宁夏测土配方施肥田间试验设计方案选择

宁夏测土配方施肥田间试验设计方案选择

实地试验主要是指社区试验，其项目和操作技术直接影响试验结果的准确性。为了确保结果的分析遵循统计学原理，并得出正确的结论。1试验计划的选择1.1试验设计与试验结果选择正确的试验设计方案是进行试验的首要步骤。由于田间试验客观存在供试土壤、树势(枸杞、果树等)等条件的绝对不均匀性特点,我们必须充分理解、掌握控制及降低试验误差,提高试验精确度所要求的重复、局部控制与随机3大设计原理,选择适宜的试验设计方案。大量实践证明,无论是单因子还是多因子试验(定性或定量试验),肥料试验不宜设置过多处理(常不多于6~8个),并应按随机区组设计方案进行较好,广泛适用,风险较小;而处理过多(10~20个以上)的多种试验设计方案(如各种多因子多水平的多处理回归试验),因一个区组占地面积就很大(相当或甚至超过一个普通随机区组试验),区组内难以达到局部控制要求,地力、树势误差增大,不均衡的地力等差异全部混杂于不同的小区(处理)之中,试验误差增大,甚至试验失败。宁夏测土配方施肥项目已在多种作物上做了很多氮磷钾“3414”(14处理)试验,作者还做过“均回归匀设计”(12处理)试验,其结果经回归运算,得出的施肥量数据常常令人置疑,甚至出现异常值而不可用。图1表示的是在灌淤土上的一个试验结果,试验前直观看地力比较均匀,但试验结果却表明,同一处理在不同位置产量差异较大,表明试验田土壤基础肥力差异仍然较大。如果在此田安排一个处理很多的试验,其结果是可想而知的。因此,在通常条件下(供试地力、树势普遍存在差异),选用较少处理的随机区组试验设计更为稳妥。在地力很不均匀的盐碱地、新垦地,稀植作物特别是果树、枸杞等个体差异较大的情况下,更不宜采用处理过多的各种试验设计方案。在盐碱地上,因盐碱程度极不均匀,盐碱斑分布毫无规律,试验设计更应以“少处理多重复”的原则为宜,采用处理较少(4~6)的拉丁方设计会更好(从两向控制误差)。1.2采用多因子多水平试验设计的优缺点各种元素肥料的作用虽有主效应和互作效应之分,但主效应是决定性的、最重要的,其交互效应既十分复杂又极易变化,不可能寻求一个可通用于各种情况的反映各种肥料间的互作关系函数。因此,搞清各种元素肥料的主要效应是最重要的,其主要的研究方法就是进行单因子试验。采用多因子多水平试验设计(一般处理多或很多),从数学原理上讲具有很多优点,可获得很多的信息(与单因子试验比较,可考察各因子的相互作用及其最优肥料组合),又可减少总体工作量。但如上所述,这种设计的处理数必然较多或很多,区组内难以达到局部控制要求,试验失败的机率较高;即使增加1~2次重复,控制和消除误差的效果不会显著提高,还使得试验变得庞大,增大了实施难度,更不利于在多点进行。采用单因子多水平试验设计(可设计为较少处理),虽然获得的信息量较少(主要是确定因子主效应),也不能考察各因子间的交互作用,但易于达到局部控制要求,误差显著降低,试验成功率较高,而且便于在各类型区进行多点试验。各因子的主效应(及有关参数)搞清了,便可灵活地进行各因子组合,提出适用于不同条件下的施肥建议。2试验操作2.1土壤肥力因素试验试验的田间布局,首先必须选择符合试验要求的试验田或供试树木群体,它们要具有综合代表性,土壤肥力或供试树体尽可能均匀,试验田(关键是试验区)周边不存在各种影响因素(如树木等),同时要确保试验的安全性(如不要紧邻村庄、干道等)。试验田(树体)选好后,小区田间排列是否正确,也会直接影响到试验结果的准确性。2.1.1设置保护区和保护行,进行有效管理人们通常只是提出在整个试验的外围设置“保护行”(或保护区),在小区内不提保护行的概念;在这里,作者为了强调消除小区内普遍客观存在而又常被忽视的边际影响(包括边际效应和生长竞争效应及施肥等导致小区间的相互影响),特别地提出了整个试验外围的“保护区”与小区内的“保护行”的概念,以对二者加以区别。小区内保护行的一切操作管理措施与该小区一致(仅在收获时必需裁除保护行)。选择的试验田(地),其大小必须能够满足设置保护区和保护行的要求:(1)在整个试验区外围一般应有最少100cm以上宽度的保护区,田边有树等情况时则应有足以消除其影响的宽度;(2)保护行包括小区两侧各1~3行,两端各20~50cm宽度。表1是引自国际水稻研究所KwanchaiA.Gomez编著的《田间试验技术》中的资料(中国土壤学会1983年6月印发),可见其边际影响的程度。表2是小区的水稻中行产量与其它行产量差异比较(行距20cm)。有人认为,各小区都存在边际效应,收获时不必裁边。但是,事实上各处理(小区)间的边际相互影响是不均等的,必须裁边。不裁边往往会使生长竞争占优势的处理产量结果增高,夸大该试验因子(肥料等)的效果。枸杞、果树、压砂瓜等行距很宽,小区内一般可不设置保护行(在一块田中,一般也没有那么多的行数、棵数供选择)。成龄枸杞、果树行间根系相互交织,做肥料试验时小区间最好挖沟以塑膜隔离(切断交叉的根系)、坚持数年为好。2.1.2试验的地面配置2.1.2.区组方向和处理的安排(1)区组(重复)的排列区组的划分必须遵循局部控制原理,尽可能确保一个区组内的试验条件一致或差异最小(如地力、树势及以后的一切操作、管理措施),可使区组内各小区间土壤或树势差异尽可能小,而让区组间占有最大的土壤或树势差异。若地力、坡度或树势按一定方向变化,那么,区组方向应与其变化方向垂直(图2)。若试验田不能安排一个完整试验,可将区组安排在不同田块。在窄长的条形地块上试验,应按地长方向分段划分区组(即垂直于地长方向划分区组),有利于局部控制(图3),而不要顺地长方向划分区组(图4)。因此,处理较多的试验(如“3414”试验),更不宜选择在窄长的条形地块上进行,应选择方形地块按二排式或三排式排列。(2)区组内小区(处理)的排列每个区组内各小区(即处理)安排必须遵循随机原理。一个试验中各区组内各处理都要随机安排。但若各区组中同一处理排在一条直线上时,应作适当调整,使其错位,详见图5、图6示例。同一个试验在多点重复进行,各点试验都要各自进行随机排列以避免发生系统误差(采用同一排列方案,则各点都保持各处理位置的固定差异)。2.1.2.地力或树体重复拉丁方设计是处理数与重复数相同、并按拉丁方排列方法进行的试验设计。拉丁方排列的两个方向互为区组(重复),它可从纵横两个方向控制地力(或树体)差异,具有更高的精确度。但因重复数要求与处理数一致,伸缩性受到制约,一般以4~6个处理比较适宜。拉丁方的田间排列方法是以选定的标准方为基准,分别将其纵行和横行进行随机变换,再将处理随机号一一对应安排即成,详见图7示例。2.2裁除受边际影响的边行如前所述,在一个试验中,边际影响是普遍客观存在的(表1、表2),它会显著地影响试验结果的准确性,因此,在收获时必须裁除受边际影响的边行(即保护行)。视其边际影响的宽度情况,每个小区两侧各需裁除1~3行,两端各裁除20~50cm宽度。总之,需要裁除的行数(撒播时为宽度)以能消除边际影响为准。在一个试验中,为方便计产,各小区裁除的行数尽可能一致,并以裁除最多的行数为准。2.3规划居住区面积和社区面积2.3.1积必然变化因小区试验在收获时必须裁除受边际影响的保护行,计产面积必然发生变化。我们把试验过程中的小区净面积(即除去小区埂或小区间距后)称之为小区面积,收获时裁除保护行后的收获面积称为小区计产面积(或小区收获面积)。2.3.2生产面积应正确2.3.2.不同行种植小区计产面积及长度(1)等行距种植小区计产面积(S)=收获长度×收获宽度=收获长度(L)×(收获行数(n)×行距(a))(2)宽窄行种植小区计产面积(S)=收获长度×收获宽度=收获长度(L)×[收获“双行”数(n)×(窄行行距(a)+宽行行距(b))]2.3.2.度a试验的边行处理小区计产面积(S)=收获长度(L)×收获宽度(A)试验按撒播种植的,收获时同样必须裁除受边际影响的“边行”(即一定宽度),以消除边际影响;其后按实际收获的长度和宽度计算计产面积即可。2.3.3不裁除受影响的保护行对作物高产水平的影响在实践中,常因小区面积计算不准确对产量水平产生很大的影响。计算计产面积时易出现的错误是少计计产面积,常常发生在行植方式下少计收获宽度。原因为无论是裁除还是不裁除“边行”,都可能少计1个行距。(1)收获时如果不裁除受影响的保护行因在种植作物时都是种植到小区埂边,在小区内实际多种了1行,如果收获时不裁除边行不仅未消除边际影响,还常常习惯地误将小区面积当作计产面积,这就相当于少计了1个行距宽度的面积(如果加1个行距,则又出现施肥量并未按此面积施用的新问题),详见图8所示。由于不裁除边际影响和计产面积少计,作物单产水平就被人为地显著提高了。(2)收获时即使裁除了受影响的保护行收获时虽然裁除了保护行,但在测量计产小区宽度时只从始行量至末行,这时的计产宽度中实际就少计了1个行距,作物单产水平也就相应被人为地提高了,详见图9、图10-1、图10-2。总之,无论是裁边还是不裁边,小区收获行数越少,其错误提高的比例就越大。2.3.4宽度少计1个行时,产量被错误提高(1)等行距种植当小区计产宽度少计1个行距时作物单产水平被错误提高的比例(p):p=1/(n-1)(n为收获行数)如水稻肥料试验,裁边行后小区收获8行,正确的收获宽度即为8个行距,其中施纯N16kg/667m2的处理产量折算为700kg/667m2,增产300kg/667m2,折每1kgN增产稻谷25.0kg;但若宽度少计1个行距时(即7个),其产量则为700×(1+p)=700×[1+1/(8-1)]=800kg/667m2,产量被错误提高了14.3%(即100kg/667m2),则每1kgN增产稻谷被错误提高到31.3kg,氮肥效益显然被夸大了。(2)宽窄行种植当小区计产宽度少计1个行距时产量被错误提高的比例(p):p=b/[na+(n-1)b](少计1个宽行距)或p=a/[nb+(n-1)a](少计1个窄行距)其中:n为收获的“双行”个数,a、b分别为窄、宽行的行距。如宽窄行种植的玉米,a、b分别为30cm、60cm,裁边行后小区收获3个“双行”时,正确的收获宽度即为3个(a+b)=270cm,其产量折算为600kg/667m2。但若:(1)收获宽度中少计1个宽行距时(即60cm),其产量则为771kg/667m2,产量被错误提高了171kg/667m2(即28.6%);(2)若收获宽度中少计1个窄行距时,其产量则为675kg/667m2,产量被错误提高了75kg/667m2(即12.5%)。3试验结果的分析3.1f检验与养分丰缺指标试验结果的比较无论是定性试验还是定量试验,试验处理间的差异是否可信或可信度高低,不能简单只看试验结果的平均值大小(或增减率),必须对处理间差异进行显著性检验(F测验),即进行变量分析(方差分析),也就是进行定性分析,才可能对试验结果做出准确或合理的判断。由表2可见,土壤养分丰缺指标试验结果必须先做F检验,再评判养分丰缺程度。只有差异显著的,才可做出丰缺程度的评判结论。由表3可知,只有通过F检验的试验结果在统计上才是可信的。但是,我们不能仅由个别或几个试验结果做出规律性的结论,必须要充分证明其重演性:(1)即使通过F检验的试验结果,是否具有重演性也是需要重复检验的;(2)未通过显著性检验的试验结果(即差异不显著的),试验因子也不一定就无效,有可能是受其它因子严重干扰所致(如严重不均的地力、病虫害干扰了肥效差异;严重的干旱影响了肥效发挥)。因此,获得的初步试验结果,无论是肯定还是否定的,都还需要继续进行试验验证。3.2没有必然的确定关系施肥量试验处理间差异显著性与回归显著性之间虽有一定相关性,但没有必然的确定关系,即试验处理间差异无论是否显著,其回归都有显著或不显著的可能性。下面以实例说明(FS代表SignficanceF;R2为决定系数)。3.2.1回归分析的方程由表4可见,回归方程虽然回归显著或极显著,决定系数也很高,但因试验处理间差异不显著而失去了做回归分析的前提,因而回归方程不可用。因此,当试验处理间差异达不到显著水平时,就无必要再做回归分析。3.2.2回归结果的可参考应用由表5可见,由于各试验处理间差异显著或极显著,试验结果可信,虽然回归达不到显著水平,但运算结果比较符合实际的回归方程,仍然可参考应用(回归显著性仅表示对试验结果的拟合程度,并不能否定F检验结论)。由表6可见,由于各试验处理间差异显著或极显著,试验结果可信,虽然回归达不到显著水平,但回归方程仍然可酌情应用(运算结果为外推值时不可取),或直接参考应用试验实值。小茴香施氮肥时,可直接参考表6中试验实测数据。3.2.3处理间差异的影响这种情况是普遍存在的,表明由试验结果作出的回归分析结果更为准确。在做回归分析时,按各处理平均值回归与按各处理各小区值回归比较,回归显著水平有时会有很大变化,彼此的回归甚至可由不显著变