Длительные полевые опыты и их познавательные возможности. (Эксперименты в Бротболке и Москве)
Полевой опыт - это репрезентативный метод исследования теоретико- практических основ воспроизводства плодородия почв, увеличения урожая сельхозкультур и улучшения его качества. В мире всего известно почти 300 стационарных длительных полевых опытов. Согласно Международной классификации настоящими длительными считаются опыты с продолжительностью не меньше 20 лет. Стационары с продолжительностью свыше 50 лет называются сверхдлительными, по-другому, классическими.
Благодаря длительному полевому опыту имеется возможность оценивать и прогнозировать некоторое влияние метеорологических условий на продуктивность сельхозкультур и эффективность факторов интенсификации земледелия. Такое воздействие строго нормированных доз минеральных удобрений, органических, и извести в самых разных погодных условиях способствует тому, что выявляются устойчивые направленности изменения почвенных процессов.
Самые известные полевые опыты в мире с продолжительностью 100 лет и выше:
Ротамстед - 1843 (Великобритания), Гриньон - 1875 (Франция), Шампейн-Урбана, штат Иллинойс – 1876, округ Колумбия - 1888; Дакота - 1892, а также Обурн – 1896, США – 1878, Галле – 1902, и другие, а также РГАУ-МСХА - 1912 (Россия).
Стационарный полевой опыт РГАУ-МСХА является живым "Учебным пособием", демонстрирующим роль севооборота, удобрений и известкования в повышении урожаев на подзолах Нечерноземной полосы, а также действие бессменных полевых культур в этой зоне. На занимаемой им площади с 1894 года попеременно возделывались зерновые культуры (озимая рожь и овес) и многолетние травы.
А.Г. Дояренко, заложивший Длительный полевой опыт ТСХА в 1912 году, оставался его научным руководителем до 1930 года. В последующем научные руководители утверждались на кафедре земледелия по согласованию с руководством Полевой опытной станции. Ими становились заведующие кафедрой или ученые, основная доля исследований которых приходилась на этот опыт: Н.С. Соколов (1930-1938), М.Г. Чижевский (1939-1943), В.Е. Егоров (1944-1961), Б.А. Доспехов (1962-1978), А.М. Лыков (1979-1990), А.Ф. Сафонов – с 1991 года.
За весь период опыта, как в бессменном, так и на севооборотном участках, все агротехнические мероприятия осуществлялись одинаково, т.е. вносили одинаковые дозы удобрений, все работы проводили в одно и тоже время одинакового качества, урожай учитывали по единой методике и в одни и те же сроки. Принципиальная сторона схемы не изменилась. Однако по мере получения в долгосрочном опыте ясных ответов на те или иные вопросы схему периодически улучшали. Число таких изменений сравнительно невелико.
На протяжении всего этого периода длительный опыт послужил базой для того, чтобы проводить научные исследования в сфере агрономии. Итоги исследований обобщены в десятках диссертаций и монографиях, также сотнях статей, дипломных работ. На их основании началась разработка рекомендации, касающихся воспроизводства плодородия для дерново-подзолистых почв, использования минеральных и органических удобрений, и известкованию в адаптивно-ландшафтных системах земледелия Нечерноземной зоны, некоторой оценке эффективности севооборотов и технологиям возделывания полевых культур, еще и уточнены коэффициенты минерализации - гумификации органического вещества.
Во многом, благодаря юбилейному Длительному опыту, поля, являющиеся опытными, и сама территория «Тимирязевки» была отнесена ЮНЕСКО в список ценных и охраняемых культурных ценностей.
Закладка Лавельсом в Бротболке (1843) опыта по изучению влияния на урожайность озимой пшеницы РК и магния.
Использование модели частотного распределения для описания агрономического объекта и сравнительных исследований. Основные типы эмпирических распределений показателей агрономических объектов.
Статистические показатели, раскрывающих свойства выборки, можно представить следующими основными группами:
- эмпирическими распределениями (вариационными, атрибутивными, ранжировать-ными), характеризующих структуру изучаемой свойства;
- выборочными показателями (мерами центральной тенденции и изменчивости), которые представляют численные значения типичных свойств выборки;
- корреляционно-регрессионного показателями (коэффициентами корреляции, регрессии), которые дают возможность установить скрытые взаимосвязи и закономерности явлений, спрогнозировать развитие изучаемых процессов
Эмпирические данные, полученные путем измерений свойств выборочных объектов, должны пройти первичную обработку и систематизацию: внесение в табличные формы (этап табуляции), упорядочения в вариационной ни последовательности (ряды), представление в виде эмпирических распределений4.
Построенный по фактическим данным полигон распределения - это эмпирическая (фактическая) кривая распределения, отражающая не только объективные (общие), но и субъективные (случайные) условия распределения, не характерные для изучаемого явления.
Критерии согласия — это критерии проверки гипотез о соответствии эмпирического распределения теоретическому распределению вероятностей. Такие критерии подразделяются на два класса: общие и специальные. Общие критерии согласия применимы к самой общей формулировке гипотезы, а именно, к гипотезе о согласии наблюдаемых результатов с любым априорно предполагаемым распределением вероятностей. Специальные критерии согласия предполагают специальные нулевые гипотезы, формулирующие согласие с определенной формой распределения вероятностей.
Критерии согласия, опираясь на установленный закон распределения, дают возможность установить, когда расхождения между теоретическими и эмпирическими частотами следует признать несущественными (случайными), а когда — существенными (неслучайными). Из этого следует, что критерии согласия позволяют отвергнуть или подтвердить правильность выдвинутой при выравнивании ряда гипотезы о характере распределения в эмпирическом ряду и дать ответ, можно ли принять для данного эмпирического распределения модель, выраженную некоторым теоретическим законом распределения.
Критерий согласия Пирсонаc2 (хи-квадрат) — один из основных критериев согласия. Предложен английским математиком Карлом Пирсоном (1857—1936) для оценки случайности (существенности) расхождений между частотами эмпирического и теоретического распределений:[xxiii]
,
Схема применения критерия c2 к оценке согласованности теоретического и эмпирического распределений сводится к следующему:
1. Определяется расчетная мера расхождения 
.
2. Определяется число степеней свободы.
3. По числу степеней свободы n с помощью специальной таблицы определяется 
.
4. Если 
, то при заданном уровне значимости α и числе степеней свободы n гипотезу о несущественности (случайности) расхождений отклоняют. В противном случае гипотезу можно признать не противоречащей полученным экспериментальным данным и с вероятностью (1 – α) можно утверждать, что расхождения между теоретическими и эмпирическими частотами случайны.
Уровень значимости — это вероятность ошибочного отклонения выдвинутой гипотезы, т.е. вероятность того, что будет отвергнута правильная гипотеза. В статистических исследованиях в зависимости от важности и ответственности решаемых задач пользуются следующими тремя уровнями значимости:
1) a = 0,1, тогда Р = 0,9;
2) a = 0,05, тогда Р = 0,95;
3) a = 0,01, тогда Р = 0,99.
Используя критерий согласия c2, необходимо соблюдать следующие условия:
1. Объем исследуемой совокупности должен быть достаточно большим (N ≥ 50), при этом частота или численность группы должна быть не менее 5. Если это условие нарушается, необходимо предварительно объединить небольшие частоты (меньше 5).
2. Эмпирическое распределение должно состоять из данных, полученных в результате случайного отбора, т.е. они должны быть независимыми.
Недостатком критерия согласия Пирсона является потеря части первоначальной информации, связанная с необходимостью группировки результатов наблюдений в интервалы и объединения отдельных интервалов с малым числом наблюдений. В связи с этим рекомендуется дополнять проверку соответствия распределений по критерию c2 другими критериями. Особенно это необходимо при сравнительно малом объеме выборки[xxiv] (n ≈ 100).
Основные этапы истории развития агрономии (своего направления программы: защиты растений, адаптивное земледелие и.т.п.)
Система земледелия - комплекс взаимосвязанных и целенаправленно взаимодействующих агробиологических, технико-технологических организационно - экономических, агротехнических, мелиоративных, почвозащитных мероприятий, направленных на эффективное использование земли, агроклиматических ресурсов, биологического потенциала растений, на повышение плодородия почвы с целью получение высоких и устойчивых урожаев с.-х. культур хорошего качества.
А.Т.Болотов в своей работе «О разделение полей» (1771) дал первые научные разработки о системах земледелия. В 1788 году вышла книга другого классика русской агрономии И.М.Комова: «О земледелии».
А.В.Советов первым ввел в оборот научный термин «системы земледелия». Большой вклад в теорию и практику систем земледелия внес А.С.Ермолов.
Трудами В.В.Докучаева, П.А.Костычева, В.Р.Вильямса и др. была решена проблема восстановления, регулирования и повышения плодородия почвы.
Системы земледелия делятся на 5 групп факторов:
1) общественные потребности (рынок продуктов, потребности животноводства, требования переработки продукции);
2) агроэкологические требования культур и их средообразующее влияние;
3) агроэкологические параметры земель (природно-ресурсный потенциал);
4) производственно-ресурсный потенциал, уровни интенсификации;
5) качество продукции и среды обитания, экологические ограничения.
Адаптивно-ландшафтная система земледелия - это система использования земли определенной агроэкологической группы, ориентированная на производство продукции экономически и экологически обусловленного количества и качества в соответствии с общественными (рыночными) потребностями, природными и производственными ресурсами, обеспечивающая устойчивость агроландшафта и воспроизводство почвенного плодородия.
Методологическими принципами разработки современных адаптивно-ландшафтных систем земледелия являются целостность, дифференциация, адаптивность, экологичность, нормативность, оптимизация, агрономическая и экономическая эффективность
Целостность свидетельствует о наличии в системе земледелия всех взаимосвязанных структурных единиц, благодаря которым она способна выполнять функцию производства планируемой продукции растениеводства.
Дифференциация указывает на разнообразие земледелия в зависимости от прихода фотосинтетически активной радиации, климата, почвообразовательного процесса, агроландшафтов, степени их мелиоративного состояния, мезорельефа и т.д.
Адаптивность реализуется при организации производства в пределах конкретных агроландшафтов.
Нормативность заключается в соблюдении научно обоснованных доз, сроков и способов применения удобрений, пестицидов, стимуляторов роста, а также проведении технологических приемов.
Оптимизация предусматривает устойчивое и сбалансированное ведение систем земледелия.
Агрономическая и экономическая эффективность предусматривает стабильное и рентабельное производство продукции растениеводства.