Лекція №6. Неоднорідність та її характеристики

Основним критерієм неоднорідності є відхилення варіації, тобто, мінливість спостережень, які характеризують властивості ґрунтів або ґрунтового покриву. Показники формують варіаційний ряд за загальним числом показників, їх розмахом, найбільшим і найменшим значеннями, модою (значеннями показника, який найбільше часто зустрічається в ряді), медіаною (середнім значенням варіаційного ряду), середнеарифметичним, середнім геометричним, средневзваженим, а також середнє абсолютне відхилення, середнє квадратическое відхилення, дисперсія, коефіцієнти варіації, асиметрії, крутості та інші. Нам важливо їх використати для оцінки конкретних полів за способами обробітку, внесення добрив і ґрунтоохоронних заходів.

Середнє арифметичне — найпоширеніша оцінка в звичайній статистиці. Вона зручна тим, що заміняє всі індивідуальні характеристики у варіаційному ряді одним значенням. Звичайно для маловаріабельного ряду втрата індивідуальних  значень, не настільки чутлива. Але, якщо варіаційний ряд має широкий розмах коливань, то середня арифметична оцінка втрачає своє значения. Більше того, таке значення може бути відсутнім у варіаційному ряді й тоді середня арифметична стає абстрактним значенням. Наприклад, якщо вміст гумусу в полі змінюється від 2 до 4%, те середня оцінка складає 3%. Вона отримана шляхом об’єднання  ґрунтів з різними класами за вмістом гумусу. Спочатку потрібно встановити розмах коливань ознаки, потім варіаційний ряд розбити на окремі ранги, і тільки після того в кожному з них знайти середне аріфметичне значення, яке характеризує певну ознаку.

Розмах коливань показників у варіаційному ряді вказує на його різноманітність, або варіацію.

Дисперсія – квадрат суми відхилень значень показників від середньої арифметичної, поділений на загальну кількість показників.

Середнє квадратичне відхилення – корінь квадратний з дисперсії.

Коефіцієнт варіації – відношення середнього квадратичного відхилення до середнього арифметичного у відсотках.

Крім того, варіаційний ряд потрібно також оцінити у відношенні наявності або відсутності асиметрії (скошення) і крутизни. Асиметрія означає перевагу показників у правій (позитивна асиметрія, позначається знаком ≪+>>) або лівій частини (від’ємна асиметрія, позначається знаком «–« ) варіаційного ряду, крутість — виположену криву розподілу або криву з явним гаком значень. Якщо коефіцієнти асиметрії та варіації великі, а крутості низький, це означає, що варіаційний ряд належить різним сукупностям і його потрібно розділити на частині.

Для оцінки досліджуваних показників грунту є кількісні оцінки. Якщо ймовірність дорівнює 0,01 або 0,05 ( інакше, подія може трапитися відповідно в одному і п’яти випадках із 100), то цю подію не беруть до уваги, якщо ж дорівнює 0,1, то зважати на неї потрібно.

Важливим критерієм неоднорідності ґрунтів і ґрунтового покриву є крива статистичного розподілу ймовірності. Якщо значення конкретних індивідуальних показників розташовуються ближче до середньої арифметичної величини, тим вище їхня частота, чим далі, тем рідше вони зустрічаються. Якщо крива частот є рівною і симетричної, те вона називається нормальною. Вважається, що варіації більшості біологічних показників підлягає нормальному закону розподілу. Причина, згідно теореми А.М. Лянунова, полягає в тому, що варіація як наслідок дії  багатьох різноспрямованих і незалежних факторів є сукупністю випадкових величин з достатньої точністю описується нормальною(симетричною) кривою. Варіабельність деяких ґрунтових показників не підлягає нормальній кривій. Усі випадки відхилення від нормального розподілу автоматично визнаються неоднорідностями.

Тому, що крива нормального розподілу широко використовується в аналізі  просторової неоднорідності, проглянем на характеристики. Найбільш важливої з них є нормоване відхилення — це відхилення того або іншого показника, виражене в сігмах - середнє квадратичне відхилення (1).

Х і - X = ɕ (1)

У залежності від її величини формуються рівні важливості йомовірності та довірчі коридори. Рівні ймовірності й довірчі коридори наведені у табл. 2.

Таблиця 2. Ймовірності й довірчі коридори

Неоднорідність є обов’язковою  властивістю за Є.А. Дмитрієвим, 1988, ґрунтового покриву. Вона проявляється на всіх рівнях — від континенту і тоді вона є ґрунтом різних зон до ґрунтового профілю і тоді це анізотропність як зміна властивостей залежно від вектору.

Неоднорідність у межах поля сівозміни найчастіше відповідає педону либо поліпедону, що означає присутність на поле одного або декількох елементарних ґрунтових ареалів певної конфігурації і розмірів. Тому досліджувати потрібно усе поле, а не окремі розрізи або зразки. Неоднорідність нам слід знати для того, щоб розділити поле на частини та впроваджувати різні технології або технологічні операції. Для цього ми повинні кількісно оцінити величину варіабельності й рівень відмінностей між окремими ґрунтовими ареалами.

Окремі ділянки поля різняться за величиною потенційної та ефективної родючості. Такі показники як вміст гумусу, ємність катіонного складу, реакція грунтового середовища, якісний склад призводить до різного рівня потенційної родючості. Елементи живлення, вологість, щільність складення, структура  – рівень ефективної родючості. І ті, і інші однаково важливі при вивченні неоднорідності. Перші з них відносяться до виділення стабільних зон за рівнем родючості другі — для диференціації в них технологічних поточних операцій з вирощування сільськогосподарських операцій. Цей методологічний принцип вивчення неоднорідності варто було б назвати оцінкою рівня неоднорідності показників родючості ґрунтів поля.

Наслідком неоднорідності оброблюваного поля є строкатість врожаю. Як відзначає Л.О. Карпачевский (2 0 0 1 ) між властивостями ґрунту й рослинністю, яка розвивається на ґрунті в силу взаємовпливу й різноспрямованого впливу факторів, кореляція не може бути сильною і звичайно менше 0,5.

Наступний принцип дослідження неоднорідності випливає з її ієрархічності та масштабності. А.Д.Воронін (1 9 8 4 ), який приділяв цьому принципу велику увагу, підкреслив важливість відповідності між масштабом вивчення властивості ґрунтів і рекомендаціями. Відносно ґрунтового покриву це означає, що на кожному масштабному рівні неоднорідності формуються певні ґрунтові функції (властивості та режими) і їх слід ураховувати при здійсненні технологічних операцій.