【精品PPT】田间试验的设计与实施.ppt

第二章 田间试验的设计与实施,下一张,主 页,退 出,上一张,第一节 田间试验的特点和要求,一、田间试验的特点 1、田间试验的研究对象和材料是生物体本身以农作物为主体 2、田间试验的环境是开放的,容易产生误差。,下一张,主 页,退 出,上一张,二、田间试验的基本要求 1、试验目的要明确要抓住当时生产实践和科学实验中急需解决的问题；并要照顾到长远的和不久的将来可能突出的问题。2、试验条件要有代表性自然条件和农业条件；要注意目前和将来可能被采用的条件,下一张,主 页,退 出,上一张,3、试验结果要可靠准确度和精确度4、试验结果要能重演 仔细明确地设定试验条件；试验在多种条件下进行。,下一张,主 页,退 出,上一张,第二节 田间试验的误差与土壤差异,一、田间试验的误差（一）田间试验的误差来源1、试验材料固有的差异2、试验时农事操作和管理技术的不一致所引起的差异3、外界条件的差异,下一张,主 页,退 出,上一张,（二）控制田间试验误差的途径1、选择同质一致的试验材料2、改进操作和管理技术3、控制引起差异的外界主要因素控制土壤差异的措施（1）选地（2）小区技术（3）试验设计和统计分析,下一张,主 页,退 出,上一张,二试验地的土壤差异1、土壤差异形成的原因（1）土壤形成的基础不同（2）土地利用上的差异2、土壤肥力差异的测定（1）目测法（2）空白试验或均一性试验 3、土壤肥力差异的表现形式（1）梯度变化（2）斑点状差异,下一张,主 页,退 出,上一张,三试验地的选择 1、试验地的土壤肥力要均匀一致 2、田块有土地利用历史记录 3、选平地 4、位置适当 5、空白试验 6、试验地采用轮换制,下一张,主 页,退 出,上一张,第三节 田间试验设计的原则,田间试验设计（field experiment design）广义理解是指整个试验研究课题设计，也就是整个试验计划的拟定。包括确定试验处理的方案，小区技术，以及相应的资料收集、整理和统计分析方法等；狭义的理解专指小 区技术，特别是重复和试验小区的排列方法。,下一张,主 页,退 出,上一张,田间试验设计的主要作用是降低试验误差，提高试验的精确度，使研究人员能从试验结果中获得无偏的处理平均值以及试验误差的估计量，从而能正确而有效的比较。田间试验设计遵循以下三个基本原则：,下一张,主 页,退 出,上一张,（一）重复 重复是指试验中同一处理实施在两个或两个以上的试验单位上。设置重复的主要作用在于估计试验误差和降低试验误差。如 果 同一处理只实施在一个试验单位上，那么只能得到一个观测值，则无从看出差异，因而无法估计试验误差的大小。只有当同一处理实施在两个或两个以上的试验单位上，获得两个或两个以上的观测值时，才能估计出试验误差。,下一张,主 页,退 出,上一张,样 本 标 准误与标准差的关系是,即平均数抽样误差的大小与重复次数的平方根成反比，故重复次数多可以降低试验误差。但在实际应用时，要根据具体情况具体分析。,（二）随机排列 随机排列是指一个区组中每一处理都有同等的机会设置在任何一个小区上，避免任何主观成见。进行随机排列可以采用抽签法、计算器（机）产生随机数字或利用随机数字表。,下一张,主 页,退 出,上一张,（三）局部控制 试验条件的局部一致性,为 将试验环境差 异 所 引 起 的变异从试验误差中分离出来。可 将 整 个 试 验 环 境 或 试 验 单 位 分 成 若 干 个 小 环 境 或 小 组，在 小 环 境 或小组内使 非 处 理 因 素 尽 量 一 致，这就是局部控制。每 个 比 较一 致的小环境或小组，称为单位组（或区组）。因为单位组之间的差异可在方差分析时从试验误差中分离出来，所以局部控制能较好地降低试验误差。,下一张,主 页,退 出,上一张,下一张,主 页,退 出,上一张,肥力梯度,2,区组,小区,图2.4按土壤肥力变异趋势确定小区排列方向,肥 力 梯 度,下一张,主 页,退 出,上一张,图22田间试验设计三个基本原则的关系和作用,第四节 控制土壤差异的小区技术,一、试验小区的面积在田间试验中安排一个处理的小块地段称试验小区，简称小区（plot）。小区面积的大小对于减少土壤的影响和提高试验的精确度有相当密切的关系。,下一张,主 页,退 出,上一张,确定小区面积时应考虑：（1）试验种类：灌溉试验应大，品种试验应小。（2）作物的类别：种植密度大的作物如小麦可小些；种植密度小的大株作物如玉米应大些。稻麦品种面积一般为515m2；玉米品比为1525 m2。（3）土壤差异形式与程度：土壤差异大应大些。（4）育种工作的不同阶段,下一张,主 页,退 出,上一张,（5）试验地面积（6）试验过程中的取样需要（7）边际效应和生长竞争边际效应：小区两边或两端的植株，因占有较大的空间而表现出的差异。生长竞争：指当相邻小区种植不同品种或相邻小区施用不同肥料时，由于株高、分蘖力或生长期不同，通常将有一行或更多行受到影响。,下一张,主 页,退 出,上一张,二、小区的形状小区的长度和宽度的比例。长方形尤其是狭长形小区，能减少小区之间的土壤差异，提高精确度。小区的方向必须是使长的一边与肥力变化最大的方向平行，使区组的方向与肥力梯度垂直，可提高精确度。小区的长宽比可为（310）：1。在边际效应值得重视的试验中，方形小区是有利的。方形小区具有最小的周长，计产面积占小区的面积比率最大。,下一张,主 页,退 出,上一张,下一张,主 页,退 出,上一张,肥力梯度,2,区组,小区,图2.4按土壤肥力变异趋势确定小区排列方向,2,7,1,5,4,3,6,三、重复次数重复次数就是每一处理的试验小区数，试验设置重复次数越多，试验误差越小。重复次数多少应根据试验所要求的精确度，土壤差异大小、试验材料数量，试验地面积，小区大小等而具体决定。一般重复三次。,下一张,主 页,退 出,上一张,四、对照区的设置田间试验应设置对照区（check，以CK表示），作为处理比较的标准。设置对照的目的是：（1）便于在田间对各处理进行观察比较时作为衡量品种或处理优劣的标准；（2）用以估计和矫正试验田的土壤差异。,下一张,主 页,退 出,上一张,五、保护行的设置设置保护行（guarding row）的作用是：（1）保护试验材料不受外来因素的践踏和损害；（2）防止边际效应。保护行的数目视作物而定，种植品种可用对照，最好是略早熟品种。,下一张,主 页,退 出,上一张,六、重复区（或区组）和小区的排列将全部处理小区分配于具有相对同质的一块土地上，这称为一个区组（block）。一般试验设置3至4个重复，分别安排在3至4个区组上，这时重复与区组相等地，每个区组或重复包含全套处理，称为完全区组，对应为不完全区组。设置区组是控制土壤差异最有效的形式之一。原则上同一重复或区组内的土壤肥力应尽可能相对一致。不同重复间可存在差异。,下一张,主 页,退 出,上一张,第五节 常用的田间试验设计,试验设计是统计学的一个分支，由Fisher于20世纪20年代应农业科学的需要而创立和发展起来，通过试验设计可提高试验的效率。常用的田间试验设计可归纳为顺序排列的试验设计和随机排列的试验设计两类。后者强调合理的试验估计，常用于精确度较高的试验。,下一张,主 页,退 出,上一张,一、顺序排列的试验设计,（一）对比法设计（contrast design）1、适用对象：少数品种的比较试验及示范试验。2、排列特点：每一品种直接排列于对照区旁，便于每一小区与邻近对照区直接比较。3、优点：可获得较精确的结果，有利于实施和观察。4、缺点：对照区过多，土地利用率不高5、重复及小区排列：一般重复36次，小区可以是顺序排列或阶梯排列。,下一张,主 页,退 出,上一张,图2.58个品种3次重复对比排列（阶梯式）,（二）间比法设计（interval contrast design）1、适用对象：育种试验的前期阶段。2、排列特点：在一条地上，排列的第一个区和末尾的一个区一定是对照区，其间通常是4或9个区。3、优点：设计简单，操作方便，可减少边际效应和生长竞争。4、缺点：各处理在小区中的安排不随机，估计的试验误差有偏。5、重复及小区排列：一般重复24次，重复排成多排时，可采用逆向式，如果一条土地上不以安排整个重复小区，则可在第二条地上接下去，但开始时仍要种一对照区，称为额外对照（Ex.CK）。,下一张,主 页,退 出,上一张,图2.68个品种3次重复的间比法排列.,二、随机排列的试验设计,随机方法有抽签法、随机数字表法或计算机（器）随机数字发生法。下面举例说明。,下一张,主 页,退 出,上一张,下一张,主 页,退 出,上一张,1、随机数字表法：如得到一个包括8个处理的试验，将处理分别编号：1，2，3，4，5，6，7，8。然后从随机数字表指定一页中的任意一行去掉0和9可得到8个处理的随机数字，如有重复也去掉。如在附表1的第353页第73行第2列中，随机数字为：726239007222335461657572635418,多于9个处理，可同样查随机数字表。如12个处理，两位两位的取，去掉00、97、98、99(处理数的最大两位公倍数外的数字)。大于12的数均被12除后得余数，将重复划去，最后一个数字查出11个随机数字后自动决定的。例如附表1第354页第30行，每次读两位，得：20 22 25 79 94 72 16 39 88 55 78 66 82 59 13 48 26 40 27 46 12 46 57 52 208 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,下一张,主 页,退 出,上一张,2、抽签法 3、计算机（器）随机数字发生法,下一张,主 页,退 出,上一张,（一）完全随机设计 1、完 全 随机设计是将各处理随机分配到各个试验单元（小区）中，每一处理的重复可以相等，也可能不相等。当试验条件比较一致时，可采用完全随机设计。这种设计应用了重复和随机两个原则，因此能使试验结果受非处理因素的影响基本一致，真实反映出试验的处理效应。,下一张,主 页,退 出,上一张,例如：用不同浓度IAA喷玉米苗，用水作CK，4个处理，每处理3盆，共15盆，试用完全随机方法来设计。包括CK 共5个处理分别用ABCDE表示，5个处理的编号也是随机的，可用随机方法得到为：4 1 2 5 3 DABEC用随机方法得每盆编号为：3 2 5 11 13 12 4 1 14 8 15 7 6 9 105个处理所喷的3盆为：3 2 5 11 13 12 4 1 14 8 15 7 6 9 10,D,A,B,E,C,3、完全随机设计的优缺点 完全随机设计是一种最简单的设计方法，主要优缺点如下：（1）完全随机设计的主要优点 1)设计容易 处理数与重复数都不受限制，适用于试验条件、环境、差异较小的试验。2)统计分析简单 无论所获得的试验资料各处理重复数相同与否，都可采用t检验或方差分析法进行统计分析。,下一张,主 页,退 出,上一张,（2）完全随机设计的主要缺点 1)由于未应用试验设计三原则中的局部控制原则，非试验因素的影响被归入试验误差，试验误差较大，试验的精确性较低。2)在试验条件、环境、差异较大时，不宜采用此种设计方法。,下一张,主 页,退 出,上一张,(二)随机区组设计,随机区组设计。是根据局部控制的原则，将试验地按肥力程度划分为等于重复数的区组，一区组安排一次重复，区组内各处理都独立地随机排列。,下一张,主 页,退 出,上一张,1、随机区组设计的分组方法(1)划分区组，区组数=重复数(2)区组内划分小区，小区数=处理数(3)一个区组内把所有处理随机排列到小 区中。(4)区组与土壤肥力梯度垂直,下一张,主 页,退 出,上一张,肥力梯度,图2.8 8个品种3个重复的随机区组排列,有一个8个品种，3次重复的比较试验，随机区组排列.,2、随机区组设计的优缺点（1）随机区组设计的主要优点 1)设计简单，容易掌握。2)富于伸缩性，单因素、多因素及综合性试验都可应用。3)能提供无偏的误差估计，并有效地减少单向肥力差异，降低误差。4)对试验地的地形要求不严，必要时不同区组可安排在不同地段上。,下一张,主 页,退 出,上一张,（2）随机区组设计的主要缺点 不允许处理数过多，一般不超过20个。因为处理数过多，区组必然增大，局部控制的效率降低，而且只能控制一个方向的土壤肥力差异。,(三)拉丁方设计,拉丁方设计是从横行和直行两个方向进行双重局部控制，使得横行和直行两向皆成单位组的设计。在拉丁方设计中，每一行或每一列都成为一个完全单位组，而每一处理在每一行或每一列都只出现一次，也就是说，在拉丁方设计中，试验处理数=横行数=直列数=试验处理的重复数。,下一张,主 页,退 出,上一张,在对拉丁方设计试验结果进行统计分析时，由于能将横行、直列二个单位组间的变异从试验误差中分离出来，因而拉丁方设计的试验误差比随机区组设计小，试验精确性比随机区组设计高。1、拉丁方简介（1）拉丁方 以 n 个 拉 丁 字 母 A，B，C，为元素，列出一个 n阶方阵，若这 n个拉丁方字母在这 n 阶方阵的每一行、每一列都出现、且只出现一次，则称该 n阶方阵 为nn阶 拉 丁方。,下一张,主 页,退 出,上一张,例如：A B B A B A A B 为22阶拉丁方，22阶拉丁方只有这两个。A B C B C A C A B 为33阶拉丁方。,下一张,主 页,退 出,上一张,第一行与第一列的拉丁字母按自然顺序排列的拉丁方，叫标准型拉丁方。33阶标准型拉丁方只有上面介绍的1种，44阶标准型拉丁方有4种，55阶标准型拉丁方有56种。若变换标准型的行或列，可得到更多种的拉丁方。在进行拉丁方设计时，可从上述多种拉丁方中随机选择一种；或选择一种标准型，随机改变其行列顺序后再使用。,下一张,主 页,退 出,上一张,（2）常用拉丁方 在 植物物 试 验 中，最 常 用 的 有33，44，55，66阶拉丁方。下面列出部分标准型拉丁方，供进行拉丁方设计时选用。,下一张,主 页,退 出,上一张,下一张,主 页,退 出,上一张,2、拉丁方设计方法 设有5个品种分别以1、2、3、4、5代表，拟用拉丁方排列进行比较试验。拉丁方设计步骤如下：,下一张,主 页,退 出,上一张,（1）选择标准方 选择55 标准方。A B C D EB A D E CC E B A DD C E B AE D A C B,（2）随机排列 对选定的55标准型拉丁方进行随机排列。可从随机数字表得到3个五位数字为：13542，41523，34521。然后将上面选定的55拉丁方的直列、横行及处理按这3个五位数的顺序重新随机排列。,下一张,主 页,退 出,上一张,1、直列随机 将拉丁方的各直列顺序按13542顺序重排。2、横行随机 再 将直列重排后的拉丁方的各横行按41523顺序重排。,下一张,主 页,退 出,上一张,3、把5个品种按第三个5位数34521顺序排列 即：3=A，4=B，5=C，2=D，1=E，从而得出55拉丁方设计，如下图所示。,3、拉丁方设计的优缺点（1）拉丁方设计的主要优点 1）精确性高 拉丁方设计在不增加试验单位的情况下，比随机区组设计多设置了一个单位组因素，能将横行和直列两个单位组间的变异从试验误差中分离出来，因而试验误差比随机区组设计小，试验的精确性比随机区组设计高。2）试验结果的分析简便,下一张,主 页,退 出,上一张,（二）拉丁方设计的主要缺点 因为在拉丁方设计中，横行、直列与试验处理数和重复数必须相等，所以处理数受到一定限制。若处理数少，则重复数也少，估计试验误差的自由度就小，影响检验的灵敏度；若处理数多，则重复数也多，横行、直列单位组数也多，导致试验工作量大。因此，拉丁方设计一般用于5-8个处理的试验。在采用4个以下处理的拉丁方设计时，为了使估计误差的自由度不少于12，可采用“复拉丁方设计”，即同一个拉丁方试验重复进行数次，并将试验数据合并分析，以增加误差项的自由度。,下一张,主 页,退 出,上一张,（四）裂区设计(split-plot design),裂区设计是多因素试验的一种设计形式。在多因素试验中，如处理组合不太多，而各个因素的效应同等重要时，采用随机区组设计；如处理组合数较多而又有一些特殊要求时，采用裂区设计。,下一张,主 页,退 出,上一张,在进行裂区设计时，先按第一个因素设置各个处理（主处理）的小区；然后在这个主处理的小区内引进第二个因素和各个处理（副处理）的小区；按主处理所划分的小区称为主区(main splot)，亦称整区，主区内按各副处理所划分的小区称为副区，亦称裂区(split-plot)。,下一张,主 页,退 出,上一张,两个因素中相对第二个因素来讲，一个主区就是一个区组，但从整个试验所有处理组合来讲，一个主区仅是一个不完全区组。由于这种设计将主区分裂为副区，故称为裂区设计。其特点是主处理分设在主区，副处理分设于一主区内的副区，副区之间比主区之间更接近，因而副处理间的比较比主处理间的比较更精确。,下一张,主 页,退 出,上一张,应用裂区的情况：（1）当一个因素各处理比另一个因素需要更大面积时，为了实施和管理上的方便而应用裂区设计。如肥料、灌溉等试验。（2）某一因素的主效比另一因素更重要或者二因素间的互作比主效重要时，宜用裂区设计。要求精确度高的因素作为副处理。（3）如某些因素的效应比另一因素的效应更大时，亦采用裂区设计，将表现较大差异的因素作为主处理。,下一张,主 页,退 出,上一张,裂区实例设计：有一肥料与品种试验，有6个品种，分别用1,2，3,4，5,6表示，肥料用高中低表示，试设计裂区试验。三次重复。,下一张,主 页,退 出,上一张,下一张,主 页,退 出,上一张,高,低,中,低,中,高,高,中,低,肥料与品种试验,第六节 田间试验的布置与管理,主要内容是正确及时地把试验的各处理按要求布置到试验田块，并正确贯彻执行对试验田的各项田间管理和观察记载，以保证田间供试作物的正常生长，掌握生长过程中的动态和获得可靠的试验数据。,下一张,主 页,退 出,上一张,一、田间试验计划的制订,（一）田间试验计划的内容1、试验名称。2、试验目的及依据。3、试验攫取和地点。4、试验地的土壤及轮作方式。5、试验处理方案。6、试验设计和小区技术。,下一张,主 页,退 出,上一张,7、整地、播种、施肥及田间管理措施。8、田间观察记载和室内考种项目及方法。9、试验资料的统计分析方法和要求。10、收获计产方法。11、试验地的土地面积、经费、人力及仪器。12、项目负责人、执行人。,下一张,主 页,退 出,上一张,（二）编制种植计划书种植计划书把试验安排到试验小区作为试验记载簿之用。一般应包括：今年种植区号（或行号）、去年种植区号（或行号）、品种或品系名称（或组合代号）、来源及田间记载项目等。应备有复本。,下一张,主 页,退 出,上一张,二、试验地的准备和田间区划,观察前荐作物长势，施基肥；整地均匀。然后对试验地进行区划。,下一张,主 页,退 出,上一张,G,道,路,N,小麦良种繁育区,G,道,路,G,G,G,G,小麦品种比较试验田间种植图,三、种子准备,在品种试验及栽培或其它措施的试验中，须先测定各品种种子的千粒重和发芽率，不能进行发芽试验的，应要求每小区的播种粒数相同。按种植计划书顺序准备种子，每小区（行）的种子装入一个纸袋，袋上写明小区号。,下一张,主 页,退 出,上一张,四、播种和移栽,按种植计划书的区划插上区号牌，按区号分发种子袋。播种时力求分布均匀。出苗后及时检查出苗情况，有必要应进行移栽。五、栽培管理及收获和脱粒 及时收获，及时脱粒,下一张,主 页,退 出,上一张,第七节、田间试验的观察记载和测定,一、田间试验的观察记载1、气候条件记载2、田间农事操作3、作物生育动态4、室内考种,下一张,主 页,退 出,上一张,二、田间试验中的取样测定1、取样方法合理2、样本容量适当3、分析测定方法标准化,下一张,主 页,退 出,上一张,第八节、温室与实验室的试验,唯一差异原则重复、随机及局部控制原则,下一张,主 页,退 出,上一张,习题,2.1田间试验的特点和基本要求？2.2田间试验误差的主要来源及控制？2.3试述土壤差异的特点？2.4田间试验设计的基本原则是什么？2.5完全随机区组设计有什么特点？2.6书中习题2.5（随机区组设计）2.7裂区试验的应用范围是什么？,下一张,主 页,退 出,上一张,