生态学研究试验设计

第七章生态学研究试验设计试验设计的基本原则试验设计的主要类型环境干扰排除的试验设计解决如何设计试验的问题。第一节试验设计的基本原则广义上的生态学试验有两类测定性试验mensurativeexperiments：对研究对象的真实特性进行测定。如进行同一种群在两种栖境下的大小测定。处理性试验manipulativeexperiments：是对研究对象进行处理的试验。处理一般有多个。试验单元experimentalunit：试验材料中可划分的最小单位。即能进行试验处理的最小对象。试验单元要与亚样方相区分。事例1：研究火灾对草原物种多样性的影响，分别选取了两个10ha的草原，一个进行火烧，一个没被火烧。分别在两草原中调查10m2的样方各50个。则该处理的试验单元为多少个？事例2：在肥料影响植物生长的研究中，在两个区域中分别选取50个小区，随机地进行四种肥料的处理。该处理的试验单元为多少？事例3：为明确纬度对树木生长速率的影响，分别测定了100棵树及其所处的纬度。该测定试验中的试验单元为多少？问题：随机选取9株Bt棉，研究三种盐分胁迫(高盐、中等、低等盐分)对棉株生长的影响。请说出本试验的试验单元及数量？生态学研究应遵守的总原则：每个试验必须设有对照CK。设重复。对照是指没进行处理的试验单元。问题：要测定黑麦草对紫茎泽兰生长的影响，你觉得是否要设定对照？如果需要，如何设对照？ABCK采用多个不同处理来判断哪个处理最理想的试验，可不要独立设置对照。因为每个处理就是另外处理的对照。实例：研究温度对棉蚜繁殖的影响时，设立了20、24、28、32℃四个温度则可，而不必另外设对照。请问只设两个温度，一个为对照可以吗？时空控制研究对照的设置进行处理前后的比较降低试验偏差的方法试验的随机化设置重复设置对照一、随机化Randomizaion随机是一切统计分析的基石，是为了获得无偏的试验误差。生态学试验中要时时做到尽可能的随机随机抽样对试验单元进行随机处理完全随机设计(Completelyrandomizeddesign)试验单元在时间或空间上的分布严格地随机随机区组设计(Randomizedblockdesign)试验区划分出区组，区组内部的理化特性等相对一致，而区组间有较大差异。试验单元分散地安排在各区组中。顺序设计(systematicdesign)将处理顺序地安排到各个小区内。试验结果难以排除时间和空间因子的影响。二、重复ReplicationReplications：多次进行基本试验。研究高盐对Bt棉生长的影响时，同样的盐浓度选用了3株生育期相同的棉苗。研究高温对棉蚜体形大小影响时，在同样高温下测定了30头棉蚜的体长。重复间是相互独立的。每种试验的重复至少需要2次及以上。假重复(pseudoreplication)不是真正意义上的重复简单的假重复：在一个重复中抽取许多样方进行调查。牺牲性假重复：在数据的统计分析之前，已把重复数据统到了一起。时间型假重复：对同一重复进行不同时间调查。重复的均衡和集中其目的是让试验结果更精确选用更为同质性的试验单元。使用能在每个试验单元中均可测定的相关变量来进行分析，获取信息。使用更多的重复。使用一个有效的试验设计(重复数与对照)。均衡设计就是在不同处理中平均设计重复。第二节试验设计类型一、直线加性模型

Linearadditivemodels处理效应和试验单元效应属于加性关系。即测定值大小由三部分组成：依赖于试验单元的值＋依赖于处理的值+误差。处理效应在所有试验单元中均是一个恒定值。例，六个火烧区和非火烧区椰树的密度为：小区号非火烧区小区号火烧区

16712982359248101511114

69122试分析每个测定出的密度值的组成加性模型估计椰树密度为：＝火烧和非火烧小区内椰树的平均密度＋火烧或非火烧的效应＋实验误差小区非火烧火烧1612923524815114692平均8.02.0总平均5.0

非火烧处理效应＝非火烧区密度-所有区密度＝8-5＝3

火烧处理效应＝火烧区椰树的平均密度-所有区内椰树的平均密度＝2-5=-3对火烧3号区的密度2进行直线加性模型分解为：测定值(2)＝总平均密度(5)+火烧处理效应(-3)+误差(2-2)二、因子设计单因子试验设计较为简单。多因子(一般为两因子)时较为复杂。多因子试验时要求：每一处理的各水平要与另一处理的各水平一一匹配。实例：两种温度和三种盐分组合对鱼产卵量的影响，必须是每种温度下均做三种盐分处理，即有6个温度和盐分的组合。多因子试验可分析因子间的互作interact。因子间存在互作时，数据变化线会出现分叉或交叉，无互作时则为平行线。季节区域因素主效应分析A因素i水平的主效应B因素j水平的主效应AB两素ij水平的互作效应环境ABC平均树种X50556055Y60676062.33Z70809080平均6067.337065.777主效应：A=60-65.777=-5.78B=67.33-65.777=1.56C=70-65.777=4.22X=55-65.777=-10.78两因子互作效应：A-X=50-60-55+65.777=0.78B-X=55-67.33-55+65.777=-1.56各处理下的测定值可分解为：第三节环境影响的排除方法

BACI法采用处理前后对照区和处理区同一时间测量值的变化情况来排除环境对处理的影响。同时，也可采用多地点的重复。用Zar(1996)等提出的t测验方法来检验处理与对照区有无显著差异。差异显著性检测方法计算不同时间处理区和对照区测量值的差值dt=Ct-It分别计算处理前和处理后各时间差值dt的平均值及方差。计算处理前和处理后的t值A：处理后B：处理前自由度的校正（要求处理前后的方差相等）

查自由度为df，P=0.05水平的t值，如果计算的t值大于查表所得t值，则处理前后存在显著差异。实例为研究纸浆排出对摇蚊丰度有无影响，测定了开工前和开工后不同年份排出口上方（对照区）及下方（处理区）摇蚊的数量，试确定排浆对摇蚊丰定度有无影响？年份上方下方差值dt19881417-319891214-219901517-31991（排浆）1621-519921324-1119931220-819941521-619951726-919961423-9t=5.59d