Построение схем полевых опытов с удобрениями

Выбору направления исследования по какой-либо теме предшествует изучение отечественной и зарубежной литературы по данному вопросу (монографий, обзоров, журнальных статей). Это помогает создать рабочую гипотезу, разработать программу и методику исследований.

Рабочая гипотеза – это научное предположение о развитии изучаемого явления. Иными словами, экспериментатор должен вначале смоделировать весь ход эксперимента и после этого приступить к разработке программы исследований.

Программа исследований включает схему опыта, условия и методику его проведения. В процессе эксперимента программа исследований может дополняться или частично меняться. Самый сложный этап разработки программы исследований – составление схемы опыта. Методически очень важно при разработке схемы определить контрольные варианты, чтобы правильно оценить реакцию культуры на удобрения. В опытах с удобрениями в качестве контрольного обычно используется вариант без удобрений; если изучаются новые формы удобрений, контролем может быть вариант с уже изученной формой удобрений; в опытах по изучению способов внесения удобрений - вариант с обычным способом заделки удобрений.

В качестве примерной схемы для изучения видов удобрений может служить схема Жоржа Вилля: 1) 0; 2) N; 3) Р; 4) К; 5) NP; 6) NK; 7) РК; 8) NPK. Недостатком этой схемы является ее громоздкость. К тому же во многих случаях применяют несколько видов удобрений. Лучше такая схема: 1) 0; 2) NP; 3) NK; 4) РК; 5) NPK.

Опыты, в которых сравниваются формы удобрений, требуют высокой точности и должны проводиться на строго однородном участке при оптимальном фоне, так как различия в действии форм одного вида удобрений обычно невелики. В опытах с формами удобрений контрольными могут быть вариант без удобрений или фон, а при изучении новых форм удобрений также фон + стандартное удобрение. Например, сравнение форм фосфорных удобрений проводят по такой схеме: 1) без удобрения; 2) NK – фон; 3) NK + суперфосфат двойной 0,5 дозы; 4) NK + суперфосфат двойной полная доза; 5) NK + суперфос полная доза; 6) NK + полифосфат кальция полная доза; 7) NK + фоспаль полная доза. При изучении форм фосфорных удобрений, не содержащих водорастворимого фосфора, стандартная форма вносится в полной и половинной дозе.

Изучение форм азотных удобрений можно проводить по такой схеме: 1) без удобрения; 2) РК – фон; 3) РК + мочевина; 4) РК + КАС; 5) РК + мочевина с полимерным покрытием; 6) РК + мочевина с регулятором роста растений.

В опытах со сложными удобрениями обычно применяется следующая схема: 1) контроль (без удобрений); 2) сложные удобрения; 3) эквивалентная смесь однокомпонентных удобрений; 4) смесь однокомпонентных удобрений в рекомендуемых дозах; 5) сложное + однокомпонентные для получения рекомендуемой дозы.

При изучении доз и соотношений минеральных удобрений, вносимых под разные культуры, необходимо, чтобы разрыв между дозами был достаточно велик, а прибавки в разных вариантах различались на величину, большую, чем ошибка опыта. В таких опытах достаточно четырех-пяти доз. Например, опыт с возрастающими дозами азотных удобрений можно провести по схеме: 1) 0; 2) РК (фон); 3) РК + N, I доза; 4) РК + N, II доза; 5) РК + N, III доза; 6) РК + N, IV доза.

Так как действие любых удобрений и доз зависит от уровня снабжения другими элементами питания, важно определить наиболее благоприятное их соотношение. Например, схема такого опыта с яровыми зерновыми может включать одиннадцать вариантов: 1) контроль (без удобрения); 2) Р₆₀К₆₀; 3) N₆₀P₆₀; 4) N₆₀K₆₀; 5) N₆₀P₆₀K₆₀; 6) N₉₀P₆₀K₆₀; 7) N₁₂₀P₆₀K₆₀; 8) N₉₀P₆₀K₉₀; 9) N₉₀P₉₀K₆₀; 10)N₉₀P₉₀K₉₀; 11)N₁₂₀P₉₀K₉₀.

При изучении способов внесения удобрений используются два контрольных варианта: без удобрения и с удобрением, внесенным стандартным способом.

Эффективность ленточного внесения возрастающих доз минеральных удобрений под зерновые и картофель можно изучать по такой схеме: 1) контроль (без удобрений); 2) NPK, 0,5 дозы вразброс; 3) NPK, 0,5 дозы лентами; 4) NPK, 1 доза вразброс; 5) NPK, 1 доза лентами; 6) NPK, 2 дозы вразброс; 7) NPK, 2 дозы лентами.

В многофакторных опытах одновременно изучаются несколько видов удобрений в различных дозах, сорта, способы обработки почвы, средства защиты растений и т.д. Они проводятся по факториальным и комплексным схемам. Факториалъная схема должна предусматривать испытание всех возможных сочетаний изучаемых факторов и доз. Эксперимент, в котором каждая доза одного из факторов сочетается со всеми дозами остальных, называется полным факториальным экспериментом (ПФЭ). При совместном действии (взаимодействии) изучаемых факторов возникают дополнительные эффекты: дополнительная прибавка (или снижение) урожайности. Взаимодействие факторов считается положительным, если прибавка больше арифметической суммы прибавок при раздельном действии факторов, и отрицательным, если она меньше.

Опыт по восьмивариантной схеме (О, N, Р, К, NP, NK, РК, NPK) является многофакторным, поскольку в нем определяются эффекты от N, P, К по отдельности при взаимодействии двух (NP, NK, РК) и трех (NPK) факторов. В опыте каждый из факторов (N, Р, К) имеет две дозы – 0 и 1. Число вариантов определяет произведение 2×2×2=8, где число сомножителей – это число факторов, а каждый из сомножителей указывает на число вариантов с данным фактором. Если варианты доз увеличить до четырех (0, 1, 2, 3), то число вариантов опыта возрастет до 64 (4×4×4), при пяти дозах их будет 125 (5×5×5). Поставить такие громоздкие опыты просто невозможно, необходимо использовать неполные факториалъные схемы, которые содержат меньше вариантов, но равномерно охватывают всю область взятых для изучения возрастающих доз.

Планирование факториальных схем облегчается при введении кодирования вариантов. Так, в опытах с удобрениями вместо символов N, Р, К записывают варианты доз этих элементов. Например, вариант с дозами N₂, P₁, K₄ кодируется числом 214, а вариант N₁, Р₃, К₂ – 132 и т.д.

Даже при сокращенных факториальных схемах из 36, 45 вариантов опыты занимают большую территорию, что значительно увеличивает ошибку эксперимента. Поэтому используются специальные приемы. Один из них – блокировка вариантов внутри повторений. При этом сравнимые варианты объединяются в территориальные компактные блоки, входящие в повторения. В этом случае точность опыта определяется варьированием почвенного плодородия не по всему повторению, а только внутри части повторения – внутри блока.

Факториальные опыты с большим числом вариантов доз проводятся в двух-трех повторениях.

Рассмотрим схему, состоящую из трех факторов (N, P, К) в трех вариантах доз каждого фактора: 3×3×3=27. 27 вариантов опыта размещены тремя блоками:

I блок: 102 012 210 111 120 201 000 222 221;

II блок: 101 002 122 110 011 020 212 221 200;

III блок: 220 211 010 121 202 112 100 001 022.

Блоки включают разный набор вариантов, но обязательно из трех факторов и их парных взаимодействий. Сумма доз каждого фактора во всех блоках также одинакова. Теоретически средние урожаи по каждому блоку должны быть близки. Однако в полевых условиях этого не происходит из-за различия плодородия почвы блоков. Блокировка вариантов внутри повторений позволяет контролировать различия и исключать их из общего варьирования путем корректировки урожайности. Блокировка в зависимости от схемы может выполняться в одном или двух направлениях. Когда опытное поле имеет квадратную форму, блоки создают в двух направлениях - горизонтальном (блоки-строки) и вертикальном (блоки-столбцы).

Такие факторы, как сорт, способы обработки почв и применения химических средств, могут быть изучены в четырехфакторном опыте (рис. 15.6). В схему входят три фактора (например, удобрение, гербицид, фунгицид). Для введения четвертого фактора (второго сорта или способа обработки почвы) оба блока расщепляются вдоль на две полосы.

Рис. 15.6. Размещение вариантов в двух равноценных блоках опыта (4 × 4 × 4).