Размещено на http://www.allbest.ru/

• Оглавление
• 1. Классификация методов исследования
• 2. Методические требования, предъявляемые к полевому опыту
• 3. Классификация полевых опытов
• 4. Требования, предъявляемые к схеме однофакторного полевого (вегетационного) опыта
• 5. Требования, предъявляемые к схеме многофакторного опыта
• 6. Основные элементы методики полевого (вегетационного) опыта: их модификации и влияние на точность полевого (вегетационного) эксперимента
• 7. Особенности закладки, проведения и оформления полевого (вегетационного) опыта
• Список используемой литературы


Научная агрономия использует свои специфические методы исследования. К основным методам относят лабораторные, вегетационные, лизиметрические, полевые и вегетационно-полевой, а также обследования и испытания.

Из-за широкой специализации агрономии возникает необходимость спецификации вышеперечисленных методов научных исследований на тепличные (проводимые в условиях закрытого грунта), камеральные (опыты по хранению и переработке растениеводческой продукции) и модельные (выполняющие роль разведывательного или имитационного опыта, предварительного поиска или испытания перед постановкой основного эксперимента).

Лабораторные опыты проводятся в лабораторных условиях без опытных растений. Например, надо изучить, как изменяется содержание доступной растениям воды в почве в связи с изменением ее плотности или как будет изменяться кислотность почвы при внесении различного количества извести. В подобных опытах растения не участвуют, поэтому они и называются лабораторными, а не вегетационными.

Лабораторные опыты проводят в лаборатории, фитотроне, термостате и т.д. Экспериментальной единицей служит пробирка, чашка Петри и т.п. Лабораторные эксперименты следует отличать от лабораторных анализов, квалифицируемых наблюдениями. Оценку лабораторной всхожести или энергии прорастания семян используют как в научных, так и практических целях.

Разновидностью лабораторного опыта являются камеральные эксперименты, проводимые в хранилищах и на продовольственных складах. В таких экспериментах единицей наложения варианта служит ящик, пакет, камера, холодильник и т. д.

Вегетационные опыты проводятся в искусственных условиях, в вегетационных сосудах, в теплицах, оранжереях, вегетационных домиках, в фитотронах в агрономически обоснованной обстановке, регулируемой экспериментатором

Вегетационные опыты проводят с растениями в вегетационных домиках под стеклом или пленкой, что позволяет контролировать отдельные жизнеобеспечивающие факторы. Сосуды для вегетационных опытов применяются из самых различных материалов: стекла, глины, оцинкованного железа, пластика и т. д. В качестве субстрата (среды) для растений используется вода, песок, почва, гравий и т.д. Экспериментальными единицами служат сосуды, заполняемые песком, почвой, торфом, перлитом или смесями этих субстратов. Субстрат и его влажность, питательная среда и освещенность могут также составлять изучаемый фактор или варианты опыта. На этом основании вегетационные опыты с названным субстратом получили название водных, песчаных, почвенных, гравийных.

В тепличных опытах и при светокультуре экспериментальными единицами служат делянки или грядки почво-грунта для овощей, цветов и черенков, а также стеллажи, на которых размещены корыта с питательным субстратом для шампиньонов, стеллажи с пробирками, заполненными питательными средами для клонального размножения садовой земляники, и т. д. С целью повышения репрезентативности эксперимента секции разнокачественного почво-грунта или северные и южные (западные и восточные) части сооружения с разным микроклиматом выделяют в качестве повторений.

Пластикультура -- выращивание растений на земельных участках с пленочными высококаркасными и тоннельными укрытиями, где экспериментальными единицами служат вытянутые делянки или гряды.

Искусственные условия дают возможность исключить все неблагоприятные не изучаемые факторы и выявить значение того или иного из них в возможно более чистом виде, сделать расчлененный анализ, который в сложной природной обстановке провести нельзя. Опыты на искусственных средах позволили разрешить ряд очень важных вопросов, относящихся к физиологии растений. Этим методом установлены значение различных элементов в питании растений, механизм их поступления в растения, концентрации, взаимодействия, антагонизм ионов и т.д. Для водных культур разработаны искусственные питательные среды, получившие название растворов В.Кнопа, К.А.Тимирязева, Д.Н.Прянишникова и др.

Вегетационные опыты с почвенными культурами приближаются к производственным условиям - используются для определения содержания в почве доступных (усвояемых) растениям питательных веществ и т.д.

Лизиметрический метод от вегетационного отличается тем, что исследование (изучение) жизни растений и свойств почвы проводится в поле, под открытым небом в лизиметрах, специальных контейнерах или установках, в которых определенный объем почвы отгорожен со всех сторон от окружающей почвы (с боков и снизу),обеспечивающих доступ к ним на определенной глубине, благодаря чему можно собирать мигрирующий почвенный раствор и анализировать его. В этих опытах изучаются водный баланс под различными культурами, вымывание и передвижение питательных веществ атмосферными осадками; определяются транспирационные коэффициенты в естественной обстановке и т.д.

Полевой опыт -- основной метод изучения различных вопросов полеводства в естественных (природных) условиях с использованием оптимальной агротехники, максимально приближенной к производственным условиям. Полевой опыт представляет собой метод исследования, который проводится в полевой обстановке на специально выделенном участке в целях установления влияния факторов жизни, условий или приемов возделывания на урожай сельскохозяйственных растений и его качество. Особенность его, в отличие от рассмотренных, состоит в том, что культурное растение изучается вместе со всей совокупностью почвенных, климатических, агротехнических, а часто и в условиях, очень близких к производственным или непосредственно в производственных условиях.

При помощи этого метода испытываются новые сорта и гибриды, изучаются севообороты, способы обработки почвы, применение удобрений, средств защиты растений от вредителей, болезней и сорной растительности и многие другие приемы агротехники. Результаты полевых опытов используют при разработке новых зональных технологий возделывания сельскохозяйственных растений, районировании новых сортов и гибридов.

Между лизиметрическими и полевыми опытами следует назвать промежуточные опыты.

Вегетационно-полевые проводятся в полевой обстановке в цилиндрических или квадратных сосудах без дна. Почва здесь отгорожена только с боков на глубину 20-30 см и более. Промежутки между сосудами заполняют почвой и уплотняют до равновесной (естественной) плотности. Эти опыты могут быть использованы для оценки эффективности удобрений, плодородия различных генетических горизонтов почвы и других целей;

В полевых опытах экспериментальной единицей служит делянка. В зависимости от ее площади различают микрополевые (до 1 м²), мелкоделяночные (до 10 м²) и собственно полевые, или обычные, опыты (от 20 до 1000 м², в условиях производства >1000 м²). Под опыты выделяют предварительно изученные земельные участки, типичные для агроландшафтов конкретного региона. Микрополевые опыты базируются на ручном труде, а обычные -- на механизированных технологиях. В отличие от вегетационных сосудов делянки нумеруют лишь в «слепых» опытах (дробный учет урожая рекогносцировочного посева).

Мелкоделяночные полевые еще больше сближаются с полевыми опытами, но отличаются от них тем, что площади опытных делянок имеют размер в несколько квадратных метров: 4, 8, 10. На таких делянках все работы выполняются вручную, количество растений незначительно, а их агротехника -- не типичная для производственных условий. В этих опытах могут изучаться степень плодородия различных генетических горизонтов почвы, влияние степени плотности пахотного слоя или разных его частей на запасы доступной воды и урожай растений, размещение по профилю пахотного слоя удобрений и др.

Модельные опыты проводят в поле, теплице, лаборатории, хранилище и т. д. с целью моделирования условий окружающей среды. В настоящее время под модельным опытом чаще понимают расчеты заданных параметров на компьютере, или виртуальный эксперимент. Экспериментальной единицей служат площадки до 1 м² (микроделянки) или различные емкости с растительными субстратами (продукцией). В полевой обстановке площадки под посев готовят путем рыхления почвы на соответствующую глубину плюс 5...10 см. Между учетными площадками оставляют буферные полосы земли в качестве защиток.

Испытания и обследования научно-практического назначения проводят в условиях лабораторий, полей, садов (парков) и естественных угодий. Особенно широко эти методы используют в сфере международного сотрудничества.

Полевые опыты в условиях производства (максимум репрезентативности, минимум воспроизводимости) закладывают на производственных полях площадью более 1 га с ограниченным числом вариантов (3...6) и минимальной повторностью или без нее. Они служат пилотными (первыми) испытаниями экспериментальных идей или производственной проверкой результатов точных опытов.

Биотесты -- испытания различных препаратов на животных и растениях -- проводят в лабораторных и полевых условиях, например, определение дозы нового инсектицида для 50%-ной смертности колорадского жука. Статистической оценкой биотеста служит пробит-анализ.

2. Методические требования, предъявляемые к полевому опыту

К полевому опыту, как главному методу исследований в научной агрономии, предъявляются следующие требования: типичность; соблюдение принципа единственного логического различия; сравнимость; проведение его на специально выбранном участке; обязательный учет урожая; точность, достоверность, воспроизводимость; пригодность для решения поставленных на исследование вопросов.

Под типичностью опыта понимается соответствие условий его проведения почвенно-климатическим (природным), агротехническим и производственным условиям данного района или зоны. Различают следующие типичности: 1) почвенно-климатическую; 2) агротехническую; 3) организационно-хозяйственную.

Соблюдение принципа единственного логического различия является очень важным, но в то же время и очень спорным требованием к полевому опыту. Прежде всего, опыт должен быть построен по принципу единственного логического различия и иметь как минимум два варианта, все остальные условия должны быть совершенно одинаковыми, тождественными, за исключением одного «единственного», которое в одном варианте имеется, а в другом отсутствует. Различия в вариантах могут быть количественные и качественные, например, разные нормы удобрения, наличие или отсутствие того или иного качества, того или иного элемента питания растений. В опыте, поставленном по принципу единственного различия, может быть не только два, а несколько вариантов. В этом случае необходимо, чтобы все варианты друг от друга отличались по одному признаку или варианты могли сопоставляться друг с другом парами, которые должны различаться единственным признаком.

Сравнимость и равноточность означает, что сравниваемые величины должны быть одного порядка, они должны характеризоваться равноточностью.

Требование проведения полевого опыта на специально выделенном участке есть логическое следствие требования соблюдения принципа единственного логического различия. Иногда закладываются опыты на случайных участках без знания их истории, выравненности плодородия, и тем самым допускаются грубые ошибки.

Требование учета урожая- только в результате учета устанавливается количественное воздействие факторов, условий или приемов возделывания растений на их продуктивность и качество. Показатель точности опыта позволяет дать оценку качеству опытной работы и достоверности тех выводов, которые могут быть даны на основании полученных результатов. Точность полевого опыта -- это обобщенный статистический показатель и в математическом отношении есть случайное, выраженное в процентах к среднему урожаю, т. е. к средней арифметической величине. Случайные ошибки вызываются техническими ошибками проведения опыта, неоднородностью плодородия опытного участка, индивидуальной изменчивостью растений и механическими повреждениями, а также воздействиями болезней и вредителей. Существуютеще систематические и грубые ошибки - они порождаются различием в рельефе, почвенными разностями подопытного участка и небрежностью проведения опыта, ошибками при учете урожая.

Достоверность опыта рассматривается в двух аспектах: достоверность по существу - когда правильно логически и методически поставлен и проведен опыт. Проведенные опыты по неправильно разработанной схеме и методике, без соблюдения условий, с низким уровнем качества проведения полевых работ являются недостоверными по существу и не подлежат характеристике критериями математической существенности; математическая существенность опыта, т.е. количественная существенность, оценивается определенными нормативами и утверждает, что разница между средними урожаями или другими изучаемыми показателями значительна, существенна и превосходит при том или ином уровне вероятности свою ошибку в известное число раз. Ориентировочно можно руководствоваться таким положением: если отклонение от контроля в процентах превышает величину точности опыта в три раза и более, то разница в урожаях может быть признана существенной.

Воспроизводимость опыта вызывает необходимость ведения тщательных записей всего, что делалось в ходе проведения опыта, чтобы можно было в точности повторить его. Опыт должен быть пригоден для решения поставленных вопросов. Производственный полевой опыт -- комплексное научно обоснованное исследование, которое проводится непосредственно в производственных условиях и отвечает конкретным задачам самого материального производства, его постоянного развития и совершенствования. Его непосредственная задача -- непосредственное воздействие на развитие и совершенствование материального производства.

3. Классификация полевых опытов

Все разнообразие полевых опытов делится на две группы:

1) опыты агротехнические;

2) опыты по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур.

Основная задача агротехнических опытов - сравнительная объективная оценка действия различных факторов жизни, условий, приемов возделывания или их сочетаний на урожай с/х культур и его качество. К этой группе относятся, например, полевые опыты по изучению обработки почвы, предшественников, удобрений, способов борьбы с сорняками, болезнями и вредителями, норм и сроков посева.

Опыты по сортоиспытанию, где сравниваются при одинаковых условиях генетически различные растения, служат для объективной оценки сортов и гибридов с/х культур. На основании этих опытов наиболее урожайные, ценные по качеству и устойчивые сорта и гибриды районируют и внедряют в с/х производство.

Между указанными группами полевых опытов нет резкой границы. Для разработки сортовой агротехники опыты по сортоиспытанию нередко проводят на разных агротехнических фонах, а в схемы агротехнических опытов с удобрениями, обработкой почвы и севооборотами часто включают несколько перспективных сортов.

В зависимости от количества изучаемых факторов, охвата почвенно-климатических условий, длительности и места проведения полевых опытов подразделяют на несколько видов: однофакторные и многофакторные, единичные и массовые, краткосрочные, многолетние и длительные, эксперименты, заложенные на специальных опытных полях и в производственной обстановке.

Если в опыте изучается один простой или сложный количественный фактор в нескольких градациях (дозы удобрения, пестициды, нормы посева, полива) или сравнивается действие ряда качественных факторов (разные культуры, сорта, способы обработки, предшественники), то такой эксперимент называют простым или однофакторным.

Опыты, в которых одновременно изучают действие и устанавливают характер и величину взаимодействия нескольких: двух и более факторов называют многофакторными. Взаимодействие факторов - это дополнительная прибавка (или) снижение урожая, которая получается при совместном применении двух и более факторов.

По характеру различают положительное взаимодействие, когда прибавка от совместного применения факторов больше, и отрицательное, когда она меньше арифметической суммы прибавок от их раздельного применения. Факторы действуют независимо, то есть не взаимодействуют, когда прибавка от совместного их применения равна примерно арифметической сумме прибавок от их раздельного применения.

Установить величину и характер взаимодействия позволяют те многофакторные опыты, которые спланированы по схеме полного факториального эксперимента (ПФЭ), и которая предусматривает наличие всех возможных сочетаний изучаемых факторов и их градаций (доз). Поэтому не всякий опыт, включающий несколько факторов, можно назвать многофакторным. Многофакторный эксперимент по полной факториальной схеме, в котором изучаются два фактора в двух градациях (2x2=4),например, глубокая обработка почвы и удобрение, должен иметь четыре варианта:

1) Обычная обработка без удобрений (контроль)

2) Глубокая обработка без удобрений.

3) Обычная обработка+удобрение.

4) Глубокая обработка+удобрение.

При исключении из этого опыта любого второстепенного варианта схема становится неполной, нефакториальной. Такой эксперимент будет равноценен простому однофакторному опыту, он не может выявить величину и характер взаимодействия изучаемых факторов. Таким образом, принципиальной особенностью многофакторных экспериментов является постановка их по полным факториальным схемам.

Опыт называют единичным, если их закладывают в отдельных пунктах, независимых друг от друга, по различным схемам.

Если полевые опыты одинакового содержания проводят одновременно по согласованным схемам и методикам в различных почвенно-климатических и хозяйственных условиях, в масштабе страны, области или района, то их называют массовыми или географическими, например географическая сеть опытов с удобрениями или опыты по оценке эффективности способов обработки почвы.

Основная их задача -- проследить за действием изучаемого приема в различных почвенно-климатических условиях. Сюда же относят опыты Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур, а также опыты Всесоюзного института растениеводства (ВИР), позволяющие установить закономерности в изменении химизма растений в зависимости от условий среды

По длительности проведения полевые опыты разделяют на краткосрочные, многолетние и длительные.

К краткосрочным относят опыты продолжительностью от 3 до 10 лет. Они могут быть нестационарными и стационарными. Первые закладывают ежегодно по неизменной схеме с одной и той же культурой на новых участках и повторяют во времени обычно 3-4 года. Этого периода считается достаточно для учета влияния условий погоды на эффективность какого-либо приема. Вторые закладывают на стационарных участках и проводят в течение 4-10 лет.

Многолетние проводятся на протяжении ротации севооборота и более продолжительное время. Они составляют особо важную группу методов агрономического исследования и направлены на оказание серьезной помощи сельскохозяйственному производству. Многолетние опыты могут быть стационарными и нестационарными. В стационарных опытах изучаются действие, последействие и взаимодействие изучаемых факторов, а в нестационарных -- только прямое действие изучаемого фактора, приема.

К многолетним относят однофакторные и многофакторные стационарные полевые опыты продолжительностью 10-50, к длительным - более 50 лет. Основная задача многолетних и длительных стационарных экспериментов-изучение действия, взаимодействия и последействия систематически осуществляемых агротехнических приемов или их комплексов на плодородие почвы и качество продукции.

Многолетние и длительные опыты незаменимы при изучении физико-химических и биохимических процессов, медленно протекающих в почве и агрофитоценозах, расчетах баланса питательных веществ, учете потерь элементов питания и возможных масштабов загрязнения окружающей среды. Многолетняя повторность как бы «спрессовывает время», ведет к выявлению качественно новых закономерностей, которые невозможно установить в краткосрочных опытах. Результаты этих опытов нередко противоречат общепринятым представлениям, но именно эти необычные на первый взгляд данные, указывают новые направления для научных поисков и разработок.

По месту проведения подразделяют полевые опыты, заложенные, на специально организованных и приспособленных для этих целей участках или опытных полях, и полевые опыты, проведенные в производственной обстановке - в колхозах и совхозах на полях хозяйственных севооборотов.

Часто полевой опыт в производственной обстановке называют производственным опытом, т.е. комплексное, научно поставленное исследование, которое проводится непосредственно в производственных условиях и отвечает конкретным задачам самого материального производства, его постоянного развития и совершенства.

Из этого определения следует, что цели производственного эксперимента значительно шире, чем любого вида полевого опыта. В его задачу входит изучение агротехнической и экономической системы_; агрономических и организационно-хозяйственных мероприятий, а не отдельных приемов или элементов этой системы. Поэтому экспериментирование проводится большими производственными единицами - бригадами, хозяйствами или группой хозяйств.

Производственные полевые опыты подразделяются на:

1) опыты-пробы;

2) точные сравнительные полевые опыты;

3) опыты по учету (оценке) хозяйственной (экономической) эффективности агротехнических мероприятий;

4) показательные, демонстрационные опыты.

4. Требования, предъявляемые к схеме однофакторного полевого (вегетационного) опыта

Наиболее сложный вопрос, который приходится решать исследователю,-- это разработка схем будущих опытов.

Однофакторные схемы строятся с несколькими градациями изучаемого фактора, например норм высева семян, сроков сева, доз удобрений, разной глубины обработки почвы. В этих опытах практически не требуется много вариантов, число вариантов не должно превышать 12-16, а делянок 50-60. При необходимости иметь большее число вариантов, следует составить две схемы и осуществлять их как отдельные опыты со своими контрольными вариантами или же увеличивать число контрольных вариантов. Интервалы между дозами, сроками, глубиной и т. д. должны быть такими, чтобы разница в урожаях между ними превышала ошибку опыта.

При планировании схем однофакторных экспериментов, которые каждый год закладывают на новых участках, следует иметь в виду два основных момента. Во-первых, варианты в однофакторном опыте могут различаться качественно: опыты по изучению и сравнительной оценке сортов и культур, способов посева и обработки почвы, предшественников, разных форм удобрений, пестицидов и т.п. Во-вторых, варианты в опыте могут иметь количественные градации изучаемых факторов: опыты с дозами удобрений, нормами полива, глубиной обработки почвы, нормами посева семян и т. п.

Сравнительно просто решается вопрос о схемах однофакторных опытов, в которых варианты различаются качественно. Так, если экспериментатор планирует изучить пять сортов озимой пшеницы или пять способов обработки почвы, схема опыта будет включать пять вариантов А, В, С, D, Е. При разработке схем однофакторных опытов, в которых варианты различаются качественно, важно выдержать принцип единственного различия, правильно выбрать контрольный вариант стандарт) и определить сопутствующие, не изучаемые в опыте оптимальные агротехнические условия эксперимента (фон).

Для схем однофакторных полевых опытов с количественными градациями, кроме требований перечисленных выше, необходимо правильно установить единицу варьирования для доз изучаемого фактора и число градаций (доз). Важно так составить схему опыта, чтобы на основании экспериментальных точек - эффектов вариантов можно было построить кривую отзывчивости (отклика), которая будет характеризовать зависимость урожая от изменения изучаемых градаций фактора. Обычно связь между урожаем и возрастающими дозами одного фактора нелинейна. Поэтому желательно иметь достаточное число доз в широком диапазоне. Необходимо стремиться установить или равные интервалы между градациями фактора, или, если это можно предугадать, назначить больше градаций в местах перегибов кривой отзывчивости. Обычно достаточно иметь 5-8 уровней (доз, градаций) изучаемого фактора. При этом важно так установить основной уровень, т.е. ту центральную точку на кривой отзывчивости, чтобы по мере движения к крайним (экстремальным) значением эксперимент охватывал бы лимитирующую, стационарную и ингибирующую область этой кривой. Таким образом, успешное решение поставленной перед экспериментатором задачи зависит от удачного выбора основного уровня (центра эксперимента) и единицы (шага) варьирования изучаемого фактора. Если неправильно установлен центр эксперимента и приняты незначительные различия в дозах (градациях), то экспериментальные точки могут охватывать только лимитирующую или стационарную область, и, следовательно, на основании этой информации нельзя установить оптимальный уровень для изучаемого в опыте фактора. Точные рекомендации по выбору величины шага дать невозможно, и многое здесь зависит от квалификации и интуиции экспериментатора. При выборе шага варьирования необходимо так установить градации факторов, чтобы в лимитирующей области вызванное этим варьированием изменение результативного признака, например урожая, превышало наименьшую существенную разность.

Подчеркнем принципиальное различие между однофакторными опытами с качественными (дискретными, прерывистыми) и количественными (непрерывными) факторами, имеющее отношение к планированию повторности. В первом случае важно точнее определить прибавку урожая в сравнении с контролем (стандартом), т. е. эффект варианта, и для этого необходима достаточная обычно 4-6-кратная повторность. Во втором случае важно определить форму кривой отзывчивости, для этого надо иметь достаточное число градаций (доз) фактора в широком диапазоне и, следовательно, выгоднее иметь больше вариантов, не повышая повторность сверх 3-4-кратной.

5. Требования, предъявляемые к схеме многофакторного опыта

Многофакторные схемы опыты строятся по принципу всевозможного сочетания изучаемых факторов, например разная глубина обработки почвы и различные дозы удобрений или удобрения и поливы, предшественники и сорта и т. д.

Принципиальная особенность многофакторного опыта -- возможность установить действие изучаемых факторов, характер и величину их взаимодействия при совместном применении.

Чтобы на основе данных многофакторного эксперимента можно было вычислить эффекты действия и взаимодействия факторов при планировании его схемы, необходимо выдержать принцип факториальности. Факториальными называются схемы многофакторных опытов, построенные по принципу всевозможных сочетаний факторов.

В факториальных опытах может изучаться действие и взаимодействие как количественных, так и качественных факторов и их градаций. Для количественных факторов нулевая градация (0) означает отсутствие изучаемого фактора, например без удобрений, без полива и т.п. или его какой-то низший уровень, например минимальная норма посева, глубина обработки и т.п. Для качественных факторов нулевая градация (0) означает контрольный вариант -- стандартная система обработки, стандартный сорт и т.д.

Полная многофакторная схема дает возможность получить из эксперимента максимум информации. Поэтому там, где нет особых препятствий к проведению опыта по факториальной схеме, ей нужно отдать предпочтение. Стремление сократить схему путем исключения практически неинтересных вариантов ведет к потере значительной части информации, не позволяет установить взаимодействие факторов, сводит эксперимент к простому однофакторному опыту.

Применение полных факториальных схем особенно полезно и незаменимо при выяснении парных взаимодействий различных факторов, например удобрений и орошения, обработки почвы и известкования и т. п.

Совершенно очевидно, какое огромное значение имеют исследования, направленные на разработку такого сочетания приемов, которое может способствовать положительному взаимодействию факторов. Чаще всего оно проявляется при сочетании разноименных факторов, и, наоборот, сочетание факторов, действующих в одном направлении, часто ведет к отрицательному результату, который указывает на практическую целесообразность раздельного применения этих факторов воздействия. Все это свидетельствует о том, что при планировании многофакторных опытов в комплекс надо включить разноименные факторы.

Решающее значение для успеха миогофакторного эксперимента имеет удачный выбор основного уровня (центра эксперимента) и единиц (шага) варьирования изучаемых факторов.

Целесообразно так установить шаг варьирования, чтобы нижний и верхний уровни варьирования находились в активных областях (лимитирующей и ингибирующей) на кривой зависимости результативного признака от величины отдельного фактора.

Схема полного факториального эксперимента обладает рядом важных преимуществ перед однофакторным, среди которых отметим следующие.

1. Опытные данные показывают влияние каждого фактора в различных условиях, создаваемых изменением других факторов.

2. Испытание различных сочетаний факторов позволяет получить более надежные основания для практических рекомендаций, остающихся пригодными и при изменяющихся условиях.

3. При независимом действии факторов один многофакторный опыт дает столько же информации о каждом из них, как если бы весь эксперимент был посвящен исследованию только одного фактора. Если же факторы взаимодействуют, то мы получаем большую дополнительную информацию о величине и характере их взаимодействия.

Существенный недостаток полных факториальных схем при изучении трех и более факторов в четырех-пяти и более градациях-- их много вариантность и связанные с этим затруднения практического осуществления опыта. В трехфакторных опытах, например, увеличение числа градаций каждого фактора с 2 до 5 увеличивает число вариантов с 8 до 125. Закладка опыта с большим числом вариантов требует выделения крупного земельного участка, что существенно увеличивает ошибку и усложняет техническое проведение эксперимента. Вместе с тем, чтобы получить надежные для производственного использования математические модели урожая, число точек (доз), необходимых для построения кривых действия изучаемых в многофакторном опыте факторов, должно быть не менее пяти.

Исследования показывают, что противоречия между многовариантностью и требованием иметь компактные территориальные размеры опыта можно разрешить двумя путями.

Во-первых, переходом к конструированию неполных факториальных схем, которые представляют собой специальные выборки из полных. Эти схемы должны равномерно охватывать всю область взятых для изучения градаций факторов, но содержать значительно меньше вариантов.

И, во-вторых, путем использования для постановки метода смешивания, суть которого -- блокировка вариантов в компактные сравнимые группы (блоки) внутри каждого повторения. При блокировке экспериментатор намеренно жертвует взаимодействиями высшего порядка, которое в условиях полевых опытов, как правило, несущественно и не представляет интереса, смешивает их с междублоковыми различиями, чтобы более точно сравнить варианты внутри блока.

6. Основные элементы методики полевого (вегетационного) опыта: их модификации и влияние на точность полевого (вегетационного) эксперимента

Основные элементы методики полевого опыта: число вариантов, площадь делянок, их форму и направление, повторность, систему размещения повторений делянок и вариантов на территории, метод учета урожая и организацию опыта во времени. Правильное сочетание этих элементов обеспечивает максимальную точность проведения полевого опыта в конкретных условиях.

Число вариантов в схеме любого опыта - обычно заранее заданная величина, которая всецело определяется его содержанием и задачами. Число вариантов, очевидно, не может оказать влияния на типичность опыта, но может влиять на точность опыта и существенно сказаться на его ошибке, снижая ее при очень большом числе вариантов и невыровненности плодородия почвы на опытном участке, так как при прочих равных условиях опыт с большим числом вариантов будет занимать большую площадь. Увеличение числа вариантов в опыте сверх 12-16 на пестрых и выравненных участках с закономерной территориальной изменчивостью плодородия почвы значительно увеличивает ошибку эксперимента. При случайном варьировании пестроты плодородия, т. е. на участках, где территориальная изменчивость выражена слабо, независимо от величины коэффициента вариации ошибка опыта при увеличении числа вариантов с 6 до 50 также возрастает, но в меньшей степени.

Площадь, форма и направление делянок. Делянка - часть площади опыта, на которой размещен отдельный вариант опыта. Площади делянок могут сильно варьировать. Для лабораторно-полевых опытов рекомендуют размер 10-50 м², для полевых опытов в производственной обстановке - 50-200 м² и более.

При размере делянки 200-500 м² и несколько больше можно применять сельскохозяйственные машины. Не следует иметь слишком большие размеры делянок, так как увеличивается ошибка опыта, требуются большие затраты, затрудняются работы и ухудшается их качество. Форма делянки- отношение ширины к длине. Применяют делянки разной формы -от квадратной до удлиненной. Чаще встречаются вытянутые с отношением сторон от 1:5 до 1:15. Длинную сторону делянки стремятся совместить с направлением систематически меняющегося плодородия почвы (вдоль склона, поперек полезащитной лесной полосы и т.д.). Соседние делянки соприкасаются, как правило, своими длинными сторонами.

Повторность опыта на территории и во времени. Точность полевого эксперимента и надежность средних по вариантам в большой степени определяются повторностью опыта на территории и во времени.

Повторность опыта на территории- суммарное число одноименных по варианту делянок. Полевые опыты, требующие точных сравнений, осуществляют не менее чем в четырехкратной повторности при размере учетной части делянки не менее 100 м². Предварительные, рекогносцировочные и демонстрационные опыты закладывают в двух- и трехкратной повторности. Полевые опыты без повторности исключаются. Обоснованный выбор повторности определяют при планировании опыта, учитывая пестроту плодородия почвы на участке будущего опыта и предполагаемое различие между вариантами по урожайности.

Повторность опыта во времени- число лет повторения опыта. Она позволяет оценивать варианты при различных погодных условиях, а также изучать влияние вариантов в последействии (в последующие годы). Многие агротехнические опыты повторяют 2-3 года (минимум), опыты с сильным воздействием и последействием на почву проводят большее число лет. Длительность проведения опыта планируется заранее. Территориальная повторность дает возможность полнее охватить каждым вариантом опыта пестроту земельного участка и получить более устойчивые и точные средние, а повторность во времени позволяет установить действие, взаимодействие или последействие изучаемых факторов в разных метеорологических условиях. При увеличении повторности заметно снижается ошибка опыта. Особенно сильно ошибка снижается при увеличении повторности до 4-6-кратной; дальнейшее повышение повторности сопровождается менее значительным уменьшением ошибки. Увеличение числа повторных делянок сильнее уменьшает ошибку опыта, чем соответствующее увеличение площади делянки при неизменной повторности. Преимущество метода уточнения полевого опыта увеличением повторности по сравнению с увеличением площади делянки обычно более существенно. Эффективность повторности особенно четко проявляется, если целые повторения, т. е. весь набор изучаемых вариантов опыта, располагать в пределах даже сильно различающихся, но достаточно однородных внутри себя частей земельного участка. Проведение опытов без повторности допустимо в предварительных, рекогносцировочных и демонстрационных опытах.

Система размещения на территории делянок, повторений и вариантов. Делянки в полевом опыте размещают в один, два ряда и более. Каждый ряд называют ярусом. Внутри яруса делянки примыкают одна к другой боковыми сторонами. Вдоль каждого яруса с обеих сторон оставляют дороги (их можно засевать) для разворота сельскохозяйственных агрегатов. Выбор количества ярусов определяется, с одной стороны, количеством вариантов, размерами делянок, повторностью, а с другой - конфигурацией опытного участка.

В условиях полевого опыта различия в плодородии почвы внутри повторений обычно значительно меньше, чем между повторениями - это послужило основой для введения метода организованных повторений. Повторение (организованное повторение) - часть площади опыта, куда входят делянки с полным набором вариантов схемы опыта. В этом случае все варианты, каждый на одной делянке, располагают компактно в одном блоке, составляя организованное повторение. Суть его заключается в том, что делянки с полным набором всех вариантов схемы объединяют территориально в компактную группу, составляя определенным образом организованное повторение, которое занимает часть площади участка. Повторение, взятое в отдельности, представляет в сущности как бы сокращенный в объеме опыт. Итак, организованное повторение - часть площади опытного участка, включающая полный набор вариантов схемы опыта. В настоящее время большинство опытов ставят методом организованных повторений, так как выделить под опыт земельный участок, где не имелось бы более или менее резких различий между отдельными частями его, очень трудно.

Внутри повторения варианты на делянках размещают случайно (рендомизированно), по жребию. Опыты могут размещаться на земельном участке и без территориального объединения вариантов в компактные группы - повторения, а полностью случайно. Из случайных методов размещения вариантов наиболее широко распространен метод рендомизированных повторений (блоков). Сущность его заключается в том, что внутри каждого повторения (блока) варианты на делянках размещены случайно. Плодородие почвы внутри каждого повторения (блока) должно быть максимально однородным. Его используют только в тех редких случаях, когда нет необходимости ставить под контроль возможное закономерное варьирование условий эксперимента, что может быть, например, в небольших опытах, которые закладывают на хорошо выравненных земельных участках.

Организованные повторения можно размещать сплошным способом, когда все повторения объединены территориально, и разбросанным, когда повторения по одному или по нескольку расположены в разных частях поля или даже в различных полях и опытный участок не имеет одной общей границы. Ко второму способу расположения повторений чаще всего прибегают вынужденно при отсутствии в одном месте достаточного земельного участка, где можно было бы разместить все повторения в непосредственной близости друг от друга, например в районах с очень невыровненным рельефом, при поливе затоплением по «чекам» и т.п. Однако повторения иногда разбрасывают умышленно, например в опытах по изучению эрозии почвы, оценке новых приемов или сортов в разных почвенных и агротехнических условиях. В этих условиях несколько одинаковых опытов повторений располагают на участках с различными по механическому составу и плодородию почвами, в разных севооборотах и при неодинаковом уровне агротехники.

Число опытных участков соответствует числу повторностей опыта. Обычно все повторения полевого опыта размещают на одном опытном участке, т.е. применяют сплошное расположение их в один, два, три или больше ярусов. Организация полевого опыта, когда в каждом его повторении представлены все варианты схемы, называется взаимно ортогональной.

Таким образом, организованные повторения, кроме уточнения средних по вариантам, выполняют еще одну важную роль, а именно контролируют значительную часть территориальной изменчивости опытного участка и обеспечивают возможность уменьшения ошибки опыта в процессе дисперсионного анализа экспериментальных данных.

Существует два метода учета урожая: сплошной и по пробным снопам. Сплошной - наиболее точный. Взвешивают всю основную продукцию со всей учетной площади делянки (иногда взвешивают и побочную продукцию, например солому у зерновых культур). Метод учета урожая по пробным снопам встречается реже. Его применяют, например, в опытах с многолетними травами, которые выращивают на сено. В этом случае взвешивают всю зеленую траву с учетной части делянки сразу же после скашивания растений и отдельно - пробные снопы. Последние, после высушивания еще раз взвешивают, и урожай сена определяют расчетным методом. Пробные снопы берут по особой методике. Метод учета урожая по пробным снопам иногда применяют в опытах и с другими культурами.

Полевой опыт применяют в трех основных модификациях: предварительный (рекогносцировочный), лабораторно-полевой и производственно-полевой. Последний иногда называют полевым опытом в производственной обстановке, или просто полевым опытом. Лабораторно-полевой опыт проводят в типичных почвенных и климатических условиях для конкретного района, зоны, хозяйства или поля севооборота. Схема лабораторно-полевого опыта должна быть аналитической, то есть допускать необходимое расчленение изучаемых приемов, а сам опыт сопровождаться необходимыми сопутствующими наблюдениями и исследованиями. Лабораторно-полевой опыт позволяет дать только агротехническую оценку изучаемым вариантам опыта. Полевойопыт в производственной обстановке закладывают в типичных почвенно-климатических и агротехнических (хозяйственных) условиях. Последнее определяется применением имеющихся в хозяйстве сельскохозяйственных машин, подбором типичных предшественников, посевом семян культур районированных сортов и другими условиями. Такие опыты размещают на высоком агрофоне. Полевой опыт в производственной обстановке позволяет дать агротехническую и экономическую оценку изучаемым вариантам. Метод учета хозяйственной эффективности можно считать модификацией полевого опыта. Его применяют в условиях сельскохозяйственного производства. Он позволяет совмещать в производственных условиях процесс изучения перспективных агротехнических приемов и сортов культурных растений с одновременным их внедрением на полях хозяйства, а также установить степень влияния новых приемов на урожайность и экономическую эффективность. Его осуществляют способом выделения контрольных полос, на которых размещают контрольный вариант.

Кроме точных полевых опытов, которые позволяют сравнить варианты по урожайности, закладывают опыты-пробы и демонстрационные опыты. Они более простые, урожайность культур в них не устанавливают. Варианты оценивают по внешнему виду растений, особенностям их роста и развития. Опыты-пробы ценны до заложения точных полевых опытов, а демонстрационные - хорошо использовать на агрономических семинарах и при других формах обучения.

7. Особенности закладки, проведения и оформления полевого (вегетационного) опыта

Закладка полевого опыта - это перенос на земельный участок схематического плана опыта. После изучения и подготовки земельного участка необходимо нанести намеченное расположение опыта на схематический план, где указать точные размеры всего опыта, повторений, делянок, номера делянок и номера вариантов по делянкам и т.п. (рис. 1).

Рисунок 1 - Схематический план полевого опыта

По схематическому плану затем размещают опыт в натуре, т.е. выделяют и фиксируют границы опыта, отдельных повторений и делянок. При этом очень важно, чтобы площадь повторений и делянок точно соответствовала принятым размерам, все делянки во всех повторениях обязательно должны быть одинаковой длины и ширины и иметь строго прямоугольную форму.

При планировании и закладке опыта в натуре должны быть обязательно предусмотрены защитные полосы шириной не менее 5 м, окаймляющие весь опытный участок, а также между повторениями и по краям каждой делянки, чтобы устранить влияние соседних вариантов. После точного промера на ней необходимого отрезка, равного стороне контура, с обоих его концов восстанавливают перпендикуляры и откладывают отрезки, равные длине боковых сторон контура. Концы отрезков соединяют шнуром, проверяют наличие прямых углов и промеряют. Расстояние должно быть равным длинной стороне контура. После построения общего контура внутри него намечают границы делянок. Варианты на делянках размещают, руководствуясь также схематическим планом. Начинают эту работу с прокладывания основной линии вдоль длинной стороны будущего общего контура опыта и контуров отдельных повторений. Опыт должен располагаться так, чтобы его или каждое повторение (при разбросанном размещении их) со всех сторон окаймляли защитные полосы шириной не менее 5 м. Общий контур и контур повторений выделяют с возможно большей точностью; допустимая невязка для общего контура не должна превышать 5-10 см на 100 м длины.

При заложении в хозяйстве полевых опытов методом учета хозяйственной эффективности поступают следующим образом. Новый перспективный прием (сорт) применяют (высевают) почти на всей площади поля. Исключение составляют 3-4 узкие полосы в разных и наиболее типичных частях поля. На них размещают контрольный вариант (прием, сорт). Ширина контрольных полос должна быть такой, чтобы урожай с них можно было убрать машиной и с боков оставить защитки. При уборке зерновых культур комбайном удобна ширина контрольной полосы 10,8 м (три прохода сеялки с шириной захвата 3,6 м). Тогда на каждой контрольной полосе делают два прохода комбайном (4,1 м*2 = 8,2 м). Длина контрольной полосы произвольна и может продолжаться на всю длину гона сеялки.

По окончании разбивки опыта необходимо надежно зафиксировать его основные границы, от которых в любое время можно было бы установить границы повторений и делянок. Для каждого опыта нужно обязательно закреплять основные точки (Л, В, С, D для двух линий, например АВ и ВС (см. рис. 1)), которые продолжают по прямой до точек находящихся за пределами обрабатываемого участка и в этих точках устанавливают постоянные столбики (реперы, фиксированные колья). Расстояние oт реперов до границы опыта тщательно измеряют и записывают, чтобы при утере угловых кольев, что часто происходит при обработках, их можно было быстро восстановить.

Уход за растениями на делянках должен отвечать местным агротехническим требованиям. Важно каждый вид работы выполнять в короткий срок и одинаково на каждой делянке. На опытном участке вносят удобрения, осуществляют необходимые обработки почвы, посев или посадку культуры, уход, уборку урожая. Все следует проводить высококачественно и в оптимальные сроки. Пашут, например, только загонами, свальные гребни и разъемные борозды делают или на стыках делянок, или на защитках между ярусами. Если приемы обработки почвы, ухода или посев являются вариантами опыта, их осуществляют вдоль каждой делянки. Норму посева семян рассчитывают по числу зерен на единицу площади, что особенно важно при изучении норм посева, а также при сортоиспытании. В опытах с небольшим размером делянок удобрения вносят вручную на каждую делянку отдельно. В больших опытах для создания единого фона удобрения можно вносить хорошо отрегулированными машинами поперек всех делянок. Проводят также специальные работы: прокладывают дорожки между делянками или учетной частью делянки и защитной, поддерживают их в чистоте от сорняков; делают обрезку по шнуру концов делянок после появления полных всходов культуры; устанавливают этикетки на делянках с номерами делянок и вариантов.

Уборка и учет урожая требуют большого внимания и аккуратности; небрежность и излишняя поспешность при выполнении этой важной работы неизбежно ведут к грубым ошибкам, обесценивающим опыт. За несколько дней до уборки нужно осмотреть опытный участок, выделить каждую делянку колышками или вешками, а при необходимости сделать выключки - часть учетной делянки, исключенную из учета вследствие случайных повреждений или ошибок, допущенных во время работы. Целые делянки выключают и выбраковывают лишь в исключительных случаях, когда есть зарегистрированные данные, свидетельствующие о повреждении растений, об ошибке в работе или другие причины, которые могут изменить урожай независимо от изучаемого приема. Допускаются следующие основания для выключек или браковки целых делянок:

а) повреждения, вызванные стихийными явлениями природы, неравномерно повредившие опытную культуру, при условии, что неравномерность повреждения не является следствием изучаемых в опыте причин;

б) случайные повреждения в результате потравы скотом, грызунами и пр.;

в) ошибки при закладке и проведении опыта. Уменьшение учетной делянки из-за выключек допускается не более чем на 50%. При уменьшении больше указанного размера делянку выбраковываю полностью. Выключки и браковка целых делянок очень нежелательны, так как это вызывает неравноточность сравнений вариантов и искажает результаты опыта. Чтобы опыт с одной-двумя выпавшими из учета делянками привести к сравнимому виду, результаты их должны быть восстановлены статистическим методом. Совершенно недопустима выключка или браковка целых делянок на основании чисто субъективного впечатления на глаз, особенно после того, как урожай убран и взвешен. Полученные данные могут вызвать подозрение, но стоит начать браковку их, как не будешь знать, где остановиться. При некотором навыке в этом деле можно получить математически очень точные, но совершенно не заслуживающие внимания результаты. Итак, основаниями для выключек (браковки) целых делянок до уборки должны быть совершенно ясные внешние объективные причины. Для выбраковки не может быть убедительным доводом тот факт, что, например, делянка варианта, от которого экспериментатор ждет хороших результатов, кажется ему необычно малоурожайной. Урожай на учетных делянках убирают после удаления урожая с защитных полос и выключек. Урожай убирают способом и в сроки, которые устанавливают на месте, руководствуясь общим требованием к полевым работам на опытах -- одновременность и однокачественность их. Необходимо тщательно следить за тем, чтобы техника и методика уборки не внесли «незаконных» различий в сравниваемые объекты. Все опытные делянки убирают в один день, одним и тем же способом. Если это технически не удается сделать, то в один день убирают обязательно целое число повторений. В том случае, если изучаемые приемы оказывают влияние на сроки созревания (при испытании сортов, сроков посева, удобрений и т.п.), то уборку проводят по мере созревания культур, но обязательно одним и тем же способом на всех делянках. Различные способы уборки в одном опыте, естественно, могут быть допустимы лишь при изучении самих способов уборки.