第九章-試驗(yàn)設(shè)計(jì)

一、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

1、制定試驗(yàn)方案包括試驗(yàn)因素、處理水平、測定指標(biāo)、試驗(yàn)規(guī)模、小區(qū)大小、重復(fù)次數(shù)的確定，即試驗(yàn)小區(qū)排列方式的設(shè)計(jì)等。2．按統(tǒng)計(jì)學(xué)原理支配試驗(yàn)，并收集和整理數(shù)據(jù)。3．對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并作出合理的統(tǒng)計(jì)推斷。二、林業(yè)試驗(yàn)的特點(diǎn)1．林木是多年生植物，具有生命周期和年周期兩個生長和發(fā)育周期，增加了試驗(yàn)的長期性和困難性。2．林木個體大，根系深，占地多，試驗(yàn)面積大，因此簡潔造成地形、土壤、養(yǎng)分、光照以及氣候條件的不一樣，加大株間差異。3．林木假如用種子繁殖，則變異大；假如用嫁接繁殖，砧木與接穗相互影響，都會造成困難的誤差；5．常有缺株現(xiàn)象發(fā)生，4．由于試驗(yàn)的長期性，若最初的試驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)生錯誤，會導(dǎo)致錯誤累加，進(jìn)一步影響以后的試驗(yàn)。三、林業(yè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要求1．試驗(yàn)要有合理性2．試驗(yàn)要有代表性3．試驗(yàn)要有牢靠性5．林業(yè)試驗(yàn)還要有持續(xù)性和完整性4．試驗(yàn)結(jié)果要求重現(xiàn)性四、試驗(yàn)誤差試驗(yàn)各處理觀測值間的差異除包含處理效應(yīng)外，還含有由于其它非試驗(yàn)因素不能完全一樣而產(chǎn)生的差異，這部分差異叫試驗(yàn)誤差(experimentalerror)。（一）試驗(yàn)誤差的分類2．隨機(jī)誤差1．系統(tǒng)誤差3．過失誤差1．試驗(yàn)材料的差異2．試驗(yàn)中人為條件的差異3．試驗(yàn)環(huán)境條件的差異1．試驗(yàn)要有重復(fù)五、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則（二）林業(yè)試驗(yàn)誤差的來源

一個試驗(yàn)處理只有一個實(shí)驗(yàn)單元（即一個試驗(yàn)小區(qū)）叫無重復(fù)。重復(fù)有兩個作用：（1）估算誤差。（2）減小試驗(yàn)誤差。（3）使試驗(yàn)更富有代表性。2．試驗(yàn)要遵從隨機(jī)化原則使各處理有同等機(jī)會安排到不同試驗(yàn)小區(qū)中，從而使各試驗(yàn)單元觀測值成為相互獨(dú)立的隨機(jī)變量，使同一處理內(nèi)各觀測值間的差異成為試驗(yàn)誤差的無偏估計(jì)。3．試驗(yàn)要實(shí)施局部限制將對試驗(yàn)結(jié)果有影響的非試驗(yàn)因素實(shí)行分段（分級）限制，以減小試驗(yàn)誤差，在場圃試驗(yàn)中，可將試驗(yàn)地按其肥力不同劃分成若干不同肥力等級的地段，再將每個地段分成與處理數(shù)目相等的小區(qū)。同一地段內(nèi)各小區(qū)差異較小，而不同地段土壤小區(qū)差異較大。這種土壤肥力相對一樣的地段叫區(qū)組。重復(fù)隨機(jī)排列局部控制合理估計(jì)誤差減小試驗(yàn)誤差提高實(shí)驗(yàn)精度六、試驗(yàn)誤差限制的途徑（一）試驗(yàn)地的選擇1．試驗(yàn)地要有代表性。2．地勢以平坦為宜。地勢凹凸不平會影響土壤的水分和土壤肥力狀況，山地試驗(yàn)，應(yīng)利用局部限制原理，使同一區(qū)組內(nèi)各小區(qū)的土壤狀況盡量一樣。3.試驗(yàn)地位置要適當(dāng)4.試驗(yàn)地肥力應(yīng)勻整。土壤肥力差異表現(xiàn)有2種形式：一是趨向性的差異，如土壤肥力由下坡到上坡或從地段的一側(cè)到另一側(cè)有規(guī)律地變更，這屬于系統(tǒng)誤差之一，可通過正確的田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)，對系統(tǒng)誤差進(jìn)行局部限制，提高精度。另一種形式是點(diǎn)發(fā)性的，肥力變更沒有確定規(guī)律可循，較難以克服，可通過深耕施肥，或接受擴(kuò)大小區(qū)等方法來降低誤差。（1）視察試驗(yàn)地段雜草生長狀況；（2）依據(jù)以往樹木生長結(jié)果的檔案記錄來推斷；（3）空白試驗(yàn)。（二）試驗(yàn)樹的選擇1．供試材料要有代表性。2．苗木要求高質(zhì)量、生長健壯、整齊一樣。育苗要大于試驗(yàn)用苗的1－3倍。3．試驗(yàn)苗木及樹木的管理要一樣。（三）小區(qū)技術(shù)1．小區(qū)的面積與形態(tài)在試驗(yàn)中，支配一個處理的小塊地段或單元，稱為試驗(yàn)小區(qū)，簡稱小區(qū)。(1)單株小區(qū)。以一株樹木作為一個小區(qū)，作為一次重復(fù)。(2)少株小區(qū)。一般由4－25株小區(qū)。(3)多株小區(qū)。以49－100株樹木為一個小區(qū)。

林業(yè)試驗(yàn)以每小區(qū)栽1－10株效率最高。無性系試驗(yàn)材料，試驗(yàn)地地勢較平坦，較一樣，栽植管理措施跟得上可接受單株小區(qū)，提高試驗(yàn)效率。在改良的初級階段或短期試驗(yàn)時間，多接受少數(shù)小區(qū)；在優(yōu)良材料的推廣階段，多接受多株小區(qū)，這樣與生產(chǎn)上實(shí)際狀況更接近。當(dāng)環(huán)境呈梯度變更時，如肥力，區(qū)組長邊應(yīng)與環(huán)境梯度垂直，而區(qū)組內(nèi)小區(qū)的長邊與環(huán)境變更相平行。在山地試驗(yàn)時，區(qū)組的長邊應(yīng)與坡向垂直，即平行于等高線。小區(qū)長邊應(yīng)與坡向平衡，即垂直于等高線。一般來說，小區(qū)長寬比為3：1－10：1為宜。平地可用正方形。

2．小區(qū)的重復(fù)次數(shù)。

一般在土壤差異不大的地區(qū)支配隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)須要4－6次重復(fù)。土壤差異較大或精度高時，可支配8－10次，比較粗放或小區(qū)面積較大時，也可2－3次。從統(tǒng)計(jì)學(xué)觀點(diǎn)看，方差分析時誤差項(xiàng)自由度最好不小于12。3．設(shè)置比照和愛護(hù)行比照很關(guān)鍵，比照一般用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的苗木，可以設(shè)置多個比照。如引種試驗(yàn)，需有當(dāng)?shù)氐膬?yōu)良樹種作比照，才能正確評價。施肥試驗(yàn)，必需設(shè)不施肥小區(qū)為比照。例如，優(yōu)樹自由授粉子代測定，應(yīng)選擇選優(yōu)林分的一般種子或是選優(yōu)林分所在地區(qū)同性質(zhì)林分混合種子作比照；其次代種子園選育效果，應(yīng)以第一代種子園作比照；種源試驗(yàn)應(yīng)以當(dāng)?shù)胤N源種子作比照等。總之，比照確定要有可比性。由于邊際效應(yīng)，場圃試驗(yàn)一般要設(shè)置愛護(hù)行，以削減誤差和防止人畜踐踏，區(qū)組和小區(qū)間一般不設(shè)愛護(hù)行。林業(yè)試驗(yàn)探討方案制定的原則試驗(yàn)?zāi)康囊鞔_試驗(yàn)方案中內(nèi)在比較處理效果時,必需應(yīng)用單一差異原則盡量解除非試驗(yàn)因素的限制試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的繁、簡要恰當(dāng)試驗(yàn)因素中水平的確定試驗(yàn)方案中應(yīng)設(shè)有共同可以比較的水平（比照）七、多點(diǎn)完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)和分析在育種試驗(yàn)中，經(jīng)過子代測定或無性系測定所選擇出的優(yōu)良品種（種源、家系或無性系），在推廣之前，需進(jìn)行區(qū)域試驗(yàn)，即在統(tǒng)一設(shè)計(jì)下進(jìn)行多點(diǎn)試驗(yàn)。所謂統(tǒng)一設(shè)計(jì)，主要是指每一個試驗(yàn)點(diǎn)的參試品種相同，接受的試驗(yàn)設(shè)計(jì)相同，小區(qū)技術(shù)相同，這樣為品種多點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果的聯(lián)合分析供應(yīng)了客觀可能性和牢靠性，因而可用以測定新品種的優(yōu)良特性及性狀穩(wěn)定性。以4個白楊無性系（v=4）在5個地點(diǎn)（S＝5）對比試驗(yàn)為例。5個地點(diǎn)均接受完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)4次，（r=4），每小區(qū)3株，6年生樹高測定數(shù)據(jù)列入下表。1、計(jì)算各種平方和和自由度

校正系數(shù)總計(jì)dfT=vsr–1=4×5×4–1=79區(qū)組dfr＝s(r－1)＝5(4–1)=15試驗(yàn)點(diǎn)dfS=S–1=5–1=4無性系dfv=v–1=4–1=3無性系×試驗(yàn)點(diǎn)dfv=(v–1)(S–1)=(4–1)(5–1)=12誤差dfe=S(v–1)(r–1)=5(4–1)(4–1)=452．列方差分析表八、品種穩(wěn)定性分析一個數(shù)量性狀的表型值P可以看作是基因型和環(huán)境差值E的線性函數(shù)。P＝G＋EP＝G＋E＋G×E假設(shè)有兩個無性系A(chǔ)和B，遺傳結(jié)構(gòu)上是有差異的。再假定這兩個無性系栽植于兩個不同環(huán)境，例如，地區(qū)X和Y，然后看其產(chǎn)量性狀的變更。假如A和B無性系在X和Y地區(qū)表現(xiàn)一樣的趨勢，那么遺傳型和環(huán)境的互作就不存在。假如A和B無性系在X地區(qū)的產(chǎn)量是相像的，但在Y地區(qū)，A無性系的產(chǎn)量上升，而B無性系的產(chǎn)量表現(xiàn)下降，這就說明無性系和地區(qū)有互作存在。在類型a和b，A無性系是一個普遍適應(yīng)的無性系；在類型c和e，A無性系是一個特殊適應(yīng)于Y地區(qū)的無性系；在類型d和f，A無性系是一個特殊適用于X地區(qū)的無性系?；蛐团c環(huán)境互作在育種上應(yīng)用較廣的是品種穩(wěn)定性測定?；蛐团c環(huán)境互作和品種穩(wěn)定性有關(guān)。所謂品種穩(wěn)定性是指品種在不同環(huán)境條件下能保持性狀的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)品種多點(diǎn)試驗(yàn)聯(lián)合方差分析品種×試驗(yàn)點(diǎn)的互作達(dá)顯著或極顯著時，表明不同品種在不同環(huán)境條件下的表現(xiàn)存在差異，必需進(jìn)行品種穩(wěn)定性測定。測定品種穩(wěn)定性的方法有很多，僅介紹Finlay和Wilkinson（1963）提出的方法。用每一個地點(diǎn)的全部品種的平均產(chǎn)量，作為地區(qū)的環(huán)境指數(shù)，然后計(jì)算每一品種的平均產(chǎn)量，計(jì)算與環(huán)境指數(shù)的回來系數(shù)。并用該回來系數(shù)作為品種穩(wěn)定性的測度標(biāo)準(zhǔn)。回來系數(shù)小，表示品種對環(huán)境反應(yīng)小，較穩(wěn)定，反之不穩(wěn)定。設(shè)有v個品種，在n個環(huán)境（地點(diǎn)）栽種。V個品種在每個環(huán)境可求出一個平均數(shù)，作為該環(huán)境的環(huán)境指數(shù)，在n個環(huán)境可求出n個指數(shù)，求每一個品種在各環(huán)境的平均產(chǎn)量(Y)對環(huán)境指數(shù)X回來系數(shù)及直線回來方程。評定品種穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)：

（1）當(dāng)b＝1表示該品種具有平均穩(wěn)定性；（2）當(dāng)b>1表示該品種低于平均穩(wěn)定性；（3）當(dāng)b<1表示該品種高于平均穩(wěn)定性。以前一多點(diǎn)隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)為例，穩(wěn)定性計(jì)算方法如下：首先進(jìn)行多點(diǎn)完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，當(dāng)品種多點(diǎn)聯(lián)合方差分析中品種×試驗(yàn)地點(diǎn)互作達(dá)到顯著或極顯著時，就要進(jìn)行品種穩(wěn)定性測定。由前列中計(jì)算得每一品種在每一地點(diǎn)相應(yīng)平均產(chǎn)量及環(huán)境指數(shù)如下表所示。環(huán)境指數(shù)8.3710.2810.207.899.57（1）由表中計(jì)算出每一品種在每一試驗(yàn)點(diǎn)的小區(qū)平均產(chǎn)量，及每一試驗(yàn)點(diǎn)個品種的平均值，即環(huán)境指數(shù).（2）計(jì)算每一品種的平均產(chǎn)量（Y）回來于環(huán)境指數(shù)（X）的回來系數(shù)（b）及回來方程?；貋矸匠虨橥砜汕笃渌鼰o性系回來方程303：106：

毛白楊：無性系平均高b值7419.441.2273039.900.5321068.930.909毛白楊8.781.337綜合樹高平均值和穩(wěn)定性參數(shù)看，741、106的b值接近于1，由于741樹高平均值高于全體平均值，所以認(rèn)為741是適應(yīng)性廣，穩(wěn)定性強(qiáng)，生長量大的無性系，適宜在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)大范圍推廣。106樹高接近全體平均數(shù)，但高于比照毛白楊，所以也是一個較志向的推廣品種。303的b值低于1，易在不良環(huán)境條件下發(fā)揮生長潛力。毛白楊的b值大于1，適宜在環(huán)境較好的條件下栽種。結(jié)論:豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性分析地點(diǎn)主效應(yīng)μj:無性系主效應(yīng)vi無性系×地點(diǎn)效應(yīng):(U)(V)8.3710.2810.207.899.579.269.449.908.938.78VUVi

U1U2U3U4U5(uv)ij.V1-0.470.340.30-0.04-0.120.18V20.53-0.59-0.360.55-0.130.64V30.59-0.050.03-0.18-0.41-0.33V4-0.660.300.03-0.330.66-0.48uj-0.891.020.94-1.370.31品種豐產(chǎn)性穩(wěn)產(chǎn)性(適應(yīng)性)(Vi)平均產(chǎn)量主效應(yīng)vi品種×地點(diǎn)互作特別適應(yīng)地區(qū)V2(303)9.900.64V1(741)9.440.18

V3(106)8.93-0.33V4(毛白楊)8.78-0.48品種的穩(wěn)定性(適應(yīng)性),可用品種與地點(diǎn)的的交互作用的分析來評價.品種×地點(diǎn)互作方差愈小,品種在各地的產(chǎn)量