第一章田间试验概述及试验设计

第一章田间试验概述及试验设计第一节田间试验概述在农业生产上，一个新品种、一项新技术、一种新产品的推广应用，都必须用一种科学的方法验证其优劣或鉴定其实用价值，这种科学的方法就是农业科学试验，因此农业科学试验是农业生产发展的基本动力和源泉。农业科学试验的种类很多，包括田间试验、温室试验、培养试验、实验室试验等，其中田间试验是农业科学试验的主要形式。一、田间试验的概念及其任务(一)、概念田间试验是在田间自然条件下，以植物生长发育的各种性状如产量、品质以及其它形态或生理特性等作为指标，研究植物内在因素或植物与环境之间的关系的农业科学试验方法。根据其概念，田间试验具有以下两个特点：1.田间试验是在田间自然条件下实施的，因此其试验结果容易受到土壤、气候、生物等生态因子以及人为因素的影响，因此田间试验结果常具有精确度低、误差大等特点。2.田间试验是以植物生长发育的各种性状作为指标，随着植物种类品种(变种)不同，生长周期差异很大，对生长发育环境的反应不同，因此田间试验大多具有长期性和复杂性。(二)、任务田间试验的基本任务是在大田自然环境条件下研究新品种、新产品、新技术的增产效果，客观地评定具有各种优良特性的高产品种及其适应区域，评定新产品的增产效果及其对环境的反应，正确的评判最有效的增产技术措施及其适应范围，使农业科研成果合理地应用和推广，发挥其在农业生产上的重要作用，并为各级农业部门及农户提供科学决策和技术咨询，促进农业科研成果尽快转化为生产力，因此田间试验是农业科研成果与农业生产的桥梁。由田间试验的任务可以看出，田间试验可以分田间试验设计(包括试验方案设计和田间小区排列设计)、田间试验的实施和试验结果的统计分析三个阶段。-1-二、田间试验的常用术语(一)、试验因素指试验中人为有目的地控制的影响试验指标的条件(被变动并设有待比较的一组处理的因子称为试验因素)，如品种试验中的品种，施肥量试验中的施肥量，农药试验中的农药等，辣椒果色对其Vc含量的影响中的辣椒果色等。试验因素又称试验因子，简称因素或因子。根据试验因素的多少，一般可分为单因素试验、多因素试验和综合性试验三种。顾名思义，单因素试验只有一个试验因素；多因素试验又称复因素试验，试验因素至少是两个，而综合性试验实质上也是一种多因素试验，但在试验处理的设置上与多因素有较大区别。(二)、试验水平指在某一试验因素下，人为有目的地设定的质的不同状态或量的级别级别，如品种试验中所参与试验的不同品种，施肥量试验中的不同施肥量，辣椒果色对其Vc含量的影响中的辣椒不同果色等。(三)、试验处理指试验所设置的特定条件，即根据试验目的和要求而人为设定的试验因素的不同水平或因素间不同水平的组合，简称处理。单因素试验的每一个处理只有一个水平，因此处理数和水平数相同；复因素试验的每一个处理则是各个因素的不同水平的组合，又称处理组合，其处理数是各个因素的水平数之积，由于每一个试验因素至少有两个水平，因此其处理数至少是单因素试验的2倍；而综合性试验的处理只是各个试验因素的某些水平的组合，其处理数与各个试验因素的水平数没有特定关系，其目的是考察各个处理组合的综合作用。(四)、试验方案指一个试验的全部处理或处理组合的总和，试验方案是否合理是能否实现试验目标的基础。1.试验方案设计的基本原则在设计时一般要遵循“明确的目的性”、“严密的可比性”和“试验的高效性”三条原则。1.1明确的目的性-2-制定试验方案时，应该对研究任务作仔细深入分析，突出重点，抓住关键，明确试验的具体目的。一般在研究的开始阶段，应抓住关键因素作单因素试验；随着试验研究的深入，需要了解因素之间的相互作用，可采用多因素试验。1.2严密的可比性一般情况下试验均采用差异比较来研究试验因素的作用，在设计时应注意以下两点：1.2.1唯一差异原则在试验中，除了要研究的试验因素需人为设置不同的水平外，其余条件均需尽可能保持一致，以排除非试验因素的干扰。1.2.2设置对照(CK)对照也就是处理间进行比较的共同标准，在农业试验中一般要求以拟推广地区的主栽品种或主要栽培技术措施作为对照，以便新品种或新技术的推广。1.3试验的高效性可通过适当减少试验因素、合理确定因素的水平数及其级差来提高试验效率。2.试验方案的设计方法2.1单因素试验方案单因素试验方案设计一般由试验因素的若干水平加适当对照处理即可，其设计要点是确定因素的水平范围和水平间距。水平范围是指试验因素水平的上、下限范围，其大小取决于研究目的及试验研究的深入程度；水平间距是指因素内相邻水平的级差，水平间距要适当，过大没有实际意义，过小试验效果易被误差掩盖，试验结果不能说明问题。2.2多因素试验方案常可分为完全实施方案和不完全实施方案两种类型。2.2.1完全实施方案所有试验因素在试验中处于完全平等的地位，每个因素的每个水平都与另外因素的所有水平相互配合构成试验处理组合。2.2.2不完全实施方案由完全实施方案的一部分处理构成试验方案。(五)、试验指标指用来衡量试验效果好坏的指示性状，如产量、品质、株高、茎粗、Vc含量等，-3-可以分为形态指标和生理生化指标两个方面。试验指标的选取是否恰当，不仅关系到试验效果的高低，而且可能会直接影响到试验目的能否达到。(六)、试验效应指试验因素对试验指标的增加或减少所起的作用。某一确定试验因素的不同水平所引起的试验指标差异，称为简单效应．．．．。在单因素试验中两种水平间试验指标的差值属简单效应．．．．，而在复因素试验中，如果一个因素的水平相同，由另一个因素的不同水平所引起的试验指标差异，也属于简单效应．．．．。一个因素内不同重复间简单效应的平均数称为平均效应．．．．，又称主要效应．．．．，简称主．效．。主效是评价试验因素对试验结果影响程度的主要依据。单因素试验只能分析试验因素的主效。一个因素促进或抑制另一个因素对试验指标的增大或减少所起的作用称为交互作．．．用效应．．．，简称互作效应．．．．或互作．．，以因素内简单效应的平均差值进行计算。复因素试验不仅能分析各个试验因素的主效，而且能分析各个试验因素间的交互作用效应。而综合试验则既不能分析主效，又不能分析互作，只能分析各个试验处理组合的综合作用效应。当互作效应为正值时，表示两个因子有相互促进作用，配合使用更好；当互作为0时，表示两个因子是独立的，单独使用或配合使用没有区别；当互作为负值时，表示两个因子相互抑制，因此只能单独使用。(七)、试验误差指由不可预料或不可避免的因素而引起的试验结果与其真值(总体平均值)之间的差异。根据其产生的原因，一般可以分为：1.系统误差由确定因素所引起的误差，其表现具有一定的规律性，大小基本一致，同时总是偏向同一个方向。在控制上只要找出其原因，系统误差可以消除或降低。2.偶然误差由不确定的因素所引起的误差，又称随机误差．．．．，简称机误．．，其表现则有大有小，有正有负，在越是接近0的附近出现的机会越大，越是远离0的地方则出现的机会越小，可以通过增加重复次数来进行控制。(八)、试验小区-4-指田间试验中安排某一个处理或处理组合的一小块地段，简称小区．．。小区是田间试验的基本单元，其面积大小、形状、方向均直接影响到试验的成效。(九)、区组指田间试验中同一重复内分配于试验条件相对一致的同一地段上的各个处理小区所构成的集合，可分为完全区组和不完全区组两种，前者一个区组内包含一次重复的全部处理，而后者则一个区组内只包含一次重复的部分处理。划分区组是田间试验中控制土壤差异或其它环境条件所引起的误差的一种主要手段，即克服系统误差的一种主要措施。三、田间试验的基本要求田间试验必须要为农业生产的发展服务，要实现这一目的，就必须保证试验的质量，即试验结果的可靠性，因此试验必须具备以下基本要求：(一)、试验目的要明确即在试验之前要明确为什么要作某一项试验，应该解决什么样的理论问题或实践问题。在试验中选题应该首先抓住当时当地的生产实践或科学发展中急需解决的问题，并从发展的观点出发，适当兼顾长远的或在不久的将来可能突出的问题。(二)、试验结果要可靠试验结果的可靠性包括结果的准确性和精确性两个方面。准确性：指试验中某一性状的观察值与其相应真值(在统计学上称总体平均数)的接近程度，即ix，观察值与其真值越接近，则ix越是接近0，则准确性越高。精确性：指试验中某一性状的多次重复观察值之间彼此接近的程度，常用离均差的绝对值ixx来表示。重复观察值之间越是接近，ixx越小，则结果越精确。在试验结果中，准确性受试验系统误差的影响，而精确性则受偶然误差(在统计学上称随机误差)的影响。由于某一性状的真值是无法准确知道的，因此试验结果的可靠性实际上是无法用准确性来评价而常用精确性来衡量。在没有系统误差存在的条件下，试验结果的可靠性只受偶然误差的影响，此时准确性和精确性是一致的，由于离均差的总和为0，因此某一性状的多次重复观察值的平均值实际可以代表该性状的真值，为了达到该目的，在试验的全过程中必须尽可能减小系统误差，要求必须严格执行试验的各项技术规程，特别要避免人为差错的发生。在试验中，为了试验结果的可靠性，一般通过合理的试验设计，相对一致的试验-5-条件，正确的取样技术和合理的统计分析来实现。(三)、试验条件要有代表性试验条件：指试验中除试验因素以外的其它一切可能影响试验结果的条件，包括试验材料和试验的外界环境条件。试验因素是相对变动的条件，而试验条件是相对固定不变的，不进行专门研究。在试验研究中，要求试验条件保持尽可能的一致以便于在试验因素的不同处理间进行客观的比较。试验条件的代表性是指试验时的条件应该和将来准备应用该项试验结果的地区的实际条件相一致，其目的是提高试验结果的应用价值，降低应用时的风险。(四)、试验结果要能够重演即在相同或相似的条件下重复进行某项试验，应该得到相同或相似的结果。试验结果具有重演性，才有推广应用的价值，试验才有意义。为了保证试验结果能够重演，要求必须严格执行各项试验操作规程，并详细观察和记载试验过程中所采取的各项措施以及出现的各种现象，以便于分析试验结果，找出试验结果得以重演的原因和条件。第二节田间试验误差的来源及控制途径在农业试验中，由于试验材料是生物体，因生物体自身的复杂性，而试验地又受到难以控制的自然环境条件的影响，因此试验误差表现得比较突出和明显。归纳起来，产生试验误差的原因可以分为以下几个方面：一、试验材料本身的差异即供试材料在遗传组成或生长发育状态上存在的差异，如基因型、苗龄、植株生长势等。针对此原因，应根据试验的目的和要求严格选用相适应的试验材料，即选择品种．．相同．．(品种试验除外)、生长发育状态正常一致．．．．．．．．．．的植株作为试验材料。如果受到主客观条件限制而导致品种不一致、植株大小、生长势不一致等，则可以按照基本一致的标准进行分档．．，而把不同档次的材料作为不同的重复，或按比例把不同档次的材料进行混合处理，这样可以降低试验材料的误差。二、试验操作管理不一致所引起的差异即操作管理质量或时间上的不一致所产生的差异，或取样方法或取样标准不一致或观察记载时间、标准、人员、工具或仪器等不一致而引起的差异。-6-对此原因，应改进操作和管理技术，使之标准化。总的原则是：除操作要仔细、认真把各种操作尽可能做到完全一致外，一切管理操作、观察、测量和数据搜集都应该以重复为单位进行控制，以减少可能发生的差异。另外，对取样应该有正确的规定，并且要符合统计分析的要求。三、试验条件的差异包括土壤、气候、生物等环境因素。其中最主要的差异是土壤差异，如土壤深度、地下水位、土壤孔隙度、土壤含水量、土壤质地等，综合表现为土壤肥力分布不均匀。其它环境条件差异有地形、小生态条件等、病虫侵害、人畜践踏、风雨影响等。土壤差异不仅受到成土母质的影响，同时又受到栽培耕作条件和利用方式的影响，另外，土壤差异具有持久性，而农业试验又具有长期性，因此土壤差异对试验有着长远的影响。土壤差异主要有两种表现形式，一是梯度性差异，即土壤肥力高低变化比较有规则，肥力从试验地的一边向另一边逐渐改变。另一种是斑块状差异，即在田间有肥力差异较