МОДУЛЬ 1. Системы. Моделирование систем

Практическое занятие 1-4

Научная проблема как система. Постановка цели и задач исследования. Разработка плана эксперимента. Планирование программы наблюдений

Научная проблема как система. Методологию системного подхода можно эффективно использовать при решении как крупных государственных, так и обычных студенческих задач (например, при написании курсовых или дипломных работ). Общую схему представления научной проблемы в ка-честве системы рассмотрим на конкретном примере. Допус-тим, необходимо провести исследование по проблеме повышения рентабельности производства и реализации зер-новых культур в хозяйстве. Прежде чем приступить к реше-нию любой научной проблемы, ее вначале надо сформулировать и научно обосновать. Для этого требуется диагностический анализ. Необходимо поставить следующие вопросы:

- существует ли проблема (или она является надуманной, ненаучной)?

- если проблема действительно существует, то актуальна ли она?

- каковы история и причины возникновения проблемы?

- какие имеются связи с другими проблемами?

- какова степень изученности проблемы?

- разрешима ли проблема имеющимися в распоряжении исследователя (руководителя) ресурсами?

- чьи интересы затрагивает решение данной проблемы? Что может препятствовать ее решению?

Ответы на поставленные вопросы позволят сформировать ядро проблемы.

Применительно к рассматриваемой проблеме повышения рентабельности продукции растениеводства на основе диагностического анализа работы предприятия за прошлый период ответы на поставленные вопросы могут быть сформулированы следующим образом:

- проблема рентабельности сельскохозяйственного производства в целом и по производству растениеводческой про-дукции, в частности, действительно существует, поскольку за последние годы производство было либо убыточным, либо с очень низкой рентабельностью;

- данная проблема чрезвычайно актуальна, поскольку расширенное воспроизводство возможно лишь при определенном уровне рентабельности, исчисляемой соотношением между получаемой прибылью и затратами на производство;

- проблема возникла давно в связи с нарастающим диспаритетом цен на промышленные средства производства и реализуемую продукцию растениеводства;

- она особенно обострилась за годы аграрных реформ в связи с монополизмом в сфере заготовок и переработки продукции сельского хозяйства;

- проблема рентабельности производства тесно связана с другими макро- и микроэкономическими проблемами, в частности с ценообразованием на промышленные средства про-изводства, горизонтальной и вертикальной кооперацией в АПК, совершенствованием экономических взаимоотношений между производителями сельскохозяйственной продукции, заготовителями и переработчиками, а также со снижением издержек производства и т. д.;

- рассматриваемой проблемой занимаются многие научные учреждения, но в новых условиях перехода к рыночной экономике необходимы дополнительные исследования;

- принципиально данная проблема вполне разрешима с точки зрения как имеющихся методических подходов, разработанного научного инструментария, доступной информации, так и наличия трудовых, материальных и финансовых ресурсов;

- разработка и решение проблемы несомненно затраги-вают интересы определенного круга субъектов, функционирующих в условиях рыночной экономики: представители теневой экономики не заинтересованы в показе всей реальной прибыли; - при бухгалтерской и статистической отчетно-сти не всегда показана детализация затрат и результатов производства и т. д.

Итак, ядро проблемы сформировано.

Наиболее сложным и ответственным является сле-дующий этап - структуризация проблемы. При рассмотрении систем управления хозяйствами или биологических систем иерархический характер структур обычно очевиден или легко обнаруживается. Например, биологическая система: организм —> органы ткани клетки —»субклеточные структуры; экономическая система:

экономика в целом -> отраслевые комплексы (АПК, ВПК, ТЭ К и т. д.) —> различные отрасли экономики (сельское хозяйство, легкая промышленность и т. д.) -> объединения предприятий (агрофирмы, холдинги и др.) ->сельскохозяйственные предприятия —> подразделения хо-зяйств (бригада, ферма и др.) -> работник.

Как видно, уровни иерархии на этих примерах выделить достаточно просто. Структуризация научной проблемы слож-нее, поскольку она связана с выявлением логических этапов познания, отображением уровней исследования, ступеней раскрытия проблемы. Универсальность подхода заключается в том, что при исследовании любой проблемы можно выделить три крупных структурных блока, как три аспекта и три логиче-ски взаимосвязанных уровня: теоретико-методологический; количественно-аналитический (эмпирический); прикладной (прагматический).

Рассмотрим содержание приведенной логико-иерархической структуры применительно к выбранной проблеме рентабельности.

1. Любое исследование ведется с использованием определенной научной методологии. Так, в условиях плановой экономики методология основывалась бы на исследовании издержек производства в рамках общей трудовой теории стоимости; в условиях рыночной экономики анализ будет основываться на теории предельных издержек.

2. Выявление сущности научных категорий всегда предшествует конкретному эмпирическому (количественному) анализу, поскольку без этого невозможно построить систему показателей, правильно определить их меру и способы исчисления. Очевидно, при анализе проблемы рентабельности будут использованы такие рыночные категории, как предельные и средние издержки, цена, альтернативная стоимость, рентабельность реализации и т. д., экономическую сущность которых нужно раскрыть для построения соответствующей методики.

3. Анализ предполагает выбор (или разработку) конкретной методики исследования, которая должна соответствовать выбранной методологии. Количественно-аналитический (эмпирический) аспект исследования. Этот аспект исследования является логическим продолжением первого аспекта. Действительно, если актуальность проблемы не была обоснована путем диагностического анализа и не раскрыта сущность основных научных категорий в рамках выбранной методологии, то нередко анализ эмпирических данных не позволяет выявить существенные закономерности. Этот аспект исследования структурируется с выделением нижестоящих уровней исследования, также образующих логическую иерархию. Поскольку на этом этапе обрабатывается эмпирический материал, то можно выделить следующие подсистемы:

- уровни показателей;

- основные тенденции изменения показателей;

- поиск закономерностей в эмпирическом материале; оценка роли факторов (факторный анализ).

Логико-иерархическую структуру второго аспекта исследования проблемы можно представить в виде следующей схемы.

Прикладной (прагматический) аспект исследования проблемы. Этот аспект исследования связан с конечной реа-лизацией цели исследования проблемы, т. е. с тем, ради чего проводили данное исследование. По существу, на этом этапе уровни показателей тенденции закономерности факторы Количественно-аналитический (эмпирический) аспект исследования. Итак, структуризация научной проблемы как системы начинается с формирования рассмотренных трех аспектов, которые далее структурируются с дифференциацией по подсистемам для исследования их взаимосвязей и установления общей логико-иерархической структуры исследования.

Каждая подсистема может подвергаться дальнейшей декомпозиции с вычленением новых подсистем нижнего уровня, например с детализацией по культурам, видам про-дукции, по годам в динамике и т. д.

Таким образом, структура проблемы разветвляется по категориям, этапам исследования, направлениям и методам анализа. Более того, с точки зрения системного подхода сами научные категории можно рассматривать как многослойные понятия с иерархической структурой. Например, общее понятие издержек, присущее любой общественной системе на любом этапе ее развития; с появлением товарного производ-ства они проявляются в категории стоимости, которая, в свою очередь, проявляет себя на рынке через цену, в основе которой лежит себестоимость продукции, складывающаяся из конкретных элементов затрат, т. е. формируется своеобразная иерархическая структура самой категории.

Каждый элемент структуры исследуется своими специфическими методами. Поэтому можно говорить о системе методов исследования данной проблемы и построить соответствующую иерархическую структуру методов.

Таким образом, структуризация научной проблемы - это системно развернутый план исследования, где последовательность логически взаимосвязанных подсистем и элементов раскручивается в виде логико-иерархической спиральной структуры.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Основы системных исследований

Процесс познания окружающего мира представляет собой последовательно чередующиеся этапы интегрирования. Агрономия – сложная комплексная наука. Ее деятельность направлена на решение ряда основных задач:

1)получение стабильных урожаев сельскохозяйственных культур;

2)сохранение и воспроизводство почвенного плодородия;

3)интегрированная защита растений от болезней, вредителей, сорных растений и др.;

4) создание новых сортов сельскохозяйственных культур, выявление их устойчивости;

5) умение грамотно использовать факторы внешней среды (осадки, температуру, свет, удобрения).

Таким образом, объекты агрономической науки – растения; почва, с населяющими ее микроорганизмами, являются живыми биологическими системами. Урожай сельскохозяйственных растений, есть производное целого комплекса условий внешней среды. Отношение растений к окружающей среде и факторам роста и развития весьма сложное. У каждого сорта, вида, формы культурного растения; почвенного типа, разновидности своя реакция, часто, диаметрально противоположная, как к комплексу, так и к отдельным факторам. С другой стороны, и внешняя среда, представленная самыми разнообразными комбинациями отдельных факторов, необычайно широко варьирует. Отдельные растительные формы, вступая во взаимоотношения с определенной обстановкой, могут дать самые различные реакции на среду.

Вычленение системы из окружающей среды равнозначно разделению на две части – систему и внешнюю по отношению к ней среду. Постоянное взаимодействие системы и среды выражается в обмене веществом, энергией, информацией. Так, засеянное клевером поле севооборота как система испытывает влияние таких факторов внешней среды, как солнечная радиация, выпадающие осадки, обработка пестицидами. В свою очередь, совокупность растений данного поля оказывает влияние на среду, поглощая и выделяя углекислоту и кислород, питательные вещества из почвы, поглощая и отражая солнечный свет.

Следовательно, исследование сложных биологических систем следует осуществлять согласно методологии системного анализа.

Система – [лат. Systema – соединенное, составленное из частей] – это относительно обособленная упорядоченная совокупность, обладающих особой связью, целенаправленно и целесообразно взаимодействующих элементов, способных реализовывать заданные целевые функции, способствующих сохранению целостности системы.

При системном анализе, изучаемый объект рассматривается как определенное множество элементов, взаимосвязь которых обусловливает целостные свойства этого множества. Основной акцент делается на выявлении многообразия связей и отношений, имеющих место, как внутри исследуемого объекта, так и в его взаимоотношениях с внешним окружением (средой).

Анализируя биологические объекты, следует учитывать, что они являются вероятностными (стохастическими) системами. Это системы, в которых последовательность событий носит вероятностный характер: при одних и тех же воздействиях на вход в систему, мы получаем различные реакции на выходе.

Стохастический – [фр. Stochastique, нем. Stochastisch < греч. stochasis - догадка] – случайный, происходящий с вероятностью, которую невозможно предсказать.

Например, в эксперименте с использованием удобрений, внося одинаковые дозы вещества, получают разные результаты на различных делянках, хотя условия были максимально выровнены. Поведение вероятностных систем предсказать невозможно, оно предсказуемо лишь с определенной вероятностью (p).

Цель системного анализа – правильно сформулировать и структурировать научную проблему (исследование в целом), превратить сложную задачу в серию более простых задач (экспериментов), методы решения которых известны.

Поскольку на объекты агрономических исследований действует большое число факторов и необходимо знать результаты этих воздействий на выходные показатели, а также реакцию системы на них, прибегают к факторному эксперименту.

Планирование эксперимента

Эксперимент как основа точного исследования в биологии. Биологический эксперимент и теория

Экспериментальный метод имеет ряд принципиальных особенностей, которые превращают биологическое знание, полученное с его помощью, в строго доказательное, теоретически и практически наиболее эффективное. Интенсивное применение экспериментального метода позволило поднять биологическое исследование на ступень точной науки и сделать его весьма эффективным в практическом плане.

Эксперимент – это сложное наблюдение, характер которого определяется не только зависимостью от развивающихся технических средств, но и самой природой, спецификой взаимодействия между познающим субъектом и объектом наблюдения и познавания. Эксперимент означает активное вмешательство человека в дела природы, целенаправленное испытание исследуемых объектов. «Опыт, писал И.П. Павлов, как бы берет явления в сои руки и пускает в ход то одно, то другое и таким образом в искусственных, упрощенных комбинациях определяет истинную связь между явлениями. Иначе говоря, наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что он хочет».

Активное целенаправленное испытание и наблюдение результатов этого испытания достигаются в эксперименте с помощью целого комплекса разнообразных приемов и средств, прежде всего, путем изоляции изучаемых явлений от нарушающих влияний.

В итоге исследователь получает возможность рассматривать явления «при условиях, обеспечивающих ход процесса в чистом виде», т.е. наблюдать его наиболее типичные варианты, позволяющие с большой степенью достоверности судить о сущности изучаемых явлений.

В биологической науке изоляция от нарушающих влияний и выявление условий, при которых объект функционирует в «чистом виде», получают все большее применение именно в связи с развитием экспериментальных исследований. Преимущество эксперимента состоит в его необычайной вариабельности: с его помощью исследователь может изучать явления в самых разнообразных условиях, по своему желанию варьировать эти условия, вводить в них новые факторы, усложняющие или упрощающие течение изучаемого процесса. Путем планомерного варьирования условий добивается точного вывода относительно причин того или иного явления, причем точность вывода подтверждается возможностью воспроизведения изучаемого явления в искусственно создаваемых условиях.

Биологический эксперимент путем варьирования условий позволяет не только весьма точно определять характер детерминирующих воздействий на исследуемый процесс, но и ускорять или замедлять и тем самым делать доступными для изучения процессы, которые в естественном состоянии протекают либо крайне медленно, либо слишком быстро, чтобы их можно было в достаточной мере полно зафиксировать с помощью простого наблюдения. Варьирование условий в экспериментальном биологическом исследовании дополняется варьированием объектов, зависящих от этих условий, разделением на части, выделением в них сторон, интересующих экспериментатора, и их изучением in vivo или in vitro. Огромным преимуществом эксперимента по сравнению с простым наблюдением является также то, что изучаемые явления, в которых они исследуются, можно многократно повторять и, следовательно, основывать выводы и обобщения на большой серии наблюдений, исключающей случайные ошибки. Эксперимент в биологии позволяет ставить изучаемое явление в строго контролируемые условия. На этой основе биологическая наука стремится найти не только качественные характеристики закономерностей функционирования живых систем, но и их количественное, математическое выражение.

Осуществляемые в итоге сложной предварительной исследовательской работы эксперименты имеют дело уже не просто с предметами природы как таковыми, но с теоретически и фактически расчлененными объектами исследования, представляющими перед экспериментатором в «чистом виде», определенными изолированными сторонами, в которых наиболее отчетливо обнаруживаются процессы и явления, подлежащие изучению.

Наряду с отмеченной близостью эксперимента и абстрагирующей деятельности мышления существенное значение для правильного понимания сущности эксперимента имеет то обстоятельство, что он самым непосредственным образом связан с практикой, материальной деятельностью людей. От степени развитости производства существенно зависит, как известно, прежде всего техника экспериментирования. В свою очередь это влияет не только вообще на познавательные возможности экспериментального метода, но и на достоверность, так сказать «чистоту», тех результатов, которые получают в данных условиях.

Непосредственный эксперимент, или опыт, поставленный с целью проверки той или иной гипотезы, иногда может иметь решающий характер для этой гипотезы. Однако чаще всего, поскольку биология все больше имеет дело с очень сложными системами, необходима целая серия опытов, осуществляемых в разных условиях и создающих различные контролируемые ситуации. Опыт может ставиться не только для подтверждения гипотезы, но и для ее опровержения (отрицательный эксперимент). Кроме того, опыт (или их серия), осуществляемый с целью проверки какой-либо гипотезы, может иметь решающее значение по отношению не только к этой гипотезе, но и к целому комплексу знания, имевшемуся ранее в науке. Примером могут служить все великие открытия, которые буквально переворачивали прежние научные знания и определяли принципиально новые пути его развития. Это относиться, в частности, к таким эпохальным для биологии исследованиям, как разработка и экспериментальное доказательство теории эволюции, клеточной теории, рефлекторной теории высшей нервной деятельности, теории генетического кода и т.д.

Заключительным звеном экспериментального исследования является теоретическое осмысление и обобщение результатов непосредственного экспериментирования. В ходе теоретического обобщения исследуемый объект как бы восстанавливается во всей его конкретности и многообразии связей отдельных сторон, выделенных в эксперименте в «чистом виде», искусственно изолированных и расчлененных. Обобщение данных эксперимента, их соотнесение с исходными предположениями создают основу для последующих теоретических и экспериментальных исследований, ведущих к установлению научных законов, объясняющих явления природы и служащих практическим потребностям людей.

Таким образом, экспериментальный метод структурно расчленяется на ряд тесно взаимосвязанных звеньев.

Современная биология уже создала солидный «теоретический задел», который, будучи приведен в движение, обеспечивает возможность и необходимость планомерных экспериментов, опирающихся на строгое теоретическое предвидение, но исключающих, однако, элемента случайности, неожиданных экспериментальных открытий, которые лишь подтверждают правила и могут иметь место в связи с ним.

Интенсивное использование разных вариантов физико-химических методов исследования тесно сопряжено с повышением роли математики. Во-первых, математические методы оказываются необходимым инструментом в процессе обработки многообразных данных эксперимента, который в связи с проникновением в глубинные основы жизни имеет дело со все более расширяющимся и усложняющимся количеством компонентов, подлежащих строгому учету, гарантирующему достоверность и точность получаемых выводов. Во-вторых, математические методы могут использоваться как самостоятельное средство исследования биологических процессов.

В современной биологии значительное применение получили многие математические методы. Это относиться, в частности, к методам математической статистики, теории вероятностей. Использование этих методов весьма эффективным оказывается, например, в генетике и других отраслях биологической науки, где исследователь имеет дело со статистическими закономерностями и должен учитывать массу переменных величин, объективно случайных событий, не укладывающихся в рамки «твердого», однозначного причинно-следственного отношения.

На основе развития точного эксперимента в биологии стали возможны принципиально новые подходы к изучению биологических процессов, новые пути научного исследования. Речь идет, прежде всего, о кибернетическом моделировании, получившим интенсивное и чрезвычайно интересное применение в биологии.

Экспериментальные методы широко используются как в науке, так и в промышленности, однако нередко с весьма различными целями. Обычно основная цель научного исследования состоит в том, чтобы показать статистическую значимость эффекта воздействия определенного фактора на изучаемую зависимую переменную. В условиях промышленного эксперимента основная цель обычно заключается в извлечении максимального количества объективной информации о влиянии изучаемых факторов на производственный процесс с помощью наименьшего числа дорогостоящих наблюдений. Если в научных приложениях методы дисперсионного анализа используются для выяснения реальной природы взаимодействий, проявляющейся во взаимодействии факторов высших порядков, то в промышленности учет эффектов взаимодействия факторов часто считается излишним в ходе выявления существенно влияющих факторов.

Экспериментальные методы находят все большее применение в промышленности для оптимизации производственных процессов. Целью этих методов является поиск оптимальных уровней факторов, определяющих течение процесса производства. В рассмотренных примерах мы познакомили вас с основными типами планов, обычно используемыми в промышленности: планами 2^** (k-p) (двухуровневыми многофакторными планами), отсеивающими планами для большего числа факторов, планами 3^** (k-p) (трехуровневыми многофакторными планами), смешанными 2-х и 3-х уровневыми планами, центральными композиционными планами (или планами поверхности отклика), планами на латинских квадратах, робастными планами Тагучи, планами для смесей, а также специальными процедурами для проведения экспериментов на поверхностях с ограничениями. Интересно, что многие из этих методов прошли путь от заводских цехов до кабинетов менеджеров и аналитиков, зарекомендовав себя в задачах планирование прибыли в бизнесе, управления финансовыми потоками в банковском деле и многих других

Практическая направленность эксперимента. Эксперимент является фундаментальной базой естествознания, наиболее эффективным и действенным средством познания. Для современного эксперимента характерны три основные особенности:

1) возрастание роли теории при подготовке к эксперименту (все чаще эксперименту предшествует теоретическая работа большой группы ученых);

2) сложность технических средств эксперимента, состоящих из многофункциональной электронной аппаратуры, прецизионных механических устройств, высокочувствительных приборов и т.п.;

3) масштабность эксперимента (некоторые экспериментальные объекты представляют собой сложнейшие сооружения крупных масштабов, строительство и эксплуатация которых требует больших финансовых затрат).

Любой эксперимент базируется на взаимодействии субъекта с исследуемым объектом и часто включает операции наблюдения, приводящие не только к качественным, описательным, но и количественным результатам, требующим дальнейшей математической обработки. С этой точки зрения, эксперимент – разновидность практического действия, предпринимаемого с целью получения знания. В процессе экспериментального исследования в контролируемых и управляемых условиях изучаются многообразные явления и свойства объектов природы. Основная задача эксперимента заключается в проверке гипотез и выводов теорий, имеющих фундаментальное и прикладное значение. Являясь критерием естественнонаучной истины, эксперимент представляет собой основу научного познания окружающего мира.

Хотя эксперимент и наблюдение относятся к эмпирическим формам естественнонаучного познания, между ними есть существенное различие: эксперимент – преобразующая внешний мир деятельность человека, а наблюдению свойственны черты созерцательности и чувственного восприятия исследуемого объекта. В экспериментальной работе при активном воздействии на исследуемый объект искусственно выделяются те или иные его свойства, которые являются предметом изучения в естественных либо специально созданных условиях.

В процессе естественнонаучного эксперимента часто прибегают к физическому моделированию исследуемого объекта и создают для него различные управляемые условия. Для этого наряду с моделирующим объектом изготавливаются специальные установки и устройства: барокамеры, термостаты, магнитные ловушки, ускорители и т.п., - обеспечивающие сверхнизкие и сверхвысокие температуры и давления, вакуум и другие условия. В некоторых случаях моделирование – единственно возможное средство для эксперимента.

Многие экспериментальные исследования направлены не только на достижение естественнонаучной истины, но и на отработку технологий производства новых видов разнообразной продукции, что еще раз подчеркивает практическую направленность эксперимента как непосредственного способа отработки и совершенствования любого технологического цикла.

Экспериментальные средства по своему содержанию не однородны, их можно разделить на три основные, функционально отличающиеся системы:

1) систему, содержащую исследуемый объект с заданными свойствами;

2) систему, обеспечивающую воздействие на исследуемый предмет;

3) сложную приборную измерительную систему.

В зависимости от поставленной задачи данные системы играют разную роль. Например, при определении магнитных свойств вещества результаты эксперимента во многом зависят от чувствительности приборов. В то же время при исследовании свойств вещества, не встречающегося в природе в обычных условиях, да еще и при низкой температуре, все системы экспериментальных средств одинаково важны.

Чем сложнее экспериментальная задача, тем острее проблема повышения достоверности полученных результатов. Можно назвать четыре пути решения данной проблемы:

1) многократное повторение операций измерений;

2) совершенствование технических систем и приборов, повышение их точности, чувствительности и разрешающей способности;

3) более строгий учет основных и неосновных факторов, влияющих на исследуемый объект;

4) предварительное планирование эксперимента, позволяющее наиболее полно учесть специфику исследуемого объекта и возможности приборного обеспечения.

Чем тщательнее предварительно проанализированы все особенности исследуемого объекта и управляемые внешние условия, чем чувствительнее и точнее приборы, тем достовернее экспериментальные результаты.

Современная наука использует разнообразные виды эксперимента. В сфере фундаментальных исследований простейший тип эксперимента – качественный эксперимент, имеющий целью установить наличие или отсутствие предполагаемого теорией явления. Более сложен измерительный эксперимент, выявляющий количественную определенность какого-либо свойства объекта. Еще один тип эксперимента, находящий широкое применение в фундаментальных исследованиях, так называемый мысленный эксперимент. Относясь к области теоретического знания, он представляет собой систему мысленных, практически не осуществимых процедур, проводимых над идеальными объектами. Будучи теоретическими моделями реальных экспериментов, ситуаций, мысленные эксперименты проводятся в целях выяснения согласованности основных принципов теории.

При эксперименте ведутся также наблюдения, строгий учет измененных условий и учет результата. По сравнению с простым наблюдением эксперимент имеет следующие преимущества:

1. Исследователь сам вызывает нужное ему явление, не дожидаясь, когда оно наступит. Он может создавать искусственную засуху, низкие температуры и воздействовать ими на растения. Без эксперимента исследователю пришлось бы выжидать годами явлений засухи, сильного мороза и наблюдать действие их на растения.
2. Экспериментатор может расчленять явления, создавать сопутствующие условия, управлять ими, глубже изучать явления, причины и следствия и поэтому лучше понимать взаимосвязи. Благодаря этим преимуществам эксперимент является наиболее совершенным приемом исследования.
3. Эксперимент всегда включает несколько вариантов – проб, которые сравниваются между собой; из сопоставления их делают заключения – выводы. Подобными экспериментами при помощи водных культур решили вопрос о необходимости для растений тех или иных минеральных элементов.

К.А. Тимирязев, говоря о Пастере, писал, что 40 лет экспериментальной работы Пастера дали для теории и практики столько сколько, не могли дать раньше 40 веков.

Образцом экспериментального исследования могут служить работы Д.Н. Прянишникова, его исследования о взаимодействии растений, почвы и фосфоритов. До этих работ вопрос о пригодности сырых фосфоритов был очень запутан, так как фосфоритные удобрения то давали эффект, то нет. Д.Н. Прянишников своими экспериментами показал, что есть растения, которые благодаря выделениям своих корней способны питаться сырыми фосфатами, а другие нет. К первым относятся люпин, гречиха, горчица, ко вторым хлебные злаки, сахарная свекла и другие корнеклубнеплоды.

С позиции теории познания, между наблюдением и экспериментом есть принципиальная разница: наблюдение отражает внешний мир, идет извне в нашу психику – мозг; оно главным образом описывает, фиксирует факты в нашей психике; на основе их мышление создает то, что называют опытом человека, т.е. совокупность усвоенных знаний, умения, навыков.

Эксперимент (но не опыт) идет из нашего сознания, из мозга. Он как бы гипотеза, ищущая проверки фактами, практикой, действительностью. Эта проверка осуществляется экспериментом в лабораториях, на заводе, в поле и т. д., вне нас и снова в виде наблюдений из эксперимента возвращается в нашу психику.

Таким образом, эксперимент отражает наши умозаключения, рабочие гипотезы и проверяет их искусственным испытанием. В этом заключается принципиальное отличие эксперимента от простого наблюдения.

Понятие и термин «планирование опытов» появилось в середине 20 века. Вопросы, подлежащие в настоящее время рассмотрению при планировании полевого опыта, ранее входили как элементы более широкого круга вопросов, составляющих то, что называлось методикой полевого опыта. Разработка теории планирования экспериментов в значительной мере расширила возможность экспериментального изучения исследуемых явлений. Опыты стали многофакторными, что позволяет определять как эффективность каждого фактора в отдельности, так и эффекты их взаимодействия или взаимосвязи. В целом благодаря новым методам планирования и анализа результатов опытов появилась возможность поднять информативность экспериментов на более широкий уровень.

В теории планирования экспериментов, так же как и во всякой другой теории, во избежание неопределенностей и возможных двусмысленностей необходимо иметь достаточно строгое определение исходных положений.

К основным видам задач, решаемых при планировании эксперимента, относятся:

1. планирование оптимального эксперимента
2. анализ результатов эксперимента

Для решения задач первого вида имеется несколько подходов, реализованных в соответствующих планах экспериментов, основную идею которых можно выразить следующим образом. В общем случае, цель экспериментатора состоит в получении наиболее несмещенной (или наименее смещенной) оценки эффекта фактора вне зависимости от установок других факторов. Более точно, вы пытаетесь построить планы, в которых главные эффекты не смешаны друг с другом, а может быть даже и с взаимодействиями факторов.

Планирование опытов является важной и ответственной частью работы исследователя, обеспечивающей решение поставленной задачи с заданной точностью.

Под планированием эксперимента часто понимается выбор числа опытов и условий их проведения, необходимых и достаточных для решения данной задачи

Планирование опытов является важной и ответственной частью работы исследователя, обеспечивающей решение поставленной задачи с заданной точностью.

Следует знать, что планирование сельскохозяйственного эксперимента необходимо реализовывать через два основных подхода:

1)Научно-терминологический;

2)Математический (кибернетический)

НАУЧНО-ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД

Рассмотрим сущность научно-терминологического подхода. В этом случае планирование исследования – целый ряд последовательных этапов работы:

І – подготовительный:

1. Выбор объекта, предмета, темы исследований, исходя из персональных интересов и производственно-экономической необходимости;

2. Постановка вопросов по избранной теме и выявление проблемной ситуации;

3. Анализ литературных источников (в т.ч. критический) по выбранной теме;

4. По результатам литературного обзора уточняется проблемная ситуация, знаковой (языковой) формой обобщения которой является научная проблема. Итак, формулировка научной проблемы;

5. Выдвижение рабочих гипотез;

6. Формулировка цели и задач исследования;

7. Формирование программы исследования:

а) составление схемы опыта (эксперимента);

б) установление места и сроков проведения исследования;

ІІ – проведение исследования:

8. Осуществление наблюдений, экспериментов

- проведение химических анализов, измерений и т.п.;

- предварительное сравнение предлагаемых гипотез с данными эксперимента;

- фиксация необходимых данных опыта (описание) в специальных лабораторных журналах, тетрадях;

ІІІ – обработка опытных данных:

9. Общий анализ данных опыта, их статистическая обработка,

- интерпретация, сравнение и обобщение;

- установление новых фактов, обоснование или опровержение исследуемых гипотез;

- формулирование нерешенных вопросов и обнаружение трудностей, ведущих к постановке новых задач;

10. Оформление результатов научной работы в виде статей, тезисов, проектов, отчетов, выступлений на конференциях и т.п.

! Остановимся более подробно на представленных выше этапах научного исследования (полевого опыта, эксперимента).

Формулировка основных элементов подготовительного этапа

Выбор объекта

Объект исследования - явление, предмет, на который направлена чья-либо деятельность или внимание; представляет собой знание, порождающее проблемную ситуацию, объединенное в конкретном понятии. Например, основные объекты сельскохозяйственных исследований: почва, растение, агротехнические приемы.

Выделение предмета

Предмет исследования – это определенная сторона объекта, обусловленная целями и задачами исследования и выраженная в знаковых формах данной науки. В отличие от объекта, предмет изучения выделяется и формируется исследователем. Именно предмет определяет тему эксперимента.

Выбор и формулировка темы

Тема исследований – должна быть четко сформулирована, отражать сущность исследования и во многом определяться целью. Выбор темы должен определяется интересами ученого, и отвечать потребностям производства.

Основные правила формулировки темы:

Найдите тему достаточно конкретную, позволяющую вам освоить разумный объем информации по ней: не «Удобрения в почве», а, например, «Влияние доз удобрений на урожайность озимой ржи». Как правило, тема слишком широка, если ее можно сформулировать в трех-пяти словах (первый пример).

Ее необходимо сузить, добавив слова и словосочетания особого рода: описание, влияние, столкновение, разработка, формирование (второй пример)

Постановка вопросов и выявление проблемной ситуации

Проблемная ситуация в широком смысле – это совокупность отношений между необходимостью и возможностью возникновения нового научного знания. Ее особенность – указанные отношения приобретают форму противоречия. С одной стороны, достигнутый объем и уровень научного знания, с другой, необходимость и невозможность на его основе описать и объяснить вновь открытые явления.

«Увидеть» проблемную ситуацию непросто. Для этого нужно убедиться в ее расхождении с предшествующими знаниями и ощутить возможности снятия этого противоречия. Лучший способ выяснить, что вы знаете о той или иной теме – «обстрелять» ее вопросами. Если вопрос, который вызывает интерес, найден, тогда вы обязаны задать более серьезный вопрос: Почему этот вопрос должен захватить также моих читателей/слушателей? Что делает его достойным того, чтобы его задать?

Анализ литературных источников

Во избежание дублирования необходимы сбор и критический анализ информации о состоянии изученности исследуемой проблемы, имеющейся в научной литературе. В этот период исследователь «вчерне» прикидывает соотношение известных и неизвестных сведений. На основании литературных данных у экспериментатора вырабатывается четкое отношение к ранее известным фактам, окончательно формируется отношение к идеям и гипотезам авторов информации.

Изложение научной проблемы

Научная проблема

– вид научной задачи, которая должна решить противоречие между необходимостью в новых знаниях и невозможностью их получения на базе существующих.

Как ставить и формулировать научные проблемы?

Практические и исследовательские проблемы имеют одну и ту же фундаментальную структуру и состоят из двух частей:

1. Ситуация, или условие

2. Ущерб, нежелательные следствия, который вы не хотите нести.

Отличает их - природа условий и ущерба.

Для того чтобы сформулировать практическую проблему, вы должны очертить обе ее части:

ее условие: Я не успел на автобус.

ущерб от этого условия, который делает вас несчастным:

- Я опоздаю на работу и могу потерять место. !!! Ваши читатели/слушатели будут судить о значимости проблемы по связанному с ней ущербу не для вас, а для них. Поэтому вы обязаны очертить проблему с их точки зрения. Чтобы сделать это, вообразите: когда вы ставите условие вашей проблемы, ваши читатели/слушатели отвечают: Ну и что?

Условие исследовательской проблемы – это всегда тот или иной вариант вашего незнания или непонимания чего-то. Здесь подчеркивается ценность вопросов. Они заставляют вас задуматься о том, чего вы не знаете или не понимаете, но хотите узнать или понять.

Ущерб от исследовательской проблемы – это что-то еще, чего мы, или, что важнее, наши читатели, не знаем или не понимаем, но что является более значимым, более существенным, чем неведение или заблуждение, определяемое условием. Это тоже можно выразить в виде вопроса.

Под проблемой также понимают сложную перспективную научную задачу, которая охватывает значительную область исследования. Экономический эффект от решения задачи иногда можно определить только ориентировочно, так цель работы более общая – сделать открытие, научные выводы, обеспечивающие ускорение процесса общественного производства.

Проблема может состоять из ряда тем. Тема это научная задача в определенной области исследования. Результаты решения имеют не только теоретическое, но и, главным образом, практическое значение, поскольку можно сравнительно точно установить ожидаемый экономический эффект.

Постановка (выбор) проблем включает в себя ряд этапов:

1) формулирование проблем. На основе анализа и с учетом направления исследования формулируют основную проблему и определяют в общих чертах ожидаемый результат.

2) разработка структуры проблемы. Выделяют темы, подтемы, вопросы. Композиция этих компонентов должна составлять «древо» проблемы. По каждой теме выделяют ориентировочную область исследования.

3) обоснование актуальности проблемы. Н основе анализа методом последовательного приближения отстаивают реальность, перспективность и своевременность изучения данной темы.

Проблемная ситуация – это прежде всего познавательная ситуация, выражающаяся в невозможности объяснить имеющиеся факты в рамках существующего знания. Путь к научному открытию начинается с обнаружения проблемной ситуации, проходит через ее формулировку, завершается разрешением этой ситуации. Результаты предшествующей деятельности зафиксированы в «знании о незнании» в виде определенных гносеологических рецептах, методах, теоретически наработанных приемах познания. Поэтому ученые подходят к проблемной ситуации критически: прежде, чем возникает возможность разрешить ее, они тратят значительные усилия на пересмотр основания самой возникшей проблемы. Не носит ли она надуманный характер, не является ли просто результатом неполноты знаний данного исследователя. Здесь ведется поиск объективных оснований проблемной ситуации. Именно через разрешение проблемной ситуации, на которое направлена исследовательская деятельность, ученый постигает сущность объективно реальных процессов бытия и мышления. В объективной природе проблемной ситуации следует искать первооснову, «толчок» к появлению новых идей и представлений. Увидеть проблемную ситуацию не просто. Для этого нужно убедиться в ее расхождении с предшествующими знаниями и ощутить возможности снятия этого противоречия, что требует от исследователя высокого интеллектуального взлета. Таким образом, начиная разрешать проблемную ситуацию, ученый высказывает некоторые предположения о способах и результате разрешения, которые формулируются в гипотезах.

Проблемная ситуация – это фундамент формирования научной гипотезы.

Выдвижение рабочей гипотезы

При решении научных проблем часто не хватает эмпирических фактов, поэтому исследователь, опираясь на свои знания, делает предположения, догадки. Это можно выразить в виде следующей схемы:

Решая научную проблему, гипотеза выполняет две основные функции:

формы специфического научного знания;

особого приема, или метода научного познания

Научная гипотеза – это форма вероятностного научного знания в виде предположений, догадок или предсказаний о существовании неизвестных ранее явлений, скрытых причинах их возникновения, закономерных связях и отношениях.

Гипотеза (греч. – основание, предположение), то что лежит в основе, причина или сущность. Первоначальный смысл термина гипотеза вошел в содержание понятия научная гипотеза, выражающего предположительное суждение о закономерной связи явлений. По выражению Канта, гипотеза это не мечта, а мнение о действительном положении вещей, выработанное под строгим надзором разума. Являясь одним из способов объяснения фактов и наблюдений, гипотеза чаще всего создается по правилу: то что мы хотим объяснить, аналогично тому, что мы уже знаем. Любая научная гипотеза начинается с познавательного вопроса. Вопрос выражает потребность познания – перейти от незнания к знанию, и возникает тогда когда для ответа на него уже имеются некоторые данные – факты, вспомогательные теории или гипотезы. В этом смысле, научная гипотеза по своей гносеологической роли является связующим звеном между знанием и незнанием.

Роль гипотезы в научном исследовании

1. Обобщение результатов наблюдений и эксперимента

2. Упрощение допущений или рабочих гипотез, позволяющих перейти от идеальных объектов теории к эксперименту

3. Интерпретация полученных обобщений или других гипотез, защита теории или основной гипотезы от противоречащих новых опытных данных.

Таким образом, гипотеза является важным орудием для исследования явлений природы, так как наводит на новые открытия, но в то же время, будучи знанием, только более или менее вероятностным, она требует проверки по наблюдениям действительности.

Формулировка цели и задач

Цель – это то, что предполагается получить по окончании работы, итоговый результат исследовательской деятельности.

Основные требования к формулируемой цели:

1) Должна быть проверяема, конечна. Поэтому в качестве цели не может быть заявлен процесс, который развивается бесконечно.

2) Цель не должна вступать в противоречие со средствами своего достижения.

3) Выдвигаемая проблемой цель должна удовлетворять требованию последовательности.

4) Постановка цели должна предполагать наличие надежного способа проверки достигнутого результата.

Основные задачи отражают последовательность достижения цели: таким образом, задачи – это то, что необходимо сделать, чтобы получить намеченный результат (проанализировать литературу, сопоставить, измерить, сравнить, оценить …)

Составление схемы эксперимента

Схема однофакторного опыта представляет собой последовательность вариантов – градаций изучаемого в опыте фактора. Например, вида удобрений:

Схема опыта может выглядеть следующим образом:

Варианты

1. Без удобрений (контроль);

2. Мочевина;

3. Аммиачная селитра;

4. Сульфат аммония.

В многофакторном эксперименте изучается не только действие, но и взаимодействие нескольких изучаемых факторов, поэтому схема такого опыта должна предусматривать все возможные комбинации вариантов, а также их взаимодействие. Схема многофакторного или полного факториального эксперимента в отличие от однофакторного обладает рядом важных преимуществ.

Испытание различных сочетаний факторов дает возможность выявить влияние каждого из них в различных условиях, создаваемых изменением других факторов, а также получить надежные данные для практических рекомендаций.

При планировании схем опытов следует учитывать, что варианты могут различаться как качественно (опыты по изучению способов обработки почвы, предшественников, различных форм минеральных удобрений или пестицидов), так и количественно (опыты с различными нормами посева семян, дозами удобрений, нормами расхода пестицидов). Поэтому, планируя опыт, необходимо качественные и количественные градации факторов рассматривать с позиции их влияния на изучаемый объект – растение, почву, вредителей, возбудителей болезни, сорняки.

Планирование полных факториальных систем облегчается использованием специальной символики (кодирования) вариантов. В этом случае изучаемые факторы обозначают заглавными латинскими буквами А, В, С, D и т.д. Кодирование позволяет все разнообразие схем многофакторных опытов свести к ряду стандартных таблиц, которые называют матрицей планирования. Число столбцов в таблице соответствует числу факторов, а число строк – числу вариантов. Составление матриц планирования значительно облегчает работу исследователя при непосредственной закладке полевого опыта.

Примером такой матрицы может быть следующий вариант (табл. 1).

Таблица 1 – Матрица планирования двухфакторного полевого опыта



Таким образом, в опыте будет изучаться 4 варианта. В качестве образца приводим возможную схему опыта при исследовании влияния способа обработки почвы (фактор А) и сроков сева (фактор В) на урожайность яровой пшеницы (табл. 2).

Таблица 2 – Матричная схема двухфакторного полевого опыта



Окончательная схема опыта:

Варианты:

1. Отвальная вспашка – посев 15 мая (контроль);

2. Отвальная вспашка – посев 25 мая;

3. Безотвальная вспашка – посев 15 мая;

4. Безотвальная вспашка – посев 25 мая.

По фактору А изучается влияние двух градаций – способ обработки почвы. По фактору В изучается влияние сроков сева – 15 и 25 мая.

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ПОДХОД

(КИБЕРНЕТИЧЕСКИЙ)

Математический подход в планировании эксперимента определяет условия оптимального проведения исследования. Для этого используют математические методы при подготовке и проведении опытов, что позволяет исследовать и оптимизировать сложные системы и процессы, обеспечить высокую эффективность эксперимента и точность определения изучаемых фактов.

При анализе характера взаимодействия системы и среды чрезвычайно удобным и плодотворным оказался принцип «черного ящика», позволяющий исследовать процесс функционирования биологической системы. Среда оказывает вещественные, энергетические и информационные воздействия на систему через соответствующие элементы системы, которые называются вхoдами системы, а факторы внешней среды, осуществляющие воздействия, входными параметрами.

Система, в свою очередь, оказывает влияние на среду через определенные элементы, образующие выход системы, а факторы, определяющие воздействие системы на среду, соответственно, выходными параметрами или реакциями системы на соответствующие импульсы на входе (рис.4).


Рис. 4 Кибернетическая модель объекта исследования

Принцип заключается в том, что любая система мысленно рассматривается как некий «черный ящик», и при этом наблюдателю доступны только входные и выходные величины, а внутреннее устройство, структура системы неизвестны. С точки зрения науки кибернетики сущность происходящего внутри черного ящика не интересуют наблюдателя, однако, если не изучать организацию «черного ящика», то полученная модель останется феноменологической (на уровне фактических данных) и не вскроет внутреннюю организацию исследуемого объекта. Рассмотрим эту кибернетическую модель на следующем примере.

Итак, на входе системы мы наблюдаем некоторые импульсы. Так, для вегетирующего растения входными величинами (факторами окружающей среды) являются солнечная радиация, температура окружающего воздуха, наличие диоксида углерода и кислорода, почвенной влаги, растворенных в ней элементов минерального питания. Эти входные параметры оказывают воздействие на систему «растение» через соответствующие элементы системы, образующие вход: хлоропласты листьев (ассимилирующие углекислоту из воздуха и осуществляющие фотосинтез), корневые волоски (всасывающие почвенную влагу с растворенными в ней питательными веществами), покровные ткани всего растения (испытывающие механические, термические, химические и другие воздействия среды). Выходными величинами системы «растение» являются факторы, определяющие нарастание органической массы, плодоношение, выделение кислорода при фотосинтезе и диоксида углерода в процессе дыхания.

Полный факторный эксперимент содержит выбор математической модели, построение плана, расчет коэффициентов регрессии и оценку их значимости, анализ решений. Функцию отклика, как правило, задают уравнением регрессии.

Функция отклика – математическая модель объекта исследования, связывающая параметры оптимизации с факторами. Коэффициенты регрессии рассчитывают по результатам эксперимента. Чем больше численное значение коэффициента, тем сильнее влияет данный фактор на процесс. Знак при коэффициенте указывает на направление изменения функции: плюс – на увеличение, минус – на уменьшение.

Математическая постановка задачи планирования эксперимента: найти зависимость у (урожайность) от нескольких переменных: x1 – элементы питания; x2 – орошение; x3 – срок посева.

Y = f(x1; x2 ;x3)

f(x) – параметр оптимизации;

x1… xn – факторы;

x1(a, b, c)… xn – a, b, c – уровни, градации факторов;

Задача – выяснить, какой фактор или их сочетание наиболее эффективно для получения оптимального урожая.

Структуру «черного ящика» представляем в виде уравнения регрессии:

Y = b₀ + b₁x₁ +b₂x₂ + … + b_nx_n

b – коэффициент регрессии

Решение задачи сводится к нахождению b. Эти коэффициенты определяются методом регрессионного анализа.





ЗАДАНИЕ 1

1)Из предложенного перечня заданий выберите два опыта, затрагивающие ваши интересы.

2)Согласно приведенной выше схеме напишите:

- объект и предмет исследования;

- тему опыта;

- проблемную ситуацию и сформулируйте научную проблему*;

* этот раздел необходимо проработать по литературным материалам в библиотеке и представить преподавателю в течение семестра

- рабочую гипотезу;

- цель и задачи опыта;

- факториальную схему опыта (выделить изучаемые в опыте факторы, их градации, столбиком указать варианты с обозначением контроля).




Задания по теме «Планирование сельскохозяйственного эксперимента»

1. Исследование проводится в условиях подтаежной зоны. В опыте изучается воздействие нормы высева (5; 5,5; 6 млн. всхожих зерен/га) и способы основной обработки почвы (отвальная и плоскорезная) на урожайность озимой ржи. Предшественник – занятый пар. По результатам дробного учета ошибка опыта не должна превышать 1,5%, коэффициент вариации равен 3%.

2. Исследование проводится в условиях открытой лесостепи. В опыте изучается воздействие глубины посева (5 -6, 6-7, 7-8 см) и сроков посева (5, 15, 25 мая) на урожайность яровой пшеницы по паровому предшественнику. По результатам дробного учета ошибка опыта не должна превышать 2,3%, коэффициент вариации равен 4,8%.

3. Исследование проводится в условиях открытой лесостепи. В опыте изучается воздействие доз азотного удобрения (N30 … N90) и нормы высева (4, 5, 6 млн. всхожих зерен/га) на урожайность ячменя. Предшественник – яровая пшеница. По результатам дробного учета ошибка опыта не должна превышать 6,1%, коэффициент вариации равен 15%.

4. Исследование проводится в условиях закрытой лесостепи. В опыте изучается влияние гладкого и голландского способа посадки, а также доз полного минерального удобрения (N30P30K60 ….. N90P90K120) на урожайность картофеля. Предшественник – яровая пшеница. По результатам дробного учета на опытном участке выявлено закономерное варьирование почвенного плодородия, ошибка опыта не должна превышать 1,7%, коэффициент вариации равен 3,8%.

5. Исследование проводится в условиях степной зоны. В опыте изучаются сорта Сельма, Таежник, Саян, Нарымский-943 и способ их посева (узкорядный и рядовой) на урожайность овса. Предшественник – кукуруза. По результатам дробного учета на опытном участке выявлено случайное варьирование почвенного плодородия, ошибка опыта не должна превышать 5%, коэффициент вариации равен 10%.

6. Исследование проводится в условиях закрытой лесостепи. В опыте изучаются число междурядных обработок (1…..5) и способ посева (ширина междурядий: 45см, 90см, 120 см) на урожайность зеленой массы кукурузы. Предшественник – кукуруза. По результатам дробного учета на опытном участке выявлено закономерное варьирование почвенного плодородия, ошибка опыта не должна превышать 2,9%, коэффициент вариации равен 7,3%.

7. Исследование проводится в условиях закрытой лесостепи. В опыте изучаются сроки внесения азотных удобрений (до посева, в качестве подкормки ранней весной, в фазу выхода в трубку) и приемов обработки почвы (отвальная и плоскорезная) на урожайность озимой ржи. Предшественник – ячмень. По результатам дробного учета на опытном участке выявлено закономерное варьирование почвенного плодородия, ошибка опыта не должна превышать 6,4%, коэффициент вариации равен 13,1%.

8. Исследование проводится в условиях лесостепной зоны. В опыте изучаются влияние глубины основной обработки почвы (20…25…30 см) и предшественников (чистый пар, занятый пар, донник) на урожайность яровой пшеницы. По результатам дробного учета на опытном участке выявлено закономерное варьирование почвенного плодородия, ошибка опыта не должна превышать 5,1%, коэффициент вариации равен 9,1%.

9. Исследование проводится в условиях лесостепной зоны на каштановых почвах. В опыте изучаются эффективность орошения и дозы органических удобрений (20, 40, 60, 80 т/га) на урожайность капусты. По результатам дробного учета на опытном участке выявлено случайное варьирование почвенного плодородия, ошибка опыта не должна превышать 2%, коэффициент вариации равен 4%.

10. Исследование проводится в условиях открытой лесостепи. В опыте изучаются способ обработки почвы (отвальная плоскорезная) и глубина основной обработки почвы (16-18, 20-22, 24-26 см) на урожайность яровой пшеницы. По результатам дробного учета на опытном участке выявлено случайное варьирование почвенного плодородия, ошибка опыта не должна превышать 1,7%, коэффициент вариации равен 3,8%.

11. Исследование проводится в условиях степной зоны. В опыте изучаются эффективность предшественников (кулисный пар, кукуруза, смесь многолетних трав) и доз полного минерального удобрения (N30P45K30 ….. N60P70K60) на урожайность яровой пшеницы. По результатам дробного учета на опытном участке выявлено случайное варьирование почвенного плодородия, ошибка опыта не должна превышать 1,9%, коэффициент вариации равен 3,8%.

12. Исследование проводится на производственном опытном участке в условиях лесостепной зоны. В опыте изучаются эффективность бактериальных удобрений (азорицин и ризоагрин) и доз полного минерального удобрения (N30P60K40 ….. N60P120K80) на формирование надземной биомассы ячменя. По результатам дробного учета на опытном участке выявлено закономерное варьирование почвенного плодородия в одном направлении, ошибка опыта не должна превышать 6,1%, коэффициент вариации равен 11,3%.

13. Исследование проводится в условиях закрытой лесостепи. В опыте изучаются эффективность сочетания органических (полуперепревший навоз и солома) и доз полного минерального удобрения (N30P60, P60K40, N60 K60) на формирование надземной биомассы кукурузы. По результатам дробного учета на опытном участке выявлено закономерное варьирование почвенного плодородия в одном направлении, ошибка опыта не должна превышать 3,8%, коэффициент вариации равен 9,3%.

14. Исследование проводится в условиях таежной зоны. В опыте изучаются влияние доз азотных удобрений (N30, N45, N60) и предшественников (клевер, горох + овес, рапс) на урожайность озимой ржи. Почва опытного участка подвержена водной эрозии. По результатам дробного учета ошибка опыта не должна превышать 4,9%, коэффициент вариации равен 10,2%.

15. Исследование проводится в условиях степной зоны. В опыте изучаются глубина плоскорезной обработки (20-22, 25-27 см) в сочетании с гербицидами (ковбой, пума супер) на урожайность яровой пшеницы по чистому стерневому пару. Почва опытного участка подвержена ветровой эрозии. По результатам дробного учета ошибка опыта не должна превышать 4,9%, коэффициент вариации равен 11,8%.

16. Исследование проводится в условиях степной зоны. В опыте изучаются влияние сроков посева (30.04, 6.05, 12.05) и вида обработки (отвальная, минимальная, плоскорезная) на урожайность яровой пшеницы. Почва опытного участка подвержена водной эрозии. По результатам дробного учета на опытном участке выявлено случайное варьирование почвенного плодородия в одном направлении, ошибка опыта не должна превышать 6,8%, коэффициент вариации равен 15,3%.

17. Исследование проводится в условиях степной зоны. В опыте изучаются влияние видов основной обработки почвы (отвальная, плоскорезная) и сроков обработки почвы (15.08, 30.08, 28.04) на запасы продуктивной влаги (мм). По результатам дробного учета на опытном участке выявлено случайное варьирование почвенного плодородия, ошибка опыта не должна превышать 9,5%, коэффициент вариации равен 15,8%.

18. Исследование проводится в условиях лесостепной зоны. В опыте изучаются влияние сроков посева (30.04, 6.05, 12.05) и вида обработки (отвальная, минимальная, плоскорезная) на урожайность яровой пшеницы. Почва опытного участка подвержена водной эрозии. По результатам дробного учета на опытном участке выявлено случайное варьирование почвенного плодородия в одном направлении, ошибка опыта не должна превышать 6,8%, коэффициент вариации равен 15,3%.

19. Исследование проводится в условиях зоны травяных лесов. В опыте изучаются влияние доз минеральных удобрений (N30P60, N45P80) и действия гербицидов (Магнум, Топик, Банвел) на урожайность ячменя. Опытный участок располагается на склоне. По результатам дробного учета ошибка опыта не должна превышать 4,4%, коэффициент вариации равен 9,1%.

20. Исследование проводится в условиях таежной зоны. В опыте изучаются влияние форм азотных удобрений (мочевина, аммиачная селитра, кальциевая селитра) и дозы извести (1, 1,5, 2 т/га по Hг) на биологическую активность дерново-подзолистой почвы. По результатам дробного учета плодородие опытного участка изменяется закономерно в одном направлении, ошибка опыта не должна превышать 5%, коэффициент вариации равен 12%.

21. Исследование проводится в условиях светло-серой лесной почвы зоны травяных лесов. В опыте изучаются влияние доз органических удобрений (10, 20, 30, т/га) и действие известьсодержащих мелиорантов (доломитовая мука, известь – пушонка, белитовая мука) на скорость выделения углекислого газа. Опытный участок располагается на склоне. По результатам дробного учета ошибка опыта не должна превышать 3,8%, коэффициент вариации равен 7,8%.

22. Исследование проводится в условиях закрытой лесостепи. В опыте изучаются сочетание доз фосфорных удобрений (P30, P45, P60) и сроков посева (20.05……30.05) на урожайность овса. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется закономерно в одном направлении, ошибка опыта не должна превышать 1,85%, коэффициент вариации равен 10%.

23. Исследование проводится в условиях открытой лесостепи. В опыте изучается действие мульчирования почвы сидератами и сроки его проведения (15.07……30.07) на запасы продуктивной влаги в почве, мм. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно, ошибка опыта не должна превышать 10,5%, коэффициент вариации равен 14%.

24. Исследование проводится в условиях светло-серой лесной почвы подтаежной зоны. В опыте изучается влияние доз полного минерального удобрения (N30P60K40 ….. N60 P120K80) и нормы высева (2,5, 3,0, 3,5 млн. всхожих зерен) на кормовую ценность и продуктивность ярового рапса. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно, ошибка опыта не должна превышать 2,1%, коэффициент вариации равен 6,3%.

25. Исследование проводится на дерново-подзолистой почве зоны травяных лесов. В опыте изучаются влияние ярового рапса, фацелии и горчицы как компонента занятого пара и сроки их заделки в почву (30.06, 10.07, 30.07) на содержание подвижного органического вещества. Опытный участок располагается на склоне. По результатам дробного учета ошибка опыта не должна превышать 2,6%, коэффициент вариации равен 6,8%.

26. Исследование проводится в условиях светло-серой лесной почвы закрытой лесостепи. В опыте изучаются влияние доз органических удобрений (20, 30, 40 т/га) и глубина плоскорезной обработки почвы (16-18, 25-27 см) на содержание подвижного органического вещества. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно, ошибка опыта не должна превышать 8,4%, коэффициент вариации равен 17%.

27. Исследование проводится в условиях лесостепной зоны. В опыте изучается влияние паровых предшественников (чистый пар, чистый кулисный пар, сидеральный пар) и действие минеральных удобрений (N30P60, P60K40, N60K60) на содержание подвижного органического вещества. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно, ошибка опыта не должна превышать 8,4%, коэффициент вариации равен 17%.

28. Исследование проводится в условиях степной зоны. В опыте изучается влияние орошения и действие доз биогумуса (10, 20, 30 т/га) на урожайность корнеплодов моркови. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно, ошибка опыта не должна превышать 5%, коэффициент вариации равен 10,3%.

29. Исследование проводится в условиях степной зоны. В опыте изучаются влияние глубины основной обработки почвы (14-16, 20-22 см) и вид предшественника (пар, кукуруза, многолетние травы) на урожайность салата. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно, ошибка опыта не должна превышать 3,3%, коэффициент вариации равен 7%.

30. Исследование проводится в условиях степной зоны. В опыте изучается влияние орошения и действие доз биогумуса (5, 10, 15 т/га) на урожайность корнеплодов моркови. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно, ошибка опыта не должна превышать 5%, коэффициент вариации равен 10,3%.

31. Исследование проводится в условиях степной зоны на черноземе южном. В опыте изучается влияние нормы высева (3,0…3,5…4 млн. всх. зерен) и глубины заделки семян (5,0…5,5…6,0 см) на урожайность яровой пшеницы. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно, ошибка опыта не должна превышать 5,4%, коэффициент вариации равен 12,0%.

32. Исследование проводится в условиях таежной зоны. В опыте изучается влияние дозы извести-пушонки (0,5… 1…1,5 т/га) и минеральных удобрений (P30K40, P45K60, P60K80) на биохимическую активность торфяных почв. Опытный участок располагается на склоне. По результатам дробного учета ошибка опыта не должна превышать 6,9%, коэффициент вариации равен 14,0%.

33. Исследование проводится в условиях степной зоны на черноземе южном. В опыте изучается мелиоративные приемы улучшения солонцовых почв: дозы гипса (1,5…2,0…2,5 т/га) и дозы полуперепревшего навоза (10, 20, 30 т/га) на продуктивность столовой свеклы. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно, ошибка опыта не должна превышать 5,2%, коэффициент вариации равен 9,0%.

34. Исследование проводится в условиях лесостепной зоны. В опыте изучается влияние вида обработки почвы (отвальная, плоскорезная, щелевание) и способы посева (рядовой, узкорядный) на урожайность яровой пшеницы. Опытный участок располагается на склоне, почва подвержена ветровой эрозии. По результатам дробного учета ошибка опыта не должна превышать 4,5%, коэффициент вариации равен 8,9%.

35. Исследование проводится в условиях лесостепной зоны. В опыте изучается влияние сроков посева (20.05, 25.05, 30.05) и сортов (Тан-1, Агул, Соболек) на урожайность ячменя. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется закономерно в одном направлении, ошибка опыта не должна превышать 1,7%, коэффициент вариации равен 3,9%.

36. Исследование проводится в условиях закрытой лесостепи. В опыте изучается влияние агротехнических приемов: органические удобрения (корокомпост, опилки) и биопрепаратов (Байкал-ЭМ-1, Сияние) для улучшения структурности почвы, ее аэрации. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется закономерно в одном направлении, ошибка опыта не должна превышать 6%, коэффициент вариации равен 12,3%.

37. Исследование проводится в условиях степной зоны. В опыте изучается вид удобрений (торф, сапропель) и при каком режиме влажности, % от НВ – (60, 45, 30) на продуктивность салата. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно, ошибка опыта не должна превышать 2,8%, стандартное отклонение – 6,1 %.

38. Исследование проводится в условиях открытой лесостепи. В целях борьбы с колорадским жуком на посевах двух сортов картофеля (Адретта, Колпашевский) изучается эффективность инсектицидов (актара, каратэ, актеллик). По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно, ошибка опыта не должна превышать 2,0%, стандартное отклонение – 4,0 %.

39. Исследование проводится в условиях закрытой лесостепи. В опыте изучается действие известкования (1…1,5…3 т/га) и нитрофена на пораженность картофеля возбудителем рака. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется закономерно, ошибка опыта не должна превышать 3,0%, стандартное отклонение – 6,0 %.

40. Исследование проводится в условиях сухой степи. Изучается влияние орошения и различных доз минеральных удобрений (N30P40K40 ….. N60P80K80) на устойчивость к церкоспорозу. По результатам дробного учета участок располагается в зоне подверженности ветровой эрозии. Ошибка опыта не должна превышать 1,6 %, стандартное отклонение – 3,8 %.

41. Исследование проводится в условиях закрытой лесостепи. Необходимо исследовать эффективность гербицидов (Банвел, Логран, Топик) и агротехнического приема – предпосевной культивации (1, 2 обработки) в борьбе с сорной растительностью в посевах ячменя. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется закономерно. Предварительными исследованиями установлено, что ошибка опыта – 2,7 ц/га, стандартное отклонение – 5,1 ц/га.

42. Исследование проводится в условиях открытой лесостепи. Изучается действие гербицидов (Грасп, Магнум, Логран) и сроков посева (20 мая, 25 мая, 30 мая) на урожайность ячменя. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно. Предварительными исследованиями установлено, что ошибка опыта – 2 ц/га, стандартное отклонение – 4,1 ц/га.

43. Исследование проводится в условиях открытой лесостепи. Изучаются воздействие предшественников (кукуруза, многолетние травы, сидератный донниковый пар) и способы внесения двойного суперфосфата (локальный, разбросной) на урожайность яровой пшеницы. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется закономерно. Предварительными исследованиями установлено, что ошибка опыта – 7,1 ц/га, стандартное отклонение – 14,6 ц/га.

44. Исследование проводится в подтаежной зоне. Изучается действие белитовой муки и использование разных видов сидератов (горох+овес, рапс, озимая рожь) на водопрочность почвенных агрегатов дерново-подзолистой почвы. Почва опытного участка подвержена водной эрозии. По результатам дробного учета ошибка опыта – 3,2, стандартное отклонение – 7,0 .

45. Исследования осуществляются в открытой лесостепи на черноземе обыкновенном. Основные используемые в опыте агроприемы: внесение полуперепревшего навоза под основную обработку и внедрение плоскорезной обработки на разную глубину (20-22, 25-27, 30-32 см) для улучшения структурного состояния. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется случайно. Предварительными исследованиями установлено, что ошибка опыта – 5,2 %, стандартное отклонение – 12,6 %.

46. Исследования выполняются в лесостепной зоне на черноземе выщелоченном. Изучается влияние предшественников (подсолнечник, картофель, корнеплоды) и гербицидов (Ковбой, Банвел). По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется закономерно. Предварительными исследованиями установлено, что ошибка опыта – 8,3 %, коэффициент вариации – 18,9 %.

47. В овощеводческом хозяйстве в условиях открытого грунта изучается действие биопрепарата Байкал – ЭМ-1 в разных концентрациях (1:100, 1:1000) и дозы фосфорно-калийных удобрений (P30K40, P45K60, P60K80) на продуктивность томатов. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется закономерно. Предварительными исследованиями установлено, что ошибка опыта – 1,8 ц/га, стандартное отклонение – 4,4 ц/га.

48. В овощеводческом хозяйстве в условиях открытого грунта изучается воздействие вермикомпоста и обработка семян препаратом «Сияние-1» в концентрации (1:100, 1:1000, 1:2000) на урожайность огурца. По результатам дробного учета варьирование плодородия опытного участка изменяется закономерно. Предварительными исследованиями установлено, что ошибка опыта – 3,6 ц/га, стандартное отклонение – 8,7 ц/га.

49. Исследования проводятся в лесостепной (закрытой) зоне. В опыте изучается влияние глубины заделки полуперепревшего навоза (0-10, 10-20, 20-30 см) в паровое поле и сроки посева (10, 20 августа) на урожайность озимой ржи. Почва опытного участка подвержена водной эрозии. Предварительными исследованиями установлено, что ошибка опыта – 1,8 ц/га, стандартное отклонение – 3,1 ц/га.

50. Исследования проводятся в лесостепной (закрытой) зоне Красноярского края на черноземе выщелоченном. Выбрали для изучения два фактора, которые могут способствовать усилению биологической активности почвы: 1) наличие или отсутствие растительности; 2) внесение удобрений (органические – перегной и минеральные – мочевина). Предварительными исследованиями установлено, что ошибка опыта – 2,2 ц/га, стандартное отклонение – 4,5 ц/га.

Контрольные вопросы























Контрольные вопросы

1. Что такое минералы? На какие группы минералы делят по происхождению?
2. Какие существуют пути образования вторичных минералов?
3. Каково почвообразующее значение минералов?
4. Каковы основные физические свойства, диагностирующие минералы?
5. В какой форме минералы встречаются в природе?
6. Какие классы минералов вы знаете? Назовите, к какому классу относятся минералы, представленные в коллекции?
7. Дайте определение понятию почвообразующей породы?
8. Как влияют почвообразующие породы на почвообразовательный процесс и свойства почв?
9. Охарактеризуйте основные экзогенные процессы и их роль в формировании четвертичных отложений?
10. Назовите классификацию четвертичных отложений и почвообразующих пород?
11. К каким почвообразующим породам приурочены почвы легкого гранулометрического состава?
12. К каким почвообразующим отложениям (флювиогляциального, ледникового или озерно-ледникового генезиса) приурочены почвы тяжелого гранулометрического состава?