Земледелие. Практикум

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году









                ЗЕМЛЕДЕЛИЕ




        ПРАКТИКУМ


УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ





Рекомендовано
            Учебно-методическим советом СПО в качестве учебного пособия для студентов учебных заведений, реализующих программу среднего профессионального образования по специальностям 35.02.05 «Агрономия», 35.02.06 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции», 35.02.07 «Механизация сельского хозяйства»



                       znanium.com
электронно-библиотечная система

Москва
ИНФРА-М



2024

УДК 631.5/.9(075.32)
ББК 41.4я723

     З52


      Авторы:
          И.П. Васильев, кандидат сельскохозяйственных наук;
          A.M. Туликов, доцент, кандидат сельскохозяйственных наук, профессор;
          Г.И. Баздырев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор;
          А.В. Захаренко, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент Российской академии сельскохозяйственных наук;
          А.Ф. Сафонов, кандидат сельскохозяйственных наук, профессор


      Рецензенты:
          Л.В. Ильина, заслуженный деятель науки РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор (Рязанская ГСХА);
          Г.И. Казаков, заслуженный деятель науки РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор (Самарская ГСХА)




         Земледелие: практикум : учебное пособие / И.П. Васильев, А.М. Ту-З52 ликов, Г.И. Баздырев [и др.]. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 424 с. — (Среднее профессиональное образование).

         ISBN 978-5-16-013915-9 (print)
         ISBN 978-5-16-108890-6 (online)

         Рассмотрены методы изучения наиболее важных в агрономическом отношении показателей почвенного плодородия. Даны описание и определение сорных растений по семенам и всходам. Приведена методика картографирования засоренности посевов. Изложены принципы проектирования севооборотов, методы контроля качества полевых работ, основы методики разработки систем земледелия.
         Для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальности 35.02.05 «Агрономия», а также студентов вузов по агрономическим специальностям.


УДК 631.5/.9(075.32)
ББК 41.4я723


ISBN 978-5-16-013915-9 (print)
ISBN 978-5-16-108890-6 (online)

© Коллектив авторов, 2013

Глава 1

ОСНОВЫ НАУЧНОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ






1.1. ВЫБОРОЧНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ


   Метод исследования, когда по результатам изучения небольшой группы объектов (пробам почвы, площадкам для учета сорняков, растениям и т. д.) делают заключение о всей наблюдаемой совокупности, называют выборочным. Он является основой всех экспериментальных работ в земледелии — опытов, полевых и лабораторных наблюдений и учетов. Характеристики, полученные на основе выборки, имеют смысл, если изученные объекты представляют данную совокупность. Репрезентативность (представительность) выборки достигается случайностью отбора, достаточным объемом выборки и правильным определением границ изучаемой совокупности.
   В качестве показателя репрезентативности выборки обычно используют отношение выборочной средней к истинной средней, выраженное в процентах. Чем ближе это отношение к 100 %, тем репрезентативнее отбор. Для сельскохозяйственных исследований границами хорошей репрезентативности можно считать ±5 %, т. е. от 95 до 105 %, а удовлетворительной репрезентативности ±10 %, т. е. от 90 до ПО %. Отбор, репрезентативность которого выходит за пределы ±10 %, недостаточно характерен, и в этом случае оценка средней изучаемой совокупности сильно искажена.
   Практика показывает, что наибольшие ошибки допускают на первоначальном этапе исследования, а именно на этапе планирования выборочных наблюдений. Ошибки при планировании выборки приводят к получению данных, которые искажают информацию об изучаемой совокупности, ведут к неправильным выводам и рекомендациям. Эти ошибки не могут быть исправлены в последующем ни тщательным проведением многократных анализов, ни применением современных приборов и оборудования. До сих пор распространено ошибочное убеждение, что достаточно иметь несколько одинаковых результатов параллельных наблюдений (анализов), чтобы считать данные достаточно надежными. Между тем сходимость параллельных анализов характеризует лишь так назы

3

ваемую внутрилабораторную ошибку, или ошибку метода определения (анализа), а не выборки.
   В исследованиях по земледелию ошибки, связанные с отбором почвенных и растительных проб, часто достигают 90 % от суммарной ошибки определения, принятой за 100 %. Для обоснования новых агротехнических мероприятий могут быть использованы только те выборочные наблюдения и учеты, которые спланированы в соответствии с современными требованиями. В исследованиях на производственных полях, в полевых и вегетационных опытах репрезентативность выборки достигается принципиально одними и теми же способами.
   Планирование выборочного исследования надо начинать с определения объема совокупности, подлежащей обследованию, изучению.
   Совокупностью могут быть, например, все поля хозяйства или какого-то севооборота, отдельное поле или часть его, а также варианты полевого или вегетационного опыта и т. д. Во всех случаях, исходя из главной задачи обследования, необходимо четко определить границы совокупности, ее объем и структуру.
   Второй важнейший этап выборочного обследования — обеспечение представительности отбираемой выборки для характеристики данной совокупности. Такие термины, как «типичный образец», «типичный по засоренности участок», «типичное растение», — примеры нерепрезентативности, так как выбор «типичного» всегда субъективен. Если такие наблюдения принять за представительные, то это повлечет систематическую ошибку в оценке изучаемой совокупности, и по результатам таких смещенных оценок будет сделано ложное заключение.
   Ошибки смещения устраняются, если наблюдатель обеспечивает равную вероятность для всех объектов попасть в выборку, а не подбирает «типичные», по его представлениям, пробы. Достигается представительность выборочного обследования рендоми-зированным, случайным отбором единиц наблюдений в выборку. Обеспечить условия полного рендомизированного отбора элементов выборки — проб почвы, растений, площадок для учета сорняков и т. д. — очень трудно. Поэтому в начале обследования необходимо тщательно продумать такие приемы отбора проб, которые устраняли бы возможность появления систематических ошибок.
   Итак, следует остерегаться широко распространенной ошибки, когда площадки для наблюдений и учетов выделяют путем преднамеренного выбора «типичных», «средних» мест обследуемого поля, участка или делянки. Данные, полученные на основе изучения такой нерепрезентативной выборки, характеризуют только собранный материал, а не совокупность, подлежащую обследованию.
   Систематический отбор, т. е. выбор мест наблюдений и учетов через равные расстояния друг от друга, также имеет серьезный недостаток. Принятая система отбора может совпасть с более или

4

менее выраженной периодичностью распределения изучаемых признаков, и в выборке будут преобладать единицы, не составляющие большинства в совокупности; следовательно, структура выборки не будет отражать структуру изучаемой совокупности.
   В подобных условиях получается искаженная выборка, поэтому собранный материал нельзя обрабатывать статистически.
   Согласно современной теории выборочного метода рендоми-зированный отбор, устраняющий смещенные оценки, значительно улучшает качество информации об изучаемом объекте, так как позволяет экспериментатору использовать строгие статистические методы при оценке полученных данных.
   Так, при случайном отборе между ошибкой репрезентативности (S*) и объемом выборки (л) существует зависимость

где s — стандартное отклонение, характеризующее изменчивость изучаемых объектов.

борки. Принципиальной основой для научного планирования размера выборки служит рендоми-зированный отбор, позволяющий в практических расчетах в качестве основы использовать зависимость ошибки репрезентативности от вариабельности изучаемого признака и объема выборки (см. рис. 1).

1 102030405060708090100 Объем выборки, п

Рис. 1. Связь между ошибкой выборки (*%) и ее объемом (л) при случайном отборе

   Придав стандартному отклонению значение, например, единицы (5 = 1,00), легко показать, что увеличение л с 1 до 4 приводит к снижению ошибки репрезентативности вдвое, увеличение л с 1 до 16 уменьшает ее в 4 раза, а с 1 до 100 — уменьшает в 10 раз по сравнению с его первоначальным значением (рис. 1).
   Особенно резко снижается ошибка при увеличении объема выборки с 1 до 10 и затем с 10 до 30 единиц наблюдений. Поэтому размер выборки на первоначальных этапах исследования целесообразно устанавливать в пределах 10—30 единиц наблюдений. Дальнейшее увеличение численности выборки сопровождается менее заметным снижением ошибки, и во многих исследованиях этот путь повышения репрезентативности выборочного наблюдения оказывается дорогостоящим.
   Следующий этап правильной организации выборочного обследования — определение оптимального размера вы7,0г< 0,9-*0,8-$0,7Ъ0,5-SO ’ §0,4-*0,3-^2-0,10^

5

   При прочих равных условиях ошибка репрезентативности возрастает по мере увеличения вариабельности объектов изучаемой совокупности и уменьшается при увеличении объема выборки.
   Искусство планирования заключается в том, чтобы соблюдать равновесие между приемлемой для данного исследования ошибкой репрезентативности и реальными размерами выборки. Стремление к излишней точности путем увеличения объема выборки может привести к потере качества обследования в результате увеличения времени на его проведение или непомерно удорожить исследования.
   После установления общих принципов научного выборочного исследования, суть которых сводится к четкому определению границ изучаемой совокупности, обеспечению репрезентативности и достаточного размера выборки, рассмотрим кратко практические подходы к организации выборочных исследований. При этом необходимо иметь в виду, что организация выборочных обследований на производственных полях и в полевых опытах имеет специфические особенности в связи с тем, что полевой опыт — это, по существу, уже спланированное определенным образом выборочное исследование.

1.1.1. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫБОРОЧНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ НА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОЛЯХ

   Перед обследованием производственные поля разделяют на равные участки, по площади не превышающие 5 га, а при значительной изменчивости — площадью 1—2 и 0,5 га. В пределах этих частных совокупностей отбирают индивидуальные или смешанные образцы или выделяют пробные площадки для учетов.
   Если обследование проводят только для общей характеристики агротехнических условий и не планируют статистическую обработку данных, число наблюдений (проб, площадок, растений) на участке 1—5 га составляет 5, а на поле площадью 50—100 га — 10—30. В исследованиях, где можно использовать смешанные образцы (химический и гранулометрический состав, структура почвы и т. д.), пробы, отобранные с выделенных в пределах поля земельных участков, объединяют в один образец и после тщательного перемешивания отбирают среднюю пробу, которую и используют для последующих анализов. Масса пробы зависит от характера анализа и количества параллельных определений.
   В исследованиях, требующих статистической оценки, каждую индивидуальную или среднюю пробу, отобранную с участка, выделенного внутри поля, анализируют отдельно. В этом случае можно определить степень варьирования изучаемого признака и установить доверительные интервалы для средней совокупности.


6

Напомним, что 95%-ные доверительные интервалы для средней изучаемой совокупности определяются выражением

х±^,



где х — выборочная средняя; 5 — стандартное отклонение; п — объем выборки (число проанализированных проб, скважин, площадок и т. п.); 2 — значение критерия /для 95%-ного уровня вероятности.

   Выбор доверительной вероятности для тех или иных исследований определяется практическими соображениями, ответственностью выводов и возможностями. Принимая вероятность за 95%, риск сделать ошибку составляет 5%, или 1 из 20. При вероятности 99% (t = 3) риск ошибиться составляет 1%, или 1 из 100.
   Размер выборки можно определить по формуле. Для этого надо хотя бы приблизительно знать стандартное отклонение S, т. е. изменчивость изучаемого признака. Принимая, что допустимой средней ошибкой выборочного среднего х является S~, искомый

размер выборки для 95%-ного уровня вероятности будет опредеW ₌ 45²
S-) Sляться соотношением п


    Здесь 5 и могут быть выражены как в абсолютных единицах, так и в процентах. Формула показывает, что общее число образцов для характеристики совокупности обусловливается, с одной стороны, заданной ошибкой выборки, а с другой — степенью изменчивости изучаемого признака.
    Рассмотрим на примере расчет размера выборки для простого случайного отбора. В исследованиях по учету засоренности посевов предварительной выборкой установлено, что стандартное отклонение массы сорняков при учете площадками в 1 м² составило 21,2 г/м . Планируется провести учет так, чтобы определить фактическую засоренность .участка с ошибкой ±10 г/м² при 5 %-ном риске ошибочного заключения.
А2                 (7 *21 2^2
   Согласно формуле п = (—) получаем п = (—гтг²-1 =18 пло                           к)—'                1U '
X

щадок.
   Если точность учета увеличить вдвое и установить предельную ошибку ±5 г, то
   п = 0 • |1,2) = 72 площадки.

   В агрономических исследованиях широко используют метод с двумя стадиями отбора. На первой стадии берут выборку единиц наблюдений первого порядка, например почвенных или расти

7

тельных проб, а на второй — из каждой единицы первого порядка выделяют субвыборку единиц второго порядка: небольшие навески для параллельных анализов. Чтобы рационально спланировать методику двухстадийного наблюдения и определить численность единиц первого и второго порядков, необходимо знать ошибку отбора проб (5j) и ошибку анализа С^). Принципиально новое здесь то, что отобранные пробы используют для исследования не полностью, а из них отбирают для анализа небольшие субвыборки.
   Согласно закону сложения ошибок дисперсия среднего при двухстадийном отборе равна


где 5] — дисперсия проб; — дисперсия параллельных анализов; П| — число проанализированных проб; «2 — число параллельных анализов каждой пробы.

   Исследования кафедры земледелия и методики опытного дела Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева (МСХА) показали, что дисперсия параллельных анализов содержания гумуса, подвижных форм фосфора и калия, кислотности почвы и др. в несколько раз меньше дисперсии проб. Поэтому при заданном числе анализов ошибка среднего будет тем меньше, чем будет возможно большим сделать п\, т. е. план выборочного наблюдения должен предусматривать снижение ошибки среднего за счет увеличения единиц наблюдений первого порядка, а затем за счет субъединиц.
   Например, в одном из исследований получено значение дисперсии содержания гумуса для проб 5^ =0,054, а для параллельных анализов s[ = 0,003. Так как очень мало в сравнении с 5^, то при заданном числе анализов, например 10, наиболее рациональным в отношении точности планом выборки будет план, предусматривающий максимально возможную величину п\ = 10 и минимальное значение «2 ~ 1   Действительно, при комбинации Л]Л2=10 • 1 = 10 значение ошибки будет минимальным:


8

S- в 054^003 ₌ ₀ ₀₇₅ % x л/ 10     10 1

тогда как при «i«2 ~ 5'2 = 10 значение ошибки среднего будет

S- = Е054^003 ₌ ₀ п %
               X 5        5-2

а при комбинации «i«2 = 1 • 10 = 10

о __ /0,054 , 0,003 _л 'jo w
⁵i"J“r ⁺ no ⁻⁰’²³%1.1.2. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫБОРОЧНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ В ПОЛЕВЫХ ОПЫТАХ

   Наблюдения и учеты, которые проводят в полевых опытах, относятся преимущественно к двух- и трехстадийным выборочным исследованиям. Полевой эксперимент — особая форма выборочного исследования, в которой элементарной единицей наблюдения первого порядка служит делянка. Для каждого варианта опыта число делянок, т. е. единиц наблюдения первого порядка п\, всегда ограничено числом повторений (блоков) полевого опыта. При сплошном учете какого-нибудь показателя в полевом опыте, например урожая, такой поделяночный учет имеет ошибку, которая характеризуется стандартным отклонением 5] (ошибка делянки), а ошибку средней определяют в этом случае по формуле


   Для заложенного полевого опыта единственный способ снижения ошибки среднего результативного признака при сплошном поделяночном учете — увеличение числа параллельных делянок, подлежащих учету.
   Отметим, что дробный учет внутри делянки не создает повторности, не увеличивает значение Л] и, следовательно, не может повысить точность наблюдения.
   Если на делянках выделяют площадки для наблюдений или отбирают пробы для анализов, то это уже двухстадийное выборочное наблюдение, в котором пробы или площадки будут относиться к единицам второго порядка «2 с соответствующей им ошибкой отбора проб 52- Формула для расчета ошибки среднего приведена на с. 8.


9

   Когда от единиц наблюдения второго порядка, например от почвенных проб, отбирают пт, навесок для анализов, то это уже будут единицы наблюдения третьего порядка с ошибкой анализа S3. Ошибка выборочной средней в трехстадийном наблюдении определяется по формуле


   На рисунке 2 представлены данные, характеризующие значения ошибок средних для двухстадийных наблюдений. В зависимости от комбинаций гц и ошибки сильно варьируют, однако чем больше П2, тем, как правило, меньше ошибка среднего, тогда как увеличение «2 при «i = 1 не может существенно повысить качество учета.
   Аналогичен характер зависимости ошибки среднего от комбинации «1 и «2 и ДЛЯ трехстадийного выборочного наблюдения. Ошибки параллельных анализов S3 обычно малы в сравнении с Si


Рис. 2. Репрезентативность разных систем отбора проблем в полевом опыте при учете засоренности посевов (Л — количество сорняков, В — масса сухих сорняков), массы (Q и высоты (Р) растений кукурузы:
1, 2,3, 4— количество повторений, вошедших в учет (/tj); а — число учетных площадок размером 1 м² на делянке; б — число растений в пробе с делянки (n-j)

10