1.4 Lernzyklus in der FFS und Förderung der wissenschaftlichen Grundeinstellung
Sechs Schritte zur Durchführung einer Studie
Erster Schritt: Frage (Thema wird ausgewählt)
Um den Landwirten bei der Formulierung einer Frage zu ihrer Kultur zu helfen, wird die Themenauswahlmatrix verwendet (Tabelle 1.4).
| Probleme (Ursachen für geringe Erträge) | Derzeitige Praxis | Potenzial für Verbesserungen | Einschränkung hinsichtlich der Verbesserung | Vorgeschlagene Themen |
|---|---|---|---|---|
| Schlechte Entwicklung von Sämlingen | Saatgutverteilung, Nicht zertifiziertes Saatgut |
Eine Pflanzung wäre vorteilhafter, Zertifiziertes Saatgut |
Zusätzliche Arbeit nicht verfügbar Kosten |
Saatgut-Vergleich |
| Unsachgemäße Ausbringung von Stickstoff | Geringer Einsatz von Düngemitteln | Verwendung von Gülle und Mist | Erhöht wahrscheinlich die Kosten | Verwendung von Gülle und Mist |
| Unkraut | 2x mechanisch Unkraut jäten |
Vermehrtes Unkrautjäten Vermehrte Flutungen |
Arbeitskosten Fehlende Kontrolle über die Bewässerung |
Häufigkeit der Unkrautbekämpfung |
| Ratten | Keine Kontrolle | Flächendeckende Beköderung; Studien | Zeit, Kosten, Zusammenarbeit |
Am Ende der Auflistung relevanter Probleme diskutiert die Gruppe über die Auswahl des besten Themas.
Als Alternative zum reinen Zuhören können die Teilnehmer mit der Auflistung der landwirtschaftlichen Tätigkeiten von der Aussaat über die Pflanzung bis zur Ernte beginnen und mögliche Probleme identifizieren. Diese Methode nimmt mehr Zeit in Anspruch, berücksichtigt aber alle Phasen der Landwirtschaft und hilft den Landwirten bei der Auswahl ihres Studienthemas (Tabelle 1.5).
| Landwirtschaftlicher Arbeitsschritt | Derzeitige Praxis | Potenzial für Verbesserungen | Einschränkungen hinsichtlich der Verbesserung | Vorgeschlagene Themen |
|---|---|---|---|---|
| Vorbereitung des Bodens | Seichtes Pflügen | Tiefes Pflügen | Regenwürmer und andere Organismen, die den Boden verbessern und die Pflanzen zu fördern, werden vernichtet | Im Boden lebende Organismen; Unterschied in der Ernte bei gepflügtem und ungepflügtem Boden |
| Aussaat | … | … | … | … |
| Ernte | … | … | … | … |
Zweiter Schritt: Hypothese (zu prüfende Ideen)
Nach der Auswahl des zu untersuchenden Themas müssen die Landwirte angeben, was genau sie herausfinden wollen. Die Ideenmatrix ist ein Instrument, das die Landwirte ermutigt, alle möglichen Auswirkungen des gewählten Themas zu berücksichtigen. Die Ideenmatrix (Tabelle 1.6) wird erstellt, nachdem ein Thema für die Untersuchung festgelegt wurde. Sie besteht aus drei Spalten.
In der ersten Spalte beschreiben die Landwirte ihre Vorstellungen über das gewählte Thema, indem sie fragen: „Welchen Einfluss kann das Thema auf das gesamte Anbausystem haben?“ „Welche möglichen Einflüsse hat das Thema der Studie auf das Anbausystem insgesamt?“
Diese Ideen sollten folgende Einflüsse ansprechen:
- Auf die Kulturpflanze.
- Auf das Ökosystem.
- Auf soziale und wirtschaftliche Aspekte.
In der zweiten Spalte geben die Landwirte die Quelle dieser Ideen an; einige Ideen können bewiesene Tatsachen sein, andere nur Gedanken, die nicht auf Fakten beruhen, oder sie können unter anderen Umständen bewiesen sein. In der dritten Spalte schreiben die Landwirte, was sie von jeder Idee halten: ist sie wahr, ist sie zuverlässig, ist sie relevant oder auf die örtliche Situation anwendbar; dies dient dazu festzustellen, ob die Idee getestet werden muss.
Eine Ideenmatrix ist von zentraler Bedeutung für eine Studie. Dies sind die Ideen, die getestet werden müssen. Die Landwirte können diese Matrix als Grundlage für die Planung ihrer Beobachtungen verwenden: Reichen die Ertragsproben aus, oder sollten zusätzliche Beobachtungen zu Unkraut, Pflanzenwachstum und Insektenbefall gemacht werden? Nach Abschluss der Studie werden die Testergebnisse für jede der Ideen ausgewertet. Daher sollten die Landwirte die Ideenmatrix während der gesamten Dauer der Studie aufbewahren.
| Ideen - Welche Auswirkungen könnte das Thema der Studie haben? | Quelle für jede Idee | Was halten wir von jeder Idee? - Müssen sie getestet werden? |
|---|---|---|
| Verbesserte Schädlingsbekämpfung verringert die Schäden und erhöht den Ertrag | Beratungsbeamter | Nicht überzeugt, muss noch lokal getestet werden |
| Eine erfolgreiche Schädlingsbekämpfung verringert den Rußschimmel auf den Früchten - mehr Früchte werden eine gute Qualität haben | Andere Landwirte | Wahrscheinlich, muss beobachtet werden |
| Durch die Bekämpfung der Weißen Fliege könnten andere Schädlinge dominanter werden, die andere Arten von Schäden verursachen. | Erfahrung einer der Landwirte | Sicherlich, aber in welchem Umfang? |
| Mehr Arbeit und Geld sind erforderlich, um natürliche Gegenspieler anzuwenden | Vorläufige Berechnungen der Landwirte | Muss getestet werden |
Dritter Schritt: Konzept
Das optimale Konzept für eine Feldstudie hängt vom Thema der Studie, von der Beschaffenheit und Größe des Feldes und von der Intensität der Studie ab. Drei Grundsätze sind für die Planung einer Feldstudie wichtig, und wenn Landwirte diese Grundsätze berücksichtigen, können sie bessere Experimente planen.
Grundsatz 1: Natürliche Variation
Natürliche Variation ist vorhanden:
- zwischen Pflanzen innerhalb einer Parzelle
- zwischen verschiedenen Teilen einer Parzelle
- zwischen Feldparzellen
Eine Studie sollte Behandlungen unter gleichen Bedingungen vergleichen. Die Forscher unter den Landwirten sollten die natürlichen Unterschiede auf ihren Feldern verstehen. Die Landwirte können Unterschiede in der Höhenlage, dem Pflanzenbestand, der Unkrautdichte, der Bodenverdichtung, der Bodenfruchtbarkeit, der ungleichmäßigen Entwässerung oder der Wasserversorgung erwähnen. Es ist wichtig, dass die Teilnehmer erörtern, wie natürliche Schwankungen den Versuch beeinträchtigen und warum es wichtig ist, diese zu reduzieren. Zunächst ist es wichtig, eine möglichst einheitliche Parzelle (ein quadratisches Stück Land) auszuwählen. Zum Zeitpunkt der Anpflanzung können jedoch einige Variationsquellen verborgen sein (z. B. Bodenfruchtbarkeit, Verdichtung, Samenbank von Unkraut).
Um eine Studie über die Anwendung von Biopestiziden zu konzipieren, könnte man die Parzelle in drei Teile oder drei Behandlungen unterteilen: 0 kg Biopestizid, 1 kg Biopestizid und 2 kg Biopestizid/ha. Die Wiederholungen einer Behandlung sollten gleichmäßig über die Parzelle verteilt werden, sowohl in den guten als auch in den schlechten Teilen der Parzelle. So ergeben die verschiedenen Wiederholungen ein angemessenes Abbild der gesamten Parzelle. Die Behandlungen können nach dem Zufallsprinzip oder regelmäßig über die Parzelle verteilt werden, aber für kleine Studien mit wenigen Wiederholungen wird eine regelmäßige Verteilung empfohlen. Bei einer regelmäßigen Verteilung grenzen die Behandlungsparzellen nicht an andere Parzellen der gleichen Behandlung (Abbildung 1.3).
Grundsatz 2: Verzerrung
Eine Behandlungsparzelle, die an eine Parzelle mit einer anderen Behandlung angrenzt, kann durchaus von der benachbarten Behandlung beeinflusst werden (Abbildung 1.4) und somit eine Verzerrung erfahren. Verzerrungen oder Interferenzen beeinflussen die Qualität unserer Ergebnisse und treten in Form von Insektiziddrift, Düngerdrift, Insektenbewegungen usw. auf.
Angenommen, die zentrale Behandlungsparzelle wird gespritzt, aber sie grenzt an eine ungespritzte Kontrollparzelle (wie in Abbildung 1.4 dargestellt). Welche Probleme könnten sich ergeben? Das Spritzmittel könnte abdriften, Schädlinge könnten sich von der besprühten Fläche entfernen, oder natürliche Gegenspieler könnten in der besprühten Fläche eingeschlossen werden. Infolgedessen ist die Kontrolle nicht mehr eine reine Kontrolle, sondern sie ist verzerrt (Abbildung 1.5). Erwarten Sie eine Verzerrung bei einer Studie über Düngemittel? Wie steht es mit einer Studie über den Pflanzabstand?
Das Ausmaß der Verzerrung hängt offensichtlich vom Thema der Studie und der Art der Behandlung ab. Wie können wir die Verzerrungen beseitigen? Erstens kann die Verzerrung durch eine Vergrößerung der Parzellen verringert werden. Eine Studie über Schädlingsbekämpfung, bei der die Verzerrung stark ausgeprägt ist, würde größere Parzellen erfordern als eine Studie über Pflanzenabstände. Zweitens ist die Verzerrung in der Nähe des Randes einer Parzelle am größten. Um die Verzerrung zu verringern, könnten wir eine Randzone (etwa 1 bis 2 m auf jeder Seite) nicht beproben, während wir unsere Proben auf den mittleren Teil jeder Parzelle beschränken. Wenn wir eine Verzerrung durch den Wasserfluss erwarten (z. B. durch Düngerdrift), sollten wir zwischen den Parzellen Barrieren errichten.
Grundsatz 3: Einfachheit
Das Studiendesign sollte so einfach wie möglich. Dies ermöglicht intensivere und umfassendere Beobachtungen und führt zu aussagekräftigeren Schlussfolgerungen. Das Experiment sollte nur einen Aspekt/Faktor untersuchen (z. B. die Biopestizid-Dosierung). Wenn wir mehrere Aspekte beobachten wollen, müssen wir die Faktoren einzeln untersuchen. Kombinationen mehrerer Faktoren - z. B. „Biopestizid-Dosierung“ und „Pflanzabstand“ - liefern keine genauen Ergebnisse.
Die Anzahl der Behandlungen sollte auf ein Minimum beschränkt werden, da die Studie sonst zu komplex wird, was die Qualität der Beobachtungen und Schlussfolgerungen gefährdet. Es sollten nur zwei bis vier der wichtigsten und am stärksten unterscheidbaren Behandlungen berücksichtigt werden. Die Kontrolle ist die Behandlung, bei der ein bestimmtes Verfahren nicht angewandt wird (z. B. keine Spritzung).
Wenn sich die Landwirte für eine Wiederholung entscheiden, ist es besser, ein 3-mal-3-Design (3 Behandlungen, 3 Wiederholungen) zu verwenden. Dies ist im Allgemeinen ein guter Kompromiss im Hinblick auf begrenzte Parzellengrößen, Variabilität innerhalb des Feldes und einfache Beobachtung und Analyse durch die Landwirte. Daher kann in bestimmten Situationen ein Bedarf an „Blöcken“ bestehen (Abbildung 1.6).
Ein Block ist ein vollständiger Satz von Behandlungen, der von anderen Blöcken getrennt ist. Durch die Trennung hat jeder Block seine eigenen natürlichen Bedingungen (z. B. unterschiedliche Höhenlage, unterschiedliche Böden, unterschiedlicher Zeitpunkt der Bewässerung). Es ist ratsam, die Verwendung von Blöcken nach Möglichkeit zu vermeiden und stattdessen ein gleichmäßiges Grundstück an einem Standort zu verwenden. Durch die Verwendung von Blöcken erhöhen wir die Variationsbreite unserer Studienergebnisse, was es schwieriger macht, eindeutige Ergebnisse zu erhalten.
Vierter Schritt: Beobachtung
Die Beobachtung sollte von den Landwirten sorgfältig geplant werden. Bei der Planung der Beobachtung sollten sie darauf achten, die folgenden Fragen zu beantworten:
- Was sollte beobachtet werden? Die verschiedenen Komponenten des Ökosystems, die berücksichtigt werden müssen, sollten identifiziert werden. Für diese Aufgabe verwenden wir eine Ideenmatrix.
Wenn wir zum Beispiel davon ausgehen, dass eine Anwendung von Biopestiziden andere Insekten des Ökosystems beeinflusst, sollten diese Komponenten beobachtet werden. Wir sollten vermeiden, dass wir erst im Nachhinein feststellen, dass wir eine bestimmte Komponente nicht berücksichtigt haben. - Wie sollte die Beobachtung erfolgen? Die Beobachtung sollte praktisch und genau sein. Es gibt Beobachtungen an einzelnen Pflanzen (z. B. Messungen der Pflanzenhöhe) oder an ganzen Kulturen (z. B. Ertragsmessungen). Die Erfassungen sollten eine einigermaßen genaue Schätzung für jede wiederholte Parzelle liefern, wobei zu berücksichtigen ist, dass es Abweichungen zwischen den Pflanzen und zwischen den verschiedenen Teilen jeder Parzelle gibt. Bei der Erfassung von Einzelpflanzen muss eine Probe aus mindestens 10 Pflanzen pro Behandlung bestehen, um repräsentativ zu sein. Für Ertragsmessungen (z. B. 5 x 5 m) ist ein Pflanzenschnitt in der Mitte jeder Parzellenwiederholung ausreichend.
- Wann wird beobachtet? Ertragsmessungen werden zum Zeitpunkt der Kulturmatrix oder der Ernte durchgeführt. Die Beobachtung von Unkräutern ist in den frühen Erntestadien am wichtigsten. Erfassungen von Insekten, Krankheiten und der Pflanzenentwicklung werden idealerweise während der gesamten Saison wöchentlich durchgeführt.
Für die Planung einer Beobachtung ist es sehr nützlich, eine Beobachtungsmatrix zu erstellen (Tabelle 1.7).
| Was sollte beobachtet werden? | Wie sollte die Beobachtung erfolgen? | Wann soll beobachtet werden? |
|---|---|---|
| Ertrag | 10 regelmäßig geerntete Pflanzen/Behandlung | Bei jeder Ernte wird der Ertrag aufgezeichnet, und am Ende werden alle Erträge für jede Behandlung zusammengefasst. |
| Prozentsatz der mit Rußschimmel befallenen Früchte | Bei jeder Ernte werden 50 Früchte pro Behandlung auf das Vorhandensein von Rußschimmel in zwei Kategorien eingeteilt: nicht vorhanden, vorhanden | Bei jeder Ernte |
| Insekten/Krankheiten | Erfassen von 10 Pflanzen pro Behandlung | wöchentlich |
| Natürliche Gegenspieler | Erfassen von 10 Pflanzen pro Behandlung | wöchentlich |
| Inputs | Kosten kalkulieren und erfassen | Wenn Inputs gemacht werden |
Für jede Behandlung sollten getrennte Aufzeichnungen geführt werden, und die Aufzeichnungen für jede Probenahme sollten zusammengefasst werden. Am Ende der Saison könnten die Aufzeichnungen über alle Probennahmen zusammengefasst werden, um einen einfachen Vergleich zwischen den Behandlungen zu ermöglichen.
Fünfter Schritt: Analyse
Bei der Analyse von Messdaten sollte man sich darüber im Klaren sein, dass jede Messung aufgrund der natürlichen Schwankungen ein anderes Ergebnis liefert. Daher sind Wiederholungen erforderlich, um den natürlichen Schwankungen auf den Feldern der Landwirte zu begegnen. Der Durchschnitt aller Messungen liefert eine vernünftige Stichprobe der Feldparzelle unter dieser bestimmten Behandlung.
- Die Bedeutung der Variation: Das Verständnis der Schwankungen zwischen den einzelnen Messungen ist ebenso wichtig wie das Verständnis des Durchschnitts. Stark schwankende Messungen sind verdächtig und sollten mit Vorsicht behandelt werden, bevor irgendwelche Schlussfolgerungen gezogen werden. Ungleichmäßige Feldbedingungen oder schlechte Beobachtungen können die Ergebnisse verfälschen.
- Überlappungstest: Es wurde ein statistisches Instrument entwickelt, um die Variation zwischen den Messungen der einzelnen Behandlungen zu untersuchen. Wird die Variation nicht untersucht, können voreilige oder falsche Schlussfolgerungen gezogen werden. Der Test besteht aus zwei Schritten:
In Schritt 1 (Ist der Unterschied zwischen den Behandlungen groß?) wird der Durchschnitt für jede Behandlung berechnet, in Schritt 2 (Gibt es Überschneidungen zwischen den Minimal- und Maximalbereichen der Behandlungen?) wird untersucht, wie variabel oder wie einheitlich die Messungen sind. Wenn die Daten einheitlich sind, können wir einen deutlichen Unterschied zwischen den Behandlungen feststellen, aber wenn die Daten sehr variabel sind, kann ein Unterschied zwischen den Behandlungen leicht durch eine Überschneidung verdeckt werden.
Sechster Schritt: Auswertung
Nachdem alle Beobachtungen gemacht wurden, ist eine Auswertung des gesamten Datensatzes erforderlich, um endgültige Schlussfolgerungen zu ziehen. Eine Bewertungsmatrix (Tabelle 1.8) hilft bei der Auswertung des Datensatzes. Sie wertet die zu Beginn der Studie formulierten Ideen der Ideenmatrix aus.
| Zu prüfende Ideen (zu Beginn der Studie) | Ergebnisse | Schlussfolgerung | ||
|---|---|---|---|---|
| Variante 1 Unbehandelte Kontrolle | Variante 2 biologisches Insektizid 1 (Neemöl) | Variante 3 biologisches Insektizid 2 (Orius insidiosus) | ||
| Verbesserte Schädlingsbekämpfung verringert die Schäden und erhöht den Ertrag | 30 kg pro Probe | 43 kg | 45 kg | Der Einsatz von Insektiziden rettete den Ertrag, aber es gibt keinen eindeutigen Unterschied zwischen zwei Insektiziden |
| Durch eine erfolgreiche Schädlingsbekämpfung wird die Anzahl der von Rußtaupilzen befallenen Früchte reduziert - mehr Früchte haben eine gute Qualität | 20 % der Früchte mit rußigen Schimmelpilzen bedeckt | 7 % der Früchte mit rußigen Schimmelpilzen bedeckt | 7 % der Früchte mit rußigen Schimmelpilzen bedeckt | Die Anwendung von Insektiziden reduziert den Prozentsatz von Früchten minderer Qualität, es gibt keinen Unterschied zwischen zwei Insektiziden |
| Durch die Bekämpfung der Weißen Fliege könnten andere Schädlinge dominanter werden und andere Arten von Schäden verursachen. | Wenige Schädlinge, aber etwas mehr Tuta absoluta in Variante 1 | Andere Schädlinge sind vorhanden, haben aber bei keiner der Behandlungen Schäden verursacht | ||
| Die Anwendung von Insektiziden erfordert mehr Arbeit und Geld | Keine zusätzlichen Inputs | Extra input 30 €/ha | Extra input 100 €/ha | Die meisten Inputs sind für die Behandlung mit Orius insidiosus erforderlich |
Bei der endgültigen Schlussfolgerung der Studie sollte der Landwirt nicht nur seine Aufzeichnungen, sondern auch soziale Aspekte, Umweltaspekte und Aspekte der menschlichen Gesundheit berücksichtigen. Sie können in Konflikt mit einem erhöhten wirtschaftlichen Nutzen stehen.
Am Ende der Studie ist es auch wichtig, folgende Fragen zu stellen:
- Welche Aspekte sind noch unbekannt?
- Welche neuen Fragen werden aufgeworfen, und wie könnten sie in Angriff genommen werden?