Доспехов Б.А. Методика полевого опыта

Подождите немного. Документ загружается.

§ 3. ВИДЫ ПОЛЕВЫХ ОПЫТОВ

Полевые опыты делятся на две большие группы: 1) агротех-

нические; 2) опыты по сортоиспытанию сельскохозяйственных

культур.

Основная задача агротехнических опытов

—

сравнительная

объективная оценка действия различных факторов жизни, ус-

ловий, приемов возделывания или их сочетаний на урожай

сельскохозяйственных культур и его качество. К этой группе

относятся, например, полевые опыты по изучению обработки

почвы, предшественников, удобрений, способов борьбы с сорня-

ками, болезнями и вредителями, норм и сроков посева и т. д.

Опыты по сортоиспытанию, где сравниваются при одинако-

вых условиях генетически различные растения, служат для объ-

ективной оценки сортов и гибридов сельскохозяйственных куль-

тур.

На основании этих опытов наиболее урожайные, ценные по

качеству и устойчивые сорта и гибриды районируют и внедряют

в сельскохозяйственное производство.

Между указанными группами полевых опытов нет резкой

границы. Для разработки сортовой агротехники опыты по сор-

тоиспытанию нередко проводят на разных агротехнических фо-

нах, а в схемы агротехнических опытов с удобрениями, обработ-

кой почвы и севооборотами часто включают несколько перспек-

тивных сортов.

В зависимости от количества изучаемых факторов, охвата

почвенно-климатичеоких условий, длительности и места прове-

дения полевые опыты подразделяют на несколько видов: одно-

факторные и многофакторные, единичные и массовые (геогра-

фические), краткосрочные, многолетние и длительные, экспери-

менты, заложенные на специальных опытных полях и в

производственной обстановке.

Если в опыте изучается один простой или сложный (состав-

ной) количественный фактор в нескольких градациях (дозы

удобрения, пестициды, нормы посева, полива и т. п.) или срав-

нивается действие ряда качественных факторов (разные куль-

туры, сорта, способы обработки, предшественники и т. п.), то

такой эксперимент называют простым, или однофактор-

ным. Иллюстрацией таких опытов могут быть следующие схе-

мы из пяти вариантов:

I. Сорта II. Нормы по- III. Дозы удобрения

сева семян

А (стандарт) 1. 3 млн. 1. Без удобрений (контроль)

В 2. 4 млн. 2. NeoPaoKeo (1 доза)

С 3. 5 млн. 3. Ni2oPi2oKi2o (2 дозы)

D 4. 6 млн. 4. NisoPi8oKi8o (3 дозы)

Е • 5. 7 млн. 5. N240P240K240 (4 дозы)

Опыты, в которых одновременно изучают действие и устанав-

ливают характер и величину взаимодействия двух и более фак-

торов, называют многофакторными. Взаимодействие фак-

торов —это дополнительная прибавка (или снижение) урожая,,,

которая получается при совместном применении двух и более'

факторов.

По характеру различают положительное взаимодей-

ствие, когда прибавка от совместного применения факторов-

больше, и отрицательное, когда она меньше арифметиче-

ской суммы прибавок от их раздельного применения. Напри-

мер,

если от полива получена прибавка урожая зерна пшени-

цы 10 ц на 1 га, от удобрения —5 ц на 1 га, а от совместного

применения полива и удобрения

— 25

ц на 1 га, то-дополни-

тельный положительный эффект равен 25—(10-f-5) = 10 ц на

I га. Другой пример: от NPK получена прибавка урожая кар-

тофеля 120 ц на 1 га, от навоза — ПО ц на 1 га, а от совмест-

ного применения NPK и навоза—180 ц на 1 га, Эффект взаи-

модействия равен 180—(120+110)=—50 ц на 1 га. Это отрица-

тельное взаимодействие, которое наблюдается при определен-

ных сочетаниях факторов, действующих, как правило, в одном*

направлении. Факторы действуют независимо, т. е. не

взаимодействуют, когда прибавка от совместного их при-

менения примерно равна арифметической сумме прибавок от их

раздельного применения.

Установить величину и характер взаимодействия позволяют

только те многофакторные опыты, которые спланированы по

схеме полного факториального эксперимента'

(ПФЭ), которая предусматривает наличие всех возможных со-

четаний изучаемых факторов и их градаций (доз). Поэтому не

всякий опыт, включающий несколько факторов, можно назвать

многофакторным.

Многофакторный эксперимент по полной факториальной схе-

ме,

в котором изучается два фактора в двух градациях (2X2 =

=4),

например глубокая обработка почвы и удобрение, долже»

иметь четыре варианта:

Обычная обработка без удобрений (контроль).

Глубокая обработка без удобрений.

Обычная обработка-Ьудобрение.

Глубокая обработка+удобрение.

При исключении из этого опыта любого второстепенного, по>

мнению исследователя, варианта схема становится неполной,,

нефакториальной. Такой эксперимент будет равноценен просто-

му однофактор-ному опыту, он не может выявить величину и ха-

рактер взаимодействия изучаемых факторов. Таким образом,

принципиальной особенностью многофакторных экспериментов

является постановка их по полным факториальным схемам.

Опыты называют единичными, если их закладывают в

отдельных пунктах, независимых друг от друга, по различным

схемам. Если полевые опыты одинакового содержания прово-

дят одновременно по согласованным схемам и методикам в

различных почвенно-климатических и хозяйственных условиях,

в масштабе страны, области или-района, то их называют мас-

•совыми или географическими. Широкие географиче-

ские опыты с сортами проводит Государственная комиссия по

•сортоиспытанию сельскохозяйственных культур, с удобрения-

ми—Государственная агрохимическая служба и Географиче-

ская сеть опытов с удобрениями.

По длительности проведения полевые опыты разделяют на

.краткосрочные, многолетние и длительные.

К краткосрочным относят опыты продолжительностью

•от 3 до 10 лет. Они могут быть нестационарными и стационар-

ными. Первые закладывают ежегодно по неизменной схеме с

•одной и той же культурой на новых участках и повторяют во

времени обычно 3—4 года. Этого периода считается достаточно

.для учета влияния условий погоды на эффективность какого-

.либо приема. Вторые закладывают на стационарных участках

•и

проводят в течение 4—10 лет.

К многолетним относят однофакторные и миогофактор-

•ные стационарные полевые опыты продолжительностью 10—

.50,

к длительным

—

более 50 лет. Основная задача много-

летних и длительных стационарных экспериментов—изучение

.действия, взаимодействия и последействия систематически осу-

ществляемых агротехнических приемов или комплексов их на

.плодородие почвы и качество продукции.

Многолетние и длительные опыты незаменимы при изучении

•физико-химических и биохимических процессов, медленно про-

текающих в почве и агрофитоценозах,- расчетах баланса пита-

тельных веществ, учете потерь элементов питания и возмож-

ных масштабов загрязнения окружающей среды. Многолетняя

повторность как бы «спрессовывает время», ведет к выявлению

качественно, новых закономерностей, которые невозможно уста-

новить в краткосрочных опытах. Результаты этих опытов не-

редко противоречат общепринятым представлениям, но именно

эти необычные на первый взгляд данные, эти противоречия и

указывают новые направления для научных поисков и разра-

боток.

Во всех развитых странах мира многолетние и длительные

полевые опыты широко используются для решения фундамен-

тальных вопросов земледелия, для глубоких комплексных ис-

следований, демонстрации роли основных факторов и условий

жизни растений.

В нашей стране проводится много стационарных полевых

опытов, рассчитанных на многолетний период. Среди них са-

мый длительный

—

это многофакторный опыт, заложенный в

1912 г. в Петровской (ныне Тимирязевской) академии. Здесь

на фоне полной факториальной схемы с удобрениями (0, N, Р,

К, NP, NK, PK, NPK, навоз, навоз-f-NPK) изучается действие

севооборота, бессменных культур, «вечного пара» и периодиче-

ского известкования на плодородие почвы. По количеству изу-

чаемых в одном эксперименте факторов, объему и глубине про-

водимых исследований, их агрономическому значению и резуль-

тативности этот опыт является уникальным не только в нашей

стране, но и в мировой практике опытного дела.

Из зарубежных длительных стационаров следует указать на

всемирно известные опыты Ротамстедской опытной станции в

Англии с удобрениями бессменной пшеницы, ячменя и много-

летних трав, заложенные между 1843 и 1855 г. Более 100 лет

(с 1875 г.) ведется опыт с удобрениями в Гриньоне (Франция)

в севообороте озимая пшеница

—

сахарная свекла. Продуктив-

ность бессменной кукурузы и при возделывании ее в 2—3-поль-

ных севооборотах более 100 лет (с 1876 г.) изучается в опыте

Иллинойсского университета (США). Столетие (с 1878 г.) про-

должается опыт с бессменной рожью в Галле (ГДР). Более

80—90 лет ведутся опыты по выявлению эффективности наво-

за и NPK в Дании, ГДР и Голландии; более 50 лет в Японии

изучается действие систематического применения NPK, компо-

стов и зеленых удобрений на урожай риса.

По месту проведения подразделяют полевые опыты, зало-

женные на специально организованных и приспособленных для

этих целей участках или опытных полях, и полевые опыты, про-

веденные в производственной обстановке

—

в колхозах и совхо-

зах на полях хозяйственных севооборотов.

Часто полевой опыт в производственной обстановке, различ-

ные производственные испытания, например, новых сортов или

сельскохозяйственных машин в колхозах (совхозах) неправиль-

но называют производственным опытом. Как известно, произ-

водственный сельскохозяйственный

опыт — это

комплексное,

научно поставленное исследование, которое проводится непо-

средственно

в производственных условиях и

отвечает

конкрет-

ным задачам самого материального производства, его постоян-

ного развития и совершенствования. Из определения следует,

что цели производственного эксперимента значительно шире,

чем любого вида полевого опыта. В его задачу входит изуче-

ние агротехнической и экономической эффективности системы

агрономических и организационно-хозяйственных мероприятий,

а не отдельных приемов или элементов этой системы. Поэтому

экспериментирование проводится большими производственны-

ми единицами

—

бригадами, хозяйствами или группой хозяйств.

лава 2

ОСОБЕННОСТИ УСЛОВИЙ ПРОВЕДЕНИЯ

ПОЛЕВОГО ОПЫТА, ВЫБОР

ПОДГОТОВКА

ЗЕМЕЛЬНОГО УЧАСТКА

§ 1. ОСОБЕННОСТИ УСЛОВИЙ ПРОВЕДЕНИЯ ПОЛЕВОГО ОПЫТА

Наиболее характерной особенностью условий проведения по-

левого сельскохозяйственного опыта является сильная вариация,

неоднородность неконтролируемых в эксперименте внешних фак-

торов роста и развития растений. Сезонность, а отсюда и мед-

лительность в получении информации методом полевого- экспе-

римента, сильная изменчивость метеорологических условий его

проведения по годам и неоднородность почвенного плодородия

земельных участков, где закладываются опыты, в сочетании с

исключительной сложностью основных объектов исследования

—

растений создает значительные трудности в получении надеж-

ных и хорошо воспроизводимых результатов. Этими сложными

нестабильными природными условиями проведения и отличается

полевой опыт от лабораторного, инженерного, химико-техноло-

гического и других типов экспериментов.

В зависимости от условий погоды вегетационного периода

на одном и том же земельном массиве при одинаковой агротех-

нике урожаи одного и того же сорта сельскохозяйственных

культур и эффективность изучаемых в полевом опыте факторов

сильно колеблются по годам. По данным длительного полевого

опыта Тимирязевской сельскохозяйственной академии, при тра-

диционной агротехнике на интенсивно удобряемых дерновопод-

золистых почвах наиболее вероятные отклонения фактических

урожаев от запланированных (на основе средиемното летней

влагообеапеченности) могут изменяться от нуля до следующих

величин (±'Ц на

га):

зерновые (зерно) 6—7

лен-долгуиец (солома) 14—18

клевер (сено) 30—40

картофель (клубни) 60—70

При резких колебаниях метеорологических условий отклоне-

ние фактических урожаев от среднемного летних могут значи-

тельно превосходить и эти наиболее вероятные пределы коле-

бания урожаев. На рисунке 1 видно, что за 18-летний период,

когда уровень агротехники в опыте был стабильным как при

ежегодном применении удобрений (окультуренная почва), так

и без удобрений (слабоокультуренная почва) наблюдаются

резкие колебания урожаев ржи, картофеля и клевера по годам.

Большая зависимость урожаев и эффектов вариантов от ме-

теорологических факторов требует от экспериментатора макси-

мальной осторожности и объективности в интерпретации одно-

летних данных полевого эксперимента. В большинстве случаев

нецелесообразно делать определенные выводы по результатам

одного года. Для получения достаточно надежных и воспроиз-

водимых результатов необходимо, особенно для доказательст-

ва незначительных эффектов изучаемого варианта, иметь не ме-

нее чем трехлетние данные учета урожаев в опыте.

Итак, сильная вариабельность неконтролируемых природных

факторов проведения полевого эксперимента требует обяза-

тельного повторения опыта во времени, в разных погодно-кли-

матических условиях.

Структура полевого эксперимента в значительной степени

.определяется закономерностями территориального варьирова-

ния пестроты почвенного

плодородия. Особенности в

изменчивости плодородия

почвы земельных участков,

на которых планируется за-

кладка опытов, лучше все-

го изучить методом дроб-

ного учета урожая однород-

ных рекогносцировочных

посевов. Рекогносцировоч-

ный или

разведывательный,

посев — это сплошной по-

сев одной культуры, пред-

шествующий

закладке опы-

та

проводимый

для выяв-

ления степени однородно-

сти

почвенного плодородия

на площади юпыта путем

дробного учета урооюая

одинаковыми

делянками.

Тысячи дробных учетов

урожая, проведенных в на-

шей стране и за рубежом

на разнообразных почвах и

во всех климатических об-

ластях земного шара, пока-

зали, что урожаи на делян-

ках одноббразно возделы-

ваемого земельного участка

всегда в той или иной сте-

пени отличаются по своей

величине (рис. 2). Анало-

гичное варьирование всегда наблюдается и в урожаях повтор-

ных делянок любого варианта полевого опыта.

В поле экспериментатор не имеет возможности выбрать для

закладки опыта идеально выравненный земельный участок, т. е.

однородный во всех отношениях. Чаще всего проявляется до-

вольно сильная неоднородность почвенного плодородия и уро-

жайности при переходе от делянки к делянке дробного учета

однообразно возделываемого посева. Необходимо отчетливо

представлять всю сложность той конкретной обстановки, в ко-

торой на практике осуществляются полевые опыты, и хорошо

знать основные закономерности территориальной (пространст-

венной) изменчивости плодородия почвы, так как именно они

лежат в основе современных методов размещения опытов.

Общая особенность территориальной изменчивости почвенно-

го плодородия в том, что практически всегда при любом дроб-

ном учете есть участки, где наряду со случайным наблюдается

более или менее выраженное систематическое, закономерное

1955 i960 1355

1370

Рис.

Отклонения урожаев озимой

ржи,

картофеля

клевера

по

годам

от

сред-

него

за

1955—1972

гг. на

слабоокульту-

ренной

1 и

окультуренной

почвах дли-

тельного опыта ТСХА. Средний урожай

ржи

на

елабоокультуренной почве

9,1 ц,

на окультуренной

31,6 ц

картофеля

67 и

191

ц и

сена клевера

14,2 и 77,4 ц с 1 га

соответственно.

•28

Рис, 2, Распределение 510 делянок дробного учета урожая овса на земель-

ном участке экспериментальной базы ТСХА «Михайловское».

варьирование урожайности по делянкам. Объективные крите-

рии, разграничивающие случайные и закономерные элементы^

пространственного варьирования плодородия, дает математиче-

ская статистика.

Чтобы уяснить сущность случайного и закономерного варьи-

рования, вместо рассмотрения всей /площади участка дробного

учета урожайности или другого результативного признака, мож-

но изучать ход этого показателя вдоль ряда делянок, располо-

женных в одну линию (рис. 3).

Смысл случайного варьирования заключается в том, что уро-

жаи делянок однородного дробного учета колеблются вокруг

некоторого среднего значения, причем характер этих колебаний,

существенно не меняется при переходе от делянки к делянке

•

(рис.

3,а), и разности между выборочными средними значения-

ми,

характеризующие отдельные участки дробного учета (на-

пример, делянки 1—10 и 20—30), статистически несущественны.

Смысл понятия о закономерном варьировании сводится к

тому, что разности между некоторыми выборочными средними

отдельных участков дробного учета статистически существенны.

Если имеется закономерное варьирование, то независимо от не-

избежного случайного колебания урожайности при переходе от

делянки к делянке отдельные земельные участки могут характе-

ризоваться более высоким (например, делянки 20—30) или, на-

№-

делянки

Рис.

3. Случайное (ряд а), случайное и закономерное (ряд в) варь-

ирование урожайности овса по делянкам дробного учета.

оборот, более низким (например, делянки 1—10) уровнем пло-

дородия (рис. 3,в).

Особенно четко характер территориальной изменчивости

плодородия проявляется при графическом изображении в виде

так называемых «профилей» или «рельефов» плодородия с ис-

пользованием метода скользящей средней для сглаживания слу-

чайного варьирования поделяночных урожаев. На рисунке 4

изображена часть результатов четырех дробных учетов урожай-

ности полевых культур в зоне черноземных и дерново-подзоли-

стых почв. Взято по 24 делянки площадью около 100 м

, распо-

(га

Зк

32-

30-

150

130

110

д—;

&rsy

18 2k

f- jj

12 18

Я-делянки.

2k-

22V

-v

-л

- \

t^A^

U-l

., f

12 18

делянки

Рис.

4. Варьирование поделяночных урожаев (ломаная линия) и их сглажен-

ные кривые:

—

яровая пшеница (Безенчукская опытная станция); 2

—

вико-овсяная смесь (Льняная

опытная станция Московского СХИ)

3 —

яровая пшеница (УкрНИИРСиГ)- 4

—

ячмень

(экспериментальная база TCXA «Михайловское»).

ложечных в один ряд в той последовательности, в какой они

размещались на земельных участках. Фактические данные по-

казаны в виде ломаных линий, а «профили плодородия»

— в

ви-

де плавных кривых

—

скользящих средних. Эти кривые дают

представление о «профилях» земельных участков, поскольку

именно они главным образом определяют урожайность делянок

однородного рекогносцировочного посева. На эту более или ме-

нее закономерную систематическую изменчивость плодородия

почвы опытного участка как бы накладывается нерегулярное,

случайное варьирование —направленные вверх и вниз «пики»

ломаных линий фактической урожайности, величину которой

при переходе от делянки к делянке невозможно предсказать.

Таким образом, в сложной полевой обстановке природные

факторы и хозяйственная деятельность человека создали такое

территориальное варьирование плодородия почвы, которое про-

является на культурных растениях двояко—в виде закономер-

ной и случайной изменчивости урожайности делянок дробного

учета. Степень выраженности закономерной изменчивости пло-

дородия различна: она зависит от рельефа участка, выращивае-

мой культуры, площади делянок и других причин, но почти всег-

да общее варьирование урожайности делянок дробного учета

обусловлено действием закономерных и случайных факторов.

При четко выраженном закономерном варьировании урожайно-

сти их сглаженные кривые в одной или нескольких точках пере-

секают линии, соответствующие средним урожаям, подчеркивая

тем самым систематический характер изменчивости плодородия

почвы, а именно повышение или понижение урожаев при пере-

ходе от делянки к делянке (рис. 4, 1 и 2). В других случаях за-

кономерный компонент варьирования урожайности проявляется

менее отчетливо (рис. 4, 3 и 4) и составляет.только 5—11 °/о об-

щей вариабельности урожаев, тогда как для данных, изображен-

ных на рисунке 4, 1 и 2, он достигает 60%.

По данным В. Н. Перегудова (1968), закономерный компо-

нент достигал 70

°/о

общего варьирования, оставляя на долю

случайного варьирования только 30 %.

Систематическое изменение плодородия не элиминируется

увеличением площади делянки, и поэтому нет оснований рассчи-

тывать, что действие закономерного варьирования на эффекты

изучаемых в опыте факторов можно устранить увеличением де-

лянки. Следовательно, основные элементы методики, и, в част-

ности, способы размещения вариантов при работе на делянках

разного размера не должны принципиально различаться. Что

касается случайного варьирования, то наблюдается тенденция

к уменьшению размера случайных колебаний урожаев по мере

увеличения делянки от 100 до 800 м

(рис. 5).

Укажем еще одну важную особенность варьирования пло-

дородия почвы

—

неустойчивость характера его территориаль-

ной изменчивости во времени. При возделывании разных куль-

тур севооборота изменяется не только общая вариабельность,

ц с

т ••.

40г

- \

•30

/0 75

делянки

Рис.

5. Варьирование урожайности овса при разной площади делян-

ки (экспериментальная база ТСХА «Михайловское»):

—

100 и

; 2

—

400 м

;

—

800

измеряемая коэффициентом вариации, но, что особенно важно,

значительно меняется территориальное распределение пестроты

почвенного плодородия опытного участка (табл. 1).

По данным дробного учета ячменя, на первой и второй по-

лосах варьирование урожайности носило в основном случайный

характер, а закономерный компонент в общем варьировании со-

ставлял только 9—12%. Однако учет урожая второй культу-

ры—клевера на тех же фиксированных делянках показал четко

выраженную закономерную изменчивость, и территориальный

фактор составлял уже 40—60

общего варьирования.

Таким образом, почти всегда как при больших, так и при ма-

лых значениях коэффициента вариации (У) урожайности деля-

нок дробного учета наблюдается закономерный и случайный

компонент варьирования.

•

Следовательно, характеризуя вырав-

ненность почвенных условий только величиной коэффициента

Изменение общего и территориального варьирования плодородия

почвы во времени по данным дробных учетов урожая на 116

постоянных делянках площадью 100 м

(экспериментальная база ТСХА «Михайловское»)*

Полоса

'дробного

учета

Общее варьирование

циеит

ячмень

9,2

10,5

9,5

7,5

вариации

клевер

9,0

9,6

7,2

6,3

(коэффи-

озимая

пшеница

15,2

20,5

16,1

17,1

Территориальный фактор (% общего

ячмень

8,8

12,0

44,6

18,3

варьирования)

клевер

60,0

40,8

32,0

40,8

озимая

пшеница

38,6

56,2

25,1

20,0

Дробные учеты проведены перед закладкой стационарных опытов.

.32