Was ist die optimale Größe, Form und Anzahl der Parzellen für Feldversuche?
Alles über Grundstücke
Bei der Planung der physischen Aspekte eines Anbauversuchs muss der Forscher viele Entscheidungen in Bezug auf die Parzellen treffen, die er berücksichtigen muss:
- Wie viele Parzellen sollte mein Experiment haben?
- Welche Größe und Form sollten meine Grundstücke haben?
- Wie kann ich Wechselwirkungen zwischen Parzellen verhindern?
Zum Glück gibt es für Forscher heute unkomplizierte Lösungen für diese Probleme, und QuickTrials kann bei deren Umsetzung helfen.
Anzahl der Parzellen
Die Anzahl der Parzellen in einem Versuch wird ausschließlich durch die Anzahl der zu prüfenden Behandlungen und die Anzahl der Wiederholungen jeder dieser Behandlungen bestimmt. Die Beziehung ist einfach: Die Gesamtzahl der Parzellen entspricht der Anzahl der Behandlungen multipliziert mit der Anzahl der Wiederholungen.
Trotz dieser scheinbaren Einfachheit gibt es jedoch eine zugrunde liegende mathematische Beziehung (Hathaway, 1963), die die Anzahl der Wiederholungen, die Parzellengröße (Fläche) und die Fähigkeit, statistische Unterschiede zu erkennen, miteinander verbindet. Die Ableitung dieser Beziehung beruht auf der Verwendung direkter Beobachtungen aus früheren Versuchen, wie z. B. dem Ertrag, um einen Variabilitätsindex zu berechnen, der für jedes Feld bei einer festen Parzellengröße einzigartig ist. Der Variabilitätsindex reicht von 0 bis 1, wobei 0 für ein völlig heterogenes (variierendes) Feld und 1 für ein völlig homogenes (einheitliches) Feld steht.
Unter der Annahme, dass die Anzahl der Behandlungen im Versuch feststeht, muss der Forscher zur Bestimmung der Anzahl der erforderlichen Wiederholungen eine Vorstellung von dem kleinsten Unterschied zwischen den Behandlungen haben, der angesichts des zugrunde liegenden Versuchsfehlers messbar sein muss. Dieser Unterschied wird als nachweisbare Differenz bezeichnet und in der Regel als Prozentsatz des Mittelwerts einer Beobachtung, z. B. des Ertrags, angegeben.
Wenn der Forscher beispielsweise in der Lage sein muss, einen Ertragsunterschied von 15% zwischen Behandlungen mit Parzellen von 20m2 festzustellen, benötigt er nach dem Diagramm in Abbildung 1 mindestens 6 Wiederholungen, um dies zu erreichen.
Die Erläuterung und Berechnung des Variabilitätsindexes und des entsprechenden Verhältnisses zwischen Parzellengröße, Wiederholungen und nachweisbarem Unterschied ist zu detailliert, um in diesem Artikel erläutert zu werden, aber interessierte Leser können den Verweisen am Ende des Artikels folgen.
Abbildung 1: Verhältnis zwischen nachweisbarem Unterschied, Anzahl der Wiederholungen und Parzellengröße
Grundstücksgröße
Theoretisch ist es möglich, die wirtschaftlich optimale Parzellengröße, wie sie von Smith (1938) formuliert wurde, mathematisch zu berechnen:
Dabei ist b der Variabilitätsindex, der auf einer festen Parzellengröße berechnet wird, K₁ ist ein von der Parzellengröße unabhängiger Kostenfaktor, K₂ ist ein von der Parzellengröße abhängiger Kostenfaktor und xopt ist der Faktor, der, wenn er mit der dem Variabilitätsindex zugeordneten Parzellengröße multipliziert wird, die wirtschaftlichste Parzellengröße für dieses Feld berechnet.
In der Praxis ist es jedoch oft so, dass andere Zwänge die Freiheit des Forschers bei der Wahl der Parzellengröße einschränken. So wird ein Züchter bei der Entwicklung neuer Sorten mit einer Reihe von Parzellengrößen arbeiten, von Pflanzen, die aus einem einzigen Samen in Töpfen gezogen werden, über kleine Baumschulparzellen, die aus dem Samen einer einzigen Pflanze gezogen werden, bis hin zu großen Ertragsparzellen, die für die Produktion von Saatgut in großen Mengen bestimmt sind. Im Allgemeinen gilt: Je später das Forschungsstadium, desto größer sind die Parzellen.
Auch die Pflanzenart ist ein wichtiger Faktor, der die Parzellengröße beeinflusst. Die Parzellen müssen genügend Pflanzen enthalten, um den Versuchsfehler auszugleichen, aber auch genügend Platz für die Pflanzen lassen, damit sie ihr Potenzial voll ausschöpfen können, ohne überfüllt zu werden. Für Getreide wie Weizen und Gerste können aufgrund der großen Anzahl von Pflanzen pro Flächeneinheit kompaktere Parzellen verwendet werden, während Kulturen, die in Reihen gepflanzt werden, wie z. B. Zuckerrüben, größere Parzellen benötigen, um eine angemessene Anzahl von Pflanzen unterzubringen. Für Versuche mit Obstbäumen sind sogar noch größere Parzellen erforderlich, um einen angemessenen Abstand zwischen den Bäumen zu gewährleisten.
Die andere wichtige Determinante für die Grundstücksgröße ist die Maschinenpark die für die Durchführung des Versuchs verwendet wird. In der Praxis wird dadurch zumindest die Mindestgröße der Parzelle bestimmt. Die meisten Parzellen werden in der Regel mit Maschinen besät oder bepflanzt und die Behandlungen mit Geräten fester Größe durchgeführt. Daher entspricht die kleinste Parzellengröße in der Regel der Größe des größten Geräts, das an dem Versuch beteiligt ist. Bei bestimmten Arten von Versuchen, wie z. B. bei der Erforschung von Anbausystemen, können die Parzellen sehr groß werden, da sie von kommerziellen landwirtschaftlichen Geräten genutzt werden. In diesen Fällen ist es nicht ungewöhnlich, dass die Parzellen bis zu 50 m x 50 m groß sind, um Überschneidungen beim Einsatz von Maschinen zu ermöglichen.
Grundstücksform
Idealerweise sollte die Form einer Parzelle so kompakt wie möglich sein, um die Auswirkungen der darunter liegenden Bodenschwankungen zu minimieren. In der Praxis sind dünne, rechteckige Parzellen für die Aussaat, das Sprühen und die Ernte besser geeignet. Mit der Reifung der Pflanzenforschung und der zunehmenden Mechanisierung haben sich die Parzellengrößen für bestimmte Kulturen wie Weizen und Gerste auf eine Standardbreite von etwa 2 m entwickelt, wobei die Länge je nach Versuchszweck variiert.
Ausrichtung des Grundstücks
Geht man von einer typischen rechteckigen Parzellenform aus, so sollten die Parzellen mit der langen Kante parallel zu den Variationslinien ausgerichtet werden. Da die meisten Versuche in der Regel auf kommerziell bewirtschafteten Feldern durchgeführt werden, ist ein großer Teil der potenziellen Schwankungen, denen die Parzellen ausgesetzt sein können, auf Feldarbeiten wie Anbau, Aussaat und Besprühen zurückzuführen. Daraus folgt, dass die Parzellen rechtwinklig zur Arbeitsrichtung (d. h. rechtwinklig zu den Fahrgassen auf dem Feld, Abbildung 2) ausgerichtet werden sollten, da der potenzielle Gradient der Variabilität wahrscheinlich entlang der Länge des Geräts (z. B. blockierte Düse oder Schar) verläuft.
Die Ausrichtung der Parzellen parallel zu den Fahrgassen hat ebenfalls Auswirkungen auf die Parzellenlänge. Auch hier gilt, dass aufgrund der Standardisierung der landwirtschaftlichen Maschinen die Fahrgassen in der Regel in einem Abstand von 24 m verlaufen (obwohl mit dem Trend zu größeren Maschinen 30 m immer häufiger werden). Die Parzellen können dann eine Länge von 6, 12 oder 24 m haben, wodurch sie gleichmäßig zwischen den Fahrgassen angeordnet werden können. Diese Tatsache führt auch zu einer Standardisierung der Parzellenlängen innerhalb der Pflanzenforschungsgemeinschaft.
Randeffekte und Plotgrenzen
Angrenzende Parzellen haben in der Regel kleine unbepflanzte Flächen zwischen sich, die oft als Radwege oder Gassen(Abbildung 3). Diese Abstände sind nützlich, da sie es ermöglichen, dass sich Personen und Geräte frei um das Experiment herum bewegen können, ohne die Parzellen zu beschädigen. Sie markieren auch eindeutig die Parzellenbereiche, um die Trennung der Parzellen bei wichtigen Tätigkeiten wie der Ernte aufrechtzuerhalten. Diese Abstände können jedoch zu Problemen führen, wenn die Pflanzen am Rande der Parzelle aufgrund der geringeren Konkurrenz um Wasser, Nährstoffe und Sonnenlicht viel größer werden als die Pflanzen innerhalb der Parzelle. Dies ist bekannt als Randeffekt und die Lösung besteht darin, entweder keine Erfassungen an den Rändern der Parzellen vorzunehmen oder zusätzliche Pflanzen zu pflanzen, die als Puffer zur Parzelle dienen. Reihen verwerfen oder schützen. Im ersten Fall werden die Parzellenränder häufig vor der Ernte entfernt (z. B. gemäht).
Genauso wie die Randeffekte in der Parzelle durch fehlenden Wettbewerb entstehen, können benachbarte Parzellen manchmal in einer Weise miteinander konkurrieren, die den Versuch verfälschen würde. Wenn zum Beispiel ein Forscher einen Mais-Sortenversuch durchführt, bei dem einige Sorten sehr hoch und einige sehr kurz sind, wird eine hohe Sorte eine kurze Sorte um Sonnenlicht verdrängen.
In diesem Fall stehen den Forschern zwei Lösungen zur Verfügung. Erstens könnte der Versuchsplan so angepasst werden, dass unvollständige Blöcke nach Sortenhöhe gruppiert werden, was bedeutet, dass kurze Sorten nicht neben hohen Sorten stehen. Zweitens könnten sie eine gemischte Schutzreihe zwischen jede Parzelle einfügen, so dass etwaige Konkurrenzeffekte sicher ignoriert werden können.
Abbildung 3: Gassen zwischen den Parzellen
Schlussfolgerung
Wie wir gesehen haben, spielen bei der Wahl der richtigen Parzellengröße und -form viele Faktoren eine Rolle: Kulturpflanze, Forschungsstadium, zu verwendende Geräte und so weiter. Glücklicherweise haben sich im Laufe der Entwicklung der Branche Standards und einheitliche Methoden herausgebildet, die es den Forschern ermöglichen, ihre Versuche innerhalb dieser Grenzen effizient und wirtschaftlich zu gestalten.
Die QuickTrials-Software kann viele verschiedene Versuchsaufbauten aufnehmen und macht es einfach, die Anzahl der Parzellen, die Größe und das Layout zu definieren, um Wechselwirkungen zwischen den Parzellen zu vermeiden und optimale Ergebnisse für Ihren Versuch zu erzielen.
Referenzen
Hathaway, W. H., 1963. Convenient plot size. Agronomy Journal 53:279-280.
Smith, H. F., 1938. Ein empirisches Gesetz zur Beschreibung der Heterogenität der Erträge von landwirtschaftlichen Kulturen.
Zeitschrift für Agrarwissenschaften 28:1-23.
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