試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析

主講教師：王勤禮電話mail:

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第一章

田間試驗概述

第一節(jié)科學(xué)研究與科學(xué)實驗

第二節(jié)田間試驗的任務(wù)要要求

第三節(jié)試驗方案第四節(jié)田間試驗的誤差及其控制第五節(jié)田間試驗設(shè)計的基本原則

第六節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術(shù)一、農(nóng)業(yè)和生物學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究第一節(jié)科學(xué)研究與科學(xué)實驗自然科學(xué)

理論科學(xué)

實驗科學(xué)

抽樣調(diào)查

科學(xué)試驗

（一）科學(xué)研究的基本過程1.對研究的命題形成一種認(rèn)識或假說2.根據(jù)假說涉及的內(nèi)容安排相斥的試驗或抽樣調(diào)查3.根據(jù)試驗或調(diào)查資料進(jìn)行推理，肯定或否定或修改假說，從而形成結(jié)論。二、科學(xué)研究的基本過程和方法形成假說試驗驗證結(jié)論1.選題理論性研究注重在未來學(xué)科發(fā)展上的重要性。應(yīng)用性研究注重對未來生產(chǎn)發(fā)展的作用和潛力。來源：從當(dāng)時當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中提?。徽逻_(dá)；科學(xué)研究需要；橫向協(xié)作（二）科學(xué)研究的基本方法2.文獻(xiàn)百科全書文獻(xiàn)索引專業(yè)書籍文摘評論性雜志科學(xué)期刊和雜志

（二）科學(xué)研究的基本方法3.假說假說的概念：假說是根據(jù)已知的科學(xué)事實和科學(xué)原理，對所研究的自然現(xiàn)象及其規(guī)律性提出的一種假定性的推測和說明。構(gòu)成假說的基本要素：事實基礎(chǔ)，背景理論對現(xiàn)象、規(guī)律的猜測，推導(dǎo)出的預(yù)言和預(yù)見。只是嘗試性設(shè)想，對所研究對象的試探性概括。（二）科學(xué)研究的基本方法

4.假說的檢驗假說的檢驗方法：邏輯分析和實踐檢驗兩個步驟。邏輯分析：判斷假說的可檢驗性。實踐檢驗：分為直接檢驗和間接檢驗。直接檢驗:即用觀察和實驗直接觀測科學(xué)假說的實質(zhì)內(nèi)容，以證實或否證科學(xué)假說。間接檢驗：即用觀察和實驗觀測來檢驗假說基本命題所推演出來的結(jié)論或預(yù)言。通常用邏輯推演與實踐證明相結(jié)合的方式。（二）科學(xué)研究的基本方法5.試驗的規(guī)劃與設(shè)計注意：生物學(xué)試驗中結(jié)果的“重演性”及比較試驗中的“唯一差異性原則”。在試驗條件相當(dāng)?shù)那闆r下，重復(fù)試驗應(yīng)得到相同的試驗結(jié)果。除需要比較的因素以外，其余的因素必須保持在同一水平。（二）科學(xué)研究的基本方法第二節(jié)田間試驗任務(wù)和要求

一、田間試驗的意義

田間試驗是指在大田條件進(jìn)行的各種科學(xué)研究的試驗。是農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗的主要形式。除此之外還有實驗室試驗、溫室試驗等等。

二、田間試驗主要特點※1.復(fù)雜性

2.地區(qū)性

3.季節(jié)性

4.田間試驗普遍存在試驗誤差。

三、田間試驗的任務(wù)

1.推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)科學(xué)向前發(fā)展

2.是聯(lián)系農(nóng)業(yè)科學(xué)與生產(chǎn)實踐的橋梁

3.開展農(nóng)業(yè)科學(xué)研究，改良品種和改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。

四、田間試驗的要求

※1.試驗?zāi)康囊鞔_

2.試驗條件要有代表性和先進(jìn)性

3.試驗結(jié)果要正確可靠

（1）準(zhǔn)確性也叫準(zhǔn)確度，指在試驗中某一試驗指標(biāo)或性狀的觀測值與其真值接近的程度。設(shè)某一試驗指標(biāo)或性狀的真值為μ，觀測值為

x，若x與μ相差的絕對值|x－μ|小，則觀測值x的準(zhǔn)確性高；反之則低。四、田間試驗的要求※

（2）精確性也叫精確度，指試驗中同一試驗指標(biāo)或性狀的重復(fù)觀測值彼此接近的程度。若觀測值彼此接近，即任意二個觀測值xi、xj相差的絕對值|xi－xj|小，則觀測值精確性高；反之則低。

試驗的準(zhǔn)確性、精確性合稱為正確性※。

由于真值μ常常不知道，所以準(zhǔn)確性不易度量，但利用統(tǒng)計方法可度量精確性。四、田間試驗的要求※

4.試驗結(jié)果要具有重演性試驗結(jié)果的重演性是指在相同的條件下再次進(jìn)行同一試驗，應(yīng)能獲得與原試驗相同的結(jié)果。只有試驗結(jié)果符合客觀規(guī)律、能夠重演，才有推廣應(yīng)用價值。四、田間試驗的要求※

第三節(jié)試驗方案

一、基本概念※

1.試驗指標(biāo)：衡量試驗效果的指示性狀稱為試驗指標(biāo)。

2.試驗因素：指試驗研究的對象。試驗因素常用大寫字母A、B、C、…等表示。

3.因素水平：一個因素質(zhì)的不同狀態(tài)或量的不同等級稱為因素的水平，簡稱水平。

如A1、A2、…，B1、B2、…，等。水平定性水平定量水平具有質(zhì)的區(qū)別，如不同品種，果實顏色等稱為質(zhì)量水平等差：如小麥田噴施N肥，分0、5、10g/小區(qū)三個水平等比：如玉米田噴施2甲4氯，分0、10、20、40、80g/小區(qū)五個水平一、基本概念

4.試驗處理：在試驗中具體比較的項目叫試驗處理，簡稱處理。

5.試驗小區(qū)：安排一個試驗處理的小塊地段稱為試驗小區(qū)，簡稱小區(qū)。6.試驗單位：亦稱試驗單元，是指施加試驗處理的材料單位。7.試驗方案：是指根據(jù)試驗?zāi)康呐c要求所擬定的進(jìn)行比較的一組試驗處理的總稱。一、基本概念二、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）

：在同一試驗中只研究某一因素的不同水平的效果，稱單因素試驗。

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。

3.綜合性試驗（Comprehensiveexperiment）：是在進(jìn)行多因素研究之后，將重要因素重新組合，進(jìn)行試驗分析，各因素的水平不需要構(gòu)成平衡處理。（二）根據(jù)試驗的內(nèi)容分類

1.品種試驗：

2.栽培試驗：

3.品種和栽培相結(jié)合的試驗：二、田間試驗的種類

(三）按試驗場所分類

1.田間試驗

2.溫室試驗

3.實驗室試驗

二、田間試驗的種類1.效應(yīng)：試驗因素對試驗指標(biāo)所起的增加或減少的作用。2.簡單效應(yīng)：同一因素內(nèi)兩種水平間試驗指標(biāo)的相差屬簡單效應(yīng)。3.主要效應(yīng)（主效）：一個因素內(nèi)各簡單效應(yīng)的平均數(shù)稱平均效應(yīng)或叫主要效應(yīng)，簡稱主效。4.互作效應(yīng)：兩個因素簡單效應(yīng)間的平均差異。效應(yīng)簡單效應(yīng)主要效應(yīng)互作效應(yīng)三、試驗因素的效應(yīng)和交互作用※實驗因素NAP水平N1N2平均N2-N1P11016136P21824216平均14206P2-P1888BP水平N1N2平均N2-N1P11016136P218282310平均14228P2-P18121022實驗數(shù)據(jù)，用以解釋各種效應(yīng)P2P1N1N2P2P1N1N2P2P1N1N2P2P1N1N2（8-8）/2=0或（6-6）/2=0無互作（12-8）/2=2或（10-6）/2=2（4-8）/2=-2（-2-8）/2=-5負(fù)互作正互作負(fù)互作（一）明確試驗?zāi)康模ǘ└鶕?jù)試驗?zāi)康拇_定參試因素（三）合理確定參試因素的水平1.等差法：各相鄰兩個水平數(shù)量之差相等。2.等比法：各相鄰兩個水平的數(shù)量比值相同。3.隨機(jī)法：用隨機(jī)的方法確定因素內(nèi)的數(shù)量水平。四、擬定試驗方案的基本要求

（四）應(yīng)用唯一差異原則

※唯一差異原則：指在進(jìn)行處理比較時，其區(qū)別僅在于某一因素水平之間，所有其它條件應(yīng)當(dāng)完全一致。（五）設(shè)置對照

作為比較標(biāo)準(zhǔn)的處理，簡稱對照（CK）。 四、擬定試驗方案的基本要求

一、試驗誤差及其控制（一）試驗誤差概念由于受非處理因素的影響使觀測值與試驗處理真值之間產(chǎn)生的差異稱為試驗誤差。田間試驗誤差可分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差兩種。第四節(jié)田間試驗的誤差及其控制

1.系統(tǒng)誤差

系統(tǒng)誤差:又稱片面誤差，是因為儀器不良，或試驗地肥力按一定方向變化，或觀測人員的習(xí)慣與偏向所產(chǎn)生的誤差。系統(tǒng)誤差影響試驗的準(zhǔn)確性。一、試驗誤差及其控制

2.隨機(jī)誤差

由于偶然原因或無法控制的因素所引起的誤差稱為隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差影響試驗的精確性。統(tǒng)計上的試驗誤差指隨機(jī)誤差。這種誤差愈小，試驗的精確性愈高。

一、試驗誤差及其控制●●●●●即準(zhǔn)確又精確●●●●●準(zhǔn)確而不精確●●●●●即不準(zhǔn)確又不精確●●●●●精確而不準(zhǔn)確

（二）田間試驗誤差的來源

1.試驗材料本身所存在的差異；

2.試驗操作和田間管理技術(shù)的不一致所引起的差異；

3.環(huán)境條件的差異。 一、試驗誤差及其控制

（三）田間試驗誤差的控制途徑

1.選擇同質(zhì)一致的試驗材料；

2.改進(jìn)操作管理技術(shù)，使之標(biāo)準(zhǔn)化；

3.控制引起差異的主要外界因素；

田間試驗引起誤差的主要外界因素是土壤差異。一、試驗誤差及其控制

控制土壤差異的主要措施：

(1)選擇土壤質(zhì)地和肥力均勻的試驗地；

(2)采用適當(dāng)?shù)男^(qū)技術(shù)；

(3)應(yīng)用正確的試驗設(shè)計和相應(yīng)的統(tǒng)計分析。

一、試驗誤差及其控制

（一）土壤差異

1.土壤差異形成原因：土壤形成的基礎(chǔ)、土地利用過程中產(chǎn)生的差異。

二、土壤差異與試驗地的選擇

2.試驗地的土壤差異測量方法：目測法、空白試驗或勻田種植試驗。

3.土壤差異的表現(xiàn)形式※：

梯度變化、斑塊狀變化。二、土壤差異與試驗地的選擇

（二）試驗地的選擇

1.試驗地的位置要適當(dāng)。

2.試驗地最好選用平地。

3.試驗地的土壤結(jié)構(gòu)和肥力要均勻一致。

4.選擇的試驗地應(yīng)有土地利用的歷史記錄。

5.試驗地采用輪換制。二、土壤差異與試驗地的選擇第五節(jié)田間試驗設(shè)計的基本原則

一、試驗設(shè)計概念與作用

1.概念：廣義理解是指整個試驗研究課題的設(shè)計。狹義理解則專指小區(qū)技術(shù)。按照試驗的目的要求和試驗地的具體情況，將各試驗小區(qū)在試驗地上作最合理的設(shè)置和排列，稱為田間試驗設(shè)計。 2.田間試驗設(shè)計的主要作用是控制、降低試驗誤差，提高試驗的精確性，獲得試驗誤差的無偏估計，從而對試驗處理進(jìn)行正確而有效的比較。一、試驗設(shè)計概念與作用

二、田間試驗設(shè)計的三原則※

（一）重復(fù) １.概念：重復(fù)是指試驗中將同一試驗處理設(shè)置在兩個或兩個以上的試驗單位上。同一試驗處理所設(shè)置的試驗單位數(shù)稱為重復(fù)數(shù)。

2.重復(fù)的作用：（1）估計試驗誤差。（2）降低試驗誤差，提高試驗的精確性。

（二）隨機(jī)排列

隨機(jī)排列是指試驗中的每一處理都有同等機(jī)會設(shè)置在一個重復(fù)中的任何一個試驗小區(qū)上。其作用是提供無偏的試驗誤差估計值。二、田間試驗設(shè)計的三原則重復(fù)

I重復(fù)

IIbcdefgck2ckckheabcfgdaabcdefghckckabcgedfck2利用查表或產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法進(jìn)行設(shè)計（三）局部控制二、田間試驗設(shè)計的三原則

就是將整個試驗環(huán)境分成若干個相對均勻一致的小環(huán)境，然后在小環(huán)境內(nèi)設(shè)置成套處理，使它對試驗各處理的影響達(dá)到最大程度的一致

dckbfcae二、田間試驗設(shè)計的三原則重復(fù)隨機(jī)排列局部控制降低試驗誤差無偏估計試驗誤差田間試驗設(shè)計的三個基本原則的關(guān)系和作用

田間試驗設(shè)計三個基本原則的關(guān)系和作用設(shè)置重復(fù)隨機(jī)化排列局部控制消除系統(tǒng)誤差，無偏試驗誤差估計估計和降低隨機(jī)誤差與隨機(jī)化結(jié)合分離系統(tǒng)誤差降低隨機(jī)誤差提高準(zhǔn)確度和精確度保證統(tǒng)計推斷的可靠性第六節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術(shù)

一、試驗小區(qū)的面積（一）小區(qū)：在田間試驗中安排一個處理的小塊地段稱試驗小區(qū) （二）原則：在保證一定重復(fù)次數(shù)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增大小區(qū)面積。 研究性試驗小區(qū)面積一般在6—60m2，示范性試驗的小區(qū)面積通常不小于300m2。

0510152025303540101214試驗田乙試驗田甲m2CV%

變異系數(shù)與小區(qū)面積大小的關(guān)系

（根據(jù)兩個水稻空白試驗的產(chǎn)量數(shù)據(jù)）一、試驗小區(qū)的面積1.試驗種類2.作物類別 稻麥品種比較試驗一般為6—15m2；棉花、玉米品種比較試驗一般為15—25m2。

3.試驗地面積、土壤差異程度及形式

4.育種工作的不同階段

5.試驗過程的取樣需要一、試驗小區(qū)的面積

6.邊際效應(yīng)和生長競爭

邊際效應(yīng)：是指小區(qū)兩邊或兩端的植株，因占較大空間而表現(xiàn)出的差異；。

生長競爭：是指當(dāng)相鄰小區(qū)種植不同品種或相鄰小區(qū)施用不同肥料時，由于株高、分枝、分蘗力或生長期的不同，小區(qū)邊際通常有一行或多行受到影響。小區(qū)的每一邊除去1—2行，兩端各除去30—50cm。

一、試驗小區(qū)的面積

1.概念：指小區(qū)長度與寬度之比。一般以3﹕1至10﹕1為宜。小區(qū)的方向必須是長的一邊與肥力變化最大的方向平行，于坡向平行。為了便于試驗小區(qū)實現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，小區(qū)的長寬比可大些，或依機(jī)械作業(yè)的寬度而定。二、小區(qū)的形狀

實際研究工作中，常采用3—5次重復(fù)。三、重復(fù)次數(shù)

對照區(qū)（CK）作為與處理比較的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)置對照的作用： １.在田間對各處理進(jìn)行觀察比較時作為衡量處理優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。 ２.估計和矯正試驗地的土壤差異。四、對照區(qū)的設(shè)置

五、保護(hù)行的設(shè)置

在試驗地的周圍設(shè)置保護(hù)行。 禾谷類作物一般至少種植4行以上。 小區(qū)與小區(qū)之間一般不設(shè)保護(hù)行，重復(fù)區(qū)之間一般也不設(shè)保護(hù)行。 保護(hù)行種植的品種，可用對照品種，或比供試品種略為早熟的品種。

五、保護(hù)行的設(shè)置

1.區(qū)組概念：將整個試驗空間分成各自相對均勻的局部來控制非處理因素，這個局部-------區(qū)組每一區(qū)組或重復(fù)包含全套處理——完全區(qū)組一個重復(fù)安排在幾個區(qū)組上，每個區(qū)組只安排部分處理------不完全區(qū)組區(qū)組數(shù)目：3－5

六、重復(fù)區(qū)（區(qū)組）和小區(qū)的排列2.重復(fù)內(nèi)小區(qū)排列方式：順序排列、隨機(jī)排列六、重復(fù)區(qū)（區(qū)組）和小區(qū)的排列

3.方向※：試驗地本身為坡地時，同一區(qū)組的各小區(qū)設(shè)置在同一等高線上；當(dāng)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(shè)置在同一肥力水平帶。六、重復(fù)區(qū)（區(qū)組）和小區(qū)的排列(一)對比法排列

優(yōu)點---設(shè)計簡單，工作方便，不易出現(xiàn)差錯。缺點---對照區(qū)占地太多，小區(qū)排列不隨機(jī)，估計試驗有偏差，理論上不能應(yīng)用顯著性測驗。

1CK21CK2第六節(jié)常用的田間試驗設(shè)計方法一、順序排列設(shè)計

一、順序排列設(shè)計

（二）間比法設(shè)計

1.將全部處理順序排列，每隔4個或9個處理設(shè)一對照；

2.每一重復(fù)或每一塊地上，開始和最后一個小區(qū)都是對照

3.重復(fù)2～4次，各重復(fù)可排列成多排

4.在多排式時，各重復(fù)的順序可以是逆向式一、順序排列設(shè)計CK1234CK5678CK一、順序排列設(shè)計

（一）完全隨機(jī)設(shè)計

1.設(shè)計方法完全隨機(jī)設(shè)計是將各處理完全隨機(jī)地分配給不同的試驗單位（如試驗小區(qū)），每一處理的重復(fù)次數(shù)可以相等也可以不相等。

二、隨機(jī)排列設(shè)計

例如，欲研究某種生長調(diào)節(jié)劑對番茄株高的影響，進(jìn)行6個處理（包括施用清水的對照）的盆栽試驗，每處理4盆（重復(fù)4次），共24盆。

（一）完全隨機(jī)設(shè)計各處理實施的盆號如下：第1處理：13、2、7、22第2處理：5、18、24、12第3處理：17、20、11、1第4處理：10、3、15、19第5處理：4、16、9、14第6處理：21、23、6、8（一）完全隨機(jī)設(shè)計

2.設(shè)計特點 完全隨機(jī)設(shè)計優(yōu)點是設(shè)計容易，處理數(shù)與重復(fù)次數(shù)都不受限制，統(tǒng)計分析也比較簡單。 完全隨機(jī)設(shè)計的主要缺點是試驗的精確度較低。