5.5.2. Планирование опыта

Планирование опыта осуществляют в соответствии с требованиями вариационной статистики, являющейся практическим приложением теории вероятности и позволяющей оценивать особенности случайных явлений (изменчивости случайных величин).Исследования лесных культур осуществляют с использованием выборочных совокупностей; этот метод широко распространен в науке и позволяет с наименьшими затратами получать результаты с достаточной точностью, достоверные на заданном уровне доверительной вероятности.

Формирование выборочной совокупности, являющейся основным объектом исследований, с целью повышения точности результатов осуществляют в 4-кратной повторности(число повторностей может изменяться от 2 до 6, оптимально 4 повторности). В лесоводственных исследованиях выборочной совокупностью (выборкой) является пробная площадь; следовательно, для изучения того или иного вопроса необходимо заложить 4 пробные площади в культурах одного породного состава и возраста, с идентичной агротехникой создания культур и т.д., произрастающих в одинаковых лесорастительных условиях.

Приведем несколько примеров планирования опыта.

Пример 1. Необходимо оценить максимальную продуктивность культур сосны в лесорастительных условиях сосняка ягодникового в возрасте 60 лет. Для решения этой задачи подбирают 4 участка культур сосны, произрастающих в одинаковых лесорастительных условиях. Исследуемые культуры должны быть чистыми с наивысшими текущими показателямиполноты и запаса и равномерным размещением деревьев на площади. Значительные расхождения показателей на участках культур, выбранных для размещения повторностей опыта, не допускаются, так как ониявляются, как правило, следствием недостатков, допущенных при создании и выращивания культур (посадочный материал низкого качества, нерегулярные и недостаточные агротехнические и лесоводственные уходы и др.), а не следствием естественных процессов формирования насаждений искусственного происхождения.

В каждом участке культур закладывают пробную площадь, которая является выборочной совокупностью. 4 повторности дают достаточно точный результат, на основе которго можно сделать надежные (статистически достоверные) выводы.

Пример 2. Необходимо сравнить продуктивные показатели 60-летних культур сосны и лиственницы, созданных в условиях сосняка разнотравно-зеленомошникового. В этом случае подбирается по 4 участка культур сосны и лиственницы с закладкой 8 (4 + 4) пробных площадей.

Пример 3. Необходимо сравнитьпродуктивные показатели сосны и лиственницы в 60-летних смешанных сосново-лиственничных культурах в лесорастительных условиях сосняка зеленомошникового. Закладывают 4 пробные площади в данном типе леса.

Пример 4. Необходимо сравнить продуктивность культур сосны 60-летнего возраста в типах леса сосняк ягодниковый, сосняк-черничник, сосняк разнотравно-зеленомошниковый, сосняк влажнотравный. В каждом типе леса закладывают по 4 пробные площади (повторности). В результате такого планирования опыт будет размещен по схеме однофакторного дисперсионного анализа, что позволит не только сравнить продуктивность культурценозов сосны в различных лесорастительных условиях, но и установить при статистическом анализе степень (силу) влияния лесорастительных условий на изменчивость продуктивных показателей искусственных сосняков 60-летнего возраста.

Пример 5. Требуется установить лесоводственную эффективность различных способов обработки почвы, использованных при создании культуры сосны в типе лесорастительных условий сосняка ягодникового (субори свежей). В опыте использованы три способа обработки почв – нарезка плужных борозд плугом ПЛП-135, изготовление с помощью бульдозерного отвала насыпных посадочных валов и нарезных площадок. В данном опыте изучают преимущественно культуры сосны, не достигшие 10-летнего возраста, так как различия в росте, вызванные применением различных способов обработки почвы, наиболее выражены до достижения указанного возраста; впоследствии различия в росте будут постепенно нивелироваться В данном опыте применяют планирование в соответствии со схемой однофакторного дисперсионного анализа. Необходимо заложить 12 (3 х 4) пробных площадей.

При планировании опыта необходимо учитывать разнородность древесных пород одного и того же вида. Классификацию форм и категорий внутривидовой изменчивости на примере хвойных видов древесных растений Урала разработал С.А. Мамаев (1973):

Формы внутривидовой изменчивости:

I. Индивидуальная

II. Половая

III. Хронографическая (временная)

а) возрастная; б) сезонная

IV. Экологическая

V. Географическая (эколого-географическая)

VI. Гибридогенная

VII. Эндогенная – изменчивость внутри организма (разнокачественность).

Категории изменчивости:

1. Изменчивость структурных признаков (формы, размеров или количества органов, тканей, клеток):

1. размеров органов;

2. формы органов;

3. количества органов;

4. строения коры;

5. анатомических признаков.

2. Изменчивость функциональных признаков (физиолого-биологических свойств):

1. интенсивности физиологических и биологических процессов;

2. ростовых процессов;

3. степени устойчивости растений (жаро-, холодо-, соле-, газоустойчивость и т.д.);

4. фототропической реакции;

3. Изменчивость качественных (химических) признаков (варьирование в содержании различных элементов и веществ в тканях растения):

1. содержания органических веществ;

2. содержания химических элементов.

При исследовании лесных культур с использованием методов вариационного анализа определяют фенотипическую (общую) изменчивость. Она отражает индивидуальную (закрепленную в генотипе), экологическую (модификационную, вызываемую мозаичностью условий среды произрастания индивидов), географическую (эколого-географическую, вызываемую изменениями типов леса, типов лесорастительных условий). В необходимых случаях учитывают половую, гибридогенную и сезонную изменчивость. Возрастная изменчивость древесных растений в одновозрастных культурах отсутствует; разновозрастность древостоя может формироваться за счет участия самосева в составе культур.

При определении размера выборки (количества деревьев на пробной площади) необходимо знать размах варьирования изучаемых признаков, определяемый коэффициентом вариации. С.А. Мамаев (1973) приводит значения коэффициентов вариации индивидуальной изменчивости некоторых структурных признаков сосны обыкновенной в естественных насаждениях: высоты дерева 7 – 11%, диаметра ствола 12 – 22%, протяженности грубой коры 26 – 36%, протяженности кроны 18 – 34%, числа шишек на дереве 99 – 154%, длины шишки 7 – 13%, веса шишки 20 – 35%, числа семян в шишке 38 – 90%, веса 1000 шт. полнозернистых семян 14 – 23%.

Оценку размаха изменчивости проводят с использованием шкалы уровней изменчивости, предложенной С.А. Мамаевым:очень низкий – коэффициент вариации ≤ 7%, низкий 8 – 12%, средний 13 – 20%, повышенный 21 – 30%, высокий 31 – 40% и очень высокий > 40%.