碱性色量中的运用，有利于推进茶产业面向信息化、技术化、合理化。