1、第二章 田間試驗的設計與實施,下一張,主 頁,退 出,上一張,第一節(jié) 田間試驗的特點和要求,一、田間試驗的特點 1、田間試驗的研究對象和材料是生物體本身 以農作物為主體 2、田間試驗的環(huán)境是開放的,容易產生誤差。,下一張,主 頁,退 出,上一張,二、田間試驗的基本要求 1、試驗目的要明確 要抓住當時生產實踐和科學實驗中急需解決的問題；并要照顧到長遠的和不久的將來可能突出的問題。 2、試驗條件要有代表性 自然條件和農業(yè)條件；要注意目前和將來可能被采用的條件,下一張,主 頁,退 出,上一張,3、試驗結果要可靠 準確度和精確度 4、試驗結果要能重演 仔細明確地設定試驗條件；試驗在多種條件下進行。,下

2、一張,主 頁,退 出,上一張,第二節(jié) 田間試驗的誤差與土壤差異,一、田間試驗的誤差 （一）田間試驗的誤差來源 1、試驗材料固有的差異 2、試驗時農事操作和管理技術的不一致所引起的差異 3、外界條件的差異,下一張,主 頁,退 出,上一張,（二）控制田間試驗誤差的途徑 1、選擇同質一致的試驗材料 2、改進操作和管理技術 3、控制引起差異的外界主要因素 控制土壤差異的措施（1）選地（2）小區(qū)技術（3）試驗設計和統(tǒng)計分析,下一張,主 頁,退 出,上一張,二試驗地的土壤差異 1、土壤差異形成的原因 （1）土壤形成的基礎不同 （2）土地利用上的差異 2、土壤肥力差異的測定 （1）目測法 （2）空白試驗或均

3、一性試驗 3、土壤肥力差異的表現(xiàn)形式 （1）梯度變化 （2）斑點狀差異,下一張,主 頁,退 出,上一張,三試驗地的選擇 1、試驗地的土壤肥力要均勻一致 2、田塊有土地利用歷史記錄 3、選平地 4、位置適當 5、空白試驗 6、試驗地采用輪換制,下一張,主 頁,退 出,上一張,第三節(jié) 田間試驗設計的原則,田間試驗設計（field experiment design） 廣義理解是指整個試驗研究課題設計，也就是整個試驗計劃的擬定。包括確定試驗處理的方案，小區(qū)技術，以及相應的資料收集、整理和統(tǒng)計分析方法等；狹義的理解專指小 區(qū)技術，特別是重復和試驗小區(qū)的排列方法。,下一張,主 頁,退 出,上一張,田間試

4、驗設計的主要作用是降低試驗誤差，提高試驗的精確度，使研究人員能從試驗結果中獲得無偏的處理平均值以及試驗誤差的估計量，從而能正確而有效的比較。田間試驗設計遵循以下三個基本原則：,下一張,主 頁,退 出,上一張,（一）重復 重復是指試驗中同一處理實施在兩個或兩個以上的試驗單位上。 設置重復的主要作用在于估計試驗誤差和降低試驗誤差 。如 果 同一處理只實施在一個試驗單位上，那么只能得到一個觀測值，則無從看出差異，因而無法估計試驗誤差的大小。只有當同一處理實施在兩個或兩個以上的試驗單位上，獲得兩個或兩個以上的觀測值時，才能估計出試驗誤差。,下一張,主 頁,退 出,上一張,樣 本 標 準誤與標準差的關系

5、是,即平均數(shù)抽樣誤差的大小與重復次數(shù)的平方根成反比，故重復次數(shù)多可以降低試驗誤差。但在實際應用時，要根據具體情況具體分析。,（二）隨機排列 隨機排列是指一個區(qū)組中每一處理都有同等的機會設置在任何一個小區(qū)上，避免任何主觀成見。進行隨機排列可以采用抽簽法、計算器（機）產生隨機數(shù)字或利用隨機數(shù)字表。,下一張,主 頁,退 出,上一張,（三）局部控制 試驗條件的局部一致性,為 將試驗環(huán)境差 異 所 引 起 的變異從試驗誤差中分離出來?？?將 整 個 試 驗 環(huán) 境 或 試 驗 單 位 分 成 若 干 個 小 環(huán) 境 或 小 組，在 小 環(huán) 境 或小組內使 非 處 理 因 素 盡 量 一 致，這就是局部控

6、制 。 每 個 比 較一 致的小環(huán)境或小組，稱為單位組（或區(qū)組）。 因為單位組之間的差異可在方差分析時從試驗誤差中分離出來，所以局部控制能較好地降低試驗誤差。,下一張,主 頁,退 出,上一張,下一張,主 頁,退 出,上一張,肥力梯度,2,區(qū)組,小區(qū),圖2.4按土壤肥力變異趨勢確定小區(qū)排列方向,肥 力 梯 度,下一張,主 頁,退 出,上一張,圖22田間試驗設計三個基本原則的關系和作用,第四節(jié) 控制土壤差異的小區(qū)技術,一、試驗小區(qū)的面積 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）。小區(qū)面積的大小對于減少土壤的影響和提高試驗的精確度有相當密切的關系。,下一張,主 頁,退 出,

7、上一張,確定小區(qū)面積時應考慮： （1）試驗種類：灌溉試驗應大，品種試驗應小。 （2）作物的類別：種植密度大的作物如小麥可小些；種植密度小的大株作物如玉米應大些。稻麥品種面積一般為515m2；玉米品比為1525 m2。 （3）土壤差異形式與程度：土壤差異大應大些。 （4）育種工作的不同階段,下一張,主 頁,退 出,上一張,（5）試驗地面積 （6）試驗過程中的取樣需要 （7）邊際效應和生長競爭 邊際效應：小區(qū)兩邊或兩端的植株，因占有較大的空間而表現(xiàn)出的差異。 生長競爭：指當相鄰小區(qū)種植不同品種或相鄰小區(qū)施用不同肥料時，由于株高、分蘗力或生長期不同，通常將有一行或更多行受到影響。,下一張,主 頁,退

8、 出,上一張,二、小區(qū)的形狀 小區(qū)的長度和寬度的比例。長方形尤其是狹長形小區(qū)，能減少小區(qū)之間的土壤差異，提高精確度。小區(qū)的方向必須是使長的一邊與肥力變化最大的方向平行，使區(qū)組的方向與肥力梯度垂直，可提高精確度。小區(qū)的長寬比可為（310）：1。在邊際效應值得重視的試驗中，方形小區(qū)是有利的。方形小區(qū)具有最小的周長，計產面積占小區(qū)的面積比率最大。,下一張,主 頁,退 出,上一張,下一張,主 頁,退 出,上一張,肥力梯度,2,區(qū)組,小區(qū),圖2.4按土壤肥力變異趨勢確定小區(qū)排列方向,2,7,1,5,4,3,6,三、重復次數(shù) 重復次數(shù)就是每一處理的試驗小區(qū)數(shù)，試驗設置重復次數(shù)越多，試驗誤差越小。重復次數(shù)多

9、少應根據試驗所要求的精確度，土壤差異大小、試驗材料數(shù)量，試驗地面積，小區(qū)大小等而具體決定。一般重復三次。,下一張,主 頁,退 出,上一張,四、對照區(qū)的設置 田間試驗應設置對照區(qū)（check，以CK表示），作為處理比較的標準。設置對照的目的是： （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田的土壤差異。,下一張,主 頁,退 出,上一張,五、保護行的設置 設置保護行（guarding row）的作用是： （1）保護試驗材料不受外來因素的踐踏和損害； （2）防止邊際效應。 保護行的數(shù)目視作物而定，種植品種可用對照，最好是略早熟品種。,下一張,主 頁,

10、退 出,上一張,六、重復區(qū)（或區(qū)組）和小區(qū)的排列 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）。一般試驗設置3至4個重復，分別安排在3至4個區(qū)組上，這時重復與區(qū)組相等地，每個區(qū)組或重復包含全套處理，稱為完全區(qū)組，對應為不完全區(qū)組。設置區(qū)組是控制土壤差異最有效的形式之一。原則上同一重復或區(qū)組內的土壤肥力應盡可能相對一致。不同重復間可存在差異。,下一張,主 頁,退 出,上一張,第五節(jié) 常用的田間試驗設計,試驗設計是統(tǒng)計學的一個分支，由Fisher于20世紀20年代應農業(yè)科學的需要而創(chuàng)立和發(fā)展起來，通過試驗設計可提高試驗的效率。常用的田間試驗設計可歸納為順序排列的試驗設

11、計和隨機排列的試驗設計兩類。后者強調合理的試驗估計，常用于精確度較高的試驗。,下一張,主 頁,退 出,上一張,一、順序排列的試驗設計,（一）對比法設計（contrast design） 1、適用對象：少數(shù)品種的比較試驗及示范試驗。 2、排列特點：每一品種直接排列于對照區(qū)旁，便于每一小區(qū)與鄰近對照區(qū)直接比較。 3、優(yōu)點：可獲得較精確的結果，有利于實施和觀察。 4、缺點：對照區(qū)過多，土地利用率不高 5、重復及小區(qū)排列：一般重復36次，小區(qū)可以是順序排列或階梯排列。,下一張,主 頁,退 出,上一張,圖2.58個品種3次重復對比排列（階梯式）,（二）間比法設計（interval contrast de

12、sign） 1、適用對象：育種試驗的前期階段。 2、排列特點：在一條地上，排列的第一個區(qū)和末尾的一個區(qū)一定是對照區(qū)，其間通常是4或9個區(qū)。 3、優(yōu)點：設計簡單，操作方便，可減少邊際效應和生長競爭。 4、缺點：各處理在小區(qū)中的安排不隨機，估計的試驗誤差有偏。 5、重復及小區(qū)排列：一般重復24次，重復排成多排時，可采用逆向式，如果一條土地上不以安排整個重復小區(qū)，則可在第二條地上接下去，但開始時仍要種一對照區(qū)，稱為額外對照（Ex.CK）。,下一張,主 頁,退 出,上一張,圖2.68個品種3次重復的間比法排列.,二、隨機排列的試驗設計,隨機方法有抽簽法、隨機數(shù)字表法或計算機（器）隨機數(shù)字發(fā)生法。下面舉

13、例說明。,下一張,主 頁,退 出,上一張,下一張,主 頁,退 出,上一張,1、隨機數(shù)字表法： 如得到一個包括8個處理的試驗，將處理分別編號：1，2，3，4，5，6，7，8。然后從隨機數(shù)字表指定一頁中的任意一行去掉0和9可得到8個處理的隨機數(shù)字，如有重復也去掉。如在附表1的第353頁第73行第2列中，隨機數(shù)字為：7262390072223354616575 72635418,多于9個處理，可同樣查隨機數(shù)字表。如12個處理，兩位兩位的取，去掉00、97、98、99(處理數(shù)的最大兩位公倍數(shù)外的數(shù)字)。大于12的數(shù)均被12除后得余數(shù)，將重復劃去，最后一個數(shù)字查出11個隨機數(shù)字后自動決定的。例如附表1第

14、354頁第30行，每次讀兩位，得：20 22 25 79 94 72 16 39 88 55 78 66 82 59 13 48 26 40 27 46 12 46 57 52 20 8 10 1 7 10 12 4 3 4 7 6 6 10 11 1 0 2 4 3 1 12 1 9 4 8 8 10 1 7 12 4 3 6 11 2 9 5,下一張,主 頁,退 出,上一張,2、抽簽法 3、計算機（器）隨機數(shù)字發(fā)生法,下一張,主 頁,退 出,上一張,（一）完全隨機設計 1、完 全 隨機設計是將各處理隨機分配到各個試驗單元（小區(qū)）中，每一處理的重復可以相等，也可能不相等。當試驗條件比較一致時

15、，可采用完全隨機設計。這種設計應用了重復和隨機兩個原則，因此能使試驗結果受非處理因素的影響基本一致，真實反映出試驗的處理效應。,下一張,主 頁,退 出,上一張,例如：用不同濃度IAA噴玉米苗，用水作CK，4個處理，每處理3盆，共15盆，試用完全隨機方法來設計。 包括CK 共5個處理分別用ABCDE表示，5個處理的編號也是隨機的，可用隨機方法得到為： 4 1 2 5 3 DABEC 用隨機方法得每盆編號為： 3 2 5 11 13 12 4 1 14 8 15 7 6 9 10 5個處理所噴的3盆為： 3 2 5 11 13 12 4 1 14 8 15 7 6 9 10,D,A,B,E,C,3

16、、完全隨機設計的優(yōu)缺點 完全隨機設計是一種最簡單的設計方法，主要優(yōu)缺點如下： （1）完全隨機設計的主要優(yōu)點 1)設計容易 處理數(shù)與重復數(shù)都不受限制，適用于試驗條件、環(huán)境、差異較小的試驗。 2)統(tǒng)計分析簡單 無論所獲得的試驗資料各處理重復數(shù)相同與否，都可采用t檢驗或方差分析法進行統(tǒng)計分析。,下一張,主 頁,退 出,上一張,（2）完全隨機設計的主要缺點 1)由于未應用試驗設計三原則中的局部控制原則 ，非試驗因素的影響被歸入試驗誤差，試驗誤差較大，試驗的精確性較低。 2)在試驗條件、環(huán)境、差異較大時，不宜采用此種設計方法。,下一張,主 頁,退 出,上一張,(二) 隨機區(qū)組設計,隨機區(qū)組設計。是根據局

17、部控制的原則，將試驗地按肥力程度劃分為等于重復數(shù)的區(qū)組，一區(qū)組安排一次重復，區(qū)組內各處理都獨立地隨機排列。,下一張,主 頁,退 出,上一張,1、隨機區(qū)組設計的分組方法 (1) 劃分區(qū)組， 區(qū)組數(shù)=重復數(shù) (2) 區(qū)組內劃分小區(qū)，小區(qū)數(shù)=處理數(shù) (3) 一個區(qū)組內把所有處理隨機排列到小 區(qū)中。 (4) 區(qū)組與土壤肥力梯度垂直,下一張,主 頁,退 出,上一張,肥力梯度,圖2.8 8個品種3個重復的隨機區(qū)組排列,有一個8個品種，3次重復的比較試驗，隨機區(qū)組排列.,2、隨機區(qū)組設計的優(yōu)缺點 （1）隨機區(qū)組設計的主要優(yōu)點 1) 設計簡單，容易掌握。 2) 富于伸縮性，單因素、多因素及綜合性試驗都可應用。

18、 3) 能提供無偏的誤差估計，并有效地減少單向肥力差異，降低誤差。 4) 對試驗地的地形要求不嚴，必要時不同區(qū)組可安排在不同地段上。,下一張,主 頁,退 出,上一張,（2）隨機區(qū)組設計的主要缺點 不允許處理數(shù)過多，一般不超過20個。因為處理數(shù)過多，區(qū)組必然增大，局部控制的效率降低，而且只能控制一個方向的土壤肥力差異。,(三) 拉丁方設計,拉丁方設計是從橫行和直行兩個方向進行雙重局部控制，使得橫行和直行兩向皆成單位組的設計。在拉丁方設計中，每一行或每一列都成為一個完全單位組，而每一處理在每一行或每一列都只出現(xiàn)一次，也就是說，在拉丁方設計中，試驗處理數(shù)=橫行數(shù)=直列數(shù)=試驗處理的重復數(shù)。,下一張,

19、主 頁,退 出,上一張,在對拉丁方設計試驗結果進行統(tǒng)計分析時，由于能將橫行、直列二個單位組間的變異從試驗誤差中分離出來，因而拉丁方設計的試驗誤差比隨機區(qū)組設計小，試驗精確性比隨機區(qū)組設計高。 1、拉丁方簡介 （1） 拉丁方 以 n 個 拉 丁 字 母 A， B，C，為元素，列出一個 n階方陣，若這 n個拉丁方字母在這 n 階方陣的每一行、 每一列都出現(xiàn)、且只出現(xiàn)一次，則稱該 n階方陣 為nn階 拉 丁方。,下一張,主 頁,退 出,上一張,例如： A B B A B A A B 為22階拉丁方，22階拉丁方只有這兩個。 A B C B C A C A B 為33階拉丁方。,下一張,主 頁,退 出

20、,上一張,第一行與第一列的拉丁字母按自然順序排列的拉丁方，叫標準型拉丁方。33階標準型拉丁方只有上面介紹的1種，44階標準型拉丁方有4種，55階標準型拉丁方有56種。若變換標準型的行或列，可得到更多種的拉丁方。 在進行拉丁方設計時，可從上述多種拉丁方中隨機選擇一種；或選擇一種標準型，隨機改變其行列順序后再使用。,下一張,主 頁,退 出,上一張,（2）常用拉丁方 在 植物物 試 驗 中，最 常 用 的 有33，44，55，66階拉丁方。下面列出部分標準型拉丁方，供進行拉丁方設計時選用。,下一張,主 頁,退 出,上一張,下一張,主 頁,退 出,上一張,2、拉丁方設計方法 設有5個品種分別以1、2、

21、3、4、5代表，擬用拉丁方排列進行比較試驗。 拉丁方設計步驟如下：,下一張,主 頁,退 出,上一張,（1）選擇標準方 選擇55 標準方。 A B C D E B A D E C C E B A D D C E B A E D A C B,（2）隨機排列 對選定的55標準型拉丁方進行隨機排列。可從隨機數(shù)字表得到3個五位數(shù)字為：13542，41523，34521。然后將上面選定的55拉丁方的直列、橫行及處理按這3個五位數(shù)的順序重新隨機排列。,下一張,主 頁,退 出,上一張,1、直列隨機 將拉丁方的各直列順序按13542順序重排。 2、橫行隨機 再 將直列重排后的拉丁方的各橫行按41523順序重排。

22、,下一張,主 頁,退 出,上一張,3、把5個品種按第三個5位數(shù)34521順序排列 即：3=A，4=B，5=C，2=D，1=E，從而得出55拉丁方設計，如下圖所示。,3、拉丁方設計的優(yōu)缺點 （1）拉丁方設計的主要優(yōu)點 1）精確性高 拉丁方設計在不增加試驗單位的情況下，比隨機區(qū)組設計多設置了一個單位組因素，能將橫行和直列兩個單位組間的變異從試驗誤差中分離出來，因而試驗誤差比隨機區(qū)組設計小，試驗的精確性比隨機區(qū)組設計高。 2）試驗結果的分析簡便,下一張,主 頁,退 出,上一張,（二）拉丁方設計的主要缺點 因為在拉丁方設計中 ，橫行、直列與試驗處理數(shù)和重復數(shù)必須相等，所以處理數(shù)受到一定限制。若處理數(shù)少

23、，則重復數(shù)也少，估計試驗誤差的自由度就小，影響檢驗的靈敏度；若處理數(shù)多，則重復數(shù)也多，橫行、直列單位組數(shù)也多，導致試驗工作量大。因此，拉丁方設計一般用于5-8個處理的試驗。在采用4個以下處理的拉丁方設計時 ，為了使估計誤差的自由度不少于12，可采用 “復拉丁方設計” ，即同一個拉丁方試驗重復進行數(shù)次，并將試驗數(shù)據合并分析，以增加誤差項的自由度。,下一張,主 頁,退 出,上一張,（四） 裂區(qū)設計 (split-plot design),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，如處理組合不太多，而各個因素的效應同等重要時，采用隨機區(qū)組設計；如處理組合數(shù)較多而又有一些特殊要求時，采用裂區(qū)

24、設計。,下一張,主 頁,退 出,上一張,在進行裂區(qū)設計時，先按第一個因素設置各個處理（主處理）的小區(qū)；然后在這個主處理的小區(qū)內引進第二個因素和各個處理（副處理）的小區(qū)；按主處理所劃分的小區(qū)稱為主區(qū)(main splot)，亦稱整區(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)。,下一張,主 頁,退 出,上一張,兩個因素中相對第二個因素來講，一個主區(qū)就是一個區(qū)組，但從整個試驗所有處理組合來講，一個主區(qū)僅是一個不完全區(qū)組。由于這種設計將主區(qū)分裂為副區(qū)，故稱為裂區(qū)設計。其特點是主處理分設在主區(qū)，副處理分設于一主區(qū)內的副區(qū)，副區(qū)之間比主區(qū)之間更接近，因而副處理間的比較比主處理

25、間的比較更精確。,下一張,主 頁,退 出,上一張,應用裂區(qū)的情況： （1）當一個因素各處理比另一個因素需要更大面積時，為了實施和管理上的方便而應用裂區(qū)設計。如肥料、灌溉等試驗。 （2）某一因素的主效比另一因素更重要或者二因素間的互作比主效重要時，宜用裂區(qū)設計。要求精確度高的因素作為副處理。 （3）如某些因素的效應比另一因素的效應更大時，亦采用裂區(qū)設計，將表現(xiàn)較大差異的因素作為主處理。,下一張,主 頁,退 出,上一張,裂區(qū)實例設計： 有一肥料與品種試驗，有6個品種，分別用1,2，3,4，5,6表示，肥料用高中低表示，試設計裂區(qū)試驗。三次重復。,下一張,主 頁,退 出,上一張,下一張,主 頁,退 出,上一張,高,低,中,低,中,高,高,中,低,肥料與品種試驗,第六節(jié) 田間試驗的布置與管理,主要內容是正確及時地把試驗的各處理按要求布置到試驗田塊，并正確貫徹執(zhí)行對試驗田的各項田間管理和觀察記載，以保證田間供試作物的正常生長，掌握生長過程中的動態(tài)和獲得可靠的試驗數(shù)據。,下一張,主 頁,退 出,上一張,一、田間試驗計劃的制訂,（一）田間試驗計劃的內容 1、試驗名稱。 2、試驗目的及依據。 3、試驗攫取和地點。 4、試驗地的土壤及輪作方式。 5、試驗處理方案。 6、試驗設計和小區(qū)技術。,下一張,主 頁,退 出,上一張,7、整地、播種、施肥及田間管理措施。 8、田間觀察記載和