2063

11

либо его орган роста, развития, цветения, плодоношения или часть дерева для изучения формы кроны, ветвления, трещиноватости, количества устьиц на 1 см2 листа или корневых волосков и многое-многое другое. Могут выделяться единицы совокупности – само дерево в комплексе - или пробная площадь (площадка) в насаждении. Единица наблюдения и единица совокупности могут совпадать.

11.Определение формы записей. Могут быть представлены в форме списка, ведомостей и учетных карточек. Общие требования к форме записи – это возможность их группировки по единицам и признакам наблюдения. Это необходимо при обработке математическими методами и ЭВМ.

12.Выбор метода статистического анализа. Если есть затруднения в этом плане, то необходимо проконсультироваться со специалистом в области статистики. Правильно выбранный метод статистического анализа значительно обогатит эксперимент и позволит получить больше объективной информации из исследования.

13.Анализ данных и интерпретация результатов. Анализ данных производится в соответствии с планом, а объяснение результатов – с учетом эксперимента. Проверяются гипотезы, и устанавливается связь полученных результатов с уже известными фактами. Нельзя делать поспешных выводов при их статистической достоверности, даже если результат не совпадает с ранее установленным фактом, так как вы имеете дело с естественным живым организмом природы, непрерывно развивающейся и динамичной. Продолжайте исследование отмеченного явления.

14.Подготовка полного, правильного, легко читаемого научного отчета или рукописи статей, основное содержание которых рассматривается ниже.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:

1.Чем нужно руководствоваться при выборе темы и определении необходимости изучения проблемы?

2.Перечислите основные возможные направления при выоборе темы научного исследования.

12

3.Как правильно определить цель исследования?

4.В чѐм особенность выбора экспериментального материала и схемы

опыта?

5.Как правильно определить экспериментальную единицу и количество повторностей опыта?

6.От чего зависит выбор метода статистического анализа?

ТЕМА № 3 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

В практике исследований используют в основном четыре типа сравнительных экспериментов: лабораторный, вегетационный, лизиметрический и полевой.

Лабораторный эксперимент – исследование, осуществляемое в лабораторной обстановке с целью установления действия и взаимодействия факторов на изучаемые объекты.

Проводят лабораторные опыты как в обычных (комнатных), так и в искусственных, строго регулируемых условиях – в термостатах, боксах и климатических камерах, позволяющих строго регулировать свет, температуру, влажность воздуха и другие факторы условий внешней среды, необходимые для жизнедеятельности растения. Например, в лесном семеноводстве широко используют лабораторный эксперимент для выяснения оптимальных условий прорастания семян, оценки биологических свойств и качества семян и влияния их на всхожесть. Лабораторные опыты на всходах и сеянцах используют в исследованиях с удобрениями, гербицидами, арборицидами, пестицидами, регуляторами и стимуляторами роста.

Для лабораторного опыта не обязательно наличие главного объекта изучения лесохозяйственной науки – растения. В зависимости от целей и задач исследований можно смоделировать и изучить в лабораторных условиях динамику почвенных процессов, различные режимы и балансы, изменения количественного и видового состава атмосферного воздуха, жизнедеятельной фазы почвы и т.д.

13

Вегетационный эксперимент – исследование, осуществляемое в контролируемых условиях – вегетационных домиках, теплицах, оранжереях, климатических камерах и других сооружениях с целью установления различий между вариантами опыта и количественной оценки действия и взаимодействия факторов на растения, его рост и развитие (продуктивность), качество древесины и урожайность.

Обязательным требованием к вегетационному опыту является наличие опытного растения.

Сущность вегетационного опыта состоит в том, что растения выращивают в вегетационных сосудах, в искусственной, но лесоводственно обоснованной обстановке, регулируемой экспериментатором. Для вегетационных опытов применяют самые разнообразные сосуды – стеклянные, керамические, из пластмасс и других инертных материалов. Растения изолируют от неблагоприятных или неизучаемых факторов. В качестве субстрата для выращивания растений используют чистый песок, гравий, шлак, воду и другие стерильные субстраты вплоть до туманов-аэрозолей. Это делают для того, чтобы защитить растения от неизучаемых и случайных факторов и выявить значение того или иного фактора жизни в возможно более «чистом» виде, сделать расчлененный анализ, который нельзя провести в сложной неконтролируемой естественной обстановке.

Совершенствование техники вегетационного метода привело к созданию современных сложных инженерных сооружений – автоматизированных станций искусственного климата – фитотронов.

Фитотрон включает лабораторный корпус, оранжереи, климатические и морозильные камеры, позволяющие круглый год вести работы с растениями, создавая (моделируя) для них любые условия среды обитания. Это позволило решать очень сложные задачи и вопросы физиологии, генетики и селекции растений.

Лизиметрический эксперимент – исследование жизни растений и динамики почвенных процессов в специальных лизиметрах, позволяющих учитывать передвижение и баланс влаги и питательных веществ в естественных условиях.

14

Лизиметрический метод отличается от вегетационного тем, что исследование жизни растений и свойств почвы проводят в естественной обстановке, в специальных лизиметрах, где почва изолирована со всех сторон от окружающей почвы и подпочвы. Основное определяющее условие конструкции лизимитра – наличие приспособления, позволяющего изучать просачивание воды и растворимых в ней веществ в почвах естественного строения или насыпной (1-2 м3) или воронки (25-50 см3). Однако полное отделение почвы в лизиметрах от нижележащих слоев создает в них, несомненно, иной питательный и водновоздушный режим, чем в обычной лесной обстановке.

Аналогичное положение занимают и так называемые вегетационно-полевые эксперименты, которые проводят в поле в цилиндрах или квадратных сосудах (ящиках) без дна на глубине 20-50 см. Для оценки эффективности удобрений, плодородия различных генетических горизонтов и слоев почвы и т.д. Полевой эксперимент (опыт) – исследование, которое осуществляется в полевой обстановке на специально выделенных участках (пробных площадях). Основной задачей полевого опыта является установление различий между вариантами опыта, количественная оценка влияния факторов жизни, условий или приемов выращивания на производительность растений и их качества.

Как бы ни были ценны наблюдения и результаты лабораторных, вегетационных и лизимитрических опытов, прежде чем сделать вывод и рекомендовать их производству, они должны быть проверены в условиях сравнительного полевого опыта.

Ценность результатов полевого опыта зависит от соблюдения определенных методических требований.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:

1.Перечислите основные типы сравнительных экспериментов.

2.В чем особенность лабораторного эксперимента?

3.Какова цель вегетационного эксперимента?

4.Что такое лизиметры и сформулируйте, в чѐм основные особенности лизиметрического эксперимента?

15

ТЕМА № 4 ТРЕБОВАНИЯ К ПОЛЕВОМУ ОПЫТУ

Важнейшие требования к полевому опыту:

1.Типичность опыта.

2.Соблюдение принципа единственного различия.

3.Проведение опыта по существу изучаемого вопроса.

4.Достоверность опыта по существу изучаемого вопроса.

Под типичностью или репрезентативностью опыта понимают соответствие условий его проведения лесорастительным, почвенно-климатическим условиям данного района, зоны или подзоны. Любой опыт должен соответствовать и отвечать требованиям лесорастительных условий, на которые предполагается распространение его результатов.

Например, нет смысла проводить опыт на плодородных почвах, в типах условий местопроизрастания Д (дубравных), если результаты предполагается использовать на бедных боровых почвах – А (песчаных). Необходимо соблюдение единства проведения опыта по приемам лесовыращивания (лесокультурные уходы, лесоводственные рубки ухода) с производственными условиями их проведения, как по количеству, интенсивности, так и по использованию технических средств. Очень часто это требование выполняется не полностью, и опыт проводится в некотором отрыве от типичных производственных условий. Опыты с интродуцированными древесно-кустарниковыми породами теряют свою ценность, и культуры экзотов могут по-иному реагировать на изучаемые приемы и, следовательно, нельзя распространять результаты подобных опытов на обычные производственные условия.

Нельзя автоматически переносить полученные данные инвентаризации лесного фонда при таксации насаждений из одной лесорастительной зоны в другую, из одного вида хозяйства в другое и даже на другой тип леса в пределах одного лесничества.

При постановке полевого опыта необходимо соблюдать единство всех условий, кроме одного – изучаемого. Это важное и обязательное требование

16

методики называется принципом единственного различия. Оно должно строго соблюдаться в научной работе при изучении, особенно, закладке постоянных пробных площадей. Например, в опыте с первоначальной густотой посадки единственным различием будет различие по вариантам количества сеянцев (саженцев) на единицу площади. Все остальные условия (способ подготовки почвы, возраст посадочного материала, его количество, метод посадки, уходы и т.д.) во всех вариантах должны быть равнозначными. Без соблюдения этого требования методики нельзя правильно установить эффективность первоначальной густоты и определить ее оптимальную величину. Но следует иметь в виду, что полное сохранение равенства всех условий, кроме изучаемого, оказывается невозможным из-за тесной связи факторов, создающих условия произрастания древесно-кустарниковых растений.

Для того чтобы признать изменения в результате опыта следствием тех изменений, которые произошли в изучаемом факторе, вовсе не нужно постоянное равенство в состоянии всех других неизучаемых условий в течение всего опыта, достаточно, чтобы такое равенство имелось до опыта, т.е. до того момента, когда внесены изменения в изучаемый фактор. Изменения же, которые происходят под его влиянием в неизучаемых условиях, необходимо рассматривать как функции произведенного изменения в изучаемом факторе (Доспехов, 1984).

Единственное различие не следует понимать механически, под этим понимается главное, изучаемое различие. Предположим, сравниваются две формы дуба – ранораспускающаяся и позднораспускающаяся, которые вследствие биологических особенностей имеют разные сроки созревания урожая желудей. Так, более правильно сравнивать урожай не в одинаковые сроки, а наиболее соответствующие, оптимальные для каждой формы. Сходные вопросы возникают и в отношении сроков посева, сроков ухода, обработки от вредителей, внесения удобрений и т.д.

Во всех этих случаях принцип единообразия должен пониматься как принцип целесообразности и оптимальности.

Требование проведения полевого опыта на специально выделенном участке с хорошо известной историей – это логическое следствие требования принципа

17

единственного различия. Оно также обязательно для любого полевого опыта. Под историей участка лесонасаждения следует понимать: происхождение (искусственное или естественное), вид подготовки почвы, происхождение посевного и посадочного материала, год создания, посев и посадка, количество и интенсивность проведения лесокультурных и лесоводственных уходов, первоначальный состав, тип и способ смешения древесно-кустарниковых пород.

Нельзя закладывать пробные площади на участках с отсутствием элементов сравнения, с заведомо разной историей и неодинаковыми условиями, за исключением тех случаев, когда изучается сама история участка леса или выявляется влияние типов лесорастительных условий (ТЛУ) на формирование лесного биоценоза или типа леса.

Под достоверностью опыта понимают логически правильно построенную схему и методику проведения опыта, соответствие их поставленным перед исследователем целью, задачами, правильный выбор объекта и единицы исследования и условий проведения данного опыта. Невыполнение данных схем, искажение методики, использование несовершенной техники и средств измерения, неверно выбранные математические алгоритмы биометрии и т.д. искажают количественные эффекты изучаемых вариантов и не могут быть использованы для практических рекомендаций.

При научных работах встречаются три вида ошибок – случайные, систематические и грубые. Ошибка – это расхождение между результатами выборочного наблюдения и истинным значением определяемой величины.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:

1.Что такое полевой опыт и каковы основные требования при его проведении?

2.Что такое типичность опыта?

3.В чѐм заключается смысл соблюдения принципа единственного различия?

4.Что такое достоверность опыта?

5.Перечислите виды ошибок при проведении научных исследований.

18

ТЕМА № 5 ЭЛЕМЕНТЫ МЕТОДИКИ В ЛЕСОВОДСТВЕННО-БИОЛОГИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЯХ

Методика эксперимента предусматривает поэтапное решение программных вопросов и непосредственного сбора опытных материалов и их обработки.

Под методикой подразумевают совокупность слагающих ее элементов: единицы исследования, число вариантов, повторность, размеры и направление пробной площади, систему размещения пробных площадей и вариантов на территории, метод учета показателей в пространстве и времени, математикобиометрическая обработка опытных данных и оформление результатов исследования.

1. Единица исследования Единица исследования – это количественная или качественная величина

(доля), совокупность частей (дерева, насаждения) или определенная ее часть, которую изучает (измеряет или фиксирует) исследователь в пространстве или времени. Она может быть количественная: норма высева, глубина обработки почвы, глубина посадки и посева, количество растений на единицу площади, запас стволовой древесины или биомассы в кубических метрах на 1 га, количество устьиц, клеточных включений, хромосом и т.д.

Качественная – вид, сорт, форма, способ посева, метод создания, состояния, цвет и т.д.

2. Варианты Целенаправленное изменение по количеству или объему одной единицы

исследования эксперимента (опыта) называется вариантом.

Один или несколько вариантов, с которыми сравнивают опытные варианты, называют контролем или стандартом.

Совокупность опытных и контрольных вариантов составляет схему эксперимента. Варианты в соответствии с единицей исследования в нем бывает количественные и качественные.

19

Число вариантов в схеме любого опыта – обычно заранее заданная величина, которая всецело зависит и определяется его содержанием и задачами. Число вариантов не оказывает влияния на типичность опыта, но может существенно сказаться на его ошибке, так как при прочих равных условиях опыт с большим числом вариантов будет занимать большую площадь. Увеличение числа вариантов в опыте сверх 12 значительно увеличивает ошибку эксперимента, т.е. возрастает пестрота почвенного покрова и расстояние между сравниваемыми вариантами, в этом случае труднее уложить опыт или отдельное повторение в пределах одной почвенной разности. Все это ведет к увеличению ошибки опыта. Опыт с большим числом вариантов требует сложных методов постановки, т.е. введения 2-3 контрольных проб, особого метода размещения делянок.

Если же число вариантов мало, например 2-3, то необходима более высокая повторность, чтобы иметь достаточное число наблюдений для правильной оценки точности опыта.

3. Повторность Точность и надежность научного исследования определяется повторностью

опыта во времени и на территории. Повторностью опыта на территории называется число одноименных пробных площадей каждого варианта, а повторностью во времени число лет испытания, приемов исследования в типологических или географических культурах, наблюдение за динамикой структуры древостоя и других ярусов растительности в лесных насаждениях.

Территориальная повторность дает возможность полнее охватить каждым вариантом опыта все лесорастительные условия и получить более устойчивые и точные средние, а повторность во времени позволяет установить действие, взаимодействие или последствие изучаемых факторов в разных лесорастительных условиях. Повторность исследования может быть определена для лесных биогеоценозов 5-10 лет.

При увеличении повторности на территории до 4-6 кратной очень заметно снижается ошибка опыта. Дальнейшее повышение повторности сопровождается менее значительным уменьшением ошибки.

20

Эффективность повторности особенно четко проявляется, если целые повторения, т.е. весь набор изучаемых вариантов опыта располагать в пределах даже сильно различающихся, но достаточно однородных внутри себя частей участка леса.

Большую часть простых однофакторных опытов с качественными вариантами (сорта, формы, способ подготовки почвы и т.д.) проводят, как правило,

в4-6 кратной повторности.

Впрактике опытных работ по селекции и лесному семеноводству повышенную кратность следует применять в опытах на небольших пробных площадях (20-100 м2) и на недостаточно «выравненных» по плодородию участках лесопитомника.

Повторность свыше 8-кратной используют только в особых случаях, например, для доказательства незначительных эффектов на пробных площадях (микроудобрений, стимуляторов роста и т.д.).

Проведение опыта без повторностей допустимо в предварительных, рекогносцировочных и демонстрационных опытах, при экспедиционных тренировках.

4. Основные требования к пробной площади Пробные площади (площадки) служат для размещения в них изучаемых и

контрольных вариантов. Довольно широко распространено мнение о преимуществе крупных пробных площадей, которое основано на многочисленных исследованиях результатов дробных учетов. К сожалению, в большинстве этих исследований допущена методическая ошибка. Она заключается в том, что при сравнении не выдержан принцип единственного различия. Если эти же данные обработать правильно, т.е. с соблюдением принципа единственного различия, они согласованно показывают, что увеличение размера площади пробы сначала снижает, а затем или не оказывает существенного влияния на ошибку опыта, или даже увеличивает ее.

Размер опытных проб для различных видов исследования в каждом конкретном случае (лесные культуры, лесоводство, таксация и т.д.) будет меняться от назначения и задач опыта, культуры, вида древесно-кустарниковой породы,