МОДУЛЬ 1. Планирование полевого опыта

Практическое занятие 3

Планирование наблюдений и учетов в период вегетации сельскохозяйственных культур.

Данная тема является третьим этапом в структуре планирования полевого опыта.

Цель занятия: научиться грамотно, выбирать необходимые для сравнительного анализа:

- наблюдения и учеты,

- объем выборки и способы достижения ее репрезентативности,

- приобрести навыки приложения эмпирических методов научного исследования – наблюдения, измерения, расчетов,

- методы учета урожая изучаемых культур

Порядок выполнения задания

1. Данная работа является логическим продолжением по планированию элементов полевого опыта (см. опыты-задания, первого занятия);
2. Основываясь на теоретическом материале предложите несколько (не менее 6-7) наблюдений и учетов, причем 4-5 из них целесообразно обработать с помощью описательной статистики;
3. Укажите сроки их проведения, фазу развития культуры, методику отбора растительных и почвенных проб.
4. Рассчитайте объем выборки, предложенных учетов и наблюдений, используя табл. 1;

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В полевом опыте изучается взаимодействие растения с окружающей средой, т.е. производится биолого-экологическое исследование. Растение непрерывно реагирует на изменения почвенной и воздушной среды и своим конечным результатом – урожаем дает суммарный ответ на них.

Чтобы понять эту взаимосвязь и овладеть ею, а это и является задачей исследования, недостаточно судить о ней по конечному результату. Следует отметить, что некоторые наблюдаемые явления или признаки проявляются на посевах лишь в той или иной фазе вегетации и сглаживаются ко времени уборки урожая. Своевременная регистрация их может помочь объяснить различия в эффективности тех или иных приемов.

Приемы агротехники могут резко влиять на условия жизни растения, но к ним присоединяются независимые от экспериментатора условия погоды, которые иногда в сильной степени могут усложнить и маскировать влияние изучаемого приема. Поэтому значение вегетационных учетов заключается и в том, что они дают общую характеристику условий проведения опыта и позволяют судить о том, насколько типичны эти условия, в какой мере полученные в опыте выводы могут быть распространены на другие пункты территории или на другие годы.

Только при соблюдении всех этих требований можно не только охарактеризовать конечный результат выращивания урожая, но и выявить причины получения разных урожаев одних и тех, же сельскохозяйственных культур под влиянием различных агротехнических приемов и сортовых особенностей.

Все это приводит к необходимости разработки программы учетов и наблюдений. Программа наблюдений и исследований является следствием схемы опыта и поставленных в опыте задач. Так, в зависимости от задач исследования в структуре программы наблюдений могут преобладать полевые или лабораторные наблюдения или за растениями, или за факторами и условиями их развития.

Программа полевых и лабораторных наблюдений слагается из следующих стадий:

проведение наблюдений, учетов, анализов и доказательство их целесообразности;

сроки проведения наблюдений и учетов;

определение оптимального объема выборки (количество отобранных образцов, проб);

представительность отбираемых выборок и методы ее достижения;

1)Отвечая на первый вопрос программы наблюдений необходимо помнить, что важнейшими требованиями к наблюдению являются целенаправленность и целесообразность. Наблюдать можно бесчисленное число объектов и явлений, и поэтому необходимо ограничить их лишь тем, набором учетов и наблюдений, которые особенно нужны для понимания действия изучаемого фактора, т.е. те явления, которые являются следствием задач и схемы опыта.

Таким образом, полевой эксперимент должен сопровождаться наблюдениями, без которых нельзя понять изучаемое явление, объяснить полученный результат и характер изменения его качества, а также обосновать причинно-следственные взаимосвязи.

2) Сроки и периодичность проведения наблюдения и учетов определяются целью исследования и техническими возможностями. В связи с этим учеты и наблюдения можно разделить на однократные и периодические. Однократные наблюдения - проводятся 1-2 раза за слабо изменяющимися в течение вегетационного сезона свойствами почвы, растений и т.д. Периодические учеты и наблюдения проводят в течение всей вегетации через определенные промежутки или приурочивают их к определенным фазам развития растений. Периодические учеты имеют значение в тех случаях, когда учитываемое явление или признак отличается значительной изменчивостью во времени, когда требуется охарактеризовать явление в его динамике. Имея динамику процесса через равные промежутки времени, легко установить его напряженность для любого момента. Чтобы полнее выяснить динамику изучаемого явления, необходимо вести наблюдения с возможно малыми промежутками времени. Наиболее ответственные наблюдения проводят с интервалами в 1-2 недели. В этом случае важно получить такой ряд значений, который позволил бы построить эмпирическую функцию изучаемого процесса во времени.

Принято считать, что основным фактором, определяющим объем выборки, является изменчивость изучаемых признаков и свойств. В связи с этим при планировании выборки следует знать характер и величину изменчивости их в исследуемой совокупности. Т.е. число учетных единиц (растений, проб почвы, замеров глубины обработки почвы, площадок для подсчета культурных и сорных растений) должно быть достаточным, чтобы охватить всю внутриделяночную вариабельность.

Исходя из того, что в полевом опыте элементарной единицей первого порядка является делянка, то для каждого варианта опыта число делянок ограничено числом повторений. При этом следует учитывать, где мы имеем дело с качественной, а где – с количественной изменчивостью. Известно, что объем выборки тесно связан с ошибкой опыта, которая характеризуется стандартным отклонением:

S_x = t*S / √ n – (количественная изменчивость),

S_x = t*√pq / √n – (качественная изменчивость).

Таким образом, объем выборки из неограниченной совокупности, достаточной для получения определенной точности средней, находится по следующим формулам:

n = t²* S² / S_x² – для количественной изменчивости,

n = t²*pq / S_x² – для качественной изменчивости.

Значение t зависит от избранного уровня вероятности: t= 2 для 95%-ного и t=3 для 99%-ного уровней. Для ускоренного вычисления стандартного отклонения, при котором используется определенная зависимость между числом наблюдений (n) и размером варьирования урожаев (R).

Размах варьирования урожаев определяют по предварительной небольшой выборке: R = Xmax – Xmin, где R – размах варьирования; Xmax и Xmin - наибольший и наименьший урожай. Приближенное значение стандартного отклонения вычисляется, используя коэффициенты Пирсона (К), тогда S = К * R;

Таблица 1. Коэффициент Пирсона (К) для приближенного вычисления стандартного отклонения по размаху варьирования.

2) Чтобы ответить на вопрос об оптимальном числе проб, достаточном для характеристики делянки полевого опыта, необходимо иметь сведения о степени варьирования основных объектов наблюдения в местных условиях. Получаемые показатели при анализе проб должны действительно характеризовать варианты опыта. Отсюда возникает вопрос о репрезентативности проб, то есть о том, в какой мере проба характеризует всю совокупность объекта, а также связанные с ним вопросы о числе и размерах проб, об их распределении по повторениям опыта и на площади каждой делянки, о способе их отбора.

Репрезентативность выборочных данных обеспечивается с помощью методики отбора проб, числа проб и способе их отбора. Методика взятия проб видоизменяется в зависимости от изучаемой культуры и прежде всего, различается по культурам сплошного посева и пропашными культурами (редкого или одиночного стояния).

Общее правило – важно, чтобы пробы охватывали по возможности все повторения опыта, особенно в том случае, если данные учета должны сопоставляться с результатами учета урожая. Распределение проб на площади делянки должно отражать все ее части и по возможности все рядки посева, образованные ходом передних и задних сошников сеялки.

Методы учета и наблюдения можно разделить на количественные, которые проводят прямым подсчетом, и качественные (глазомерные), выражаемые обычно в баллах. Преимущество количественных учетов заключается в том, что их результаты можно подвергнуть статистической обработке и определить варьирование показателей и достоверность полученных данных. Однако трудоемкость некоторых из них и необходимость иметь качественную оценку состояния посевов или изменений того или иного фактора заставляют применять и глазомерную оценку.

Устанавливая число учетных площадок и проб с делянки, следует учитывать не только величину обследуемой площади, но и степень изменчивости признака. Поэтому, число учетных единиц должно быть достаточным, чтобы охватить всю внутриделяночную вариабельность. В качестве ориентира, опираясь на материалы кафедры земледелия и методики опытного дела ТСХА, можно указать, что с разных мест делянки площадью 100-200 м2 необходимо отбирать 8-12 проб (площадок). В опытах с площадью делянок меньше 100м2 число проб можно сократить до 6-8, а если площадь делянок больше 200м2, число проб следует увеличивать до 15-20.

Чтобы обеспечить представительность отбираемой выборки, необходимо тщательно продумать такие способы отбора проб, которые устраняли бы возможность появления систематических ошибок. Ошибки смещения устраняются, если наблюдатель обеспечивает равную вероятность для всех объектов попасть в выборку, а не подбирает «типичные», по его представлениям, пробы.

Достигается представительность выборки применением определенной системы размещения проб на делянке, например, по диагонали делянки через определенные расстояния или через определенное число растений; змейкой; в шахматном порядке; по кругу. Также представительность выборки может быть достигнута независимым от наблюдателя рэндомизированным (случайным) отбором единиц наблюдения в выборку.

Сопутствующие учеты и наблюдения в период вегетации полевых культур подразделяются на две группы:

а) наблюдения за факторами внешней среды, включают следующие: регистрация метеорологических элементов (условий): осадки, температура воздуха, состояние влажности; агрофизические, агрохимические и микробиологические исследования почвы, учет засоренности, фитопатологические и энтомологические учеты и наблюдения.

б) наблюдения за подопытными растениями, проводимые во время полевого исследования: фенологические наблюдения, учет густоты стояния растений, зимостойкости культур и сортов, учет полегания, осыпания, изучение структуры урожая, наблюдения за условиями питания растений.

Краткая характеристика сопутствующих учетов и наблюдений

Фенологические наблюдения, заключающиеся в установлении времени наступления фаз развития растений, т.е. внешних (морфологических) изменений, связанных с образованием тех или иных органов растений.

В сопоставлении с метеорологическими показателями они позволяют дать общую характеристику условий проведения опыта. Их роль заключается в том, что целый ряд других учетов и наблюдений в опытах проводится применительно к отдельным фазам развития растений.

Регистрация сроков наступления фаз представляет особый интерес в тех опытах, где изучаемый прием может заметно изменять длительность отдельных периодов или всего вегетационного периода растений, например, при изучении сроков посева, норм высева, эффективности азотных и фосфорных удобрений. Установление времени наступления отдельных фаз имеет значение при испытании культур и сортов в связи с определением их скороспелости, а также при выявлении реакции культуры на условия погоды в разные фазы развития.

Далее отметим фазы развития по отдельным полевым культурам. Для зерновых культур выделяют следующие фазы: всходы, кущение, выход в трубку, колошение, цветение, молочная, восковая и полная спелость. У кукурузы отмечают выметывание, цветение метелок цветение початков (нитей); у гречихи регистрируют всходы, ветвление, цветение, молочная и хозяйственная спелость. Зернобобовые культуры характеризуются датами регистрации: всходы, образование боковых побегов и соцветий, цветение, спелость, тогда как картофель: всходы, появление бутонов, цветение, усыхание ботвы.

Наблюдения за временем наступления отдельных фаз развития и полной или хозяйственной спелости позволяют установить длительность отдельных периодов между фазами и общую длину вегетационного периода.

Наблюдения за состоянием посевов имеют значение для объяснения результатов опыта, особенно в случае повреждения посевов при неблагоприятных условиях (ливень, град, заморозки, засухи). Они помогают установить необходимость выключек на делянках или исключения целых делянок.

Описываемые наблюдения часто приурочивают ко времени наступления тех или иных фаз развития растений

Учет густоты стояния растений. Эта величина является существенным показателем условий посева – состояния почвы, качества посевных работ, качества семян, энергии их прорастания. Повторное определение густоты стояния растений позволяет определить степень изреживания посевов за время вегетации, т.е. количественно охарактеризовать устойчивость посевов к неблагоприятным факторам произрастания на разных делянках. В связи с этим, характеристика изреживания посевов осуществляется в критические периоды жизни полевых культур. Так, у зерновых культур – при наступлении фаз выхода в трубку, колошения и молочной спелости, а у озимых культур – в осенний и весенний периоды; у подсолнечника, кукурузы – после прорывки и проверки при наступлении фазы цветения; у картофеля – после полных всходов при наступлении фазы цветения; у многолетних трав – в 1 год жизни – через декаду после уборки покровной культуры, а на 2-3 годы жизни – весной, в начале вегетации. Учет густоты стояния перед уборкой дает материал для анализа структуры урожая.

Определение структуры урожая для различных культур неодинаково. Общими для всех культур можно считать число растений на единицу площади и средний урожай одного растения. У зерновых злаков большое значение имеет продуктивная кустистость, озерненность колоса, вес 1000 зерен. Указанные показатели позволяют охарактеризовать структуру урожая и объяснить, за счет каких ее элементов получен данный урожай – за счет большого числа растений на единице площади, или большего числа продуктивных стеблей, или высокой озерненности колоса, или высокого веса 1000 зерен.

Имея данные учета отдельных элементов структуры урожая, можно вычислить «синтезированный» урожай и сравнить его с фактически полученным.

У зерновых культур количественные учеты отдельных показателей проводят по сноповому образцу, который берут для определения густоты стояния растений перед уборкой; определяют и число плодоносящих стеблей. Таким путем можно получить величину продуктивной кустистости.

Наблюдения за условиями питания растений. В процессе проведения полевого опыта весьма полезными могут быть наблюдения за условиями питания растений, как для общей характеристики условий опыта, так и для объяснения влияния изучаемых в опыте приемов на урожай.

Наряду с химическими анализами растительного материала в разные фазы вегетации, в частности методом листовой диагностики, широко применяют качественные методы полевой диагностики питания растений. Эти методы позволяют устанавливать недостаток различных элементов питания по цветной реакции клеточного сока растений с теми или иными химическими реактивами.

Кроме того, неплохие результаты дает метод визуальной диагностики питания растений. Данный метод дает лучшие результаты при одновременном использовании других методов, например учет свойств почвы и особенно ее кислотности. Диагностика питания растений по внешним признакам весьма удобна и проста, особенно в отношении основных элементов питания: азота, фосфора, калия, магния, бора.

Наблюдения за зимующими растениями и учет зимостойкости

Наблюдения за зимующими растениями в осенний, зимний и весенний периоды имеют наибольшее значение в тех регионах, где эти культуры подвергаются частой гибели или сильному изреживанию при перезимовке, а также при изучении приемов агротехники, которые оказывают значительное влияние на зимостойкость культуры (применение удобрений, сроки посева, глубина посадки). Кроме того эти наблюдения важны и в опытах по сортоиспытанию, где зимостойкость сортов может являться решающим признаком при оценке их пригодности для данной местности.

Эти наблюдения тесно связаны с метеорологическими, фитопатологическими и энтомологическими наблюдениями. Во многих случаях они дополняются определением влажности верхнего слоя почвы, температуры почвы на глубине узла кущения и даты прекращения осенней вегетации, определением сахаров, общего и белкового азота в надземных и подземных частях растения.

Основной метод оценки зимостойкости сортов – весенний подсчет живых и погибших растений. Его проводят, когда озимые тронутся в рост и процесс отмирания поврежденных растений в основном закончится. Глазомерную оценку посевов проводят по пятибалльной шкале.

Фитопатологические учеты имеют значение не только в сортоиспытании, но и в полевых опытах, так как степень поражения растений болезнями в сильной степени зависит от применяемых удобрений, сроков посева, густоты стояния растений.

В связи с разнообразием болезней и разными проявлениями их вредоносности методы учета различны. Некоторые болезни поражают не все растения в почве, но губят их целиком или повреждают репродуктивные органы. Вторую группу составляют болезни, которые поражают все растение или большую его часть, но в различной степени. При изучении поражений болезнями первой группы учитывают их распространенность, а при учете пораженности болезнями второй группы – степень поражения.

Распространенность болезней можно учитывать по двум показателям: по проценту пораженных растений, колосьев початков и по проценту площади, занятой пораженными растениями.

Степень поражения болезнями следует учитывать по двум показателям: по охвату поверхности органов растения и по доле пораженной листовой поверхности растения. Все учеты болезней проводят в определенные сроки, по фазам развития растений.

Техника учета болезней изменяется в зависимости от культуры и болезни. Самым простым способом является оценка поражения посевов болезнями по пятибалльной шкале: 1 – повреждены единичные растения (до 10%), 2 – повреждено 10-25% растений, 3 – повреждено 25- 50%, 4 – повреждено 50-75%, 5 – повреждено свыше 75% растений.

Энтомологические учеты. Трудности проведения энтомологических учетов связаны как с многообразием вредителей сельскохозяйственных растений, так и с различным характером повреждений. Вредители могут повреждать надземные органы растений или их цветы и плоды. Необходимость учета вызывается как наличием явных повреждений, так и угнетенным состоянием растений. Для оценки повреждений специализированными вредителями делают анализы проб растений или зерна, которые берут или с делянок, или из снопового образца. Оценку повреждений пропашных культур проводят в поле. Для энтомологических наблюдений целесообразно составление календаря, в котором указываются сроки проведения учетов.

Учет засоренности почвы и посевов требуется для характеристики опытного участка перед закладкой опыта, для оценки общих условий проведения опыта и отдельных приемов, воздействующих на засоренность посевов. Учитывать засоренность необходимо также при изучении методов борьбы с сорняками и при изучении действия гербицидов.

Засоренность определяют глазомерно или применяют количественные способы учета. При более детальном изучении сорную растительность учитывают по надземным вегетационным органам, учитывают также и засоренность пахотного слоя почвы.

Учет вегетативных надземных частей заключается в основном в глазомерном определении размещения сорняков на учетной площади и количественном их учете. При этом определяют видовой состав сорняков, что имеет особое значение при испытании эффективности гербицидов; степень покрытия ими площади; количество экземпляров сорных растений; сырую массу сорных растений; ярусность (расположение сорняков по отношению к культурному растению).