Планирование эксперимента и статистическая обработка данных полевого опыта

Применение в агрохимии полевых опытов, которые проводятся в естественных условиях на специально выделенных полевых участках для определения количественного влияния различных факторов на урожай. Математически спланированный многофакторный полевой опыт.

Рубрика Экономико-математическое моделирование
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 25.01.2019
Размер файла 443,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Почвоведение и агрохимия № 2(57) 2016

Размещено на http://www.allbest.ru/

48

Почвоведение и агрохимия № 2(57) 2016

48

Планирование эксперимента и статистическая обработка данных полевого опыта

С.А. Балюк, Н.В. лисовой, В.Н. Никоненко, Е.В. Карацюба

ВВЕДЕНИЕ

В агрохимических исследованиях широко применяются полевые опыты, которые проводятся в естественных условиях на специально выделенных полевых участках для определения количественного влияния различных факторов на урожай, качество продукции и плодородие почвы. Проведение полевого опыта является ответственной работой и требует значительных трудовых и финансовых затрат. До закладки полевого опыта разрабатывается схема вариантов исследований. Первоначально разрабатывались однофакторные простые схемы, в которых определялось действие одного фактора по принципу единственного различия. Впоследствии появилась, необходимость изучать взаимодействие между отдельными факторами. Для этого начали разрабатывать факториальные схемы, одной из первых является восьмерная схема Жоржа Виля. Со временем многофакторные схемы и математическое планирование эксперимента получило широкое развитие в трудах Фишера, Финни, Перегудова, егоршина, Дуды, [1-8].

Преимущество математически спланированного многофакторного полевого опыта в том, что обработка экспериментальных данных проводится современными статистическими методами при помощи компьютерных программ, определяется действие и взаимодействие факторов, оптимальные нормы минеральных удобрений, строятся математические модели прогнозирования урожайности сельскохозяйственных культур.

полевой опыт агрохимия математический

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектом исследований является полевой стационарный опыт, заложенный в 1990 г. на черноземе типичном тяжелосуглинистом на лессе ОП «Граково» Института почвоведения и агрохимии имени а.н. Соколовского.

Полевой опыт заложен по математически спланированной схеме егоршина В3 [4, 7]. Варианты размещаются по блокам (табл. 1).

Таблица 1 Размещение вариантов по блокам (Х1Х2Х3 - изучаемые факторы N, P, K)

Х1Х2Х3

Х1Х2Х3

Х1Х2Х3

Х1Х2Х3

1

000

5

002

9

011

13

110

2

202

6

200

10

211

14

112

3

022

7

020

11

101

15

111

4

220

8

222

12

121

16

111

Варианты размещены по четырем равноценным блокам по количеству каждого вида удобрения. Всего 14 вариантов, в четвертом блоке добавлены два центральных варианта (15, 16), которые являются не обязательными. Размещение вариантов по блокам дает возможность вычислить пестроту плодородия почвы опытного поля. В данном опыте введен только один центральный вариант - 15. Изучаются факторы N, P, K и три уровня градации - 0-1-2. В 2015 г. выращивали пшеницу озимую по черному пару. Минеральные удобрения вносили в три уровня: N0-45-90,

P0-60-120, K0-45-90. Четвертый фактор навоз (н) равен 0 и не учитывался. Учет урожая зерна в 2015 г. проводили комбайном «Сампо» [6, 7].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Урожайные данные обрабатывались как трехфакторный опыт. Повторность вариантов 4-кратная (табл. 2).

Таблица 2 Схема полевого опыта и урожайность озимой пшеницы

п/п

нормы удобрения, кг/га д.в.

Урожай по повторениям, ц/га

N

P

K

H

Y1

Y2

Y3

Y4

Y

1

0

0

0

0

56,2

66,8

56,9

62,7

60,65

2

60

0

90

0

61,6

65,0

62,5

64,3

63,35

3

0

120

90

0

67,4

68,1

61,5

69,9

66,73

4

60

120

0

0

64,8

68,6

68,5

67,6

67,38

5

0

60

45

0

60,0

59,5

66,9

65,0

62,85

6

30

120

45

0

62,2

67,3

65,1

68,7

65,83

7

30

60

90

0

69,1

66,7

63,5

68,1

66,85

8

60

120

90

0

71,8

70,4

69,0

68,3

69,88

9

0

120

0

0

66,4

64,2

72,1

75,0

69,43

10

60

0

0

0

66,6

63,3

66,2

70,4

66,63

11

0

0

90

0

66,3

56,3

61,7

61,0

61,33

12

60

60

45

0

64,6

63,9

61,9

66,8

64,30

13

30

0

45

0

63,6

64,3

67,5

63,2

64,65

14

30

60

0

0

61,5

62,2

63,0

77,0

65,93

15

75

55

45

0

64,7

69,4

63,3

63,5

65,23

Среднее

33,00

59,667

45,0

0

64,45

65,07

64,64

67,43

65,40

дисп

726,00

2401,56

1350,0

13,79

13,43

13,45

18,65

6,51

Где: N - норма азота кг/га;

P - норма фосфора, кг/га д.в.; K - норма калия, кг/га д.в.

Y1, Y2, Y3, Y4 - урожай по повторениям, ц/га; Y - средний урожай, ц/га.

Фактические данные урожайности полевого опыта не всегда дают возможность установить четкие закономерности влияния удобрений. Поэтому, прежде чем проводить статистическую обработку данных фактических урожаев выравнивают при помощи специальной программы. Получение данных показано в табл. 3.

Таблица 3 урожайность озимой пшеницы после дополнительной обработки фактических данных урожайности

п/п

нормы удобрения, кг/га д.в.

Урожай, ц/га

N

P

K

H

y

1

0

0

0

0

61,406

2

60

0

90

0

65,392

3

0

120

90

0

67,662

4

60

120

0

0

68,17

5

0

60

45

0

63,009

6

30

120

45

0

67,166

7

30

60

90

0

66,433

8

60

120

90

0

68,17

9

0

120

0

0

67,662

10

60

0

0

0

65,392

11

0

0

90

0

61,406

12

60

60

45

0

65,256

13

30

0

45

0

62,649

14

30

60

0

0

66,433

15

75

55

45

0

64,769

Среднее

33

59,667

45

0

65,398

дисп

5,0963

нормы: минимальные - (0; 0; 0; 0), максимальные - (75; 120; 90; 0), средние - (33; 59; 67; 45; 0).

Текстовая информация полученной математической модели приведена в табл. 4.

Таблица 4 Текстовая информация о результатах математической обработки расчетных урожайных данных

Уравнение регрессии

Ур = b0 + (b1*х1 + b2*х2 + b3*х3 + b4*х4) + (b5*х11 + b6*х22 + b7*х33 + b8*х44) +

+ (b9*х12 + b10*х13 + b11*х14 + b12*х23 + b13*х24 + b14*х34)

Коэффициенты регрессии b и статистики Стьюдента tb

b0

b1

b2

b3

b4

b5

b6

b7

b8

b =

65,0

0,0324

0,0362

-0,0009

0,0008

tb =

72,488

2,17779

4,4505

-1,0922

1,7922

b9

b10

b11

b12

b13

b14

b =

-0,0005

tb =

-1,6042

Переменные

X1 = N

x1 = X1 - X1cp

x11 = x1*x1

x12 = x1*x2

x23 = x2*x3

X2 = P

x2 = X2 - X2cp

x22 = x2*x2

x13 = x1*x3

X3 = K

x3 = X3 - X3cp

x33 = x3*x3

X1cp = 33

X2cp = 59,667

X3cp = 45,0

Коэффициент детерминации

R2 = 0,7831

78,3% изменчивость Y объясняется принятой квадратичной моделью

Коэффициент отношения Фишера

F = 6,4984

Табличные значения:

F05 = 3,4817

F01 = 6,0569

Поскольку F> F01, то модель значима по критерию Фишера

Табличные значения статистики Стьюдента

t05 = 2,262

t01 = 3,250

Коэффициент b значим по Стьюденту, если tb >t05

Модель значима по критерию Фишера, но ряд ее членов не значимы по критерию Стьюдента (tb<2,1).

Окончательная модель урожайности озимой пшеницы имеет вид:

Ур = 65 + 0,03244*(N - 33,0) + 0,0362*(P - 59,667) - 0,0008612*(N - 33,0)2 + tb (2,2) (2) (4,5) (1,1) + 0,000753(K - 45,0)2 - 0,000483*(N - 33,0) (P - 59,667) (1,8) (1,6)

При помощи математической модели рассчитывается эффективность отдельных видов удобрений (N, P, K) при средних и нулевых значений двух других (табл. 5, 6, 7, 8).

Прогнозный урожай при оптимальных нормах удобрений по данным полевого опыта составляет 68,16 ц/га:

Ур = 65 + 0,03244*32 + 00362*60,3 + 0,0008612*1024 + 0 - (0,000483*32)*60,333; Ур = 65 + 1,038 + 2,18 + 0,88 + 0 + 69,09 - 0,93 = 68,16 ц/га.

Основной показатель в математической модели - это свободный член, который равен 65 ц/га. Влияние факторов и их взаимодействие повышает урожайность озимой пшеницы на черноземах типичных Лесостепи Украины на 3,16 ц/га.

Таблица 5 Влияние азотных удобрений на урожайность озимой пшеницы

нормы удобрения, кг/га д.в

Урожай, ц/га

Расчет

N

P

K

H

Ур

UCUT

-95%

+95%

0

59,67

45

0

62,992

0,3744

60,869

65,115

16

59,67

45

0

64,2

0,3024

62,292

66,108

Окончание табл. 5

нормы удобрения, кг/га д.в

Урожай, ц/га

Расчет

32

59,67

45

0

64,967

0,3429

62,935

66,999

48

59,67

45

0

65,293

0,2708

63,487

67,099

64

59,67

45

0

65,178

0,2766

63,353

67,003

80

59,67

45

0

64,623

0,9664

61,212

68,034

N

P

K

H

У0

UCUT

-95%

+95%

0

0

0

0

61,406

0,4402

59,104

63,708

16

0

0

0

63,075

0,2994

61,176

64,974

32

0

0

0

64,303

0,3441

62,268

66,339

48

0

0

0

65,091

0,3421

63,061

67,12

64

0

0

0

65,437

0,4766

63,042

67,832

80

0

0

0

65,343

1,3466

61,316

69,369

Таблица 6 Влияние фосфорных удобрений на урожайность озимой пшеницы

нормы удобрения, кг/га д.в

Урожай, ц/га

Расчет

N

P

K

H

Ур

UCUT

-95%

+95%

33

0

45

0

62,841

0,4435

60,53

65,151

33

24

45

0

63,709

0,3785

61,575

65,844

33

48

45

0

64,578

0,3459

62,537

66,619

33

72

45

0

65,447

0,3457

63,406

67,487

33

96

45

0

66,315

0,3779

64,182

68,448

33

120

45

0

67,184

0,4425

64,876

69,492

N

P

K

H

У0

UCUT

-95%

+95%

0

0

0

0

61,406

0,4402

59,104

63,708

0

24

0

0

62,657

0,2962

60,769

64,546

0

48

0

0

63,908

0,2243

62,265

65,552

0

72

0

0

65,16

0,2243

63,516

66,803

0

96

0

0

66,411

0,2963

64,522

68,3

0

120

0

0

67,662

0,4404

65,36

69,965

Таблица 7 Влияние калийных удобрений на урожайность озимой пшеницы

н

ормы удобрения, кг/га д.в

Урожай, ц/га

Расчет

N

P

K

H

Ур

UCUT

-95%

+95%

33

59,67

0

0

66,525

0,2405

64,823

68,227

33

59,67

20

0

65,471

0,2449

63,754

67,188

33

59,67

40

0

65,019

0,3368

63,005

67,033

33

59,67

60

0

65,17

0,3001

63,269

67,071

33

59,67

80

0

65,923

0,207

64,344

67,501

33

59,67

100

0

67,278

0,4175

65,036

69,52

нормы удобрения, кг/га д.в

Урожай, ц/га

Расчет

N

P

K

H

У0

UCUT

-95%

+95%

0

0

0

0

61,406

0,4402

59,104

63,708

0

0

20

0

60,352

0,4862

57,932

62,771

0

0

40

0

59,9

0,596

57,221

62,579

0

0

60

0

60,05

0,5534

57,469

62,632

0

0

80

0

60,803

0,4305

58,527

63,08

0

0

100

0

62,159

0,5874

59,5

64,818

Таблица 8 Влияние азотных, фосфорных, калийных удобрений на урожайност озимой пшеницы

н

ормы удобрения, кг/га д.в

Урожай, ц/га

Расчет

N

P

K

H

Ур

UCUT

-95%

+95%

33

59,67

45

0

65

0,3418

62,972

67,029

33

59,67

45

0

65

0,3418

62,972

67,029

33

59,67

45

0

65

0,3418

62,972

67,029

33

59,67

45

0

65

0,3418

62,972

67,029

33

59,67

45

0

65

0,3418

62,972

67,029

33

59,67

45

0

65

0,3418

62,972

67,029

N

P

K

H

У0

UCUT

-95%

+95%

0

0

0

0

61,406

0,4402

59,104

63,708

0

0

0

0

61,406

0,4402

59,104

63,708

0

0

0

0

61,406

0,4402

59,104

63,708

0

0

0

0

61,406

0,4402

59,104

63,708

0

0

0

0

61,406

0,4402

59,104

63,708

0

0

0

0

61,406

0,4402

59,104

63,708

на основании расчетных данных построены графики (рис. 1).

Почвоведение и агрохимия № 2(57) 2016

Размещено на http://www.allbest.ru/

48

Почвоведение и агрохимия № 2(57) 2016

48

Рис. 1 (начало). Влияние отдельных видов удобрений на урожай озимой пшеницы

Почвоведение и агрохимия № 2(57) 2016

Размещено на http://www.allbest.ru/

48

Почвоведение и агрохимия № 2(57) 2016

48

Разброс урожайных данных

Графики У - при средних значениях других факторов; Графики У0 - при минимальных значения других факторов.

Рис. 1 (окончание). Влияние отдельных видов удобрений на урожай озимой пшеницы

на графиках по азоту оптимум 65 кг/га, по фосфору - 120 кг/га, калию - 0.

Определение оптимальных вариантов проводится при помощи компьютерной программы - методом полного перебора данных урожайности (Y ц/га), прибыли (U, грн/ц), энергоемкости (V, тыс. МДж) и определение комплексного показателя W (табл. 9).

Таблица 9 Оптимальные варианты удобрений за разными показателями

Оптимальный вариант

X1

X2

X3

Y

U

V

Максимальный урожай Y

33,75

120

0

68,711

14346

185397

Максимальная прибыль U

41,25

0

0

64,812

14935

182167

Уровень энергоемкости V

7,5

120

0

68,065

14477

187248

Комплексный показатель W

15

120

0

68,371

14468

187071

ВЫВОДЫ

1. Исследования проводились в математически спланированном полевом опыте с озимой пшеницей на черноземе типичном Лесостепи Украины.

2. В результате статистической обработки данных построены графики влияния отдельных видов удобрений (азот, фосфор, калий) на урожайность озимой пшеницы и определены оптимальные нормы азота (65 кг/га) и фосфора (120 кг/га Р2О5).

3. на данных полевого опыта разработана математическая модель прогно- за урожайности озимой пшеницы. Основной показатель в математической модели - это свободный член, который равен 65 ц/га, влияние факторов (N, P, K) и их взаимодействие повышает урожайность на 3,16 ц/га.

4. Определены оптимальные нормы азота и фосфора для получения максимальной урожайности озимой пшеницы, максимальной прибыли от удобрений и уровня энергоемкости.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Фишер, Р.А. Статистические методы для исследований / Р.а. Фишер; перевод с англ. В.н. Перегудов. - М.: Госстатиздат, 1958. - 268 с.

2. Финни, Д. Введение в теорию планирования эксперимента / Д. Финни; перевод с англ.- М.: наука, 1970. - 207 с.

3. Перегудов, В.Н. Планирование многофакторных полевых опытов с удобрениями и математическая обработка их результатов / В.н. Перегудов. - М.: Колос, 1978.- 182 с.

4. Егоршин, А.А. Математическое планирование полевых опытов статистическая обработка экспериментальных данных / а.а. егоршин, н.В. Лисовой. - Харьков, 2005. - 192 с. (на укр. языке).

5. Егоршин, А.А. Методика статистической обработки экспериментальной информации длительных стационарных полевых опытов с удобрениями / а.а. егоршин, н.В. Лисовой. - Харьков, 2007. - 45 с. (на укр. языке).

6. Егоршин, А.А. Планирование и математическая обработка трёхфакторных опытов: метод. указания / а.а. егоршин, н.В. Лисовой. - Харьков, 2008. - 30 с. (на укр. языке).

7. Егоршин, А.А. Планирование и математическая обработка многофакторных опытов / а.а. егоршин, н.В. Лисовой. - Харьков, 2009. - 30 с. (на укр. языке).

8. Дуда, Г.Г. Планирование эксперимента для агрохимических исследова- ний / Г.Г. Дуда. - нью-Йорк, 2015. - 304 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.