Реферат: Планирование и проведение научного исследования

ПЛАНИРОВАНИЕ И ПРОВЕДЕНИЕ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

При проведении научного исследования используют следую­щие ключевые понятия: наблюдение, экспериментальная едини­ца, делянка посевная и учетная, защитка, вариант, повторность, повторение, статистическая модель, схема и паспорт опыта, экс­периментальный план, рабочая гипотеза, случайный фактор, дробный учет урожая, вариабельность, градиент, рандомизация, репрезентативность.

Различают виды (наблюдение, испытание, эксперимент) и ме­тоды (лабораторный, вегетационный, полевой) научного исследо­вания. Испытания и обследования (наблюдения) также использу­ют в качестве методов научного исследования. Назначение, цель и задачи составных элементов эксперимента, прежде всего вариан­тов, — источник новой информации, а повторность — основное условие точности опыта. Повторность контролирует случайную вариацию, а повторение (или блок) блокирует вариацию система­тического или направленного характера. Важно определить агро­номическую сущность изучаемых факторов и сопутствующий фон для того, чтобы данная проблема не стала псевдопроблемой, и соответственно подобрать правильную математическую модель опыта. Выбор темы, или проблемы, научного исследования осу­ществляют на основе детального знакомства с результатами пред­шествующих исследований по данной тематике и собственных предположений о ее актуальности и новизне. Эти предположе­ния рождают рабочую гипотезу. Планирование схемы опыта и других элементов научного исследования на основе правильной статистической модели позволит в дальнейшем объективно оце­нить решение поставленной проблемы. В практическом плане статистической моделью опыта, как правило, служит модель дис­персионного анализа. Опытное дело не отвергает систематическое размещение вариантов по экспериментальным единицам опыта. Однако в основе математической обработки опытных данных лежит теория вероятностей, где случайность играет главную роль. Поэтому все современные экспериментальные планы бази­руются на случайном методе размещения вариантов. Эксперимен­тальную единицу для каждого варианта определяют по жребию. Необходимо понять принцип рандомизации и усвоить методы размещения вариантов прежде всего в полевых опытах. Также следует знать основные признаки (свойства) или биометрические показатели по культурам своей специализации. Наряду с урожай­ностью или продуктивностью культур эти показатели служат кри­териями эффективности агротехнических приемов и технологий, изучаемых в опыте. В программе научного исследования планиру­ют сроки проведения наблюдений и объемы выборок для учета выбранных признаков в качестве агрономических критериев. Пра­вильная оценка вариантов полевого опыта во многом обусловлена однородностью и тщательностью проведения всех работ, посколь­ку это обеспечивает однородность фона для сравнения вариантов. Важно понять, что соответствующий метод размещения вариантов усиливает однородность фона. Основным документом опыта пер­вичного характера является паспорт опыта, или протокол научно­го исследования, в котором дано описание параметров опыта и со­путствующего фона. К текущим первичным документам относят дневник исследований и журнал опыта. Основным документом вторичного характера служит научный отчет за предшествующий год или период исследований, который, в свою очередь, становит­ся исходным материалом для диплома, диссертации или публика­ции в научном журнале.


Глава 1 СУЩНОСТЬ И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

^ 1.1. ИСТОРИЯ ОПЫТНОГО ДЕЛА В РОССИИ

Эмпирические наблюдения за ростом и развитием растений сопутствовали всей истории развития земледелия. Накопленные приметы и знания передавались из поколения в поколение, обо­гащали культуру земледелия и становились традиционным, или местным, опытом. Однако подмеченные факты и явления, как и последующие народные рекомендации, не сопровождались ло­гическими объяснениями, т. е. не имели теоретического обосно­вания, а потому и не составляли еще науки. Признаки научной агрономии стали проявляться с началом экспериментального изу­чения жизни растений и почвы на стыке XVIII и XIX вв.

Историческими вехами сельскохозяйственного опытного дела в России являются: «Вольное экономическое общество» (1765), первое опытное поле (Бутырский хутор, Москва, 1820) и первая опытная станция (Горки, Могилевская область, 1840). На Бутыр­ском поле испытывали новые агротехнические приемы и маши­ны вплоть до первой четверти прошлого века. Становление и развитие экспериментального метода исследований в агрономии связано с именами М. Г. Павлова, А. Т. Болотова, И. М. Комова, А. Е. Зайкевича, А. Н. Энгельгардта, И. А. Стебута, П. А. Косты-чева, К. А. Тимирязева, Н. И. Вавилова, Д. Н. Прянишникова, А. Г. Дояренко и других известных ученых. Открытие Петровской земледельческой и лесной академии (ныне РГАУ — МСХА имени К. А. Тимирязева) ознаменовало наиболее важный этап в развитии опытного дела. В 1866 г. И. А. Стебутом был составлен план опыт­ного поля, а в 1872 г. построен первый вегетационный домик.

Автором опытного дела как науки и предмета высшей школы стал профессор А. Г. Дояренко (1874—1958). Он первым обозна­чил опыт в качестве самостоятельного метода агрономического исследования, а опытное дело — самостоятельной научной дис­циплины. А. Г. Дояренко руководил популярным еженедельником «Вестник сельского хозяйства» и координировал работу опытных станций всей страны. По его инициативе были проведены первые съезды по опытному делу в России (1901 — 1902 гг.). В 1907 г. он начал читать приват-доцентский курс «Организация и методика опытного дела» в Петровской земледельческой и лесной акаде­мии. А. Г. Дояренко принимал непосредственное участие в раз­работке методики вегетационных опытов водной и песчаной культуры К. А. Тимирязева и Д. Н. Прянишникова. Его положе­ние о сочетании в агрономических исследованиях аналитического и синтетического методов послужило методологической базой для планирования многофакторных экспериментов. Активная научно-педагогическая деятельность А. Г. Дояренко закончи­лась с первой волной сталинских репрессий в 1929 г. Бумажным аргументом обвинения стал донос одного из его многочисленных учеников — общепринятый факт правосудия того времени.

Первая в стране кафедра сельскохозяйственного опытного дела была организована в 1940 г. в ТСХА академиком П. Н. Константи­новым (1877—1959), а через 12 лет вышла его книга «Основы сель­скохозяйственного опытного дела». Дальнейшему совершенствова­нию методов агрономических исследований и организации опыт­ного дела в научно-исследовательских учреждениях способствовали работы В. Н. Перегудова, П. Г. Найдина и Б. А. Доспехова.

^ 1.2. СУЩНОСТЬ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ


Наука представляет собой творческий процесс: совершенство­вание известного на практике и поиск нового в теории с конечной целью — повышение эффективности человеческого труда. В со­временных условиях сельскохозяйственная наука должна решать практические задачи, опираясь на теорию конкретного предмета, а также межпредметных и фундаментальных наук. В общеупотребительном понимании наука — это определенный предмет изучения или дисциплина, представляющая совокупность систе­матизированных знаний относительно своих объектов и термино­логии. Перечень предметных наук постоянно растет, поскольку обособляются отдельные разделы дисциплин. Например, из обще­го земледелия «вышли» почвоведение, растениеводство, агрохи­мия. В свою очередь из растениеводства выделились овощеводство и плодоводство. Продолжением этого «веера наук» стали генетика и селекция, физиология и биохимия, хранение и переработка про­дукции растениеводства и животноводства и т. д.

Научным, в прикладном смысле, считают тот результат или труд, в основании которого лежит научное исследование. Учебные дисциплины становятся научными, когда их содержание, аргу­менты и факты подкреплены добротным экспериментальным материалом. Квалификация «ученого агронома» наряду с доста­точными знаниями по избранной специализации и умением их использовать предполагает прочное усвоение «альфы и омеги» научного исследования.

Научное познание начинается с накопления эмпирических на­блюдений, которые в дальнейшем интегрируются в систему теоре­тических знаний. На первом этапе научного познания получают экспериментальные данные приемлемой статистической досто­верности. На втором этапе анализируют сводные данные множе­ства экспериментов с выдвижением гипотез о связях одних явле­ний с другими. Дальнейшие систематизация и логическое обоб­щение опытных данных на третьем этапе приводят к появлению теории — высшей стадии и формы организации научного иссле­дования. Таким образом, научное исследование как инструмент изучения и объяснения закономерностей развития фактов и явле­ний может быть экспериментальным и теоретическим. Специфи­ка агрономического исследования обусловлена многообразием и сложностью изучаемых явлений, что затрудняет получение науч­ной теории или делает его невозможным.

Агрономическая наука при разработке теоретических основ и новых практических способов повышения продуктивности расте­ний пользуется общепринятыми видами научного исследования: наблюдением, испытанием (или обследованием) и экспериментом.

Простое научное исследование, проведенное путем регистра­ции результатов учетов, измерений, свершившихся фактов и явле­ний («a posteriore») называют наблюдением. Подобное исследова­ние можно провести с одной линейкой или рамкой для учета как на опытном участке, так и на производственных полях. Сложную форму научного исследования представляет опыт, или экспери­мент, который отличается активным «вторжением» («a priore») в естественные процессы и явления или их моделированием. Эксперимент — это такой вид научного исследования, при котором ис­следователь искусственно вызывает явление или изменяет условия так, чтобы лучше выяснить сущность явления, происхождение, причинность и взаимосвязь предметов и явлений. В отличие от регистрируемых наблюдений он позволяет исследователю поста­вить изучаемый объект в различные условия.

Таким образом, с позиции теории познания между экспери­ментом и наблюдением существует принципиальная разница: на­блюдение отражает внешний мир, эксперимент же рождается в сознании человека в образе гипотезы с последующей проверкой практикой. Эксперимент отражает наши умозаключения, предпо­ложения, которые мы проверяем искусственным путем.

Промежуточное положение между наблюдением и экспери­ментом занимает испытание. Программа любого опыта вклю­чает множество наблюдений. Проводимые с целью описания различных признаков изучаемых явлений или предметов, они являются составной частью эксперимента. На базе опыта могут быть проведены испытания новых препаратов, сортов, машин и т. д. Например, измерение высоты растений нового сорта пше­ницы на делянке (поле) — наблюдение, тогда как оценка этого признака на основе шести делянок, на которых под пшеницу были внесены три дозы регулятора роста — эксперимент. Оценка нового препарата на растениях одной или нескольких делянок — испытание.

Научные наблюдения должны быть целенаправленными, с чет­ко сформулированной задачей их проведения и полными, с охва­том всех сторон изучаемых явлений и процессов. Однако полнота наблюдений измеряется не их количеством, а умением исследова­теля подметить и выбрать все существенное и важное. Необходи­мо как можно шире использовать разнообразные приборы и инст­рументы для того, чтобы более точно и глубоко познать и описать явления и процессы. И, наконец, чтобы охарактеризовать наблю­даемые явления, их надо выразить словами. Поэтому наблюдения необходимо закрепить в письменной форме в виде отчета с рисун­ками, фотографиями и т. д.

Научные исследования в зависимости от принятых критериев классификации подразделяют:

в соответствии со сферой приложения результатов — на фунда­ментальные, прикладные и разработки;

по избранному виду исследований — на описательные, экспе­риментальные и теоретические;

по уровню обобщения данных — на эмпирические и теорети­ческие;

по виду экспериментального объекта — на модельные и на­турные.

Фундаментальные исследования направлены на получение но­вых знаний, открытие новых фактов, явлений и закономерностей. Их проводят часто на модельных объектах. С помощью приклад­ных исследований решают практические задачи в рамках фактов и теорий, открытых фундаментальными науками. Они имеют чет­кую практическую ориентацию на совершенствование технологии.

Методы математической статистики помогают спланировать и провести любое исследование — от простых измерений и учетов до комплексных испытаний и сложных экспериментов, а также сде­лать правильное статистическое заключение и объективные агро­номические выводы. Одним из ее главных инструментов является выборочный метод: оценка объектов совокупности и массовых явлений на основе их части, или выборки. Определение статисти­ческих характеристик для одной или нескольких выборок называ­ют описательной статистикой, а сравнение двух или нескольких выборок (вариантов) с помощью контрольных критериев — экспе­риментальной статистикой.

«Методика научной агрономии» сочетает агрономические зна­ния и методы с основами математической статистики. Она объяс­няет сущность и принципы планирования, постановки и проведе­ния научных исследований в агрономии, дает их биологическую и статистическую модели в соответствии с темой и планом экс­перимента, а также статистико-агрономическую интерпретацию результатов проведенного исследования.

Общественно-хозяйственной оценкой агрономической деятель­ности служит устойчивое, экономически и экологически обосно­ванное количество производимой растительной продукции, или урожай и его качество. Урожай зависит от погоды, плодородия почвы и системы агроприемов в соответствии с биологическими особенностями растений и требованиями технологии их возделы­вания. Под агроприемом подразумевают однократное воздействие орудий и машин на почву, внесение удобрений и других мели­орантов (натуральных и синтетических), а также пестицидов с целью повышения продуктивности культур и эффективности земледелия в целом. Девизом деятельности агронома можно счи­тать изречение английского философа Ф.Бэкона (1561—1626): «Non, nisi parendo vinatur», что в переводе с латыни означает: «что­бы поставить природу на службу человеку, надо подчиняться ее законам».

Задача опытного дела в агрономии сводится к правильной постановке «вопроса» растению или почве — главным объектам исследования — и последующему истолкованию их «ответа». Лю­бому научному исследованию предшествуют предположения и разработки, математическая формализация которых и составляет суть математического моделирования. Математическая или статистическая модель выражается уравнением переменных для описания явлений, или фактов, когда точные закономерности не установлены. Все факторы и условия жизни растений делят на две группы: контролируемые, включительно изучаемые, и неконтро­лируемые.

Уравнение простейшего опыта можно представить сле­дующим выражением:

У i j = µ + αi + е i j,

где У i j — урожайность (урожай с единицы площади в ц или т с 1 га) i-го варианта на j-й делянке; ц (или у0, средняя по опыту) — потенциальное плодородие почвы плюс возможности данного генотипа, выражаемые в единицах урожая; αi — эф­фект, т. е. прибавка или снижение урожая от действия i -го варианта; е i j — неуч­тенный (случайный) эффект.

При изучении двух факторов статистическая модель примет следующий вид:

У i j = µ + αi + β j + е i j,

а с учетом взаимодействия факторов:

У i j = µ + αi + β j + ɣ i j + е i j,


где α, β и γ — эффекты соответственно действий и взаимодействия двух факторов.

Таким образом, математическая формализация агрономичес­кого «вопроса» выражается уравнением действующих в опыте факторов, обозначенных своими символами. Статистическая мо­дель определяет метод размещения вариантов и, следовательно, метод математической обработки результатов эксперимента, вы­раженных цифрами и называемых данными. Например, различные модели дисперсионного анализа.

Успех эксперимента и практическую значимость его результа­тов предопределяют профессионально сформулированные и пра­вильно «уложенные» в статистическое русло агрономические за­дачи. Для того чтобы обеспечить успех эксперимента, требуется хорошее знание объекта исследования наряду с четким представ­лением сути действующих факторов, т. е. агрономической сто­роны, или биологической модели, эксперимента. Например, при сравнительном изучении сортов необходимо хорошо знать и учи­тывать их биологию и технологию: отношение к жизнеобеспечи­вающим факторам, интенсивность роста и развития, устойчивость к неблагоприятным условиям, оптимальные нормы и сроки посе­ва, особенности ухода и т. д. При смещенной, или односторонней, постановке проблемы искажается только биологическая модель, тогда как математическая мельница «мелит» все, что в нее вложе­но в строгом соответствии с выбранным методом. В итоге задачи и цели эксперимента могут стать псевдопроблемой. Любой агро­технический прием может давать как положительные, так и отри­цательные эффекты в зависимости от дозы, срока и способа его применения, а также сопутствующих условий, или фона. В поле­вом опыте следует учитывать мощность гумусового горизонта и состояние подпахотных горизонтов, а также буферность почвы (устойчивость свойств по отношению к внешним воздействиям); засоренность посевов и их общее состояние; свойства культурных растений и требования к технологии их возделывания. Особую роль играют погодные условия как в период проведения приема (реакция почвы), так и в критические фазы вегетации растений (реакция культуры).

Работу исследователя отличает цикличность, связанная не толь­ко с условиями внешней среды или спецификой технологии, но и с самой логикой мышления. Ее можно представить двумя триада­ми: 1) наблюдение — осмысление — эксперимент; 2) выдвижение рабочей гипотезы и построение биологической и статистической моделей — проверка их в ходе эксперимента — рождение новых гипотез и моделей.

Творческий успех исследователя во многом определяют свой­ства его характера и степень учета (соблюдения) десяти заповедей ученого.

Постоянная жажда новых знаний в своей и смежных на­уках.

Четкое представление условий и особенностей практики (производства) с тем, чтобы не навредить своими рекомендациями.

Преодоление отдельных «моментов отчаяния и разочарова­ний» посредством особого оптимизма.

Трудолюбие плюс «интеллигентная лень». Не избегать никакой работы и одновременно быть в меру «ленивым», т. е. не отвлекаться на мелочи и детали, а сфокусировать все свое внимание на «стволе» проблемы.

Интуиция плюс риск. Интуиция может играть решающую роль и даже стоять над здравым смыслом. Враг исследователя — неизвестность, а простейшим оружием служит метод «проб и ошибок». Страх перед ошибкой — конец прогресса. Без ошибок нет открытий. Надо пробовать и ошибаться в своих предположениях и исследованиях. (Речь идет о получении отрицательного ре­зультата в методически безупречном эксперименте.)

Самостоятельно добывать и анализировать знания и факты, делать открытия, хотя бы для самого себя. Знания и идеи мертвы сами по себе. Проверка идей практикой, понимание и объяснение фактов и явлений дают им жизнь.

Умение работать с литературой (владеть ориентацией трех «полочек»: актуально вчера, сегодня и завтра). Чтение — это «упражнения» для мозга. Ученый должен владеть, по крайней мере, одним иностранным языком, не считая английского, поскольку он заменил средневековую латынь в части «живого» языка.

Критическое и творческое осмысление авторитетных идей и устоявшихся концепций. Ученый должен «видеть лес, а не только отдельные деревья». Монополизация чужда науке и вредна для нее более, чем для производственной сферы. Мнение студента или молодого ученого может не совпадать с мнением профессора, что служит одной из предпосылок появления новой творческой лич­ности. Государственно важная задача любого образовательного учреждения от детского сада до вуза — обеспечить свободное развитие творческой личности. В этом залог будущего для цивили­зации в целом.

Аккуратность и тщательность на всех этапах исследования. Произвольная правка исходных дат — преступление по отношению к науке, где любой результат имеет свою ценность.

Осторожность и скромность в оценке результатов своей работы. Ученый не должен вносить догму и стандарты в науку. Рождение догмы означает смерть науки, а стандартизация — конец творчества.


^ 1.3. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ, ИЛИ ЭЛЕМЕНТЫ, ЭКСПЕРИМЕНТА

Эксперимент (от лат. experimentum — опыт или практика) — индуктивный метод получения новых фактов и знаний по кон­кретно сформулированной проблеме, основу которого составляют варианты и повторность. Агрономический эксперимент (полевой опыт) проводят на специально выделенном земельном участке. Он включает изучение и сравнение различных аспектов плодородия почвы, биологических особенностей и жизненных факторов рас­тений и агрофитоценозов, новых приемов агротехники и техно­логий как в естественных условиях, так и их моделирование на разном уровне репрезентативности, воспроизводимости и контро­ля. Под репрезентативностью понимают экологическое и агротех­ническое соответствие модели или опыта условиям производства. Воспроизводимость — это, с одной стороны, возможность получе­ния близких результатов в повторном опыте, а с другой — означа­ет, насколько трудно воспроизвести или повторить один и тот же эксперимент. Лабораторный эксперимент, проводимый в чашках Петри, повторить легко. Воспроизводимость полевого опыта огра­ничена не только материально-финансовыми затратами, но и дли­тельностью вегетационного периода. Кроме того, погодные условия в отдельные годы могут существенно повлиять на эффекты изучаемых факторов.

^ Контроль сопутствующего фона, например освещенности, тем­пературы и влажности воздуха в теплице или плодородия почвы в полевой обстановке, позволяет сопоставить варианты в относи­тельно одинаковых условиях и снизить ошибку эксперимента.

Изучаемый в опыте фактор расчленяют на варианты, или гра­дации. Как факторами, так и вариантами могут быть виды и сорта растений, другие живые организмы или факторы их жизни: свет, диоксид углерода, кислород, тепло, почва или другой субстрат, вода и питательные вещества; препараты или их дозы, приемы или технологии, машины или орудия. Так, в опытах по химичес­кой защите растений фактором и вариантом может быть препарат и его форма: жидкая, твердая, кристаллическая, порошковидная или гранулированная; доза; способ внесения: наземное или авиа­опрыскивание, механизированное или ручное; сроки и частота (периодичность) внесения: до посева, после посева, в конкрет­ные фенофазы или по мере появления вредителей; объем воды (50...400 л/га) для рабочего раствора и т. д.

При изучении доз полного минерального удобрения: (NPK)0, (NPK)b (NPK)2 (индекс означает код дозы) фактором является NPK, а вариантами — его отдельные дозы: 0, 1 и 2. В следующем примере: РК, NjPK, N2PK изучаемым фактором будет лишь азот­ное удобрение, а вариантами — его дозы: 0, 1,2, действие которых и будет вычленяться. РК является фоном, и его действие не может быть вычленено.

Материальной, или экспериментальной, единицей опыта служит единица наложения варианта, которая дает одно значение изучае­мого признака. Это может быть объект или место испытания од­ного варианта, т. е. растение или их совокупность, другие макро- и микроорганизмы; сосуд или делянка, пробирка или чашка Пе­три и т. д. Сопутствующий проведению опыта фон окружающей среды как контролируемый, так и неконтролируемый, обозначают неизучаемым фактором. Последний включает случайный фактор, эффект которого определяют при статистической оценке по «ос­таточному принципу» путем вычитания изучаемой и контроли­руемой вариаций из общей вариации.

Варианты являются носителями материализованной идеи экс­перимента и источником новой информации. Их кодируют на­туральным рядом чисел (арабскими цифрами): 1, 2, 3, 4, 5, ..., латинскими буквами: А, В, С, ..., Z или одной буквой V(v) с циф­ровым индексом: КьV2, K3, ..., Vk. Различают опытные, стандарт­ные и контрольные варианты. Последние два вида должны состав­лять не более четверти опытных вариантов. Стандартом служит хорошо известный (традиционный) или локальный прием, сорт, препарат и т. д. Например, в опытах по основной обработке почвы стандартом является традиционная (классическая) отвальная вспаш­ка, а в качестве опытных вариантов применяют альтернативные, почвозащитные и ресурсосберегающие обработки, в том числе и нулевую. При изучении севооборотов или их звеньев стандартом, как правило, служит плодосменный вид. В географической сети опытов (серия опытов, заложенных по единой схеме) по защите растений стандартом может быть как единый препарат для всех регионов, так и локальный — для конкретного региона. Конт­рольный, или нулевой, вариант означает отсутствие изучаемого фактора или его дозу, равную нулю. Следует отличать контроль от абсолютного контроля. Например, при изучении эффектив­ности фосфорных удобрений вариант без удобрений (0) будет называться абсолютным контролем, тогда как вариант «NK», не включающий фосфор, просто контролем. В этом случае он ста­новится синонимом стандарта, т. е. в качестве контроля можно брать традиционный прием или локальный сорт. В опытах по химической борьбе с сорняками контролем может служить ва­риант без гербицида, опрыскивание водой или механическая прополка.

С увеличением числа вариантов при неизменной площади делянок возрастают площадь опыта, пестрота почвенного плодо­родия и, как следствие, эффект случайного фактора. При неболь­шой площади опытного участка необходимо уменьшать размеры делянок с тем, чтобы испытать большее число вариантов, что так­же может повысить ошибку эксперимента. Для однофакторного, достаточно точного опыта, число вариантов не должно превышать 8...12. За исключением скрининг-испытаний, большое число ва­риантов (более 20) оправдано лишь для многофакторных опытов. Приемлемая точность сравнительных опытов с большим числом вариантов достигается отчасти путем увеличения повторности стандарта. (Чем точнее эксперимент, тем меньшие различия по вариантам он способен выявить.) С ростом вариабельности экспе­риментальных единиц возрастает случайная ошибка при оценке разности между парами средних. Ошибка разности средних умень­шается с уменьшением вариабельности экспериментальных еди­ниц и с увеличением повторности эксперимента.

Последовательный перечень всех вариантов опыта (цифра-код и название) называют схемой опыта.

Далее приведены примеры схем однофакторных опытов по изучению:

а) органических удобрений: 1 — 0 (без удобрений — контроль),
2 — компост, 3 — навоз, 4 — навозная жижа, 5 — сидерат;

б) доз азотных удобрений: 1 — 0 (без азота — абсолютный кон­
троль), 2 — 40 кг N, 3 — 80 кг N, 4 — 120 кг N на 1 га;

в) сортов яблонь: 1 — Любимица Яковлева (стандарт, st), 2 —
Золотая осень, 3 — Нежность, 4 — Красавица Черненко, 5 — Свет­
ланка;

г) гибридов томатов Fj: 1 — Алькасар, 2 — Евпатор, 3 — Раиса
(st), 4 — Камерон, 5 — Кунеро;

д) окультуривания почвы под сад: 1 — отвальная вспашка на
глубину 20...22 см + N12oP6oKi5o кг Д.в. на 1 га + 4 т доломитовой
муки (д.м.) на 1 га (st); 2 — плантажная вспашка на глубину
35...40 см + N120P100K150 + 6 т д.м.; 3 — чизелевание на глубину
35...40 см + N15oPi5()Ki5o + 6 т д.м.; 4 — отвальная вспашка с поч­
воуглубителем на глубину 25... 30 см + 50 т обезвоженного осадка
сточных вод на 1 га; 5 — перекрестное дискование + 50 т стойло­
вого навоза на 1 га.

Повторность (обозначают буквой «л») — это число одноимен­ных вариантов в опыте или экспериментальных единиц (сосудов, делянок, отдельных особей или их групп), подвергаемых воздей­ствию Одного варианта. В статистическом смысле повторность — объем выборки одного варианта. Она позволяет оценить влияние случайного фактора на результаты эксперимента и, следовательно, установить его ошибку (точность).

Высокую точность (ошибка в пределах 2...4%) для большин­ства полевых опытов обеспечивает четырех-, а для мелкоделяноч-ных — шестикратная повторность. Двух-, трехкратная повтор­ность допускается в многофакторных опытах и в географической сети опытов. Отдельные многофакторные и особенно длительные полевые опыты могут не иметь территориальной, или «нормаль­ной», согласно требованиям математической обработки, повтор­ности. Ее отсутствие отчасти компенсируют внутренняя повтор­ность (градации одного из факторов) и взаимодействия высшего (II, III) порядка (жертва факторностью в пользу точности) или годы проведения исследований. Для расчета ошибки берут часть вариации, обусловленной взаимодействием изучаемых факторов или изучаемого фактора и погодных условий. Влияние погод­ных условий требует собственной оценки на основе доли вариа­ции и критерия F. Общая вариация в опыте будет складываться из действия вариантов и погоды (лет), а также их взаимодей­ствия. Таким образом, территориальную повторность вариантов опыта следует отличать от повторности во времени (число лет испытаний).

Большинство полевых опытов имеют повторения, или блоки*, кодируемые римскими цифрами: I, II, ..., V. Их число равно по-


Блоками называют также обособленные группы вариантов внутри одного повторения и даже в целом отдельные экспериментальные планы, например, мо­дель организованных повторений, или модель блоков.


вторности опыта. Повторение представляет собой группу экспе­риментальных единиц, подвергаемых воздействию различных вариантов, или часть опытного участка, где представлен один комплект вариантов. В лабораторных, камеральных, вегетационных и тепличных опытах эту роль могут выполнять пакеты (кассеты), камеры, установки, стеллажи и т. п. в случае их конструктивных или эксплуатационных различий, а также и стороны сооружения.

В полевых опытах по изучению севооборотов или других про­блем внутри севооборота встречаются «закладки», особые реплика­ции всего опыта. Они различаются начальной культурой ротации севооборота во времени или частично развернутого на территории (см. рис. 3). Их число обычно не превышает 2... 3, т. е. на закладку опыта уходит 2... 3 года.

Повторение наряду с повторностью позволяет учитывать ва­риацию сопутствующего фона и ограничивать его влияние на ошибку эксперимента. Делянки внутри повторений (полевой опыт) нарезают компактно и ориентируют длинной стороной вдоль градиента плодородия почвы. Сами повторения могут быть размещены в один или два-три ряда (яруса), а также разбросаны по территории земельного участка в соответствии с пестротой почвенного плодородия. Необходимо стремиться к их компакт­ному размещению, что возможно при форме земельного участка, близкой к квадрату.

Повторность, будучи числом* экспериментальных единиц для одного варианта, а повторение — группой экспериментальных единиц для разных вариантов (их комплектом), составляют раз­ные компоненты одного опыта.

Таким образом, варианты, повторность, повторения, блоки и число вариантов в них составляют элементы структуры или мето­дики опыта и служат его отличительными параметрами. Сущность всех способов повышения точности эксперимента заключается в снижении неконтролируемой вариабельности экспериментальных единиц или в увеличении эффективной повторности.


^ МЕТОДЫ (ОПЫТЫ) АГРОНОМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В основе классификации опытов лежат два принципиальных положения: 1) экспериментальная единица опыта; 2) условия про­ведения опыта (естественные или искусственные).

__________________

В полевых опытах, где нет повторений, повторностью называют также комп­лект вариантов опыта, однако представленный лишь в колонках расчетных таблиц. Наряду с числом повторностью обозначают группу отдельных растений (деревьев) или животных, подвергаемых воздействию одного варианта.


К основным методам относят лабораторные, вегетационные, лизиметрические и полевые опыты, 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 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 опыт



Продолжение

Код




1931-1966 гг.

1967-1978 гг.

С 1979 г.

(вари­ант)

Nop,

Солома

кг/га

Солома

кг/га

Солома

кг/га

5



С

34

С

90

С 90

6

—

П

0

П

0

П 0

7

—

У

0

У

0

У 0

8

Навоз

с

0

с

0

С 0

9

Зеленое удобрение

с

0

с

0

С

0

10— C0C0C0

Примечание. ДП (ДУ) — дискование перед посевом (после уборки), С — без сжигания соломы, П (У) — сжигание перед посевом (после уборки).

а) с 1967 г. полукарликовые сорта, две дозы минерального азота: 45 и 90 кг/га.

б) с 1979 г. 2-й и 3-й варианты — послеуборочное сжигание соломы в марте.

13. Полевые работы и фон опыта (особенности). Традиционная вспашка, посев широкорядный, междурядная культивация для борьбы с сорняками. Гербициды вносят ежегодно с 50-х годов XX в., другие пестициды — по мере необходимости (редко).

14. Приблизительная стоимость опыта 4000 $/год.
Пример 2. Протокол опыта для студенческого дипломного проекта (Африка, Республика Мали, IPR, Катибугу, 2004 г.).

Тема опыта: «Эффективность применения минерального азота при возделывании кукурузы на зерно в условиях тропического климата». Исполнитель студент 3-го курса Политехническо­го аграрного института Мусса Траоре. Руководитель проф. Ива­нов Б. Д.

Место проведения опыта: опытная станция «Сотюба».

Цель опыта: установить оптимальную дозу минерального азота для местного сорта кукурузы Тимантье.

Рабочая гипотеза: азот — главный питательный элемент для кукурузы в условиях красноземов легкого гранулометрического со­става, оптимальная доза которого находится в пределах 80... 120 кг/га.

Практическое обоснование: новая технология возделывания кукурузы на основе минерального азота обеспечит достаточное производство продовольственного зерна и окупаемость мочевины.

Почва: железистая тропическая на аллювиальных отложе­ниях (Orthic acrisol, по классификации ФАО). Сумма осадков за июнь—октябрь (сезон дождей) около 900 мм.

7. Схема опыта (перечень вариантов):

контроль (без удобрений);

контроль (без азота, по 200 кг/га тройного суперфосфата:
46 % Р2О5 и сульфата калия: 50 % К2О);

3)N40;

4)N80;

5)N120;

6) N160 кг/га.

В качестве азотного удобрения используют мочевину: 46 % N.

План опыта: блок Фишера (МОП, или модель блоков) в 4-крат­ной повторности. Размеры: блок (повторение) 24x10 (240 м2), за­щитные полосы между блоками 1,5 м; опытная и учет