Вновь выведенные гибриды до того, как их можно будет рекомендовать для производства, должны быть подвергнуты тщательному сравнительному испытанию в местных условиях.
Для эффективного проведения испытаний продуктивности, получения надежной информации и разумной интерпретации результатов требуется использовать современную методику полевых опытов.
Планирование эксперимента. Исследователю необходимо подготовить полевой журнал, в который заносят данные по испытываемым образцам, родословным и определению образцов по делянкам в поле. В этот журнал следует вносить также другую нужную информацию: номер эксперимента, год, тип экспериментального материала, расположение поля, данные по внесению удобрений, тип почвы, схему эксперимента, число образцов, число повторностей, размер и форму делянки, расстояние между растениями и рядками, число растений в гнезде, а также даты посева, прореживания и уборки.
Следует также подготовить детальный план каждого испытания продуктивности. Эти планы можно подготовить на разлинованной бумаге. Для построения схем эксперимента можно использовать программы ЭВМ. Для построения схем рандомизированных экспериментов для схем полных рандомизированных блоков, квадратных решеток, прямоугольных решеток и решетчатых квадратов созданы записанные на языке ФОРТРАН наборы программ.
В программы для каждого типа схемы включены по существу одни и те же процедуры. Сначала строят схему нерандомизированного эксперимента. Для полных рандомизированных блоков и квадратных решеток программа непосредственно создает схему размещения, тогда как для решетчатых квадратов схема считывается с набора введенных в программу карт. В случае прямоугольных решеток повторности 1 и 2 формируются самой программой, но повторность 3 считывается с карт. По завершении процедур рандомизации схема выводится на печать сначала в рандомизированном порядке, а затем в порядке номера варианта. Копии отпечатанного вывода могут использоваться как в конторских скоросшивателях, так и в полевых записных книжках.
Программа также производит перфорирование необходимой для идентификации каждой делянки информации на перфокарты, по одной перфокарте на делянку. Эти перфокарты можно сохранять и по окончании эксперимента перфорировать на них также и полученные данные. Эта процедура особенно полезна при использовании маркирующих перфокарт для записи данных, и в таком случае предварительное перфорирование нужной для идентификации информации весьма ценно.
Использование программ ЭВМ для построения экспериментальных схем имеет следующие преимущества.
1. Исключение ошибок, возникающих во время процесса рандомизации.
2. Исключение ошибок копирования, так как ЭВМ может использоваться для получения нескольких копий схем размещения.
3. Исключение операций перфорирования и корректуры, а также ошибок записи необходимой для идентификации информации на перфокартах с данными, так как эту информацию перфорирует компьютер.
4. Уверенность, что каждый раз при построении нового плана будет проведена иная рандомизация.
Книга по планированию экспериментов была опубликована Коксом.
Приготовление семян. Семена можно помещать в четко помеченные матерчатые мешочки или бумажные пакеты размером от 6X11 до 10X15 см, в зависимости от требуемого для испытания количества семян. Семена могут быть пересчитаны, взвешены или измерены. Для испытаний следует отбирать здоровые семена. Нужно позаботиться о том, чтобы пронумерованные пакеты были размещены в надлежащей для посева последовательности.
Эффективен метод маркировки пакетов с семенами при помощи адресной машинки. В эксперименте на каждом пакете делается адресная карточка. На ней указывают номер образца, номер делянки и т. д. Пакеты перед заполнением семенами сортируют на группы согласно номеру образца. После этого на пакетах последовательно маркируются номера делянок (последние две цифры) в повторностях (первая цифра).
Для маркирования пакетов семян при испытании можно использовать оборудование для перфокарт IBM. Маркировка получается четкой и аккуратной, экономится время, может использоваться числовая и буквенная идентификация, и те же самые перфокарты могут использоваться для печати полевых журналов.
Фишер и Браун описали фоточувствительный детектор и вакуумный подборщик для подсчета отдельных семян с прямым цифровым выводом информации. Скорость подсчета ограничивается лишь тем, как быстро семена могут проходить через счетную трубку без засорения последней или соприкосновения друг с другом. Это значительно повышает скорость подсчета, исключает ошибки оператора и снижает утомляемость оператора.
При добавлении относительно простой схемы для подсчета можно отсчитать фиксированное число семян и проверить ее действие. Эта возможность приложима немедленно к подсчету или к повторному дозированию семян. Так как схема полностью цифровая, получается нулевая ошибка определения числа семян, если они нормально проходили через счетную трубку.
Посев и прореживание. Местоположение испытаний должно быть типичным для той области, где гибриды должны выращиваться фермерами. Почву следует подготовить обычным для кукурузы способом. Семена можно высаживать с помощью ручной сажалки с семенной трубкой и воронкой для семян наверху. При этом поле в каждом направлении следует разметить какими-либо маркерами. Для переноса семян и пустых пакетов удобен плотничий лоток с закругленными углами отделений.
Многие исследователи используют модифицированное механическое посевное оборудование. Несколько типов современных сеялок может точно высевать калиброванные семена.
Сеялку для питомников «ALMACO» можно прикреплять к стандартным промышленным сеялкам для посева коротких или длинных рядков в питомниках, а также для высева одиночными семенами большого числа сортов. Это оборудование можно устанавливать на таких сеялках, как «Джон Дир», «Интернейшнл Харвестер», «Эллис Чалмерс», «Массей-Фергюсон» и «Форд». Эти промышленные сеялки не требуют видоизменений, за исключением замены семенного бункера сеялкой типа «ALMACO», прикрепляемой при помощи входящих в ее комплект кронштейнов.
Усовершенствованные машины помогают человеку. Генетики фирмы «Pioneer HiBred Int.» в 1974 г. проверили 9800 новых гибридов плюс приблизительно 1000 «повторно испытываемых» гибридов, которые оценивались в течение предыдущего года.
Точность и надежность испытаний на продуктивность во многом связаны с выравненной густотой стояния растений. В результате многие исследователи кукурузы высевают примерно вдвое больше требуемого числа семян для получения максимальной густоты стояния. Делянки прореживают до требуемой густоты стояния растений, после того как поле прокультивируют 1—2 раза. Необходимо позаботиться о предотвращении потерь от грызунов, небрежной культивации или химической борьбы с сорняками.
Холлауер и Сирс провели в двух местностях четырехлетние эксперименты с целью определения влияния прореживания на густоту стояния, урожайность и высоту растений и высоту прикрепления початков. Все эксперименты включали контроль (без прореживания) и избыточный высев семян с последующим прореживанием на трех стадиях развития растений (2—3, 5—8 и 9—11 листьев). Прореживание независимо от стадии развития повышало урожай в среднем на 8% по сравнению с контролем. Прореживание на стадии 5—8 и 9—11 листьев дало значительно пониженный урожай по сравнению с прореживанием на стадии, 2—3 листьев. Высота растений и прикрепления початков также уменьшались при прореживании на более поздних стадиях. Хотя Эксперименты, показали, что избыточный высев семян с последующим прореживанием оправдывается повышением урожайности, прореживание на различных стадиях положительно влияло на урожайность.
Для того чтобы уменьшить число ошибок, все делянки должны быть этикетированы. Этикетирование можно проводить при помощи вкопанных в землю деревянных колышков или обертывающихся вокруг растений и закрепленных скрепками прочных водоустойчивых бумажных идентификационных полосок. Метки можно прикреплять к растениям при помощи нержавеющей проволоки или прочной бечевки.
Умелое ведение записей. Следует своевременно записывать все те признаки растений и початков, в которых исследователь заинтересован. Некоторые записи могут быть сделаны в цифровой шкале. Класс 3 указывает на приблизительно среднюю выраженность признака. Класс 2 можно приписать образцу, который лучше среднего. Класс 1 может быть дан необычайно хорошим образцам. Класс 4 хуже среднего, тогда как класс 5 дается необычайно плохим образцам. Эта система классов не только разделяет материал на условные группы, но и значительно более приспособлена к получению средних, чем использование буквенных обозначений.
Записи можно делать в записных книжках или на бланках. Использование бланков для ведения записей по отдельным делянкам облегчает подсчет и объединение данных, когда нет вычислительных машин для обработки перфокарт. Бланки для повторности 1 имеют одну строку для записи данных. Бланки для повторности 2 высовываются из-под бланков для повторности 1, бланки для повторности 3 — из-под бланков для повторности 2, а для повторности 4 — из-под бланков для повторности 3. На бланках для повторности 4 также имеется место для вычислений. Бланки располагают в порядке размещения делянок в поле.
Для записи может использоваться ручное оборудование для перфокарт. Также можно использовать печатные устройства.
Уборка урожая на делянках. Уборку урожая обычно проводят, когда культура созрела. Собранные початки можно укладывать в корзины или мешки. Рабочий может носить пояс с двумя крючками для подвешивания мешков для каждой делянки. Рабочий собирает початки и укладывает их в мешок. Мешок можно оставлять в конце делянки и взвешивать. Во время уборки урожая следует делать записи о числе опавших початков и неполегших растений. Для введения поправки при определении урожая следует определять влажность обмолоченного зерна. Либо весь урожай с делянки, либо типичные образцы каждого варианта можно обмолотить при помощи моторной молотилки. Данные по опавшим початкам, числу початков, суммарному весу початков, количеству обмолоченного зерна, проценту влажности зерна могут записываться на бланках или на листах бумаги.
Крейн описал использование кукурузоуборочного комбайна Форда с молотилкой бригадой из трех человек. Они применяли жесткие пластиковые корзины, к которым были прикреплены колеса. При использовании мягко качающейся платформы с двумя гусеницами тракторист может обмолотить весь урожай с делянки. В весовой два человека могут взвесить урожай, определить влажность зерна, выгрузить и записать данные столь же быстро, сколь быстро его убирают. При такой организации работы за восьмичасивой рабочий день можно убрать до 350 двухрядковых делянок опыта.
Компания «Allan Machine Со.» (Эймс, штат Айова) разработала и продает самоходный мини-комбайн. Исчерпывающее описание уборочной машины для опытных делянок дал Басс. Генетики фирмы «Pioneer HiBred Int.» при помощи комбайнов в 1974 г. убрали около 200 000 опытных делянок кукурузы.
Подсчет и сбор данных. После уборки и обмолота культуры данные по всем повторностям каждого образца объединяют для использования при вычислении урожая обмолоченного зерна. Урожай початков, собранный с делянки, корректируют в соответствии с процентом выхода зерна, его влажности и числа недостающих гнезд.
В данные по урожайности можно внести поправку на недостающие гнезда. Поправка дает 0,7 среднего урожая на гнездо для каждого недостающего гнезда, допуская, что 0,3 создается прибавкой урожая окружающих гнезд. Если на 10-гнездной делянке недостает более чем 2 или 3 гнезда, то такая делянка, вероятно, должна быть выбракована.
Использование электронного оборудования. Иллинойсская сельскохозяйственная опытная станция была одной из первых, начавших использовать перфокартное оборудование и электронные цифровые вычислительные машины для обработки опытных данных. В течение 1950-х годов компьютер Иллинойсского университета ILLIAC был запрограммирован для дисперсионного анализа, ковариационного анализа, вычисления корреляций, регрессий, соответствия кривых, для предикативных исследований и для обработки данных испытаний продуктивности при различных схемах эксперимента. К началу 1960-х годов ILLIAC устарел и был заменен изготовляемыми промышленностью вычислительными машинами.
В результате быстрого усовершенствования компьютеров в последние два десятилетия в настоящее время можно проанализировать результаты одного опыта в течение нескольких секунд машинного времени. В США большинство университетов сейчас имеет вычислительные центры со множеством программ для упомянутых в предыдущем параграфе типов анализа. Некоторые международные сельскохозяйственные центры и несколько крупных семенных компаний имеют прекрасное вычислительное оборудование.
Для испытаний продуктивности часто очень эффективными схемами являются сбалансированные решетчатые квадраты с (K+1)/2 повторностями. Анализ этих и сходных схем сложен для вычислений, но при правильном программировании компьютеры на основании веса необмолоченных початков с отдельных делянок могут автоматически вычислить поправки на различия по плодородию почвы в пределах повторности, выходу обмолоченного зерна, влажности зерна, недостающим гнездам. Результаты могут быть выражены в центнерах на 1 га для обмолоченного зерна при влажности 15,5%. Все нужные средние значения, суммы квадратов, дисперсии и значения F могут быть напечатаны в стандартной форме.
«DATAMYTE» — портативная работающая на батареях система, которая записывает данные или непосредственно цифровую информацию на катушки (кассеты) с читаемой машиной магнитной лентой.
Вся система весом менее 3,2 кг состоит из ручной цифровой клавиатуры, соединенной проводом с кассетным магнитофоном, который можно носить через плечо. Встроенный перезаряжаемый набор батарей сохраняет полную подвижность наблюдателя. При работе наблюдатель для записи данных просто нажимает соответствующие кнопки клавиатуры. Кнопки функций «ENTER» и «SKIP» означают соответственно конец ввода (словесные данные) и удаление неверно закодированных данных. На кассете могут быть записаны числа любой длины.
Необязательное для работы прибора шестизначное табло позволяет проводить визуальный контроль вводимых данных. Табло автоматически зажигается после ввода каждого числового кода и спустя секунду автоматически гаснет. Эта запись на табло может быть восстановлена путем нажатия кнопки «DISPLAY». Код «SKIP» гасит табло, а код «ENTER» стирает на нем запись.
Кассетная запись может быть обработана любым из нескольких способов: (1) воспроизведена при помощи приставки Модель 608 непосредственно для компьютера; (2) воспроизведена при помощи приставки 608 для телетайпа с печатью и (или) перфорированием; (3) воспроизведена на преобразователе Модель 607 для перезаписи на компьютерную магнитную ленту для групповой обработки; (4) кассеты могут быть посланы в Электро Дженерал Корпорейшн (Хопкинс, штат Миннесота) для перевода на компьютерную магнитную ленту. Кассетные катушки могут вновь использоваться.
Статистическая значимость результатов. Повторность и рандомизация обеспечивают информацию, позволяющую точно оценить неконтролируемую изменчивость, известную как экспериментальная ошибка. Статистическая значимость различий между образцами может оцениваться при помощи t-критерия или дисперсионного анализа. Данные из некоторых местностей могут быть объединены, что дает возможность использовать взаимодействия окружающей среды в F — или t-критериях вместо объединенной ошибки этих скомбинированных анализов. Методы могут быть взяты из многочисленных стандартных статистических руководств.
Кармер и Суонсон использовали метод машинного моделирования для изучения свойств пяти методов множественных парных сравнений средних по вариантам. Изучавшимися методами были: (1) обычная наименьшая значимая разность (LSD); (2) использование предварительного А-критерия с наименьшей значимой разностью (FLSD); (3) значимая разность Тьюки (TSD); (4) множественный критерий размаха Дункана (DMRT); (5) относительно новая байесовская модификация наименьшей значимой разности (BLSD). Полученные результаты были основаны на моделировании 60 000 экспериментов с 3, 4, 6 или 8 повторностями и 10 или 20 вариантами при различном характере гомогенности средних по вариантам.
Наблюдаемые частоты правильных решений при существовании реальных различий между вариантами и наблюдаемые частоты трех типов возможных ошибок показывают, что FLSD, DMRT и BLSD более приемлемы для использования в исследованиях, чем LSD или TSD. На основании наблюдавшихся в этом исследовании статистических свойств выбор между FLSD, DMRT и BLSD затруднителен, но FLSD можно предпочесть в связи с тем, что он больше знаком иссследователям и более прост в применении.
Методы машинного моделирования были использованы Кармером и Суонсоном для изучения частоты ошибок типа I и типа III и частоты правильных решений для 10 методов множественных парных сравнений. Результаты показали, что критерий Шеффе, критерий Тьюки и критерий Стьюдента-Ньюмена-Кеулса менее пригодны, чем метод наименьшей значимой разности при ограничении значения F-критерия дисперсионного анализа уровнем значимости α=0,05, две байесовские модификации метода наименьшей значимой разности или множественный критерий размаха Дункана. В связи с легкостью применения многие исследователи могут предпочесть метод ограниченной наименьшей значимой разности.
Публикация и распространение результатов. Для наибольшей пользы результаты испытаний продуктивности должны быть систематическим образом объединены и ксерокопированы, мимеографированы или напечатаны. Югенхеймер и Силоу и Иллинойсский семенной фонд использовали несколько разные методы представления результатов.
Можно также получать напечатанные компьютером таблицы. Они могут быть воспроизведены непосредственно на выводе компьютера. Этот метод значительно экономит время и деньги, обычно требующиеся для перепечатки на машинке и печати.