А.И.КУДРИН

 

ОЧЕРКИ ПОЛЕВОГО УЧЁТА

 

 

Кудрин А.И. Очерки полевого учёта. Вып. 6. «Ценологические исследования». – М.: Центр системных исследований, 1998. - 192с.

Рассмотрены проблемы планирования и проведения полевого учёта, постановки целей для него, интерпретации результатов.
Для зоологов, геоботаников, работников защиты растений, для технариев и гуманитариев, исследующих сообщества-ценозы.

      Библиография 255 наименований.

 

 

 

 

АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ КУДРИН

 

ОЧЕРКИ ПОЛЕВОГО УЧЁТА

МОНОГРАФИЯ

 

 

 

Редактор серии и редактор выпуска

Б.И.Кудрин

 

 

 

 

 

 

 

 

Лицензия ЛР N071272 от 13 марта 1996г.

Технический редактор Петрова Г.А.           Оригинал-макет Гайнер И.Л.

=================================

Подписано к печати  03.11.98    Формат 60х84 1/16

Печ.л.   12,3           Уч.-изд. л. 11,2      Тираж 300 экз .     Цена договорная

 

Издание «Центр системных исследований»

662600, Абакан, ул.Щетинкина, 59

при содействии ТОО «Электрика»

 

 

ã А.И.Кудрин, 1998

 

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие редактора серии

1.      Введение

2. Вероятность

3. Нормальный закон распределения

4. Некоторые другие законы распределения

5. Хи-квадрат. Критерий согласия и однородности

6. Проблема множественных сравнений  и дисперсионный анализ

7. Меры парной связи

8. Классификация в матрицах мер попарной связи

9. Криволинейные (нелинейные) зависимости

10. Статистические критерии в крупномасштабной картографии

11. Планирование учётов

12. Глазомерные оценки 

13. Динамическая плотность как учётный параметр

Литература

 

Предисловие редактора серии

 

Зачем еще одна книга в числе многих монографий и  учебников по теории вероятности и математической статистике? Конечно, можно сказать, что труд доктора наук А.И.Кудрина есть итоговый научный результат  трудно  прожитой  жизни,  отражающий осмысление многолетних и обширных полевых исследований, проведённых в самых различных районах СССР, и уже потому интересен.

Но этого, на наш взгляд, было бы недостаточно для издания: итоговые научные результаты не каждого, числящегося «по науке», представляют какой-либо даже узкопрофессиональный интерес. И далеко не каждые сведения полевого учета и их сведе’ние заслуживают опубликования.

И если мы сочли возможным издать авторские очерки (после прочтения книги становится очевидной правильность выбранного слова), то только потому, что перед нами несомненно концепция учёта, точнее, концепция возможности «знания» количественных параметров выделяемого множества из практической бесконечности единиц  дискретных  целостностей - элементов (особей, организмов, штук) конечного (исследуемого, учитываемого) числа видов объектов сельскохозяйственной реальности.

На первый взгляд, не очевиден выход настоящей монографии именно в серии "Ценологические исследования",  выпуск  которой открылся материалами Первой международной конференции "Математическое описание ценозов и закономерности  технетики"  (24-26 января 1996г., Новомосковск Тульский). В опубликованных докладах, сообщениях,  материалах дискуссии  Ю.А.Шрейдер,  Ю.В.Чайковский, С.Д.Хайтун,   Ю.К.Орлов, А.П.Левич, Б.А.Трубников, Ю.К.Крылов, А.И. и  Б.И.Кудрины, Б.В.Жилин, О.Е.Лагуткин, В.В.Фуфаев, В.И.Гнатюк,   Г.К.Кулакин, Р.М.Дайнис, Е.А.Печерский, Б.С.Шорников, С.А.Кудряшев и др. обсуждали гиперболические (в технике называемые Н-распределением) модели структуры ценозов.  Само гиперболическое проявление соотношения крупного и мелкого, массового и единичного рассматривалось как результат конкуренции,  ограниченности ресурсов, действия отбора (в биологии - дарвиновского или иного,  в технике - информационного, в информационных ценозах - документального).

Ныне признанную  общность структуры ценозов любой природы (и различного происхождения: физические, биологические, технические, информационные, социальные) математически связывают с негауссовыми статистиками, с классом бесконечно делимых распределений, у  которых  в  пределе отсутствует математическое ожидание,  а дисперсия  бесконечна. Исследования структуры  ценозов (без применения этого термина. Впрочем, и А.И.Кудрин, исследующий агроценозы, редко его использует) восходят к законам и закономерностям, сформулированным Парето, Хольцмарком, Лоткой, Ципфом, Мандельбротом, Брэдфордом,  Эступом, Виллисом, Фишером, Юлом, Прайсом, Леви, Ланге, Лоренцом, Симпсоном, Корбетом, Макартуром, Хинчиным, Колмогоровым,  Гнеденко, Дёбиным и др. В последние годы, как известно, это научное направление связывают с понятиями самоорганизации, фрактальности,  синергетики, говоря о новом взгляде на окружающий мир, и даже - о третьей научной картине мира.

Итак, откроем монографию.  Сразу,  во введении, встречаем цитату из Сталина  и авторский вывод,  вытекающий из критического осмысления недавней, я бы сказал, и не изменившейся в части предмета монографии, официальной доктрины и констатации человеческой сущности «начальника»: о тенденции «к сокращению разнообразия, к гигантизму, к списку обязательных мероприятий, которые должно выполнить в   плановые сроки без объективного учёта последствий». И далее, говоря о ядах в защите растений: «лучший способ их экономии и устранения вредных последствий - работать только тогда,  когда надо. Но сохраняет  инерцию идея «обязательных мероприятий», «профилактических обработок». Сильные её стороны - наличие контроля за соблюдением технологии и минимизация собственного риска за счёт увеличения казённых расходов. Эта идея воплощена в организационных структурах, инструкциях, ГОСТах и в организационных навыках» (речь идёт о государственных сельскохозяйственных структурах. Что касается навыков - об основной массе практиков,  исполнителей научного звена).

Прокомментируем цитируемое двумя ссылками-примерами. Первая - высказывания Яблокова А.В. (1988): «В агропромышленном комплексе СССР.... преобладала «затратная психология», когда основным показателем развития считалась не прибавка урожая или снижение себестоимости продукции, а объём произведенных затрат. В частности и поэтому обычно допускаются значительное превышение рекомендуемых доз химических средств защиты, проведение сплошных обработок вместо  выборочных, широкое использование авиации... Нормы  расхода пестицидов завышаются просто потому, что наша технология не в состоянии  выдержать рекомендуемые регламенты... Японский топсин должен применяться из расчета 67 граммов на 100 литров раствора. В наших инструкциях для «упрощения» технологии нормы определены уже в 100 граммов... Пестициды каким-то образом подхлёстывают распространение вирусов в природе... цинеб усиливает вирусные заболевания яблони,  а полихлоркампфен - сахарной свеклы... Современные методы исследования непригодны  для  оценки  аккумуляции  препаратов в разных компонентах биоценозов, миграции их по пищевым  цепям  в экосистемах, разложения (при котором, кстати, могут возникнуть более ядовитые соединения)... Создать специфические пестициды, действующие лишь на  один определённый вид растений или животных, невозможно... Опасность, связанная с пестицидами, усугубляется в нашей стране также «плановой» системой внесения их в почву (а не исходя из конкретной ситуации в данный сезон на каждом поле)».

Мы привели эти обширные выдержки, не столько чтобы подчеркнуть актуальность монографии и совпадение со взглядами академика выстраданных убеждений энтомолога-практика, сколько заострить внимание  на  порочности  нормирования  «вообще» без учёта текущего состояния агроценоза и оценки  последствий, то есть речь как раз и идёт о теории полевого учета. Но, понимая глобальность такой теории, автор ограничился лишь очерками, точнее, по нашему суждению - вдумчивым взглядом на трансцендентное, «натворённое» человеком.

И вторая ссылка, связанная с нормированием расхода ресурсов, в частности - энергетических (электрических), и организацией системы планово-предупредительного ремонта техники. В основе расхода и ППР лежит очевидное положение, восходящее к классическим представлениям Ньютона-Максвелла,  что для выполнения определённой физической работы (или нагрева) необходима определённая мощность; при определённой интенсивности (режимах работы) для данной единицы техники нужен определённый вид ремонта,  то есть каждая техническая наука по своим формулам определяет номинальную (или расчётную) мощность и  периодичность обслуживания машины (агрегата). Далее автоматически следует (делается) хроническая логическая ошибка: если есть единичная мощность машины (или интенсивность), то, зная время её работы, можно подсчитать единичный расход энергии и, просуммировав, определить потребность в энергии (трудозатратах) за месяц, квартал, год (аддитивность наличествует при оперировании лишь мгновениями, но при проявлении ценологических свойств она - аддитивность - отсутствует, когда начинают манипулировать  интервалами полчаса, час, смена, сутки, ... , год). И не в далёком прошлом, и не когда-нибудь, а сейчас, сегодня (июнь 1998) принимается решение о лимитировании (!), опирающемся на прямой счёт по электроприёмникам, по количеству учащихся, койко-мест... Не впрок пошел 70-летний опыт нормирования всего и вся, вновь вступаем на тупиковый путь взаимного обмана, полагая наличие среднего для двух яслей, школ или больниц, среднего времени работы или загрузки для тракторов, станков, агрегатов одного наименования (вида).

Неоспоримо, таким образом, что есть системы, где среднее «работает»,  и ошибка (дисперсия) конечна и приемлема (гауссова).  Например, машины одной модели (марки) имеют расход горючего на единицу пробега, различающийся (при сходе с конвейера) в пределах нормального распределения, и потому для одинаковых условий работы и количества времени может быть определён годовой расход для группы машин такой модели (он гауссов). Но (и это пока почти не осознается в должной мере) так же объективно в реальности существуют системы,  где (математически) отсутствует среднее, оно концептуально полностью теряет смысл: это ценозы, как например, все электродвигатели завода, автомашины города (области). Стоит обратиться к статистике физических и юридических лиц, даже владеющих одной моделью, и станет очевидным наличие (5-10% общего числа штук-особей-лиц): уникальных, которые километры «накручивают» ежедневно, или других, выезжающих далеко не каждый день (ноева каста); и массы саранчёвых (40-60%), которые ездят «как все». Это (ценологическое свойство) и даёт различие в годовой потребности в горючем у «крайних» автовладельцев в 10, 100 и более раз.

Для автора монографии многообразие и изменчивость наблюдаемого есть аксиома, которую он и не обсуждает, заметив, что «хорошо известна мозаичность природных фитоценозов». Широкий круг распределений предлагается потому, что ни одно не является универсальным. Так, распределение Пуассона нетипично для объектов учёта, в частности,  для сорной растительности и для насекомых, которым «свойственно не только предпочтение отдельных частей учётной единицы - поля, делянки, но и тяготение друг к другу - стадность. Кроме того, область повышенной численности, раз возникнув по какой-то эпизодической причине, может поддерживаться потом годами, особенно у видов, не склонных к миграции. «Земледелие из соображений удобства стремится иметь дело с технологически однородными участками-полями. Это удаётся только до некоторой степени. Пестрота почвенного плодородия, в том числе и в пределах поля, общеизвестна. Реже принимают во внимание  независимую от размещения плодородия неоднородность размещения вредных организмов - сорняков, болезней, вредителей.

Между тем, игнорирование пестроты порождает нежелательные последствия, вызываемые однообразным применением одних и тех же технологических операций и там, где они необходимы, и там, где они  бесполезны или вредны - всё в пределах одной операционной единицы, часто включающей несколько полей». Численности первого, второго и  т.д. видов ценоза относятся как члены убывающей геометрической  прогрессии  (закон Мотомуры). Однако «действительность часто, но не всегда похожа на закон Мотомуры... он плохо предсказывает распределение дальше третьего числа ряда... Вообще же в последовательности многочисленных видов хорошей закономерности ожидать нечего - слишком неустойчива ситуация».

«Легко заметить также, что, начиная с некоторого минимального размера, мелких видов больше, чем крупных, коротких слов больше,  чем длинных, бедных больше, чем богатых... Если элементы системы  конкурируют за ограниченный ресурс среды - пищу, энергию, пространство и т.п., то распределение видов элементов принимает форму гиперболы». Дается ссылка на Рябко и др., 1978, где А.И.Кудрин является соавтором и где строго доказана форма гиперболы. Однако впрямую форма не работает: необходимы поправочные коэффициенты и для числителя, и для показателя степени знаменателя (различие подходов см. материалы упомянутой выше конференции и подборку в «Природе», 1993, N11 и 1995, N11; Б.А.Трубников, А.В.Бялко, Б.В.Карасёв «Конкуренция в природе и обществе» и «Широкие распределения»).

В монографии отмечено некоторое принципиальное отличие между техноценозами и агроценозами. Для техноценоза маловероятна, если  возможна вообще, комплектация (завода, цеха) при строительстве и  последующей эксплуатации электродвигателями (машинами, механизмами) одного завода-изготовителя. Такой случай «как раз типичен для агроценозов, «комплектуемых» серийными организмами (культурой) и находящихся под воздействием технологии, назначение которой - поддержать однообразие. Преобладание культуры ведет к доминированию её консументов, часто рассматриваемых как вредители, а также к ограниченному набору сорняков, способных процветать при данной технологии». Заметим, что таблица 2х2 (предельный случай корреляционной таблицы), относящаяся  к фаунистическому и флористическому анализу, не применяется при исследовании техноценозов.

Интересна ссылка на зависимость закона распределения экспериментальных данных от коэффициента вариации. Обоснований она «не имеет, но наблюдается часто и может служить для ориентировки».

Проблеме множественных сравнений и мерам парных связей в монографии уделено достаточно внимания. Многие отмечают, что простота вычисления коэффициента корреляции «породила едва ли не более ложных выводов,  чем верных». При объединении выборки необходимо иметь в виду «то, что верно для отдельных выборок, может не годиться для их смеси... Зависимость, оценённая на поле, может совсем  иначе выглядеть на множестве полей... Коэффициент корреляции, вычисленный на контрастном примере, может не иметь никакого отношения к совокупности объектов или проб, заданных обычным образом»...  вычисления из  массивов усреднённых отсчётов могут «не иметь отношения к выборкам первичных отсчётов».

Даже «исправляя» уравнение, с помощью  которого в стране более 20 лет вычисляли потери от головни, применение регрессионного анализа   может привести к серьёзным ошибкам. «Вместо того, чтобы рассмотреть адекватность применения математического аппарата, было решено, что разница между наблюдаемым и вычисляемым объясняется скрытыми потерями... Эта концепция была с доверчивостью воспринята другими авторами...  Завышение на порядок потерь от головни было изложено как методика, вошло в министерские инструкции... и привело к соответствующему перераспределению затрат. Самое печальное - массовое применение такого поистине страшного яда, как гранозан. Так, в Ставропольском крае в виде гранозана ежегодно рассеивали вместе с семенами около 4т ртути, и так десятки лет. Практика сплошного протравливания была основана на приближении (аппроксимации) учётных данных ошибочным уравнением регрессии».

При классификации в матрицах мер попарной связи во время исследования сообщества растений или животных, размещённых по поверхности, автор указывает на ограничения, которые обычно игнорируют (хотя они и имеют общий характер) и которые следуют из дискретной природы объекта, из множественности связей, из зависимости мер связи в совокупности, из существования в матрицах попарной связи своей  логики, которая еще не понята.

«Экологи старой нематематизированной школы хорошо понимали бесплодность выдёргивания отдельных, тем или иным образом бросающихся в глаза, связей. Значимость биоценоза в его совместности» (Gesammheit по Friedrerichs, 1926-1927).

Но безусловно, что при исследовании любого ценоза наличествует «стремление выделить группу зависимых признаков». При этом считают, что чем теснее зависимость, тем группа характернее, а это хорошо».  Идентичность сообщества - системное понятие, характеризуемое, прежде всего, видовым составом. Опознать ценоз можно по характерным видам. «Трудность заключена в понимании термина «характерно».  Ввести меру характерности некоторого вида для данного сообщества можно,  только определив сам объект (сообщество). Поскольку сообщество мы хотим определить по характерным видам, возникает порочный круг в понятиях. Чтобы его избежать, надо ввести понятие характеристики,  как следствие списка видов, полученного в учёте» (для опознания ценоза автор не привлекает понятие пойнтер-точки Н-распределения, содержательное значение которой показано на статистике техноценозов и ценологическом анализе персоналий «Мастера и Маргариты» М.Булгакова).

При анализе связи между объектами учёта (табл.8.1) вводится важное понятие «фон», как набор признаков, достоверно существующая структура, когда невозможно опознать связи поодиночке: «естественно перейти к поиску сразу целых подмножеств множества связей, одинаковых в некотором отношении». Это «подматрицы матрицы связей, внутри которых бессмысленно описывать какие-либо структуры и которым соответствуют списки равномерно связанных, в частном случае - независимых объектов-фонов... Сообщество, как выяснилось, обладает структурой, элементы которой суть виды или иные систематически определяемые объекты, а также фон... Фон в общем случае не идентичен виду как конкурирующая единица».

Обращаясь к картированию (картосоставлению) показывается, что «роль визуальных и статистических приемов при планировании картографических работ различна в агроценозах и естественных ценозах» (пестрота размещения беспозвоночных существенно превосходит пестроту размещения фитоценоза, и прямое картографирование размещений беспозвоночных не может ориентироваться  на визуальные оценки). В  качестве вывода установлено, что «не всякую пестроту имеет смысл наносить на карту. Не всегда равномерность распределения означает равномерность  размещения. Для дискретных объектов картография не всегда имеет смысл».

С ценологической точки зрения, интересна оценка методического подхода к изучению размещений объектов учёта в пространстве с помощью исследования только законов распределения частот значений картируемой величины в пробах. Информация о свойствах размещения  объектов «искажается произволом исследователя, проявляющимся при выборе размера пробы» и даже уничтожается игнорированием взаимного размещения проб. Главный же недостаток подхода - «он не проводит различия между понятиями «размещение» и «распределение».

К важнейшим главам монографии, по-видимому, можно отнести «Планирование учётов» и «Глазомерные оценки», которые, по значимости, можно сравнить с необходимостью для систематика иметь обострённую наблюдательность и уметь анализировать. Дело в том, что сложные и точные методы биохимии белка, хромосомного анализа, электронной микроскопии лишь помогают выяснению тождества или различия многих видов: биология, экология, географическое распространение   являются важными систематическими признаками, как раз и требующими человеческой интуиции, человеческой способности выделить  существенное  -  увидеть образ подлинного.

«Планировать учёт, то есть выбрать учётную величину, назначить маршрут (схему) обхода, число и размер проб можно несколькими способами. Для планирования нужны исходные данные. Некоторые из них могут быть нормативными... Но другие установочные данные можно добыть только в натуре, путем рекогонсцировки», одной из целей, которой является «разбиение подлежащей обследованию территории на страты». Чаще же всего прямо начинают с нормы обследования, которая бывает для массового учёта совершенно неприемлема».

Учтённая величина удачна, если «хорошо распределена, легка в учёте, имеет отношение к сути дела». Автор приводит много примеров и замечает, что «идея единства методики... встречает трудности в реальности учёта» и что «следует предпочитать более дешевые и производительные косвенные методы». После выбора метода назначают схему учёта (маршрут, пикетажную сеть), определяют выбор размера и числа проб («засилье в методиках больших проб не имеет никакого резона»), форму площадок.

Центральная проблема планирования учёта - норма обследования, опирающаяся на принципы нормативной точности, равной нормы обследования (практика обследования для обзора), сплошности, оперативного  обследования,  последовательного анализа.

Приведенные пояснения и примеры дают представление о каждом из принципов, делая нетривиальным утверждение:  «нужны хорошие учётчики» (потому что речь идет о систематической ошибке) и давая возможность в сжатом виде предложить процедуру назначения нормы обследования и оценку учётчиков с их браковкой.

Глазомерные оценки рассмотрены с точки зрения проблем, ими разрешаемых и создаваемых практикой применения таких оценок. На основе обзора применяемых шкал делается вывод, во-первых, что в большинстве случаев без всякого обоснования берётся от 5 до 9 градаций.  «Это согласуется с хорошо известным в психологии количеством одновременно запоминаемых несвязных элементов 7±2... число градаций шкалы не должно противоречить закону восприятия  натуральной  величины учётчиком». Во-вторых, «предпочтительнее неравномерные шкалы» (хотя и здесь есть трудности: «что хорошо в одной области применения, может быть неудачным в другой»).

Руководитель программы «должен уяснить себе и возможно точнее сформулировать цель обследования", ответить на вопросы: неизбежно ли применение глазомерной оценки; что вы будете делать с данными,  когда они у вас будут;  какую шкалу взять для работы; какую процедуру избрать - разовую или статистическую; каков набор сведений, собираемых одновременно; однородны ли учётчики в оценке средней засорённости; имеют ли вообще отношение отсчёты к измеряемой величине;  воспроизводят ли разные учётчики отсчёты на одних и тех же объектах,  соответствует ли шкала свойствам (установке) участников? В монографии не только комментируется каждый из вопросов, но и даются рекомендации по подготовке поверки к проведению инструктажа.

"Подвижные элементы экосистемы взаимодействуют с неподвижными и между собой... Поэтому для понимания процессов в сообществе нужны оценки параметров, определяющих вероятность встречи. Последнее понятие применимо к описанию широкого круга ситуаций в биоценозах. Первичное заселение посевов фитофагами, поиск полового партнёра, спектр отношений хищник-жертва и многое другое может быть исследовано и лучше понято, если иметь оценки параметров, определяющих названную вероятность». Поэтому автор счёл необходимым предложить теорию ловушек и рассмотреть динамическую плотность как учётный параметр.

Книга сопровождается обширной библиографией, иностранная часть которой напоминает о владении автором всеми основными европейскими языками. Сведения о литературных источниках сохранены в авторской редакции, хотя они не единообразны и с нарушением ГОСТ. По тексту сохранены и  оригинальные  авторские слова и выражения.

В заключение следует отметить увеличивающийся разрыв между возможностями техники,  в том числе и вычислительной, и необходимостью отловить, чтобы подсчитать, какую-либо жужелицу. Природа многообразна, ценозы трансцендентны, и человек может узреть лишь отдельное, узнать лишь что-то о целом, лик которого меняется даже в момент нашего взгляда.

    

                                                                     Кораблино-Москва,

                                                                                 август 1998

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

Социализм – это учет.

                         В.И. Ленин

            Агрономию считают, и не без основания, опытной наукой. И действительно, опыты различного размаха и точности: производственные, полевые, вегетационно-полевые, вегетационные составляют фундамент большей части научных выводов и принимаемых на их основе решений. Опыты, таким образом, рассматривают как методическую основу агрономии. Но не часто задают себе вопросы: 1. Подлинно ли все научные проблемы агрономии разрешимы в факторных опытах? 2. Не действует ли в реальности на ином уровне более общая основа для научных выводов и решений практиков?

            Действительно, если взглянуть внимательнее, методическая универсальность факторного опыта не столь велика. Вряд ли стоит обсуждать тот факт, что практик чаще руководствуется непосредственным впечатлением. Речь идет о научной основе. Так вот, непосредственные впечатления составляют основу наблюдения как научного метода. Наблюдение может использовать приборы, устройства и приспособления. Например, агрометеорология практически все данные получает из наблюдений. Фенологию культурного растения, сорняков, вредителей и болезней регистрируют в наблюдениях, например, колошение пшеницы, цветение амброзии полыннолистной, отрождение личинок клопа-черепашки или первое проявление ржавчины.

            Наблюдениям можно придать и количественный характер. Так, регистрируя лёт насекомых с помощью ловушек, можно получить количественную характеристику его хода (динамики). Это уже заходит в область количественного учета. Области наблюдения и учета, таким образом, пересекаются. Как правило, речь идет о выборочном учете (=обследовании). Он и подразумевается везде ниже, если не оговорено обратное.

            Выборочный учет доставляет агрономии почти всю массу сведений, выражаемых численно. Учитывают численность сорняков, вредителей; интенсивность проявления болезней. Выборочное обследование – апробация сортовых посевов, при которой учитывают целый ряд показателей. Сюда же относятся агрохимические, почвенные, геоботанические, санитарно-гигиенические (в наше время называемые экологическими) обследования.

            Возвращаясь к полевым, в том числе производственным опытам, заметим, что и там основную массу сведений получают путем выборочного учета. Урожай зерна и соломы, правда, учитывают сплошь. Но поскольку влажность зерна получают в пробах, то урожай в сухом весе – опять же выборочная величина, даже по отношению к обследуемой схеме. В общем, если бы мы остались при убеждении о примате опыта и пытались обойтись сплошным учетом, то нам пришлось бы довольствоваться данными по урожаю соломы.

            У нас есть все основания рассматривать агрономию как науку наблюдательную (как астрономия, метеорология) и как учетную (подобно геологии). Опытные схемы тоже надо обследовать. Но что же такое учет? Учет (обследование, опробование) предполагает следующие элементы.

            Сеть или схема, или маршрут учета, на которых расположены учетные точки, или пикеты. В них берут пробы, или делают отсчеты. Мы заимствуем этот термин из практики приборных измерений. Он лучше, чем обычные “дата” и “варианта”, которые неудобны в одном тексте со словом “дата” в календарном смысле и – “вариант” – в смысле разность опыта. Отсчет также – результат анализа пробы.

            Пробу отграничивают или отбирают не всегда. Если учетную величину трактуют как непрерывную, техника взятия отсчета проста, а отсчет относят к точке – пробу не отбирают. Примеры – измерение температуры поверхности почвы, высоты травостоя, глазомерная оценка балла заселенности растений тлями. Не отбирают пробу также, если учитывают ясно видимый признак на органе растения – флаг-листе, колосе и т.п. Правда, в этом случае почти всегда тут же учитывают густоту стояния растений 1/м2. Элемент обследуемого пространства – пробу выделяют, вырезают с помощью учетного устройства. В простейшем случае это проволочная рамка, или даже мерка, выделяющая отрезок рядка. В соответствии со сложившейся практикой, при учете растений и животных любую учетную величину, размерность которой отлична от нуля, будем называть численность. Реже употребляется термин “обилие”.

            Существенная характеристика учета – норма обследования. Это – произведение числа проб на их размер. Если размер проб стандартен, понятия “норма обследования” и “число проб” совпадают. Норма обследования приблизительно пропорциональна затратам труда на учет. Как увидим ниже, в ряде случаев при планировании учета это понятие очень полезно.

            Рассмотрим свойства учетов. Первое из них – размерность учетной величины. Она связана с целью учетов – что именно собрался оценивать руководитель программы. В практике современных экологов, исповедующих догму энерго- и массообмена, принимается, что единственная цель учета – оценка числа особей на единицу площади – плотность [1/м2], или биомассы на ту же единицу – плотность биомассы [г/м2] (Сукачев и Дылис, 1969). Если методика учета дает отсчеты другой размерности, то или такие учеты не применяют, или их данные считают сортом ниже. В связи с этим учеты подразделяют на прямые (по отношению к плотности) и косвенные – дающие отсчеты другой размерности.

            Легко заметить бедность такого подхода. Практика, во всяком случае, им не довольствуется. Так, во множестве учитывают разного рода поврежденности, зараженности, заселенности, выживаемости. Эти учетные величины имеют размерность [0]. Их можно интерпретировать как вероятность, которую они и оценивают. Есть и другие учетные величины, не укладывающиеся в прокрустово ложе энерго- и массообмена.

            Таким образом, учеты подразделяют на прямые и косвенные по отношению к плотности. Это разделение можно и должно обобщить на случай учетного параметра любой размерности. Так, целью учета может быть оценка динамической плотности (на плоскости – [1/м]). В этом случае учет ловчими цилиндрами (земляными ловушками) есть прямой для бегающих объектов, так как улов на единицу диаметра имеет размерность динамической плотности. А учет площадками, дающий отсчеты размерностью [1/м2], в этом случае – косвенный.

            Следующее свойство – ошибка учета. Она делится на случайную и систематическую. Основной источник случайной ошибки – естественное колебание оцениваемой величины от точки к точке. Отклонения от средней имеют разный знак и взаимно погашаются при суммировании отсчетов. Обычно в качестве меры случайной ошибки отсчета применяют среднее квадратичное отклонение. Случайная ошибка средней из N отсчетов в  раз меньше среднего квадратичного отклонения. При увеличении N она сходится к нулю. Сейчас нам важно, что ошибку можно оценить непосредственно из ряда отсчетов, и что любая точность была бы достижима, имей мы дело только со случайной ошибкой. Случайная ошибка – источник полезной информации, так как отражает свойства объекта.

            Не так обстоит дело с систематической ошибкой. Основной ее источник – личная ошибка учетчика. Иногда ошибку порождает методика. В качестве примера ошибки учетчика А.А.Любищев (1958) приводит недоучет личинок свекловичного долгоносика при учете путем почвенных раскопок. Личинки ярко-белые и заметны хорошо. Тем не менее, относительная систематическая ошибка (недоучет) близка к 50%. Приводит он и пример ошибки, порождаемой методикой. Рамка 50 на 50 см в посеве с междурядьями 15 см порождает недоучет около 10%.

            Односторонние отклонения не погашаются взаимно при суммировании отсчетов. Систематическая ошибка не уменьшается с ростом числа отсчетов. Ее невозможно оценить, имея только список отсчетов. Поскольку она часто – следствие установки учетчика, устранить ее источник нелегко. От нее непросто бывает избавиться также и тогда, когда ее источник – методика. Все это делает систематическую ошибку очень неприятной.

            Руководства по методике полевого опыта (Доспехов, 1979; Литтл и Хиллз, 1981) дружно указывают на недопустимость систематической ошибки. Но указать проще, чем не допустить на деле. Она неизбежна всегда, когда подсчитывают насекомых в почве и на растениях, и при всех видах глазомерных оценок.

            Можно дать пример и вне круга болезней и вредителей. Так, оценку содержания обменного калия в почве получают после экспозиции почвенной пробы в растворе углекислого аммония и последующей фильтрации. Калий определяют в фильтрате. Еще чуть ли не со времен Либиха известно, что однократное выщелачивание извлекает не весь калий, доступный извлечению раствором углекислого аммония. Остаток, несомненно, есть систематическая ошибка. Она различна на разных почвах (Кудрин и Черкасова, 1988). Отказаться от обследования на обменный калий? Неясно, что делать с уже собранными данными, вошедшими в научный обиход. Точно так же обстоит дело с содержаниями фосфора, свинца, кадмия и цинка (Кудрин и Черкасова, 1993). Ниже мы увидим, как оценивать систематическую ошибку, как ее избегать и как использовать при планировании учета.

            Сейчас нас интересует лишь, что учеты различаются по величине систематической ошибки. Следуя А.А.Любищеву, учеты, в которых можно пренебречь систематической ошибкой, назовем абсолютными; противоположность – относительные. Независимое деление учетов на абсолютные-относительные; прямые-косвенные впервые было проведено Любищевым. Большинством такое деление долго еще не было воспринято (Novak a kol;, 1969; Викторов, Бородин, 1971; Приставко, 1971), возможно, и до сих пор не воспринимается.

            Чтобы завершить классификацию учетов, обратимся к свойствам учетных устройств, вырезающих элемент пространства. Для проволочной рамки или бура Пятницкого объект учета либо принадлежит пробе, либо нет. Меньше ясности в том, каким именно образом вырезает пробу ловушка с приманкой или светоловушка. Различие, очевидно, в том, что в первом случае выражен контур, на котором скачком возрастает для объекта вероятность попасть в пробу. Будем называть такие устройства консимилятивными, от лат. consimilis – точно такой же. На преимущества консимилятивных устройств указывал Гейдеман (Heydemann, 1956). Термин введен в 1971 г. (Кудрин, 1971). Противоположность – аттрактивные устройства и методы. Полученную классификацию сведем в таблицу.

Таблица 1.1

Классификация учетов

Признаки классификации

Классы

1) Размерность учетного параметра
    (численности)

1) плотность
2) динамическая плотность
3) ....

2) Учет по отношению к искомой
    размерности численности

1) прямой    
2) косвенный

3) Учет в зависимости от
    систематической ошибки

1) абсолютный   
2) относительный

4) Учетное устройство по способу
    вырезания пробы

1) консимилятивное
2) аттрактивное

            Таким образом, мы ввели понятия и термины, определяющие учет, его свойства и элементы. Учет, наряду с наблюдением, представляет методическую основу агрономической науки, обеспечивающую как нужды факторного полевого опыта, так и исследование действительности посева, которую Р. Шовен (Chauvin, 1967, Шовен 1970) называет загадкой для эколога.

            Кроме научного, учеты имеют и практическое (производственное) значение. Предназначение их многообразно, но в общем сводимо к обеспечению нужд управления. Многие с этим не согласятся, ибо никогда не слышали об управлении сельским хозяйством, основанном на систематически проводимых выборочных учетах. Управление вслепую (управление ли – это отдельный вопрос) в сельском хозяйстве встречается часто, но ясно, что этот способ неоптимален.

            Современная ситуация характеризуется крайним вздорожанием всех материальных и энергетических ресурсов, необходимых для производства и одновременно императивом требований к рентабельности, ставшей conditio sine qua non. До самого последнего времени тенденция была другой. “У нас, наоборот, крупные зерновые хозяйства, являющиеся вместе с тем государственными хозяйствами, не нуждаются в своем развитии ни в максимуме прибыли, ни в средней норме прибыли, а могут ограничиваться минимумом прибыли, а иногда обходятся и без всякой прибыли, что опять-таки создает благоприятные условия для развития крупного зернового хозяйства” (Сталин, 1953).

            Разумеется, при такой доктрине критерии оптимизации – не в условиях производства, а в усмотрении начальника. Начальник же не обязан изучать условия производства. Он стремится к уменьшению трудностей в управлении. Отсюда тенденция к сокращению разнообразия, к гигантизму, к списку обязательных мероприятий, которые должно выполнить в плановые сроки, без объективного учета последствий. Особенное распространение принцип обязательных мероприятий получил, и особенно ярко проявил свою абсурдность, в защите растений.

            Дефицит ресурсов ставит вопрос о их лучшем использовании. Грамотные работники всегда считали, что (не при тотальной нехватке) лучший способ экономии ядов и устранения их вредных последствий – работать только тогда, когда надо. Но сохраняет инерцию идея “обязательных мероприятий”, “профилактических обработок”. Сильные ее стороны – легкость контроля за соблюдением технологии и минимализация собственного риска за счет увеличения казенных расходов. Эта идея воплощена в организационных структурах, инструкциях, ГОСТах и в организационных навыках.

            Яркий пример этому – борьба с головневыми заболеваниями. Ведомственные инструкции МСХ предусмотрели методику подсчета потерь от головни хлебов, завышающую потери в 5 – 6 раз. При этой методике, основанной на концепции так называемых “скрытых потерь”, борьба с головней путем обязательного протравливания проводится всегда; если при апробации обнаружится хоть один (!) зараженный колос в апробационном снопе из тысячи растений, снижается сортность и т.п. Десятилетия внесения гранозана (4 т ртути под урожай 1988 г. в Ставропольском крае) создали катастрофическую санитарную обстановку (или, как модно, экологическую).

            Потери от головни, однако, невелики. Оперативное обследование посевов после колошения позволяет заблаговременно планировать, а обследование семенных партий – назначать к протравливанию только те из них, которые действительно заражены. Соответствующие научные разработки давно сделаны, их результаты отражены в отчетах, опубликованы в научных статьях и доложены на совещаниях, в том числе всесоюзных.

            Этот пример (источник ошибки мы рассмотрим в гл. 7) показывает, что решение проблемы – не в каких-нибудь заграничных сверхъядах и не в полном отказе от химии. Нужна полная, достоверная и своевременная информация о болезнях, вредителях, сорняках. Нужны нормативы – функции вредоносности, позволяющие объективно предсказать будущие, а также оценить уже состоявшиеся потери по результатам обследования.

            Примеров таких много. Защита растений – едва ли не единственная хозяйственная деятельность, экономическую эффективность которой не учитывают. Иногда учитывается техническая эффективность; чаще ее оценивают на глаз. Вряд ли это достаточная основа для больших затрат.

            Как бы дороги и хлопотны ни были учеты, химические обработки дороже. Учеты, кроме того, не загрязняют среду. Поэтому перераспределение затрат с распыления ядов на получение информации – веление времени. То, что оно пока не услышано, не должно нас смущать.