田間試驗設計技術

田間試驗設計技術第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

第一節(jié)

試驗設計基礎

試驗設計廣義的講是指整個課題（包括各個環(huán)節(jié)）的設計，狹義的講專指小區(qū)技術。一、試驗設計中的基本概念（一）試驗指標：在試驗中用來判斷試驗處理效果好壞的標準稱為試驗指標（簡稱指標），有定性指標和定量指標。（二）試驗因素：對試驗指標有影響，在試驗中需加以考察的條件叫試驗因素，簡稱因素或因子，否則稱非試驗因素或非試驗條件。第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日（三）試驗處理：是指試驗因素的不同狀態(tài)或不同的數(shù)量級別，簡稱處理，也叫水平。（四）處理組合：在單因素試驗時，處理和水平的概念是等價的，但在復因素試驗時，處理則是指各個因素水平的組合，叫處理組合。在完全實施的試驗中，處理組合數(shù)等于各因素水平數(shù)的乘積。（五）試驗方案：是根據(jù)試驗目的和要求所擬定的進行比較的一組試驗處理的總稱。具體就是指試驗指標、試驗因素和處理、重復次數(shù)、對照以及設計方法的確定等等。

第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日二、試驗設計的應掌握的原則（一）各類不同的試驗應采用不同的試驗設計園藝植物種類較多，栽培方法差異較大，試驗性質有所不同，因此各類不同的試驗應有不同的試驗設計。（二）試驗設計應簡單化、小型化在不影響試驗正確性的原則下，應使試驗設計簡單化、小型化，但小型試驗必須是試驗材料一致性強，環(huán)境條件也應一致。第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日（三）試驗設計應該突出試驗因子的試驗效果除了試驗因素以外，應控制非試驗因素盡可能一致，才能使試驗因素的本質差異正確地反映出來，從而突出試驗因素個處理的試驗效果。（四）試驗結果便于統(tǒng)計分析進行試驗設計時，就應該考慮到將來的試驗結果便于數(shù)理統(tǒng)計分析。因此應合理地運用小區(qū)的隨機排列、設置重復、局部控制試驗設計的基本原理，以便得出正確的試驗結果。第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日三、處理的設計方法（一）單因子的處理設計在一次試驗中，只對一個因子進行研究的試驗叫單因子試驗，把這個因子如何劃分為若干個水平稱為處理設計。１．質量性差異的單因子處理設計：這種單因子是不可分割的，只能按它固有的單位進行處理設計。２．數(shù)量性差異的單因子處理設計：這種單因子可以采用不同的方法分割成不同的等級，每個等級即為一個處理。分割常用的方法：第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日等差法：在選定中心處理之后，按照等差的差距向兩端分別設置處理的方法。

等比法：在選定中心處理后，按照等比的差距向兩端分設處理的方法。在數(shù)量性差異的單因子處理設計中，中心處理的選定不是隨機的，通常選取預備試驗中較好的水平或是前人報道的較為適當?shù)乃阶鳛橹行奶幚?。處理間距要適當，不可過大或過小。第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

（二）復因子處理設計

1.完全實施方案的復因素處理：通常是把各個單因子劃分為若干個處理之后，再把各因子不同水平組合起來，即處理組合。例如有兩個因素的試驗A因素有3個水平，B因素3個水平，則處理共有9個。2.不完全實施方案的多因素處理：如果進行多因素試驗時，若完全實施，則處理數(shù)太多，難以實施，往往采用部分實施方案，例如采用正交設計方法，只將全部處理組合中的一部分處理用來進行試驗。第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日四、試驗設計過程中應注意的問題（一）防止不注意試驗設計，隨心所欲地進行試驗。（二）注意試驗設計的針對性和靈活性。（三）試驗設計要周到、細致、全面地用文字固定下來。（四）在進行試驗設計時，應使其設計具有一定的可塑性。（五）在進行處理設計時，處理間的級別要適當。（六）在進行試驗設計時，應特別注意設置對照。（七）恰當處理試驗設計的繁簡程度。第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)田間試驗的種類

一、按試驗的性質分類（一）品種試驗（二）栽培試驗（三）植保試驗

二、按試驗階段分類（一）預備試驗（二）正式田間試驗（三）生產(chǎn)試驗三、按試驗因子的數(shù)量分類（一）單因子試驗（二）復因子試驗（三）綜合性試驗第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日四、按試驗小區(qū)面積大小的分類（一）小區(qū)試驗（二）大區(qū)試驗

五、按試驗年限、地點及場所分類一年試驗和多年試驗，單點試驗和多點試驗，設施試驗和露地試驗。

第三節(jié)田間試驗的基本要求一、代表性代表性是指試驗區(qū)的條件，應該能夠代表該項成果將來應用地區(qū)的自然條件、生產(chǎn)條件和經(jīng)濟狀況。第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

二、正確性

正確性是指試驗結果正確可靠，能夠把品種或處理間的差異真實地反映出來。

三、重演性

重演性是指通過田間試驗所獲得的試驗結果，在相同或類似的條件下進行重復試驗或大面積生產(chǎn)時，可以獲得相同或相似的試驗結果。

第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)試驗誤差

一、誤差的概念在試驗得到的觀察值中，除了含有處理的真實效應外，還包含有其他非試驗因素的干擾和影響，而使處理的真實效應不能完全反映出來，這種使觀察值偏離試驗處理真值的影響稱試驗誤差，簡稱誤差。也可說是同一處理不同重復觀察值之間的差異?？煞謨煞N：一是系統(tǒng)誤差，是由處理以外的其他非試驗條件的明顯不一致所造成的。另一種是偶然誤差，是指在嚴格控制非試驗條件相對一致后仍不能消除的偶發(fā)性誤差，也叫隨機誤差。第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日誤差是衡量試驗精確度的依據(jù)。試驗誤差與試驗中發(fā)生的錯誤是完全不同的，誤差是不可避免的，而避免錯誤發(fā)生是完全可以做到的。二、誤差的來源（一）土壤差異所引起的誤差：包括土壤肥力差異和土壤理化性質方面的差異。（二）試驗材料的差異：這是指試驗中各處理的供試材料在其遺傳上和生長發(fā)育情況上存在著差異。第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

（三）、小氣候差異造成的誤差（四）、作物群體間競爭引起誤差（五）、一些不易被人們所控制的、偶然性的原因造成的誤差三、控制誤差的途徑（一）土壤差異的控制：可通過選擇試驗地、正確的小區(qū)設計技術和應用良好的田間試驗設計方法來排除、減少和估計誤差。

第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日試驗地選擇要求：(１)試驗地要有代表性。(２)試驗地的肥力要均勻一致。（3）選作試驗地的田塊最好要有土地利用的歷史紀錄。（4）位置適當。（5）地勢要平坦。

第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日土壤肥力判斷方法：(１)目測法：觀察擬作為試驗地的地塊上生長著的植物種類及其生長發(fā)育狀況，如生長勢和整齊程度來粗略判斷肥力差異狀況。（２）空白試驗法：在整個試驗地上種植單一品種的作物（以植株較小而適于條播的谷類作物為好），在作物生長的整個過程中，從整地到收獲，采用一致的栽培管理措施，并對作物生長情況作仔細觀察。收獲時將整個試驗地劃分為面積相等的若干單位，編號，分別計產(chǎn)，計算產(chǎn)量的變異系數(shù)，第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日根據(jù)變異系數(shù)的大小以及各測量小區(qū)產(chǎn)量高低及分布情況來估計土土壤肥力差異及分布狀況，單位間變異系數(shù)大，則說明土壤差異大，否則反之。通常認為，當空白試驗測定的變異系數(shù)小于10%或15%時，才符合試驗地對土壤肥力均勻一致的基本要求。

（二）選擇同質一致的試驗材料。（三）改進操作和管理技術，使之標準化。

第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

第五節(jié)試驗設計的基本原理

一、重復原則在試驗中，同名小區(qū)出現(xiàn)的次數(shù)稱為重復。顯然重復次數(shù)≥2的試驗才能稱為有重復的試驗。重復的作用是：估計誤差和降低誤差。二、隨機原則隨機是指在一個重復區(qū)中的某一個處理究竟安排在哪一個小區(qū)，不能由試驗者的主觀意志決定，而完全是由機會決定的。隨機的作用是無偏估計誤差。隨機排列是估計試驗誤差的重要手段，也是應用生物統(tǒng)計方法分析試驗結果的前提。第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日三、局部控制

局部控制就是分范圍、分地段的控制非試驗因素，使之對各處理的影響趨于最大程度的一致，也就是說通過對試驗小區(qū)的合理安排，把誤差控制在一個局部范圍內(nèi)。局部控制是用來排除規(guī)律性非試驗因子干擾的重要手段，其主要功能是降低誤差。

第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

第六節(jié)小區(qū)設置技術

一、小區(qū)面積、形狀和方向

試驗小區(qū):安排每一個處理所需用材料的基本單位成為一個試驗小區(qū).簡稱小區(qū).一般講，在一定范圍內(nèi)，隨小區(qū)面積的增加，試驗誤差減小。

適當?shù)男^(qū)形狀和方向在控制誤差提高試驗精確度方面也有相當作用。一般情況下長方形尤其是狹長小區(qū)的誤差較方形小區(qū)為小，長方形小區(qū)的長寬比一般在4~6：1為宜。小區(qū)的方向則是小區(qū)的長邊應與非試驗因素變化方向相平行。第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日二、重復次數(shù)

增加重復次數(shù)，有利于降低試驗誤差。但并非重復次數(shù)越多越好，重復次數(shù)過多，因為重復次數(shù)增加到一定時，誤差的降低緩慢，且由于整個試驗材料、試驗地的增加，難于保證對各處理的各項管理操作以及觀察記載的一致，反而會引起誤差增加。一般講，正式試驗通常設置3~6次重復；采用單株小區(qū)時，重復次數(shù)應至少在4次以上。從統(tǒng)計學的角度看，重復次數(shù)以試驗誤差的自由度不小于10為宜。第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日三、設置對照

有比較才有鑒別，因此試驗方案中一定要安排有對照。一般在一個試驗中只設一個對照，但有時為滿足多個試驗目標的要求可以設置2個或2個以上對照。設置對照時一定要注意其代表性和合理性，例如品種比較試驗，一般應以當?shù)刂髟詢?yōu)良品種為對照；進行栽培技術方面的試驗時以當?shù)刈畛Ｓ玫脑耘喙芾砑夹g為對照；根外追肥、浸種、扦插等試驗時應以葉面噴清水、清水浸種或插條等等。

第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日對照對照區(qū)在田間的排列方式，通常分為順序式和非順序式兩種順序式是每隔一定數(shù)量的處理設置一個對照區(qū)，非順序式排列是將對照區(qū)按處理小區(qū)一樣處理，在試驗中隨機排列。每一個重復區(qū)（區(qū)組）內(nèi)都要設置對照區(qū)。對對照區(qū)的要求是：除了不進行試驗處理之外，其余各種條件及各項管理操作均應與處理小區(qū)的相一致。

第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日四、設置保護區(qū)或保護行

為了使試材能在比較一致的環(huán)境條件下正常生長發(fā)育，試驗地應設置保護行或保護區(qū)，以G表示。保護行的作用是：①使試材不受偶然性因素的影響，如人、畜踐踏等。②使試材在相對一致的生態(tài)環(huán)境中生長發(fā)育，防止邊際效應的影響。邊際效應是指試驗地四周的小區(qū)或小區(qū)邊上的植株受到光照、通風、營養(yǎng)、水分等條件的不同而使其生長發(fā)育與試驗地內(nèi)部的小區(qū)或小區(qū)內(nèi)部的植株生長發(fā)育有所差異。

第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日對保護行的植株不進行任何處理和觀察測定。設置保護行的方式有：在試驗地四周設置；當區(qū)組分散布置時，在區(qū)組四周設置；在小區(qū)四周設置（特別是小區(qū)之間有能引起邊際效應的因素存在時）。保護行的種植數(shù)應本著經(jīng)濟有效的原則，既減少占地面積，又能起到保護作用。第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

第七節(jié)

常用的試驗設計方法

常用的田間試驗設計按照小區(qū)在重復區(qū)內(nèi)的排列方式，可以分為順序排列和隨機排列兩大類。

順序排列是指試驗中的各個處理在各重復區(qū)內(nèi)按一定的順序進行排列。此法不能正確估計試驗誤差，所以不能進行以概率論為基礎的統(tǒng)計分析方法進行試驗結果的顯著性測驗。這種設計多用于一些簡單的單因素試驗、預備試驗以及示范性試驗。常用的順序排列設計有對比法設計、間比法設計。

第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

隨機排列指各試驗處理以及對照在一個重復區(qū)中的排列是隨機的?？梢钥朔寥兰捌渌窃囼炓蛩亟o試驗造成的系統(tǒng)誤差的影響，有正確的誤差估計，獲得的試驗結果能夠進行顯著性測驗。但田間排列不規(guī)則，觀察記載及田間操作不太方便，不小心時易發(fā)生差錯。在園藝植物科學試驗中主要采用的是隨機排列的設計方法。因此我們重點介紹隨機排列的田間試驗設計。第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日一、完全隨機設計（CompletelyRandomizedDesign）

假設試驗有ｋ個處理（包括對照），ｎ次重復，則可將試驗地（試驗材料）劃分為ｎｋ個試驗小區(qū)（全部供試單位＝ｎＫ）。將全部供試單位進行隨機，并根據(jù)ｎ的大小分成Ｋ組，同組各供試單位接受相同處理或品種，這種設計叫完全隨機設計。第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

完全隨機設計優(yōu)缺點：優(yōu)點：設計簡單，統(tǒng)計分析簡便；重復次數(shù)富有彈性。各處理的重復次數(shù)可以相等，也可以不等，可不進行缺區(qū)估計；估計試驗誤差的自由度增至最大，而對檢驗顯著性要求的臨界Ｆ之減到最小，因而提高了試驗的靈敏度。缺點：處理的分布沒有規(guī)律，不便于觀察記載；沒有應用局部控制的原則。適合非試驗條件較均勻一致，供試小區(qū)在２０個左右的情況下使用，一般作單因素試驗。非常適合于實驗室、溫室及食用菌方面的試驗。第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日二、巢式設計（NestedDesign）

把研究對象分成若干組，每組又分為若干亞組，而每個亞組內(nèi)又有若干個觀測值的設計，稱為巢式設計。組內(nèi)分亞組，亞組內(nèi)有若干個觀測值的設計為二級巢式設計。如果亞組內(nèi)又分若干個小組，小組內(nèi)有若干個觀測值稱為三級巢式設計。依此類推。

第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日

巢式設計優(yōu)缺點及應用：

優(yōu)點：設計簡單，可應用于田間試驗，也可以應用于溫室和實驗室試驗。至少應有一級隨機，以獲得無偏的試驗誤差估計。一般來說，采用的隨機的級數(shù)愈多，代表性愈強，結果分析的精確度愈高。缺點：因未設重復，若組間存在非試驗因子效應，則無法鑒別出來。故在采取巢式設計時，更應注意保持非試驗因子的一致性；對于隨機抽取的樣本，樣本容量應該足夠大，否則代表性不強，會加大取樣誤差，降低試驗結果分析的精確度。第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日三、隨機區(qū)組設計（RandomizedBlockDesign）將試驗地按土壤肥力程度（或按其它非試驗條件的趨向性差異）分為等于重復次數(shù)的區(qū)組，一個區(qū)組即一次重復。然后把每個區(qū)組再等分成等于處理數(shù)的小區(qū)，在每個區(qū)組內(nèi)隨機排列各處理，即為隨機區(qū)組設計。第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日隨機區(qū)組設計的優(yōu)缺點：優(yōu)點：（1）設計簡單，容易掌握；（2）試驗結果的統(tǒng)計分析相對簡單；（3）伸縮性強，應用廣泛。單、復因素試驗均可采用；對試驗條件要求不嚴格，只要同一區(qū)組內(nèi)非試驗條件力求一致，區(qū)組可集中也可分散排列。

第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日缺點：（１）處理數(shù)目不宜太多，否則會降低局部控制的效果。一般處理數(shù)目以１０個以內(nèi)為宜，最多不能超過２０個處理。（２）不能同時控制兩個方向的非試驗條件差異所造成的誤差。第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日四、拉丁方設計（LatinSquareDesign）。拉丁方設計是從兩個方向控制非試驗條件的影響而劃分區(qū)組，每一直行（列）和橫行（行）都成為區(qū)組，每處理在每行、每列都出現(xiàn)一次。所以，拉丁方設計的重復數(shù)、處理數(shù)、直行數(shù)和橫行數(shù)均相等。簡單地說，將ｋ個ｋ元素排成ｋ行ｋ列，使每個元素在每行每列僅出現(xiàn)一次的試驗設計稱為拉丁方設計。第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日拉丁方設計步驟：選擇一個標準拉丁方→進行直行隨機（列區(qū)組隨機）→進行橫行隨機（行區(qū)組隨機）→進行處理隨機，并對號入座。標準拉丁方是指第一行和第一列均為順序排列的拉丁方。第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日拉丁方設計的優(yōu)缺點優(yōu)點：可以從兩個方向控制非試驗條件差異，試驗結果精確度較高。缺點：因為重復數(shù)等于處理數(shù)，且行、列均構成完整區(qū)組，而區(qū)組不可拆開排列，所以缺乏隨機區(qū)組設計具有的靈活性。適用于５－８個品種或處理的試驗。一般用于單因子試驗。第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日五、裂區(qū)設計（SplitPlotDesign）

裂區(qū)設計是復因子試驗的一種設計形式。在復因子試驗中，如果處理組合數(shù)較多而且對各個因子又有一些的特殊要求時，常常采用裂區(qū)設計。最常用的是二裂式設計。即研究2個因素。裂區(qū)設計（如二裂式設計）是將一個因素作為主處理安排在主區(qū)，另一個因素作副處理安排在副區(qū)，副區(qū)是由主區(qū)分裂而成，故名裂區(qū)設計。

第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日裂區(qū)設計過程：將試驗地（或試驗材料）根據(jù)重復次數(shù)的多少劃分為等于重復數(shù)的區(qū)組→把某一試驗因子作為主處理，并根據(jù)主處理的多少，把每個區(qū)組劃分為等于主處理數(shù)的主區(qū)（整區(qū)），將主處理隨機地排列于各個主區(qū)

→把另一個試驗因子作為副處理，根據(jù)副處理的多少，把每一個主區(qū)劃分為等于副處理數(shù)的副區(qū)（裂區(qū)），將各個副處理隨機地排列于各個副區(qū)。

第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日應用裂區(qū)設計的幾種情況：１．一個因子各處理比另一因子各處理要求更大的小區(qū)面積時，把要求面積大的處理安排在主區(qū)。２．一個因子的主效比另一因子的主效更為重要時，可把主效重要的因子安排在副區(qū)。３．據(jù)以往研究知道某一因子的效應較大，可把效應大的因子安排在主區(qū)。４．對某一因子精確度的要求比另一因子為高時，可把對精確度要求高的因子安排在副區(qū)。第四十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期日