田间试验设计技术

第二章田间试验设计技术进行园艺科学研究的方法很多，有调查研究法、田间试验法、室内试验及盆栽试验等方式。其中以田间试验为最主要的方法，因为不论是园艺植物的品种选育试验、栽培试验或植保等方面的试验，对我们所要研究的主要内容或提出的理论、假说等都必须在田间试验中验证其优劣或鉴定其实用价值，而田间试验是最接近于生产实践的试验活动，是科研工作和生产活动相联系的重要环节。什么是田间试验？田间试验就是在人为控制条件下进行试验处理，使非研究条件对试验的影响接近一致，突出主要研究内容，以差异对比法为基础，观测比较不同处理的反应和效果。第一节试验设计基础试验设计广义的讲是指整个课题（包括各个环节）的设计，狭义的讲专指小区技术。一、试验设计中的基本概念（一）试验指标：在试验中用来判断试验处理效果好坏的标准称为试验指标（简称指标），有定性指标和定量指标。（二）试验因素：对试验指标有影响，在试验中需加以考察的条件叫试验因素，简称因素或因子，否则称非试验因素或非试验条件。（三）试验处理：是指试验因素的不同状态或不同的数量级别，简称处理，也叫水平。（四）处理组合：在单因素试验时，处理和水平的概念是等价的，但在复因素试验时，处理则是指各个因素水平的组合，叫处理组合。在完全实施的试验中，处理组合数等于各因素水平数的乘积。（五）试验方案：是根据试验目的和要求所拟定的进行比较的一组试验处理的总称。具体就是指试验指标、试验因素和处理、重复次数、对照以及设计方法的确定等等。二、试验设计的应掌握的原则（一）各类不同的试验应采用不同的试验设计园艺植物种类较多，栽培方法差异较大，试验性质有所不同，因此各类不同的试验应有不同的试验设计。（二）试验设计应简单化、小型化在不影响试验正确性的原则下，应使试验设计简单化、小型化，但小型试验必须是试验材料一致性强，环境条件也应一致。（三）试验设计应该突出试验因子的试验效果除了试验因素以外，应控制非试验因素尽可能一致，才能使试验因素的本质差异正确地反映出来，从而突出试验因素个处理的试验效果。（四）试验结果便于统计分析进行试验设计时，就应该考虑到将来的试验结果便于数理统计分析。因此应合理地运用小区的随机排列、设置重复、局部控制试验设计的基本原理，以便得出正确的试验结果。三、处理的设计方法（一）单因子的处理设计在一次试验中，只对一个因子进行研究的试验叫单因子试验，把这个因子如何划分为若干个水平称为处理设计。１．质量性差异的单因子处理设计：这种单因子是不可分割的，只能按它固有的单位进行处理设计。２．数量性差异的单因子处理设计：这种单因子可以采用不同的方法分割成不同的等级，每个等级即为一个处理。分割常用的方法：•等差法：在选定中心处理之后，按照等差的差距向两端分别设置处理的方法。•等比法：在选定中心处理后，按照等比的差距向两端分设处理的方法。在数量性差异的单因子处理设计中，中心处理的选定不是随机的，通常选取预备试验中较好的水平或是前人报道的较为适当的水平作为中心处理。处理间距要适当，不可过大或过小。（二）复因子处理设计1.完全实施方案的复因素处理：通常是把各个单因子划分为若干个处理之后，再把各因子不同水平组合起来，即处理组合。例如有两个因素的试验A因素有3个水平，B因素3个水平，则处理共有9个。2.不完全实施方案的多因素处理：如果进行多因素试验时，若完全实施，则处理数太多，难以实施，往往采用部分实施方案，例如采用正交设计方法，只将全部处理组合中的一部分处理用来进行试验。11四、试验设计过程中应注意的问题（一）防止不注意试验设计，随心所欲地进行试验。（二）注意试验设计的针对性和灵活性。（三）试验设计要周到、细致、全面地用文字固定下来。（四）在进行试验设计时，应使其设计具有一定的可塑性。（五）在进行处理设计时，处理间的级别要适当。（六）在进行试验设计时，应特别注意设置对照。（七）恰当处理试验设计的繁简程度。第二节田间试验的种类一、按试验的性质分类（一）品种试验（二）栽培试验（三）植保试验二、按试验阶段分类（一）预备试验（二）正式田间试验（三）生产试验三、按试验因子的数量分类（一）单因子试验（二）复因子试验（三）综合性试验四、按试验小区面积大小的分类（一）小区试验（二）大区试验五、按试验年限、地点及场所分类一年试验和多年试验，单点试验和多点试验，设施试验和露地试验。第三节田间试验的基本要求一、代表性代表性是指试验区的条件，应该能够代表该项成果将来应用地区的自然条件、生产条件和经济状况。二、正确性正确性是指试验结果正确可靠，能够把品种或处理间的差异真实地反映出来。三、重演性重演性是指通过田间试验所获得的试验结果，在相同或类似的条件下进行重复试验或大面积生产时，可以获得相同或相似的试验结果。第四节试验误差一、误差的概念在试验得到的观察值中，除了含有处理的真实效应外，还包含有其他非试验因素的干扰和影响，而使处理的真实效应不能完全反映出来，这种使观察值偏离试验处理真值的影响称试验误差，简称误差。也可说是同一处理不同重复观察值之间的差异。可分两种：一是系统误差，是由处理以外的其他非试验条件的明显不一致所造成的。另一种是偶然误差，是指在严格控制非试验条件相对一致后仍不能消除的偶发性误差，也叫随机误差。误差是衡量试验精确度的依据。试验误差与试验中发生的错误是完全不同的，误差是不可避免的，而避免错误发生是完全可以做到的。二、误差的来源（一）土壤差异所引起的误差：包括土壤肥力差异和土壤理化性质方面的差异。（二）试验材料的差异：这是指试验中各处理的供试材料在其遗传上和生长发育情况上存在着差异。（三）、小气候差异造成的误差（四）、作物群体间竞争引起误差（五）、一些不易被人们所控制的、偶然性的原因造成的误差三、控制误差的途径（一）土壤差异的控制：可通过选择试验地、正确的小区设计技术和应用良好的田间试验设计方法来排除、减少和估计误差。试验地选择要求：(１)试验地要有代表性。(２)试验地的肥力要均匀一致。（3）选作试验地的田块最好要有土地利用的历史纪录。（4）位置适当。（5）地势要平坦。土壤肥力判断方法：(１)目测法：观察拟作为试验地的地块上生长着的植物种类及其生长发育状况，如生长势和整齐程度来粗略判断肥力差异状况。（２）空白试验法：在整个试验地上种植单一品种的作物（以植株较小而适于条播的谷类作物为好），在作物生长的整个过程中，从整地到收获，采用一致的栽培管理措施，并对作物生长情况作仔细观察。收获时将整个试验地划分为面积相等的若干单位，编号，分别计产，计算产量的变异系数，根据变异系数的大小以及各测量小区产量高低及分布情况来估计土土壤肥力差异及分布状况，单位间变异系数大，则说明土壤差异大，否则反之。通常认为，当空白试验测定的变异系数小于10%或15%时，才符合试验地对土壤肥力均匀一致的基本要求。（二）选择同质一致的试验材料。（三）改进操作和管理技术，使之标准化。第五节试验设计的基本原理一、重复原则在试验中，同名小区出现的次数称为重复。显然重复次数≥2的试验才能称为有重复的试验。重复的作用是：估计误差和降低误差。二、随机原则随机是指在一个重复区中的某一个处理究竟安排在哪一个小区，不能由试验者的主观意志决定，而完全是由机会决定的。随机的作用是无偏估计误差。随机排列是估计试验误差的重要手段，也是应用生物统计方法分析试验结果的前提。三、局部控制局部控制就是分范围、分地段的控制非试验因素，使之对各处理的影响趋于最大程度的一致，也就是说通过对试验小区的合理安排，把误差控制在一个局部范围内。局部控制是用来排除规律性非试验因子干扰的重要手段，其主要功能是降低误差。第六节小区设置技术一、小区面积、形状和方向试验小区:安排每一个处理所需用材料的基本单位成为一个试验小区.简称小区.一般讲，在一定范围内，随小区面积的增加，试验误差减小。适当的小区形状和方向在控制误差提高试验精确度方面也有相当作用。一般情况下长方形尤其是狭长小区的误差较方形小区为小，长方形小区的长宽比一般在4~6：1为宜。小区的方向则是小区的长边应与非试验因素变化方向相平行。二、重复次数增加重复次数，有利于降低试验误差。但并非重复次数越多越好，重复次数过多，因为重复次数增加到一定时，误差的降低缓慢，且由于整个试验材料、试验地的增加，难于保证对各处理的各项管理操作以及观察记载的一致，反而会引起误差增加。一般讲，正式试验通常设置3~6次重复；采用单株小区时，重复次数应至少在4次以上。从统计学的角度看，重复次数以试验误差的自由度不小于10为宜。三、设置对照有比较才有鉴别，因此试验方案中一定要安排有对照。一般在一个试验中只设一个对照，但有时为满足多个试验目标的要求可以设置2个或2个以上对照。设置对照时一定要注意其代表性和合理性，例如品种比较试验，一般应以当地主栽优良品种为对照；进行栽培技术方面的试验时以当地最常用的栽培管理技术为对照；根外追肥、浸种、扦插等试验时应以叶面喷清水、清水浸种或插条等等。对照对照区在田间的排列方式，通常分为顺序式和非顺序式两种顺序式是每隔一定数量的处理设置一个对照区，非顺序式排列是将对照区按处理小区一样处理，在试验中随机排列。每一个重复区（区组）内都要设置对照区。对对照区的要求是：除了不进行试验处理之外，其余各种条件及各项管理操作均应与处理小区的相一致。四、设置保护区或保护行为了使试材能在比较一致的环境条件下正常生长发育，试验地应设置保护行或保护区，以G表示。保护行的作用是：①使试材不受偶然性因素的影响，如人、畜践踏等。②使试材在相对一致的生态环境中生长发育，防止边际效应的影响。边际效应是指试验地四周的小区或小区边上的植株受到光照、通风、营养、水分等条件的不同而使其生长发育与试验地内部的小区或小区内部的植株生长发育有所差异。对保护行的植株不进行任何处理和观察测定。设置保护行的方式有：在试验地四周设置；当区组分散布置时，在区组四周设置；在小区四周设置（特别是小区之间有能引起边际效应的因素存在时）。保护行的种植数应本着经济有效的原则，既减少占地面积，又能起到保护作用。第七节常用的试验设计方法常用的田间试验设计按照小区在重复区内的排列方式，可以分为顺序排列和随机排列两大类。顺序排列是指试验中的各个处理在各重复区内按一定的顺序进行排列。此法不能正确估计试验误差，所以不能进行以概率论为基础的统计分析方法进行试验结果的显著性测验。这种设计多用于一些简单的单因素试验、预备试验以及示范性试验。常用的顺序排列设计有对比法设计、间比法设计。随机排列指各试验处理以及对照在一个重复区中的排列是随机的。可以克服土壤及其他非试验因素给试验造成的系统误差的影响，有正确的误差估计，获得的试验结果能够进行显著性测验。但田间排列不规则，观察记载及田间操作不太方便，不小心时易发生差错。在园艺植物科学试验中主要采用的是随机排列的设计方法。因此我们重点介绍随机排列的田间试验设计。一、完全随机设计（CompletelyRandomizedDesign）假设试验有ｋ个处理（包括对照），ｎ次重复，则可将试验地（试验材料）划分为ｎｋ个试验小区（全部供试单位＝ｎＫ）。将全部供试单位进行随机，并根据ｎ的大小分成Ｋ组，同组各供试单位接受相同处理或品种，这种设计叫完全随机设计。完全随机设计优缺点：优点：设计简单，统计分析简便；重复次数富有弹性。各处理的重复次数可以相等，也可以不等，可不进行缺区估计；估计试验误差的自由度增至最大，而对检验显著性要求的临界Ｆ之减到最小，因而提高了试验的灵敏度。缺点：处理的分布没有规律，不便于观察记载；没有应用局部控制的原则。适合非试验条件较均匀一致，供试小区在２０个左右的情况下使用，一般作单因素试验。非常适合于实验室、温室及食用菌方面的试验。二、巢式设计（NestedDesign）把研究对象分成若干组，每组又分为若干亚组，而每个亚组内又有若干个观测值的设计，称为巢式设计。组内分亚组，亚组内有若干个观测值的设计为二级巢式设计。如果亚组内又分若干个小组，小组内有若干个观测值称为三级巢式设计。依此类推。巢式设计优缺点及应用：优点：设计简单