ВОПРОС 2. Возникновение и краткая история исследовательского дела. Роль отечественных и зарубежных ученых в разработке методов агрономических исследований.
Лекция 1
Тема: Введение: роль науки в развитии сельскохозяйственного производства. Структура и основные задачи научных учреждений.
Вопросы:
1. Определение науки, причины возрастания ее роли;
2. Возникновение и краткая история исследовательского дела. Роль отечественных и зарубежных ученых в разработке методов агрономических исследований;
3. Виды познавательной деятельности человека и направления исследований научной агрономии;
4. Структура и основные задачи научных учреждений.
Литература:
1. Основы опытного дела в растениеводстве / В.Е. Ещенко, М.Ф. Трифонова, П.Г. Копытко и др.; Под ред. В.Е. Ещенко и М.Ф. Трифоновой. – М.: КолосС, 2009. – 268 с.
2. Моисейченко В.Ф. Методика опытного дела в плодоводстве и овощеводстве. – К.: Вища шк., 1988. – 141 с.
3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). – М.: Агропромиздат, 1985. – 351 с.
ВОПРОС 1. Определение науки, причины возрастания ее роли;
Леонардо да Винчи: "... мне кажется, что пусты и полны заблуждений те науки, которые не порождены опытом, отцом всякой достоверности, и не завершаются в наглядном опыте. Опыт никогда не ошибается, ошибаются ваши суждения, ожидая от него такого действия, которое не является следствием ваших экспериментов. Мудрость есть дочь опыта".
А. Розенблют и Н. Винер: "Любой эксперимент – всегда некий вопрос. Если вопрос неточен, получить точный ответ на него трудно. Глупые ответы, т.е. противоречивые, расходящиеся друг с другом или не относящиеся к делу иррелевантные результаты экспериментов, обычно указывают на то, что сам вопрос был поставлен глупо".
Возникновение науки в Европе достигает 6-5 века до н.э. Одним из главных ареалов ее возникновения была Древняя Греция. Социально-экономические, культурные, духовные условия, сложившиеся в городах-государствах, способствовали разрушению мифологических систем. Уровень развития производства, социально-экономических отношений вызвал разделение умственного и физического труда. Отдельные элементы научных знаний существовали и в более древнем обществе, но они имели разрозненный характер.
Сложность науки обусловила разнообразие определений ее предмета. Исходной основой понимания науки является сама научная деятельность, научное творчество, а также изучение общих и специфических законов природы и общества.
Наука – сфера и результаты познавательной деятельности человечества, направленные на открытие и объяснение законов и закономерностей развития природы и общества для улучшения труда и жизни людей.
Она включает в себя все: ученых с их знаниями и способностями, квалификацией и опытом, с разделением и кооперацией научного труда, научные учреждения, экспериментальное и лабораторное оборудование, методы научно-исследовательской работы, понятия и категориальный аппарат, систему научной информации, а также всю сумму знаний, которые выступают как предыдущие ссылки или средства или результаты научного познания.
Функции науки:
• познавательная – удовлетворение потребностей людей в познании законов природы, общества, мышления;
• практически-действенная – постоянное совершенствование производства и системы общественных отношений как непосредственной производительной силы;
• культурно-воспитательная – развитие культуры, гуманизация процесса воспитания и формирования нового поколения, содействие дальнейшему развитию и самосовершенствованию человека как индивида и общества в целом.
В истории человечества происходили закономерные изменения относительно «спокойных» и революционных периодов развития науки, которая находилась в едином потоке процессов, происходивших и происходящих в обществе. Поэтому следует подчеркнуть, что наука, ее история, не могут быть отделены от развития общества в целом.
Как в прошлом, так и в настоящем и даже в будущем роль науки будет непрерывно возрастать по 3 причинам:
 |
1) Численность населения земли непрерывно увеличивается все возрастающими темпами, поэтому нужно все больше и больше различных продуктов для удовлетворения его потребностей.
2) В связи с ростом численности населения неизбежно уменьшается площадь с/х угодий и пашни в расчете на 1 человека.
Пример: В СССР в 1937 году на душу населения приходилось 1,37 га пашни; в 1980 году – 0,82 га.
3) С ростом цивилизации неизбежно возрастают потребности человека.
С учетом этих трех причин обществу приходится на одной и той же площади выращивать все больше и больше продукции.
В связи с этим возрастает роль агрономии, т.к. именно она разрабатывает пути увеличения производства продукции и сырья для промышленности.
Горячим пропагандистом и сторонником опытных полей в развитии сельскохозяйственной науки и опытного дела был русский ученый Климент АркадьевичТимирязев. Он организовал специальную физиологическую лабораторию и первую в России тепличку для вегетационных опытов. В вегетационном домике одновременно проводились опыты в 6 тысячах сосудов, установленных на 160 вагонетках.
Вегетационный опыт создает наилучшие условия для выявления роли различных факторов жизни растений – отдельных элементов питания и их сочетаний, влаги, света, температуры, для более глубокого изучения их влияния на рост и развитие растений. Пользуясь вегетационным методом, экспериментатор может точно контролировать условия питания растений, изучать действие любого фактора при сохранении постоянства всех остальных условий. На эти и многие другие важные вопросы дали ответ вегетационные опыты. Пропагандируя применение выводов из физиологических опытов к земледелию, он призывал к организации широкой агрономической помощи, к организации массового опытничества.
Огромна роль в развитии сельскохозяйственной науки и опытного дела Дмитрия Николаевича Прянишникова (1865-1948). В 1895 году Д.Н.Прянишников организует при кафедре научно-исследовательскую лабораторию, которая вместе с вегетационным домиком явилась базой для создания в 1908 году Агрохимической опытной станции, называвшейся тогда «Станцией по вопросам питания растений». Это было первое в стране учреждение, систематически занимавшееся вопросами удобрения.
Здесь впервые были разработаны методы получения из местного сырья таких удобрений, как суперфосфат, преципитат и другие. Эти исследования заложили технологические основы производства фосфорных удобрений. Россия тогда не имела своей туковой промышленности и ввозила африканские фосфориты, страссфурские калийные соли, чилийскую селитру.
Агрохимическая станция развернула опыты по изучению питания растений и применения удобрений, которые получили большой размах в годы Советской власти, когда созданная в нашей стране химическая промышленность обеспечила массовое применение минеральных удобрений для повышения урожаев большинства сельскохозяйственных культур.
Много внимания Д.Н.Прянишников уделял и развитию женского сельскохозяйственного образования в дореволюционные годы. Организованные им совместно с В.Р.Вильямсом Голицинские сельскохозяйственные женские курсы под Москвой приобщали к агрономическим знаниям новые слои населения.
Только после катастрофически неурожайных 1891-1892гг. в последнее десятилетие 19 века по проекту И.А.Стебута, А.С.Ермолаева и П.А. Костычева была организована широкая сеть опытных учреждений, и к началу 20 века в России насчитывалось уже около 80 опытных учреждений. Опытные станции достигли определенных успехов в изучении приемов обработки почвы и удобрений. Но эти достижения были недоступны для мелких крестьянских хозяйств, а использовались только немногими частновладельческими крупными хозяйствами.
В целях обобщения опыта, упорядочения, укрепления и развития сельскохозяйственного опытного дела, в начале 20 века были проведены съезды и совещания по опытному делу при активном участии Д.Н.Прянишникова.
Среди корифеев науки о русском почвоведении и земледелии следует отметить имена В.В.Докучаева, П.А.Костычева, В.Р.Вильямса. В.В.Докучаев – русский ученый – почвовед, творец генетического почвоведения как самостоятельной естественноисторической науки. Его исследования в области распространения черноземных почв завершились появлением труда «Русский чернозем». Он создал учение о почве, развил и доказал идею закономерной зональности почв, создал классификацию почв.
Павел Андреевич Костычев хорошо знал земледелие России второй половины 18 века. Он провел глубокий анализ причин, вызывающих значительные колебания урожая сельскохозяйственных культур. Неправильная обработка почв сильно распыляла и засоряла их, усиливала процесс эрозии почв. П.А.Костычев первым открыл, что многолетние травы восстанавливают мелкокомковатую структуру почвы. Совместно с В.В.Докучаевым и К.А.Тимирязевым, П.А.Костычев разрабатывает программу борьбы с засухой.
Василий Робертович Вильямс, опираясь в своих работах на достижения В.В.Докучаева и П.А.Костычева, создал учение о почве и земледелии – травопольную систему земледелия. Им впервые разработаны научные основы луговодства и создана эта дисциплина как наука. В.Р. Вильямс организовал Луговой институт вблизи Москвы – в дальнейшем Всесоюзный институт кормов. Он был активным участником съездов по сельскохозяйственному опытному делу, а также по организации сельскохозяйственных опытных учреждений. Важно заметить, что В.Р. Вильямс постоянно требовал методологически правильной постановки опыта и указывал: «Без эксперимента агрономическая наука не возможна».
В 1903 году в Среднем Поволжье под руководством агрономов И.Н. Клингена и Я.М. Жукова была организована Безенчукская сельскохозяйственная станция. Большое значение для развития опытного дела имела выпущенная в 1908 году Департаментом земледелия России работа выдающегося опытника-организатора В.В. Винера « О порайонной организации опытных учреждений в России». В ней предусматривалась организация крупных комплексных опытных станций, по одной на 2-3 губернии, и районных опытных станций и полей.
Исключительное значение по методике полевого опыта имеют работы Алексея Григорьевича Дояренко. Он разработал методики рекогносцировочного посева, определения площади делянки и повторности в зависимости от пестроты почвенного плодородия земельного участка, математической обработки данных полевых опытов, объяснил значение защитных полос в полевом опыте. Алексей Григорьевич был одним из организаторов и руководителей опытного дела, как в дореволюционной России, так и в послеоктябрьский период.
Еще в 1907 году он первый в России начал читать курс опытного дела. Он был инициатором, организатором и участником ряда агрономических совещаний и съездов по опытному делу. Алексей Григорьевич Дояренко на протяжении ряда лет был редактором «Вестника сельского хозяйства» и основанного по его инициативе «Научно-агрономического журнала», которые сыграли роль освещения научных работ сельскохозяйственных опытных учреждений, научно-исследовательских институтов и высших учебных. В 1910 году Алексей Григорьевич организовывает опытное поле, а вскоре был назначен заведующим этим опытным полем.
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)
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. На 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.
Гипотеза входит самым непосредственным образом в структуру каждого метода биологического исследования (прежде всего экспериментального). Она является, следовательно, необходимой составной частью биологического познания, как и всякого научного познания вообще. Гипотеза выступает в качестве формы развития естествознания, поскольку оно мыслит, т.е. не только накапливает и классифицирует факты, но и стремится дать им научное объяснение. Наблюдение открывает какой-нибудь новый факт, делающий невозможным прежний способ объяснения фактов, относящихся к той же самой группе. С этого момента возникает потребность в новых способах объяснения, опирающаяся только на ограниченное количество фактов и наблюдений. Дальнейший опытный материал приводит к очищению этих гипотез, устраняет одну из них, исправляет другие, пока не будет установлен в чистом виде закон.
Гипотеза означает мысленное предположение, логическое развитие системы суждений и умозаключений, в совокупности дающих объяснение сущности явлений, достоверность которого остается проблематичной, недоказанной. Последним помимо всего прочего научная гипотеза отличается от теории, достоверного знания. Поскольку гипотеза имеет проблематичный характер и опирается на ограниченный ряд фактов, возможно до поры до времени существование нескольких научных гипотез относительно одного и того же явления. Эти гипотезы, если они не исключают друг друга, могут стать моментами более общей теории, объяснять разные стороны явления и тем самым дополнять друг друга.
Прежде всего научная гипотеза характеризуется принципиальной близостью к теории в том смысле, что оказывается во всех отношениях идентичной теории, за исключением одного – доказанности ряда посылок, на которых она строится. Отсюда следует весьма важное заключение: гипотеза должна рассматриваться в тесной связи с научно достоверной теорией, с точки зрения тех черт, которые присущи последней. Это означает, что разрыва, создаваемого между гипотезой и и теорией не существует. Лишь в этом случае научное познание предстает как процесс движения мышления от явления к сущности, от системы суждений, понятий и умозаключений, пока еще не устанавливающих закона «в чистом виде» (гипотеза), к обнаружению такого рода связей, к построению и дальнейшему развитию научной теории. Это особенно относится к биологическому познанию, так как в области которой оно касается, «царит» такое многообразие взаимоотношений и причинных связей, что не только каждый решенный вопрос поднимает огромное множество новых вопросов, но и каждый отдельный вопрос может решаться в большинстве случаев только по частям, путем ряда исследований; при этом потребность в систематизации изучаемых постоянно вынуждает к тому, чтобы окружать окончательные истины в последней инстанции густым лесом гипотез.
Научная состоятельность гипотезы определяется ее соответствием тому количеству фактов и наблюдений, на основе которых она строится. Научное познание движется путем накопления фактов и выдвижения гипотез, причем оба этих процесса выступают не в отрыве друг от друга; они диалектически взаимодействуют: накопление фактов, наблюдение порождает гипотезу, последняя в свою очередь требует новых наблюдений, новых фактов.
Если гипотеза соответствует имеющимся фактам, то следовательно, она считается доказанной простым наблюдением или в эксперименте. Это означает одновременно, что научно состоятельная гипотеза должна получать какую-то другую форму проверки. Ее состоятельность проверяется сопоставлением логически выведенных следствий данными простого наблюдения и эксперимента, заранее предсказываемыми в качестве «частного случая» того или иного заключения из общей гипотезы. Гипотеза, следствия из которой не могут быть проверены в принципе, не является научной.
Научная состоятельная гипотеза обладает рядом других признаков, имеющих «корректирующее» значение по отношению к тем, которые были отмечены. Это касается, в частности, логической простоты, соответствия основным теоретическим принципам науки.
Тенденция развития современной биологии такова, что в ней в расширяющихся масштабах идет применение математических методов описания, систематизации и исследования. Это приводит к возрастанию роли математических гипотез в изучении живых систем. Разумеется, их роль в биологии остается зачастую лишь вспомогательной, однако эвристическая ценность подобных гипотез от этого не снижается.
Особую группу гипотез порождает метод моделирования биологических систем и процессов. Модельные гипотезы, развиваемые, например, в связи с применением кибернетики в современной биологии, отличаются наглядностью, связаны с опытом, поддаются экспериментальному исследованию и одновременно широкой математической обработке. Модельные гипотезы, создаваемые на основе теории информации, хотя и не имеют наглядного характера, но тем не менее доступны для опытной проверки; они позволяют исследовать процессы, механизмы функционирования системного целого. Недостатки модельных гипотез определяются теми ограниченностями, которые вообще присущи методу моделирования в его применении к исследованию живых систем.
Биологические гипотезы самого разнообразного вида – описательные и систематизационные, объяснительные гипотезы, создаваемые на основе сравнительного и сравнительно-исторического изучения данных простого наблюдения, вырабатываемые в ходе экспериментальных исследований и соединенным способом, математические и модельные гипотезы – подчинены задаче адекватного отражения специфики живых систем, закономерностей их строения и функционирования. Учет этой специфики и соответственно выработка наиболее научно состоятельных гипотез полагают правильное формулирование исследовательских задач, постановку проблемы в такой форме, которая делала бы развиваемое в связи с этим гипотетическое знание исключительно целенаправленным, находящимся в строго научных рамках.
Существенной особенностью биологического исследования является его подчеркнуто опытный характер. Зависимость нового знания от серии новых наблюдений, экспериментов в биологии имеет исключительно явный характер. Поэтому следует с самого начала подчеркнуть, что в этой области науки речь идет не об аксиоматизации знания вообще, а о развитии лишь некоторых его специальных направлений. Поскольку решающими в биологии являются наблюдения, экспериментальные исследования, чисто логическое развитие теоретических предсказаний играет здесь подчиненную, вспомогательную, хотя и расширяющуюся, усиливающуюся роль.
В этой характеристике существенным является то, что биологическое познание становится все более зрелым теоретически; оно глубже и точнее выражает сущность жизни, ее законы, образующие некоторое единство, запечатлеваемое в общей теории жизни.
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 …)
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 + … + bnxn
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 удобрени