{ Статистическая обработка полученных данных. Основы методики исследований Крутова Елена Константиновна, к. б. н. , доцент кафедры «Ботаника» , ФГБОУ ВПО НГСХА (8(831) 462 -63 -69 , 8 -902 -306 -80 -89)
Методы научных исследований, объектом которых являются культурные растения К основным методам исследования относятся лабораторные, вегетационные, лизиметрические и вегетационно –полевые, полевые.
Приемы научных исследований Общепринятыми приемами научного исследования являются наблюдение и эксперимент, которые имеют специфику в зависимости от объекта исследований и проводятся по определенной методике. Наблюдение это количественная и качественная регистрация интересующих исследователя сторон развития явления, констатация наличия того или иного его состояния, признака или свойства. Для наблюдения и регистрации тех или иных свойств или состояний явления применяют разнообразные измерительные приборы. Например, измерение высоты растений, длины или ширины листьев, взвешивание биомассы, определение урожайности.
Эксперимент, опыт – это такое изучение, при котором исследователь искусственно вызывает явления или изменяет условия так, чтобы лучше выяснить сущность явления, происхождение, причинность и взаимосвязь предметов и явлений. (Доспехов, 1985) Характерной чертой любого эксперимента является его воспроизводимость. Между наблюдением и экспериментом есть принципиальная разница: наблюдение отражает внешний мир, фиксирует факты, а эксперимент может воссоздать нужное экспериментатору явление, создать определенные условия, которые позволяют глубже изучить явление и понять причины и следствия.
1. Лабораторные эксперименты проводятся в лабораторных условиях с целью установления действия и взаимодействия факторов на изучаемые объекты. Например, широко используют лабораторный эксперимент для выяснения условия прорастания семян, оценки влияния биологических свойств семян на их всхожесть. Лабораторные опыты на прорастающих семенах и проростках растений используют в исследованиях с удобрениями, пестицидами, регуляторами роста. Для лабораторного опыта необязательно наличие самого растения. Это может быть модель течения почвенных процессов, модель светового и водного режимов… Разновидностью лабораторного опыта являются камеральные эксперименты, проводимые в хранилищах и на продовольственных складах.
2. Вегетационные опыты проводятся в искусственных условиях, в вегетационных сосудах, в теплицах, оранжереях, вегетационных домиках, в фитотронах в агрономически обоснованной обстановке, регулируемой экспериментатором Сущность исследований – в том, что растения выращивают в сосудах. Сосуды для вегетационных опытов применяются из самых различных материалов: стекла, глины, оцинкованного железа, пластика и т. д. В качестве субстрата (среды) для растений используется вода, песок, почва, гравий и т. д. Субстрат и его влажность, питательная среда и освещенность могут также составлять изучаемый фактор или варианты опыта. На этом основании вегетационные опыты с названным субстратом получили название водных, песчаных, почвенных, гравийных.
В тепличных опытах и при светокультуре экспериментальными единицами служат делянки или грядки почво-грунта для овощей, цветов и черенков, а также стеллажи, на которых размещены емкости с питательным субстратом для шампиньонов, стеллажи с пробирками, заполненными питательными средами для клонального размножения садовой земляники, и т. д. Пластикультура -- выращивание растений на земельных участках с пленочными высококаркасными и тоннельными укрытиями, где экспериментальными единицами служат вытянутые делянки или гряды. Вегетационные опыты с почвенными культурами приближаются к производственным условиям - используются для определения содержания в почве доступных (усвояемых) растениям питательных веществ и т. д.
3. Лизиметрический метод от вегетационного отличается тем, что исследование (изучение) жизни растений и свойств почвы проводится в поле, под открытым небом в лизиметрах, специальных контейнерах или установках, в которых определенный объем почвы отгорожен со всех сторон от окружающей почвы (с боков и снизу). Лизиметрические опыты занимают промежуточное положение между вегетационными и полевыми. Однако выделяют еще и вегетационно –полевые опыты.
4. Вегетационно-полевые опыты проводятся в полевой обстановке в цилиндрических или квадратных сосудах без дна. Почва здесь отгорожена только с боков на глубину 20 -30 см и более. Промежутки между сосудами заполняют почвой и уплотняют до равновесной (естественной) плотности. Эти опыты могут быть использованы для оценки эффективности удобрений, плодородия различных генетических горизонтов почвы и других целей.
5. Полевой опыт основной метод изучения различных вопросов полеводства в естественных (природных) условиях с использованием оптимальной агротехники, максимально приближенной к производственным условиям. Полевой опыт представляет собой метод исследования, который проводится в полевой обстановке на специально выделенном участке в целях установления влияния факторов жизни, условий или приемов возделывания на урожай сельскохозяйственных растений и его качество. Особенность его, в отличие от рассмотренных, состоит в том, что культурное растение изучается вместе со всей совокупностью почвенных, климатических, агротехнических, а часто и в условиях, очень близких к производственным или непосредственно в производственных условиях.
Требования к полевому опыту Ценность результатов полевого опыта зависит от определенных методических требований: 1. Типичность опыта 2. Соблюдение принципа единственного различия 3. Проведение опыта на специально выделенном участке 4. Учет урожая и достоверность опыта по существу 5. Воспроизводимость 6. Пригодность для решения поставленных на исследование вопросов.
Под типичностью или репрезентативностью полевого опыта понимают соответствие условий его проведения почвенноклиматическим и агротехническим условиям данного района или зоны. Любой полевой опыт должен отвечать требованиям почвенно-климатической типичности. Различают следующие типичности: 1) почвенноклиматическую; 2) агротехническую; 3) организационнохозяйственную.
Соблюдение принципа единственного логического различия является очень важным, но в то же время и очень спорным требованием к полевому опыту. Прежде всего, опыт должен быть построен по принципу единственного логического различия и иметь как минимум два варианта, все остальные условия должны быть совершенно одинаковыми, тождественными, за исключением одного «единственного» , которое в одном варианте имеется, а в другом отсутствует. Различия в вариантах могут быть количественные и качественные, например, разные нормы удобрения, наличие или отсутствие того или иного качества, того или иного элемента питания растений. В опыте, поставленном по принципу единственного различия, может быть не только два, а несколько вариантов. В этом случае необходимо, чтобы все варианты друг от друга отличались по одному признаку или варианты могли сопоставляться друг с другом парами, которые должны различаться единственным признаком. .
Требование проведения полевого опыта на специально выделенном участке есть логическое следствие требования соблюдения принципа единственного логического различия. Иногда закладываются опыты на случайных участках без знания их истории, выравненности плодородия, и тем самым допускаются грубые ошибки. Требование учета урожая и достоверности опыта – главный объективный показатель при характеристике изучаемых вариантов. Точность полевого опыта -- это обобщенный статистический показатель и в математическом отношении есть случайное, выраженное в процентах к среднему урожаю, т. е. к средней арифметической величине.
Под достоверностью опыта по существу понимают логически правильно построенную схему и методику проведения опыта, соответствие их поставленным перед исследованием задачам, правильный выбор объекта и условий проведения опыта. При проведении эксперимента встречаются три вида ошибок – случайные, систематические и грубые. Случайные – возникают под воздействием множества факторов, их нельзя выделить и учесть в отдельности. Изменчивость полученных данных обусловлена неизвестными нам причинами – случайными ошибками. Систематические ошибки искажают измеряемую величину в сторону уменьшения или увеличения. Они могут возникать в результате варьирования какого то неизучаемого фактора (например, плодородия почвы) Грубые ошибки – это человеческий фактор
Воспроизводимость опыта вызывает необходимость ведения тщательных записей всего, что делалось в ходе проведения опыта, чтобы можно было в точности повторить его. Опыт должен быть пригоден для решения поставленных вопросов. Производственный полевой опыт -- комплексное научно обоснованное исследование, которое проводится непосредственно в производственных условиях и отвечает конкретным задачам самого материального производства, его постоянного развития и совершенствования. Его непосредственная задача -- непосредственное воздействие на развитие и совершенствование материального производства.
Классификация полевых опытов Все разнообразие полевых опытов делится на две группы: 1) опыты агротехнические; 2) опыты по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур Основная задача агротехнических опытов - сравнительная объективная оценка действия различных факторов жизни, условий, приемов возделывания или их сочетаний на урожай с/х культур и его качество. К этой группе относятся, например, полевые опыты по изучению обработки почвы, предшественников, удобрений, способов борьбы с сорняками, болезнями и вредителями, норм и сроков посева.
Опыты по сортоиспытанию, где сравниваются при одинаковых условиях генетически различные растения, служат для объективной оценки сортов и гибридов с/х культур. На основании этих опытов наиболее урожайные, ценные по качеству и устойчивые сорта и гибриды районируют и внедряют в с/х производство. Между указанными группами полевых опытов нет резкой границы. Для разработки сортовой агротехники опыты по сортоиспытанию нередко проводят на разных агротехнических фонах, а в схемы агротехнических опытов с удобрениями, обработкой почвы и севооборотами часто включают несколько перспективных сортов.
В зависимости от количества изучаемых факторов, охвата почвенно-климатических условий, длительности и места проведения полевых опытов подразделяют на несколько видов: • однофакторные и многофакторные, • единичные и массовые, • краткосрочные, многолетние и длительные, • эксперименты, заложенные на специальных опытных полях и в производственной обстановке.
Если в опыте изучается один простой или сложный количественный фактор в нескольких градациях (дозы удобрения, пестициды, нормы посева, полива) или сравнивается действие ряда качественных факторов (разные культуры, сорта, способы обработки, предшественники), то такой эксперимент называют простым или однофакторным. Опыты, в которых одновременно изучают действие и устанавливают характер и величину взаимодействия нескольких: двух и более факторов называют многофакторными. Взаимодействие факторов - это дополнительная прибавка (или) снижение урожая, которая получается при совместном применении двух и более факторов.
Разработка схем будущих опытов При разработке схемы полевых опытов необходимо учесть элементы методики такие как: 1. Число вариантов 2. Площадь делянок 3. Форма и направление делянок 4. Повторность 5. Схему размещения повторностей 6. Метод учета урожая 7. Организация опыта по времени
а) Число вариантов – это обычно заданная величина, зависящая от целей и содержания исследований В этих опытах практически не требуется много вариантов, число вариантов не должно превышать 12 -16, а делянок 50 -60. Если число вариантов опыта очень мало, (2 -3) то необходима более высокая повторность, чтобы иметь достаточное число наблюдений для правильной оценки ошибки опыта. Б) Повторность опыта – это число одноименных делянок каждого варианта. Повторность опыта во времени – это число лет, в которые проводится данный опыт Увеличение числа повторностей позволяет получить более точные и устойчивые средние значения, значительно снижается ошибка опыта. Однофакторные опыты чаще всего проводят при 4 -6 кратной повторности, многофакторные – 6 -8.
в) Площадь, направление и форма делянок Делянка - часть площади опыта, на которой размещен отдельный вариант опыта. Площади делянок могут сильно варьировать. Для лабораторно-полевых опытов рекомендуют размер 10 -50 м 2, для полевых опытов в производственной обстановке - 50 -200 м 2 и более. Форма и направление делянок определяются особенностями опытного участка. Делянки обычно вытянуты и распределяются так, чтобы обеспечить равные условия для произрастания растений на всех делянках. При закладке опыта на делянках предусматриваются защитные полосы, чтобы устранить влияние соседних вариантов друг на друга. Ширина защитных полос зависит от площади и формы делянок и должна составлять примерно 10% от длины или ширины делянки.
При уборке урожая на делянках следует исключить а) повреждения, вызванные стихийными явлениями природы, неравномерно повредившие опытную культуру, при условии, что неравномерность повреждения не является следствием изучаемых в опыте причин; б) случайные повреждения в результате потравы скотом, грызунами и пр в) ошибки при закладке и проведении опыта. Уменьшение учетной делянки из-за выключек допускается не более чем на 50%. При уменьшении больше указанного размера делянку выбраковываю полностью. Выключки и браковка целых делянок очень нежелательны, так как это вызывает неравноточность сравнений вариантов и искажает результаты опыта.
Статистическая обработка полученных данных Обработка данных агрономических исследований, например результатов полевых и вегетационных опытов, наблюдений, учетов и анализов, включает: 1) агрономический анализ полученных данных; 2) первичную цифровую обработку материалов; 3) статистическую оценку результатов исследования
Основными количественными характеристиками являются : Средняя арифметическая Дисперсия Стандартное отклонение Ошибка средней арифметической Средняя арифметическая Если сумму всех вариантов (Х 1+Х 2+…+Хn) обозначить как ∑Х, а число вариантов n, то формула простой средней арифметической x=∑X/n
Пример 7 9 2 10 8 7 9 5 9 8 x=7, 4 12 10 11 9 6 13 11 10 12 11 x = 10, 5 5 4 5 6 8 3 10 4 5 6 x = 5, 6 9 8 11 15 7 12 11 10 9 8 x= 10, 0
7 + 0, 4 9 – 1, 6 2 +5, 4 10 – 2, 6 8 – 0, 6 7 +04 9 – 1, 6 5 + 2, 4 9 – 1, 6 8 – 0, 6 04 -1, 6 +5, 4 – 2, 6 – 0, 6 +0, 4 -1. 6 +2, 4 – 1, 6 -0, 6 = 0 7, 4 ± 7, 1 7, 4± 3, 8
Для того, чтобы уменьшить стандартные отклонения возможно исключить предельные значения данных – то есть минимальное и максимальное значения, которые значительно отличаются от средней арифметической. Первичная цифровая обработка материалов полевого опыта включает: 1) пересчет урожаев с делянки на урожай с 1 га; 2) приведение урожая к стандартной влажности; 3) составление таблицы урожая -- определение сумм урожаев по вариантам, повторениям и общей суммы урожаев, расчет средних урожаев по вариантам и опыту
Результаты полевых опытов обязательно должны быть обработаны статистически. Надлежащая математическая обработка экспериментальных данных позволяет сделать надежные выводы об объективных свойствах, закономерностях интересующего нас явления. При этом значительная роль принадлежит правильной организации статистических вычислений, которые не должны вносить в исходные показатели дополнительных ошибок. Главная обязанность экспериментатора -- получение достоверной исходной информации об изучаемом явлении, без которой невозможна правильная статистическая интерпретация данных.
Список используемой литературы 1. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. - М. : Агропромиздат, 1985. - 351 с. 2. Никитенко Г. Ф. Опытное дело в полеводстве /Г. Ф. Никитенко. - М. : Россельхозиздат, 1982. - 190 с. 3. Моисейченко В. Ф. Основы научных исследований в агрономии: Учебник / В. Ф. Моисейченко и др. ; под редакцией А. А. Белоусовой. - M. : Колос, 1996. - 336 c. 4. Полоус Г. П. Основные элементы методики полевого опыта: Учебное пособие / Г. П. Полоус. - Ставрополь: Став. ГАУ, 2009. - 108 с.
Скачать презентацию Статистическая обработка полученных данных Основы методики исследований
Статистическая обработка полученных данных.ppt