Методические разработки проведения практических занятий магистров

Методические разработки проведения практических занятий магистров

по направлению подготовки 35.04.01 – Лесное дело

профилю подготовки – лесные культуры, селекция, семеноводство

с элементами УИРМ по дисциплине

«Б1.В.ДВ.2 Методология научной деятельности в лесном деле»

 

Занятие № 3 ( Редакция 17.02.2021 г. )

 

 

Тема: «Анализ и оценка возможностей применения признаков непосредственного учета и производных признаков в опытной работе»

 

 

Ключевые слова: первичная лесоводственная информация, прямые признаки, относительные признаки, признаки непосредственного учета, производные признаки, уровень изменчивости признака, градации признака.

 

Бюджет времени – 2 часа.

Количество двухчасовых занятий – 1.

Распределение бюджета времени:

- 1 час на изучение теоретических основ применения прямых и относительных признаков, оценки уровня изменчивости признака, анализ эффективности применения признаков непосредственного учета и производных признаков;

- 1 час на практическое освоение и анализ алгоритмов вычисления производных признаков.

 

Вводная часть

 

В процессе непосредственного натурного обследования лесоводственного объекта исследователь получает первичную лесоводственную информацию. На этом этапе научной работы она представлена признаками непосредственного учета или прямыми признаками. Одной из форм трансформации первичной лесоводственной информации и перехода к производной лесоводственной информации выступает получение производных признаков лесоводственных объектов.

 

В любых научных исследованиях важной характеристикой объекта выступают его производные признаки, представляющие собой результат различных арифметических действий с прямыми признаками, значения которых получены непосредственно при биометрировании объектов исследования. С помощью таких производных признаков можно дать количественную оценку многим качественным показателям (форма листовой пластинки или форма шишек, плотность древесины или водоудерживающая способность хвои и др.), получить количественные оценки признаков, прямое определение которых связано с более сложными методами их учета (площадь поперечного сечения ствола или площадь проекции кроны, объем ствола и т.п.), получить значения, которые имеют смысловое содержание только в форме производных признаков (плотность или удельная масса древесины, сбежистость ствола, видовое и редукционное число, количество колючек на единице длины побега как показатель «околюченности побегов») величины, выраженные в долях от единицы или в процентах и т.п.

 

Относительные или производные количественные признаки – это признаки, которые невозможно зарегистрировать в момент проведения наблюдений или лабораторных экспериментов. Они фиксируются путем промежуточных вычислений в результате математических действий между несколькими прямыми признаками. Целесообразность применения наряду с прямыми относительных признаков состоит в том, что с их помощью удается получить более показательные и информативные данные, чем оперируя одними прямыми признаками. Указанные признаки наиболее полно описывают линейные и удельные параметры, массу и форму изучаемых частей и органов деревьев, позволяют более детально обозначить расхождения между ними в этом отношении, дать косвенную количественную оценку таким показателям, как плотность или удельная масса, и качественным идентификаторам, таким как форма, а также различным отношениям и коэффициентам. Подобный подход к организации научных исследований в лесном хозяйстве используется достаточно широко, и правомерность привлечения производных признаков признают многие отечественные и зарубежные исследователи (Семериков, 1974; Горчаковский, 1982; Чмыр, 1998; Ильичев, 1999; Котуранов, 2004; Lian Yong Shan, 1989). В частности предлагаются отношение учтенного значения признака к его среднему значению (Ильичев, 1999) и отношение ширины шишек к их длине (Куприянов, 1968; Пугач, 1968; Видякин, 1991 а, б, в; 2004). Отношение высоты дерева к его диаметру многими авторами (Медведев, 1884, 1910; Высоцкий, 1962; Габеев, 1973; Наквасина, 1999; Мальщукова, 2003) рассматривается как показатель биологического состояния древесных растений и достижения ими биологического равновесия, который косвенно характеризует внутренние процессы роста, пропорцию стволов, реакцию на изменение условий произрастания. Сохранение деревьями определенных пропорций ствола в процессе своего развития весьма важно (Эйтинген, 1918; Третьяков, 1937; Воропанов, 1956, 1973). Для их оценки используют индекс напряженности роста (Высоцкий, 1962), являющийся отношением высоты дерева к площади поперечного сечения его ствола, через которое осуществляется транспорт физиологических растворов от корней к кроне. Отношение высоты к диаметру и высоты к площади поперечного сечения характеризуют не только габитус, но косвенно отражают площадь жизненного пространства особи и несут информацию о внутренних процессах роста, характере распределения потоков вещества и энергии между органами. Чем больше величина отношения длины к диаметру или площади поперечного сечения, тем больше прирост в высоту над приростом по диаметру и тем больше питательных веществ направляется деревом на образование верхушечных побегов (Демаков, 2002 а). когда сравниваемые клоны находятся в условиях полного освещения и не испытывают бокового отенения, способствующего усилению роста в высоту при обострении конкурентных отношений, показатель отношения высоты к диаметру или к площади поперечного сечения сможет дать надежную оценку способности растений к преимущественному росту в высоту. Наиболее простыми и надежными параметрами степени развития ассимиляционного аппарата древесных растений является относительная протяженность кроны. Снижение значения показателей ниже определенного предела свидетельствует об ослаблении дерева и его конкурентной подавленности (Демаков, 2002 а). В лесной таксации при государственной инвентаризации лесов широко применяют такой показатель как радиус древесного ствола на высоте 1,3 м или на любом другом уровне (1 м, 2 м, 4 м и т.д.). Вместе с тем прямое измерение этого параметра затруднено. В этой связи непосредственному учету и регистрации подлежит диаметр ствола, а значения радиуса рассчитываются как частное от деления величины соответствующего диаметра на число «2»: найденный в таком порядке радиус является производным признаком. При таксации насаждений важнейшими характеристиками служат средние значения признаков: как характеристики насаждения они относятся к производным признака, поскольку их значения находят в результате математических преобразований признаков непосредственного учета – значений диаметра или высоты у биометрированных стволов.

 

 

Термины, понятия и определения

 

Прямые признаки – это признаки, регистрация значений которых производится непосредственно в момент наблюдения или учёта при помощи различных средств измерения или отражение качественного состояния того или иного исследуемого объекта. Прямые признаки бывают как количественные, так и качественные. Часто такие признаки называют признаками непосредственного учета.

Относительные признаки – это признаки, которые нельзя зарегистрировать в момент проведения наблюдений или лабораторного эксперимента. Они фиксируются путём промежуточных исчислений, совершая математические действия между несколькими прямыми признаками или с использованием различных коэффициентов.

Уровень изменчивости признака – это качественная характеристика степени отклонения величины стандартного отклонения анализируемого признака от его среднего значения. Чем больше эта величина, тем выше уровень изменчивости признака.

Градации признака – эта количественный показатель, определяющий границы выделяемых в составе анализируемой совокупности классов, который зависит от уровня изменчивости признака. Чем выше уровень изменчивости признака, тем большее количество градаций (классов) для него вводится.

 

Порядок проведения занятия

 

1. Преподаватель знакомит студентов с основными понятиями и терминами, а также необходимостью учета относительных признаков в научной работе, приводит примеры прямых и относительных признаков.

 

2. Преподаватель приводит методические указания для оценки уровня изменчивости признака и установления количества градаций в рамках количественных показателей.

 

3. Преподаватель организует натурное биометрирование каждым из студентов (каждой рабочей бригадой) реальных лесоводственных объектов – деревьев ели колючей форма голубая (Picea pungens Engelm., f. glauca), произрастающих на территории дендропарка (или иных деревьев: тополя, березы и пр.), с определением следующих таксационных показателей (линейных параметров лесоводственных объектов):

-   высота дерева, определяется с помощью высотомеров (каждый из студентов записывает марку используемого прибора и приводит его основные характеристики);

-   диаметр ствола на высоте 1.3 м, определяется мерной вилкой;

-   расстояние от поверхности почвы до первого мертвого (неживого) сучка (протяженность бессучковой части ствола), определяется с помощью лазерных дальномеров (каждый из студентов записывает марку используемого прибора и приводит его основные характеристики);

-   расстояние от поверхности почвы до первого живого сучка (для определения протяженности живой кроны дерева), определяется с помощью лазерных дальномеров (каждый из студентов записывает марку используемого прибора и приводит его основные характеристики);

-   диаметр кроны в направлении Север-Юг и диаметр кроны в направлении Восток-Запад, определяется с помощью мерной ленты по точкам пересечения отвесных линий, проведенных от крайних точек пространственного тела кроны, с плоскостью проекции кроны.

 

4. Преподаватель выдает индивидуальные задания студентам для самостоятельного формирования производных признаков и последующей оценки уровня изменчивости исследуемого комплекса признака.

 

Примерами хорошо известных Вам простейших относительных признаков могут служить: видовое число, объём ствола, коэффициенты формы плодов или шишек и листовой пластинки, расчетные значений радиуса древесного ствола или его запас. Целесообразность применения в научных исследованиях наряду с прямыми и относительных признаков состоит в том, что с их помощью, удаётся получить более показательную и содержательную информацию, чем оперируя одними лишь прямыми признаками. Например, использование в научных исследованиях коэффициента формы шишек или листовой пластинки, можно получить информацию о форме (качественный признак) анализируемого органа, выраженной количественно. Высокие значения коэффициентов формы говорят о более удлинённой форме исследуемого объекта. И наоборот, сравнительно низкие – свидетельствуют о преимущественно шаровидной форме объекта.

 

 

Доля живой части кроны.

 

Показатель рассчитываем как отношение протяженности живой части кроны к протяженности кроны в целом.

 

,

где:

K ₂ – доля живой части кроны;

L ₁ – протяженность кроны до первого сучка;

L ₂ – протяженность кроны до первого живого сучка;

 

 

1.8. Средний диаметр кроны.

 

Показатель рассчитываем как среднее арифметическое двух значений диаметра кроны: в направлении С-Ю и в направлении В-З.

 

,

где:

D_k – средний диаметр кроны;

D _С-Ю – диаметр кроны в направлении север-юг;

D _В-З – диаметр кроны в направлении восток-запад.

 

 

1.9. Объем цилиндра, построенного на основании круга, диаметр которого равен среднему диаметру кроны.

 

 

1.10. Площадь поперечного сечения кроны.

 

 

 

Методические разработки проведения практических занятий магистров

по направлению подготовки 35.04.01 – Лесное дело

профилю подготовки – лесные культуры, селекция, семеноводство

с элементами УИРМ по дисциплине

«Б1.В.ДВ.2 Методология научной деятельности в лесном деле»

 

Занятие № 3 ( Редакция 17.02.2021 г. )

 

 

Тема: «Анализ и оценка возможностей применения признаков непосредственного учета и производных признаков в опытной работе»

 

 

Ключевые слова: первичная лесоводственная информация, прямые признаки, относительные признаки, признаки непосредственного учета, производные признаки, уровень изменчивости признака, градации признака.

 

Бюджет времени – 2 часа.

Количество двухчасовых занятий – 1.

Распределение бюджета времени:

- 1 час на изучение теоретических основ применения прямых и относительных признаков, оценки уровня изменчивости признака, анализ эффективности применения признаков непосредственного учета и производных признаков;

- 1 час на практическое освоение и анализ алгоритмов вычисления производных признаков.

 

Вводная часть

 

В процессе непосредственного натурного обследования лесоводственного объекта исследователь получает первичную лесоводственную информацию. На этом этапе научной работы она представлена признаками непосредственного учета или прямыми признаками. Одной из форм трансформации первичной лесоводственной информации и перехода к производной лесоводственной информации выступает получение производных признаков лесоводственных объектов.

 

В любых научных исследованиях важной характеристикой объекта выступают его производные признаки, представляющие собой результат различных арифметических действий с прямыми признаками, значения которых получены непосредственно при биометрировании объектов исследования. С помощью таких производных признаков можно дать количественную оценку многим качественным показателям (форма листовой пластинки или форма шишек, плотность древесины или водоудерживающая способность хвои и др.), получить количественные оценки признаков, прямое определение которых связано с более сложными методами их учета (площадь поперечного сечения ствола или площадь проекции кроны, объем ствола и т.п.), получить значения, которые имеют смысловое содержание только в форме производных признаков (плотность или удельная масса древесины, сбежистость ствола, видовое и редукционное число, количество колючек на единице длины побега как показатель «околюченности побегов») величины, выраженные в долях от единицы или в процентах и т.п.

 

Относительные или производные количественные признаки – это признаки, которые невозможно зарегистрировать в момент проведения наблюдений или лабораторных экспериментов. Они фиксируются путем промежуточных вычислений в результате математических действий между несколькими прямыми признаками. Целесообразность применения наряду с прямыми относительных признаков состоит в том, что с их помощью удается получить более показательные и информативные данные, чем оперируя одними прямыми признаками. Указанные признаки наиболее полно описывают линейные и удельные параметры, массу и форму изучаемых частей и органов деревьев, позволяют более детально обозначить расхождения между ними в этом отношении, дать косвенную количественную оценку таким показателям, как плотность или удельная масса, и качественным идентификаторам, таким как форма, а также различным отношениям и коэффициентам. Подобный подход к организации научных исследований в лесном хозяйстве используется достаточно широко, и правомерность привлечения производных признаков признают многие отечественные и зарубежные исследователи (Семериков, 1974; Горчаковский, 1982; Чмыр, 1998; Ильичев, 1999; Котуранов, 2004; Lian Yong Shan, 1989). В частности предлагаются отношение учтенного значения признака к его среднему значению (Ильичев, 1999) и отношение ширины шишек к их длине (Куприянов, 1968; Пугач, 1968; Видякин, 1991 а, б, в; 2004). Отношение высоты дерева к его диаметру многими авторами (Медведев, 1884, 1910; Высоцкий, 1962; Габеев, 1973; Наквасина, 1999; Мальщукова, 2003) рассматривается как показатель биологического состояния древесных растений и достижения ими биологического равновесия, который косвенно характеризует внутренние процессы роста, пропорцию стволов, реакцию на изменение условий произрастания. Сохранение деревьями определенных пропорций ствола в процессе своего развития весьма важно (Эйтинген, 1918; Третьяков, 1937; Воропанов, 1956, 1973). Для их оценки используют индекс напряженности роста (Высоцкий, 1962), являющийся отношением высоты дерева к площади поперечного сечения его ствола, через которое осуществляется транспорт физиологических растворов от корней к кроне. Отношение высоты к диаметру и высоты к площади поперечного сечения характеризуют не только габитус, но косвенно отражают площадь жизненного пространства особи и несут информацию о внутренних процессах роста, характере распределения потоков вещества и энергии между органами. Чем больше величина отношения длины к диаметру или площади поперечного сечения, тем больше прирост в высоту над приростом по диаметру и тем больше питательных веществ направляется деревом на образование верхушечных побегов (Демаков, 2002 а). когда сравниваемые клоны находятся в условиях полного освещения и не испытывают бокового отенения, способствующего усилению роста в высоту при обострении конкурентных отношений, показатель отношения высоты к диаметру или к площади поперечного сечения сможет дать надежную оценку способности растений к преимущественному росту в высоту. Наиболее простыми и надежными параметрами степени развития ассимиляционного аппарата древесных растений является относительная протяженность кроны. Снижение значения показателей ниже определенного предела свидетельствует об ослаблении дерева и его конкурентной подавленности (Демаков, 2002 а). В лесной таксации при государственной инвентаризации лесов широко применяют такой показатель как радиус древесного ствола на высоте 1,3 м или на любом другом уровне (1 м, 2 м, 4 м и т.д.). Вместе с тем прямое измерение этого параметра затруднено. В этой связи непосредственному учету и регистрации подлежит диаметр ствола, а значения радиуса рассчитываются как частное от деления величины соответствующего диаметра на число «2»: найденный в таком порядке радиус является производным признаком. При таксации насаждений важнейшими характеристиками служат средние значения признаков: как характеристики насаждения они относятся к производным признака, поскольку их значения находят в результате математических преобразований признаков непосредственного учета – значений диаметра или высоты у биометрированных стволов.

 

 

Термины, понятия и определения

 

Прямые признаки – это признаки, регистрация значений которых производится непосредственно в момент наблюдения или учёта при помощи различных средств измерения или отражение качественного состояния того или иного исследуемого объекта. Прямые признаки бывают как количественные, так и качественные. Часто такие признаки называют признаками непосредственного учета.

Относительные признаки – это признаки, которые нельзя зарегистрировать в момент проведения наблюдений или лабораторного эксперимента. Они фиксируются путём промежуточных исчислений, совершая математические действия между несколькими прямыми признаками или с использованием различных коэффициентов.

Уровень изменчивости признака – это качественная характеристика степени отклонения величины стандартного отклонения анализируемого признака от его среднего значения. Чем больше эта величина, тем выше уровень изменчивости признака.

Градации признака – эта количественный показатель, определяющий границы выделяемых в составе анализируемой совокупности классов, который зависит от уровня изменчивости признака. Чем выше уровень изменчивости признака, тем большее количество градаций (классов) для него вводится.

 

Порядок проведения занятия

 

1. Преподаватель знакомит студентов с основными понятиями и терминами, а также необходимостью учета относительных признаков в научной работе, приводит примеры прямых и относительных признаков.

 

2. Преподаватель приводит методические указания для оценки уровня изменчивости признака и установления количества градаций в рамках количественных показателей.

 

3. Преподаватель организует натурное биометрирование каждым из студентов (каждой рабочей бригадой) реальных лесоводственных объектов – деревьев ели колючей форма голубая (Picea pungens Engelm., f. glauca), произрастающих на территории дендропарка (или иных деревьев: тополя, березы и пр.), с определением следующих таксационных показателей (линейных параметров лесоводственных объектов):

-   высота дерева, определяется с помощью высотомеров (каждый из студентов записывает марку используемого прибора и приводит его основные характеристики);

-   диаметр ствола на высоте 1.3 м, определяется мерной вилкой;

-   расстояние от поверхности почвы до первого мертвого (неживого) сучка (протяженность бессучковой части ствола), определяется с помощью лазерных дальномеров (каждый из студентов записывает марку используемого прибора и приводит его основные характеристики);

-   расстояние от поверхности почвы до первого живого сучка (для определения протяженности живой кроны дерева), определяется с помощью лазерных дальномеров (каждый из студентов записывает марку используемого прибора и приводит его основные характеристики);

-   диаметр кроны в направлении Север-Юг и диаметр кроны в направлении Восток-Запад, определяется с помощью мерной ленты по точкам пересечения отвесных линий, проведенных от крайних точек пространственного тела кроны, с плоскостью проекции кроны.

 

4. Преподаватель выдает индивидуальные задания студентам для самостоятельного формирования производных признаков и последующей оценки уровня изменчивости исследуемого комплекса признака.

 

Примерами хорошо известных Вам простейших относительных признаков могут служить: видовое число, объём ствола, коэффициенты формы плодов или шишек и листовой пластинки, расчетные значений радиуса древесного ствола или его запас. Целесообразность применения в научных исследованиях наряду с прямыми и относительных признаков состоит в том, что с их помощью, удаётся получить более показательную и содержательную информацию, чем оперируя одними лишь прямыми признаками. Например, использование в научных исследованиях коэффициента формы шишек или листовой пластинки, можно получить информацию о форме (качественный признак) анализируемого органа, выраженной количественно. Высокие значения коэффициентов формы говорят о более удлинённой форме исследуемого объекта. И наоборот, сравнительно низкие – свидетельствуют о преимущественно шаровидной форме объекта.