生物统计_田间试验的设计与实施

1、第一节第一节 田间试验的特点和要求田间试验的特点和要求 1、田间试验的研究对象和材料是生物体本身,由农作物或其他生物体本 身的反应来直接检测试验的效果,这是田间试验的重要特点 2、田间试验是在开放的自然条件下进行的，因而田间试验的环境条件 存在着导致试验产生试验误差 二、田间试验的基本要求 1、试验目的要明确 2、试验条件要有代表性 3、试验结果要可靠 4、试验结果具有重演性 一、田间试验的特点 第二节第二节 田间试验的误差与土壤差异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 一）试验误差的概念一）试验误差的概念 1、试验误差：由于偶然性因素或其它不可控制的环境条件造成的观

2、测 值偏离处 理真值的部分。 2、系统误差：在一次试验中某个处理或某几个处理的观测值重复定向 出现偏高或偏低的现象。 注意：注意：由试验误差的概念我们知道，系统误差多数是由人为主观因 素造成的，所以系统误差是可以消除的系统误差是可以消除的。而试验误差是不可以消除试验误差是不可以消除 的的，但是我们只要了解试验误差的来源并采取相应的措施，就可以 降低试验误差，从而达到提高试验精确度和准确度的目的。 二二)田间试验的误差来源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.进行试验时外界条件的差异 三三)控制田间试验误差的途径控制田间试验误差的途径

3、1.选择同质一致的试验材料 2.改进操作和管理技术，使之标准化 3.控制引起差异的外界主要因素 田间试验过程中引起差异外界因素主要是土壤差异造成的，通常采用 以下三种措施来降低由于土壤差异引起的试验误差 (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)应用合理的试验设计 事 业 成 功 来 自 奋斗 二、试验地的土壤肥力差异二、试验地的土壤肥力差异 二二)土壤肥力差异的产生土壤肥力差异的产生 1、土壤在形成过程中造成的差异 2、土壤利用过程中造成的土壤肥力差异 三）土壤肥力差异的种类三）土壤肥力差异的种类 1、趋向式肥力差异 2、斑块式肥力差异 四）减少土壤差异的措施四）减少

4、土壤差异的措施 1、均地播种或绿肥掩青 2、试验地轮换使用 一一)土壤肥力差异的测定土壤肥力差异的测定 测定方法：空白试验 高 低 三、试验地的选择三、试验地的选择 1、要有代表性，能够代表将来准备推广试验结果地区的 自然条件和生产条件 。 2、土壤肥力均匀，地势平坦。 3、位置适当，避开树木、高在建筑物、交通要道、容 易受人畜禽糟蹋的地方。 第三节 试验方案 一、试验因素与水平 1、几个基本概念 （1）试验方案：）试验方案：是根据试验目的与要求所拟定的进行比较的一组试 验处理的总称。 （2）试验因素）试验因素(experimental factor)：指通过试验研究的对象，简称 因素或因子。

5、 如：我们研究小麦新品种的产量水平，那么参试的小麦品种就是试 验因素；再比如，我们研究不同氮肥施用量对玉米产量的影响，那 么，氮肥就是试验因素。 (3)试验水平试验水平(level)：试验因素按照量分成不同的级别或 质分成不同的状态，这些级别(状态)就是水平。 如：小麦新品种的产量比较试验中，参加试验的每一个 品种就是一个水平（从质的方面进行划分）；再如：不 同氮肥施用量对玉米产量影响试验中，每一种施氮量就 是一个水平（从量的方面进行划分） 。 (4)试验处理试验处理（treatment）：试验中每一个水平即为一 个处理。 如：玉米品种比较试验中，参试的每一个品种为一个水 平，称为一个处理。玉

6、米密度试验中，可以从量的方面 分为3000株/亩，3500株/亩，4000株/亩，4500株/亩和 5000株/亩5个水平，又称5个处理。 2、试验方案的分类 按其供试因子数的多少可以区分为以下几类： （1）单因素试验（single-factor experiment）： 单因素 试验是指整个试验中只研究一个因素的试验。 例如在品种产量比较试验中，试验目的只在于比较各 品种的产量水平，此时，品种是试验的唯一因素， 该试验就是单因素试验。 单因素试验设计简单、目的明确，试验结果易于分析， 其局限性在于不能了解几个因子的相互关系。 （2）多因素试验（multiple-factor or facto

7、rial experiment ）： 多因素试验是指在同一试验方案中包 含两个或两个以上的试验因素，各个因素都分为不同 水平，这种试验称为多因素试验。 如：在高产栽培试验中所设计的播期播量试验，该试 验的目的就在于研究某一品种的最佳播期、最佳播量 和最佳的播期播量组合。 多因素试验不仅能研究各因素单独的效应，而且能研 究两个或两个以上因素结合起来的交互作用。 在多因素试验中，各因素都可分为若干不同水平，各 因素的不同水平相互搭配起来，就构成了多因素试验 的各个处理组合。 如甲、乙、丙3个品种与高、中低3种施肥量的二因 素试验中，共有甲高、甲中、甲低、乙高、乙中、 乙低、丙高、丙中、丙低9种处理

8、组合，这样的试验， 除了可以明确两个试验因素的作用外，还可以找出3 个品种对各种施肥量是否有不同反应，进而选出最 优处理组合。多因素试验能够全面地说明问题，其 效率往往高于单因素试验。 但是多因素试验中的高级的交互作用有时解释起来 会很困难。 （3）综合性试验（comprehensive experiment） 一个因 素的特定水平与另外一个因素的特定水平搭起来形成 一些特定的处理组合。各个因素的各水平不构成平衡 的处理组合。 也是一种多因素试验，但与上述多因素试验不同。综 合性试验中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几个处理组合。 目的在于探讨一系列供试

9、因素某些处理组合的综合作 用，综合性试验是建立在对若干单个因素的效应或若 干个因素的互作效应已有相当的了解。主要用于综合 技术研究，试验和结果分析是把特定处理组合作为单 因素处理对待。 二、试验指标与效应二、试验指标与效应 1、试验指标试验指标（experimental indicator）：用于衡量试 验效果的指示性状称试验指标。 一般田间试验中最主要的常常是产量这个指标 一个试验中可以选用单指标，也可以选用多指标，这 由专业知识对试验的要求确定。在设计试验时要合理 地选用试验指标，同时对试验指标要分清主次。 2、试验效应（experimental effect） （1）定义：指试验因素对试

10、验指标所起的增加或减少 的作用。 （2）分类： 简单效应（simple effect）：指在同一因素内两种水平间试验 指标的相差属简单效应。 主要效应(main effect) 一个因素内各简单效应的平均数称平均 效应（average effect），亦称主要效应，简称主效。 互作效应（interaction effect）：指两个因素简单效应间的平均 差异。 它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。 水平N1N2平均N2-N1 P1 P2 10 18 16 28 13 23 6 10 平均 P2-P1 14 8 22 12 10 8 4， 4/2=2 N的主 要效应

11、P的主 要效 应 N与P交 互 效应 P1条件下N简单效 应，其余类推 因素间的交互作用只有在多因素试验中才能反映出来。 互作显著与否关系到主效的实用性。若交互作用不显 著，则各因素的效应可以累加，主效就代表了各个简 单效应。在正互作时，从各因素的最佳水平推论最优 组合，估计值要偏低些，但仍有应用价值。若为负互 作，则根据互作的大小程度而有不同情况。 两个因素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

12、大，一般不予考察。 试验方案试验方案包含的内容： 明确试验目的； 根据试验目的确定考察因素及其水平； 试验中设置必要的对照处理； 确定重复次数； 选择合理的试验设计及小区技术； 确定考察的试验指标，即变数。 第四节第四节 田间试验设计的原则田间试验设计的原则 一、重复原则一、重复原则(replication) 试验中同一处理种植的小区数即为重复次数试验中同一处理种植的小区数即为重复次数 2、重复的作用 （1）估计试验误差）估计试验误差 （2）降低试验误差，提高试验精确度）降低试验误差，提高试验精确度 3、重复次数的确定 田间试验：田间试验：3-4次为宜次为宜 实验室实验：实验室实验：5-6次为

13、宜次为宜 1、定义： 二、随机排列原则二、随机排列原则 是指一个处理或处理组合被安排在哪一个试验小区靠随是指一个处理或处理组合被安排在哪一个试验小区靠随 机方法确定，而不受人的主观影响机方法确定，而不受人的主观影响 2、随机排列的作用 （1）避免系统误差）避免系统误差 （2）随机排列与重复相结合可以提供一个无偏的试验误差无偏估值随机排列与重复相结合可以提供一个无偏的试验误差无偏估值 3、随机排列的方法 （1）随机数字表法）随机数字表法 （2）抽签法）抽签法 1、定义： 三、局部控制原则三、局部控制原则 指分范围分地段控制非处理因素，使这些非处理因素对处理的指分范围分地段控制非处理因素，使这些非

14、处理因素对处理的 影响能够最大限度趋向一致影响能够最大限度趋向一致 将试验地划分成等于重复数的区组，各处理在一个区将试验地划分成等于重复数的区组，各处理在一个区 组内只出现一次，区组内的小区数等于处理数组内只出现一次，区组内的小区数等于处理数 划分区组时应使区组的长边划分区组时应使区组的长边 应与肥力梯度垂直，小区的应与肥力梯度垂直，小区的 长边应与肥力梯度平行长边应与肥力梯度平行 可有效降低由于试验地肥力可有效降低由于试验地肥力 差异而引的试验误差，提高差异而引的试验误差，提高 试验准确性试验准确性 1、定义： 2、局部控制方法： 3、局部控制的作用 高 低 注意： 第五节第五节 控制土壤差

15、异的小区技术控制土壤差异的小区技术 一、试验小区的面积一、试验小区的面积 1、试验小区（、试验小区（experimental plot）：）：在田间试验中，安排一个处理的小在田间试验中，安排一个处理的小 块地段称试验小区，简称小区块地段称试验小区，简称小区(plot) 2、小区面积与试验误差的关系、小区面积与试验误差的关系 CV 小区面积 试验误差试验误差随着小区面积的增加而减小，但面随着小区面积的增加而减小，但面 积增加到一定程度误差减少的幅度变小，因此，积增加到一定程度误差减少的幅度变小，因此， 小区面积不能无限增大小区面积不能无限增大 。 二、小区的形状二、小区的形状 是指小区长度与宽度

16、的比例 长方形小区、正方形小区 3-10 : 1 长方形小区正方形小区 1、小区的形状： 2、小区的种类： 3、长方形小区的长宽比： 三、重复次数三、重复次数 ACKBCCKD 试验次数的确定依据：试验次数多少根据试验所要求的精确度、试验地土壤差试验次数的确定依据：试验次数多少根据试验所要求的精确度、试验地土壤差 异大小、试验材料如种子的数量、试验地面积、小区大小等具体情况而定。一异大小、试验材料如种子的数量、试验地面积、小区大小等具体情况而定。一 般情况下田间试验重复般情况下田间试验重复3-4次次 四、对照区的设置四、对照区的设置 对照是处理的比较标准，以CK表示 （1）衡量处理的优劣）衡量

17、处理的优劣 （2）估计和矫正试验单位的差异）估计和矫正试验单位的差异 DCKCBCKA 对照顺序排列 CECKADB DCAEBCK 对照随机排列 五、保护行五、保护行(区）的设置区）的设置 1、设置保护行的目的 （1）保护试验材料免受人畜损害）保护试验材料免受人畜损害 （2）减少边际效应的影响）减少边际效应的影响 2、设置保护行原则 （1）保护行需设置）保护行需设置4行以上，太少达不到预期目的行以上，太少达不到预期目的 （2）成熟期应早于处理，这样保护行可提前收获，减少混杂，同）成熟期应早于处理，这样保护行可提前收获，减少混杂，同 时也可减少鸟类危害时也可减少鸟类危害 六、区组的排列六、区组

18、的排列 1、定义：指安排全部处理小区的相对同质的一块土地指安排全部处理小区的相对同质的一块土地 2、区组排列的原则：同一区组内土壤肥力尽可能相对一致，区组同一区组内土壤肥力尽可能相对一致，区组 间土壤肥力可以有差异间土壤肥力可以有差异 3、区组的排列方式：可排成一排也可排成两排或多排，这要依据试可排成一排也可排成两排或多排，这要依据试 验地的地形及肥力差异情况而定验地的地形及肥力差异情况而定 第六节第六节 常用的田间试验设计常用的田间试验设计 一、顺序排列的试验设计 一）对比试验设计 二）间比试验设计 二、随机排列的试验设计 一）完全随机试验设计 二）随机区组试验设计 三）裂区试验设计 一、顺

19、序排列的试验设计一、顺序排列的试验设计 一一) 对比法设计对比法设计(contrast design) 1、设计特点：每一供试处理的每一供试处理的 小区均直接按某种顺序排列于小区均直接按某种顺序排列于 对照区的旁边，即每隔两个处对照区的旁边，即每隔两个处 理小区有一对照区，重复间的理小区有一对照区，重复间的 小区排列有阶梯式和逆向式两小区排列有阶梯式和逆向式两 种排列方法种排列方法 现有现有6个小麦品种进行预试试个小麦品种进行预试试 验，我们依据株高进行编号为验，我们依据株高进行编号为 1、2、3、4、5、6、对照为、对照为 CK 案例：案例： 4 1ck 23ck54ck6 保护行 保护行

20、保护行 保护行 5ckckck612 3 走 道 保护行保护行 保护行保护行 1ck 23ck54ck6 6ckckck54321 走 道 2、对比试验设计优缺点 每一处理均于对照相邻，这样易于观察比较，且精确度高，设计简单每一处理均于对照相邻，这样易于观察比较，且精确度高，设计简单 缺点： （1） CK的小区太多，增加了土地使用面积的小区太多，增加了土地使用面积 （2）处理的排列不随机，没有满足田间试验的随机原则，所以不能正）处理的排列不随机，没有满足田间试验的随机原则，所以不能正 确地估计出试验误差，从而无法应用统计分析进行显著性测验确地估计出试验误差，从而无法应用统计分析进行显著性测验

21、3、应用范围：多应用于少数处理的预试比较试验和生产示范试验多应用于少数处理的预试比较试验和生产示范试验 二二) 间比法设计间比法设计(interval contrast design) 1、设计特点：首尾两个小区为CK，每两个CK之间排列数目相同的处理 小区（4个或9个）；若不能将所有处理安排在同一条地块上，需设置额 外对照（EXCK），不同重复的排列可用逆向式或阶梯式 案例：现有8个玉米品种作预试试验，对照品种为郑单958，采用间比试验设计 分析：按品种的生育期对品种进行编号，分别用1、2、3、4、5、6、7、8表示对 照用CK表示 优点： 2、间比试验设计的优缺点、间比试验设计的优缺点 优

22、点：设计简单，相对于对比法可容纳更多的处理优点：设计简单，相对于对比法可容纳更多的处理 缺点：没有满足田间试验设计的随机原则，无法正确地估计试验误差缺点：没有满足田间试验设计的随机原则，无法正确地估计试验误差 3、应用范围：、应用范围：主要用于育种的前期阶段，材料较多而精确度要求相对较低， 如鉴定圃 CK 12345678 CKCK 保 护 行 保 护 行 CK 87654321 CKCK 保 护 行 保 护 行 走 道 走 道 保 护 行 保 护 行 间比试验田间种植图 二、随机排列的试验设计二、随机排列的试验设计 一一)完全随机设计完全随机设计(completely random desi

23、gn) 1、设计特点：划分小区，小区数划分小区，小区数=处理数（或处理组合）处理数（或处理组合）重复数，重复数， 把处理或处理组合随机地安排在试验小区内把处理或处理组合随机地安排在试验小区内 案例：现有现有A、B、D、C、E 5个小麦品种进行产量比较试验，重复个小麦品种进行产量比较试验，重复3次次 （2）给每品种进行编号：A（1）,A（2）,A（3）,B（4）,B（5）,B（6）,C（7） C（8）,C（9）,D（10）,D（11）,D（12），），E（13）,E（14）,E（15） （3）采用随机数字表法或摸球法产生随机数字 （1）划分小区：小区数：小区数=5X3=15 案例分析： AAAB

24、BBCCCDDDEEE 951151314783210121164 2、完全随机试验设计的优缺点 优点：完全随机设计中各处理或处理组合的重复数可以相等，也可 以不等，方便灵活 缺点：由于没有设置区组，所以就没有局部控制，不能效地控制试 验误差 3、完全随机试验设计的应用范围：此种设计适用于各试验单位的性质 各试验条件均匀一致的试验中，如：盆栽试验，室内实验 二）随机区组试验设计二）随机区组试验设计 现有一试验：有现有一试验：有A A、B B、C C、D D、E 5E 5个小麦新品种，需比较它们在产量上个小麦新品种，需比较它们在产量上 是否存在显著差异，重复是否存在显著差异，重复3 3次，试验地

25、具有趋向式肥力差异，试采用合次，试验地具有趋向式肥力差异，试采用合 适的田间试验设计适的田间试验设计 案例： （一）设计步骤： 1.划分区组：区组 的个数等于重复次 数，区组排列方向 与环境变异方向一 致 2.划分小区：小区 数等于处理数，小 区的排列方向与环 境变异方向一致 3.随机排列：所有 处理在每一区组内 小区间随机排列 EBDAC EBDAC DCABE 保 护 行保 护 行保 护 行 保 护 行保 护 行保 护 行 走 道 走 道 走 道 走 道 保 护 行 保 护 行 高 低 河南省小麦区试试验河南省小麦区试试验 随机区组试验设计随机区组试验设计 保护行保护行 处理处理 组区组区

26、 走道走道 二、随机区组试验设计的优点二、随机区组试验设计的优点 1.1.设计简单，易于掌握；设计简单，易于掌握； 2.2.富有弹性，可适用于单因素、多因素试验；富有弹性，可适用于单因素、多因素试验； 3.3.可以控制单向肥力差异引起的试验误差；可以控制单向肥力差异引起的试验误差； 4.4.该试验设计采用了田间试验设计的三个原则该试验设计采用了田间试验设计的三个原则 三、随机区组试验设计的缺点三、随机区组试验设计的缺点 1.1.处理数不宜过多，一般不超过处理数不宜过多，一般不超过2020个；个； 2.2.不能控制双向土壤差异。不能控制双向土壤差异。 四、随机区组试验设计的适用范围四、随机区组试

27、验设计的适用范围 对试验精确度要求较高，处理数在对试验精确度要求较高，处理数在1515个左右的个左右的 单因素和多因素试验均适用。单因素和多因素试验均适用。 三三)裂区试验设计裂区试验设计(split-plot design) 1、裂区试验设计的方法 把试验地划分成区组，区组数等于重复数，区组的排列方向与环把试验地划分成区组，区组数等于重复数，区组的排列方向与环 境变异方向一致境变异方向一致,区组之间设置走道，区组两端及四周设置保护行区组之间设置走道，区组两端及四周设置保护行 在每一区组内划分主区，主区等于主处理数,主处理在每一 区组内的主区间随机排列 在每一主区内划分副区，副区等于副处理数，

28、副处在每一主区内划分副区，副区等于副处理数，副处 理在每一主区内的副区间随机排列理在每一主区内的副区间随机排列 注意注意：在裂区设计中由于副区之间的试验条件比主区之间更为接近，因此，副 区的试验误差小于主区的试验误差，所以我们常把研究因素中比较重要的那个因 素放在副区内称为副处理。 案例1：为研究小麦新品种豫农202的高产栽培措施，现设置一试验，其 中灌水量设置3个水平，分别为A1、A2、A3,密度设置3个水平,分别为B1、 B2、B3，要求重复3次，试设计一个合理的田间试验 . （1）划分区组： （2）划分主区和 主处理随机排列： （3）划分副区和 副处理随机排列： 案例分析：本试验中灌水对

29、周围影响较大，为减少因此而造成的试验误差需设置 较大小区面积，所以应采用裂区试验设计，把灌水的各处理放在主区内，把密度 的各处理放在副区内 第一步：划分3个区组， 区组之间设置走道， 并在区组两端及四周 设置走道和保护行 第二步：因为主处理 有3个，所以在每个 区组内划分3个主区, 主处理在每一重复的 主区内随机排列 第三步：因为有3个 副处理，所以在每一 主区内划分3个副区 , 副处理在每一主区内 的副内随排列 高 低 走 道 保 护 行 保 护 行 走 道 走 道 保护行 保护行 保护行 保护行保护行 保护行 走 道 A3A1A2 A3A2A1 A1A2A3 B2B1B3B1B3B2B2B

30、3B1 B2B3B1B2B3B1B1B3B2 B3B1B2B1B2B3B2B3B1 案例案例2 2:有一个含四个品种的苹果品种比较试验，是三次 重复的随机区组。田间排列如图。 几年后，苹果结 果了，为了考察施 肥对不同品种的效 应，又要安排一个 由三种肥料（、 、）构成的考 察因素。用裂区设 计。 2、裂区试验设计的优缺点 优点： （1）对更多特殊要求的二因素试验比较适合）对更多特殊要求的二因素试验比较适合 （2）满足田间试验设计的三个基本原则，能够较为精确地估）满足田间试验设计的三个基本原则，能够较为精确地估 计出试验误差计出试验误差 缺点： 设计比较复杂设计比较复杂 3、裂区试验设计的应用

31、范围 （1）一个因素比另一个因素需要更大的面积的试验）一个因素比另一个因素需要更大的面积的试验 （2）两个因素处理的精确度不一样）两个因素处理的精确度不一样 （3）两个因素的效应差异较大,或主要考察的是两因素间的交互作用， 而不是主效应 (4) 单因素试验已实施,需增加一个因素 本章小结 重点掌握内容重点掌握内容 1、两个概念：试验误差，系统误差 2、田间试验误差的来源及其控制措施 3、土壤肥力差异的测验方法，土壤肥力差异的表现形式 4、田间试验设计的原则及其作用 5、常用的5种田间试验设计方法 思考题思考题 1、采取哪些综合措施可以有效降低田间试验误差和消除系统误差？ 2、针对不同的试验如何选择合理的田间试验设计，依据是什么？ 作业：作业：P34页，2.2；2.6；2.7 三、试验地的选择三、试验地的选择 1、要有代表性，能够代表将来准备推广试验结果地区的 自然条件和生产条件 。 2、土壤肥力均匀，地势平坦。 3、位置适当，避开树木、高在建筑物、交通要道、容 易受人畜禽糟蹋的地方。 第三节 试验方案 一、试验因素与水平