Курсовая с практикой на тему Оценка пространственной изменчивости содержания гумуса в поверхностных слоях аллювиальных почв методами математической статистики

Содержание:

Введение. 2

1.
Вариабельность содержания гумуса в поверхностных слоях аллювиальных почв  4

1.1
Теоретические аспекты изучения агрохимических свойств пахотных земель.
Изменения содержания гумуса в пахотных почвах. 4

1.2
Пути сохранения и повышения плодородия почв. 8

2.
Изучение геоморфологических свойств аллювиальных почв. 19

2.1
Условия образования аллювиальных почв и их особенности. 19

2.2
Классификация аллювиальных почв. 22

3.
Расчетная часть. 26

Заключение. 30

Список использованной литературы   32

Введение:

Для определения неоднородности
почвенных участков необходимо проведение агрохимического анализа почвы. Обычно
это делается раз в четыре года. Пробы почвы отбираются либо вручную, либо с
помощью специального оборудования, а затем направляются в лабораторию для
анализа. На основе полученных результатов фермеры составляют цифровые карты
свойств полей. Они используются для постановки задач на сельскохозяйственную
технику по внесению семян и удобрений.

Почва исследуется по более чем 30
параметрам, основными из которых являются кислотность, содержание фосфора,
калия и гумуса. Кислотность (рН) измерить проще всего. Его величина может быть
определена либо лабораторными исследованиями, либо измерением почвы полевым
датчиком. Кроме того, кислотность является важным фактором урожайности. Для
каждой культуры существует значение рН, которое помогает ей расти лучше всего
[2].

По уровню содержания гумуса фермеры
оценивают плодородие различных участков поля и рассчитывают дозы семян и
удобрений. Фосфор и калий необходимы для роста и развития растений, поэтому
важно знать уровень их содержания для расчета точной нормы удобрений.

Сбалансированное минеральное питание
является основой высокого урожая.

Одной из дисциплин
математического моделирования является математическая статистика. Она
представляет собой научное направление, которое с помощью математических
методов позволяет систематизировать и применить данные статистики для различных
целей и сфер деятельности. Наиболее часто данный вид статистики применяет
теорию вероятности, позволяющую оценить выводы, формируемые множественными
статистическими показателями. Предметом изучения математической статистики является
исследование и анализ случайных событий или величин, которые были получены в
результате проведенных наблюдений. Еще одним важным понятием в области данного
направления статистики можно назвать статистическую совокупность. Она
представляет собой некоторое объединение элементов по общим схожим признакам.

В результате проведенных
наблюдений формируется перечень статистических данных, которые применяются в
дальнейших расчетах. Математическая статистика позволяет отследить
закономерности в полученных данных.

Среди ее задач можно выделить
следующие:

Поиск решений для объединения
разрозненного множества данных в целях проведения направленного исследования.

Формирование метода исследования
согласно поставленной задаче. Сюда относят оценку вероятности наступления
какого – либо события в системе, оценку параметров распределения, понимание
зависимости одних величин от других, проверка статистических данных, а также
подтверждение правильности выдвинутых предположений.

Заключение:

Математика – точная наука.
Биологию относят к естественнонаучным дисциплинам, однако в ней есть много
понятий и явлений, требующих количественного учета. При проведении исследований
биологи широко используют математический аппарат: вычисляют встречаемость
различных признаков, создают математические модели, описывающие различные живые
системы и происходящие в них процессы.

Любое исследование предполагает
статистическую обработку результатов: ранжирование, построение графиков и
диаграмм, подсчёт среднего арифметического, среднеквадратичного отклонения,
процентной доли, коэффициентов корреляции. При изучении генетических законов,
решении задач по генетике, биохимии и популяционной генетике математический
аппарат необходим как при освоении теоретического материала, так и при решении
конкретных задач.

Не менее важна и «обратная
связь», возникающая между математикой и биологией: биология не только даёт
возможность для применения математических методов, но и становится источником
новых математических задач.

В последние десятилетия на стыках
разных наук появились направления в биологии, где математика применяется давно
и успешно: биофизика, биохимия и молекулярная биология.

Если биологи ищут в технических
дисциплинах идеи и методы, пригодные для изучения биологических процессов
управления, то инженеры, исследуя биологические процессы и системы, стремятся
найти новые принципы, которые можно было бы использовать в технике.

Понятие, лежащее в основе всех
статистических методов. Объекты, с которыми имеют дело в медицине, обладают
большой вариабельностью — их характеристики меняются во времени и пространстве
в зависимости от многих факторов, а также существенно отличаются друг от друга,
Характеристики таких объектов обычно представляют в виде матрицы наблюдений,
где столбцы соответствуют различным признакам, а строки — либо разным
объектам, либо последовательным во времени наблюдениям за одним и тем же
объектом.

Из-за вариабельности измеряемых
признаков приходится считать их значения случайными величинами и пользоваться
вероятностными (стохастическими) постановками задач: матрица наблюдений
является выборкой, или выборочной совокупностью случайных величин из некоторой
генеральной совокупности. Сама генеральная совокупность обычно трактуется как
множество всех объектов определенного типа или как совокупность всех возможных
реализаций какого-либо явления. Основными задачами статистического исследования
являются выявление и анализ закономерностей, присущих объектам в выборке, с целью
установления возможности и достоверности перенесения сделанных выводов на
генеральную совокупность.

Признаки, характеризующие объекты
в медицине и здравоохранении, подразделяются на количественные, порядковые и
качественные. Для количественных признаков можно указать точную характеристику
— число (например, вес, рост, величина АД, данные анализов). Для порядковых
признаков (ранговых, если каждой градации ставится в соответствие число —
ранг) точная характеристика невозможна, но можно указать степень выраженности
соответствующего свойства (хрипы в легких — единичные, множественные;
интенсивность кашля — слабая, средняя, сильная, очень сильная). Качественные
признаки не поддаются упорядочиванию или ранжированию (цвет глаз — голубой,
серый, карий).

Обычно объекты в биологии и
медицине описываются множеством признаков одновременно. Набор учитываемых при
исследовании признаков называется пространством признаков. Значения всех этих
признаков для данного объекта однозначно определяют его положение как точку в пространстве
признаков. Если признаки рассматриваются как случайные величины, то точка,
описывающая состояние объекта, занимает в пространстве признаков случайное
положение.

Фрагмент текста работы:

1. Вариабельность содержания
гумуса в поверхностных слоях аллювиальных почв

1.1 Теоретические аспекты
изучения агрохимических свойств пахотных земель. Изменения содержания гумуса в
пахотных почвах Образование гумуса — строго
биохимический процесс, причем довольно сложный. «Гумус определяется как сложная
и достаточно устойчивая смесь коричневых или темно-коричневых аморфных и
коллоидных веществ, модифицированных из исходных тканей или синтезированных
различными почвенными организмами». Это естественное тело, имеющее переменную и
неоднородную массу.

Гумификация органических
остатков, входящих в состав почвы, зависит от их химического состава и
почвенных условий, влияющих на активность почвенных микроорганизмов. Попадая в
почву, органические остатки растительного и животного происхождения претерпевают
разнообразные изменения, вызванные различными факторами [2].

Некоторые из этих изменений
происходят без участия микроорганизмов, а именно:

а) разрушительные изменения,
вызванные физическим воздействием природных факторов (дожди, ветер и т. д.) и
действием человека (обработка почвы).

б) изменения химической природы
органических остатков под непосредственным воздействием воды, света, воздуха и
реакции среды, например окисление жиров и смол на свету, окисление
ароматических соединений в условиях щелочной почвы и т. д.

с) изменения, обусловленные
действием тканевых ферментов, действие которых в мертвых клетках носит
однонаправленный, преимущественно окислительный характер (например, окисление
дубильных веществ, полифенолов и других ароматических аминокислот и т. д.) с
образованием сложных темных продуктов конденсации.

Образование гумуса из остатков
растительного и животного мира-процесс двухэтапный:

1. разложение исходных
компонентов тканей и превращение их микроорганизмами в более простые химические
соединения и частично в продукты полной минерализации (СО2, NO2,
NО3, NH3, CH4, H2O и др.).

2. синтез органических соединений
с образованием высокомолекулярных гумусовых веществ специфической природы.
Микроорганизмы участвуют в основном в первой стадии гумусообразования-разложении
свежих органических веществ, и синтетическая активность ограничивается
повторным синтезом бактериальной плазмы. На втором этапе
гумусообразования-реакции конденсации (физико-химические реакции) могут
протекать без участия микроорганизмов [4].

Гумус или органическое вещество
почвы состоит из двух основных типов соединений-негумифицированных и
гумифицированных остатков растений и животных. Негумифицированные вещества
представлены определенными органическими соединениями, такими как углеводы,
жиры, воски и белки.

Почва, являясь кладбищем для тел
микроорганизмов, как можно ожидать, содержит в себе практически все
биохимические соединения, синтезируемые бактериями, актиномицетами и грибами.

С другой стороны,
гумифицированные фракции считаются наиболее активной частью гумуса, который
состоит из ряда высококислотных, от желтого до черного цвета,
высокомолекулярных полиэлектролитов, известных как гуминовая кислота,
фульвокислота и так далее. Простая схема фракционирования органического
вещества почвы или гумуса изображена ниже (Рис. 1).