第一章田間試驗,第一節(jié)試驗設計原則第二節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術第三節(jié)田間試驗方案第四節(jié)常用的田間試驗設計第五節(jié)田間試驗的實施步驟第六節(jié)田間試驗的抽樣方法（自學）,試驗設計,試驗實施,觀測抽樣,試驗方案設計,小區(qū)技術設計,試驗實施管理,田間區(qū)劃布置,抽樣觀測記載,獲取數據信息,田間試驗的基本內容,第一節(jié)試驗設計原則,科學試驗設計的三個基本原則,1.重復(replication)2.隨機(random)3.局部控制(localcontrol),1.重復(replication)是指在一個試驗中同一處理設置的試驗單位數即為重復次數。重復的作用:估計試驗誤差試驗誤差是客觀存在的，但只能由同一處理的幾個重復小區(qū)間的差異估得。同一處理有了二次以上重復，就可以從這些重復小區(qū)之間的產量(或其它性狀)的差異估計誤差。降低試驗誤差數理統計學已證明誤差的大小與重復次數的平方根成反比。重復多，則誤差小，有四次重復的試驗，其誤差將只有二次重復的同類試驗的一半。此外，通過重復也能更準確地估計處理效應。,2.隨機(randomassortment)隨機排列是指試驗方案所規(guī)定的每一個處理都有同等的機會設置在任何一個試驗小區(qū)上，避免任何主觀成見。隨機有3個含義：分組隨機（試驗單位分到各組中的機會均等）、抽樣隨機（個體被抽到的機會均等）、順序隨機（單位接受處理的機會均等）。進行隨機排列的方法:抽簽法計算器(機)產生隨機數字法利用隨機數字表。,3.局部控制(localcontrol)局部控制就是分范圍、分地段地控制非試驗因素（試驗條件），使之各試驗處理所受的影響趨于最大程度的一致。在田間試驗中就是將要比較的試驗處理設置在土壤較均勻的局部地段內，以便控制土壤差異等試驗條件，使之減少試驗誤差，因為在較小地段內，試驗環(huán)境條件容易控制一致。又稱為劃分區(qū)組（block）。然后在各個區(qū)組上實行重復和隨機排列。,圖2.2試驗設計三個基本原則的關系和作用,第二節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術,一、試驗小區(qū)的面積二、小區(qū)的形狀三、重復次數四、對照區(qū)的設置五、保護行的設置六、重復區(qū)(或區(qū)組)和小區(qū)的排列,一、試驗小區(qū)的面積,小區(qū)(plot)-在田間試驗中，安排一個處理的小塊地段稱試驗小區(qū),簡稱小區(qū)(plot)。,試驗小區(qū)面積的大小，一般變動范圍為660m2。而示范性試驗的小區(qū)面積通常不小于300m2。,可以從以下各方面考慮確定一個具體試驗的小區(qū)面積：,試驗種類：如機械化栽培試驗，灌溉試驗等的小區(qū)應大些，而品種試驗則可小些。(2)作物的類別種植密度大的作物的試驗小區(qū)可小些；種植密度小的大株作物應大些。(3)試驗地土壤差異的程度與形式試驗地大、土壤差異程度大要適當大(4)育種工作的不同階段在新品種選育的過程中，品系數由多到少，種子數量由少到多，對精確度的要求從低到高，因此在各階段所采用的小區(qū)面積是從小到大。(5)試驗地面積：有較大的試驗地，小區(qū)可適當大些。,(6)試驗過程中的取樣需要在試驗的進行中需要進行各種測定，取樣會影響小區(qū)四周植株的生長，也會影響小區(qū)最后的產量。因此要相應增大小區(qū)面積，以保證所需的收獲面積。(7)邊際效應和生長競爭邊際效應(marginaleffect):是指小區(qū)兩邊或兩端的植株因占有較大空間和土地而表現的生長優(yōu)勢。生長競爭(growthcompetition):是指當相鄰小區(qū)種植不同品種或施用不同肥料時，由于株高、分蘗力等性狀表現的不同，通常將有一行或更多的邊行受到影響，即一方受到抑制，一方獲得生長優(yōu)勢。一般小區(qū)的每一邊可除去12行，兩端各除去0.30.5m左右，減少誤差。,二、小區(qū)的形狀,小區(qū)的形狀是指小區(qū)長度與寬度的比例。適當的小區(qū)形狀在控制土壤差異提高試驗精確度方面也有相當作用。,小區(qū)的長寬比一般為31至51，有時可達201，試驗地形狀和面積以及小區(qū)多少和大小等調整決定。,在通常情況下，長方形尤其是狹長形小區(qū)，容易調勻土壤差異，使小區(qū)肥力接近于試驗地的平均肥力水平。亦便于觀察記載及其農事操作。而在邊際效應值得重視的試驗中，方形小區(qū)是有利的。,三、重復次數,重復次數即每一處理的試驗小區(qū)數，試驗設置重復次數越多，試驗誤差越小。多于一定的重復次數，誤差的減少很慢，而人、物力的花費大大增加，并不經濟。實際研究工作中，常采用35次重復。,重復次數的多少，一般應根據試驗所要求的精確度、試驗地土壤差異大小、試驗材料如種子的數量、試驗地面積、小區(qū)大小等而具體決定。對精確度要求高的試驗，重復次數應多些。試驗田土壤差異較大的，重復次數應多些，土壤差異較為一致的可少些。,四、對照區(qū)(check，以CK表示)的設置,作為處理比較的標準，設置對照區(qū)的目的是：,(1)便于在田間對各處理進行觀察比較時作為衡量品種或處理優(yōu)劣的標準；(2)用以估計和矯正試驗地的土壤差異。通常在一個試驗中只有一個對照，有時為了適應某種要求，可同時用兩個各具不同特點的處理作對照。,五、保護行的設置,在試驗地周圍設置保護行(guardingrow)的作用是：,保護試驗材料不受外來因素如人、畜等的踐踏和損害；防止靠近試驗田四周的小區(qū)受到空曠地的特殊環(huán)境影響即邊際效應，使處理間能有正確的比較。,保護行一般寬12m，不少于試驗材料的平均高度，最好種植早熟、抗倒伏和外形易于識別的品種。如禾谷類作物一般至少應種植4行以上的保護行。保護行通常用英文字母“G”表示。,六、重復區(qū)(或區(qū)組)和小區(qū)的排列,區(qū)組(block)-將全部處理小區(qū)分配于具有相對同質的一塊土地上，這稱為一個區(qū)組(block)完全區(qū)組-一般試驗須設置34次重復，分別安排在34個區(qū)組上，這時重復與區(qū)組相等，每一區(qū)組或重復包含有全套處理，稱為完全區(qū)組。不完全區(qū)組-少數情況下，一個重復安排在幾個區(qū)組上，每個區(qū)組只安排部分處理，稱為不完全區(qū)組。,區(qū)組的排列，當小區(qū)數不太多時，每一區(qū)組可排成一行，試驗地呈長方形；試驗地為正方形而長度擺設不下整個區(qū)組時，一個區(qū)組也可分為二排，相鄰在一起。區(qū)組排列的原則：區(qū)組內各小區(qū)的土壤差異應盡可能小，區(qū)組間的差異可以大些。,試驗地平坦而靠近坡地時，區(qū)組的排列最好與坡平行；試驗地本身為坡地時，同一區(qū)組的各小區(qū)設置在同一等高線上；當肥力呈梯度變化時，區(qū)組要與肥力變化方向垂直，即同一區(qū)組的各小區(qū)設置在同一肥力水平帶。小區(qū)在各區(qū)組內的排列有順序式和隨機式。,一、幾個基本概念1、試驗因素:(experimentalfactor)可以人為改變并在試驗中研究其變化對試驗結果產生影響的試驗條件，簡稱為因素或因子。2、水平(level)：因素的數量等級或質量類別。具有質的區(qū)別，稱為質量水平；具有量的差異，稱為數量水平。,第三節(jié)田間試驗方案,3、處理(treatment)對于單因素試驗來說，試驗因素的某一水平即為一個處理(treatment)，對于多因素試驗來說，每個因素任意某個水平的組合為一個處理。為了區(qū)別與單因素試驗的處理，多因素試驗的處理常稱為處理組合（treatmentcombination）。4.試驗方案：是根據試驗目的與要求所擬定的進行比較的一組試驗處理的總稱。,二、田間試驗的種類（一）按試驗因素的多少分類1、單因素試驗（single-factorexperiment）單因素試驗是指整個試驗中只研究一個因素的試驗。單因素試驗設計簡單，試驗目的明確，試驗結果容易分析。其局限性在于不能了解幾個因子的相互關系。,進行包含所有水平組合的多因素全面試驗不僅可以考察不同因素的簡單效應和主效，還可探索因素間的交互作用，以確定各試驗因素的最優(yōu)水平組合。,2、多因素試驗（multiple-factorexperiment）是指在同一試驗中同時研究兩個或兩個以上試驗因素的試驗，各因素的不同水平相互組成平衡的水平組合。,多因素試驗的效率高于多個單因素試驗的效率。多因素全面試驗的主要不足，是當試驗因素和水平數較多時，組成的水平組合數太多，在進行試驗時，人力、物力、財力、土地等都難以承受，試驗誤差也不易控制。因而多因素全面試驗宜在因素個數和水平數都較少時應用。多因素試驗的目的在于考查因素及之間的效應。,3、綜合性試驗也是一種多因素試驗，綜合性試驗是將試驗因素的某些水平組合在一起形成少數幾個水平組合。這種試驗的目的在于探討試驗因素中某些水平組合的綜合作用，而不在于考察各試驗因素對試驗指標的影響和交互作用。目的在于找到幾個因素水平的最佳組合。綜合性試驗的前提是已知幾個因素的效應及互作。綜合性試驗是針對起主導作用、且相互關系已基本清楚的因素設置的試驗，它的水平組合就是一系列經過實踐初步證實的優(yōu)良水平的組裝配套。,（二）根據試驗的內容分類1、品種試驗：一般做單因素試驗設計2、栽培試驗：通常做多因素試驗設計3、品種和栽培相結合的試驗,（三）按試驗的年份分類1、一年試驗2、多年試驗（四）按試驗的地點分1、單點試驗2、多點試驗（五）按試驗進程分類1、預備試驗2、主要試驗3、示范試驗（六）按試驗場所分類1、田間試驗2、溫室試驗3、實驗室試驗（七）按試驗區(qū)的大小分類小區(qū)試驗（60）大區(qū)試驗（60）,二、擬定試驗方案的基本要求試驗方案是指根據試驗目的與要求而擬定的進行比較的一組試驗處理的總稱。單因素試驗方案就是該因素各水平的總稱。多因素試驗方案就是各因素水平組合的總稱。,在擬定試驗方案時，應注意以下幾點：（一）明確試驗目的（二）根據試驗目的確定合理的試驗方案（三）確定合理的水平數和水平間距,田間試驗中，根據試驗因素的特性，各因素水平間的間距一般可采用等差法（即等間距法）、等比法、隨機法、優(yōu)選法等確定。1、等差法各相鄰兩個水平數量之差相等。水稻全生育期的尿素用量可設3個水平，分別為20、40、60（kg/666.7m2）。玉米種植密度可設3500、4000、4500（株/666.7m2）。,2、等比法各相鄰兩個水平的數量比值相同。油菜噴施不同濃度硼肥的各水平分別為7.5、15、30、60（mg/kg），相鄰兩水平之比為1:2。3、隨機法用隨機的方法確定因素內的數量水平。例如把噴施調節(jié)劑的濃度隨機設定為0，0.5，2，6，9（mg/kg）。,先選出因素水平的兩個端點值，再以G（最大值最小值）0.618為水平間距，用（最小值G）和（最大值G）的方法確定因素水平。,4、選優(yōu)法,例如上述噴施調節(jié)劑濃度試驗，把因素水平的兩個端點值定為0和5（mg/kg），則水平間距G=(50)0.6183.0903.09=3.095-3.09=1.91于是，噴施調節(jié)劑濃度試驗用選優(yōu)法確定的因素水平為：0（對照），1.91，3.09，5（mg/kg）。,（四）貫徹唯一差異原則為保證試驗結果的嚴格可比性，在試驗中進行處理間比較時，除了處理因素設置不同的水平外，其余因素或其它所有條件均應保持一致，以排除非試驗因素對試驗結果的干擾，才能使處理間的比較結果可靠。如進行一個噴施葉面肥的試驗，如果設置兩個葉面肥濃度，對照應為噴施等量清水。,除需要比較的因素以外，其余的因素必須保持在同一水平。,（五）設置對照有比較才有鑒別，所以要設對照。對照實際上是試驗的一個特別的處理。問題在于如何設對照。農業(yè)試驗中常以大面積推廣使用的農藝措施為標準對照，來檢驗新措施或新技術的優(yōu)劣。進行噴施植物生長調節(jié)劑的試驗，噴施生長調節(jié)劑的為處理，噴水（不加生長調節(jié)劑）的為對照，這樣的對照為空白對照。若進行幾個生長調節(jié)劑濃度的比較試驗，各個處理可互為對照，不必再設對照。,在對作物某生育期進行生理生化指標測定時，所得數據是否異常應與作物的正常值作比較，作物的正常值就是所謂的標準對照。在雜交試驗中，要確定雜交優(yōu)勢的大小，必須以親本作對照，這就是親本對照。對作物進行某種處理前與處理后的比較，屬于自身對照。在肥料效應試驗中，以不施肥處理作為空白對照。研究磷肥效果時，可在施用氮、鉀肥的基礎上，比較施磷肥與否的產量差異，這時單施氮、鉀肥的處理就稱為肥底對照。（六）正確處理試驗因素及試驗條件間交互作用,三、擬定試驗方案的方法（一）單因素試驗方案單因素試驗方案由試驗因素的所有水平構成。關鍵在于確定幾個水平，水平間距是多少，水平的上下限如何設置。（二）多因素試驗方案多因素試驗方案由該試驗的所有試驗因素的水平組合（即處理）構成。,這種由各因素所有水平組合構成的試驗方案稱為完全試驗方案，根據完全試驗方案進行的試驗稱為全面試驗。多因素全面試驗既能考察試驗因素對試驗指標的影響，也能考察因素間的交互作用，選出最優(yōu)水平組合。（三）綜合性試驗方案綜合性試驗方案是在各試驗因素全部水平組合中挑選部分水平組合獲得的方案，屬于不完全試驗方案。如正交試驗設計。,四、處理效應,1、試驗指標(experimentalindicator)：用于衡量試驗效果的指示性狀。,2、處理效應（treatmenteffect）：試驗處理對試驗指標所起的增加或減少的作用。3、簡單效應(simpleeffect)：同一因素內兩種水平間試驗指標的相差。4、平均效應(maineffect)：一個因素內各簡單效應的平均數(主要效應,主效)5、交互作用(interectioneffect)，簡稱互作：因素內各簡單效應的平均差異。,P1條件下N簡單效應，其余類推,第四節(jié)常用的試驗設計,一、順序排列的試驗設計二、隨機排列的試驗設計,根據小區(qū)在各重復內的排列方式可分為：順序排列或隨機排列順序排列-可能存在系統誤差，不能作出無偏的誤差估計。（用于處理數多、對精確度要求不高的試驗）隨機排列-是各小區(qū)在各重復內的位置完全隨機決定，可避免系統誤差，提高試驗的準確度，還能提供無偏的誤差估計。（用于處理數較少、對精確度要求較高的試驗）,一、順序排列的試驗設計,順序排列設計：設計簡單，操作方便，能減少小區(qū)間的邊際效應和生長競爭。1、對比法設計(contrastdesign)又稱鄰比法設計（neighborcomparisondesign）。一般用于單因素試驗，試驗處理數目不宜過多，通常在10個以內。如少數品種比較試驗及生產示范性試驗。特點：每一處理均直接排列于對照旁邊，即每隔兩個處理設置一個對照，使每一處理都可與其相鄰的對照直接比較。,圖2.58個品種3次重復對比排列(階梯式),如果處理數為偶數時，則以處理開頭；處理數為奇數，既可以處理開頭，又可以對照開頭。,G,G,G,G,G,G,圖2.67個處理3次重復對比排列(逆向式),階梯式：可使同一處理盡可能占有不同的土壤條件。逆向式：便于田間觀察記載。,優(yōu)點：應用了試驗設計的重復和局部控制原則，而且其一個局部控制單位實際上是比區(qū)組更小的兩個試驗單位（處理與對照彼此相鄰），對比法設計使試驗處理與對照的比較有較高的精確度,并有利于觀察。缺點：（1）一個試驗只能有一個對照（所以一般只能用于單因素試驗），各處理與對照相比較的精確度較高，而各處理相比較的精確度較低。（2）對照占有的試驗單位太多，達到整個試驗地的三分之一或更多，降低土地利用率。（3）各重復區(qū)內的處理均為順序排列，所以不能無偏估計試驗誤差。,2、間比法設計（indirectcomparison),一般僅用于單因素試驗，常用于育種初期階段,如選種圃、品系鑒定圃以及良種繁育時的株行圃。特點：(1)對照應當均勻地分布在整個試驗地上，任何兩個對照之間都要安排相同數目的處理，一般每兩個對照之間安排3個或3個以上處理；(2)各重復區(qū)的第一個和最后一個小區(qū)一定是對照；(3)重復一般為24次，各重復可以排成一排或多排；當各重復區(qū)排列成多排時，不同重復區(qū)內處理的排列可采用階梯式或逆向式；(4)如果一塊地內不能安排下全部重復的小區(qū)，可以在第二塊地上接下去，但開始時必須種植一個對照區(qū)，這個對照區(qū)稱為額外對照（Ex.CK）,圖2.620個品種3次重復的間比法排列，逆向式,（、代表重復；1、2、3代表品種；CK代表對照）,圖2.716個品種3次重復的間比排列，兩行排3重復及Ex.CK的設置（、代表重復；1、2、3代表品種；CK代表對照；Ex.CK代表額外對照）,二、隨機排列的試驗設計,1.完全隨機設計(completelyrandomdesign)2.隨機區(qū)組設計(randomizedblocksdesign)3.拉丁方設計(latinsquaredesign)4.裂區(qū)設計(split-plotdesign),(一)完全隨機設計(completelyrandomdesign),完全隨機設計是將各處理完全隨機地分配到各個試驗單元(或小區(qū))中，每一處理的重復數可以相等或不相等，這種設計對試驗單元的安排靈活機動，單因素或多因素試驗皆可應用。,優(yōu)點：（1）應用了試驗設計的重復和隨機兩個原則；（2）試驗處理的重復數目可以靈活設計，處理數與重復數都不受限制；（3）試驗結果統計分析簡單。缺點：沒有應用局部控制原則，當試驗環(huán)境條件差異較大時試驗誤差較大，試驗精確度較低。,故該類設計分析簡便，但是應用此類設計必須試驗的環(huán)境因素相當均勻，所以一般用于土壤肥力均勻一致的田間試驗和在實驗室、溫室、網室中進行的試驗。,例:要檢驗三種不同的生長素，各一個劑量，測定對小麥苗高的效應，包括對照(用水)在內，共4個處理，若用盆栽試驗每盆小麥為一個單元，每處理用4盆，共16盆。隨機排列時將每盆標號1，2，16;然后查用隨機數字表或抽簽法或計算機(器)隨機數字發(fā)生法得第一處理為(14，13，9，8)，第二處理為(12，11，6，5)，第三處理為(2，7，1，15)，余下(3，4，10，16)為第四處理。,2.隨機區(qū)組設計(randomizedblocksdesign)亦稱完全隨機區(qū)組設計(randomcompleteblockdesign),特點:根據“局部控制”的原則，將試驗地按肥力程度劃分為等于重復次數的區(qū)組，一區(qū)組亦即一重復，區(qū)組內各處理都獨立地隨機排列。,優(yōu)點：（1）設計簡單，容易掌握；（2）富于伸縮性，單因素、多因素以及綜合性的試驗都可應用；（3）能提供無偏的誤差估計，并有效地減少單向的肥力差異，降低誤差；（4）對試驗地的地形要求不嚴，必要時，不同區(qū)組亦可分散設置在不同地段上。,主要缺點：（1）處理數不能太多。處理數一般不超過20個，否則局部控制的效率降低。（2）只能控制一個方向的環(huán)境條件（如土壤）差異，試驗精確度不及拉丁方設計。,隨機區(qū)組在田間布置時，應考慮到試驗精確度與工作便利等方面，以前者為主。在通常情況下，采用方形區(qū)組和狹長形小區(qū)能提高試驗精確度。在有單向肥力梯度時，亦是如此，但必須注意使區(qū)組的劃分與梯度垂直，而區(qū)組內小區(qū)長的一邊與梯度平行(圖2.8)。這樣既能提高試驗精確度，同時亦能滿足工作便利的要求。如處理數較多，為避免第一小區(qū)與最末小區(qū)距離過遠，可將小區(qū)布置成兩排(圖示2.9)。,圖2.88個品種4個重復的隨機區(qū)組排列,肥力梯度,肥,瘦,圖2.916個品種3個重復的隨機區(qū)組，小區(qū)布置成兩排,3.拉丁方設計(latinsquaredesign),拉丁方設計將處理從縱橫二個方向排列為區(qū)組(或重復)，使每個處理在每一列和每一行中出現的次數相等（通常一次），所以它是比隨機區(qū)組多一個方向局部控制的隨機排列的設計。如圖2.10所示為55拉丁方。,圖2.1055拉丁方,優(yōu)點:精確度高缺點:缺乏伸縮性,拉丁方設計的通常應用范圍只限于48個處理。當在采用4個處理的拉丁方設計時，為保證鑒別差異的靈敏度，可采用復拉丁方設計，即用2個(44)拉丁方。,第一直行和第一橫行均為順序排列的拉丁方稱標準方。拉丁方甚多，但標準方較少。如33只有一個標準方。,ABCBCACAB,將每個標準方的橫行和直行進行調換，可以化出許多不同的拉丁方。一般而論，每個kk標準方，可化出個不同的拉丁方。,不同處理數的拉丁方的隨機略有不同，一般按以下所示步驟進行：(44)拉丁方：隨機取4個標準方中的一個，隨機所有直行及第2、3、4橫行，也可以隨機所有橫行和直行，再隨機處理。(55)及更高級拉丁方：隨機所有直行、橫行和處理。,設有5個品種分別以1、2、3、4、5代表，擬用拉丁方排列進行比較試驗。取上面所列的(55)選擇標準方。從隨機數字表中，以鉛筆尖任意落于一行，查隨機數字，將0和大于5的數字去掉，得1、4、5、3、2，即為直行的隨機。再點一行，如得5、1、2、4、3，即為橫行的隨機。再點一行，得2、5、4、1、3，即為品種隨機。將(55)選擇標準方按上面三個隨機步驟，就得到所需的拉丁方排列(圖2.11)。,圖2.11（55）拉丁方的隨機,4.裂區(qū)設計(split-plotdesign),裂區(qū)設計是多因素試驗的一種設計形式。,在多因素試驗中,處理組合數較多而又有一些特殊要求時，往往采用裂區(qū)設計。,主區(qū)(mainplot)按主處理所劃分的小區(qū)稱為主區(qū)，亦稱整區(qū).副區(qū)主區(qū)內按各副處理所劃分的小區(qū)稱為副區(qū)，亦稱裂區(qū)(split-plot)。,在裂區(qū)設計時先按第一個因素設置各個處理(主處理)的小區(qū)；然后在這主處理的小區(qū)內引進第二個因素的各個處理(副處理)的小區(qū).,通常在下列幾種情況下，應用裂區(qū)設計:,在一個因素的各處理比另一因素的各處理可能需要更大的區(qū)域（或面積）時，為了實施和管理上的方便，將需要較大區(qū)域的因素作為主處理，設在主區(qū)，而另一需要區(qū)域較小的因素。(2)試驗中某一因素的主效比另一因素的主效更為重要，而要求更精確的比較，或兩個因素間的交互作用比其主效更為重要的研究對象時，亦宜采用裂區(qū)設計，將要求精確度較高的因素作為副處理，另一因素作為主處理。,（3）根據以往研究，得知某些因素的效應比另一些因素的效應更大時，亦適于采用裂區(qū)設計，將可能表現較大差異的因素作為主處理。（4）試驗設計需臨時改動再加入一個試驗因素時，可在原設計中的小區(qū)（