Порядок выполнения работы

Раздел 1. Планирование сЕльскохозяйственного эксперимента

Тема 1. Основные понятия и термины.

Методы размещения вариантов в опыте

Цель занятия.

1. Познакомиться с основными терминами и понятиями, применяемыми в научной агрономии.

2. Рассмотреть классификацию и методы размещения вариантов в опыте.

 

Задание:

1. Изучить основные термины и понятия, применяемые в агрономических исследованиях.

2. Изучить методы размещения вариантов в опыте и зарисовать их в рабочую тетрадь.

 

Опытное дело в агрономии – это научно-исследовательская работа, основная задача которой – разработка теории и практики повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, качества продукции при минимальных затратах труда и средств.

Опыт, эксперимент в агрономии – это искусственное создание различных условий для исследуемых растений с целью выявления наиболее эффективных вариантов в процессе учетов и наблюдений.

Вариантами называют те различные условия, при которых выращивают растения в опытах. Вариантами могут быть различные агроприемы, элементы технологий, набор сортов, сроки посева, нормы высева, различные почвы, склоны и т.д.

Контрольный вариант – это, как правило, условия агротехники, рекомендованные научными учреждениями конкретной зоны для данного хозяйства в период постановки опыта.

При сортоизучении вариантами опыта является набор сортов. Понятие «контрольный сорт» заменяют на понятие «стандарт» (St).

С контрольным вариантом агротехнического опыта и со стандартом в сортоиспытании сравнивают все остальные варианты.

Схема опыта – это перечень логически подобранных вариантов с определенными контролями (стандартами), объединенных конкретной темой, например, для темы «Изучение предшественников озимой пшеницы в лесостепной зоне схема опыта (предшественники) может быть такой: 1) черный пар; 2) горох; 3) кукуруза на силос; 4) однолетние травы.

Опытная делянка – это земельная площадь прямоугольной формы определенного размера, на которой изучают только один вариант опыта.

Строение опытной делянки. Опытная делянка состоит из учетной части, которая находится внутри и защиток, боковой и поперечной (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Опытная делянка: 1 – учетная часть; 2 – боковая защитка;

3 – поперечная защитка

 

Размер опытных делянок обычно указывают по их учетной части, т.е. без защитных полос. Площадь делянок зависит от вида опыта: в микроопытах – менее 1 м², в мелкоделяночных – 1-10, в лабораторно-полевых – 10-50, в полевых – 50-200 м². В производственных условиях площади делянок могут составлять от 2000 м² до 1-2 га.

На размер делянок также влияет тема исследований. В полевых опытах, где изучают площади питания, сроки посева, нормы высева, глубину заделки семян, используют делянки размером 50-100 м² , а при изучении вопросов обработки почвы (с полной механизацией всех процессов) размер делянки увеличивают до 200-400 м².

Изучаемые культуры также оказывают влияние на размер делянки, чем больше растений произрастает на единице площади, тем меньше размер опытной делянки, и наоборот. Например, для зерновых колосовых, крупяных, зернобобовых, однолетних и многолетних трав используют делянки площадью 20-30 м². Полевые опыты с кукурузой, подсолнечником, сахарной свеклой, картофелем и другими пропашными культурами ставят на делянке площадью 75-150 м².

Также на размер делянок влияет повторность опыта, так если при 3-4-кратной повторности опыта со злаковыми колосовыми культурами размер опытной делянки составляет 50-75 м², то при 5-6-кратной повторности его уменьшают до 20-30 м².

Форма опытных делянок, как правило, прямоугольная с разным соотношением сторон. Делянки условно считают короткими, если их длина в 2-10 раз больше ширины, и длинными, когда длина делянки превышает ее ширину более чем в 10 раз.

Удлиненные делянки эффективны лишь тогда, когда они ориентированы длинной стороной вдоль основного изменения (варьирования) почвенного плодородия, чаще всего вдоль склона.

Близкими к квадратной форме должны быть делянки в опытах, где изучают защиту растений от вредителей, болезней, сорняков с опрыскиванием посевов растворами пестицидов.

Для того чтобы опыты были методически достоверными и точными, их повторяют в пространстве и во времени.

Повторность – это число делянок с одинаковыми вариантами в опыте.

Повторение – это часть площади опыта с полным набором вариантов согласно схеме опыта.

Достоверность опыта методическая – это четкое соблюдение всех методических требований.

Достоверность опыта статистическая состоит в определении достоверности (существенности) разниц между средними арифметическими значениями ( ), корреляция (r), регрессий (R_ху) и другие с помощью статистических критериев (t, F) и наименьших существенных разностей НСР.

 

Методы размещения вариантов

Метод размещения – это чередование вариантов на опытных делянках в зависимости от задач и конкретных условий внешней среды.

В основе классификации методов лежат формы участка, варьирование плодородия почвы, направление склона и др. Выделяют три основные группы методов размещения вариантов: случайные, систематические, стандартные (рис. 2).

 

Рис. 2. Классификация методов размещения вариантов в опытах

 

Систематическое размещение вариантов – это такое расположение опыта, когда порядок следования вариантов в каждом повторении подчиняется определенной системе, его еще называют последовательным.

Имеется много способов размещения вариантов по этому методу, но наиболее распространены в нашей стране последовательный в один ярус и шахматный в несколько ярусов (рис. 3, 4).

Этот метод может быть эффективным, если нет закономерного (систематического) изменения (варьирования) плодородия почвы.

 

I повторение II повторение

 

Рис. 3. Размещение 5 вариантов в 2-х кратной повторности

систематическим методом

 

 

Рис. 4. Размещение 9-ти вариантов в 3-х кратной повторности в 3 яруса

систематическим шахматным методом

 

В заданиях будут использоваться следующие обозначения: п – число повторений; – число вариантов.

Шахматный метод размещения позволяет полнее охватить каждым вариантом пестроту плодородия участка и несколько уменьшить влияние закономерного варьирования почвенного плодородия на эффект варианта. Поэтому при шахматном размещении во втором и последующих ярусах происходит смещение вариантов. Чтобы определить число делянок, на которое необходимо сдвинуть в последующих ярусах варианты, необходимо число вариантов поделить на число ярусов.

Случайный (рендомизированный) метод размещения вариантов широко используется во всем мире и в нашей стране. Согласно этому методу варианты размещают случайно (по таблице случайных чисел или по жребию). Этот метод имеет несколько разновидностей. Выбор конкретной разновидности зависит от условий варьирования плодородия почвы.

Преимущества случайного метода:

- исключает субъективный подход и исследователь получает объективные результаты;

- сводит к минимуму влияние закономерного варьирования плодородия почвы;

- исследователь имеет все основания использовать для обработки результатов дисперсионный анализ;

- является основой построения современных схем опытов, особенно многофакторных и т.д.

а) Рендомизированные повторения – это случайное размещение всех вариантов опыта в пределах отдельных повторений. Его используют в том случае, если в пределах повторения (блока) варьирование плодородия почвы минимальное, а между повторениями – значительное.

Метод является ортогональным, т.е. в каждом повторении должен быть полный набор вариантов и каждый вариант встречался бы один раз (рис. 5).

 

I II

III IV

 

Рис. 5. Размещение 6-ти вариантов в 4-х повторениях

методом рендомизированного повторения

 

б) Метод рендомизированных латинских квадратов – это размещение вариантов таким образом, чтобы в каждой строке и в каждом столбике присутствовали все варианты в соответствии со схемой опыта, и не один из них не повторялся. Его целесообразно использовать в тех случаях, когда плодородие почвы изменяется в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Форма делянок должна быть квадратной или близкой к квадрату. Число вариантов равно числу повторений и, как правило, число вариантов от 4 до 8.

Размещать варианты случайно или по определенной системе, со смещением в рядах (рис. 6).

 

а б

 

Рис. 6. Размещение 5-ти вариантов методом латинского квадрата:

а – случайно; б - со смещением

в) Рендомизированный латинский прямоугольник – случайное размещение всех вариантов в пределах каждого ряда и каждого отдельного блока. Метод эффективен в том случае, если плодородие почвы варьирует не только в двух перпендикулярных направлениях, но и по диагонали.

Условия метода латинского прямоугольника: число вариантов должно быть кратным числу повторностей, повторения организуются и по строкам, и по блокам (столбцам), в пределах которых должен быть полный набор вариантов и не один не должен повторяться (рис. 7).

 

 

Рис. 7. Размещение 12 вариантов в трехкратной повторности

латинским прямоугольником

 

г) Полная рендомизация – рендомизированное размещение всех вариантов опыта без предварительного выделения повторений. Метод используется в том случае, если индивидуальное варьирование растений превышает варьирование плодородия почвы. Такое характерно для многолетних растений особенно древесных, когда число вариантов и повторений невелико (3-4), размеры делянок и площадь под опытом небольшие и варьирование плодородия почвы незначительное.

Техника размещения вариантов следующая: подготовить жребий (12 маленьких карточек из бумаги) – по числу делянок в опыте. На первых четырех пишут цифру 1, на следующих четырех – 2 и еще на четырех – 3. Жребий смешивают и вытягивают один за другим, ставя на схематическом плане соответствующую цифру. При этом не в каждом из четырех столбцов (мнимых, неорганизованных повторений) есть все три варианта; если какой-то вариант в каком-то столбике отсутствует, то в другом он повторяется (рис. 8).

 

 

Рис. 8. Размещение 3-х вариантов в 4-х кратной повторности

методом полной рендомизации

 

д) Метод расщепленных делянок – это размещение вариантов фактора первого порядка на основных делянках, а факторов второго и последующих порядков – на субделянках, на которые расщепляют основные делянки (рис. 9).

 

А₁ А₂

С1

С2

С2

С1

С1

С2

С1

С2

С2

С1

С1

С2

В₁ В₂ В₁ В₂ В₁ В₂

 

Рис. 9. Размещение вариантов трехфакторного опыта (две градации фактора А, три градации фактора В и две градации фактора С) методом

расщепленных делянок в одном повторении

 

Метод применяют в следующих случаях: в многофакторных опытах, когда основное внимание акцентируется преимущественно на взаимодействии факторов, а не на каждом в отдельности, когда необходимо ввести в опыт новые варианты.

Стандартный метод заключается в том, что с каждым опытным вариантом размещают контроль (стандарт). Метод эффективен в тех случаях, когда плодородие почвы значительно варьирует.

Использование стандартного метода основано на том, что между урожаями вариантов и стандартов на соседних делянках должна быть прямая корреляционная зависимость.

Выделяют ямб-метод, дактиль-метод и парный метод Константинова.

Ямб-метод – сущность его заключается в следующем: начинают размещение с контроля (стандарта) и контрольный вариант размещают через один вариант и заканчивают размещение контролем.

Недостаток метода в том, что половину опытного участка занимает контроль (стандарт) (рис. 10).

 

St

St

St

St

St

 

St

St

St

St

St

 

St

St

St

St

St

 

Рис. 10. Размещение 5 вариантов в троекратной повторности

ямб-методом

 

Дактиль-метод – размещение начинают со стандарта, стандарт размещают после двух вариантов и заканчивают размещение стандартом, в результате стандарт занимает третью часть, что ведет к сокращению площади под опытом (рис. 11).

 

I II III

St

St

St

St

St

St

St

 

Рис. 11. Размещение 5-ти вариантов в троекратной повторности

дактиль-методом

 

Парный метод Константинова используют при очень сильном варьировании плодородия почвы, когда все делянки-стандарта и изучаемых вариантов (сортов) делят поперек на парцеллы, т.е. маленькие деляночки. Если на какой-либо парцелле стандарта урожайность очень сильно отличается от остальных, то ее исключают вместе с соседней парцеллой изучаемого сорта.

 

Порядок выполнения работы:

 

1. Используя вводное пояснение, изучить материал темы.

2. По индивидуальным заданиям, выданным преподавателем, в рабочей тетради выполнить размещение вариантов различными методами.

 

Контрольные вопросы

 

1. Дать определение варианту и контрольному варианту.

2. Что такое делянка, ее строение?

3. В чем отличие повторности от повторения?

4. Какие выделяют основные методы размещения вариантов в полевом опыте?

5. В чем сущность систематического метода размещения и его разновидностей?

6. В чем сущность метода рендомизации и его разновидностей?

7. Охарактеризуйте стандартный метод и его разновидности.

 

 

Тема 2. Планирование схемы и структуры

Полевого эксперимента

 

Цель занятия:

Познакомиться с общими принципами и этапами планирования сельскохозяйственного эксперимента.

 

Задание:

1. Изучить этапы планирования сельскохозяйственного эксперимента.

2. Изучить основные элементы методики полевого опыта.

3. Рассмотреть схемы опыта и принцип ПФЭ.

 

Планирование опыта – ответственный период научно-исследовательской работы, это не только создание фундамента опыта, но и его проект, от которого будет зависеть достоверность, точность и эффективность всего эксперимента.

Основная задача при планировании опыта – поиск оптимальных условий роста растений для повышения урожая и улучшения его качества.

Планирование эксперимента состоит из трех этапов: первый – подготовительный, или планирование; второй – проведение полевых опытов, наблюдений и учетов; третий – заключительный.

Подготовительный (планирование) этап включает в себя:

- выбор темы, определения задачи, объекта и условий проведения эксперимента;

- анализ истории и современного состояния вопросов, поставленных на изучение;

- выдвижение рабочей гипотезы или нескольких конкурирующих гипотез и их обоснование;

- разработка схемы и методики полевого опыта;

- выбор земельного участка под опыт.

Тема должна быть четко сформулирована, отражать сущность вопросов, поставленных на изучение, иметь вполне определенную и обоснованную задачу и соответствовать материально-технической базе, где намечают проводить исследования.

При изучении современного состояния вопроса и анализа истории необходимо уделить внимание на достаточность изученности данного вопроса, недостаточно изученные и совершенно не изученные вопросы.

Гипотеза – это научное предположение, истинное значение которого является неизвестным.

После выдвижения и обоснования рабочей гипотезы разрабатывают программу исследований, в которой указывают:

- схему полевого опыта или нескольких опытов;

- условия проведения исследований;

- элементы методики и план эксперимента;

- технику закладки и проведения опытов;

- сопутствующие наблюдения, их методику и объем работы;

- продолжительность проведения исследований (фактор времени);

- методы статистического анализа.

 

При разработке схемы опыта необходимо:

1. Соблюдать принцип единственного различия и факториальности, который означает, что все варианты опыта при любом их сравнении или при сопоставлении парами должны отличаться друг от друга одним единственным количественным или качественным признаком.

2. Правильно выбрать контрольный вариант и определить общие, не изучаемые условия эксперимента (фон).

3. Установить интервал варьирования и градации изучаемого фактора (в однофакторном опыте) или нескольких факторов (в многофакторном опыте).

Интервал между вариантами (градациями фактора) должен изменять результативный признак на величину, превышающую планируемую ошибку опыта не менее чем в три раза.

Варианты в схеме однофакторного опыта располагаются в определенной последовательности и обозначаются (кодируются) буквами. На первом месте обычно ставят контрольный вариант. Последующие варианты пишут в порядке возрастания градаций фактора. Например, в схеме опыта по изучению норм высева гречихи варианты будут выглядеть так:

1. 3 млн. шт./га – контроль

2. 2 млн. шт./га

3. 2,5 млн. шт./га

4. 3,5 млн. шт./га

5. 4,0 млн. шт./га, а в кодированном выражении – а_о,а₁,а₂,а₃,а₄.

 

В многофакторных опытах должен соблюдаться принцип факториальности, схема которого включает все возможные сочетания изучаемых факторов и позволяет установить эффективность каждого фактора в отдельности и во взаимодействии.

Разработанный по такому принципу опыт называют полным факториальным экспериментом (ПФЭ). В схеме ПФЭ факторы, их градации и сочетания располагают в определенной последовательности. При кодировании заглавными буквами обозначают факторы А,В,С,…Ζ, а строчными с индексами – их градации и сочетания а_о, а₁,а₂…а_n; в_о,в₁,в₂…в_n;а₁в₁, а₂в₁,а₁в₂…а_ов_о.

Схема ПФЭ, представленная в виде таблицы последовательного расположения закодированных факторов, их градаций и сочетаний, называется матрицей планирования.

Число вариантов полного факториального эксперимента (ПФЭ) рассчитывают по матрице: 2², 3², 2³, 3³ и т.д. Число, вводимое в степень, обозначает число градаций по каждому фактору, а число, показывающее степень – число изучаемых факторов.

Например, в трехфакторном опыте по изучению четырех сортов озимой пшеницы, трех норм высева и двух комплексов приемов предпосевной обработки почвы число вариантов будет равно 4 х 3 х 2. Схема такого опыта обозначается ПФЭ 4 х 3 х 2.

 

Пример. Составить матрицу планирования 2 х 2 (2²). Пусть для фактора А имеем градации а_о и а₁, для фактора В – в_о и в₁. В таком случае матрица будет выглядеть так:

 

Вариант	Фактор и его градации	Обозначение вариантов	Код
А	В
			аово
			а1во
			аов1
			а1в1

 

Порядок выполнения работы

 

1. Используя рекомендованную литературу и вводное пояснение, изучить материал по теме.

2. По индивидуальному заданию спланировать матрицу ПФЭ.

3. В соответствии с индивидуальным заданием сформулировать тему и рабочую гипотезу, разработать схему, планируемые учеты и наблюдения.

Например, изучить влияние способов основной обработки почвы после озимой пшеницы на урожайность гречихи (для самостоятельной работы).

1. Тема будет звучать так «Влияние способов основной обработки почвы на урожайность гречихи».

2. Рабочая гипотеза. При выращивании гречихи в хозяйстве не учитываются способы основной обработки почвы, в связи с чем, урожайность ее низкая и неустойчивая по годам.

3. Схема опыта – это перечень логически подобранных вариантов, следовательно, она будет такой:

1. Вспашка, 20-22 см – контроль

2. Дисковая обработка, 10-12 см

3. Плоскорезная обработка, 14-16 см

4. Комбинированная обработка, 16-18 см.

4. Повторность опыта лучше взять 4-6-кратную.

5. Общее число делянок в опыте будет 4 х 4 =16

6. Метод размещения вариантов лучше взять систематический или метод рендомизированных повторений.

7. Схематический план размещения опыта (рис. 12). Начертить схематический план делянки с указанием ее параметров и провести расчет площади одной делянки и площадь всего опыта.

8. Основные агротехнические приемы в опыте. В этом пункте необходимо указать предшественник, основную и предпосевную обработку почвы, удобрения и т.д.

		Б I 3,0 II В 10,0
80,8
60,8	Д										Е
8,0
Ж										З 26,4
	А III 60,6 IV Г
	80,6

Рис. 12. Схематический план размещения опыта

 

Предшественник гречихи в опыте сахарная свекла. После уборки свеклы провели распашку дорог. Затем разбили участок на делянки и провели основную обработку почвы согласно схеме опыта. Предпосевная обработка почвы состояла из ранневесеннего боронования боронами БЗТС-1,0 и двух культиваций КПС-4. При посеве вносили нитроаммофоску в расчете 1,0 ц/га. Гербициды на посевах гречихи не применялись. Посев проводили при прогревании посевного слоя до 12-15^оС.

9. Планируемые учеты и наблюдения. При планировании сопутствующих учетов и наблюдений следует включить только те из них, которые логически связаны с целью исследований, и без которых нельзя понять влияние изучаемого агроприема на количество и качество урожая.

10. Метод учета урожая сплошной, пробными площадками, отдельными растениями.

11. Применяемые статистические методы обработки результатов исследования.

 

Контрольные вопросы

 

1. Назовите этапы планирования эксперимента.

2. Что такое схема опыта?

3. Основные требования, предъявляемые к составлению схемы опыта.

4. Что такое принцип единственного различия и как его соблюдать в однофакторных и многофакторных опытах?

5. Сущность принципа факториальности. Достоинства и недостатки факториальных опытов.

6. Что такое уравнительные и рекогносцировочные посевы?

7. Каким требованиям должен отвечать участок, отводимый под опыт?

8. Что такое история опытного участка?

9. Изложите технику закладки полевого опыта.

10. Что такое агрофон? На каком агрофоне должны проводиться полевые опыты?