Основная часть. 
Использование вегетационного опыта для совершенствования методических подходов при оценке сортовых различий накопления 137 Cs клубнями картофеля

Нормативно чистая продукция картофелеводства, полученная на загрязненных ¹³⁷Cs землях, все-таки допускает определенное содержание радионуклида — до 80 Бк/кг (РДУ-99). Вместе с тем тенденции на отечественном и зарубежном рынках указывают на рост потребности в экологически чистой продукции, все чаще возникает спрос на продукцию, выращенную с применением методов биологического земледелия, исключающих содержание в продукции поллютантов любого происхождения. С учетом возможности подобного подхода целесообразно снижение содержания ¹³⁷Cs в продукции не только до уровня РДУ-99, но даже ниже уровня РДУ-99. Резервом для этого является подбор сортов с низким накоплением ¹³⁷Cs в клубнях. На рисунке приведено среднее по почвам и годам содержание ¹³⁷Cs в клубнях картофеля в условиях полевого опыта при плотности загрязнения почвы 10−12 Ки/км²; среднее значение по сортам составляло 18,1 Бк/кг. В то же время содержание ¹³⁷Cs в клубнях, выращенных в вегетационных сосудах, достигало 107,7 Бк/кг при среднесортовом значении 87,3 Бк/кг. Оба типа опыта отражают тенденцию усиления накопления ¹³⁷Cs с увеличением срока созревания сорта. Менее всего накапливали ¹³⁷Cs сорта Лилея и Уладар.

Рис. Содержание ¹³⁷Cs в клубнях картофеля, выращенного в полевых условиях

Накопление ¹³⁷Cs клубнями картофеля находится в зависимости от ряда факторов — это учитываемые факторы эксперимента, нерегулируемые случайные факторы, а также их взаимодействие. При проведении трехлетнего эксперимента в качестве регулируемых учитываемых факторов фигурировали сорт, почва, условия года, тип опыта. При помощи дисперсионного анализа сравнивалось их детерминирующее действие на накопление ¹³⁷Cs клубнями, были установлены факторы, в наибольшей степени определяющие накопление и проявляющиеся в одно-, двух-, трехи четырехфакторных экспериментах.

Для выполнения этой работы все полученные в течение 2010;2012 гг. данные по Кп были объединены в первичные рабочие блоки и затем группировались для формирования одно-, двух-, трехи четырехфакторных моделей. Таким образом было сформировано 16 первичных блоков данных, которые позволили оценить 16 однофакторных моделей (по фактору «сорт»). Кроме того, были сформированы блоки 2-го, 3-го и 4-го порядков соответственно для 7 двухфакторных (по факторам «сорт» и «почва»), 3 трехфакторных (по факторам «сорт», «почва», «год») и 1 четырехфакторной модели (по факторам «сорт», «почва», «год», «тип опыта») (табл. 2).

Таблица 2.

Формирование блоков данных для оценки влияния факторов на величину Кп в клубни картофеля.

Каждый из 16 первичных блоков представляет собой совокупность значений Кп по 10 сортам в трехкратной повторности.

На основании однофакторного дисперсионного анализа была дана оценка влияния сортового фактора и достоверности различий между сортами картофеля в разных условиях проведенного эксперимента (табл. 3).

Таблица 3.

Влияние фактора «сорт» на величину Кп при однофакторном эксперименте.

Результаты однофакторного дисперсионного анализа сортовых различий картофеля по величине Кп указывают на их высокую достоверность во всех случаях. Принимая во внимание одинаковое число степеней свободы по каждому из рассматриваемых блоков, в качестве показателя достоверности различий между вариантами рассматривается критерий Фишера (F), значение которого в целом по вегетационному опыту было несколько выше, чем по полевому опыту. Отмечено, что во всех случаях уровень значимости р был меньше 0,05, что соответствует требованиям, предъявляемым общепринятыми методиками экспериментов с полевыми культурами. Доля дисперсии сортового фактора (%SS) в общей дисперсии составляет 81,3−99,4%, что говорит о высокой степени детерминированности Кп этим фактором и незначительном влиянии повторностей эксперимента и случайных факторов.

Проведение экспериментов с полевыми культурами предполагает возможность учета влияния на изучаемый показатель не одного, а нескольких факторов, что дает возможность более объективной оценки изучаемых явлений. При рассмотрении сортового фактора в двух-, трехфакторном экспериментах отмечается ослабление его влияния на варьирование Кп (табл. 4, 5). Это связано с возникновением дополнительной факторной нагрузки и сопутствующим ей «перераспределением» дисперсий каждого из факторов.

Таблица 4.

Влияние факторов «сорт» и «почва» на величину Кп при двухфакторном эксперименте.

Таблица 5.

Влияние факторов «сорт», «почва» и «год» на величину Кп при трехфакторном эксперименте.

Так, в вегетационном двухфакторном эксперименте доля фактора «сорт» в формировании общей изменчивости Кп составляла от 4,0% до 19,5%, в трехфакторном — 5,6%, при этом влияние сортового фактора было достоверно во всех случаях (р<0,05). В полевом двух и трехфакторном опыте статистически доказанной достоверностью влияния сортового фактора характеризовался только эксперимент 2011 г. в условиях Чериковского района, где доля дисперсии данного фактора составляла 14,6%.

Представленные данные характеризуют вегетационный эксперимент как более предпочтительную модель по сравнению с полевым опытом для вычленения и оценки влияния сортового фактора на накопление ¹³⁷Cs клубнями картофеля. На предпочтительность вегетационного эксперимента указывает также доля дисперсии, приходящаяся на фактор «ошибка», представляющий собой совокупность случайных и неучтенных факторов. Так, в случае с опытом в вегетационных сосудах в двух и трехфакторных экспериментах случайными факторами детерминировалось 3,1−11,8% изменчивости Кп, а при проведении полевого опыта — 23,8−65,7%. Большая доля ошибки при проведении полевого опыта зачастую не позволяет проводить достоверную оценку учетных регулируемых факторов.

Четырехфакторная модель эксперимента дала возможность оценить влияние фактора «тип опыта», при помощи статистических показателей выразить различия между вегетационным и полевым опытами. Было установлено, что данный фактор с очень высокой степенью достоверности оказывает влияние на формирование величины Кп, доля его дисперсии составляет 15,5% (табл. 6). Вместе с тем статистически доказанные значительные различия между вегетационным и полевым опытами по величине Кп не дают основания считать невозможным экстраполирование результатов вегетационного эксперимента на полевой опыт со сходными почвенными условиями, т. к. в рамках четырехфакторного эксперимента достоверные различия были доказаны и по почвенному, и по сортовому факторам (р<0,05).

Таблица 6.

Влияние факторов «сорт», «почва», «год» и «тип опыта» на величину Кп при четырехфакторном эксперименте.

Анализируемый массив данных является блоком данных 4-го порядка. Объем выборки в нем был достаточным для выполнения расчета корреляционной зависимости между величинами Кп, полученными при проведении вегетационного эксперимента и величинами Кп, полученными при проведении полевого эксперимента, при условии общности остальных учитываемых факторов — сортового, почвенного и годового. Это дало возможность сравнить близость выборочных совокупностей величин Кп, полученных в вегетационном и полевом опытах для 10 сортов картофеля на 2 разновидностях почв (супесчаной и суглинистой) в 2010 и 2011 гг.

Рассчитанный коэффициент линейной корреляции указывает на достоверную сильную положительную связь между рассматриваемыми параметрами (r_факт. = 0,657 при r_крит.= 0,315 для 5%-го уровня значимости), т. е. подтверждает близость тенденций сортового влияния на изменчивость показателей Кп в случаях использования методик вегетационного и полевого экспериментов.

Таким образом, в результате проведенного эксперимента была подтверждена гипотеза о предпочтительности использования методики вегетационного опыта, как более точного, информативного и достоверного инструмента для определения сортовых различий картофеля по переходу ¹³⁷Cs в клубни из почвы. Было статистически доказано влияние на эти процессы сортового фактора и дана сравнительная характеристика данного фактора в ряду других.

Кроме того, эксперимент в вегетационных сосудах обеспечивает однородное воздействие на почву и растения изучаемых вариантов, контроль над внешними условиями, воздействующими на объект исследования. При проведении эксперимента все варианты должны быть поставлены при сравнении в одинаковые условия. В вегетационном эксперименте растения всех вариантов помещаются в тщательно перемешанный почвенный субстрат, характеризующийся однородностью гранулометрического состава, агрохимических показателей, влажностью и другими показателями, влияющими на величину Кп. В условиях полевого опыта всегда присутствует некоторая почвенная разнородность, из-за которой различия между вариантами, обусловленные эффектом сорта, зачастую нивелируются. Вегетационный опыт дает возможность подбора почвенного субстрата с удовлетворяющими исследователя качествами. Почва разных вариантов в вегетационных сосудах различается по ряду характеристик. Определенные характеристики почвы с большой достоверностью выступают как отдельно учитываемый фактор опыта. Гораздо сложнее подобрать участки в полевых условиях, чем произвести набивку вегетационных сосудов почвой необходимого качества. В первую очередь речь идет о возможности проведения эксперимента на почвах со сравнительно высоким содержанием ¹³⁷Cs, обуславливающим повышенное содержание ¹³⁷Cs в клубнях и более четко выраженные переходы радионуклида. Помимо этого, опыт в вегетационных сосудах проводится на весьма компактной площадке и требует постоянного присутствия и контроля 1−2 человек в течение вегетационного сезона, тогда как проведение полевого эксперимента с картофелем требует значительных трудовых и материальных затрат, т. к. требует значительной площади делянок.