Wszystko o działkach
Projektując fizyczne aspekty eksperymentu z uprawami, badacz musi zmierzyć się z wieloma wyborami dotyczącymi otaczających poletek:
- Ile poletek powinien mieć mój eksperyment?
- Jaki rozmiar i kształt powinny mieć moje działki?
- Jak mogę zapobiec interakcjom między działkami?
Na szczęście dla badaczy istnieją dziś proste rozwiązania tych problemów, a QuickTrials może pomóc w ich wdrożeniu.
Liczba działek
Liczba poletek w eksperymencie zależy wyłącznie od liczby testowanych zabiegów i liczby powtórzeń każdego z tych zabiegów. Zależność jest prosta: Całkowita liczba poletek to liczba zabiegów pomnożona przez liczbę powtórzeń.
Jednak pomimo tej pozornej prostoty, istnieje podstawowa zależność matematyczna (Hathaway, 1963) łącząca liczbę replikacji, wielkość poletka (obszar) ze zdolnością do wykrywania różnic statystycznych. Wyprowadzenie tej zależności opiera się na wykorzystaniu bezpośrednich obserwacji z poprzednich eksperymentów, takich jak plon, w celu obliczenia wskaźnika zmienności unikalnego dla każdego pola dla stałej wielkości poletka. Indeks zmienności waha się od 0 do 1, przy czym 0 oznacza pole całkowicie heterogeniczne (zmienne), a 1 pole całkowicie homogeniczne (jednolite).
Zakładając, że liczba zabiegów w eksperymencie jest stała, aby określić liczbę wymaganych powtórzeń, badacz musi mieć pojęcie o najmniejszej różnicy między zabiegami, która musi być mierzalna, biorąc pod uwagę podstawowy błąd eksperymentalny. Jest to znane jako wykrywalna różnica i jest zwykle zgłaszane jako procent średniej obserwacji, takiej jak wydajność.
Na przykład, jeśli badacz musi być w stanie wykryć różnicę 15% w plonach między zabiegami, które mają poletka 20m2Odczytując z wykresu na rysunku 1, będą potrzebować co najmniej 6 powtórzeń, aby to osiągnąć.
Wyjaśnienie i obliczenie wskaźnika zmienności oraz odpowiadającego mu związku między wielkością poletka, replikacjami i wykrywalną różnicą jest zbyt szczegółowe, aby wyjaśnić je w tym artykule, ale zainteresowani czytelnicy mogą skorzystać z odniesień na końcu artykułu.
Rysunek 1: Zależność między wykrywalną różnicą, liczbą powtórzeń i wielkością poletka
Wielkość działki
Teoretycznie, możliwe jest matematyczne obliczenie optymalnej ekonomicznie wielkości działki, zgodnie ze sformułowaniem Smitha (1938):
Gdzie b jest wskaźnikiem zmienności, obliczonym dla stałej wielkości poletka, K1 jest kosztem niezależnym od wielkości działki, K2 jest kosztem zależnym od wielkości działki, a xopt to współczynnik, który po pomnożeniu przez wielkość poletka powiązaną ze wskaźnikiem zmienności oblicza najbardziej ekonomiczną wielkość poletka dla danego pola.
W praktyce jednak często zdarza się, że inne ograniczenia ograniczają swobodę badacza w wyborze wielkości poletek. Na przykład podczas opracowywania nowych odmian hodowca będzie pracował z różnymi rozmiarami poletek, od roślin wyhodowanych z pojedynczego nasiona w doniczkach, przez małe poletka szkółkarskie wyhodowane z nasion pojedynczej rośliny, po duże poletka przeznaczone do produkcji nasion w dużych ilościach. Ogólnie rzecz biorąc, im późniejszy etap badań, tym większe działki.
Gatunek uprawy jest również głównym czynnikiem wpływającym na wielkość poletka. Poletka muszą zawierać wystarczającą liczbę roślin, aby uwzględnić błąd eksperymentalny, ale także pozostawić wystarczająco dużo miejsca, aby rośliny mogły rosnąć zgodnie ze swoim potencjałem bez przeludnienia. Zboża, takie jak pszenica i jęczmień, mogą wykorzystywać bardziej zwarte poletka ze względu na dużą liczbę roślin na jednostkę powierzchni, podczas gdy uprawy sadzone w rzędach, takie jak na przykład buraki cukrowe, wymagają większych poletek, aby pomieścić odpowiednią liczbę roślin. Eksperymenty na drzewach owocowych wymagają jeszcze większych poletek, aby zapewnić odpowiednią przestrzeń między drzewami.
Innym głównym czynnikiem determinującym wielkość działki jest maszyny wykorzystywanych do realizacji próby. W praktyce określa to przynajmniej minimalną wielkość poletka. Większość poletek jest zazwyczaj obsiewana lub obsadzana maszynami, a także poddawana zabiegom przy użyciu sprzętu o stałej wielkości. W związku z tym, najmniejszy rozmiar poletka to zazwyczaj rozmiar największego sprzętu zaangażowanego w eksperyment. W niektórych rodzajach eksperymentów, takich jak badania systemów rolniczych, poletka mogą stać się bardzo duże, ponieważ wykorzystują komercyjny sprzęt rolniczy. W takich przypadkach nierzadko zdarza się, że poletka mają wymiary nawet 50 m x 50 m, aby umożliwić nakładanie się zastosowań maszyn.
Kształt działki
Idealny kształt działki powinien być jak najbardziej zwarty, aby zminimalizować wpływ zmienności gleby. W praktyce cienkie, prostokątne poletka są wygodniejsze do siewu, oprysków i zbiorów. W rzeczywistości, w miarę jak branża badań upraw dojrzewała i możliwa była większa mechanizacja, rozmiary poletek dla niektórych upraw, takich jak pszenica i jęczmień, rozwinęły się do standardowej szerokości około 2 metrów, o różnych długościach w zależności od celu eksperymentu.
Orientacja działki
Zakładając typowy prostokątny kształt poletka, poletka powinny być zorientowane tak, aby długa krawędź była równoległa do wszelkich linii zmienności. Ponieważ większość eksperymentów jest zwykle zlokalizowana na komercyjnie zarządzanych polach, znaczna część potencjalnej zmienności, której mogą doświadczyć poletka, pochodzi z operacji polowych, takich jak uprawa, siew i opryski. Wynika z tego, że poletka powinny być zorientowane prostopadle do kierunku pracy (tj. prostopadle do ścieżek technologicznych, rysunek 2), ponieważ potencjalny gradient zmienności może znajdować się wzdłuż długości sprzętu (np. zablokowanej dyszy lub redlicy).
Orientacja działek równolegle do ścieżek technologicznych ma również wpływ na długość działki. Ponownie, ze względu na standaryzację maszyn rolniczych, ścieżki technologiczne są zwykle oddalone od siebie o 24 m (chociaż 30 m staje się coraz bardziej powszechne wraz z tendencją do stosowania większego sprzętu). Działki mogą mieć długość 6, 12 lub 24 metrów, co pozwala na ich równomierne rozmieszczenie między ścieżkami technologicznymi. Fakt ten prowadzi również do standaryzacji długości poletek w społeczności zajmującej się badaniami upraw.
Rysunek 2: Prostokątne działki są rozmieszczone tak, aby pasowały między liniami tramwajowymi.
Efekty krawędzi i granice działki
Sąsiadujące ze sobą działki mają zazwyczaj niewielkie, niezasadzone obszary, często określane jako koła lub alejki(Rysunek 3). Przestrzenie te są przydatne, ponieważ pozwalają ludziom i sprzętowi swobodnie poruszać się po terenie eksperymentu bez uszkadzania poletek. Wyraźnie zaznaczają również obszary poletek, aby pomóc w utrzymaniu separacji poletek podczas ważnych czynności, takich jak zbiory. Przestrzenie te mogą jednak powodować problemy, w których rośliny na obrzeżach poletka rosną znacznie większe niż rośliny w obrębie poletka ze względu na mniejszą konkurencję o wodę, składniki odżywcze i światło słoneczne. Jest to znane jako efekt krawędzi a rozwiązaniem jest albo unikanie jakichkolwiek obserwacji na krawędziach działek, albo sadzenie dodatkowych roślin, które działają jako bufor do działki, zwykle nazywany rzędy odrzutów lub osłon. W przypadku tych pierwszych, krawędzie działek są często usuwane (np. koszone) przed zbiorem plonów.
W ten sam sposób, w jaki efekty brzegowe na poletku pojawiają się z powodu braku konkurencji, czasami sąsiednie poletka mogą konkurować w sposób, który może wpłynąć na wynik eksperymentu. Na przykład, jeśli badacz prowadzi badanie odmian kukurydzy, w którym niektóre odmiany są bardzo wysokie, a inne bardzo niskie, wysoka odmiana będzie konkurować z niską odmianą o światło słoneczne.
W tym przypadku badacz ma do dyspozycji dwa rozwiązania. Po pierwsze, mogą oni dostosować projekt próby tak, aby niekompletne bloki były pogrupowane według wysokości odmiany, co oznacza, że niskie odmiany nie pojawiają się obok wysokich odmian. Po drugie, można wstawić mieszany rząd ochronny między każdym poletkiem, aby można było bezpiecznie zignorować wszelkie efekty konkurencji.
Rysunek 3: Koła lub alejki między działkami
Wnioski
Jak widzieliśmy, istnieje wiele czynników wpływających na wybór odpowiedniej wielkości i kształtu poletka: uprawa, etap badań, sprzęt, który ma być używany i tak dalej. Na szczęście wraz z rozwojem branży pojawiły się standardy i spójne metody pozwalające badaczom na efektywne i ekonomiczne projektowanie eksperymentów w ramach tych ograniczeń.
Oprogramowanie QuickTrials może pomieścić wiele różnych konfiguracji prób, ułatwiając zdefiniowanie liczby poletek, rozmiaru i układu, aby uniknąć interakcji poletek i uzyskać optymalne wyniki dla próby.
Referencje
Hathaway, W. H., 1963. Dogodna wielkość działki. Agronomy Journal 53:279-280.
Smith, H. F., 1938. Prawo empiryczne opisujące niejednorodność plonów upraw rolnych. Journal of Agricultural Sciences 28:1-23.
