田间试验的设计

第十章 田间试验的设计,第一节 田间试验设计的概念与原则 第二节 控制土壤差异的小区技术 第三节 常用的田间试验设计,第一节 田间试验设计的概念与原则,一.田间试验设计的概念 （一）广义的概念 是指整个试验课题的设计,包括确定试验处理的方案、小区技术以及相应的资料搜集整理和统计分析的方法等。,（二）狭义的概念 是专指小区技术,尤其是重复区和试验小区的排列方法。 二.田间试验设计的作用 1.减小试验误差,提高试验的精确度。 2.提供无偏的处理效应和试验误差的估计值,三.田间试验设计的原则,（一）重复 1.定义 试验中同一处理所种植的小区数。每一处理种植1个小区就称为1次重复,种植2个小区就称为2次重复.,2.作用 （1）估计试验误差 （2）降低试验误差 更准确地估计处理效应,2.随机 （1）含义 指试验材料的配置和处理的顺序都是用随机方法确定的。 （2）作用 与重复结合,可以提供无偏的试验误差估计值。,3.局部控制 （1）含义 将整个试验环境分成几个相对最为一致的小环境,分范围、分地段控制非处理因素,使其对处理的影响趋于最大程度的一致。 （2）作用 降低试验误差。,第二节 田间试验的小区技术,一.试验小区的面积、形状和方向 试验小区:田间试验中安排一个处理的小块地段. （一）试验小区的面积 较大面积的小区能更多地包含试验地的复杂性,从而减少小区间的土壤肥力差异,降低试验误差.但其作用有限度.,在确定小区面积时,必须考虑以下几方面,1.试验种类 机械化栽培试验、灌溉试验、肥料试验及病虫害试验等小区应大些,而品种试验则可小些. 2.作物类别 种植密植作物的小区可小些;种植中耕作物则可大些.,3.试验地土壤差异程度 土壤差异大,小区面积应大些;土壤差异小,小区面积可相应小些.当土壤差异呈斑块状,则应用较大的小区. 4.育种工作的不同阶段 新品种选育过程中,品系数由多到少,种子数量由少到多,采用小区面积应从小到大.,5.试验地面积和处理数 试验地面积较大时小区可适当大些;试验地处理数不多时,可采用较大小区;处理数多时,则应该用较小小区. 6.试验过程中的取样需要 试验过程中如需取样进行各种测定时,则要相应增大小区面积.,7.边际效应和生长竞争 边际效应:是指小区两边或两端的植株,因占较大空间而表现的差异. 边际效应大的相应需增大小区面积.一般,小区的每一边可除去12行,两端各除去0.30.5m,留下合适的收获面积,以便测产计产.,常用田间试验小区面积(),（二）试验小区的形状和方向,狭长形小区比正方形小区,更能包含试验地土壤的复杂性,因而能降低试验误差;正方形减少边际效应和生长竞争的效果更好,综合两者,小区形状以长方形为宜,且长边应与肥力变化方向平行.小区大时,长宽比以231为宜;小区面积小时,可取351.,二.重复次数,应根据试验要求的精确度、试验地土壤差异大小、试验材料的数量、试验地面积、小区大小等确定.一般:小区面积较小的试验,36次重复;小区面积较大的试验,34次重复;生产性示范试验,2次重复即可.,三.对照区的设置,（一）对照区的含义 又叫标准区,即用来衡量试验处理效果优劣的对比小区. （二）设置对照区的用途 1.作为衡量品种或处理优劣的依据. 2.估计和矫正土壤差异,（三）对照区的设置方法,1.顺序式:每隔一定数目的处理设置一个对照区. 2.随机式:对照区与其它处理小区一样,在试验中随机安排.,四.保护行和走道的设置,（一）保护行(G)的作用 1.保护试验材料不受外来因素的影响. 2.消除边际效应 （二）保护行的设置 整个试验地两边应种植保护行35行,两端种植23m宽.保护行种植的品种,可用对照品种,最好选用比供试品种早熟的品种,以便提前收获避免混杂.,（三）走道的设置,两排小区之间以及重复与两端保护行之间要设置走道,以便于观测记载和田间作业.,五.区组和小区的排列,（一）区组的排列原则 区组的划分应垂直于肥力梯度方向.以保证同一区组内的土壤肥力尽可能一致,而不同区组间的土壤肥力允许有较大差异. （二）小区的排列原则 小区的长边应平行于肥力梯度的方向,使同一区组内不同小区间的土壤肥力尽可能一致.,第三节 常用的田间试验设计及其结果分析,一.顺序排列的试验设计 （一）对比法设计 常用于少数品种的比较试验及示范试验 1.设计方法 每隔2个供试品种设1个对照区,使每个处理都能与其相邻的对照直接进行比较.各重复可排成多排,不同重复可采用逆向式或阶梯式.,6个处理4次重复逆向式,7个处理4次重复阶梯式,2.优点 （1）可以提高供试品种与对照品种比较的精确度.(可比性高) （2）有利于田间直接观察比较. 3.缺点 （1）对照区占地面积大,大约占试验小区总数的1/3,土地利用率低. （2）在分析试验结果时,各处理间不能直接相互比较.,（二）间比法设计,常用于育种工作的前期试验,因为这时试验的品系数量多,又不能采用其他设计法. 1.设计方法 在每个区组的两头各设1个对照区,区组中间的小区每隔一定数目再设1个对照.多排时,各区组(重复)可逆向式,如果一块地不能安排整个重复的小区,可在第2块地接下去,12个品种2次重复的间比法设计,16个品种3次重复的间比排列,2.优点 设计简单,土地利用率比对比法高. 3.缺点 不能消除系统误差;不能提供无偏的误差估计,理论上不能应用统计分析进行显著性检验.,二.随机排列的试验设计,（一）完全随机设计 1.设计方法 遵循重复和随机两个原则. 完全随机设计将各处理随机分配到各个试验单元(或小区)中，每一处理的重复数可以相等或不相等，这种设计对试验单元的安排灵活机动，单因素或多因素试验皆可应用。,随机有两方面的含义:一是试验处理,试验顺序的随机安排;二是试验材料的随机分组.采用抽签法或随机数字表法.,例如要检验三种不同的生长素，同一个剂量，测定对油菜苗高的效应，包括对照（清水）在内，共4个处理（A1、A2、A3、A4），若用盆栽试验，每处理用6盆，共24盆，进行完全随机试验设计。 随机化的方法可采用抽签法，即准备24张纸，A1、A2、A3、A4各写6个，充分混匀后，抽签决定试验的顺序。,也可用随机数字表确定试验顺序，方法是：从随机数字表中随机地抽取一个数字，从此开始依次往下（也可往上、往左、往右）读24个2位数（去掉00），凡大于24的数均被24除后得余数，将重复数字划去，查出23个数字后就决定了最后一个数字。将确定的顺序号填入下表,2.优点,(1).设有重复,可估计试验误差,并可减小处理平均数的误差. (2).进行随机可以保证试验误差和处理效应估计的无偏性.,3.缺点,对试验条件要求严格.即要求各种非试验因子均匀一致. 4.完全随机试验设计的统计分析 统计方法参见单向分组资料的方差分析,变异来源总变异分为处理间和处理内(试验误差)两个部分.,（二）随机区组设计,1.设计方法 根据局部控制原理,首先把试验地按垂直肥力梯度的方向划分成几个区组(重复),然后,把不同的处理小区采用随机的方法安排在同一区组内.,2.优点 （1）设计简单 （2）弹性大,单因素及多因素试验都可采用 （3）能够降低单向肥力差异所造成的误差,能够提供无偏的误差估计 （4）对试验地的地形要求不高,不同的区组可以安排在不同的地段上.,3.缺点 （1）区组的容量较小. 同一区组内不允许安排过多的处理数(20),否则会降低局部控制的效率. （2）只能控制一个方向的土壤差异 （3）对区组内土壤肥力的均一性要求较高 （4）方差分析时,只能鉴别出区组之间的差异而分辨不出区组内的差异.,8个处理4次重复的随机区组排列,（二）拉丁方设计,1.介绍两个名词 拉丁方：以n个拉丁字母A，B，C,为元素，作一个n阶方阵，若这n个拉丁字母在这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n×n阶拉丁方 标准方:第一列与第一行均为顺序排列的拉丁方.如:3×3拉丁方,2.拉丁方设计的方法 第一步:选择标准方 根据处理数来选择.如有K个处理,就选K×K的标准方. 如:为了研究5种不同温度对蛋鸡产蛋量的影响,将5栋鸡舍的温度设为A、B、C、D、E,把各栋鸡舍鸡群的产蛋期分为5期,由于各鸡群和产蛋期的不同对产量有较大影响,因此采用拉丁方设计,把鸡群和产蛋期作为单位组设置,以便控制这两个方面的系统误差.选取5×5阶拉丁方P294,第二步:直列(列)随机化 查随机数字表,抄录3个5位数,得13542;41523;34521.将标准方的各直行(列)顺序按13542顺序重排. 第三步:横行(行)随机化 再将直列重排后的拉丁方的各横行按41523顺序重排 第四步:把5种不同温度按34521顺序排列,即A=3,B=4,C=5,D=2,E=1,即:拉丁方中的A表示第3种温度,B表示第4种温度等,依次类推,5种不同温度对鸡产蛋量影响的拉丁方设计,3.优点 能够控制来自两个方向的条件(土壤)差异,试验的精确度较高. 对区组内土壤肥力的均匀一致性要求不严,并能降低区组内的土壤差异,提高试验的精确度.,4.缺点 要求处理数必须等于纵横两个方向的区组数,因此处理数不宜过多,一般为58个较好. 在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. 在拉丁方设计中区组的排列通常只能采用多排式,这就要求试验地近于方形.,应用拉丁方设计时的注意点,横行、直列区组因素与试验因素间不存在交互作用才用,否则不能采用拉丁方设计.,（二）裂区设计,1.设计方法 （1）按重复次数n划分成n个区组. （2）按一级因素的水平a,将每个区组划分为a个主区,并随机排列a个主处理. （3）按二级因素的水平数b,将每个主区划分为b个副区,并随机排列b个副处理.,小麦品种(A)与播期(B)裂区试验设计,2.特点 （1）副区的试验误差比主区小,即副区的试验精确度高,主区的低. （2）统计分析时,可以分别估计主区的试验误差和副区的试验误差 （3）主处理位于主区,副处理位于副区.,3.适用情况 （1）试验因素对小区面积大小要求不同的多因素试验,要求较大小区面积的因素作为一级因素; （2）试验因素效应大小有明显区别的多因素试验,效应较明显的因素可作为一级因素; （3）试验因素的精确度要求高低不同的多因素试验,精确度要求较高的因素作为二级因素;,（4）试验因素的重要性不同的多因素试验,较重要的因素应作为二级因素; （5）定位试验中新增试验因素时需采用裂区设计,其中新增试验因素作为二级因素.,（三）条区设计(strip blocks design),条区设计是属裂区设计的一种衍生设计，如果所研究的两个因素都需要较大的小区面积，且为了便于管理和观察记载，可将每个区组先划分为若干纵向长条形小区，安排第一因素的各个处理(A因素）；再将各区组划分为若干横向长条形小区，安排第二因素的各个处理(B因素），这种设计方式称为条区设计。,假定第一因素(A因素)有4个处理，第二因素(B因素)有3个处理，其3个重复的条区设计如图所示。,上图为两因素都作随机区组的排列方式。但也可将第一因素作随机区组排列，第二因素作拉丁方排列。同理，也可将第一因素作拉丁方排列(重复次数应与第一因素处理数目相等），第二因素作随机区组排列。 条区设计能估计三种试验误差，分别用以测验两个因素的主效及其交互作用，但对两个因素的主效测验则不如一般随机区组设计精确，因此仅用于对交互作用特别重视的试验。,