第二章 田间试验的设计与实施.ppt

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1、,第二章田间试验的设计与实施,农业科学研究方法分两大类：调查研究法与试验研究法。两者可在田间进行，或结合生产进行，也可在室内进行。,第二章田间试验的设计与实施,&2.1 农业试验的内容、任务、方式&2.2 田间试验的特点和要求&2.3 田间试验常用术语&2.4 田间试验三原则&2.5 试验误差来源及控制&2.6 常用田间试验设计&2.7 试验方案及实验步骤,&2.1 农业试验的内容、任务、方式,一、农业试验是为了提高农业生产力而进行的一种自觉的，有计划的科学研究实践。,二、农业试验的主要内容,品种比较试验栽培措施比较试验适应性试验将国外或外地引进的新品种或新的栽培措施在当地的条件下试种或试用，

2、以检验引进的品种或栽培措施 在当地是否具有应用价值。病虫害防治措施比较试验（研究不同的措施对病害或虫害的防治效果的差异的试验。包括农药药效试验、生物防治试验、综合防治试验）品种与管理相结合的试验,三、农业试验的任务,解决农业生产中需要解决的问题解决农业科学问题,四、农业试验与农业生产的关系农业试验是农业生产的先行和准备为农业生产服务，但又不完全依赖于生产。,五、农业试验的方式,田间试验 实验室试验 盆栽试验 温室试验 利用人工气候室进行的试验等,&2.2田间试验的特点和要求,1、田间试验的概念凡是在田间生产条件下对农作物品种和栽培技术等进行的科学试验都称为田间试验(field experime

3、nt)。,田间试验是在自然的土壤、气候和接近生产的大田条件下，以作物作为研究对象，研究作物对各项技术处理的效应的方法。田间试验是最基本、最直接的农业试验方法。,2、田间试验的任务,在大田自然环境条件下研究新的品种和新的生产技术，客观的评定具有各种优良特性的品种及其适应区域，正确的鉴定最有效的增产技术措施及其适应范围，使科研的成果能够合理地应用和推广，发挥其在农业生产上的作用。,3.田间试验的特点,试验的复杂性;试验的地区性;试验的周期长，具有季节性;存在试验误差;,5.田间试验的要求,（1）试验的目的要明确（2）试验条件要有代表性（3）试验结果要能够重复（4）试验的结果要正确保证一定准确度和精

4、确度,准确度(accuracy):指试验中某一性状的观察值与其相应真值(true value)的接近程度。,精确度(precision):指试验中同一性状重复观察值彼此接近程度，即试验误差的大小，它是可以估计的。,&2.3 田间试验常见术语,一、试验指标、因素、水平、处理1.试验指标(experimental index)衡量试验处理效果的指示性状称为试验指标，简称指标。,2.因素(factor),试验因素：指在试验中对试验指标有影响，在试验中需要加以考察的各种条件，简称为因素或因子。通常用大写字母A、B、C等来表示。,处理因素,非处理因素,试验中可以人为地加以调节的因子叫可控因子，如品种、密

5、度、施肥量、用量等。而不能人为进行调节的因子叫作不可控因子。如：雨量、气候等。,田间试验一般只考虑可控因子。,3.水平(level)因素内的不同状态或者数量等级称为水平。,4.试验按因子数分类(1)单因子试验：只包含一个因子的试验叫单因子试验。其任务是解决这个因子的几个水平间的比较问题。(2)复（多）因子试验：包含两个以上的因子的试验叫复因子试验。,实例：,例.三种药剂的防治害虫试验（、A3），目的是比较三种药剂的防治效果有否不同。,例.两种喷雾方法的比较试验（、）,目的是比较两方法的效果有否不同。,例3：将以上两个例子合起来.,（3）单、复因子试验作用区别:,单因子试验，解决该因子水平间的比

6、较问题。复因子试验不仅要了解各个因子自身水平间的比较问题，还要了解因子之间的相互作用问题，找出最有效的措施，且精度较高的优点。,也是一种多因素试验，试验中各因素的各水平不构成平衡的处理组合，而是将若干因素的某些水平结合在一起形成少数的几个处理组合。目的在于探讨一系列供试因素某些处理组合的综合作用。而不在于检测因素的单独作用和相互作用。,(4)综合性试验,试验处理：指事先设计好的实施在试验单位上的一种具体措施或试验中的具体比较项目叫做处理。,5.处理(treatment),在单因素试中，每一个水平就是一个处理。在多因素试验中，每一 个水平组合(处理组合）是一个处理。,【例如】研究不同品种在不同氮

7、肥施用量下的产量表现：品种：A1、A2、A3 施氮等级：B1、B2,该试验就会有六种水平组合（处理）：A1B1、A1B2、A2B1、A2B2、A3B1、A3B2,【例如】研究 A1、A2、A3、A4、A5 不同品种的产量表现。,二、试验单元(experimental unit),试验单元：提供一个处理所用的具有随机误差的一个观察值的独立单位或施加处理的材料单位，称为一个试验单元（或小区）。,三、试验效应(effect),试验效应：试验因素对试验指标所起的增加或减少的作用称为试验效应。简单效应：在某因素同一水平上，另一因素不同水平对试验指标的影响称为简单效应，即是特殊水平组合间的差数。主效应(m

8、ain effect)：一个因素内各简单效应的平均数称为主要效应，简称主效。互作(interaction)：两个因素简单效应间的平均差异称为交互作用效应，简称互作，反映一个因素的各水平在另一因素的不同水平中反应不一致的现象。,课本P5,【例如】对某水稻品种进行施肥试验，每亩施氮10kg，亩产量为350kg，每亩施氮15kg，亩产量为450kg。,课本P5,则在每亩施氮10kg的基础上增施5kg的效应即为450350100kg/亩。,效应：就是供试因素不同水平下的产量（或其它性状）差异。在单因素试验中，这一差异称作简单效应。,【例如】有一氮肥肥效试验，其处理有：O(不施氮肥)；N(施氮肥)；,则

9、：氮的简单效应=N产量-O产量=N-O,在多因素试验中，一个因素的相同水平下，另一因素不同水平间的产量(或其它性状)差异仍称为简单效应。,【例如】有一氮、磷肥肥效试验，其处理有:P(只施磷肥)；NP(同时施氮肥和磷肥)；,则：氮肥的简单效应=NP产量-P产量=NP-P,实例:某豆科植物22复因子试验，施用氮（N）、磷（P）的4种处理组合试验结果的假定数据，以说明各种效应。,p5,无互作,正互作,负互作,负互作,互作显著与否关系到主效的实用性。不显著，则各因素的效应可以累加，主效就代表了 各个简单效应。正互作时，从各因素的最佳水平推论最优组合，负互作，则根据互作的大小程度而有不同情况。,两个因素

10、间的互作称为一级互作(first order interaction）。一级互作易于理解，实际意义明确。三个因素间的互作称二级互作(second order interaction)，余类推。二级以上的高级互作较难理解，实际意义不大，一般不予考察。,&2.4 田间试验设计的三原则,指整个试验研究课题的设计，包括确定试验处理的方案，小区技术，以及其相应的资料收集整理和统计分析的方法等。,专指小区技术，特别是重复区和试验小区的排列方法。,有效控制土壤差异，降低试验误差,田间试验设计,一、田间试验三原则,1.重复（replication)(1)重复:指每一个处理有两个或两个以上试验单元。(2)重复数

11、:指试验中同一个处理所种植的小区数。例：,估计试验误差试验(常用）表示;降低试验误差;扩大试验的代表性。,(3)重复的作用：,2.局部控制,(1)局部控制:就是分范围分地段控制非处理因素，使其对各个处理的影响趋于最大程度的一致。,实施：将整个试验环境分成若干个最为一致的小环 境，称为区组（block）。每一区组再按试验处理数目划分小区（plot），一个小区随机安排一个处理。,例,作用：进一步减少试验误差,3.随机排列(random assortment),随机排列：指试验中的不同处理都有同等的机会设置在任何一个试验小区上，即重复中的某一个处理究竟安排在哪一个小区，不要有主观成见，完全由随机的方

12、法确定。,(2)随机的作用:获得无偏的试验误差估计值,例：有一6品种的产量比较试验，欲在一块土壤肥力南北走向的试验地进行，n=3,如何合理安排小区。,土壤肥力梯度方向,肥,瘦,区组1,区组2,区组3,三原则间关系,重 复,随机排列,局部控制,无偏估计误差,有效降低误差,二、控制土壤差异的小区技术,1.小区面积在田间试验中，安排一个处理的小块地段称为试验小区（plot）。,2.小区的形状和方向,小区的形状有长方形和正方形两种；,小区的方向专指长方形小区而言，指长方形小区长边的方向。,3.重复次数,试验设置重复次数越多，试验误差越小。但在实际运用时，并非重复越多越好。,4.设置对照区,对照（che

13、ck）:作为试验中处理间比较标准的处理称做对照。,设置对照的目的：在田间对各处理进行比较时，有利于作为衡量品种或处理优劣的标准；利用对照区估计和矫正试验地的土壤差异；,5.设置保护行（guard row）,保护行：对试验区周边或小区间、区组间作而不作观察记录的作物行。,保护行的作用：A防止外来因素的损害（人、畜）B减少边际效应 C防渗透,6.重复区(区组)与试验小区的排列,同一重复或区组内的土壤肥力应尽可能一致，试验地的土壤差异尽可能排列在重复区之间。,区组间的差异大，并不增大试验误差；而区组内的差异小，却能有效的减少误差，因而可提高试验的精确度。,小区在各重复内的排列方式有：,顺序排列：将小

14、区在各重复内按照同一次序排列；随机排列：各小区在各重复内的位置完全随机决定,&2.5 试验误差及其控制途径,一、试验误差及类型1.误差的概念 在试验中实际观察值与其相应真值的偏差称为试验误差2.误差类型 试验中发生的误差有两种：系统误差和偶然误差(机误),误差按来源分类：(1)系统误差(systematic error)由于在观测中因仪器不准，工作者的习惯和偏向等原因所引起的观察值偏大或偏小的差异。,特点:有一定方向性 系统误差不能用数理统计分析方法来消除，只能用试验设计来避免，如选择同质一致的试验材料、标准化操作技术和对试验的外界条件的一致性控制（如试验地、测试仪器等）。,(2)偶然误差(r

15、andom error)随机误差（机误）：由许多无法控制的内在、外在的偶然因素所造成的偏差。,主要由于试验地的土壤差异所引起，这是田间试验误差中最有影响也是最难以控制的；其它因素如病虫害侵袭、人畜践踏、风雨影响等也会引起偶然误差。,偶然误差具有随机性，在试验过程及统计分析中常常把偶然误差称为试验误差。它是衡量试验精确度的依据。在田间试验的设计与实施过程中，必须注意合理估计试验误差，并有效地降低试验误差。,二、试验误差的来源与控制,1.试验误差的来源主要有下列几种：a.试验材料固有的差异 b.试验实施的不一致性 c.试验外界条件的差异,2.控制误差的途径,选择同质的试验材料；改进操作和管理技术，

16、使之标准化；控制引起差异的外界主要因素，灵活应用三原则。,(1)选择肥力均匀的试验地；(2)试验中采用适当的小区技术；(3)应用良好的试验设计和相应的统计分析。正确贯彻执行以上三种措施，已证明能有效地降低误差。,例如：控制土壤差异而减少土壤差异对处理的影响，通常采用的有以下三种措施：,三、土壤差异与试验地的选择,1.土壤差异的表现梯度差异斑块差异,2.土壤差异的估测目测空白试验,3.试验地的选择与培养,有代表性；土壤质地均匀，肥力一致；有土地利用的历史记录；地势平整；位置适当；进行空白试验；采用轮换制；,&2.6 常用田间试验设计法,一、顺序排列设计法二、随机排列设计法,1.对比设计 每隔2个

17、供试处理设一个对照区，使每一个小区与其相邻的对照直接比较。,一、顺序排列设计法,例1：,例2：,2.间比设计,在一条地上，排列的第一个小区和最末尾的小区一定是对照区，每两个对照区之间排列相同数目的处理小区。,方案1,例：8个处理3次重复的间比设计,方案2,例：8个处理3次重复的间比设计,二、随机排列设计法（重点）,完全随机设计随机区组设计拉丁方设计改良对比法裂区设计正交设计（第9章讲）,单因素试验多因素试验,多因素试验,（一）完全随机设计,适用：试验空间中的各种非试验因素者相当均匀一致，否则误差大。,1.实施步骤：将全部试验小区统一编号，按随机的方法安排每个处理。例题,重复和随机广泛应用于环境

18、变异较小的盆载试验、温室试验和实验室试验，而在田间试验中很少应用。,2、优缺点,优点：易设计,对处理和重复数没严格限制，可充分利用全部材料；有无缺区也可进行分析；统计分析简单。,缺点：同处理小区分布比较零乱，不便于观察。没实行局部控制，在试验材料或小区土壤差异较大时，不能采用。,（二）随机区组设计,适用于：存在单方向系统误差的试验随机区组设计:按照局部控制的原则，将整个试验地分成与重复数相等的区组，然后把每一个区组划分成与处理数相等的小区，将各处理随机安排在区组内的小区中。,1.实施步骤：,(1)确定重复数(2)划分区组,原则：重复内具同质性，重复间允许最大异质性区组数重复数；区组的走向与土壤

19、肥力梯度相垂直；区组内的差异尽可能的小，区组间的差异尽可能的大。,(2)小区的划分,小区数处理数；小区的长边与土壤肥力梯度平行；,(3)处理的设置将各处理随机安排区组的小区中，每处理仅占一小区。,(4)区组的设置不同的区组可以设置在不同的地段上，而同一区组内的各个小区必须设置在同一地段上。,【例如】假定有A、B、C、D、E五个处理，每个处理重复3次，采用随机完全区组设计，则田间排列为：,肥,瘦,ABCDE,CBAED,ECDAB,再例：8个品种4个重复的随机区组排列,图：8个品种4个重复的随机区组排列,肥力梯度,图 16个品种3个重复的随机区组，小区布置成两排,2.随机区组设计优、缺点,优点：

20、易设计和分析，能保证试验的精确度和准确度（贯彻了三原则）。对试验条件要求不高，灵活性大，适用广。单因素、多因素试验都可应用。,缺点：不允许处理数太多，一般少于20。试验精确度没有拉丁方设计高。,处理数为2的随机区组设计，叫配对法。,例2:水果保鲜试验：第一对 第二对 第三对,例1:肥料对比试验：第一对 第二对 第三对.第N对,（三）拉丁方设计,拉丁方设计实行双重局部控制，精确度最高，是随机区组设计特殊情况。,1.实施方法从行和列两个方向上排列成区组，而每一处理在每一行或列都只占有一个小区，处理在各区组的排列是随机的。,行区组,列 区 组,55 拉丁方,2.拉丁方设计的特点：,处理数=重复数=行

21、区组数=列区组数；精确度高；试验结果分析简便；,3.随机排列的方法,拉丁方均由标准拉丁方衍变而来。标准拉丁方即第一列和第一行为顺序排列的拉丁方,【例如】设某一试验，有5个处理，分别以1、2、3、4、5表示，试做拉丁方设计。,选择标准方,标准拉丁方,2.按随机数字1 4 5 3 2调 整 直 行A D E C BB C D E AC E B A DD A C B EE B A D C,3.按随机数字5 1 2 4 3调 整 横 行E B A D CA D E C BB C D E AD A C B EC E B A D,4.按随机数2=A,5=B,4=C,1=D,3=E，排列处理3 5 2 1

22、42 1 3 4 55 4 1 3 21 2 4 5 34 3 5 2 1,4.实际应用：,例不同捕哦灯效果比较试验（灯位、日期）,例2烟叶毒素病不同毒素浓度诱病试验，由于不同植株和同一植株上不同部位的叶片（老、嫩）对毒素病的抵抗力有所不同，产生两种实验误差，针对这两种实验误差采用拉丁方设计，如下图所示：,5.拉丁方设计的优、缺点：,优点：精确度最高，适用试验存在两种系统误差的试验。,缺点：1.缺乏伸缩性：处理数=重复数=行数=列数 这种试验设计，不能将一行或一列分开设置；观察记载和田间管理都不方便。2.处理数限于。,（四）改良对比法,适用范围当参试处理数众多，环境条件差异较大（如丘陵地带）时

23、，就难于实现局部控制，改良对比法用增加对照区的办法，来解决这一矛盾，从而提高试验的精确度。,2田间排列说明、每个重复区的第一个小区安排处理，第二个小区安排对照，以后每隔两个处理区安排一个对照区，一直至排完为止。、一般重复3-6次，重复内可不具同质性。、在各重复中，每个处理（不包括对照），必须随机排列。、若一条长形的试验地排不完一个重复，可另起一行，用两行来排完一个重复区。,例：7个处理1个对照3次重复的改良对比法设计,如抽签顺序为：3，5，1，6，2，4，7,3特点：任意一个处理区的左侧或右侧必有一个对照区。,优缺点优点：、适用于丘陵地等环境条件变异较大的地方。、不受处理数的限制，两个以上均可

24、。、田间操作比较方便。缺点：、对照区占地三分之一，比较浪费土地。、未贯彻设计三大原则，精确度较低。、因两个处理共用一个对照，不能认为这两个处理互不相关，所以不宜采用方差分析。,（五）裂区设计,只用于多因素试验,一、裂区设计应用范围因素有主、次之分时各因素的水平要求的面积不一时重点研究某项交互作用时临时加某些新的因素时,2.实施方法,分清主、次因素，先把次要因素各水平（主处理）作随机区组排列，这时的每个小区称主区（整区）。2.再将各主区按主要因素的水平数分小小区（副区），然后随机安排主因素的各水平（副处理）于副区。3从统计学上看，重复最好符合下面要求：,主处理 所分的小区称为主区（整区），主区内

25、各副处理所分的小区称为副区（裂区）。裂区设计的原则：主要因素的各个水平安排在裂区，次要因素各水平安排在整区。,A1 A2 A3,A2 A1 A3,A3 A2 A1,A2 A1 A3,B1B2,B2B1,B1B2,B1B2,B2B1,B1B2,B1B2,B1B2,B2B1,B2B1,B2B1,B2B1,【例如】A为主区因素，有A1、A2、A3三个水平；B为副因素，有B1、B22个水平；2次重复;裂区设计如下:,【例如】A为主区因素，有A1、A2、A3三个水平；B为副区因素，有B1、B2、B3、B4四个水平；2次重复;裂区设计如下:,书例：如有6个品种（1-6表示），控制为副处理；3种施肥量(高、

26、中、低表示），控制为主处理，重复3次，试绘裂区设计的排列图。,方法：先对主处理(施肥量)随机区组设计，后对副处理(品种)随机，每一重复的主、副处理随机皆独立进行。,P27,例：病虫害防治试验。研究因子两个：药剂种类和喷雾方式。参试药剂四种：A1,A2,A3,A4。喷雾方式两种：静电喷雾和非静电喷雾。药剂为主要因子，喷雾方式为次要因子。重复三次。,裂区设计在小区的排列方式上可有变化，主处理和副处理均可排列成拉丁方或随机区组；副区的比较比主区更为精确；,课堂练习:有一幼年绿肥和修剪的试验，绿肥（次因素）有三种（A1-A3），修剪方式(主因素)有4种（B1-B4），重复4次，试绘田间排列图。,&2.

27、7 试验方案及实施步骤,一、试验方案根据试验目的与要求所拟订的进行比较的一组试验处理的总称。,单因素试验方案是各个水平的总称；,【例如】有一氮肥施用量试验，共设亩施纯氮0kg，2kg，4kg，6kg四个水平，这四个水平就是四个处理，四个处理的总合就是试验方案。,多因素试验方案是多个因素水平组合的总称；,【例如】进行甲、乙、丙三个品种与高、中、低三种施肥量的两因素试验，共有 甲高、甲中、甲低;乙高、乙中、乙低;丙高、丙中、丙低;这9个水平组合就是该试验的试验方案。,多因素试验方案根据处理的数目和均衡性，又可分为完全方案、不均衡方案和均衡不完全方案三种:,(1)完全方案 是多因素试验最简单的一种设

28、计方案，即每一个试验因素的每个水平要相互组合，所有因素处于完全平等的地位。,【例如】研究氮、磷、钾肥肥效的试验，包括N，P，K三个因素，每个因素又分为施与不施两个水平。所以，处理数为2228个。,其试验方案如下：处理1 O(CK)处理5 NP处理2 N 处理6 NK处理3 P 处理7 PK处理4 K 处理8 NPK,完全方案包括了每个试验因素不同水平的一切可能的组合，反映情况比较全面，所以也称全面试验(complete experiment)。只包括部分处理的试验，叫做部分实施试验(partial experimentation)。,(2)不均衡方案,为了缩减处理数，在完全方案的基础上，根据经

29、验和专业知识，剔除一些次要的和无意义的水平组合，可构成不均衡方案即不完全方案。,【例如】氮、磷、钾肥肥效试验，在富含钾的土壤上，可剔除K、NK和PK处理，缩减成以下方案：处理1 O(CK)处理4 NP 处理2 N 处理5 NPK 处理3 P,(3)均衡不完全方案,是在保持试验因素之间搭配均衡性的基础上，减少试验处理数。“正交设计”就是典型的均衡不完全方案设计(详见第十三章)。,2.拟订试验方案的要点,根据试验目的、任务和条件选准试验因素 处理水平力求简明，水平间的差异须适当，使处理的效应容易表现 试验处理中必须有作为比较标准的对照,3.拟订试验方案的要点,必须在所比较的处理之间应用唯一差异的原

30、则尽量排除非试验因素的限制 在着手拟订试验方案时，应该对方案所预期得 到的试验结果有所估计,唯一差异原则:,指在进行处理间比较时，除了试验处理不同外，其它所有条件应当尽量一致或相同，使其具有可比性，才能使处理间的比较结果可靠。例如，进行不同品种猪的育肥比较试验，各 参 试猪除了品种不同外，其它如性别、年龄、体重等应一致，饲料和饲养管理等条件都应相同，才能准确评定品种的优劣。,例如：五个品种，每个品种各种五个小区，叫重复五次。,坡顶,坡脚,例8品种，在一坡地进行8品种系比试验，其田间排列：,这种排列很不合理（未实行局部控制），试验不可能得出一个可靠的结果，有时甚至还会颠倒好坏。,例如：假定有A、B、C、D四个处理，每个处理重复3次，采用完全随机设计，则田间排列为：,