1、第三章 田间试验的基本原理与技术jpkc.njau.edu/biostat/common.asp?d=106 主要内容主要内容1.试验误差的来源与克服途径2.设置试验小区技术3.小区田间排列方式4.试验处理设计 田间试验是在人为控制条件下进行试验处理，使非试验条件对试验的影响接近一致，突出主要研究内容，以差异对比法为基础，观测比较不同处理的反应和效果。试验指标：在试验中用来判断试验处理效果好坏的标准。试验因素：对试验指标有影响，在试验中需加以考察的条件，建成因素或因子。试验处理：也叫水平，是指试验因素的不同状态或不同的数量级别，处理是试验中最基本的参试单位。试验方案：是根据试验目的和要求所拟定
2、的进行比较的一组试验处理的总称，具体就是指试验指标、试验因素和处理，重复次数、对照以及设计方法的确定等。主要任务主要任务:排除非试验因子的干扰，准确地比较、鉴定试验因子之间的差异，选出优良的品种和处理。1.试验误差的来源与克服途径试验误差的来源与克服途径真实值与试验值之间的差异误差误差Mistake error 在田间试验所得到的观察值中，除了含有处理的真实效应外，还包含有其他非试验因素的干扰和影响，这样就使处理的真实效应不能完全反映出来，这种使观察值偏离试验处理真值的影响称试验误差，简称误差。一般可分为两种：一种是系统误差系统误差，是由处理以外的其他非试验条件的明显不一致所造成的。另一种是偶
3、然误差偶然误差，是指在严格控制非试验条件相对一致后仍不能消除的偶发性误差，也叫随机误差随机误差。误差是衡量试验精确度的依据。试验误差与试验中发生的错误是完全不同的，误差是不可避免的，而避免错误发生是完全可以做到的。概念l 误差：因非处理因素的偶然干扰和影响，而造成的试验结果与真值的偏差，称误差，也称机误。l 真值：试验处理的真实效果。l 准确度：试验结果与真值相接近的程度。l 精确度：重复同一试验各次试验结果之间相接近的程度。l 系统误差：由可观察和可鉴别的原因造成的，可消除。l 随机误差：由偶然因素的影响造成的不能消除1.1 误差的来源（1）土壤差异所引起的误差，其中最主要的是土壤肥力的差异
4、（2）气候因子：外界环境条件的差异（3）作物群体间竞争（4）试验材料的差异（5）一些不易被人们所控制的、偶然性的原因造成的误差 主要是来自非试验因子的干扰，分为容易控制和不易控制两大类1.2 减少、排除和估计误差的原则及方法1.2.1 试验设计减少误差原则（1）设置重复：在试验中，同名小区出现的次数称为重复。显然只有重复次数大于或等于2的试验才能称为有重复的试验。设置重复的作用是：估计误差和降低误差。减轻土壤、气候等误差，增加数据的代表性和正确性（2）随机排列原则：随机是指在一个重复区中的某一个处理究竟安排在哪一个小区，不能由试验者的主观意志进行排列，而完全是由机会决定的。随机的作用是估计误差
5、。随机排列是估计试验误差的重要手段，也是应用生物统计方法分析试验结果的前提。降低土壤肥力、气候等误差，消除相邻小区间群体竞争误差。（3）局部控制：就是分范围、分地段的控制非试验因素，使之对各处理的影响趋于最大程度的一致，也就是说 通过对试验小区的合理安排，把误差控制在一个局部范围内。局部控制是用来排除规律性非试验因子干扰的重要手段，其主要功能是降低试验误差原则把非试验因子误差放到重复之间，而不放到重复之内.1.2.2 控制方法 选整齐一致的试验材料 改进操作管理技术 减少土壤差异 匀地播种 试验地合理轮作 采用适宜的田间试验设计 尽力控制外界环境条件的影响2.设置试验小区技术设置试验小区技术
6、目的：目的：从选地及试验设计入手，去掉土壤差异等非试验因子所引起的误差。包括小区形状、面积、重复次数、设置对照和保护行以及区组和小区的排列等2.1 试验地的选择2.1.1 肥力变化规律 (1)差异原因：l土壤性质差异l土壤利用的不同。(2)表现形式：l 趋向式有规律。l 斑块状无规律。2.1.2 试验地的选择 有代表性 肥力要均匀一致 地势平坦 位置适当 选作试验地的田块最好要有土地利用的历史纪录 判断土壤肥力的方法：判断土壤肥力的方法：目测法：看种植的材料生长是否一致，目测法：看种植的材料生长是否一致，如生长势和整齐程度来粗略判断肥力差异状况。空白试验法空白试验法：在整个试验地上种植单一品种
7、的作物（以植株较小而适于条播的谷类作物为好），在作物生长的整个过程中，从整地到收获，采用一致的栽培管理措施，并对作物生长情况作仔细观察。收获时将整个试验地划分为面积相等的若干单位，编号，分别计产，计算产量的变异系数，根据变异系数的大小以及各测量小区产量高低及分布情况来估计土土壤肥力差异及分布状况，单位间变异系数大，则说明土壤差异大，否则反之。通常认为，当空白试验测定的变异系数小于10%或15%时，才符合试验地对土壤肥力均匀一致的基本要求2.1.3 试验地的培养（1）匀地播种：按照相同的密度播种同一品种的作物，并给以均匀一致的栽培管理措施。（2）合理轮作：将整个试验区划分为几个面积相等的大区，每
8、年轮流在其中的一个大区中设置试验，其余的进行匀地播种。（3）深耕：多施有机肥，压绿肥等也可缓和差异。2.2 小区设计 试验小区:安排每一个处理所需用材料的基本单位成为一个试验小区，简称小区.一般地讲，在一定范围内，随小区面积的增加，试验误差减小。同时，适当的小区形状和方向在控制误差提高试验精确度方面也有相当作用。（1）小区形状 一般采用长方形和正方形两种，采用长方形可以减少小区间的土壤差异。但是长方形不宜过长，以免造成边际效应过大。长:宽 5:1 10:1比较合适 小区的方向则是小区的长边应与非试验因素变化方向相平行（2）小区面积 一般来说，小区面积越大，土壤肥力的代表性越强，试验结果越准确。
9、小区间的变异系数越小。扩大小区面积，变异系数下降幅度变小。一般来说，小区面积以20-100平方米为宜。（根据实际情况来安排）蔬菜作物种植的株数为100-150株，最少不能低于40-60株（3）重复次数 增加重复次数，有利于降低试验误差。但并非重复次数越多越好，重复次数过多，因为重复次数增加到一定时，误差的降低缓慢，且由于整个试验材料、试验地的增加，难于保证对各处理的各项管理操作以及观察记载的一致，反而会引起误差增加。主要根据土壤的不均匀性和试验材料的变异幅度大小来定，当肥力不均匀，材料变异幅度大，应该增加重复次数，否则应该减少。重复次数越多，结果越准确。一般大区试验可以不设重复，小区试验可以设
10、置3-6次重复。（4）合理设置对照区 一般在一个试验中只设一个对照，但有时为满足多个试验目标的要求可以设置2个或2个以上对照。设置对照时一定要注意其代表性和合理性，例如品种比较试验，一般应以当地主栽优良品种为对照；进行栽培技术方面的试验时以当地最常用的栽培管理技术为对照；根外追肥、浸种、扦插等试验时应以叶面喷清水、清水浸种或插条等等。目的：目的：观察记录时，作为衡量处理优劣的标准；利用对照来估算和矫正田间试验误差 注意：对照要有代表性和合理性；可以设置一个或多个对照。对照排列：对照排列：对比法排列：每隔2个品种设一个对照 间比法排列：每4-9个品种，设立一个对照 随机排列：每一个重复区（区组）
11、内都要设置对照区。对对照区的要求是：除了不进行试验处理之外，其余各种条件及各项管理操作均应与处理小区的相一致。（5）设立保护行 目的；1）保护材料不受偶然因子影响 2）使试材在相对一致的环境中生长，避免边缘小区受边际效应的干扰。边际效应是指试验地四周的小区或小区边上的植株受到光照、通风、营养、水分等条件的不同而使其生长发育与试验地内部的小区或小区内部的植株生长发育有所差异。对保护行的植株不进行任何处理和观察测定。设置保护行的方式有：在试验地四周设置；当区组分散布置时，在区组四周设置；在小区四周设置（特别是小区之间有能引起边际效应的因素存在时）。保护行的种植数应本着经济有效的原则，既减少占地面积
12、，又能起到保护作用。3.小区田间排列方式小区田间排列方式 顺序排列法与随机排列法。顺序排列是指试验中的各个处理在各重复区内按一定的顺序进行排列。此法不能正确估计试验误差，所以不能进行以概率论为基础的统计分析方法进行试验结果的显著性测验。这种设计多用于一些简单的单因素试验、预备试验以及示范性试验。常用的顺序排列设计有对比法设计、间比法设计。随机排列法：随机区组法、拉丁方法、裂区法和正交设计法等 随机排列指各试验处理以及对照在一个重复区中的排列是随机的。可以克服土壤及其他非试验因素给试验造成的系统误差的影响，有正确的误差估计，获得的试验结果能够进行显著性测验。但田间排列不规则，观察记载及田间操作不
13、太方便，不小心时易发生差错。在园艺植物科学试验中主要采用的是随机排列的设计方法。1ck23ck45ck6ck12ck34ck5每隔两个品种或处理设置一个对照可以设置2-4次重复，区组可以采取单排式、双排式或多排式等方式排列。（1）对比法）对比法1ck2 3 ck45 ck61ck2 3 ck45 ck66ck54ck32ck16ck54ck32ck1单排式单排式1ck2 3 ck45 ck61ck2 3 ck45 ck6逆向多排式重重复复1ck23ck45ck67ck811.517.218.816.713.515.417.720.719.227.822.815.421.223.510.119.
14、416.69.219.111.99.721.820.32014.310.39.728.416.222.316.516.722.923.517.120.6对邻近对邻近CK%=某品种总产量某品种总产量/邻近邻近CK的总产量的总产量重复1ck23ck45ck67ck811.517.218.816.713.515.417.720.719.227.822.815.421.223.510.119.416.69.219.111.99.721.820.32014.310.39.728.416.222.316.516.722.923.517.120.6总 产量47.545.657.666.054.845.041
15、.162.134.366.956.161.2与CK%104.2100126.3120.410082.166.210055.2119.3100109.1位次5612 78 93 4 优点优点：简单、容易掌握；田间鉴定和资料分析比较直观；处理不多，土壤差异大，宜采用此法。缺点缺点：精确度差、群体间竞争误差不易除掉；不易进行变量分析（方差分析），各处理只能与对照比较，各处理间不能之间比较，资料整理比较烦琐；比较浪费人力、物力。对照区占地太多，产生系统误差（2）间比法）间比法将试验处理按照一定顺序排列起来，不论几次重复，排列顺序不变。通常每隔4个或9个品种（处理）设置一个对照。区组采用逆向式或分段轮换
16、式排列ck1234ck5678ckck1234ck5678ckck8765ck4321ckck1234ck5678ck逆向式排列ck1234ck5678ckck5678ck1234ckck1234ck5678ck分段轮换式排列 优缺点与对比法大致相似，但是田间排列、观察记录比较方便，资料整理比较简单；群体间竞争误差不能消除，结果精确度差；直观性差。在处理多、精度要求不高，可采用此法。例如品种选育初期鉴定试验：优点：工作方便，不易出现差错，难减少误差。缺点：对照区占地太多，产生系统误差。（3）随机区组法随机区组设计：试验地按土壤肥力程度分为等于重复次数的区组，一个区组即一次重复，然后把每个区组再
17、划分成等于处理个数的小区，区组内各处理随机排列。完全按照随机定位原则进行排列，应用了设计的三个基本原则（重复、随机排列、局部控制），精确度高，布局灵活，广泛应用。5 4 2 1 32 1 4 3 53 1 5 2 45 13 2 4GGGG区组肥力变异方向设计方法：根据“局部设计”原则来划分区组区组内划分与处理数相等的小区小区排列是随机的优点：减少土壤肥力差异以及偶然因素造成的误差；排除小区间的群体竞争误差；排列方式灵活,富于弹性;对地形要求不严；试验设计和结果分析比较简单；设计简单易于掌握;能提供无偏的误差估计条件;缺点：田间排列、观察和结果分析比较复杂，在品种较多的情况下容易出错；有时由于
18、小区过多，增加了试验误差。不能控制两个方向肥力差异所造成的误差。因此一般处理数不多（不超过12个），对试验精确度要求高的情况下采用此法。每个区组内，每个品种只能出现一次。（4）拉丁方设计 拉丁方试验是将试验地从两个方向划分成区组，每一直行（列）和直行（列）都成为区组，每处理在每一直行和横行都出现一次，所以拉丁方设计的重复数、处理数、直行数和横行数均相等。设计时，需要选择一个标准方（第一横行和第一直行均为顺序排列的拉丁方）。如 4X4 标准方 A B C D A B C D A B C D A B C D B A D C B C D A B D A C B A D C C D B A C D A
19、 B C A D B C D A B D C A B D A B C D C B A D C B A 优点：（1）可以从两个方向控制土壤肥力差异，精确度高；（2）通常用于单因素试验，也可以用于试验因子或水平不多的复因子试验。缺点：（1）灵活性不强，重复数必须等于处理数,只适合4-8个处理试验（2）要求土地平整，具有或接近正方形，缺乏区组设计具有的灵活性。（5）裂区设计 是多因子试验的一种形式。如果处理组合少，因子重要性相同，一般采用随机区组设计 如果处理组合多，因子重要性不一致，一般采用裂区设计。实际中，裂区设计适合于两因子试验。先按第一个因素各处理(主处理)设置小区，再在主处理的小区内引进第
20、二个因素各处理的小区，由于这个设计将主区分裂为副区故称为裂区设计 首先将试验地根据重复数的多少划分为重复数的区组；然后把某一试验因子作为主处理，把每个区组划分为等于主处理数的主区（整区），将主处理随机的排列于各个主区。把另一个因子作副处理，根据副处理的多少，把主区划分为等于副处理数目的副区（裂区）各个副处理随机排列于副区。这种将整区（主区）分裂为裂区（副区）的设计，叫做裂区设计。番茄品种和整枝对产量影响：整枝（A）分：单杆（A1），双杆（A2），三杆（A3）在主区 品种（B）：B1，B2，B3，在副区A3B3A3B2A3B1A1B1A1B3A1B2A2B2A2B1A2B3A2B1A2B2A2B
21、3A3B2A3B3A3B1A1B3A1B1A1B2A1B3A1B1A1B2A2B2A2B3A2B1A3B1A3B2A3B3GGIIIIII 优点：能够以不同的精确度对各个试验因子进行分析，可以通过方差分析估算出主区和副区的试验误差。与随机区组相比，裂区的因子间精确度高，主区间因子精确度低。缺点：实验设计、田间排列、统计分析比较复杂，容易出错。以下情况可以考虑裂区设计：1.两个因子比较，对实验小区面积要求不一致，要求面积大的因子安排在主区，要求小的安排在副区；2.把重要主效因子安排在副区，次要主效因子安排在主区；3.把效应大的因子安排在主区，效应小的安排在副区；以下情况可以考虑裂区设计：1.两个
22、因子比较，对实验小区面积要求不一致，要求面积大的因子安排在主区，要求小的安排在副区；2.把重要主效因子安排在副区，次要主效因子安排在主区；3.把效应大的因子安排在主区，效应小的安排在副区；4.对精确度要求高的安排在副区，精确度要求低的安排在主区；5.要求某一因子的各处理排在一起，便于田间观察，可把要求排在一起的因子安排在副区；6.在小区面积较大的单因素试验中，临时需要增加新的因子，可以把原来的小区作主区，划分为副区，新增的因子安排在副区。（5）正交试验设计 （一）概念 在正交试验中，根据正交表只把一部分处理组合用来进行试验，从而减少了区组内的小区数，减少了试验用地和开支，大大减少了工作量。由于
23、这种设计是借助于正交表来进行的，所以利用正交表来安排多因子试验和分析试验结果，就叫正交试验。正交表的基本性质：（1）任何一个供试因子的任一水平都具有与其它因子的任一水平遇到一起的机会，并且遇到一起的次数是相等的，这叫作均衡搭配性或均衡分散性。（2）同一个因子的任一水平在部分实施的处理组合中出现的次数是相等，这叫作整齐可比性。（二）类别 1、相同水平正交表 Lk(mj)L：表示正交；K：试验处理组合数 m：试验因子水平数；j：该表最多可以安排的效应数.K=mn,n：全部实施时所能研究的主效数处理号 列号1231111212232124221L4(23)2、混合水平正交表 Lk(m1j1*m2j2
24、)L：表示正交；K：试验处理组合数 m1j1*m2j2：表示具有m1水平的试验因子j1列和具有m2水平的试验因子j2列，每一混合水平正交表由k行j1+j2列组成。处理号 列号12345111111212222321122422211521212622121721221822112L8(4*24)共8个处理组合，可以安排具有4水平的因子1个，具有2水平的因子最多4个，最多可估计1+4=5种效应。试验因子水 平1234品种（A）黑又亮（A1）沈茄1号（A2）沈茄2号（A3）长茄1号（A4）密度（B）57 000（B1）63 000（B2）施肥量（C）1500（C1）2250（C2）试验因子及其水平
25、（三）设计(1)确定试验因子及水平数探讨新培育的4个茄子品种的丰产措施，拟进行品种、密度和施肥量的综合试验。（2）选择合适的正交表（3）进行表头设计，写出处理组合名称处理号试验因素 列号123ABC11112122321142225212622172128221（4）采用随机区组设计（四）优缺点（1）优点：可以利用较少的组合研究较多的试验因子。（2）缺点：不能够对主效和互作作出精确的估计。处理组合数的减少就势必带来试验因子的主效和互作的混杂。4.试验处理设计试验处理设计试验处理几个概念 因素：将试验研究对象的因素称试验因素，简称因素。水平：将一个因素从质量方面和数量方面所划分成的不同等级或状态
26、称水平 处理：在试验小区上所实施的试验措施称处理。试验要研究的因素也称为处理因素；非研究的因素也称为非处理因素。水平数=处理数（单因素试验）水平组合数=处理数（复因素试验）小区：一个处理在田间所占有的地段或地块 4.1 单因子处理设计 只对一个因子的若干水平（处理）进行研究的试验，叫单因子试验，把每个因子划分为若干水平叫处理设计。4.2 复因子处理设计 把每个因子划为若干处理后，再把各因子不同水平组合起来，叫复因子处理4.1.1质量性差异的单因子处理设计 该因子不是随意分割的，只能够按照固有的单位进行处理设计；该处理设计简单 如品种比较，前期采用对比法或间比法，后期采用随机区组法，便于变量分析。4.1.2数量性差异的单因子处理设计 把单因子采用不同方法分割成不同的等级，一个等级一个处理。常用方法：等差法、等比法、随机法 处理设计注意问题：（1）中心处理确定不是随机的，必须来源于生产实践或科研；（2）处理间距要适当，通常选取预备试验中较好的水平或是前人报道的较为适当的水平作为中心处理。处理间距要适当，不可过大或过小 连应式：连应式：完全实施方案的复因素处理 标准式：标准式：不完全实施方案的多因素处理 复因子试验处理设计要求因子和处理水平不能复因子试验处理设计要求因子和处理水平不能太多，以免复杂太多，以免复杂
