第一章實驗設計

第二章試驗設計概述第一節(jié)田間試驗的特點和要求一、田間試驗的特點

(1)由農作物或其他生物體本身的反應來直接檢測試驗的效果，這是田間試驗的重要特點。試驗材料本身便存在產(chǎn)生試驗誤差的多種因素。

(2)田間試驗是在開放的自然條件下進行的，因而田間試驗的環(huán)境條件也存在著導致試驗產(chǎn)生試驗誤差，包括系統(tǒng)誤差和隨機誤差的多種可能性。二、田間試驗的基本要求(1)試驗目的要明確(2)試驗條件要有代表性(3)試驗結果要可靠(4)試驗結果要能夠重演

(5)體現(xiàn)唯一差異原則第一節(jié)田間試驗的特點和要求應抓住當時的生產(chǎn)實踐和科學實驗中急需解決的問題；并照顧到長遠的和在不久的將來可能突出的問題。在進行試驗時，既要考慮代表目前的條件，還應注意到將來可能被廣泛采用的條件。使試驗結果既能符合當前需要，又不落后于生產(chǎn)發(fā)展的要求在進行試驗的全過程中，特別要注意田間試驗的唯一差異原則，即除了將所研究的因素有意識地分成不同處理外，其它條件及一切管理措施都應盡可能的一致。在相同條件下，再次進行試驗或實驗，應能獲得與原試驗相同的結果。這對于在生產(chǎn)實際中推廣農業(yè)科學研究成果極為重要第二節(jié)田間試驗的誤差與土壤差異一、田間試驗的誤差(一)田間試驗的誤差來源試驗材料固有的差異試驗時農事操作和管理技術的不一致所引起的差異進行試驗時外界條件的差異第二節(jié)田間試驗的誤差與土壤差異(二)控制田間試驗誤差的途徑---“唯一差異原則”選擇同質一致的試驗材料改進操作和管理技術，使之標準化控制引起差異的外界主要因素

選擇肥力均勻的試驗地試驗中采用適當?shù)男^(qū)技術應用良好的試驗設計和相應的統(tǒng)計分析

第二節(jié)田間試驗的誤差與土壤差異二、試驗地的土壤差異試驗地的土壤差異來源由于土壤形成的基礎不同，歷史原因造成土壤的物理性質與化學性質方面有很大差異由于在土地利用上的差異，如種植不同作物，以及在耕作、栽培、施肥等農業(yè)技術上的不一致等第二節(jié)田間試驗的誤差與土壤差異測定土壤差異程度的方法最簡單的方法是目測法，即根據(jù)前茬作物生長的一致情況加以評定。更精細地測定土壤肥力差異，可采用空白試驗或均一性試驗。

三、試驗地選擇和培養(yǎng)(1)試驗地的土壤肥力要比較均勻一致。

(2)選擇的田塊要有土地利用的歷史記錄。

(3)試驗地最好選平地，在不得已的情況下，可采用同一方向傾斜的緩坡地，但都應該是平整的。

(4)試驗地的位置要適當。

(5)對擬選作試驗用的田塊，最好還要進行空白試驗。

(6)試驗地采用輪換制，試驗單位至少應有二組以上試驗地，一組田塊進行試驗，另一組的田塊則進行勻田種植，以備輪換。第二節(jié)田間試驗的誤差與土壤差異第三節(jié)田間試驗設計的原則田間試驗設計(fieldexperimentdesign)

廣義----是指整個試驗研究課題的設計，包括確定試驗處理的方案，小區(qū)技術，以及相應的資料搜集、整理和統(tǒng)計分析的方法等；

狹義----專指小區(qū)技術，特別是重復區(qū)和試驗小區(qū)的排列方法?？茖W田間試驗設計的三個基本原則第三節(jié)田間試驗設計的原則重復(replication)

隨機(random)局部控制(localcontrol)第三節(jié)田間試驗設計的原則1.重復(replication):試驗中同一處理種植的小區(qū)數(shù)即為重復次數(shù)。

重復的作用:估計試驗誤差試驗誤差是客觀存在的，但只能由同一處理的幾個重復小區(qū)間的差異估得。降低試驗誤差數(shù)理統(tǒng)計學已證明誤差的大小與重復次數(shù)的平方根成反比。第三節(jié)田間試驗設計的原則2.隨機(random)

隨機是指一個區(qū)組中每一處理都有同等的機會設置在任何一個試驗小區(qū)上，避免任何主觀成見。進行隨機排列的方法:抽簽法隨機數(shù)字法第三節(jié)田間試驗設計的原則3.局部控制(localcontrol)

局部控制就是將整個試驗環(huán)境分成若干個相對最為一致的小環(huán)境，再在小環(huán)境內設置成套處理，即在田間分范圍分地段地控制土壤差異等非處理因素，使之對各試驗處理小區(qū)的影響達到最大程度的一致

在較小地段內，試驗環(huán)境條件容易控制一致。這是降低誤差的重要手段之一重復

隨機

局部控制無偏的試驗誤差估計

降低試驗誤差

田間試驗設計三個基本原則的關系和作用第三節(jié)田間試驗設計的原則第四節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術一、試驗小區(qū)的面積

小區(qū)(plot)----在田間試驗中，安排一個處理的小塊地段稱試驗小區(qū),簡稱小區(qū)(plot)。

試驗小區(qū)面積的大小，一般變動范圍為6—60m2。而示范性試驗的小區(qū)面積通常不小于330m2。第四節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術變異系數(shù)與小區(qū)面積大小的關系第四節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術小區(qū)面積的大小對于減少土壤差異的影響和提高試驗的精確度有相當密切的關系試驗精確度的提高程度往往落后于小區(qū)面積的增大程度精確度是由于增大小區(qū)面積而提高，但隨著減少重復次數(shù)而有所損失增加重復次數(shù)可以預期能比增大小區(qū)面積更有效地降低試驗誤差，從而提高精確度實驗精確性與實驗誤差大小的關系第四節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術從以下各方面確定具體試驗的小區(qū)面積：

試驗種類(2)作物的類別(3)試驗地土壤差異的程度與形式(4)育種工作的不同階段(5)試驗地面積(6)試驗過程中的取樣需要(7)邊際效應和生長競爭在新品種選育的過程中，品系數(shù)由多到少，種子數(shù)量由少到多，對精確度的要求從低到高，因此在各階段所采用的小區(qū)面積是從小到大邊際效應是指小區(qū)兩邊或兩端的植株，因占較大空間而表現(xiàn)的差異，小區(qū)面積應考慮邊際效應大小，邊際效應大的相應需增大小區(qū)面積。生長競爭是指當相鄰小區(qū)種植不同品種或相鄰小區(qū)施用不同肥料時，由于株高、分蘗力或生長期的不同，通常將有一行或更多行受到影響。第四節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術二、小區(qū)的形狀小區(qū)的形狀是指小區(qū)長度與寬度的比例。適當?shù)男^(qū)形狀在控制土壤差異提高試驗精確度方面也有相當作用。

小區(qū)的長寬比可為(3～10)∶1，甚至可達20∶1，試驗地形狀和面積以及小區(qū)多少和大小等調整決定。

在通常情形下，長方形尤其是狹長形小區(qū)，容易調勻土壤差異，使小區(qū)肥力接近于試驗地的平均肥力水平。亦便于觀察記載及其農事操作。而在邊際效應值得重視的試驗中，方形小區(qū)是有利的。第四節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術三、重復次數(shù)

重復次數(shù)即每一處理的試驗小區(qū)數(shù)，試驗設置重復次數(shù)越多，試驗誤差越小

重復次數(shù)的多少，一般應根據(jù)試驗所要求的精確度、試驗地土壤差異大小、試驗材料如種子的數(shù)量、試驗地面積、小區(qū)大小等而具體決定小區(qū)面積較小的試驗，通?？捎?~6次重復；小區(qū)面積較大的，一般可重復3~4次。第四節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術四、對照區(qū)(check，以CK表示)的設置作為處理比較的標準，設置對照區(qū)的目的是：(1)便于在田間對各處理進行觀察比較時作為衡量品種或處理優(yōu)劣的標準；

(2)用以估計和矯正試驗田的土壤差異。通常在一個試驗中只有一個對照，有時為了適應某種要求，可同時用兩個各具不同特點的處理作對照。第四節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術五、保護行(guardingrow)的設置在試驗地周圍設置保護行的作用是：保護試驗材料不受外來因素如人、畜等的踐踏和損害；防止靠近試驗田四周的小區(qū)受到空曠地的特殊環(huán)境影響即邊際效應，使處理間能有正確的比較。

保護行的數(shù)目視作物而定，如禾谷類作物一般至少應種植4行以上的保護行。第四節(jié)控制土壤差異的小區(qū)技術將全部處理小區(qū)分配于具有相對同質的一塊土地上，這稱為一個區(qū)組(block)每一區(qū)組或重復包含有全套處理，稱為完全區(qū)組

一個重復安排在幾個區(qū)組上，每個區(qū)組只安排部分處理，稱為不完全區(qū)組

設置區(qū)組是控制土壤差異最簡單而有效的方法之一順序排列的試驗設計在試驗實施比較方便，常用在處理數(shù)量大、精確度要求不高、不須作統(tǒng)計推論的早期試驗或預備試驗。隨機排列的試驗設計強調有合理的試驗誤差估計，以便通過試驗的表面效應與試驗誤差相比較后作出推論，常用于對精確度要求較高的試驗第五節(jié)常用的田間試驗設計

第五節(jié)常用的田間試驗設計

(一)對比法設計(contrastdesign)

這種設計的排列特點是每一供試品種均直接排列于對照區(qū)旁邊，使每一小區(qū)可與其鄰旁的對照區(qū)直接比較。1CK23CK45CK67CK83CK45CK67CK81CK27CK81CK23CK45CK6IIIIII8個品種3次重復對比排列(階梯式)第五節(jié)常用的田間試驗設計

優(yōu)點:相鄰小區(qū)特別是狹長形相鄰小區(qū)之間土壤肥力的相似性，可獲得較精確的結果，有利于設置與觀察。缺點:但對照區(qū)過多，要占試驗田面積的1/3，土地利用率不高。注意:重復排列成多排時，不同重復內小區(qū)可排列成階梯式或逆向式，以避免同一處理的各小區(qū)排在一直線上。第五節(jié)常用的田間試驗設計

在育種試驗前期階段的品系(種)數(shù)多，要求不太高用此法特點:在一條地上，排列的第一個小區(qū)和末尾的小區(qū)一定是對照(CK)區(qū)，每二對照區(qū)之間排列相同數(shù)目的處理小區(qū)，通常是4或9個。如果一條土地上不能安排整個重復的小區(qū)，則可在第二條土地上接下去，但要種額外對照(Ex.CK)

(二)間比法設計(intervalcontrastdesign)第五節(jié)常用的田間試驗設計

優(yōu)點:設計簡單，操作方便，可按品種成熟期、株高等排列，能減少邊際效應和生長競爭缺點:這類設計雖通過增設對照，并安排重復區(qū)以控制誤差，但各處理在小區(qū)內的安排未經(jīng)隨機，所以估計的試驗誤差有偏性，理論上不能應用統(tǒng)計分析進行顯著性測驗，尤其是有明顯土壤肥力梯度時，品種間比較將會發(fā)生系統(tǒng)誤差第五節(jié)常用的田間試驗設計

二、隨機排列的試驗設計完全隨機設計(completelyrandomdesign)隨機區(qū)組設計(randomizedblocksdesign)拉丁方設計(latinsquaredesign)裂區(qū)設計(split-plotdesign)再裂區(qū)設計(split-splitplotdesign)條區(qū)設計(stripblocksdesign)第五節(jié)常用的田間試驗設計

完全隨機設計(completelyrandomdesign)將各處理隨機分配到各個試驗單元(或小區(qū))中，每一處理的重復數(shù)可以相等或不相等這種設計對試驗單元的安排靈活機動，單因素或多因素試驗皆可應用

這類設計分析簡便，但是應用此類設計必須試驗的環(huán)境因素相當均勻，所以一般用于實驗室培養(yǎng)試驗及網(wǎng)、溫室的盆缽試驗。一、完全隨機的分組方法（一）兩個處理比較的分組【例】

現(xiàn)有同品種、同性別、同年齡、體重相近的健康綿羊18只，試用完全隨機的方法分成甲、乙兩組。綿羊編號123456789101112131415161718隨機數(shù)字組別16乙07甲44乙99甲83甲11甲46乙32乙24乙20乙14乙85甲88乙45甲10乙93甲72乙88乙隨機數(shù)字表（Ⅰ）第12行第7列的16開始向右連續(xù)抄下18個隨機數(shù)字填入表第二行。

甲組：2456121416

乙組：13789101113151718第五節(jié)常用的田間試驗設計

甲組比乙組少4只，需要從乙組調整兩只到甲組。仍用隨機的方法進行調整。在前面18個隨機數(shù)字后再接著抄下兩個數(shù)字：71、23，分別除以11（調整時乙組的綿羊只數(shù)）、10（調整1只綿羊去甲組后乙組剩余的綿羊只數(shù)），余數(shù)為5、3，則把分配于乙組的第5只綿羊（9號）和余下10只的第3只綿羊（7號）分到甲組。甲組245679121416乙組138101113151718綿羊編號123456789101112131415161718隨機數(shù)字組別調整組別16乙07甲44乙99甲83甲11甲46乙甲32乙24乙甲20乙14乙85甲88乙45甲10乙93甲72乙88乙第五節(jié)常用的田間試驗設計（二）三個以上處理比較的分組【例】

設有同品種、同性別、體重相近的健康仔豬18頭，按體重大小依次編為1、2、3、…、18號，試用完全隨機的方法，把它們等分成甲、乙、丙三組。由隨機數(shù)字表（Ⅱ）第10列第2個數(shù)94開始，向下依次抄下18個數(shù)，填入下表第2橫行。第五節(jié)常用的田間試驗設計

一律以3（處理數(shù)）除各隨機數(shù)字，若余數(shù)為1，即將該動物歸于甲組；余數(shù)為2，歸入乙組；商為0或余數(shù)為0，歸入丙組。結果歸入甲組者8頭，乙組5頭，丙組5頭。各組頭數(shù)不等，應將甲組多余的2頭調整1頭給乙組、1頭給丙組。調整甲組的2頭動物仍然采用隨機的方法。從隨機數(shù)字25后面接下去抄二個數(shù)63、62，然后分別以8（甲組原分配8頭）、7除之，得第一個余數(shù)為7，第二個余數(shù)為6，則把原分配在甲組的8頭仔豬中第7頭仔豬即14號仔豬改為乙組；把甲組中余下的7頭仔豬中的第6頭仔豬即12號仔豬改為丙組。第五節(jié)常用的田間試驗設計調整后各組的仔豬編號如下：組別仔豬編號甲組1234718乙組5910141516丙組6811121317第五節(jié)常用的田間試驗設計第五節(jié)常用的田間試驗設計

隨機區(qū)組設計(randomizedblocksdesign)完全隨機區(qū)組設計(randomcompleteblockdesign)特點:根據(jù)“局部控制”的原則，將試驗地按肥力程度劃分為等于重復次數(shù)的區(qū)組，區(qū)組內各處理都獨立地隨機排列。

優(yōu)點：（1）設計簡單，容易掌握；（2）富于伸縮性，單因素、多因素以及綜合性的試驗都可應用；（3）能提供無偏的誤差估計，并有效地減少單向的肥力差異，降低誤差；（4）對試驗地的地形要求不嚴，必要時，不同區(qū)組亦可分散設置在不同地段上。

小區(qū)的隨機可借助于附表1隨機數(shù)字表、抽簽或計算機(器)隨機數(shù)字發(fā)生法。以隨機數(shù)字法為例說明如下：例如有一包括8個處理的試驗，將處理分別給以1、2、3、4、5、6、7、8的代號，從隨機數(shù)字表任意指定一頁中的一行，去掉0和9即可得8個處理的排列次序。如在該表2頁第68行數(shù)字次序為5264862339，9718302620，……

去掉0和9以及重復數(shù)字而得到52648371，即為8個處理在區(qū)組內的排列。如有第二重復，則可再從表查另一行或一列隨機數(shù)字，作為8個處理在第二區(qū)組內的排列次序。ⅠⅡⅢⅣ742113173685487321645248875665328個品種4個重復的隨機區(qū)組排列

肥力梯度第五節(jié)常用的田間試驗設計

多于9個處理的試驗，可同樣查隨機數(shù)字表。如有12個處理，可查得任何一頁的一行，去掉00、97、98、99后即得12個處理排列的次序。例如該表第4頁第79行，每次讀兩位，得97、39、24、89、90、89、86、49、15、18、25、43、80、74、30、41、67、36、43、58、42、07、04、25、17、54、60、88、49、34、42，在這些隨機數(shù)字中，除了將97等數(shù)字除去外，其余凡大于12的數(shù)均被12除后得余數(shù)，將重復數(shù)字劃去，所得隨機排列為3、12、5、6、2、1、7、8、10、4、9、11，最后一個數(shù)字乃隨機查出11個數(shù)字后自動決定的?！纠?/p>

5種中草藥分別以A1、A2、A3、A4、A5表示，于4個區(qū)組(每個區(qū)組設5個小區(qū))編號為：1-5號為第Ⅰ組，6-10號為第Ⅱ組，11-15號為第Ⅲ組，16-20為第Ⅳ組。試按隨機單位組設計將試驗中草藥分組。第五節(jié)常用的田間試驗設計

5種中草藥試驗隨機單位組設計表

先從隨機數(shù)字表（Ⅱ）第15行、第11列15開始，向下依次抄下16個隨機數(shù)字（舍棄00），每抄4個數(shù)字留一空位，見表第2行。再將同一單位組內前4個隨機數(shù)字依次除以5、4、3、2（最大數(shù)5為處理數(shù)），根據(jù)余數(shù)（余數(shù)為0者，以除數(shù)代之）確定每一單位組內各供試中草藥的種類。第五節(jié)常用的田間試驗設計

小區(qū)編號品種單位組ⅠⅡⅢⅣA1A2A3A4A542531610789141213151120191716185種中草藥試驗隨機單位組設計試驗動物分組表第五節(jié)常用的田間試驗設計

第五節(jié)常用的田間試驗設計

拉丁方設計(latinsquaredesign)將處理從縱橫二個方向排列為區(qū)組(或重復)，使每個處理在每一列和每一行中出現(xiàn)的次數(shù)相等（通常一次)CDAEBECDBABAECDABCDEDEBAC5×5拉丁方優(yōu)點:精確度高缺點:缺乏伸縮性

缺乏靈活性

只限于4—8個處理第五節(jié)常用的田間試驗設計

第一直行和第一橫行均為順序排列的拉丁方稱標準方。將標準方的橫行和直行進行調換，可以化出許多不同的拉丁方。一般而論，每個k×k標準方，可化出個不同的拉丁方。第五節(jié)常用的田間試驗設計

不同處理數(shù)的拉丁方的隨機略有不同，一般按以下所示步驟進行：

(4×4)拉丁方：隨機取4個標準方中的一個，隨機所有直行及第2、3、4橫行，也可以隨機所有橫行和直行，再隨機處理。

(5×5)及更高級拉丁方：隨機所有直行、橫行和處理。第五節(jié)常用的田間試驗設計

設有5個品種分別以1、2、3、4、5代表，擬用拉丁方排列進行比較試驗選取(5×5)標準方從隨機數(shù)字表中，取任意一行，查隨機數(shù)字，將0和大于5的數(shù)字去掉，得1、4、5、3、2，即為直列的隨機再任選一行，如得5、1、2、4、3，即為橫行的隨機再任選一行，得2、5、4、1、3，即為品種隨機將(5×5)選擇標準方按上面三個隨機步驟，就得到所需的拉丁方排列ABCDEBAECDCDAEBDEBACECDBAABCDEBAECDCDAEBDEBACECDBA2.按隨機數(shù)字14532調整直行ADECBBCDEACEBADDACBEEBADC2.按隨機數(shù)字14532調整直行ADECBBCDEACEBADDACBEEBADC3.按隨機數(shù)字51243調整橫行EBADCADECBBCDEADACBECEBAD3.按隨機數(shù)字51243調整橫行EBADCADECBBCDEADACBECEBAD4.按隨機數(shù)字2=A，5=B，4=C1=D，3=E，排列品種3521421345541321245343521第五節(jié)常用的田間試驗設計

裂區(qū)設計(split-plotdesign)

在多因素試驗中,處理組合數(shù)較多而又有一些特殊要求時，往往采用裂區(qū)設計主區(qū)(mainplot):按主處理所劃分的小區(qū),亦稱整區(qū)

副區(qū):主區(qū)內按各副處理所劃分的小區(qū)，亦稱裂區(qū)(split-plot)

特點:主處理設在主區(qū)，副處理則設于一主區(qū)內的副區(qū)，副區(qū)之間比主區(qū)之間更為接近，因而副處理間的比較比主處理間的比較更為精確。第五節(jié)常用的田間試驗設計

通常在下列幾種情況下，應用裂區(qū)設計:在一個因素的各種處理比另一因素的處理可能需要更大的面積時，為了實施和管理上的方便而應用裂區(qū)設計試驗中某一因素的主效比另一因素的主效更為重要，而要求更精確的比較，或二個因素間的交互作用比其主效是更為重要的研究對象時，亦宜采用裂區(qū)設計，將要求更高精確度的因素作為副處理，另一因素作為主處理根據(jù)以往研究，得知某些因素的效應比另一些因素的效應更大時，亦適于采用裂區(qū)設計，將可能表現(xiàn)較大差異的因素作為主處理第五節(jié)常用的田間試驗設計

再裂區(qū)設計(split-splitplotdesign)

裂區(qū)設計若再需引進第三個因素的試驗，可以進一步做成再裂區(qū)，即在裂區(qū)內再劃分為更小單位的小區(qū)，稱為再裂區(qū)(split-splitplotdesign)

將第三個因素的各個處理(稱為副副處理），隨機排列于再裂區(qū)內，這種設計稱為再裂區(qū)設計。第五節(jié)常用的田間試驗設計

條區(qū)設計(stripblocksdesign)如果所研究的兩個因素都需要較大的小區(qū)面積，且為了便于管理和觀察記載，可將每個區(qū)組先劃分為若干縱向長條形小區(qū)，安排第一因素的各個處理(A因素）；再將各區(qū)組劃分為若干橫向長條形小區(qū)，安排第二因素的各個處理(B因素），這種設計方式稱為條區(qū)設計。第五節(jié)常用的田間試驗設計

假定第一因素(A因素)有4個處理，第二因素(B因素)有3個處理。A因素四個處理、B因素三個處理的條區(qū)設計A3A1A4A2B3B1B2ⅠA4A3A1A2B2B3B1ⅡA1A3A2A4B3B1B2Ⅲ第六節(jié)田間試驗的布置與管理一、田間試驗計劃的制訂二、試驗地的準備和田間區(qū)劃三、種子準備四、播種或移栽五、栽培管理六、收獲及脫粒第六節(jié)田間試驗的布置與管理一、田間試驗計劃的制訂(一)田間試驗計劃的內容一般包含以下項目：(1)試驗名稱(2)試驗目的及其依據(jù)，包括現(xiàn)有的科研成果、發(fā)展趨勢以及預期的試驗結果(3)試驗年限和地點(4)試驗地的土壤、地勢等基本情況和輪作方式及前作狀況(5)試驗處理方案(6)試驗設計和小區(qū)技術(7)整地播種施肥及田間管理措施(8)田間觀察記載和室內考種、分析測定項目及方法(9)試驗資料的統(tǒng)計分析方法和要求(10)收獲計產(chǎn)方法(11)試驗的土地面積、需要經(jīng)費、人力及主要儀器設備(12)項目負責人、執(zhí)行人第六節(jié)田間試驗的布置與管理(二)編制種植計劃書

種植計劃書把試驗處理安排到試驗小區(qū)作為試驗記載簿之用。內容：肥料、栽培、品種、藥劑比較等試驗的種植計劃書：處理種類(或代號)、種植區(qū)號(或行號)、田間記載項目等；育種工作各階段(除品種比較)的試驗：今年種植區(qū)號(或行號)、去年種植區(qū)號