Лекция № 3 по «ОНИ»

Тема. Планирование полевого эксперимента

1. Планирование эксперимента

2. Выбор и подготовка земельного участка под опыт

3. Техника закладки полевых опытов.

4. Особенности выполнения полевых работ в опыте

Научные исследования, проводимые методом полевого эксперимента включают 3 основных этапа:

1) планирование;

2) проведение полевых опытов, наблюдений и учетов;

3) обработка и обобщение полученных данных.

Планирование эксперимента

Перед началом исследований необходимо осуществить и провести:

1) выбор темы, определить цель задачи и объект исследования;

2) изучение современного состояния вопроса;

3) выдвижение рабочей гипотезы или ряда конкурирующих гипотез;

4) разработку схемы и методики эксперимента.

Тема опыта должна быть:

§ перспективной;

§ новой (малоизученной);

§ актуальной;

§ выполнимой (посильной).

Необходимо четко сформулировать цель исследования, построить логическую модель изучаемого явления, определить методы и приёмы исследования.

Необходимо досконально изучить состояние вопросов, литературу по избранной проблеме и выдвинуть рабочую гипотезу – т.е. отправной пункт для создания опыта и разработки программы исследования.

В программе исследования указывают схемы опытов, основные элементы и технику проведения эксперимента, наблюдения и учеты.

От качества спланированных исследований зависят достоверность, точность и эффективность эксперимента.

Основная задача планированияагрономических исследований – поиск оптимальных условий роста и развития растений с целью повышения их продуктивности.

Однофакторные опыты.

Эти опыты закладывают каждый год на новых земельных участках.

Варианты в однофакторных опытах могут размещаться

- качественно: изучение сортов, культур, предшественников…

- количественно: дозы удобрений, гербицидов, нормы высева, полива…

При качественном различии вариантов (изучение сортов и т.д.) важно выдержать принцип единственного различия, правильно выбрать контроль (стандарт) и определить сопутствующие оптимальные агротехнические условия эксперимента (фон).

При количественном различии (градации фактора) вариантов (дозы удобрений, нормы высева и т.д.) кроме вышеперечисленных требований нужно правильно установить единицу варьирования для доз изучаемого фактора и число градаций (доз).

Градации каждого фактора (его дозы) называют уровнями фактора. Набором уровней каждого фактора определяется количество вариантов в опыте.

Выбор факторов опыта. На урожай и его качество влияют много факторов: освещение, сорт, влажность почвы, воздуха, t почвы и воздуха, воздушный и питательный режим почвы, обработка почвы… При математическом планировании учитывают основной из них, эффективность его зависит от правильного выбора этих факторов.

Выбранные факторы должны отвечать таким требованиям:

1. должны быть регулируемыми (дозы удобрений, нормы высева…)

2. легко учитываемыми (с высокой точностью)

3. должны быть однозначными

4. чтобы при изучении совместимости нескольких факторов их можно было объединять;

5. выбранные факторы не должны зависеть друг от друга (не должно быть линейной зависимости ними, допускается криволинейная связь).

Планирование схем опытов

Перед составлением схем опытов выдвигают рабочие гипотезы (они должны быть научно обоснованными по результатам предшествующих исследований). Гипотезы формируют по-разному (например, дозы удобрений в хозяйстве для данной культуры могут быть выше или ниже, применяемых сейчас; очевидно что дозы удобрений или пестицидов, или нормы высева семян сильно высокие или очень низкие .

Поэтому исследователь уменьшает их или увеличивает, взяв за контроль те, что использовались раньше в хозяйстве.

Опыты с полными схемами – включают все предусмотренные (запланированные) варианты для изучения конкретного вопроса.

В однофакторных схемах обычно достаточно 5-8 уровней градаций, (доз) изучаемого фактора. В этом случае необходимо так установить основной уровень (центральную точку на кривой отзывчивости), чтобы при движении к крайним значениям эксперимент охватывал бы лимитирующую, стационарную и ингибирующую область этой кривой (см. рисунок). Среди запланированных вариантов, должны быть последовательно увеличивающиеся нормы или дозы факторов, от действия которых исследуемый показатель сначала будет возрастать, достигая своего максимума (зона оптимума), а в дальнейшем снижаться. Связь между Y и возрастающими дозами фактора нелинейна.

Например, в опыте по изучению влияния возрастающих доз азотных удобрений на урожайность озимой пшеницы нами предусмотрены 5 доз азота (Х) – N₃₀, N₆₀, N₉₀, N₁₂₀, N₁₅₀. Т.о., успех эксперимента зависит от удачноговыбора основного уровня (центра эксперимента) и единицы (шага) варьирования изучаемого фактора.

лимитирующаяобласть, ВСД–

стационарная область, ДЕ –

ингибирующаяобласть. Разные дозы N – градации фактора. Разница между следующей и предыдущей дозами называется шаг эксперимента (30 кг N).

За контроль берут дозу, которой пользуются в данном хозяйстве (общепринятая) до планирования опыта и считают opt. Дополнительно берут контроль – без азотных удобрений (фон – Р₄₀К₄₀). Иногда берут и абсолютный контроль (в агрохимии) – вообще без удобрений.

В однофакторных опытах с качественными факторами (сорта, обработки, предшественники) важно точнее определить ∆ урожая в сравнении с контролем (стандартом), т.е. эффект варианта, и → необходима достаточная, обычно 4-6 кратная повторность.

В однофакторных опытах с количественными факторами важно определить форму кривой отзывчивости, для чего нужно иметь достаточное число градаций фактора в широком диапазоне, → целесообразно иметь больше вариантов, не повышая повторность сверх 3-4 кратной.

Требования к схеме опыта. Схема опыта должна иметь все градации фактора, которые отвечают 3 областям отзывчивости – лимитирующий, стационарный и ингибирующий. Это позволит выявить в опыте лучшие варианты и те, в которых эффект лишь выявляется или угнетается. Необходимо правильно выявить шаг эксперимента (не больше, не меньше), чтобы разница между вариантами превышала ошибку опыта.

Многофакторные опыты также каждый год закладывают на новом земельном участке.

Изучив и выявив в однофакторных опытах лучшие варианты по отдельным элементам агротехники, начинают многофакторные опыты, которые имеют явные преимущества и дают возможность выявить достоверность действия факторов, характер, и величину их взаимодействия:

- антагонизм, т.е. угнетение одного фактора другим;

- синергизм, т.е. усиление действия фактора другим;

- адитивизм, т.е действие факторов независимо один от другого.

Для выявления эффектов действия и взаимодействия факторов при планировании схемы многофакторного эксперимента необходимо выдержать принцип факториальности, т.е. схема должна предусматривать испытание всех возможных сочетаний изучаемых факторов и их градаций (доз).

В факториальных опытах может изучаться действие и взаимодействие как количественных, так и качественных факторов и их градаций. Эти опыты дают возможность построить куполообразную поверхность отклика, на котором путём экстраполяции и интерполяции можно находить лучшие варианты, прогнозировать и программировать урожай и его качество.

Полная схема многофакторног8о эксперимента (ПФЭ) включает все возможные комбинации факторов и их градаций: 2²; 2³; 3²; 3³; 3⁴ и т.д., где в основании – число градаций, в степени – количество факторов.

В данных опытах могут быть различные сочетания градаций факторов.

Т.о., общее количество вариантов схема рассчитывают как произведение градаций всех факторов (например 3_А×2_В×4_С = 24 варианта).

ПФЭ-2². Пример: для фактора А – 2 градации – а₀ и а₁

для фактора В – 2 градации – в₀ и в₁

Матрица ПФЭ 2² имеет вид:

Матрица ПФЭ 3³

В данном опыте 3 фактора в 3 градациях – 0;1;2. Это могут быть 3 сорта, 3 нормы высева и 3 дозы удобрений, полное сочетание которых даёт 3×3×3=27 вариантов.