Ответы к ига понятие и стратегия инновационной деятельности в агрономии

• Название: Ответы к ига понятие и стратегия инновационной деятельности в агрономии
• Дата: 18.05.2018
• Размер: 307.26 Kb.
• Имя файла: otvety_k_gosam_devochki_2.docx
• Тип: Документы; #44110
• страница: 7 из 19

14. Инструментальная диагностика физических условий среды обитания растений
15. Биохимические и химические методы исследования растений и среды их обитания.

Биохимические и химические методы исследования растений и среды их обитания. Биохимическая диагностика растений и их среды обитания. Использование информации об агрохимических показателях при управлении плодородием почвы. Уровни исследования и показатели. Методы исследований – ионометрия, спектрометрия, фотоколорирование, паровая дистилляция. Инструментальные методы определения базовых характеристик агрохимического состояния почвы. Методы определения кислотности почвы, микро- и макроэлементов. Методические требования к реализации методов. Существует ряд методик, позволяющих выявить качество и количество биологически активных веществ в составе растения, а также места их скопления.

Люминисцентно-микроскопический анализ основан на том, что биологически активные вещества, содержащиеся в растении, дают в люминесцентном микроскопе яркое окрашенное свечение, причем различные химические вещества характеризуются разной окраской. Так, алкалоиды дают желтую окраску, а глико-зиды - оранжевую. Этот метод используют в основном для выявления мест скопления активных веществ в тканях растений, а интенсивность свечения указывает на большую или меньшую концентрацию этих веществ. Фитохимический анализ предназначен для выявления качественного и количественного показателя содержания активных веществ в растении. Для определения качества используют химические реакции. Количество действующих веществ в растении является главным показателем его доброкачественности, поэтому проводится их объемный анализ также с использованием химических методов. Для исследования растений, содержащих такие активные вещества, как алкалоиды, кумарины, флавоны, требующие не простого суммарного анализа, но и разделения их на компоненты, применяют хроматографический анализ.

Хроматографический метод анализа был впервые представлен в 1903 году ботаником М. Цветом, и с тех пор разработаны его различные варианты, имеющие самостоятельное значение. Данный метод разделения смеси веществ на компоненты основан на различиях в их физических и химических свойствах. Фотографическим методом, с помощью панорамной хроматографии можно сделать видимой внутреннюю структуру растения, увидеть линии, формы и цвета растения. Такие картины, получаемые из водяных экстрактов, задерживаются на серебристо-нитратной фильтровочной бумаге и репродуцируются. Метод интерпретации хроматограмм успешно развивается. Эта методика подкрепляется данными, полученными с помощью других, уже известных отработанных методик. На основании циркуляционных хромодиа-грамм, продолжается разработка метода панорамной хроматографии для определения качества растения по наличию сконцентрированных в нем питательных веществ. Результаты, полученные при использовании этого метода, должны подкрепляться данными анализа уровня кислотности растения, взаимодействия содержащихся в его составе ферментов и т. д. Основной задачей дальнейшего развития хроматографического метода, анализа растений должен стать поиск способов воздействия на растительное сырье в ходе его выращивания, первичной обработки, складирования и на этапе непосредственного получения лекарственных форм с целью повышения содержания в нем ценных активных веществ.
16. Методы исследования химических свойств среды обитания растений.
17. Инструментальная диагностика биологических свойств среды обитания растений.

18. Основные труды А.Т. Болотова, И.М. Комова, А.В. Советова, А.Н. Энгельгардта, И.А. Стебута, Щ.И.Менделеева и их роль в развитии агрономии.
А. Т. Болотова и И. М. Комова, которые подвергли критике господствовавшую в то время паровую систему земледелия. Болотов предлагал вместо трёхпольных севооборотов вводить семипольные, уменьшив площадь под паром и заняв три поля травами. Комов первым из русских учёных обосновал плодосменную систему земледелия с посевом бобовых трав и корнеплодов и заменой пара пропашными культурами. Будучи хорошо знаком с зарубежным опытом, он выступал против шаблона, рецептуры и упрощенчества в А., рекомендовал ставить опыты и повторять их до тех пор, пока не убедишься в достоверности полученных результатов.

В работах А. В. Советова (2-я половина 19 в.) обобщено всё лучшее, что было к тому времени в русской практике и в литературе о системах земледелия, устанавливалась зависимость форм земледелия от общественно-экономических условий. Советовым была дана классификация систем земледелия и история их. Учение о системах земледелия (См. Система земледелия) в конце 19 и начале 20 вв. получило дальнейшее развитие в трудах А. Н. Шишкина, А. П. Людоговского, А. С. Ермолова, И. А. Стебута, В. Р. Вильямса, Д. Н. Прянишникова и др. учёных.

         Зарождение отечественной агрохимии в 60—70-х гг. 19 в. связано с именем Д. И. Менделеева, исследовавшего вопросы питания растений и повышения урожайности с.-х. культур. Особое внимание Менделеев уделял применению удобрений и использованию питательных веществ подпахотных слоев почвы. Большая заслуга в развитии основ русской А. принадлежит А. Н. Энгельгардту, который в 70—80-е гг. в своём имении Батищево (Смоленская губерния) изучал эффективность минеральных и органических удобрений, роль извести и люпина.
Вопрос 19. Основные труды В.В.Докучаева, В.Р. Вильямса, П.А. Костычева, Н.М. Тулайкова, К.А.Тимирязева, Д.Н. Прянишикова, Н.И.Вавилова и их роль в развитии агрономии

Значительный вклад в А. внёс В. В. Докучаев, который создал учение о почве как об особом естественно-историческом теле, развивающемся под воздействием ряда факторов. Вместе с Н. М. Сибирцевым он разработал научную классификацию почв по их происхождению, а также меры по восстановлению и повышению плодородия русского чернозёма. Одновременно П. А. Костычевым была заложена основа агрономического почвоведения. Генетическое почвоведение изучает почву как естественноисторическое тело, агрономическое — рассматривает её как основное средство с.-х. производства. Исследованиями Костычева была вскрыта сущность взаимосвязи между почвой и растениями, показана роль человека в изменении этих связей. Изучая процессы разложения органических веществ почвы, Костычев установил решающую роль в этом процессе различных групп низших организмов.


В результате многолетней научной деятельности Д. Н. Прянишникова были изучены процессы усвоения растениями аммиачного азота, что позволило организовать промышленное производство аммиачных удобрений и широко применять их в земледелии, а проведенные им исследования фосфоритов способствовали развитию производства фосфорных удобрений. Прянишников установил роль бобовых культур в азотном балансе, развил учение о плодосменной системе земледелия и севооборотах. 
         Крупнейший вклад в физиологию и теорию питания растений внёс К. А. Тимирязев, который провёл классические исследования Фотосинтеза, рассматривая его в непрерывной связи с корневым питанием растений. Положение Тимирязева о том, что изучение требований растений есть коренная задача научного земледелия, служит до сего времени ориентиром в развитии агрономических дисциплин.
         Особую роль в развитии русской Агрономии.сыграли опытные учреждения и учебные заведения. В 1867 Вольное экономическое общество приступило к проведению опытов с удобрениями. В 1884 организовано Полтавское опытное поле, затем Херсонское (1889), Одесское, Донское, Таганрогское и Лохвицкое опытные поля (1894), Вятская, Ивановская (1895) и Безенчукская (1903) опытные станции. В 1902 создана сеть опытных станций при сахарных заводах для разработки приёмов возделывания сахарной свёклы, селекции и сортоиспытания этой культуры. В 1908 было положено начало новому направлению в организации с.-х. опытного дела в России — размещению с.-х. научно-исследовательских учреждений в соответствии с природными зонами страны; созданы государственные опытные станции — Запольская (Петербургская губерния), Костычевская (Самарская губерния), Энгельгардтовская (Смоленская губерния) и Шатиловская (Тульская губерния). На опытных станциях и полях изучали и разрабатывали приёмы обработки почвы, севообороты, агротехнику отдельных культур и другие вопросы, имеющие важное значение в земледелии. В 1-й половине 19 в. открыт Новоалександрийский институт сельского хозяйства и лесоводства (ныне Харьковский с.-х. институт им. В. В. Докучаева) и Горы-Горецкий институт (ныне Белорусская с.-х. академия). В 1865 учреждена Петровская земледельческая и лесная академия (ныне Московская с.-х. академия им. К. А. Тимирязева), ставшая центром развития А. и подготовки агрономических кадров. В 1913 открыт один из крупнейших с.-х. вузов в Воронеже. В начале 20 в. в Москве и Петербурге были организованы Высшие с.-х. курсы для женщин; в Харькове, Казани, Варшаве и Юрьеве — ветеринарные институты. При всём этом в дореволюционной России А. оказывала незначительное влияние на земледелие, т. к. основная масса крестьянских хозяйств, располагая крайне малыми наделами земли, не имея необходимой техники и средств, не могла пользоваться успехами А. 
         В СССР неизмеримо возросли возможности применения достижений А., особенно после осуществления ленинского кооперативного плана, когда мелкие крестьянские хозяйства объединились в колхозы и были организованы крупные государственные хозяйства — совхозы. Развитию А. способствовало создание сети новых научно-исследовательский учреждений и учебных заведений, а также дальнейшая дифференциация отраслей А. В 1929 была учреждена Всесоюзная академия с.-х. наук им. В. И. Ленина (ВАСХНИЛ) — высший научный центр по сельскому хозяйству. Расширилась подготовка агрономических кадров. Большой вклад в познание законов управления процессами развития растений А. внёс И. В. Мичурин. Физиология растений обогатилась и овладела методами точной и объективной оценки устойчивости с.-х. культур к засухе и холоду, основанной на физико-химических свойствах протоплазмы клеток растений. В работах Тимирязева и его учеников получила дальнейшее развитие теория фотосинтеза. Советскими учёными проведены исследования по изучению видового, сортового и экологического разнообразия с.-х. культур; выявлено много ранее неизвестных в науке видов растений. 
         Н. И. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов и наследственной изменчивости (1920), указывающий селекционерам пути для поисков новых исходных форм при скрещивании и отборе растений. Взаимообогащение теоретических исследований и практических опытов дало возможность достигнуть крупных успехов в селекции с.-х. растений. Под руководством и при непосредственном участии учёных-селекционеров П. Н. Константинова, П. И. Лисицына, А. П. Шехурдина, П. П. Лукьяненко, В. Н. Ремесло, Ф. Г. Кириченко, Н. В. Цицина, Л. А. Жданова, В. С. Пустовойта, А. Г. Лорха и многих других выведены замечательные сорта с.-х. культур. Проводятся начатые ещё в 1919 Н. И. Вавиловым исследования иммунитета растений к заболеваниям и повреждениям насекомыми. Разработана и внедряется система методов защиты растений — агротехнических, биологических, химических и физико-механических. Ведутся научные исследования по применению гербицидов. Осваивая и творчески развивая труды А. Н. Костякова (1887—1957), Г. Н. Высоцкого (1865—1940), Н. И. Суса (1880—1967) и других советских учёных, успешно разрабатываются и внедряются в производство эффективные системы мероприятий по улучшению водно-воздушного режима переувлажнённых земель, орошению с.-х. культур в засушливых районах, полезащитному лесоразведению. Успешно развивается почвоведение, особенно в направлении более глубокого изучения поглощающего комплекса, установления принципов классификации почв и методов почвенной картографии. Расширились знания по почвенной микробиологии и агрофизике. Значительные исследования проведены по изучению эрозии почв, разработаны практические способы борьбы с эрозией (С. С. Соболев и др.). Во многих научно-исследовательских учреждениях и с.-х. вузах заложены длительные стационарные опыты по изучению севооборотов и монокультуры. Возрастающее с каждым годом количество поступающих в сельское хозяйство минеральных удобрений и др. средств химизации потребовало создания в стране единой агрохимической службы (См. Агрохимическая служба). Дальнейшее развитие получили фитопатология, с.-х. энтомология, вирусология; создана сеть учреждений по защите растений от вредителей и болезней — служба защиты растений. Организована разветвленная сеть государственных семенных инспекций. Разработаны мероприятия по улучшению естественных кормовых угодий, способы создания искусственных сенокосов и пастбищ. Изучены и рекомендованы схемы организации зелёного конвейера, рациональной пастьбы скота, приёмы повышения урожайности и более целесообразного использования сеяных кормовых трав, кукурузы и корнеплодов (приготовление травяной муки, способы силосования, консервирование кормов и т. п.). 
         В СССР создана обширная сеть научно-исследовательских и опытных учреждений по сельскому хозяйству. В дореволюционной России (1914) насчитывалось всего около 130 опытных станций и полей; в СССР в 1968 имелось 45 всесоюзных и 147 отраслевых и зональных научно-исследовательских институтов по сельскому хозяйству, 479 опытных и селекционных станций, 1550 государственных сортоиспытательных участков. Научные исследования по А. и подготовку специалистов сельского хозяйства высшей квалификации ведут 98 с.-х. вузов. Организована широкая географическая сеть опытов с минеральными удобрениями (в различных почвенно-климатических зонах), в которых участвует около 200 научно-исследовательских учреждений. Научную работу по А. координирует Всесоюзная академия с.-х. наук им. В.И. Ленина. 
         Современные задачи Агрономии.вытекают из необходимости удовлетворения возрастающих потребностей населения в с.-х. продукции. Агрономические науки призваны разрабатывать мероприятия, постепенно освобождающие земледелие от воздействия вредных природных факторов, в особенности от засухи. Важнейшая роль принадлежит механизации, агротехнике, химизации, мелиорации, селекции и семеноводству. Успешное решение задач, стоящих перед А., возможно лишь при условии повышения научно-методического уровня исследований, дальнейшей организации комплексной разработки наиболее важных проблем, теснейшей связи с.-х. теории и практики. Необходимо строго соблюдать и совершенствовать методику постановки полевых опытов, внедрять в исследовательскую работу новые, более точные методы полевых и лабораторных анализов, в частности приборы, основанные на использовании новейших достижений физики, электроники, химии, математики. 
20. Планирование эксперимента. Основные этапы.

Планирование эксперимента (англ. experimental design techniques) — комплекс мероприятий, направленных на эффективную постановку опытов. Основная цель планирования эксперимента — достижение максимальной точности измерений при минимальном количестве проведенных опытов и сохранении статистической достоверности результатов.

Планирование эксперимента применяется при поиске оптимальных условий, построении интерполяционных формул, выборе значимых факторов, оценке и уточнении констант теоретических моделей и др.

Методы планирования эксперимента позволяют минимизировать число необходимых испытаний, установить рациональный порядок и условия проведения исследований в зависимости от их вида и требуемой точности результатов. Если же по каким-либо причинам число испытаний уже ограничено, то методы дают оценку точности, с которой в этом случае будут получены результаты. Методы учитывают случайный характер рассеяния свойств испытываемых объектов и характеристик используемого оборудования. Они базируются на методах теории вероятности и математической статистики.

Планирование эксперимента включает ряд этапов.

1. Установление цели эксперимента (определение характеристик, свойств и т. п.) и его вида (определительные, контрольные, сравнительные, исследовательские).

2. Уточнение условий проведения эксперимента (имеющееся или доступное оборудование, сроки работ, финансовые ресурсы, численность и кадровый состав работников и т. п.). Выбор вида испытаний (нормальные, ускоренные, сокращенные в условиях лаборатории, на стенде, полигонные, натурные или эксплуатационные).

3. Выявление и выбор входных и выходных параметров на основе сбора и анализа предварительной (априорной) информации. Входные параметры (факторы) могут быть детерминированными, то есть регистрируемыми и управляемыми (зависимыми от наблюдателя), и случайными, то есть регистрируемыми, но неуправляемыми. Наряду с ними на состояние исследуемого объекта могут оказывать влияние нерегистрируемые и неуправляемые параметры, которые вносят систематическую или случайную погрешность в результаты измерений. Это — ошибки измерительного оборудования, изменение свойств исследуемого объекта в период эксперимента, например, из-за старения материала или его износа, воздействие персонала и т. д.

4. Установление потребной точности результатов измерений (выходных параметров), области возможного изменения входных параметров, уточнение видов воздействий. Выбирается вид образцов или исследуемых объектов, учитывая степень их соответствия реальному изделию по состоянию, устройству, форме, размерам и другим характеристикам.

На назначение степени точности влияют условия изготовления и эксплуатации объекта, при создании которого будут использоваться эти экспериментальные данные. Условия изготовления, то есть возможности производства, ограничивают наивысшую реально достижимую точность. Условия эксплуатации, то есть условия обеспечения нормальной работы объекта, определяют минимальные требования к точности.

Точность экспериментальных данных также существенно зависит от объёма (числа) испытаний — чем испытаний больше, тем (при тех же условиях) выше достоверность результатов.

Для ряда случаев (при небольшом числе факторов и известном законе их распределения) можно заранее рассчитать минимально необходимое число испытаний, проведение которых позволит получить результаты с требуемой точностью.

5. Составление плана и проведение эксперимента — количество и порядок испытаний, способ сбора, хранения и документирования данных.

Порядок проведения испытаний важен, если входные параметры (факторы) при исследовании одного и того же объекта в течение одного опыта принимают разные значения. Например, при испытании на усталость при ступенчатом изменении уровня нагрузки предел выносливости зависит от последовательности нагружения, так как по-разному идет накопление повреждений, и, следовательно, будет разная величина предела выносливости.

В ряде случаев, когда систематически действующие параметры сложно учесть и проконтролировать, их преобразуют в случайные, специально предусматривая случайный порядок проведения испытаний (рандомизация эксперимента). Это позволяет применять к анализу результатов методы математической теории статистики.

Порядок испытаний также важен в процессе поисковых исследований: в зависимости от выбранной последовательности действий при экспериментальном поиске оптимального соотношения параметров объекта или какого-то процесса может потребоваться больше или меньше опытов. Эти экспериментальные задачи подобны математическим задачам численного поиска оптимальных решений. Наиболее хорошо разработаны методы одномерного поиска (однофакторные однокритериальные задачи), такие как метод Фибоначчи, метод золотого сечения.

6. Статистическая обработка результатов эксперимента, построение математической модели поведения исследуемых характеристик.

Необходимость обработки вызвана тем, что выборочный анализ отдельных данных, вне связи с остальными результатами, или же некорректная их обработка могут не только снизить ценность практических рекомендаций, но и привести к ошибочным выводам. Обработка результатов включает:

• определение доверительного интервала среднего значения и дисперсии (или среднего квадратичного отклонения) величин выходных параметров (экспериментальных данных) для заданной статистической надежности;

• проверка на отсутствие ошибочных значений (выбросов), с целью исключения сомнительных результатов из дальнейшего анализа. Проводится на соответствие одному из специальных критериев, выбор которого зависит от закона распределения случайной величины и вида выброса;

• проверка соответствия опытных данных ранее априорно введенному закону распределения. В зависимости от этого подтверждаются выбранный план эксперимента и методы обработки результатов, уточняется выбор математической модели.

Построение математической модели выполняется в случаях, когда должны быть получены количественные характеристики взаимосвязанных входных и выходных исследуемых параметров. Это — задачи аппроксимации, то есть выбора математической зависимости, наилучшим образом соответствующей экспериментальным данным. Для этих целей применяют регрессионные модели, которые основаны на разложении искомой функции в ряд с удержанием одного (линейная зависимость, линия регрессии) или нескольких (нелинейные зависимости) членов разложения (ряды Фурье, Тейлора). Одним из методов подбора линии регрессии является широко распространенный метод наименьших квадратов.

Для оценки степени взаимосвязанности факторов или выходных параметров проводят корреляционный анализ результатов испытаний. В качестве меры взаимосвязанности используют коэффициент корреляции: для независимых или нелинейно зависимых случайных величин он равен или близок к нулю, а его близость к единице свидетельствует о полной взаимосвязанности величин и наличии между ними линейной зависимости.

При обработке или использовании экспериментальных данных, представленных в табличном виде, возникает потребность получения промежуточных значений. Для этого применяют методы линейной и нелинейной (полиноминальной) интерполяции (определение промежуточных значений) и экстраполяции (определение значений, лежащих вне интервала изменения данных).

7. Объяснение полученных результатов и формулирование рекомендаций по их использованию, уточнению методики проведения эксперимента.

Снижение трудоемкости и сокращение сроков испытаний достигается применением автоматизированных экспериментальных комплексов. Такой комплекс включает испытательные стенды с автоматизированной установкой режимов (позволяет имитировать реальные режимы работы), автоматически обрабатывает результаты, ведет статистический анализ и документирует исследования. Но велика и ответственность инженера в этих исследованиях: четкое поставленные цели испытаний и правильно принятое решение позволяют точно найти слабое место изделия, сократить затраты на доводку и итерационность процесса проектирования.